Organización Funcional del Cuerpo Humano

Niveles de Organización Estructural

Nivel Químico

• El nivel más inferior o simple.
• El cuerpo está formado por átomos como O₂ y N, y moléculas como proteínas, lípidos y carbohidratos.

Nivel Celular

• El organismo está formado por células.

Nivel Tisular o Hístico

• El cuerpo está formado por tejidos: conjunto de células similares que suelen tener un origen embrionario común y que funcionan en asociación para desarrollar actividades especializadas, junto con elementos y líquido extracelular (líquido intersticial). Ejemplos: tejidos epitelial y muscular.

Nivel Orgánico

• El cuerpo está formado por órganos: estructuras formadas por dos o más tejidos distintos, como el corazón, los riñones y los intestinos.

Nivel de los Aparatos y Sistemas

• Los aparatos y sistemas están formados por varios órganos relacionados con una función común, como el aparato digestivo, el aparato respiratorio, el sistema nervioso y el sistema endocrino.

Nivel del Organismo o del Individuo

• Todas las partes del cuerpo funcionando en conjunto.

Organización de los Líquidos del Organismo

Líquido Extracelular (1/3)

• Sodio
• Cloruro
• Bicarbonato
• Nutrientes

Líquido Intracelular (2/3)

• Potasio
• Magnesio
• Fosfato
• Proteínas

Mol y Milimol

Un mol se define como el peso molecular expresado en gramos de una sustancia.

Ejemplos

• 1 M de glucosa, la cual tiene un peso molecular de 180 daltons, es igual a 180 gramos y 1 mM equivale a 180 miligramos.
• 1 M de cloruro de sodio es igual a 58.5 gramos, puesto que tiene un peso molecular de 58.5 daltons; 1 mM de cloruro de sodio es igual a 58.5 miligramos.

Osmol y Miliosmol

Un osmol es igual al peso molecular expresado en gramos para una sustancia que no se disocia, y es igual al peso molecular expresado en gramos dividido por el número de partículas en que se disocia cada molécula de la sustancia si ésta se disocia.

Ejemplos

• Un Osm de glucosa es igual a 180 gramos, ya que el peso molecular de ésta es de 180 daltons y se trata de una sustancia que no se disocia; 1 mOsm es igual a 180 miligramos.
• Un Osm de cloruro de sodio es igual a 58.5 gramos/2 = 29.25 gramos, es decir a la mitad de peso molecular expresado en gramos, ya que el cloruro de sodio se disocia en 2 partículas por cada molécula, una de Cl^– y otra de Na⁺.
• 1 Osm de ClNa = 29.25 gramos.
• Un mOsm de cloruro de sodio es igual a 29.25 miligramos.

Equivalente y Miliequivalente

Un equivalente es igual al peso molecular o atómico expresado en gramos dividido por la valencia, sin tomar en cuenta el signo de la valencia. Esta unidad se utiliza para moléculas iónicas, es decir con carga.

Ejemplos

• Un Eq de Na⁺, el cual tiene un peso atómico de 23 daltons, es igual a 23 gramos dividido por la valencia que es +1, es decir igual a 23 gramos.
• 1 Eq de Na⁺ = 23 gramos/1= 23 gramos.
• Un mEq de Na⁺ es igual a 23 miligramos.

Ejemplos

• Un Eq de Cl^–, el cual tiene un peso atómico de 35.5 daltons, es igual a 35.5 gramos dividido por la valencia que es de -1, por tanto, es igual a 35.5 gramos.
• 1 Eq de Cl^– = 35.5 gramos/1= 35.5 gramos.
• Un mEq de Cl^– es igual a 35.5 miligramos.

Ejemplos

• Un Eq de Ca⁺², el cual tiene un peso atómico de 40 daltons, es igual a 40 gramos dividido por la valencia que es de +2, por lo tanto, es igual a 20 gramos.
• 1 Eq de Ca⁺²= 40 gramos/2= 20 gramos.
• Un mEq de Ca⁺² es igual a 20 miligramos.

Homeostasis

• Claude Bernard desarrolló la idea de que los procesos fisiológicos funcionaban para mantener la constancia del ambiente interno del organismo.
• Ese ambiente interno era llamado medio interior por Bernard.
• Walter Cannon (1871-1945), fisiólogo norteamericano, acuñó el término «homeostasis», en 1929, para describir los procesos autorreguladores mediante los cuales se mantiene la constancia del ambiente o medio interno.
• El término se deriva de dos raíces griegas: homeo, que significa «semejante» y stasis, que significa «estado fijo».
• La homeostasis implica el mantenimiento del medio interno relativamente estable a pesar de la variabilidad en el medio externo.
• La homeostasis es la situación en la que el ambiente interno del organismo se mantiene dentro de determinados límites fisiológicos.
• Se dice que el organismo está en homeostasis cuando su medio interno: 1) tiene la concentración óptima de gases, elementos nutritivos, iones y agua; 2) tiene una temperatura óptima y 3) tiene un volumen óptimo para la salud de las células.
• La alteración de la homeostasis puede llevar a enfermedad.
• El término homeostasis puede aplicarse no sólo en forma global para todo el organismo sino en forma particular, así, por ejemplo, se puede hablar de homeostasis de la presión arterial y de homeostasis de la temperatura corporal, para referirse al mantenimiento de estos parámetros, presión arterial y temperatura, dentro de cierto rango normal o fisiológico.

Transporte en el Líquido Extracelular

El líquido extracelular circula por el organismo en dos etapas. La primera consiste en el movimiento de la sangre por el cuerpo dentro de los vasos sanguíneos. La segunda es el movimiento del líquido entre los capilares sanguíneos y los espacios intracelulares existentes entre las células tisulares.

A medida que la sangre atraviesa los capilares sanguíneos se produce un intercambio continuo de líquido extracelular entre la porción del plasma de la sangre y el líquido intersticial que rellena los espacios intercelulares.

Las paredes de los capilares son permeables a la mayoría de las moléculas del plasma sanguíneo, con la excepción de las proteínas plasmáticas, que son demasiado grandes para pasar con facilidad a través de los capilares. Por tanto, grandes cantidades de líquido y sus componentes disueltos difunden yendo y viniendo entre la sangre y los espacios tisulares.

Este proceso de difusión se debe al movimiento cinético de las moléculas en el plasma y en el líquido intersticial, es decir, el líquido y las moléculas disueltas están en movimiento continuo y van dando tumbos en todas las direcciones dentro del plasma y el líquido en los espacios intercelulares, además de atravesar los poros capilares. Pocas células se encuentran a más de 50 μm de un capilar, lo que garantiza la difusión de casi cualquier sustancia desde el capilar hacia la célula en pocos segundos, es decir, que el líquido extracelular de cualquier zona del organismo, tanto en plasma como en líquido intersticial, se está mezclando continuamente, manteniendo la homogeneidad del líquido extracelular en todo el organismo.

Origen de los Nutrientes

Aparato Respiratorio

Cada vez que la sangre atraviesa el organismo también fluye por los pulmones y capta el oxígeno a través de los alvéolos, adquiriendo el oxígeno que necesitan las células. La membrana que separa los alvéolos y la luz de los capilares pulmonares, la membrana alveolar, tiene un grosor de tan solo 0,4 a 2 μm y el oxígeno difunde rápidamente por el movimiento molecular, a través de esta membrana para entrar en la sangre.

Aparato Digestivo

Una gran porción de la sangre que bombea el corazón también atraviesa las paredes del aparato digestivo, donde se absorben los distintos nutrientes, incluidos los hidratos de carbono, los ácidos grasos y los aminoácidos, desde el alimento ingerido hacia el líquido extracelular de la sangre.

Hígado y otros órganos

No todas las sustancias absorbidas del aparato digestivo pueden usarse tal como las células las absorben y el hígado es el encargado de cambiar la composición química de muchas de ellas, para convertirlas en formas más utilizables, mientras que otros tejidos corporales, los adipocitos, la mucosa digestiva, los riñones y las glándulas endocrinas, modifican o almacenan las sustancias absorbidas hasta que son necesitadas. El hígado elimina también ciertos residuos producidos en el cuerpo y las sustancias tóxicas que se ingieren.

Aparato Locomotor

¿De qué forma contribuye el aparato locomotor a la homeostasis? La respuesta es evidente y sencilla: si no fuera por los músculos, el organismo no podría desplazarse para obtener alimentos que se necesitan para la nutrición. El aparato locomotor también permite la movilidad como protección frente al entorno, sin la cual todo el organismo, incluidos sus mecanismos homeostáticos, sería destruido.

Eliminación de Productos Finales

Eliminación del Dióxido de Carbono

Al mismo tiempo que la sangre capta el oxígeno en los pulmones, se libera el dióxido de carbono desde la sangre hacia los alvéolos y el movimiento respiratorio de aire que entra y sale de los pulmones transporta el dióxido de carbono hacia la atmósfera. El dióxido de carbono es el más abundante de todos los productos del metabolismo.

Riñones

Con el paso de la sangre a través de los riñones se eliminan del plasma la mayoría de las sustancias que, además del dióxido de carbono, las células ya no necesitan, como son los distintos productos finales del metabolismo celular, como la urea y el ácido úrico y el exceso de iones y agua de los alimentos, que se acumulan en el líquido extracelular. Los riñones realizan su función filtrando primero una gran cantidad de plasma a través de los capilares de los glomérulos hacia los túbulos renales y reabsorbiendo en ellos hacia la sangre las sustancias que necesita el organismo, como la glucosa, los aminoácidos, cantidades apropiadas de agua y muchos de los iones.

Aparato Digestivo

El material no digerido que entra en el aparato digestivo y algunos productos residuales del metabolismo se eliminan en las heces.

Hígado

Entre las muchas funciones del hígado se encuentra la detoxificación o eliminación de los fármacos y otros productos químicos que se ingieren. El hígado secreta muchos de estos residuos en la bilis para su posterior eliminación en las heces.

Mecanismos de Control

Prealimentación (Feedforward)

Control de una variable antes de que ésta se desvíe.

Ejemplo: en el inicio de un ejercicio se estimulan las funciones circulatoria y respiratoria, de manera que no se produce ninguna variación en la presión parcial del oxígeno en la sangre arterial (PaO₂) aunque el consumo de oxígeno aumente en los tejidos como consecuencia del ejercicio.

Retroalimentación (Feedback)

Un ciclo de acontecimientos que implican la transmisión constante de información acerca del estado de una situación hacia un centro de control, y a la vez la transmisión de información desde este centro de control para ajustar el estado de la situación dentro de ciertos límites fisiológicos.

Elementos Fundamentales en la Retroalimentación

• Receptor: capta información que transmite al centro de control.
• Centro de control: recibe la información y la «analiza» y en base a ello envía «órdenes» a un efector.
• Efector: es quien ejecuta las órdenes del centro de control.

Retroalimentación

• Positiva
• Negativa

Retroalimentación Negativa: es cuando la respuesta invierte al estímulo inicial, es decir cuando se produce lo opuesto.

Retroalimentación Positiva: es cuando la respuesta potencia al estímulo inicial, es decir, cuando se produce más de lo mismo.

Control Genético de la Síntesis de Proteínas

Los genes, que están situados en el núcleo de todas las células del organismo, controlan la herencia de padres a hijos, así como la función cotidiana de todas las células del organismo. Los genes controlan las funciones de la célula determinando qué estructuras, enzimas y sustancias químicas se sintetizan dentro de ésta.

Expresión Genética

Proceso desde la transcripción (núcleo) hasta la traducción (citoplasma).

Los Nucleótidos se Organizan

• Un gran número de nucleótidos se unen entre sí para formar dos hebras en cada molécula de ADN.
• Las dos hebras se unen por enlaces o puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas. La adenina se une con timina y la guanina con citosina.

Obsérvese que el esqueleto de cada hebra de ADN está compuesto por moléculas de ácido fosfórico y desoxirribosa que se van alternando. A su vez, las bases de purina y pirimidina se unen a los lados de las moléculas de desoxirribosa. Después, las dos hebras respectivas de ADN se mantienen unidas mediante enlaces de hidrógeno débiles (líneas continuas) entre las bases purínicas y pirimidínicas. Sin embargo, es preciso observar que:

1. Cada base purínica de adenina de una hebra siempre se une con una base pirimidínica de timina de la otra.
2. Cada base purínica de guanina siempre se une con una base pirimidínica de citosina.

Código Genético

• El ADN controla la formación de las proteínas en la célula mediante un código genético.
• El código genético consta de tripletes sucesivos de bases, es decir, tres bases sucesivas componen una palabra del código.
• Los tripletes controlan la secuencia de aminoácidos en las proteínas y péptidos.
• Algunas de las proteínas celulares son estructurales, pero la mayoría son enzimas.

La importancia del ADN se debe a su capacidad para controlar la formación de las proteínas en la célula, que se consigue mediante un código genético. Es decir, cuando las dos hebras de la molécula de ADN se escinden quedan expuestas las bases purínicas y pirimidínicas proyectándose a un lado de cada hebra de ADN.

Transcripción

• El código se transfiere del ADN al ARN en un proceso conocido como transcripción en el núcleo.
• El ARN se difunde desde el núcleo al citoplasma donde controla la síntesis proteica.

Como el ADN se encuentra en el núcleo de la célula, pero la mayoría de las funciones de la célula se realizan en el citoplasma, debe haber algún mecanismo para que los genes de ADN del núcleo controlen las reacciones químicas del citoplasma. Este control se consigue mediante la intermediación de otro tipo de ácido nucleico, el ARN, cuya formación está controlada por el ADN del núcleo.

El ARN se Sintetiza en el Núcleo

• Durante la síntesis de ARN las dos hebras de la molécula de ADN se separan temporalmente y una de ellas se usa como plantilla.
• Los tripletes del código del ADN provocan la formación de tripletes con un código complementario (codones) en el ARN.
• Los codones controlan la secuencia de aminoácidos en una proteína.
• Los bloques de construcción del ARN son los mismos que los del ADN, excepto por dos diferencias: se utiliza ribosa en vez de desoxirribosa, y se utiliza uracilo en vez de timina.

Montaje de la Cadena de ARN

• En el ADN inmediatamente contigua al gen hay una secuencia de nucleótidos, el promotor.
• La polimerasa de ARN tiene una región que reconoce al promotor y se une a él. Este es un paso esencial para iniciar la formación de ARN.

Tipos de ARN

• ARN mensajero (ARNm)
• ARN de transferencia (ARNt)
• ARN ribosómico (ARNr)
• MicroARN (ARNmi)

ARNm: transporta el código genético al citoplasma para controlar el tipo de proteína que se forma.

ARNt: transporta los aminoácidos activados a los ribosomas para usarlos en el montaje de la molécula proteica.

ARNr: junto con 75 proteínas distintas forma ribosomas.

ARNmi: inhibe la transcripción y la traducción (regulación).

Código Genético

La mayoría de los aminoácidos están representados por más de un codón. Un codón representa la señal de “iniciar la fabricación de la molécula proteica”, 3 codones representan la señal de “detener la fabricación de la molécula proteica”.

ARNt

• Cada tipo de ARNt se combina especí»conten»:»
  

  Organización Funcional del Cuerpo Humano

  Niveles de Organización Estructural

  Nivel Químico

  • El nivel más inferior o simple.
  • El cuerpo está formado por átomos como O₂ y N, y moléculas como proteínas, lípidos y carbohidratos.

  Nivel Celular

  • El organismo está formado por células.

  Nivel Tisular o Hístico

  • El cuerpo está formado por tejidos: conjunto de células similares que suelen tener un origen embrionario común y que funcionan en asociación para desarrollar actividades especializadas, junto con elementos y líquido extracelular (líquido intersticial). Ejemplos: tejidos epitelial y muscular.

  Nivel Orgánico

  • El cuerpo está formado por órganos: estructuras formadas por dos o más tejidos distintos, como el corazón, los riñones y los intestinos.

  Nivel de los Aparatos y Sistemas

  • Los aparatos y sistemas están formados por varios órganos relacionados con una función común, como el aparato digestivo, el aparato respiratorio, el sistema nervioso y el sistema endocrino.

  Nivel del Organismo o del Individuo

  • Todas las partes del cuerpo funcionando en conjunto.

  Organización de los Líquidos del Organismo

  Líquido Extracelular (1/3)

  • Sodio
  • Cloruro
  • Bicarbonato
  • Nutrientes

  Líquido Intracelular (2/3)

  • Potasio
  • Magnesio
  • Fosfato
  • Proteínas

  Mol y Milimol

  Un mol se define como el peso molecular expresado en gramos de una sustancia.

  Ejemplos

  • 1 M de glucosa, la cual tiene un peso molecular de 180 daltons, es igual a 180 gramos y 1 mM equivale a 180 miligramos.
  • 1 M de cloruro de sodio es igual a 58.5 gramos, puesto que tiene un peso molecular de 58.5 daltons; 1 mM de cloruro de sodio es igual a 58.5 miligramos.

  Osmol y Miliosmol

  Un osmol es igual al peso molecular expresado en gramos para una sustancia que no se disocia, y es igual al peso molecular expresado en gramos dividido por el número de partículas en que se disocia cada molécula de la sustancia si ésta se disocia.

  Ejemplos

  • Un Osm de glucosa es igual a 180 gramos, ya que el peso molecular de ésta es de 180 daltons y se trata de una sustancia que no se disocia; 1 mOsm es igual a 180 miligramos.
  • Un Osm de cloruro de sodio es igual a 58.5 gramos/2 = 29.25 gramos, es decir a la mitad de peso molecular expresado en gramos, ya que el cloruro de sodio se disocia en 2 partículas por cada molécula, una de Cl^– y otra de Na⁺.
  • 1 Osm de ClNa = 29.25 gramos.
  • Un mOsm de cloruro de sodio es igual a 29.25 miligramos.

  Equivalente y Miliequivalente

  Un equivalente es igual al peso molecular o atómico expresado en gramos dividido por la valencia, sin tomar en cuenta el signo de la valencia. Esta unidad se utiliza para moléculas iónicas, es decir con carga.

  Ejemplos

  • Un Eq de Na⁺, el cual tiene un peso atómico de 23 daltons, es igual a 23 gramos dividido por la valencia que es +1, es decir igual a 23 gramos.
  • 1 Eq de Na⁺ = 23 gramos/1= 23 gramos.
  • Un mEq de Na⁺ es igual a 23 miligramos.

  Ejemplos

  • Un Eq de Cl^–, el cual tiene un peso atómico de 35.5 daltons, es igual a 35.5 gramos dividido por la valencia que es de -1, por tanto, es igual a 35.5 gramos.
  • 1 Eq de Cl^– = 35.5 gramos/1= 35.5 gramos.
  • Un mEq de Cl^– es igual a 35.5 miligramos.

  Ejemplos

  • Un Eq de Ca⁺², el cual tiene un peso atómico de 40 daltons, es igual a 40 gramos dividido por la valencia que es de +2, por lo tanto, es igual a 20 gramos.
  • 1 Eq de Ca⁺²= 40 gramos/2= 20 gramos.
  • Un mEq de Ca⁺² es igual a 20 miligramos.

  Homeostasis

  • Claude Bernard desarrolló la idea de que los procesos fisiológicos funcionaban para mantener la constancia del ambiente interno del organismo.
  • Ese ambiente interno era llamado medio interior por Bernard.
  • Walter Cannon (1871-1945), fisiólogo norteamericano, acuñó el término «homeostasis», en 1929, para describir los procesos autorreguladores mediante los cuales se mantiene la constancia del ambiente o medio interno.
  • El término se deriva de dos raíces griegas: homeo, que significa «semejante» y stasis, que significa «estado fijo».
  • La homeostasis implica el mantenimiento del medio interno relativamente estable a pesar de la variabilidad en el medio externo.
  • La homeostasis es la situación en la que el ambiente interno del organismo se mantiene dentro de determinados límites fisiológicos.
  • Se dice que el organismo está en homeostasis cuando su medio interno: 1) tiene la concentración óptima de gases, elementos nutritivos, iones y agua; 2) tiene una temperatura óptima y 3) tiene un volumen óptimo para la salud de las células.
  • La alteración de la homeostasis puede llevar a enfermedad.
  • El término homeostasis puede aplicarse no sólo en forma global para todo el organismo sino en forma particular, así, por ejemplo, se puede hablar de homeostasis de la presión arterial y de homeostasis de la temperatura corporal, para referirse al mantenimiento de estos parámetros, presión arterial y temperatura, dentro de cierto rango normal o fisiológico.

  Transporte en el Líquido Extracelular

  El líquido extracelular circula por el organismo en dos etapas. La primera consiste en el movimiento de la sangre por el cuerpo dentro de los vasos sanguíneos. La segunda es el movimiento del líquido entre los capilares sanguíneos y los espacios intracelulares existentes entre las células tisulares.

  A medida que la sangre atraviesa los capilares sanguíneos se produce un intercambio continuo de líquido extracelular entre la porción del plasma de la sangre y el líquido intersticial que rellena los espacios intercelulares.

  Las paredes de los capilares son permeables a la mayoría de las moléculas del plasma sanguíneo, con la excepción de las proteínas plasmáticas, que son demasiado grandes para pasar con facilidad a través de los capilares. Por tanto, grandes cantidades de líquido y sus componentes disueltos difunden yendo y viniendo entre la sangre y los espacios tisulares.

  Este proceso de difusión se debe al movimiento cinético de las moléculas en el plasma y en el líquido intersticial, es decir, el líquido y las moléculas disueltas están en movimiento continuo y van dando tumbos en todas las direcciones dentro del plasma y el líquido en los espacios intercelulares, además de atravesar los poros capilares. Pocas células se encuentran a más de 50 μm de un capilar, lo que garantiza la difusión de casi cualquier sustancia desde el capilar hacia la célula en pocos segundos, es decir, que el líquido extracelular de cualquier zona del organismo, tanto en plasma como en líquido intersticial, se está mezclando continuamente, manteniendo la homogeneidad del líquido extracelular en todo el organismo.

  Origen de los Nutrientes

  Aparato Respiratorio

  Cada vez que la sangre atraviesa el organismo también fluye por los pulmones y capta el oxígeno a través de los alvéolos, adquiriendo el oxígeno que necesitan las células. La membrana que separa los alvéolos y la luz de los capilares pulmonares, la membrana alveolar, tiene un grosor de tan solo 0,4 a 2 μm y el oxígeno difunde rápidamente por el movimiento molecular, a través de esta membrana para entrar en la sangre.

  Aparato Digestivo

  Una gran porción de la sangre que bombea el corazón también atraviesa las paredes del aparato digestivo, donde se absorben los distintos nutrientes, incluidos los hidratos de carbono, los ácidos grasos y los aminoácidos, desde el alimento ingerido hacia el líquido extracelular de la sangre.

  Hígado y otros órganos

  No todas las sustancias absorbidas del aparato digestivo pueden usarse tal como las células las absorben y el hígado es el encargado de cambiar la composición química de muchas de ellas, para convertirlas en formas más utilizables, mientras que otros tejidos corporales, los adipocitos, la mucosa digestiva, los riñones y las glándulas endocrinas, modifican o almacenan las sustancias absorbidas hasta que son necesitadas. El hígado elimina también ciertos residuos producidos en el cuerpo y las sustancias tóxicas que se ingieren.

  Aparato Locomotor

  ¿De qué forma contribuye el aparato locomotor a la homeostasis? La respuesta es evidente y sencilla: si no fuera por los músculos, el organismo no podría desplazarse para obtener alimentos que se necesitan para la nutrición. El aparato locomotor también permite la movilidad como protección frente al entorno, sin la cual todo el organismo, incluidos sus mecanismos homeostáticos, sería destruido.

  Eliminación de Productos Finales

  Eliminación del Dióxido de Carbono

  Al mismo tiempo que la sangre capta el oxígeno en los pulmones, se libera el dióxido de carbono desde la sangre hacia los alvéolos y el movimiento respiratorio de aire que entra y sale de los pulmones transporta el dióxido de carbono hacia la atmósfera. El dióxido de carbono es el más abundante de todos los productos del metabolismo.

  Riñones

  Con el paso de la sangre a través de los riñones se eliminan del plasma la mayoría de las sustancias que, además del dióxido de carbono, las células ya no necesitan, como son los distintos productos finales del metabolismo celular, como la urea y el ácido úrico y el exceso de iones y agua de los alimentos, que se acumulan en el líquido extracelular. Los riñones realizan su función filtrando primero una gran cantidad de plasma a través de los capilares de los glomérulos hacia los túbulos renales y reabsorbiendo en ellos hacia la sangre las sustancias que necesita el organismo, como la glucosa, los aminoácidos, cantidades apropiadas de agua y muchos de los iones.

  Aparato Digestivo

  El material no digerido que entra en el aparato digestivo y algunos productos residuales del metabolismo se eliminan en las heces.

  Hígado

  Entre las muchas funciones del hígado se encuentra la detoxificación o eliminación de los fármacos y otros productos químicos que se ingieren. El hígado secreta muchos de estos residuos en la bilis para su posterior eliminación en las heces.

  Mecanismos de Control

  Prealimentación (Feedforward)

  Control de una variable antes de que ésta se desvíe.

  Ejemplo: en el inicio de un ejercicio se estimulan las funciones circulatoria y respiratoria, de manera que no se produce ninguna variación en la presión parcial del oxígeno en la sangre arterial (PaO₂) aunque el consumo de oxígeno aumente en los tejidos como consecuencia del ejercicio.

  Retroalimentación (Feedback)

  Un ciclo de acontecimientos que implican la transmisión constante de información acerca del estado de una situación hacia un centro de control, y a la vez la transmisión de información desde este centro de control para ajustar el estado de la situación dentro de ciertos límites fisiológicos.

  Elementos Fundamentales en la Retroalimentación

  • Receptor: capta información que transmite al centro de control.
  • Centro de control: recibe la información y la «analiza» y en base a ello envía «órdenes» a un efector.
  • Efector: es quien ejecuta las órdenes del centro de control.

  Retroalimentación

  • Positiva
  • Negativa

  Retroalimentación Negativa: es cuando la respuesta invierte al estímulo inicial, es decir cuando se produce lo opuesto.

  Retroalimentación Positiva: es cuando la respuesta potencia al estímulo inicial, es decir, cuando se produce más de lo mismo.

  Control Genético de la Síntesis de Proteínas

  Los genes, que están situados en el núcleo de todas las células del organismo, controlan la herencia de padres a hijos, así como la función cotidiana de todas las células del organismo. Los genes controlan las funciones de la célula determinando qué estructuras, enzimas y sustancias químicas se sintetizan dentro de ésta.

  Expresión Genética

  Proceso desde la transcripción (núcleo) hasta la traducción (citoplasma).

  Los Nucleótidos se Organizan

  • Un gran número de nucleótidos se unen entre sí para formar dos hebras en cada molécula de ADN.
  • Las dos hebras se unen por enlaces o puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas. La adenina se une con timina y la guanina con citosina.

  Obsérvese que el esqueleto de cada hebra de ADN está compuesto por moléculas de ácido fosfórico y desoxirribosa que se van alternando. A su vez, las bases de purina y pirimidina se unen a los lados de las moléculas de desoxirribosa. Después, las dos hebras respectivas de ADN se mantienen unidas mediante enlaces de hidrógeno débiles (líneas continuas) entre las bases purínicas y pirimidínicas. Sin embargo, es preciso observar que:

  1. Cada base purínica de adenina de una hebra siempre se une con una base pirimidínica de timina de la otra.
  2. Cada base purínica de guanina siempre se une con una base pirimidínica de citosina.

  Código Genético

  • El ADN controla la formación de las proteínas en la célula mediante un código genético.
  • El código genético consta de tripletes sucesivos de bases, es decir, tres bases sucesivas componen una palabra del código.
  • Los tripletes controlan la secuencia de aminoácidos en las proteínas y péptidos.
  • Algunas de las proteínas celulares son estructurales, pero la mayoría son enzimas.

  La importancia del ADN se debe a su capacidad para controlar la formación de las proteínas en la célula, que se consigue mediante un código genético. Es decir, cuando las dos hebras de la molécula de ADN se escinden quedan expuestas las bases purínicas y pirimidínicas proyectándose a un lado de cada hebra de ADN.

  Transcripción

  • El código se transfiere del ADN al ARN en un proceso conocido como transcripción en el núcleo.
  • El ARN se difunde desde el núcleo al citoplasma donde controla la síntesis proteica.

  Como el ADN se encuentra en el núcleo de la célula, pero la mayoría de las funciones de la célula se realizan en el citoplasma, debe haber algún mecanismo para que los genes de ADN del núcleo controlen las reacciones químicas del citoplasma. Este control se consigue mediante la intermediación de otro tipo de ácido nucleico, el ARN, cuya formación está controlada por el ADN del núcleo.

  El ARN se Sintetiza en el Núcleo

  • Durante la síntesis de ARN las dos hebras de la molécula de ADN se separan temporalmente y una de ellas se usa como plantilla.
  • Los tripletes del código del ADN provocan la formación de tripletes con un código complementario (codones) en el ARN.
  • Los codones controlan la secuencia de aminoácidos en una proteína.
  • Los bloques de construcción del ARN son los mismos que los del ADN, excepto por dos diferencias: se utiliza ribosa en vez de desoxirribosa, y se utiliza uracilo en vez de timina.

  Montaje de la Cadena de ARN

  • En el ADN inmediatamente contigua al gen hay una secuencia de nucleótidos, el promotor.
  • La polimerasa de ARN tiene una región que reconoce al promotor y se une a él. Este es un paso esencial para iniciar la formación de ARN.

  Tipos de ARN

  • ARN mensajero (ARNm)
  • ARN de transferencia (ARNt)
  • ARN ribosómico (ARNr)
  • MicroARN (ARNmi)

  ARNmà transporta el código genético al citoplasma para controlar el tipo de proteína que se forma.

  ARNtà transporta los aminoácidos activados a los ribosomas para usarlos en el montaje de la molécula proteica.

  ARNrà junto con 75 proteínas distintas forma ribosomas.

  ARNmià inhibe la transcripción y la traducción (regulación).

  
  CÓDIGO GENÉTICO

  La mayoría de los aminoácidos están representados por más de un codón. Un codón representa la señal de “iniciar la fabricación de la molécula proteica”, 3 codones representan la señal de “detener la fabricación de la molécula proteica”. 

  ARNt

  • Cada tipo de ARNt se combina específicamente con 1 de los 20 tipos de aminoácidos que se van a incorporar en las proteínas. Actúa como vehículo para transportar su tipo específico de aminoácido a los ribosomas.
  • En los ribosomas, cada tipo específico de ARN de transferencia reconoce un codón en particular en el ARNm y libera el aminoácido apropiado en el lugar apropiado de la cadena de la molécula proteica que se está formando.

  ANTICODONES

  • El código específico del ARNt que le permite reconocer un codón específico consiste en un triplete de bases de nucleótidos que se denomina anticodón.
  • Durante la formación de la molécula proteica las bases del anticodón se combinan con las bases del codón del ARNm

  
  Así, los aminoácidos respectivos se alinean uno después de otro a lo largo de la cadena del ARNm, estableciéndose la secuencia apropiada de la molécula proteica que se está formando.

  ARNr

  • Constituye el 60% del ribosoma
  • El resto del ribosoma está formado por proteínas (aprox. 75 tipos) estructurales y enzimas
  • El ribosoma es la estructura física en la que se sintetizan las moléculas proteicas

  ARNmi (Micro ARN)

  • Cortos fragmentos de ARN que disminuyen la expresión génica (regulación)
  • Se generan por transcripción (a partir de ADN) pero no se traducen a proteínas
  • Son procesados en moléculas complementarias al ARNm
  • Los transcritos primarios del gen son precursores más largos que el ARNmi y se conocen como ARNmi-pri
  • Los ARNmi-pri se procesan en el núcleo por el complejo microprocesador pasando a pre- ARNmi
  • Los pre- ARNmi son adicionalmente procesados en el citoplasma por la enzima dice que ayuda a ensamblar un complejo de silenciamiento inducido por ARN (RISC) y genera ARNmi
  • Los ARNmi se unen a la región complementaria del ARNm y promueven la represión de la traducción o la degradación del ARNm antes de que pueda ser traducido por el ribosoma
  • Alteraciones en la función de los ARNmi se han asociado con enfermedades como el cáncer y las cardiopatías.

  CONTROL DE LA FUNCIÓN GENÉTICA Y ACTIVIDAD BIOQUÍMICA DE LAS CÉLULAS

  • Los genes controlan las funciones físicas y químicas de las células. Por otro lado, también se controla el grado de activación de los genes.
  • Hay 2 métodos de control de las actividades químicas de la célula: 1. regulación genética  y  2. regulación enzimática

  REGULACIÓN GENÉTICA

  • La regulación de la expresión génica abarca desde la transcripción del código genético en el núcleo hasta la formación de proteínas en el citoplasma.
  • Esta regulación dota a los organismos vivos de la capacidad para responder a los cambios en su medio.
  • En organismos pluricelulares también permite que los diferentes tipos de células realicen cada uno funciones especializadas.

  El Promotor Controla La Expresión Génica

  • La transcripción está controlada por elementos reguladores en el promotor de un gen.
  • En eucariotas el promotor basal consta de una secuencia de siete bases (TATAAAA) denominada caja TATA, sitio de unión para la proteína de unión a TATA, y otros importantes factores de transcripción.
  • La ARN polimerasa debe unirse con este promotor basal antes de que pueda comenzar a desplazarse a lo largo de la cadena de ADN para sintetizar el ARN.
  • El promotor está bastante antes del lugar de inicio de la transcripción.

  REFORZADORES Y AISLADORES

  • En la transcripción influyen también los reforzadores (enhancers), regiones de ADN que pueden interaccionar con factores de transcripción por medio de activadores y coactivadores.
  • Los reforzadores pueden estar situados a una gran distancia del gen sobre el que actúan o incluso en un cromosoma diferente.
  • Los aisladores son secuencias génicas que separan los genes activos de los reprimidos. 

  OTROS MECANISMOS DE CONTROL DE LA TRANSCRIPCIÓN

  • Genes reguladores provocan la formación de una proteína reguladora activadora o supresora de la transcripción
  • La misma proteína reguladora puede controlar muchos promotores diferentes. También puede una misma proteína reguladora actuar como activadora para un gen y como supresora para otro gen

  OTROS MECANISMOS DE CONTROL

  • A veces, el control se produce durante el procesamiento de las moléculas de ARN en el núcleo
  • Menos frecuentemente, el control se produce durante la formación de la proteína

  Genes constitutivos o domésticos: se transcriben rutinariamente debido a que codifican productos génicos que se requieren para la función celular.

  Genes inducibles: se expresan en determinadas circunstancias.

  Tema 5: TRANSPORTE EN MEMBRANAS BIOLÓGICAS

  El líquido extracelular contiene una gran cantidad de sodio, pero solo una pequeña cantidad de potasio. En el liquido intracelular ocurre lo contrario. Además, el liquido extracelular contiene una gran cantidad de iones de cloruro, mientras que el liquido intracelular contiene muy pocos de estos iones. Sin embargo, la concentración de fosfato y de proteínas del líquido intracelular es considerablemente mayor que la del liquido extracelular. Estas diferencias son muy importantes para la vida de la célula.

  Clasificación

  1. Transporte pasivo.
  2. Transporte activo.
  3. Transporte a través de canales.
  4. Transporte vesicular.

  Transporte Pasivo:

  Es aquel que resulta de un gradiente electroquímico o de un gradiente de presión y que siempre va en la dirección del gradiente (de mayor a menor concentración de la sustancia o gas o de mayor a menor presión hidrostática).

  TIPOS MÁS IMPORTANTES DE T. P.

  • Difusión (simple).
  • Difusión facilitada.
  • Osmosis.
  • Filtración.

  DIFUSIÓN SIMPLE

  Proceso por el cual un gas o una sustancia en solución se expande debido al movimiento de sus partículas (movimiento al azar) para llenar todo el volumen disponible

  Puede ocurrir a través de una membrana biológica, cuando esto sucede la difusión sigue la ley de Fick, la cual se expresa mediante la siguiente ecuación: J= DA ∆c/∆x

  donde, J es la velocidad neta de difusión, D es el coeficiente de difusión de la sustancia o del gas, A es el área de la membrana, ∆c es la diferencia de concentración de la sustancia o del gas entre los dos lados de la membrana y ∆x es el grosor de la membrana

  La velocidad neta de difusión (J) es directamente proporcional a: el coeficiente de difusión, el área y la diferencia de concentración: la velocidad neta de difusión puede aumentar cuando el coeficiente de difusión es mayor, o cuando el área es mayor o si la diferencia de concentración es mayor, y viceversa.

  DIFUSIÓN FACILITADA

  Difusión que ocurre con participación de moléculas transportadoras. Dos ejemplos son: el transporte de glucosa por transportadores conocidos con las siglas de GLUT (glucose transporter) y el transporte de aniones en glóbulos rojos de mamíferos por la proteína de intercambio aniónico de tipo 1, conocida como AE1 (anion exchanger), la cual intercambia Cl⁻ por HCO₃⁻.

  Características De La Difusión Facilitada:

  • Especificidad estructural.
  • Inhibición competitiva.
  • Inhibición especifica.
  • Saturabilidad.
  • Participan proteínas transportadoras.

  ESPECIFICIDAD ESTRUCTURAL

  Se refiere a que, por ejemplo, las moléculas GLUT transportan D- glucosa, pero no pueden transportar L- glucosa.

  INHIBICIÓN COMPETITIVA

  Se refiere a que, por ejemplo, otros azúcares pueden competir con la glucosa por los mismos sitios en las moléculas GLUT, inhibiendo el transporte de la glucosa.

  INHIBICIÓN ESPECIFICA

  Se refiere a que, por ejemplo, la floretina (una sustancia exógena, usada en laboratorios de investigación) inhibe específicamente sólo a las moléculas GLUT.

  SATURABILIDAD

  Tiene relación con el hecho de que la difusión facilitada sigue la ley de Michaelis- Menten, la cual se expresa mediante la siguiente ecuación:

  Vi = Vmax [S]/ Km + [S]

  En esta ecuación Vi se refiere a la velocidad inicial de transporte, Vmax es la velocidad máxima de transporte, [S] es la concentración de sustrato (el sustrato se refiere a la sustancia que se va a transportar) y Km es la constante de Michaelis.

  CONSTANTE DE MICHAELIS (Km)

  En la misma figura se señala que la Km, es decir, la constante de Michaelis corresponde a la concentración de sustrato (en el eje de las “x”, o eje horizontal) a la cual se alcanza la mitad de la velocidad máxima, valor que también está señalado como ½Vmax (en el eje de las “y” o eje vertical).

  Km y AFINIDAD

  Existe una relación inversa entre la afinidad del transportador por la sustancia transportada y la Km, es decir, entre mayor es la Km menor es la afinidad, y entre menor es la Km mayor es la afinidad.

  LA DIFUSIÓN FACILITADA NECESITA PROTEÍNAS TRANSPORTADORAS DE MEMBRANA

  La difusión facilitada también se denomina difusión mediada por un transportador porque una sustancia que se transporta de esta manera difunde a través de la membrana con la ayuda de una proteína transportadora especifica para contribuir al transporte. Es decir, el transportador facilita la difusión de la sustancia hasta el otro lado.

  La difusión facilitada difiere de la difusión simple en la siguiente característica importante: aunque la velocidad de la difusión simple a través de un canal abierto aumenta de manera proporcional a la concentración de la sustancia que difunde, en la difusión facilitada la velocidad de difusión se acerca a un máximo, denominado Vmax, a medida que aumenta la concentración de la sustancia que difunde.

  OSMOSIS

  Flujo neto del solvente o líquido, a través de una membrana semipermeable, desde un sitio de mayor concentración del líquido a otro de menor concentración del líquido. En nuestro organismo el líquido corresponde al agua, por lo que la ósmosis ocurre de mayor a menor concentración de agua, a través de las membranas celulares y de los organelos, las cuales son semipermeables, ya que dejan pasar el agua de un lado al otro, pero no dejan pasar algunos solutos.

  Debido a que en un compartimiento conteniendo una solución (líquido + solutos), al aumentar la concentración de soluto disminuye la concentración del líquido, y al disminuir la concentración de soluto aumenta la concentración del líquido, también se puede definir la ósmosis como el flujo neto de líquido, a través de una membrana semipermeable, desde un sitio de menor concentración de soluto a otro de mayor concentración de soluto. Hay que tener claro que la ósmosis se refiere a movimiento de líquido (agua en nuestro organismo) y no de soluto.

  PRESIÓN OSMÓTICA

  Si en las condiciones descritas anteriormente, se quisiera evitar la ósmosis, se podría aplicar una presión en el compartimiento B, la cual se tendría que ir aumentando hasta encontrar la mínima presión que logra evitar la ósmosis. Este valor mínimo de presión corresponde a lo que se conoce como presión osmótica de la solución que se encuentra en el compartimiento B.

  En los compartimientos de líquido en nuestro organismo, existen variaciones en la presión osmótica, de tal manera que el agua se mueve por ósmosis de un compartimiento a otro, desde el sitio de menor al de mayor presión osmótica.

  TIPOS DE SOLUCIONES

  • Hipotónica => Una solución hipotónica es pues, aquella que es capaz de hinchar las células.  
  • Hipertónica => Una solución hipertónica es pues, aquella que es capaz de encoger las células.
  • Isotónica => Una solución isotónica es pues, aquella que no hincha ni encoge las células, oseas, no es capaz de cambiar el volumen de las células. 

  Osmosis:

  Todos estos efectos producidos por las soluciones hipotónica e hipertónica son debidos a que ocurre ósmosis en el primer caso hacia adentro porque la solución hipotónica tiene menos concentración de solutos (y por lo tanto más de agua) que las células, y en el segundo caso hacia afuera porque la solución hipertónica tiene más concentración de solutos (y por lo tanto menos de agua) que las células. En el caso de la solución isotónica no ocurre ósmosis porque la concentración de solutos como de agua es igual en la solución que en las células.

  SUEROS

  Los sueros que se administran a las personas son soluciones hipotónicas, hipertónicas o isotónicas. Algunos ejemplos son: suero fisiológico, o también conocido como solución salina normal (SSN) o solución de cloruro de sodio al 0.9% el cual es un suero isotónico; el suero glucosado (o de dextrosa) al 5% que es otro suero isotónico y el suero glucosado (o de dextrosa) al 10% que es un suero hipertónico

  FILTRACIÓN

  Paso de agua (disolvente) junto con sustancias disueltas (solutos) en el agua a través de una membrana gracias a una diferencia o gradiente de presión hidrostática (de mayor a menor presión) o por efecto de la gravedad.

  Es el mecanismo de transporte que explica el intercambio de nutrientes y de sustancias de desecho entre la sangre de los capilares sanguíneos y los tejidos (incluyendo sus células).

  TRANSPORTE ACTIVO

  Es aquel en el que existe gasto de energía metabólica, derivada del ATP. Este transporte puede ocurrir de menor a mayor concentración, es decir, puede darse en contra de gradiente.

  CLASIFICACIÓN DE TRANSPORTE ACTIVO

  • Primario => Es aquel que esta acoplado directamente a la fuente de energía metabólica, es decir, al ATP. 
  • Secundario => Es aquel que esta acoplado indirectamente a la fuente de energía metabólica (ATP).

  TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO Y SECUNDARIO

  Se trata de dos mecanismos de transporte que funcionan a nivel de las células epiteliales del intestino delgado (enterocitos).

  Los enterocitos, como cualquier célula epitelial, tienen su membrana celular dividida en 2 partes: la membrana laterobasal y la apical. La membrana apical también se denomina en este caso membrana luminal.

  BOMBA DE Na,K o ATPasa DE Na,K

  La bomba de Na⁺, K⁺, funciona también como una enzima que degrada o hidroliza el ATP (adenosíntrifosfato) a ADP (adenosíndifosfato) + Pi (fosfato inorgánico), por ello, esta bomba también se conoce como ATPasa de Na⁺,K⁺.

  Al hidrolizarse el ATP, es decir, al romperse un enlace entre dos fosfatos se libera energía metabólica la cual es usada para mover los iones de Na⁺ y de K⁺ en contra de sus gradientes puesto que en el líquido intersticial hay más concentración de Na⁺ que en el interior celular, y en el interior celular hay más concentración de K⁺ que en el líquido intersticial. Como esta bomba está acoplada en forma directa con el ATP, ella corresponde a un mecanismo de transporte activo primario.

  La bomba de Na⁺,K⁺ , precisamente, es la que mantiene los gradientes de Na⁺ y de K⁺ entre los dos lados de la membrana celular.

  Cada molécula de bomba de Na⁺, K⁺, con cada ciclo de reacción, expulsa 3 iones de Na⁺ desde la célula e introduce 2 iones de K⁺ a la célula.

  Existen dos tipos de mecanismos de transporte: el neutrógeno o neutrogénico, que es cuando el transportador no moviliza cargas, en forma neta, a través de la membrana, y el electrógeno o electrogénico, que es aquel que si moviliza cargas, en forma neta, a través de la membrana.

  La bomba de Na⁺, K⁺ es electrógena porque expulsa de la célula 3 iones positivos (de Na⁺)  e introduce en cambio solo 2 iones positivos (de K⁺), y por lo tanto, netamente, expulsa una carga positiva cada vez.

  COTRANSPORTE Na, Glc

  Corresponde a transporte activo secundario por requerir de la energía del ATP, pero estando acoplado a esta fuente de energía de manera indirecta.

  CLASIFICACIÓN DE TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO O BOMBAS

  • Bombas de tipo P.
  • Bombas de tipo V.
  • Bombas de tipo F.
  • Bombas de tipo ABC.

  BOMBAS DE TIPO P

  Son aquellas que en su ciclo de reacción presentan un estado de fosforilado intermediario (P de phosphorylated en inglés). Estas bombas sufren un ciclo de fosforilación/desfosforilación.

  BOMBAS DE TIPO V

  Se denominan así, porque primeramente fueron encontradas en membranas de estructuras vacuolares o vesiculares. Estas bombas solamente transportan iones H⁺. Ejemplos de este tipo de bombas de protones (H⁺) son las que se encuentran en: membranas de lisosomas y de endosomas, membrana plasmática de células secretoras de ácido (osteoclastos y algunas células tubulares renales)

  BOMBAS DE TIPO F

  Tienen como principal ejemplo la llamada bomba F0F1, de donde reciben su nombre. Son bombas de protones, es decir, de H⁺. La única bomba de este tipo en seres humanos es precisamente la bomba F0F1, que se encuentra en la membrana interna de la mitocondria

  BOMBAS DE TIPO ABC

  Derivan su nombre del inglés: “ATP- binding cassete”, ya que tienen una pequeña  “caja”o dominio para fijar ATP e hidrolizarlo. Este tipo de bombas transportan iones y varias moléculas pequeñas.

  EJEMPLOS DE BOMBAS DE TIPO ABC

  -La que se encuentra en la membrana del retículo endoplásmico que transporta péptidos asociados con la presentación de antígenos por proteínas CMH (complejo mayor o principal de histocompatibilidad, MHC en inglés)

  -La conocida como CFTR (regulador de transmembrana de la fibrosis quística, “cystic fibrosis transmembrane conductance regulator” en inglés) que transporta iones de Cl⁻

  -Las que transportan moléculas pequeñas, como fosfolípidos y drogas semejantes a lípidos, a través de la membrana plasmática de células de los conductos biliares, los que pueden así transportarse hacia la bilis

  -Las que participan en resistencia a drogas para el cáncer (las células cancerosas las expresan más y éstas sacan las drogas de las células)

  BOMBAS= ATPasas

  Todas las bombas dentro del organismo funcionan también como enzimas que hidrolizan ATP, por ello a todas se les puede llamar también ATPasas. Así, por ejemplo, la bomba de Na⁺, K⁺, también se conoce como ATPasa de Na⁺, K⁺

  Una excepción la constituye la bomba F0F1, ya que ésta en vez de hidrolizar ATP, más bien sintetiza ATP y corresponde a la ATP sintetasa.

  TIPOS DE TRANSPORTADORES

  UNIPORTER: Se refiere a cuando una molécula transportadora, moviliza sólo una molécula a la vez a través de una membrana

  COTRANSPORTE: Se refiere a cuando una molécula transportadora moviliza dos o más moléculas, simultáneamente, a través de una membrana

  SIMPORTER Y ANTIPORTER: El simporter se refiere a cuando el cotransporte moviliza moléculas en una misma dirección, mientras que el antiporter se refiere a cuando el cotransporte moviliza moléculas en dirección contraria

  El antiporter también se conoce como contratransporte y algunas veces se le llama intercambiador.

  Ejemplos:

  • Un ejemplo de uniporter lo constituye el transporte de glucosa por difusión facilitada llevado a cabo por las moléculas GLUT.
  • Un ejemplo de simporter lo constituye el cotransporte sodio, glucosa.
  • Finalmente, un ejemplo de antiporter lo constituye la bomba de sodio, potasio.

  IMPORTANCIA DE LA BOMBA DE Na,K

  La bomba de Na⁺, K⁺ se encuentra distribuida en todas las células del organismo humano y también se encuentra en células de otros muchos organismos, por lo que se dice que tiene una distribución universal.

  La bomba de Na⁺, K⁺ mantiene los gradientes de Na⁺ y de K⁺ a través de las membranas celulares, un gradiente de Na⁺ hacia adentro (mayor concentración de Na⁺ afuera que adentro de la célula) y un gradiente de K⁺ hacia afuera (mayor concentración de K⁺ adentro que afuera de la célula).

  CANALES: Son proteínas integrales al igual que los transportadores de la difusión facilitada, las bombas y los cotransportadores (simportadores y antiportadores)

  CLASIFICACIÓN DE LOS CANALES

  • Canales de agua, también llamados aquaporinas.
  • Canales iónicos.

  CANALES DE AGUA

  Sirven para la transferencia de agua, y en algunos casos, de moléculas pequeñas a través de la membrana.

  CANALES IÓNICOS

  Se clasifican, de acuerdo a las señales que los abren o los cierran (aunque existen unos pocos tipos de canales que están abiertos todo el tiempo) en:

  CANALES VOLTAJE DEPENDIENTES: Responden, abriéndose o cerrándose, a señales eléctricas, es decir, a cambios de potencial de membrana (diferencia de potencial eléctrico o de voltaje, entre el interior y el exterior de la célula en las inmediaciones de la membrana celular)

  CANALES LIGANDO DEPENDIENTES: Responden cuando se les fijan moléculas (ligandos)

  CANALES SENSIBLES A SEÑALES MECÁNICAS: Responden al estiramiento de la membrana celular

  Canales Iónicos

  Por otro lado, los canales iónicos se clasifican de acuerdo a los iones que los atraviesan. Así tenemos canales de Na⁺, K⁺, Ca⁺², Cl⁻ y otros. Aunque la mayoría de canales iónicos dejan pasar, de un lado al otro de una membrana, solamente un tipo de ión específico, hay algunos por los cuales se transporta más de un tipo de ión; por ejemplo, tenemos los canales lentos de Na⁺, Ca⁺².

  TRANSPORTE VESICULAR

  Se refiere a cuando moléculas pasan de un lado a otro de una membrana por medio de vesículas o gránulos. Este transporte se clasifica en: exocitosis, cuando es hacia afuera de la célula y endocitosis, cuando es hacia adentro de la célula.

  EXOCITOSIS

  Durante la exocitosis las vesículas o gránulos, conteniendo las moléculas que se van a secretar o salir de la célula, se movilizan siguiendo el trayecto formado por microtúbulos hacia la membrana celular; una vez en contacto con ésta, ocurre la fusión de las dos membranas, la membrana de la vesícula o gránulo y la membrana de la célula y luego ocurre la ruptura de la membrana con la consecuente liberación hacia el intersticio de las moléculas transportadas en las vesículas o gránulos.

  ENDOCITOSIS

  • Fagocitosis.
  • Pinocitosis.
  • Endocitosis mediada por receptor.
  • Potocitosis.

  FAGOCITOSIS: Consiste en la introducción a la célula, por medio de vesículas, de estructuras, como: bacterias, virus y fragmentos de células.

  PINOCITOSIS

  Es semejante a la fagocitosis con la diferencia que lo que se introduce a la célula es agua con los solutos que contiene, por los que se conoce también como endocitosis de fase fluida. Se dice que la fagocitosis corresponde al “comer celular”, mientras la pinocitosis al “beber celular”.

  ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTOR

  Conocida con las siglas de EMR, es semejante a la pinocitosis, con la diferencia que la pinocitosis es inespecífica, ya que se introduce agua con todas las moléculas que ésta contenga, mientras en la EMR la sustancia que se va a introducir a la célula se “selecciona” ya que las moléculas de la misma se unen a receptores ubicados en la membrana, y después de la unión ocurre la invaginación de la membrana y la formación de las vesículas conteniendo la sustancia específica.

  POTOCITOSIS

  Fue descubierta más recientemente, y todavía no se conoce si tiene importancia fisiológica. En este caso, la sustancia se introduce primeramente en pequeñas “cuevas”, llamadas caveolas, formadas por la proteína caveolina. Luego ocurre un proceso semejante al que ocurre en la EMR.

  Tema 6: COMUNICACIÓN CELULAR

  También es conocida como señalización celular.

  Se refiere a todos los procesos por los cuales una célula se comunica con otra y también a los mecanismos por los cuales una célula responde a distintos tipos de señales generando respuestas.

  FORMAS DE COMUNICACIÓN CELULAR

  • Intercelular directa.
  • Yuxtacrina.
  • Autocrina.
  • Paracrina.
  • Endocrina.
  • Nerviosa.
  • Neuroendocrina.

  COMUNICACIÓN INTERCELULAR DIRECTA

  Se establece a través de uniones comunicantes o en hendidura o en brecha (GAP junctions).

  COMUNICACIÓN YUXTACRINA

  Comunicación entre 2 células producida por la interacción de moléculas que están en la superficie o membrana celular de ambas células.

  COMUNICACIÓN AUTOCRINA

  Es aquella en la que una célula libera un factor (autocrino), el cual actúa en la misma célula que lo liberó. En este tipo de comunicación y en otros que se describirán se usa el termino célula blanco para referirse a la célula en la cual se ejerce un efecto. 

  COMUNICACIÓN PARACRINA

  Es aquella en la que una célula secreta un factor (paracrino), el cual actúa en una célula vecina de la que secretó el factor.

  COMUNICACIÓN ENDOCRINA

  Es aquella en la que una célula secreta un factor (hormona), el cual viaja por la sangre para actuar en otra célula, algunas veces en un lugar alejado de la célula secretora de la hormona.

  COMUNICACIÓN NERVIOSA

  Es aquella en la que una neurona libera, a nivel de una sinapsis, un factor (neurotransmisor) el cual actúa en otra célula, que puede ser otra neurona u otro tipo de célula.

  COMUNICACIÓN NEUROENDOCRINA

  Es aquella en la que una neurona secreta un factor (neurohormona), el cual viaja por la sangre para actuar en otra célula.

  EVENTOS DE LA COMUNICACIÓN CELULAR

  • Ingreso de una señal.
  • Activación de un receptor.
  • Activación de un transductor.
  • Intervención de un efector.
  • Generación de una respuesta.

  INGRESO DE UNA SEÑAL

  Existen diferentes tipos de señales que son captadas por las células: químicas, eléctricas y físicas.

  La mayoría de señales son químicas, es decir, son moléculas que se conocen como moléculas señal.

  MOLÉCULAS SEÑAL (de las más simples a las más complejas)

  1. Iones, como el calcio (Ca⁺²).
  2. Metabolitos o sus derivados, como acetilcolina y adrenalina.
  3. Péptidos, como la oxitocina y la hormona antidiurética.
  4. Proteínas, como la insulina y la hormona del crecimiento.
  5. Esteroides, como los estrógenos, la progesterona, los andrógenos, el cortisol, la aldosterona y el calcitriol.

  MOLÉCULAS SEÑAL

  • Iones.
  • Metabolitos o sus derivados.
  • Péptidos.
  • Proteínas.
  • Esteroides.

  SEÑALES ELÉCTRICAS Y FÍSICAS

  Las señales eléctricas consisten en cambios de la diferencia de potencial eléctrico o de voltaje entre los dos lados de una membrana celular.

  Las señales físicas incluyen señales mecánicas y la luz, ésta última actúa en los bastones y conos en el ojo.

  ACTIVACIÓN DE UN RECEPTOR

  • Los receptores son capaces de reconocer una señal e iniciar una cadena de eventos que produce una respuesta determinada.
  • Los receptores son proteínas conjugadas, ya que están formados por una parte proteica (cadena o cadenas de aminoácidos) y una parte de carbohidrato, es decir, son glicoproteínas.
  • Cuando la señal actúa en el receptor, éste cambia de conformación y se activa.

  UBICACIÓN DE RECEPTORES

  Los receptores se encuentran en tres lugares en la célula blanco: en la membrana plasmática (donde están la mayoría), en el citoplasma y en el núcleo.

  La distribución de los receptores que se encuentran en la membrana celular puede ser uniforme sobre la superficie total de la célula o confinada a alguna región discreta.

  RECEPTORES MEMBRANALES

  Los receptores ubicados en la membrana plasmática tienen tres regiones: extracelular, intramembranosa e intracelular. La región extracelular es la que posee carbohidrato y es la que sirve para reconocer la señal.

  RECEPTORES EN SERPENTINA

  
  Muchos receptores que se encuentran en la membrana celular son receptores en serpentina, llamados así por su forma; estos receptores tienen su extremo aminoterminal extracelularmente, tienen su extremo carboxiloterminal intracelularmente y dan siete vueltas a través de la membrana.

  ACTIVACIÓN DE UN TRANSDUCTOR

  Un transductor representa el mecanismo molecular que traslada la interacción señal-receptor en un cambio bioquímico dentro de la célula.

  El mejor ejemplo de un transductor es la proteína G heterotrimérica, la cual está formada por tres subunidades: alfa (α), beta (β) y gamma (γ).

  Todos los receptores en serpentina, descritos anteriormente, y muchos otros receptores ubicados en la membrana celular están acoplados a proteína G heterotrimérica.

  PROTEÍNA G INACTIVA

  Cuando la proteína G se encuentra inactiva sus tres subunidades se encuentran unidas y además la subunidad α tiene fijada una molécula de guanosíndifosfato (GDP).

  PROTEÍNA G ACTIVA

  Cuando la molécula de proteína G se activa se separa la subunidad α de las otras dos, β y γ, las cuales forman un dímero β-γ; además una molécula de guanosíntrifosfato (GTP) se une a la subunidad α en el mismo sitio de unión del GDP, la cual es entonces desplazada y reemplazada por la de GTP.

  INACTIVACIÓN DE PROTEÍNA G

  
  La misma subunidad α tiene actividad de GTPasa, de manera que durante la inactivación se hidroliza el GTP, pasando a GDP y se vuelven a reunir las tres subunidades. Así, el proceso de activación- inactivación se produce de manera cíclica.

  INTERVENCIÓN DE UN EFECTOR

  Un efector es el elemento de la célula que produce la respuesta ante la señal.

  Estos elementos son: enzimas, la membrana plasmática o partes de la misma (como algunos canales iónicos), el genoma, filamentos contráctiles y gránulos o vesículas secretorias.

  RESPUESTA (ejemplos)

  • Secreción (de una hormona o de un neurotransmisor o de otras sustancias).
  • Fagocitosis.
  • División celular.
  • Diferenciación celular.
  • Contracción.
  • Relajación.

  RETROALIMENTACIÓN PRODUCIDA POR LA RESPUESTA

  La respuesta puede en unos casos disminuir, y en otros casos aumentar, la señal, dándose un mecanismo de retroalimentación de asa larga negativa o positiva respectivamente.

  
  La respuesta puede también estimular o inhibir al receptor, o al transductor o al efector, dándose mecanismos de retroalimentación de asa corta, negativa o positiva respectivamente.

  VÍAS DE COMUNICACIÓN CELULAR

  • Del AMPc
  • Del GMPc
  • Del IP₃ y DAG
  • Del Caᶧ²
  • De la tirosinacinasa
  • Otras

  VÍA DEL AMPc

  • Se denomina así porque el adenosínmonofosfato cíclico, conocido con las siglas de AMPc, participa como segundo mensajero.
  • La molécula señal corresponde en estos casos a un primer mensajero, y el segundo mensajero sirve como un relevo para la primera transmitiendo señales a organelos celulares y a enzimas responsables para producir la respuesta.
  • El AMPc fue el primer segundo mensajero en ser reconocido y es uno de los más estudiados.
  • La vía del AMPc también se conoce como la vía de la adenilciclasa, que es la enzima que cataliza la reacción en la que se genera el AMPc a partir del ATP.

  VÍA DEL AMPc

  • Existen varias moléculas señal que activan la vía del AMPc para producir sus efectos, entre ellas tenemos: noradrenalina, adrenalina y glucagón.

  VÍA DEL GMPc

  • Se denomina así porque el guanosínmonofosfato cíclico, conocido con las siglas de GMPc, participa como segundo mensajero
  • La vía del GMPc también se conoce como la vía de la guanilciclasa, que es la enzima que cataliza la reacción en la que se genera el GMPc a partir del GTP (guanosíntrifosfato).

  VÍA DEL GMPc

  De manera similar a como sucede en la vía del AMPc, en la vía del GMPc existe también un mecanismo de regulación intracelular que lleva a una inhibición de la vía. Este mecanismo consiste en que una enzima citosólica, fosfodiesterasa (PDE), cataliza la conversión del GMP cíclico en GMP plano. El GMP plano, a diferencia del cíclico, es inactivo y ya no actúa como segundo mensajero.

  VÍA DEL IP₃ Y DAG

  • En esta vía, a diferencia de otras, participan simultáneamente 2 segundos mensajeros: el inositoltrifosfato (IP₃) y el diacilglicerol (DAG)
  • La vía también se conoce como la vía de la fosfolipasa C, puesto que ésta es la enzima que produce los dos segundos mensajeros.

  VÍA DEL CALCIO

  • Se denomina así porque el calcio iónico (Ca⁺²) actúa como segundo mensajero. El Ca⁺² no actúa sólo en esta vía, sino que se une a una proteína fijadora de calcio. Una de esas proteínas es la calmodulina, la cual se encuentra en todas las células del organismo y tiene por cada molécula cuatro sitios para fijar Ca⁺².

  VÍA DE LA TIROSINACINASA

  Se llama así porque la actividad enzimática de tirosinacinasa actúa como segundo mensajero. Los receptores membranales de esta vía, al igual que otros receptores ubicados en la membrana celular, tienen 3 regiones como se describió anteriormente: una región extracelular, una región intramembranosa y una región intracelular o citoplasmática.

  VÍA DE LA TIROSINACINASA

  Las regiones intracelulares de las subunidades β son las que tienen actividad de tirosinacinasa y ellas se autofosforilan, es decir, se fosforilan una a la otra.

  OTRAS VÍAS DE COMUNICACIÓN CELULAR

  • Dentro de otras vías de comunicación celular tenemos algunas que no utilizan transductores ni segundos mensajeros; en estas vías no se dan los 5 eventos de la comunicación celular.
  • A su vez, dentro de estas vías tenemos 3 tipos: 1. La vía de los canales receptores, 2. La vía utilizada por hormonas esteroides y 3. La vía utilizada por las hormonas tiroideas.

  VÍA DE LOS CANALES RECEPTORES

  
  La molécula señal se une a un receptor que, a la vez, es canal iónico. El canal permanece cerrado cuando no tiene fijada la molécula señal, y cuando ésta se une al canal, éste se abre. Un ejemplo lo constituye la vía utilizada por la acetilcolina cuando se une a receptores nicotínicos.

  VÍA DE LAS HORMONAS ESTEROIDES

  Éstas atraviesan la membrana celular por difusión simple, debido a su liposolubilidad, y se unen a receptores solubles ubicados en el citoplasma o en el núcleo; luego el complejo esteroide- receptor formado en el citoplasma, viaja al núcleo donde interactúa con el DNA influyendo así en la expresión de genes.

  VÍA DE LAS HORMONAS TIROIDEAS

  Los receptores son nucleares y están unidos a DNA actuando como represores, es decir, inhibiendo la expresión de genes. Las hormonas tiroideas, T3 y T4, atraviesan la membrana celular, luego el citoplasma y por último las membranas nucleares para llegar al núcleo y unirse con los receptores. Después de que se les une la hormona a los receptores, estos últimos
  cambian de represores a activadores, es decir, estimulan la expresión de genes.

  Tema 7: HOMEOSTASIS INTRACELULAR DEL CALCIO

  CALCIO IÓNICO

  El calcio iónico intracelular es esencial para la regulación de un enorme número de procesos celulares, como ser: secreción, contracción y actividad nerviosa

  La concentración de calcio libre en el citosol de las células en reposo es baja, aproximadamente de 0.1 µM (10⁻⁷ M). La concentración de Ca⁺² en el líquido extracelular es aproximadamente de 1.2 mM. Existe pues un gradiente entre el LEC y el citosol de 10⁴ veces.

  Normalmente existe un balance entre mecanismos que aumentan la concentración citosólica de Ca⁺² y mecanismos que disminuyen la concentración citosólica de Ca⁺², de tal manera que la concentración de Ca⁺² citosólica varía dentro de un rango muy estrecho.

  MECANISMOS QUE LLEVAN AL INGRESO DE Ca⁺² AL CITOSOL

  1. Entrada de calcio iónico por canales de Ca⁺² ubicados en la membrana plasmática.
  2. Salida de Ca⁺² desde sitios de almacén intracelular, principalmente a partir del retículo endoplásmico, pero también a partir de la mitocondria y de vesículas almacenadoras de Ca⁺².

  
  CANALES DE CALCIO EN LA MEMBRANA PLASMÁTICA

  IP₃

  El IP₃ es el principal segundo mensajero que produce liberación de Ca⁺² a partir de depósitos internos. Los receptores de IP₃ son canales iónicos que se abren cuando se les une el IP₃.

  ADPRc

  La adenosina difosfatoribosa cíclica (ADPRc), un metabolito de NAD⁺, también libera Ca⁺² desde sitios de almacén intracelular, pero uniéndose a receptores de rianodina, los que, a su vez, son canales de Ca⁺². Estos canales se abren al unírseles la ADPRc, la cual actúa como un segundo mensajero.

  La ADPRc sólo actúa en algunos tejidos, especialmente en el páncreas, mientras que el IP₃ actúa en todas las células.

  LIBERACIÓN DE CALCIO POR CALCIO

  En células musculares cardíacas y en neuronas se produce liberación de calcio por calcio; en este caso el Ca⁺², que ha ingresado desde el exterior por canales de Ca⁺² de la membrana plasmática, se une a canales- receptores de rianodina, produciéndose la apertura de los mismos, con el consecuente egreso de Ca⁺² al citosol.

  MECANISMOS QUE LLEVAN AL EGRESO DE Caᶧ² DESDE EL CITOSOL

  • Mecanismos de transporte de Ca⁺² ubicados en la membrana plasmática
  • Regreso de Ca⁺² al retículo endoplásmico desde el citosol.

  MECANISMOS DE EXPULSIÓN DE Ca⁺² EN LA MEMBRANA PLASMÁTICA

  • La bomba de calcio de la membrana plasmática.
  • Contratransporte sodio, calcio.

  BOMBA DE Caᶧ² DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

  Expulsa un ión Ca⁺² intercambiándolo por 2 iones H⁺, por lo que se le conoce también como bomba o ATPasa Ca⁺²- H⁺

  Esta bomba tiene una distribución universal en el organismo, es decir, se encuentra en todas las células.

  CONTRATRANSPORTE Naᶧ,Caᶧ²

  • Es llamado también antiporter o intercambiador Na⁺, Ca⁺²
  • Es un mecanismo de transporte activo secundario que depende de la bomba de Na⁺, K⁺, la cual a su vez depende de ATP.

  PROTEÍNAS FIJADORAS DE Caᶧ²

  • Enzimas dependientes de Ca⁺², como las fosfolipasas A₂ y D
  • Calmodulina, la que se encuentra en todas las células pero más abundantemente en cerebro, testículos y músculo liso
  • Troponina C, que se encuentra en músculos esquelético y cardíaco
  • Proteínas S-100, que se parecen funcionalmente a la calmodulina y que probablemente participan en la polimerización y despolimerización de microtúbulos
  • Calpaínas, que son proteínas intestinales
  • Alfa-actinina