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Señalización y transporte celular
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Enzimas y Catálisis
Las enzimas son moléculas sintetizadas en la célula que aceleran de forma selectiva y eficiente las reacciones que se dan en el entorno celular.
La mayor parte son proteínas, pero existen moléculas de ARN con acción catalítica estas son las ribozimas.
La clasificación de las enzimas según la reacción catalizada.
Oxidorreductasas
Transferasas
Hidrolasas
Liasas
Isomerasas
Ligasas
Catalizan reacciones de oxidación y reducción.
Transfieren un grupo químico de una molécula a otra.
Son esenciales las transferasas que transfieren un grupo -OH desde el agua a otro sustrato.
Catalizan la escisión reversible de enlace C-C como en el caso de las aldolasas.
Catalizan reacciones que suponen un movimiento de un grupo o un doble enlace dentro de la molécula en donde se obtiene un nuevo isómero.
Cataliza la formación de enlaces C-C, pero requieren energía que obtienen de la hidrolisis de ATP y se denomina sintetasas.
Existen numerosas enzimas que tienen componentes no proteicos que se denomina cofactor (Cationes Metálicos) o coenzimas (Moléculas Orgánicas) la que se necesita para un correcto funcionamiento
En este tipo de enzimas son las que requieren un componente adicional, la porción proteica se denomina apoenzimas y la molécula completa holoenzima.
Las coenzimas son necesarias para transportar de forma transitoria grupos funcionales durante la reacción catalizada por la enzima.
Función de las enzimas.
Principios energéticos
La velocidad esta relacionada con la energía de activación
Mecanismos químicos para la estabilización del estado de transición.
La regulación enzimática
Las enzimas aceleran las reacciones biológicas actuando sobre sustratos específicos que se van a transformar en el producto de la reacción.
El sustrato interacciona con el centro activo de la enzima y su forma un complejo enzima–sustrato.
La transformación de sustrato en producto ocurre a través de un estado transitorio inestable denominado el estado de transición
Cambios energéticos en una reacción exergónico
La energía de activación y el estado de transición
Las enzimas no alteran el equilibrio entre producto y sustratos, pero al acelerar la reacción se consigue el equilibrio más rápido.
Las catálisis enzimáticas se consiguen rebajando esta barrera energética (energía de activación) que supone la creación del complejo enzima-sustrato.
Las enzimas aceleran las reacciones químicas creando vías alternativas de menor energía de activación y la hacen por 2 mecanismos.
Formación de enlaces covalentes o la transferencia de grupos funcionales entre determinado grupo funcional de la enzima y del sustrato.
La creación de interacción no covalentes entre la enzima y el sustrato que van acompañados de una liberación de energía libre, llamada energía de unión o fijación, que rebaja la energía de activación.
Esta se da gracias a la formación del compleja binaria enzima-sustrato.
La energía de fijación proporciona especificidad y catálisis.
La presencia de grupo catalíticas específicos permite crear rutas alternativas de menor energía de activación.
Catálisis ácido- base general.
Catálisis covalentes.
Catálisis por iones metálicos.
Para coordinar la actuación de muchas enzimas existen unas que tienen mayor efecto sobre la velocidad del proceso se los conoce como enzimas reguladoras.
Alostéricas
Covalente
Las enzimas se unen de formación reversible no covalente a pequeñas moléculas, regulan su actividad.
Estas sufren modificaciones covalentes que pueden ser reversibles o irreversibles, produciendo se cambió en su función.
En la mayor parte de las rutas metabólicas existen enzimas, denominadas reguladores, que cambia su actividad como respuesta a ciertas modificaciones.
Membranas biológicas
Son estructuras de gran importancia para las células
Estas permiten crear compartimentos independientes.
Facilitan el intercambio selectivo de sustancias (permeabilidad selectiva).
Información celular o comunicación celular, intervienen en los procesos de información celular.
Se debe a la naturaleza anfipática de los lípidos para controlar el paso de los diferentes solutos, y a la necesaria cooperación de las proteínas para seleccionar que moléculas podrán atravesar en determinadas condiciones.
Estructura de la membrana celular
Esta consiste en una lámina de moléculas de lípidos de naturaleza anfipática.
Los fosfolípidos son los principales integrantes de las membranas. Estas moléculas poseen una zona polar y dos colas apolares.
Estos son muy variados dependiendo de los ácidos grasos de la cadena de acilo, esta composición varia bajo condiciones de nutrición o condiciones patológicas.
Propiedades de la membrana
Tiende a recuperar
Son fluidas (modelo del mosaico fluido)
Mantienen la estructura de bicapa lipídica proporciona la capacidad de autosellado, por esto si existe un desgarro pequeño en la membrana, se reorganiza de forma espontánea.
Estas pueden desplazarse unas respecto a otras cambiando de posición (desplazamientos laterales, rotación, flexión (frecuentes) y flip-flop).
Se produce el aumento de fluidez por factores como: Aumento de la temperatura T°, presencia de insaturaciones, longitud corta de las cadenas hidrocarbonadas, bajas concentraciones de colesterol.
La bicapa de lípidos es asimétrica
Los lípidos de las diferentes membranas son distintos y tienen características parecidas en las células de los animales de cada especie.
Los lípidos no presentan una distribución regular en ambos lados de la bicapa de la membrana.
Las proteínas se asocian o se integran en la membrana
Las funciones de las membranas se realizan gracias a su componente proteico que es alrededor de 50% de la masa total.
- Transporte de solutos
- Receptor de señales
- Función catalítica
- Función de anclaje de macromoléculas a ambos lados de la membrana
Existe diferentes posibilidades de distribución de las proteínas sobre la bicapa lipídica.
Proteínas integrales
Proteínas periféricas
Atraviesan toda la membrana
Estas pueden estar integrados a la membrana o fuera
Transmembrana
Unidas a lípidos
Unidas a proteínas
Transporte de Solutos
La célula es un sistema abierto que intercambia materia y energía con el medio extracelular, lo que hace que exista un paso de sustancias a través de la membrana plasmática.
Según el aporte extra de energía (Consumo o no de energía) se divide en:
Transporte activo
Cuando el transporte se realiza en contra de gradiente y es necesario un aporte energético.
Transporte pasivo
Las moléculas pasan a favor de gradiente, el desplazamiento es pasivo y este no requiere aporte energético extra.
Transporte activo primario
Transporte activo secundario
La energía proviene de la hidrolisis de ATP.
En esta proviene del gradiente de concentración que se genera con el transporte primaria.
Bomba de Sodio- Potasio.
Es uno de los ejemplos mas conocidos de transportadores activos primarios y mas conocidos es este.
Se trata de una proteína tipo carrier, su función es el transporte en contra de gradiente electroquímico de Na+ al exterior celular y de K+ al citoplasma que ocurre gracias a la energía que aporta la hidrolisis de ATP.
Por cada molécula de ATP hidrolizada se transportan 3 de Na al exterior y se introducen 2 de K.
Tipos de cotransporte
Simporte
Antiporte
Proteínas transportadoras
Canales iónicas
Carrier
Transporte pasivo
Transporte activo la gran mayoría
Permiten el paso selectivo de iones según su tamaño y su carga.
Se une de forma especifica a la sustancia que transporta y sufre cambio, esto facilita el paso de un lado a otro de la membrana.
La membrana plasmática presenta un potencial de membrana que este surge de la distribución de iones en el medio extracelular e intracelular se genera por la actuación de los diferentes transportadores.
La respuesta celular será:
Proliferación
Diferenciación
Supervivencia
Apoptosis
Señal extracelular, disparan la progresión del ciclo celular (Duplicación de ADN y entrada de mitosis).
Implica la síntesis de proteínas que van a constituir las diferentes estructuras celulares.
Se regula tanto la supervivencia como la proliferación celular, representando un complicado mecanismo por el cual el organismo controla el numero y tipo de células que lo forman.
Ante la ausencia de factores de creciente o la llegado de otras señales, la célula inicia mecanismo que llevan a su muerte.
Las señales tienen naturaleza de iones, aa, azucares, nucleótidos, físicas (luz), péptidos y hormonas.
Señalización celular
Tiene un esquema general de funcionamiento.
Células emisora
Señal o ligando
Célula receptora o célula diana
Secreta una señal química al exterior celular.
Esta puede recorrer una distancia mas o menos larga hasta que encuentra una célula receptora.
Se une específicamente a su receptor de membrana iniciando una respuesta celular concreta.
El mecanismo por el cual el receptor transforma una señal extracelular en una nueva intracelular se conoce como transducción de señales.
La mayoría de estas señales químicas son de naturaleza polar, por lo que no puede atreves, la membrana celular (Señal extracelular), existen señales hidrofóbicas capaces de introducirse en la célula y allí activar a su receptor especifico (Señal intracelular).
La célula receptora puede recibir los distintos mensajes para desencadenar respuesta como división, diferenciación, migración, supervivencia.
En la interpretación enzimática, dentro de la célula es señalización y fuera de la misma transducción, esto es facilitado por los segundos mensajeros.
Segundos mensajeros
Son pequeñas moléculas que se generan por las enzimas efectoras y se acumulan en el interior de la célula como respuesta a una determinada señal extracelular y que pueden difundirse por todo el citoplasma y activar diversas proteínas señalizadoras.
Tipos de señales
En función de la distancia entre la célula emisora y receptora se puede clasificar en:
Endocrina
Paracrina o autocrina
Neuronal
Dependiente de contacto
La célula emisora es una célula secretora capaz de sintetizar hormonas y liberarlas al torrente sanguínea desde se distribuyen a todo el organismo.
Aquí la célula emisora y la célula receptora están cercanas, la señal viaja por el medio extracelular y luego es encriptada por los receptores de la célula diana o degradadas enzimas.
Este lo llevan a cabo las neuronas que se ponen en contacto con otras células por medio de la sinapsis neuronal. La transmisión del impulso nervioso puede alcanzar la velocidad de hasta 100 m/s
Están unidas por contacto directo para el mensaje no se vierte ni al espacio extracelular ni a la sangre.
Sistema de transducción de señales
Las moléculas señal estas van al receptor celular entran en el conjunto de enzimas efectoras intracelulares y producen respuesta celular
Agonistas
Antagonistas
Son los ligando que al unirse activan al receptor
Estas bloquean impidiendo responder a otras señales
Se encuentran 3 tipos básico de receptores de membrana:
Receptores acoplados a proteínas G heterotriméricas
Receptores con actividad enzimática
Receptores asociaciados con canales iónicos
Participan en la percepción sensitiva: vista, gusta, olfato.
El propio dominio intracelular del receptor tiene una actividad enzimática.
Conocidos también como canales iónicos regulados por unión a ligandos, el mecanismo de transmisión es mas sencillo, la consecuencia dependerá de la especificidad del canal y el tipo celular.
Rutas de señalización
Es la secuencia en forma lineal de proteínas que son activadas en respuesta a la señal.
Las enzimas efectoras que resultan activadas por el receptor se encargan de amplificar y divergir la señal, generando segundos mensajeros o modificando covalentemente a las proteínas diana.
Dependiendo del tipo de enzimas efectoras la respuesta celular será diferente, así se consigue que, ante una misma señal, cada tipo celular responde de forma específica.
La célula esta expuesta a multitud de señales que activan de forma simultanea distintas rutas de señalización; por esto la respuesta celular es el resultado de la integración de las distintas señales recibidas.
Señalización y transporte celular
BIBLIOGRAFÍA
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- Flowchart on Señalización y transporte celular, created by Nathaly Teca on 21/07/2020.
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- Nathaly Teca
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