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Incluye bomba de Na y K, explica la base de la interacción celular
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FUNDAMENTOS DE LA ACTIVIDAD FISIOLÓGICA
1. Membrana celular
Membrana Celular
Cada célula se encuentra rodeada por una membrana plasmática que la separa del medio extracelular, la cual actúa como barrera de permeabilidad que permite a la célula mantener una composición citoplasmática distinta de la del medio extracelular.
Composición química de la membrana celular
Proteínas, Fosfolípidos principales, Colesterol, Glucolípidos y Carbohidratos
Los constituyentes más abundantes de las membranas celulares son las proteínas y los fosfolípidos. La molécula de los fosfolípidos presenta una cabeza polar y dos cadenas hidrofóbicas, muy poco polares, constituidas por ácidos grasos
Proteínas Las proteínas intrínsecas establecen importantes interacciones hidrofóbicas con el interior de la bicapa
Las proteínas de la membrana son de dos tipos principales
Integrales o intrínsecas de la membrana (inmersas en la bicapa)Periféricas o
extrínsecas de la membrana modifican la composición iónica del medio
Fosfolípidos principales
Los más abundantes suelen ser los que contienen colina (las lectinas que contienen fosfatidilcolinas) y las esfingomielinas.
El segundo lugar lo tienen los aminofosfolípidos: fosfatidilserina y fosfatidiletanolamina
En menores cantidades: fosfatidilglicerol, fosfatidilinocsitol y cardiolipina.
Colesterol En su núcleo esteroideo se dispone
paralelamente a las cadenas acílicas grasas de los fosfolípidos
Glucolípidos
En membranas plasmáticas en las porciones glucídicas sobresalen a la superficie externa de la membrana.
Asimetría de la distribución lipídica Los glucolípidos se localizan
mayormente en la monocapa externa, en los eritrocitos encontramos mayormente los fosfolípidos de colina en la externa.
En la interna se encuentra la mayoría de los aminofosfolípidos
Proteínas de membrana
La composición proteica puede ser simple (retículo sarcoplásmico del músculo y discos del segmento externo de los bastones de la retina) o compleja (membranas plasmáticas)
Glucoproteínas
Cadenas laterales de carbohidratos unidas covalentemente.
Sus cadenas hidrocarbonadas están casi siempre en lo externo de la membrana plasmática
La carga negativa de superficie de las células “ácido siálico” (negativo) glucolípidos y glucoproteínas.
Asimetría de las proteínas de membrana
ATPasa Na+K+ (bomba de sodio-potasio) y bomba de Ca++ (ATPasa-Ca++) de la membrana del retículo sarcoplásmico
El ATP es hidrolizado en la cara citoplásmica de la membrana la energía liberada es para bombear iones en varias direcciones a través de la membrana
En la bomba de potasio el K+ es bombeado hacia el interior de la célula y Na+ al interior
Bomba de Ca++ hacia el interior de retículo sarcoplásmico
ORGANITOS MEMBRANOSOS
Dentro de la célula hay organelos que también están constituidos por una membrana y esta los separa del resto del citoplasma
NUCLEO:
Separado del citoplasma por la membrana nuclear, que tiene dos capas lipidicas, esta tiene orificios conocidos como poros nucleares k comunican al núcleo con el cito plasma.
Contiene el ADN celular, que contiene proteínas de histonas que forman fibras de cromatina que puede ser muy condensada(heterocromatina)o dispersa (eucromatina)y cuando la célula sintetiza una proteína tiene que leer la secuencia de ADN a este proceso se le conoce como transcripción(la heterocromatina no participa en la transcripción)
Dentro del núcleo esta el nucléolo, que esta implicada a la producción de ribosomas, dentro del núcleo hay un ADN organizador nucleolar que codifica el ARN ribosómico, en estas regiones a fibras agrupadas constituidas por las transcripciones primarias de ARN ribosómico y proteínas y en otra región granulosa , que esta constituida por ribosomas en fase de maduración los cuales serán liberados hacia el citoplasma donde actuaran como sintetizadores de moléculas proteicas.
Retículo endoplasmico
Sistema de membranas que se extienden en todo el citoplasma, estas membranas presentan una continuidad con la membrana nuclear delimitan un espacio significativo en la célula.
Se clasifica como liso o rugoso según su aspecto en la microscopia electrónica
El retículo endoplasmico liso esta implicado en la sintetiza de lípidos y otros procesos metabólicos.
El retículo endoplasmico rugoso contiene polirribosomas unidos a una superficie citoplasmática y trabaja como sintetizador de proteínas y también es importante para la unión de hidratos de carbono a las proteínas de la membrana .
Mitocondrias: son las encargadas de producir energía para la actividad celular.
Poseen 2 membranas: una externa (que es lisa y regular) una interna(con pliegues llamados crestas)
En la membrana interna se sintetiza el ATP a través del ciclo de los acidos tricarboxilicos y la cadena de transporte de electrones.
También puede acumular cantidades significativas de calcio la funciona como regulador de la concentración intracelular de calcio iónico.
El numero de mitocondrias en la célula esta determinado por sus necesidades metabólicas y estas se pueden dividir para responder a las actividades necesarias.
Aparato de Golgi
Constituido por un sistema de estructuras membranosas planas en forma de saco
Consta de dos caras: la cis(convexa) y la trans(cóncava) La cra cis recibe vesícula de transporte que provienen del
retículo endoplasmico y la cra trans es de donde se desprenden las vesículas de secreción.
Es el encargado de empacar las proteínas para que estas puedan ser expulsadas y lo hace formando vesículas secretoras especificas que migran a la membrana plasmática.
Se encarga de formar lisosomas.
TRANSPORTE DE MEMBRANA Permeabilidad de las membranas celulares a iones y moleculas sin carga.
La membrana es impermeable a moléculas hidrofilicas como los hidratos de carbón, aminoácidos, proteínas o ácidos nucleicos.
La membrana es permeable a moléculas hidrofobicas como los lípidos, y a moléculas pequeñas como los gases. Es parcialmente permeable al agua.
La membrana debe permitir la entrada de nutrientes en la célula y la salida de productos de deshecho. También debe transmitir las célula las señales que proceden del exterior del mismo. Por eso en la membrana hay transportadores y receptores, y ambos son proteínas de la membrana.
La permeabilidad relativamente elevada de las membranas naturales a los iones y las moléculas polares se debe a la presencia de dos clases de proteínas integrales de membrana: las proteínas de los canales y las proteínas transportadoras.
El factor que determina la dirección y desplazamiento de moléculas e iones a través de la membrana celular son:
El factor que determina la dirección y desplazamiento de moléculas e iones a través de la membrana celular son:
Moléculas sin carga: como el dióxido de carbono, el oxigeno y la urea, es determinada por el gradiente de concentración existente.
Moléculas con carga y iones: es influenciado por el potencial de membrana(que es un potencial eléctrico en la membrana) que influye en la difusión de las moléculas con carga iones. Las moléculas con carga positiva van hacer atraídas al centro(se debe a que el interior de la célula siempre es negativo) y las que tienen carga negativa son repelidas.
Esto es que la dirección en la que los iones y las moléculas con carga se desplazan a través de la membrana celular, es determinada por factores:
El gradiente de concentración Estos van a formar La carga de la molécula o ion el gradiente El potencial de la membrana electroquímico El gradiente electro químico se calcula por la diferencia de potencial
de equilibrio y potencial de membrana.
TRANSPORTE CON GANANCIA O PERDIDA DE LA SUPERFICIE DE LAMEMBRANA
Endocitosis
La endocitosis es un proceso celular, por el que la célula introduce moléculas grandes o partículas, y lo hace englobándolas en una invaginación de la membrana citoplasmática, formando una vesícula(llamada endosoma) que termina por desprenderse de la membrana para incorporarse al citoplasma.
La endocitosis es la captación de material del espacio extracelular por invaginación de la membrana plasmática.
La endocitosis mediada por receptores sólo incluye al receptor y a aquellas moléculas que se unen a dicho receptor, es decir, es un tipo de endocitosis muy selectivo
La vesícula formada se llama endosoma que fusionará con un lisosoma donde se produce la digestión intracelular del contenido de ésta.
Fagocitosis Es un tipo de endocitosis por el cual algunas células (neutrófilos y
macrófagos)atrapan particulas rodean con su membrana citoplasmática a un antígeno y lo introducen al interior celular. Esto se produce gracias a la emisión de pseudópodos alrededor de la partícula o microorganismo hasta englobarla completamente y formar alrededor de él una vesicula, llamada fagosoma, la cual fusionan posteriormente con lisosomas para degradar el antígeno fagocitado.
Es el modo de nutrición, ingestión de materia del exterior (bacterias, otras células, materia inorgánica, etc.), como es el caso de algunos organismos unicelulares. Es uno de los medios de transporte grueso que utilizan para su defensa algunas células de los organismos pluricelulares. En organismos multicelulares, este proceso lo llevan a cabo células especializadas, casi siempre con el fin de defender al conjunto del organismo frente a potenciales invasores perjudiciales.
En muchos organismos superiores, la fagocitosis es tanto un medio de defensa ante microorganismos invasores como de eliminación (e incluso reciclaje) de tejidos muertos.
Pinocitosis Es un proceso biológico que permite, a determinadas células
y organismos unicelulares, obtener líquidos orgánicos del exterior para ingresar nutrientes o para otra función.
En la pinocitosis, la membrana celular se invagina, formando una vesícula alrededor del líquido del medio externo que será incorporado a la célula.
Las vesículas se originan en la superficie recubierta por clatrina de la célula, la vesícula revestida de clatrina pasa al citoplasma mediante invaginación, una vez que la vesícula esta en el citoplasma el revestimiento de clatrina desaparece, los trisqueliones (formados por moléculas de clatrina) quedan libres en el citoplasma
Exocitosis
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesículas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmática y liberan su contenido. Esto sucede cuando llega una señal extracelular.
La exocitosis se observa en muy diversas células secretoras, tanto en la función de excreción como en la función endocrina
Endocitosis y exocitosis son dos procesos que están regulados por la célula para mantener constante la membrana plasmática, ya que permiten su regeneración pues los fagosomas que contienen las moléculas fagocitadas se forman a partir de la membrana plasmática y cuando el proceso de digestión celular llevado a cabo por los lisosomas finaliza se lleva a cabo la excreción celular por exocitosis recuperándose la membrana utilizada para la formación del fagosoma.
TRANSPORTE PASIVO
FILTRACION: el líquido se forzó a través de una membrana o barrera debido a una diferencia de presión entre ambos lados.
OSMOSIS: la difusión de las moléculas de un solvente hacia una región en la cual hay una concentración más alta de un soluto al cual la membrana es impermeable.
DIFUSIÓN: sitio de donde hay más a donde hay menos. Cuando una sustancia difunde a través de una membrana con ayuda de una proteína transportadora.
Proteínas transportadoras Transporte pasivo: difusión facilitada
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2.- ACTIVOa) Primario b) Secundario c) Bomba Na/K
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6. Equilibrio Ionico
Distribución de iones
La diferencia en la energía potencial de un ion a través de la membrana depende de la diferencia de concentración y de la diferencia de potencial eléctrico de la misma.
También depende que la concentración de ionesde el medio intracelular sea mayor a la extracelular por lo tanto es general que el cambio se de “de adentro hacia afuera” por que no hay diferencia de potencial eléctrico.
Regulación del volumen celular La regulación se da a los iones intracelulares no
permeantes, así negando el paso de iones extracelulares a través de la membrana y, como resultado, hace lo propio en el citosol.
El efecto Donnan ocurre cuando un anión y un catión monovalentes tiene un equilibrio de concentración entre las dos cámaras.
Otra regulación es el de la salida de Na+ en la bomba Na+/ K+ que regula la presión en el medio intracelular por el desequilibrio osmótico que deriva del desplazamiento del agua entre las dos camaras.
Efecto Donnan
FENÓMENOS ELECTRICOS DE MEMBRANA. POTENCIAL DE MEMBRANA
• Todas las células del organismo mantienen una diferencia de potencial eléctrico (VOLTAJE) a través de la membrana. Este “potencial de membrana” se debe a una pequeña diferencia de distribución de cargas a un lado y otro de la membrana. Estas diferencias en la distribución iónica se fundan en dos hechos:– La actividad de las bombas de iones– La difusión pasiva de iones.
DISTRIBUCIÓN DE IONES INTRA Y EXTRACELULARES
INTRACEL (mM) EXTRACEL (mM)
K+ 139 4Na+ 12 145Ca2+ <1x10-3 1,8Mg2+ 0,8 1,5Cl- 4 145Proteínas- 139 9HCO3- 12 29HP4-
La tendencia de K+ será a salir, creando una carga negativa del interior de la célula respecto al exterior.
La salida de K+ hacia el exterior se interrumpe cuando el potencial de membrana alcanza un valor que contrarresta al de escape , es decir cuando las fuerzas de moción eléctrica y química se han igualado, o lo que es lo mismo, cuando el potencial electroquímico del K+ es cero.
Esta situación de equilibrio teórico en la que no hay un flujo neto de K+ en la membrana de la célula se dice que este ión ha alcanzado su POTENCIAL DE EQUILIBRIO
POTENCIAL DE MEBRANA DE LA CÉLULA
En la célula se ha convenido que el potencial de membrana se expresa como el potencial intracelular respecto al extracelular.
El potencial de membrana resulta de la integración de los potenciales de los distintos iones , K+ que tiene una concentración intracelular
más alta, y por tanto tiende a salir , Na+ y Cl- y Ca 2+ que tienen una
concentración mucho más alta en el exterior que en el interior, y por tanto tenderán a entrar en la célula.
POTENCIAL DE REPOSO
Las células se dividen respecto a sus propiedades eléctricas en dos tipos básicos: no excitables excitables
Las células no excitables son aquellas que mantienen un potencial de membrana fijo, o que varía muy poco. Ya hemos dicho que este potencial suele estar alrededor de los –60 mV.
Por el contrario las células excitables son aquellas, que en respuesta a determinadas señales pueden cambiar este potencial y originar un potencial de acción.
POTENCIAL DE REPOSO
El potencial de membrana en reposo (potencial de reposo) es la diferencia de potencial que existe a través de la membrana de células excitables (nervio, músculo, tejidos con capacidad secretora), en el periodo entre potenciales de acción.
Potencial de reposo
Mantenimiento del potencial de reposo
Bomba de Na+/K+ , si la bomba se inactiva el potencial de membrana desaparece. Los hechos más importantes respecto a la contribución de la bomba en el potencial son: crea un potencial eléctrico porque por cada
3 Na+ que saca de la célula introduce solo 2 K+.
mantiene un potencial químico de K+ que tiende a que el potencial de membrana sea igual al potencial de equilibrio de este ión.
Cambio rápido en el potencial de membrana que se propaga a lo largo de toda la longitud de la célula.
Base comunicación entre las neuronas
1950 Alan Hodgkin y Andrew Huxley
Axon de un calamar gigante
BOMBA Na+/K+
Conserva su forma y amplitud mientras se propaga a través de la membrana.
Aumento brusco -90mV hasta -65mV
-65mV = UMBRAL
Estímulo que no consigue desencadenar un potencial de acción (SUBUMBRAL)
FASES DEL POTENCIAL DE ACCIÓN DESPOLARIZACIÓN Cambio en el potencial de membrana de -90mV a -70mV, es un descenso de la diferencia
de potencial.
REPOLARIZACIÓN El potencial de membrana vuelve a su potencial
en reposo
HIPERPOLARIZACIÓN El potencial de membrana cambia de -90mV a -100mV
PROPAGACION DEL POTENCIAL DE ACCIÓN
Un potencial de acción obtenido en cualquier punto de una membrana excitable suele excitar las porciones adyacentes de la misma.
En ambas direcciones alejándose del estimulo hasta que toda la membrana quede despolarizada
PRINCIPIO DEL TODO O NADA
EXCITABILIDAD CELULAR
Todos los sistemas biológicos son capaces de detectar las variaciones energéticas que ocurren en el medio que los rodea.
Esta característica de detectar cambios energéticos del medio y reaccionar ante ellos constituye una de las principales propiedades de los sistemas biológicos, y se le denomina irritabilidad.
Las variaciones energéticas (mecánicas, químicas, eléctricas, térmicas, lumínicas) que tienen lugar en el medio extracelular son los estímulos, y las acciones de adaptación del sistema biológico ante estos constituyen las respuestas.
Durante la evolución, determinadas células de los organismos pluricelulares animales se diferenciaron al desarrollar de forma considerable la propiedad de irritabilidad, y constituyeron la base de los llamados tejidos excitables, que son el nervioso,
el muscular
y los epitelios glandulares
La respuesta de estas células ante los estímulos incluye la variación de su potencial de membrana en reposo (PMR).
El mayor porcentaje de células que componen nuestro organismo son células excitables.
El concepto de células excitables se le da a las células o tejidos que generan una respuesta cuando reciben un estimulo.
Esta excitabilidad celular va a depender de la existencia de diferentes concentraciones de iones en ambos lados de la membrana celular y de la capacidad de intercambio activo y pasivo a través de estas membranas.
ACTIVIDAD CELULAR
La actividad celular es la capacidad que tienen todas las células de intercambiar información fisicoquímica con el medio ambiente y con otras células.
La función principal de la actividad celular es la de adaptarse a los cambios que existen en el medio que les rodea para sobrevivir a esos cambios, gracias al fenómeno de la homeostasis.
Intervienen sistemas mensajeros. El primer mensajero (ligando) se une al receptor de membrana.
Esta unión estimula la producción de un segundo mensajero en el interior de la célula.
Segundos mensajeros es liberado después de la activación de un vía de transducción de señales.
Desencadena una cascada enzimática (una molécula transforma a otra, y ésta a otra, y así sucesivamente).
Ocurre un efecto biológico.
Simplifica la actividad de la célula
