Transporte no vesicular

Organelas y transporte intracelular no vesicular Transporte Intracelular NO VESICULAR 

• Involucra todos los mecanismos por el cuál las organelas pueden comunicarse entre sí, como el intercambio de metabolitos o moléculas mediante difusión por el citosol o por medio de contacto físico directo entre compartimentos.
• Las organelas que participan en este tráfico NO vesicular son los peroxisomas, las mitocondrias, los plastos y los adiposomas. Peroxisomas 
• Relacionados a los procesos de oxidación (utilizan O 2) del anabolismo (síntesis) y catabolismo (degradación).
• Contienen una gran variedad de enzimas que importan desde el citosol.
• Catalasa (elimina H2O2)
• La biogénesis de los peroxisomas puede ser desde la formación a partir del RE o de un peroxisoma existente
• Los procesos de oxidación del anabolismo (síntesis) y catabolismo (degradación) son muy diversos y la participación del peroxisoma varía según el Reino Biológico.

Mitocondrias 

• Realizan las reacciones de óxido-reducción que permiten el sustento energético de la célula.
• Es la fábrica de síntesis de ATP.

• Son autorreproducibles (ADN propio) y semiautónomas. o Constan de información genética propia y un equipo de síntesis proteica.
• El ADN y ribosomas son más parecidos a los de los organismos procariontes (teoría endosimbionte).

Estructura interna de la mitocondria 

• Existen 2 membranas (externa e interna) y 2 compartimentos (espacio intermembrana y la matriz).
• Para fabricar ATP se necesitan estos compartimentos que permiten crear gradientes electroquímicos (fuerza impulsora para sintetizar ATP).
• En el espacio intermembrana se acumulan protones (H+) que es la fuerza impulsora que utiliza la ATP sintetasa para fabricar el ATP. Otras funciones de las mitocondrias 
• Además de realizar la síntesis de ATP, las mitocondrias participan en varios procesos celulares críticos:

• Apoptosis (Muerte celular programada) o Reserva de Ca2+
• Señalización celular. o Diferenciación celular. o Control del ciclo y crecimiento celular.

Síntesis de ATP (transformación de la energía, erróneamente llamada producción de energía) 

• En condiciones aerobias (en presencia de oxígeno) la síntesis de ATP es un proceso multietapas en el que se va obteniendo energía gradualmente (a partir de electrones ricos en energía) por oxidación del sustrato.
• Este proceso inicia con el glucólisis (en el citoplasma), el Ciclo de Krebs (en la matriz mitocondrial) y se continúa con la fosforilación oxidativa (en la cadena respiratoria, un complejo de enzimas en la membrana mitocondrial interna).
• Al conjunto de todos estos fenómenos se los conoce como Respiración Celular.

La síntesis de ATP es parte del metabolismo celular 

• En las células animales, tres etapas del metabolismo celular conducen desde el alimento hasta los productos de desecho. Esta serie de reacciones produce ATP, que luego se utiliza para impulsar reacciones de biosíntesis y otros procesos que necesitan energía en la célula. o La etapa 1 ocurre sobre todo fuera de las células, aunque orgánulos especiales llamados lisosomas pueden digerir moléculas de gran tamaño en el interior celular. o La etapa 2 ocurre en el citosol y es el glucólisis; el paso final de la conversión del piruvato en los grupos acetilo de la acetil CoA, sucede en las mitocondrias. o La etapa 3 ocurre por completo en las mitocondrias (Ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa). Formación de Acetil CoA 
• En la etapa 2, la acetil CoA se produce en las mitocondrias a partir de moléculas derivadas de carbohidratos y grasas. La oxidación mitocondrial empieza cuando se generan grandes cantidades de Acetil CoA a partir de piruvato y ácidos grasos en la matriz.

El ciclo de Krebs 

• El de Krebs o del ácido cítrico o ácidos tricarboxílicos) cataliza la oxidación completa de los átomos de carbono de la acetil CoA.
• La reacción de la acetil CoA con el oxalacetato inicia el ciclo mediante la producción de citrato (ácido cítrico).
• Cada vuelta del ciclo produce dos moléculas de CO2 (como productos de desecho), tres moléculas de NADH, una molécula de GTP y una molécula de FADH2.
• La cantidad de átomos de carbono en cada intermediario se muestra en un cuadrado amarillo.
• Al final del ciclo el oxalacetato (con 4C) reinicia el ciclo sumando 2C de una nueva acetil CoA que ingresa.
• El resultado neto de una vuelta del ciclo es: 3 NADH + 1 FADH2 + 1 GTP + 2 CO2 + 3 H+

Fosforilación Oxidativa 

• El NADH y el FADH2 producidos por el ciclo de Krebs, cede electrones (2e-) a la cadena respiratoria (que por último van a reducir el O2 a H2O). Una gran parte de la energía liberada durante la transferencia de electrones permite acumular protones (H+) en el espacio intermembrana (ver diapositiva siguiente), generando un gradiente electroquímico que finalmente se aprovechará para impulsar la síntesis de ATP.
• Todo el proceso en conjunto se denomina fosforilación oxidativa. Cadena respiratoria 
• La cadena respiratoria está formada por 3 complejos enzimáticos que van transportando los electrones hasta el O2; la energía que libera este transporte se utiliza para acumular protones (H+) en el espacio intermembrana; así se genera un gradiente electroquímico de protones (diferentes voltaje y pH entre el espacio intermembrana y la matriz mitocondrial).

Acoplamiento quimiosmótico 

• Los fenómenos que “acoplan” o asocian procesos químicos y procesos de transporte se conocen como acoplamiento quimiosmótico, como ocurre en los complejos de la cadena respiratoria (izquierda) o en la ATP sintasa (derecha). La ATP sintasa 
• La enzima que fabrica el ATP utilizando el gradiente electroquímico
• El gradiente electroquímico de protones (H+) contenidos en el espacio intermembrana, lo impulsa a regresar a la matriz; el regreso se realiza a través de la ATP sintasa, que es un complejo enzimático transmembrana que utiliza la energía del flujo de H+ para la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi (análogo a un dínamo que gira y produce electricidad).
• El gradiente electroquímico de protones a través de la membrana mitocondrial interna también se utiliza para los procesos de transporte acoplado.

Balance energético de la Respiración Celular 

• Por cada molécula de glucosa [pic 1] 36 ATP que provienen de: o la glucólisis [pic 2] 6 ATP

o la descarboxilación del ácido pirúvico [pic 3] 6 ATP o el ciclo de Krebs[pic 4]  24 ATP

• Por cada molécula de ácido graso (16C) [pic 5] 84 ATP o Eficiencia energética de la respiración celular (conversión energética biológica) o ΔG(combustión directa) vs. ΔG (P en ATP) ≈ 40%
• Eficiencia energética no biológica (motor): 10-20% Cloroplastos 
• Este orgánulo fotosintético contiene tres membranas (la membrana externa, la membrana interna y la membrana tilacoide) que definen tres compartimientos internos bien definidos (el espacio intermembrana, el estroma y el espacio tilacoide).
• En la membrana tilacoide se hallan los sistemas generadores de energía del cloroplasto, incluida su clorofila que captura la luz. Los tilacoides están interconectados y tienden a agruparse formando pilas que constituyen las granas.

Fotosíntesis 

• Producción de ATP y NADPH ⮚ Conversión CO2 en HdeC
• La fotosíntesis tiene dos etapas.
• En la etapa 1 el agua se oxida y se libera oxígeno en las reacciones fotosintéticas de transferencia de electrones que producen ATP y NADPH. Esta etapa ocurre sobre la membrana tilacoide y el ATP se libera al estroma.
• En la etapa 2 el CO2 se asimila (se fija) y produce azúcares y una variedad de otras moléculas orgánicas en las reacciones de fijación de carbono. La etapa 2 comienza en la estroma del cloroplasto y continúa en el citosol.

Fotólisis de H2O, cadena de transporte de e- y síntesis de ATP y NADPH 

• La energía lumínica es captada por los fotosistemas localizados en la membrana. La cadena de transporte de electrones del cloroplasto funciona de manera similar a la de la mitocondria, y permite el almacenamiento de protones (en este caso en el espacio tilacoide).  
• El gradiente de protones activa a la ATP sintasa localizada en la misma membrana para generar el ATP, el cual se libera hacia el estroma (espacio entre la membrana externa e interna del cloroplasto). Fijación del carbono y glucogenólisis 
• La síntesis de hidratos de carbono (glucogenólisis) requiere de la fijación del carbono gaseoso atmosférico.
• La reacción inicial es catalizada en el estroma del cloroplasto por la enzima ribulosa bifosfato carboxilasa (RUBISCO) y utiliza como fuente de energía el ATP y NADPH de la fase lumínica.
• El ciclo de fijación del carbono se conoce también como ciclo de Calvin, y es el responsable en las plantas de la síntesis de hidratos de carbono (sacarosa, almidón).
• A veces se llama a este ciclo “fase oscura”, concepto errado porque no ocurre en ausencia de luz, sino que ocurre de manera independiente a la luz (no necesita luz). ⮚ Los ATP y NADPH provienen de la fase lumínica. Sinergia entre cloroplastos y mitocondrias en vegetales 
• En las plantas, los cloroplastos y las mitocondrias, colaboran para abastecer a la célula de metabolitos y ATP.
• La membrana interna de los cloroplastos es impermeable al ATP y al NADPH, producidos durante las reacciones lumínicas de la fotosíntesis.
• En consecuencia, estas moléculas son canalizadas al ciclo de fijación de carbono donde son utilizadas en la formación de azúcares.
• Los azúcares resultantes se almacenan dentro de los cloroplastos, en la forma de almidón, o se exportan al resto de la célula vegetal. Allí, ellas pueden ingresar a la vía generadora de energía que finaliza en la síntesis de ATP en las mitocondrias.  
• Las membranas mitocondriales son permeables al ATP, como se indica. Núcleo 
• Es el centro de control celular, encierra al ADN y toda la maquinaria necesaria para transcribir su información a ARN.
• Presente solo en eucariotas.
• Contiene el material hereditario: los cromosomas.
• Cuando la célula no está en división el ADN existe en una forma extendida: cromatina. Heterocromatina (compacta), Eucromatina (laxa).
• En el nucleoplasma se encuentra su compartimento más conspicuo: el nucléolo (síntesis de ribosomas)

Forma y localización del núcleo 

• Normalmente un solo núcleo por célula. o más de uno en los osteoclastos, en las fibras musculares esqueléticas o en los epitelios de algunos invertebrados.
• La forma nuclear es variable, se suele adaptar a la forma celular. o Neutrófilos de la sangre poseen núcleos multilobulados.  
• La localización habitual: centro celular o Otras posiciones más periféricas: células secretoras se puede localizar en la parte basal de la célula, la célula muscular esquelética se dispone en las proximidades de la membrana plasmática.

Envoltura nuclear 

⮚ Dos membranas concéntricas cada una es una Bicapa lipídica, separadas entre si por 20 a 40 nm.

Lámina nuclear (células animales) 

• Entramado proteico que separa la membrana interna de la cromatina.
• Espesor de 20 a 25 nm.
• Compuesta por proteínas (laminas; Flia. de los filamentos intermedios).
• Confiere estabilidad mecánica a la envoltura nuclear. ⮚ Interactua con la cromatina y numerosas Proteínas.

Funciones de la envoltura nuclear 

• Separa físicamente al nucleoplasma del citoplasma.
• Regula la comunicación.
• Establece la forma nuclear.
• Contribuye a la organización interna del núcleo:

• Anclaje para la cromatina.
• Posicionamiento nuclear (microtúbulos y filamentos intermedios).

Complejo de Poros nucleares (NPC). 

• Compuesto por nucleoporinas.
• Condicionan procesos claves  o salida del ARNm al citoplasma  o entrada al núcleo de los factores de transcripción expresión génica.
• Puede haber unos 11 poros/μm 2 de envoltura nuclear unos 3000 a 4000 poros por núcleo.

El ADN (ácido desoxirribonucleico) 

• En las células eucarióticas el ADN es lineal
• Está fuertemente unido a proteínas especiales llamadas histonas.
• Cada molécula de DNA con sus histonas constituye un cromosoma.
• Cuando la célula se divide, la cromatina se condensa y los cromosomas se hacen visibles como entidades independientes. Gen 
• Secuencia lineal de nucleótidos compuesta de regiones codificantes y no codificantes que codifican para una o más proteínas.

Dogma Central de la Biología Molecular. 

• Existe una relación entre la ordenación lineal de los nucleótidos en los ácidos nucleicos (ADN) y la ordenación lineal de los aminoácidos en las proteínas".

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