Colegio Aljarafe 1º Bachillerato Ciencias de la Salud Fisiología celular I Función de nutrición Laura Cuervas Curso -
ÍNDICE Fisiología celular 2 Funciones de nutrición o Fases de la nutrición celular 2 1. Incorporación de los nutrientes a la célula 2. Utilización de nutrientes: metabolismo celular 3. Eliminación de los productos de deshecho o Tipos de células 3 Autótrofas Heterótrofas o Transporte a través de las membranas.. 4 o Transporte en la membrana 5 Transporte de moléculas pequeñas Transporte de grandes partículas o Metabolismo. 7 Características Acoplamiento de reacciones Fases del metabolismo o Catabolismo 11 En células aerobias que se encuentran en presencia de oxígeno Células anaerobias o aerobias en ausencia de oxígeno o Anabolismo. 15 Fotosíntesis Quimiosíntesis 1
Fisiología celular: Se encarga de hacer compresibles las funciones de los seres vivos basándose en las ciencias exactas. Funciones de nutrición Conjunto de procesos mediante los cuales las células intercambian materia y energía con el exterior para construir y renovar sus estructuras y realizar sus actividades vitales. Nutriente: Molécula sencilla que puede ser orgánica o inorgánica y puede atravesar las membrana celular. o Fases de la nutrición celular 1. Incorporación de los nutrientes a la célula (con o sin previa digestión de partículas mayores) Digestión intracelular: Si la partícula es muy grande, al entrar en la célula es englobada por la membrana de la misma y forma una vesícula que contiene el alimento en su interior. Esa vesícula se une a un lisosoma que contiene enzimas digestivas que digieren la partícula de alimento en el citoplasma, transformándola en pequeños nutrientes que son capaces de atravesar la membrana de la vesícula y llegar al citoplasma. Digestión extracelular: Un lisosoma se funde con la membrana plasmática y expulsa las enzimas digestivas al exterior. Ahí se produce la digestión, convirtiendo las partículas de alimentos en pequeños nutrientes capaces de atravesar la membrana plasmática e incorporarse al citoplasma. La mayoría de los organismos tienen ambas digestiones, menos los hongos que la tienen extracelular y los poríferos intracelular. 2. Utilización de nutrientes: metabolismo celular El metabolismo celular es un conjunto de reacciones químicas destinadas a obtener energía. 2
3. Eliminación de los productos de deshecho Sustancias no asimilables por la célula (simplemente no atraviesan la membrana). Expulsión o salida de productos del metabolismo por transporte directo a través de la membrana. o Tipos de células Autótrofas: Aquellas que tienen capacidad de sintetizar materia orgánica sencilla a partir de nutrientes inorgánicos. Heterótrofas: Necesitan obtener materia orgánica sencilla del exterior. 3
o Transporte a través de las membranas La membrana plasmática de nuestras células es una membrana semipermeable, con permeabilidad selectiva. Leyes de difusión: Cuando dos compartimentos acuosos, con disoluciones de diferente concentración, están separados por un tabique permeable al soluto, este se desplazará desde el compartimento de más concentración al de menos, hasta que ambas se igualen. Ósmosis: Fenómeno en el que se produce la difusión de un disolvente a través de una membrana semipermeable, desde una solución más diluida a otra más concentrada. 4
Medio hipertónico: Existe una concentración externa mucho mayor a la concentración interna de la célula, por lo que el agua tiende a salir de la célula para igualarlas, haciendo que esta disminuya su volumen. Medio hipotónico: La concentración interior es mayor que la exterior, por lo que para igualar la concentración el agua tiende a entrar en la célula, aumentando el volumen de la misma. En algunos casos la cantidad de agua que la célula puede soportar es superada, provocando que la célula explote. o Transporte en la membrana Transporte de moléculas pequeñas Transporte pasivo: Se realiza a favor de gradiente de concentración y sin consumo de energía. Difusión simple: - A través de la bicapa lipídica: Atraviesan la bicapa lipídica, y son moléculas muy pequeñas, apolares o con poca polaridad. - A través de proteínas canal: Consiste en proteínas que actúan como poros en la membrana, a través de las cuales pasan moléculas normalmente pequeñas con carga eléctrica (como los iones). Difusión facilitada: Se produce a través de proteínas transportadoras o carriers. Son proteínas que cambian su conformación tridimensional para permitir el paso de sustancias. Necesita que la sustancia interaccione con la proteína. Transporta sustancias polares. Transporte activo: Se produce en contra de gradiente de concentración. Se produce con consumo de energía (normalmente ATP), y la realizan proteínas especializadas llamadas bombas. 5
Transporte de grandes partículas Endocitosis: Invaginación de una región de la membrana que posteriormente se estrangula para dar lugar a una vesícula intracelular. La célula incorpora, englobándolas en el interior de esta vesícula, partículas del medio extracelular. Pinocitosis: Incorporación de sustancias que se encuentran en disolución (macromoléculas). Fagocitosis: Incorporación de partículas grandes que se encuentran en suspensión en el medio externo. 6
Exocitosis: Una vesícula interna se acerca a la membrana plasmática, fundiéndose con ella y liberando su contenido al medio extracelular. Transcitosis: Consiste en un doble proceso de ambas, endocitosis y exocitosis. Esto sucede en los capilares y otros casos especiales. Permite el paso de sustancias del interior de los capilares al exterior. o Metabolismo: Conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de la célula, encaminadas a mantener y crear estructuras celulares y a producir energía. 7
Características Están acopladas: Algunas de las reacciones del metabolismo necesitan energía, que es a su vez nivelada por otras reacciones del metabolismo. No solo están acopladas por la energía, sino a nivel de poder reductor. Si una reacción necesita poder reductor, otra lo produce. Reacciones endergónicas: Reacciones que necesitan energía. Reacciones exergónicas: Reacciones que producen energía. Están encadenadas: El producto de una reacción es siempre el sustrato de otra reacción (Sustrato = Reactivo). 8
Todas están catalizadas por enzimas específicas. Acoplamiento de reacciones ATP El ATP es una molécula de adenosina trifosfato. Es muy importante, sin ella no podemos vivir. En las reacciones químicas en las que se produce liberación de energía del ATP, este se transforma en ADP + P + energía. 9
Poder reductor Hay una transferencia de electrones (e - ; p + => H + ) desde una sustancia a otra (reacciones redox). La molécula reducida que cede los electrones y protones a otra molécula es el agente reductor. La molécula que los recibe es el agente oxidante. Una vez que termina esa reacción, el agente reductor se ha convertido en un compuesto oxidado mientras que el agente oxidante se ha convertido en un compuesto reducido porque ha ganado esos electrones. AH + B > A + BH (AH cede H + y e -, y B los gana) En la célula hay unas moléculas llamadas coenzimas transportadoras de electrones (las más importantes son NADPH y NADH), que se encargan de llevar este poder reductor de las reacciones que lo producen a las que lo necesitan. Fases del metabolismo Catabolismo: Convierte las moléculas complejas grandes en moléculas sencillas más pequeñas. El catabolismo es productor de energía (exergónica), y es un proceso oxidativo: se inician las rutas del catabolismo con moléculas reducidas y se termina con moléculas oxidadas. El catabolismo es, por tanto, un proceso degradativo, oxidante y exergónico. Anabolismo: Es la fase constructiva del metabolismo para la síntesis de moléculas complejas. Es un proceso que requiere energía (endergónico) y electrones. Es, por tanto, un proceso constructivo, reductor y endergónico. 10
o Catabolismo (producción de energía) Glucólisis: Ruta catabólica en la cual una molécula de glucosa es transformada a través de reacciones químicas en dos moléculas de ácido pirúvico, produciendo 2 moléculas de ATP y 2 moléculas de NADH. 11
En células aerobias que se encuentran en presencia de oxígeno Se realiza la glucólisis y a continuación se realiza el proceso de respiración celular. 12
Células anaerobias o aerobias en ausencia de oxígeno Producen ATP con el mismo proceso que las aerobias pero sin la fase en la que interviene el oxígeno. El proceso no acaba aquí, sino que al acabar esto comienza un proceso de fermentación. 13
Fermentación láctica: Se realiza en lugar de la respiración. Todos los tipos celulares realizan la glucólisis, y si no pueden utilizar el oxígeno, el producto de la glucólisis (ácido pirúvico) se transforma en ácido láctico. La fermentación láctica se produce para regenerar el NAD + necesario para la glucólisis. Fermentación alcohólica: Se da en lugar de la respiración. Es como la fermentación láctica pero en lugar de producir ácido láctico produce 2 moléculas de etanol (2x2C). Algunas células, después de la glucólisis, a través de la que han generado 2 ATP, realizan fermentación alcohólica para regenerar el NAD+ que necesitan para la glucólisis. Se producen 2 etanoles y 2 CO 2, a partir de cada molécula de glucosa que inicia el proceso. 14
o Anabolismo Los organismos autótrofos necesitan sintetizar moléculas orgánicas sencillas (glucosa) que los heterótrofos toman de los autótrofos. Anabolismo heterótrofo: Conjunto de rutas anabólicas que tienen todos los seres vivos. Anabolismo autótrofo: Conjunto de rutas anabólicas que solo tienen los organismos autótrofos. Fotosíntesis: Realizada por las células fotosintéticas (plantas, algas, bacterias fotosintéticas ). Utiliza la energía de la luz. 1ª fase de la fotosíntesis (fase luminosa): La luz, al incidir sobre la molécula de clorofila, excita sus electrones haciendo saltar uno de ellos y convirtiendo así la molécula en clorofila oxidada. Al mismo tiempo la luz provoca la fotólisis del H 2 O, produciendo O 2, p + y e -. Entonces, un electrón del H 2 O pasa a reducir la molécula de clorofila oxidada para reiniciar el proceso. El electrón que había partido de la clorofila pasa a la cadena transportadora de electrones de la membrana tilacoidal. Al pasar los electrones de transportador a transportador, se produce un flujo de protones al interior del tilacoide. Estos protones salen del tilacoide a través de una enzima llamada ATP sintetasa, creándose ATP. El electrón de la cadena transportadora salta a una molécula de NADP y la transforma en NADPH, produciendo así poder reductor. ENERGÍA LUMÍNICA ENERGÍA QUÍMICA (ATP + NAD(P)H) 15
*Cloroplasto: Tiene 2 membranas y un espacio intermembrana. También posee ADN, ribosomas y sacos membranosos llamados tilacoides. Tienen una membrana que los rodea (membrana tilacoidal), con un espacio dentro llamado espacio tilacoidal. El espacio en el interior del cloroplasto pero fuera de los tilacoides se denomina estroma. 2ª fase de la fotosíntesis (fase oscura): Puede ser en ausencia o presencia de luz, y se realiza utilizando el ATP y el NAD(P)H producidos en la 1ª fase. CO 2 C 6 H 12 O 6 16
Quimiosíntesis: Realizada por bacterias quimiosintéticas. Utiliza la energía liberada en reacciones químicas exergónicas. 1ª fase: Productora de ATP y poder reductor. 2ª fase: Síntesis de moléculas orgánicas (ciclo de Calvin). 17
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