FISIOLOGIA

Aproximadamente el 40% del cuerpo es músculo esquelético, y tal vez otro 10% es músculo liso y cardíaco.

FIBRAS DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO

Los músculos esqueléticos están formados por numerosas fibras cuyo diámetro varía entre 10 y 80 μm.

En la mayoría de los músculos esqueléticos, las fibras se extienden a lo largo de toda la longitud del músculo. Todas las fibras, excepto alrededor de un 2%, habitualmente están inervadas por una sola terminación nerviosa localizada cerca del punto medio de la fibra.

SARCOLEMA

El sarcolema es una fina membrana que envuelve a una fibra musculoesquelética y está formado por una membrana celular verdadera, denominada membrana plasmática, y una cubierta externa formada por una capa delgada de material polisacárido que contiene numerosas fibrillas delgadas de colágeno.

LAS MIOFIBRILLAS ESTÁN FORMADAS POR FILAMENTOS DE ACTINA Y MIOSINA

Cada fibra muscular contiene varios cientos a varios miles de miofibrillas, cada una formada por aproximadamente 1.500 filamentos de miosina y 3.000 filamentos de actina adyacentes entre sí, que son grandes moléculas proteicas polimerizadas responsables de la contracción muscular real.

Las bandas claras contienen solo filamentos de actina y se denominan bandas I porque son isótropas a la luz polarizada.

Las bandas oscuras contienen filamentos de miosina, así como los extremos de los filamentos de actina en el punto en el que se superponen con la miosina, y se denominan bandas A porque son anisótropas a la luz polarizada.

Las proyecciones que se originan en los lados de los filamentos de miosina se denominan puentes cruzados.

La interacción entre estos puentes cruzados y los filamentos de actina produce la contracción. Desde este disco estos filamentos se extienden en ambas direcciones para interdigitarse con los filamentos de miosina.

El disco Z, que está formado por proteínas filamentosas distintas de los filamentos de actina y miosina, atraviesa las miofibrillas y también pasa desde unas miofibrillas a otras, uniéndolas entre sí a lo largo de toda la longitud de la fibra muscular.

Toda la fibra muscular tiene bandas claras y oscuras, al igual que las miofibrillas individuales. Estas bandas dan al músculo esquelético y cardíaco su aspecto estriado La porción de la miofibrilla (o de la fibra muscular entera) que está entre dos discos Z sucesivos se denomina sarcómero.

LAS MOLÉCULAS FILAMENTOSAS DE TITINA MANTIENEN EN SU LUGAR LOS FILAMENTOS DE MIOSINA Y ACTINA

La relación de yuxtaposición entre los filamentos de miosina y de actina se mantiene por medio de un gran número de moléculas filamentosas de una proteína denominada titian, que es muy elástica. Estas moléculas actúan como armazón que mantiene en su posición los filamentos de miosina y de actina, de modo que funcione la maquinaria contráctil del sarcómero.

Un extremo de la molécula de titina es elástico y está unido al disco Z para actuar a modo de muelle y con una longitud que cambia según el sarcómero se contrae y se relaja. La otra parte de la molécula de titina la une al grueso filamento de miosina.

EL SARCOPLASMA ES EL FLUIDO INTRACELULAR ENTRE LAS MIOFIBRILLAS

Los espacios entre las miofibrillas están llenos de un líquido intracelular denominado sarcoplasma, que contiene grandes cantidades de potasio, magnesio, fosfato y múltiples enzimas proteicas. También hay muchas mitocondrias que están dispuestas paralelas a las miofibrillas. Estas mitocondrias proporcionan a las miofibrillas en contracción grandes cantidades de energía en forma de trifosfato de adenosina (ATP)

EL RETÍCULO SARCOPLÁSMICO ES UN RETÍCULO ENDOPLÁSMICO ESPECIALIZADO DE MÚSCULO ESQUELÉTICO

Este retículo tiene una organización especial que es muy importante para regular el almacenamiento, la liberación y la recaptación de calcio y con ello controlar la contracción muscular.

MECANISMO GENERAL DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR

1. Un potencial de acción viaja a lo largo de una fibra motora hasta sus terminales sobre las fibras musculares.
2. Aquí el nervio secreta una pequeña cantidad de la sustancia neurotransmisora acetilcolina.
3. Ésta actúa en una zona local de la membrana de la fibra muscular para abrir múltiples canales de cationes «activados por acetilcolina» a través de moléculas proteicas que flotan en la membrana.
4. La apertura permite que grandes cantidades de iones sodio difundan hacia el interior de la membrana de la fibra muscular. Esta acción provoca una despolarización local que, a su vez, conduce a la apertura de los canales de sodio activados por el voltaje, que inicia un potencial de acción en la membrana.
5. El potencial de acción viaja a lo largo de la membrana de la fibra muscular de la misma manera que los potenciales de acción viajan a lo largo de las membranas de las fibras nerviosas.
6. El potencial de acción despolariza la membrana muscular, y buena parte éste fluye a través del centro de la fibra muscular, donde hace que el retículo sarcoplásmico libere grandes cantidades de iones calcio que se han almacenado en su interior.
7. Los iones calcio inician fuerzas de atracción entre los filamentos de actina y miosina, haciendo que se deslicen unos sobre otros en sentido longitudinal, lo que constituye el proceso contráctil.
8. Después de una fracción de segundo los iones calcio son bombeados de nuevo hacia el retículo sarcoplásmico por una bomba de Ca++ de la membrana y permanecen almacenados en el retículo hasta que llega un nuevo potencial de acción muscular.

MECANISMO MOLECULAR DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR

La contracción muscular se produce por un mecanismo de deslizamiento de los filamentos, acción producida por las fuerzas que se generan por la interacción de los puentes cruzados que van desde los filamentos de miosina a los filamentos de actina, y para eso es necesaria energía para que se realice el proceso contráctil. Esta energía procede de los enlaces de alta energía de la molécula de ATP, que es degradada a difosfato de adenosina (ADP) para liberarla.

CARACTERÍSTICAS MOLECULARES DE LOS FILAMENTOS CONTRÁCTILES

La molécula de miosina está formada por seis cadenas polipeptídicas, dos cadenas pesadas, cada una de las cuales tiene un peso molecular de aproximadamente 200.000, y cuatro cadenas ligeras, que tienen un peso molecular de aproximadamente 20.000 cada una. Las dos cadenas pesadas se enrollan entre sí en espiral para formar una hélice doble, que se denomina cola de la molécula de miosina. Un extremo de cada una de estas cadenas se pliega bilateralmente para formar una estructura polipeptídica globular denominada cabeza de la miosina. Así, hay dos cabezas libres en un extremo de la molécula de miosina de doble hélice. Las cuatro cadenas ligeras también forman parte de la cabeza de la miosina, dos en cada cabeza. Estas cadenas ligeras ayudan a controlar la función de la cabeza durante la contracción muscular.

El filamento de miosina está formado por 200 o más partes del cuerpo de cada una de las moléculas de miosina, se prolonga hacia la región lateral junto a la cabeza, formando de esta manera un brazo que separa la cabeza del cuerpo, moléculas individuales de miosina. Los brazos y las cabezas que protruyen se denominan en conjunto puentes cruzados. Cada puente cruzado es flexible en dos puntos denominados bisagras, una en el punto en el que el brazo sale del cuerpo del filamento de miosina y la otra en el punto en el que la cabeza se une al brazo. Los brazos articulados permiten que las cabezas se separen del cuerpo del filamento de miosina o que se aproximen a este.

La longitud total de los filamentos de miosina es uniforme, casi exactamente 1,6 μm.

ACTIVIDAD ADENOSINA TRIFOSFATASA DE LA CABEZA DE MIOSINA

Otra característica de la cabeza de la miosina que es esencial para la contracción muscular es que actúa como una enzima adenosina trifosfatasa (ATPasa). Esta propiedad permite que la cabeza escinda el ATP y que utilice la energía procedente del enlace fosfato de alta energía del ATP para aportar energía al proceso de la contracción.

LOS FILAMENTOS DE ACTINA ESTÁN FORMADOS POR ACTINA, TROPOMIOSINA Y TROPONINA

Es una molécula de la proteína F-actina bicatenaria. Que presentan dos hebras enroscadas en una hélice, al igual que la molecula de miosina.

Cada hebra esta formada por moléculas de G-actina polimerizadas, con un peso molecular de 42.000. A la cual se le une una molécula de ADP. Los puntos activos de las dos hebras se encuentran escalonados, esto permite que haya un punto activo en toda la longitud del filamento de actina esto cada 2,7 nm. Cada uno de estos tiene una longitud de 1 μm, al cual sus bases se anclan en los discos Z; los extremos de los filamentos protruyen hacia ambas direcciones para situarse en los espacios que hay entre las moléculas de miosina.

MOLECULAS DE TROPOMIOSINA

El filamento de actina también tiene otra proteína, esta es la tropomiosina, con un peso molecular de 70.000 y una longitud de 40 mm. Se encuentran enrolladas en espiral alrededor de los lados de la hélice de F-actina. Cuando se encuentran en un estado de reposo éstas recubren los puntos activos de las hebras de actina, y no se puede producir atracción entre los filamentos de actina y de miosina para producir la contracción.

TROPONINA Y SU FUNCIÓN EN LA CONTRACCIÓN MUSCULAR

A lo largo de sus lados en las moléculas de tropomiosina hay moléculas proteicas llamadas troponina, son complejos de tres subunidades proteicas unidas entre sí de manera laxa, con una función específica en el control de la contracción muscular.

• Troponina I tiene afinidad por la actina
• Troponina T por la tropomiosina
• Troponina C por los iones calcio.

INTERACCIÓN DE UN FILAMENTO DE MIOSINA, DOS FILAMENTOS DE ACTINA Y LOS IONES CALCIO PARA PRODUCIR LA CONTRACCIÓN

Un filamento de actina puro sin la presencia del complejo troponina-tropomiosina se une a las cabezas de las moléculas de miosina. Posteriormente, si a éste se le añade el complejo troponina-tropomiosina no se produce la unión entre la miosina y la actina.

ACTIVACIÓN DEL FILAMENTO DE ACTINA POR IONES CALCIO

Cuando se encuentran presente grandes cantidades de iones calcio, se inhibe el efecto inhibidor del complejo troponina-tropomiosina sobre los filamentos de actina. Hasta el momento no se conoce el mecanismo de esta inhibición

INTERACCIÓN ENTRE EL FILAMENTO DE ACTINA ACTIVADO Y LOS PUENTES CRUZADOS DE MIOSINA: TEORÍA DE LA CREMALLERA DE LA CONTRACCIÓN

Cuando el filamento de actina es activado por los iones calcio, las cabezas de los puentes

cruzados de los filamentos de miosina son atraídos hacia los puntos activos del filamento de actina y así producir la contracción, pero el mecanismo sigue siendo teorico. A mayor número de puentes

cruzados en contacto con el filamento de actina, mayor será la fuerza de contracción.

ATP COMO FUENTE DE ENERGÍA PARA LA CONTRACCIÓN: FENÓMENOS QUÍMICOS EN EL MOVIMIENTO DE LAS CABEZAS DE MIOSINA

Durante el proceso de contracción se escinden grandes cantidades de ATP para poder formar ADP; efecto Fenn: entre mayor sea la magnitud del trabajo que realiza el músculo, mayor será la cantidad de ATP que se escinde.

RELACIÓN DE LA VELOCIDAD DE CONTRACCIÓN CON LA CARGA

Un músculo esquelético se contrae rápidamente cuando existe una carga nula, en  0,1 s para un músculo medio.

ENERGÉTICA DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR

GENERACIÓN DE TRABAJO DURANTE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR

Cuando un músculo se contrae contra una carga realiza un trabajo. Esto significa que se transfiere energía desde el músculo hasta la carga externa para levantar un objeto o para superar la resistencia al movimiento.

En términos matemáticos el trabajo se define mediante la siguiente ecuación:

T = C x D

• T es el trabajo generado.
• C es la carga.
• D es la distancia del movimiento que se opone a la carga.

TRES FUENTES DE ENERGÍA PARA LA CONTRACCIÓN MUSCULAR

La mayor cantidad de energía se utiliza para activar el mecanismo de cremallera, además cantidades pequeñas son útiles para lo siguiente:

1.  Bombear iones calcio desde el sarcoplasma hacia el interior del retículo sarcoplásmico finalizada la contracción.
2.  Bombear iones sodio y potasio a través de la membrana de la fibra muscular y así tener un entorno iónico para la propagación de los potenciales de acción de la fibra muscular.

La contracción de ATP en la fibra muscular, de 4 milimolar, mantiene la contracción completa por 1 a 2 s.

La fosfocreatina es la primera fuente de energía para reconstituir el ATP, ésta contiene un enlace fosfato de alta energía y en la fibra muscular tiene una cantidad cinco veces mayor que la de ATP. La energía combinada del ATP y de la fosfocreatina almacenados en el músculo produce una contracción de 5 a 8 s.

La glucólisis es la segunda fuente de energía, para reconstituir el ATP y la fosfocreatina. Tiene doble importancia:

1. Puede mantener la contracción muscular muchos segundos hasta 1 min, aun cuando no se disponga de oxígeno en la sangre.
2. La formación de ATP es 2,5 veces más rápida que en respuesta a la reacción de losnutrientes celulares con el oxígeno.

El metabolismo oxidativo es la tercera y ultima fuente de energía, el 95% de la energía que utilizan los musculos provienen de ésta. Los nutrientes que se consumen son:

• Hidratos de carbono
• Grasas
• Proteínas.

EFICIENCIA DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR

El porcentaje de aporte energético al músculo es de 25. Se consigue la eficiencia máxima cuando el músculo se contrae a una velocidad moderada, si se contrae lentamente o sin ningún movimiento, se liberan pequeñas cantidades de calor de mantenimiento durante la contracción y si la contrae rápidamente se utilizan grandes proporciones de la energía para superar la fricción viscosa del interior del propio músculo y reduce la eficiencia de la contracción.

CARACTERÍSTICAS DE LA CONTRACCIÓN DE TODO EL MÚSCULO

Un espasmo muscular se produce con la excitación eléctrica instantánea del nervio que inerva un músculo cuando pasa un estímulo eléctrico breve a través del mismo.

LAS CONTRACCIONES ISOMÉTRICAS NO ACORTAN EL MÚSCULO, MIENTRAS QUE LAS CONTRACCIONES ISOTÓNICAS LO ACORTAN A UNA TENSIÓN CONSTANTE

• Contracción muscular isométrica:  el músculo no se acorta durante la contracción
• Contracción muscular isotónica: el musculo se acorta, la tensión del músculo permanece constante durante la contracción.

CARACTERÍSTICAS DE LOS ESPASMOS ISOMÉTRICOS QUE SE REGISTRAN EN DIFERENTES MÚSCULOS

Registros de las contracciones isométricas de tres tipos de músculo esquelético:

1. Un músculo ocular, 1/50 s de duración, debido a que los movimientos oculares tienen que ser rápidos para mantener la fijación de los ojos sobre objetos específicos y así proporcionar la exactitud de la visión.
2. El músculo gastrocnemio,1/15 s de duración, se contrae de manera moderada y así proporcionar velocidad de la extremidad para correr y saltar.
3. El músculo sóleo, 1/5 s de duración, contracción lenta para el soporte a largo plazo del cuerpo contra la gravedad.

FIBRAS MUSCULARES RÁPIDAS FRENTE A LENTAS

Los músculos están formados por una mezcla de fibras musculares  lentas (tipo I o musculo rojo) son más pequeñas e inervadas por fibras nerviosas pequeñas, tienen un sistema de vascularización extenso y más capilares para aportar cantidades adicionales de oxígeno y contienen grandes cantidades de mioglobina y fibras musculares  rapidas (tipo II o musculo blanco) son más grandes, tiene un retículo sarcoplásmico extenso para la liberación rápida de energía por el proceso glucolítico, tiene grandes cantidades de enzimas glucolíticas y vascularización menos extensa, tienen menos mitocondrias y déficit de mioglobina. Entre estas dos fibras se encuentran otras llamadas fibras intermedias.

MECÁNICA DE LA CONTRACCIÓN DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO

UNIDAD MOTORA: TODAS LAS FIBRAS MUSCULARES INERVADAS POR UNA ÚNICA FIBRA NERVIOSA

Las motoneuronas que van dela médula espinal inervan múltiples fibras nerviosas y el número de éstas depende del tipo de músculo. Todas las fibras musculares inervadas por una única fibra nerviosa se llaman unidad motora. Los músculos pequeños que reaccionan rápidamente y con control exacto tienen más fibras nerviosas para menos fibras musculares y los músculos grandes sin control fino, tienen varias fibras musculares en una unidad motora. Hay 80 a 100 fibras musculares por unidad motora.

Las fibras musculares se superponen a otras unidades motoras en microfascículos de 3 a 15 fibras.

CONTRACCIONES MUSCULARES DE DIFERENTE FUERZA: SUMACIÓN DE FUERZAS

Sumación es la adición de los espasmos individuales para aumentar la intensidad de la contracción muscular global. Se produce de dos maneras:

1. Aumentando el número de unidades motoras que se contraen al mismo tiempo (sumación de fibras múltiples).
2. Aumentando la frecuencia de la contracción (sumación de frecuencia) lo que podría producir tetanización.

SUMACIÓN DE FIBRAS MÚLTIPLES

Cuando el sistema nervioso central envía una señal débil, las unidadesmotoras más pequeñas del músculo pueden estimular a las unidades motoras de

mayor tamaño, cuando aumenta la intensidad de la señal, empiezan a excitar unidades motoras cada vez mayores a esto se le llama principio de tamaño.

SUMACIÓN DE FRECUENCIA Y TETANIZACIÓN

Conforme aumenta la frecuencia de espasmos en el musculo   llega a un punto en el que cada nueva contracción se produce antes de que haya finalizado la anterior. Por lo tanto, la segunda contracción se suma parcialmente a la primera, por ende, la fuerza total de la contracción aumenta progresivamente al aumentar la frecuencia. Cuando la frecuencia alcanza un nivel crítico, las contracciones sucesivas finalmente se hacen tan rápidas que se fusionan entre sí, y la contracción del músculo entero parece ser suave y continua (tetanización.) A una frecuencia mayor la fuerza alcanza su valor máximo, cualquier aumento adicional de la frecuencia no tiene ningún efecto adicional sobre el aumento de la fuerza contráctil. La tetania se produce cuando se mantiene un número suficiente de iones calcio en el sarcoplasma del músculo, entre los potenciales de acción y se mantiene el estado contráctil completo sin permitir ninguna relajación entre los potenciales de acción.

Máxima fuerza de contracción

Es de 3 y 4 kg por centímetro cuadrado de músculo.

CAMBIOS DE LA FUERZA MUSCULAR AL INICIO DE LA CONTRACCIÓN: EL EFECTO DE LA ESCALERA (TREPPE)

Cuando un músculo comienza a contraerse después de un período de reposo prolongado, su fuerza de contracción inicial llega a ser de 10 y 50 contracciones musculares. La fuerza de la contracción aumenta hasta una meseta (efecto de la escalera o Treppe).

TONO DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO

Cantidad de tensión en el musculo cuando los músculos están en reposo.

FATIGA MUSCULAR

Es la contracción prolongada e intensa de un músculo, aumenta en proporción a la velocidad de depleción del glucógeno del músculo. Es causada por la incapacidad de los procesos contráctiles y metabólicos de las fibras musculares de continuar generando el mismo trabajo.

SISTEMAS DE PALANCA DEL CUERPO

Los músculos aplican una tensión a sus puntos de inserción en los huesos, y estos a su vez forman varios tipos de sistemas de palanca. El análisis de los sistemas de palanca del cuerpo depende de:

• El punto de la inserción muscular
• Su distancia desde el fulcro de la palanca
• La longitud del brazo de la palanca
• La posición de la palanca.

Cinesiología: estudio de los diferentes tipos de músculos, de los sistemas de palanca y de sus movimientos.

COLOCACIÓN DE UNA PARTE DEL CUERPO POR LA CONTRACCIÓN DE LOS MÚSCULOS AGONISTAS Y ANTAGONISTAS DE LADOS OPUESTOS DE UNA ARTICULACIÓN: COACTIVACIÓN DE LOS MÚSCULOS ANTAGONISTAS

Los movimientos del cuerpo son producidos por la contracción simultánea de músculos agonistas y antagonistas de lados opuestos de las articulaciones (coactivación) controlado por los centros de control motor del encéfalo y de la médula espinal.

REMODELACIÓN DEL MÚSCULO PARA ADAPTARSE A LA FUNCIÓN

Esto se debe a que se altera su diámetro, su longitud, su fuerza y su vascularización, e incluso ligeramente los tipos de fibras musculares. Este proceso llega a tardar algunas semanas.

HIPERTROFIA Y ATROFIA MUSCULAR

Aumento de la masa total de un músculo (hipertrofia muscular) se debe a un aumento del número de filamentos de actina y miosina en cada fibra muscular, aumentando de tamaño, aparece cuando el músculo está sometido a carga durante el proceso contráctil. las fibras musculares individuales llamada hipertrofia de las fibras. Cuando la masa total disminuye (atrofia muscular) se da cuando un músculo no se utiliza durante muchas semanas, la velocidad de degradación de las proteínas contráctiles es más rápida que la velocidad de sustitución, usa una ruta de ubicuitina-proteasoma dependiente del ATP. Los proteasomas son grandes complejos proteicos que degradan las proteínas dañadas o innecesarias por proteólisis, una reacción química que rompe los enlaces peptídicos. La ubicuitina es una proteína reguladora que marca las células que serán diana para una degradación proteasómica.

AJUSTE DE LA LONGITUD MUSCULAR

Otro tipo de hipertrofia, se da cuando los músculos son distendidos hasta una longitud mayor de lo normal. Esto añade nuevos sarcómeros en los extremos de las fibras musculares, donde se unen a los tendones. Cuando un músculo permanece acortado a una longitud menor que su longitud normal de manera continua, los sarcómeros de los extremos de las fibras musculares pueden llegar realmente a desaparecer.

HIPERPLASIA DE LAS FIBRAS MUSCULARES

Aumento real del número de fibras musculares. El mecanismo es la división lineal de fibras que estaban previamente aumentadas de tamaño.

LA DESENERVACIÓN MUSCULAR PROVOCA UNA RÁPIDA ATROFIA

Cuando un músculo pierde su inervación, ya no recibe las señales contráctiles necesarias para mantener el tamaño muscular normal.

En la fase final, la mayor parte de las fibras musculares es destruida y sustituida por tejido fibroso y adiposo. El tejido fibroso tiende a seguir acortándose durante muchos meses (contractura).

RECUPERACIÓN DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR EN LA POLIOMIELITIS: APARICIÓN DE MACRO UNIDADES MOTORAS

Cuando se destruyen algunas fibras nerviosas que inervan un músculo, las fibras nerviosas residuales se ramifican para formar nuevos axones que inervan posteriormente muchas de las fibras musculares paralizadas. Este proceso da lugar a unidades motoras de gran tamaño (macrounidades motoras) que pueden contienen hasta cinco veces el número normal de fibras musculares para cada neurona que procede de la médula espinal.

RIGIDEZ CADAVÉRICA

Varias horas después de la muerte, los músculos se contraen y se hacen rígidos, incluso sin potenciales de acción, debido a toda la perdida de ATP. El músculo permanece rígido 15 a 25 h.

DISTROFIA MUSCULAR

Comprenden varios trastornos hereditarios susceptibles de causar debilidad y degeneración progresiva de las fibras musculares, que son sustituidas por tejido graso y colágeno.

Distrofia muscular de Duchenne (DMD) es la más común, afecta solo a los hombres, se transmite como un rasgo recesivo ligado al cromosoma X y provocada por la mutación de un gen que codifica la proteína distrofina.

Los síntomas de la DMD, debilidad muscular que comienza en la primera infancia, los pacientes suelen quedar en silla de ruedas desde los 12 años de edad y suelen morir a consecuencia de un fallo respiratorio antes de cumplir los 30 años.

Distrofia muscular de Becker (DMB) enfermedad más leve causado por mutaciones del gen que codifica la distrofina, con inicio más tardío e índices más elevados de supervivencia. Se calcula que la DMD y la DMB afectan a 1 de cada 5.600 a 7.700 hombres de entre 5 y 24 años de edad.

LÍQUIDO INTRACELULAR Y EXTRACELULAR

El 60% del cuerpo humano del adulto es líquido, principalmente una solución acuosa de iones y otras sustancias. De este líquido, el que queda de la célula es conocido como liquido intracelular, y el que queda fuera de la célula, extracelular.

El líquido extracelular contiene grandes cantidades de iones sodio, cloruro y bicarbonato más nutrientes para las células, como oxígeno, glucosa, ácidos grasos y aminoácidos.

El líquido intracelular es muy distinto del líquido extracelular ya que contiene grandes cantidades de iones potasio, magnesio y fosfato en lugar de los iones sodio y cloruro.

PROTEÍNAS DE LA MEMBRANA LIPÍDICA

La bicapa lipídica no es miscible con el líquido extracelular ni con el líquido intracelular. Constituye una barrera frente al movimiento de moléculas de agua y de sustancias insolubles pero no a las sustancias liposolubles.

Las moléculas proteicas de la membrana (periféricas e integrales) tienen propiedades diferentes permitiendo el transporte de sustancias, pues presentan una ruta alterna a través de ésta actuando como proteínas transportadoras.

• Proteínas transportadoras: se unen a las moléculas que se van a transportar y sufren cambios conformacionales que desplazan las sustancias a través de los intersticios de la proteína hasta el otro lado.
• Proteínas de canales: tienen espacios acuosos en todo el trayecto del interior de la molécula y permiten el movimiento libre de agua, así como de iones o moléculas seleccionados.

El transporte a través de la membrana celular se da mediante uno de dos procesos básicos: difusión o transporte activo.

DIFUSIÓN

Es el movimiento molecular de las sustancias molécula a molécula (calor) a través de espacios intermoleculares de la membrana o en combinación con una proteína transportadora, el movimiento nunca se interrumpe salvo a la temperatura de cero absoluto. La energía que hace que se produzca la difusión es la energía del movimiento cinético normal de la materia.

Este movimiento se produce cuando una molécula en movimiento, se acerca a una molécula estacionaria, las fuerzas electrostáticas y otras fuerzas nucleares de la molécula rechazan a la molécula estacionaria, transfiriéndole parte de la energía cinética del movimiento, mientras que la molécula móvil se enlentece, perdiendo parte de su energía.

DIFUSIÓN SIMPLE

El movimiento cinético de las moléculas o de los iones se produce a través de una abertura de la membrana o a través de espacios intermoleculares sin ninguna interacción con las proteínas transportadoras

DIFUSIÓN FACILITADA

También conocida como difusión mediada por un transportador, requiere la interacción de una proteína transportadora que ayuda al paso de las moléculas o de los iones a través de la membrana. Este mecanismo permite que la molécula transportada se mueva (difunda) en ambas direcciones a través de la membrana.

La diferencia entre la difusión simple y la facilitada es que a medida que aumenta la concentración de la sustancia que difunde, la velocidad de la difusión simple sigue aumentando de manera proporcional, mientras que en el caso de la difusión facilitada la velocidad no puede aumentar.

Velocidad de difusión

La velocidad a la que la sustancia difunde hacia dentro es proporcional a la concentración de las moléculas en el exterior, porque esta concentración determina cuántas moléculas chocan contra el exterior de la membrana cada segundo. Por el contrario, la velocidad a la que las moléculas difunden hacia afuera es proporcional a su concentración en el interior de la membrana.

ACUAPURINAS

El agua es muy insoluble en los lípidos de la membrana, sin embargo pasa rápidamente a través de canales proteicos que penetran la membrana. Esto se debe a que muchas de las membranas celulares del cuerpo contienen poros proteicos denominados acuaporinas que permiten selectivamente el paso rápido de agua.

CANALES PROTEICOS

Los canales proteicos se distinguen por dos características importantes:

• Son selectivos. Esto se debe a las características del propio canal, como su diámetro, su forma y la naturaleza de las cargas eléctricas y enlaces químicos que están situados a lo largo de sus superficies internas.
• Se pueden abrir o cerrar por compuertas que son reguladas por señales eléctricas (canales activados por el voltaje) o sustancias químicas que se unen a las proteínas de canales (canales activados por ligandos).

La activación de los canales proteicos proporciona un medio para controlar la permeabilidad iónica de los canales.

• Activación por el voltaje: La conformación molecular de la compuerta o de sus enlaces químicos responderá al potencial eléctrico. Este proceso es el mecanismo básico para generar y poner fin a los potenciales de acción nerviosos, que son responsables de las señales nerviosas.

• Activación química (por ligando): Abrirá al canal por la unión de una sustancia química (un ligando) a la proteína, que produce un cambio conformacional en la proteína que abre o cierra la compuerta. Esta compuerta es muy importante para la transmisión de las señales nerviosas desde una célula nerviosa a otra, como una célula muscular para producir la contracción muscular

Los canales conducen la corriente según un mecanismo de “todo o nada”, es decir que la compuerta del canal se abre y cierra súbitamente, de modo que cada estado abierto dura únicamente desde una fracción de milisegundo hasta varios, demostrando así la rapidez con la que se producen los cambios durante la apertura y el cierre de las compuertas.

ÓSMOSIS

La sustancia más abundante que se difunde a través de la membrana celular es el agua. En ciertas condiciones se puede producir una diferencia de concentración de agua a través de la membrana causando el fenómeno conocido como ósmosis, es decir que se produce cuando dos soluciones con diferente concentración son separadas por una membrana.

OSMOL

Esta unidad expresa la concentración de una solución en función del número de partículas, y se usa en lugar de los gramos. Un osmol es el peso molecular-gramo de un soluto osmóticamente activo.

OSMOLARIDAD

Es la concentración osmolar expresada en osmoles por litro de solución. Es la medida de concentración en los estudios fisiológicos. Aunque los osmoles por kilogramo de agua, es decir, la osmolalidad, es la que determina la presión osmótica, sin embargo se usa osmolaridad por ser más práctico.

«Transporte activo» de sustancias a través de las membranas

Proceso de intercambio de sustancias a través de la membrana. Se refiere al movimiento de iones o de otras sustancias a través de la membrana en combinación con una proteína transportadora de tal manera que la proteína transportadora hace que la sustancia se mueva contra un gradiente de concentración, por lo cual requiere de energía.

Se divide en dos grupos:

• Transporte activo primario: donde la energía procede directamente de la escisión del trifosfato de adenosina (ATP) o de algún otro compuesto de fosfato de alta energía.
• Transporte activo secundario: la energía procede secundariamente de la energía que se ha almacenado en forma de diferencias de concentración iónica.

En ambos casos el transporte depende de proteínas transportadoras, como en la difusión facilitada, pero en el transporte activo la proteína transportadora es capaz de impartir energía a la sustancia transportada para moverla contra el gradiente electroquímico.

La cantidad de energía necesaria para transportar activamente una sustancia a través de una membrana viene determinada por cuánto se concentra ésta durante el transporte.

TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO

Sustancias que se transportan mediante transporte activo primario: sodio, el potasio, el calcio, el hidrógeno y el cloruro.

BOMBA DE SODIO-POTASIO

Es el proceso de transporte que bombea iones sodio hacia fuera a través de la membrana celular de todas las células y al mismo tiempo bombea iones potasio del exterior hacia el interior.

Es responsable de mantener las diferencias de concentración de sodio y de potasio a través de la membrana celular, así como de establecer un voltaje eléctrico negativo en el interior de las células, también es la base de la función nerviosa porque permite transmitir las señales nerviosas por todo el sistema nervioso. Otra de las funciones más importantes de la bomba Na + -K+ es controlar el volumen de todas las células y sin ella la mayoría de las células del cuerpo se hincharían hasta explotar.

Bomba de calcio

Los iones calcio normalmente se mantienen a una concentración muy baja en el citosol intracelular. Este nivel de mantenimiento se consigue principalmente mediante dos bombas de calcio. Una de ellas, que está en la membrana celular, bombea calcio hacia el exterior de la célula. La otra bombea iones calcio hacia uno o más de los orgánulos vesiculares intracelulares

Transporte activo primario de los iones hidrógeno

Es importante en dos localizaciones del cuerpo:

1. Glándulas gástricas del estómago: Las células parietales que están en las capas profundas tienen el mecanismo activo primario más potente de transporte de iones hidrógeno y es la base para secretar ácido clorhídrico en las secreciones digestivas del estómago

1. Porción distal de los túbulos distales y en los conductos colectores corticales de los riñones: Hay células intercaladas que transportan iones hidrógeno. Se secretan grandes cantidades de iones hidrógeno desde la sangre hacia la orina con el objetivo de eliminar de los líquidos corporales el exceso de iones hidrógeno

TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO

• Cotransporte: Cuando una sustancia se transporta hacia el exterior de las células mediante transporte activo primario habitualmente se establece un gradiente de concentración, este gradiente representa un almacén de energía de difusión que puede arrastrar otras sustancias junto con la principal, a través de la membrana celular. Para que esto suceda es necesario un mecanismo de acoplamiento, lo cual se consigue por medio de otra proteína transportadora de la membrana.

• Contratransporte: Aquí los iones intentan difundir hacia el interior de la célula debido a un gradiente de concentración. Sin embargo, esta vez la sustancia que se va a transportar está en el interior de la célula y se debe transportar hacia el exterior. Por tanto, el ion se une a la proteína transportadora en el punto en el que se proyecta hacia la superficie exterior de la membrana, mientras que la sustancia que se va a contratransportar se une a la proyección interior de la proteína transportadora. Una vez que ambos se han unido se produce un cambio conformacional y la energía liberada por la acción del ion que se mueve hacia el interior hace que la otra sustancia se mueva hacia el exterior.

TRANSPORTE ACTIVO A TRAVÉS DE CAPAS CELULARES

Existen partes del cuerpo donde se deben transportar sustancias a través de todo el espesor de una capa celular en lugar de simplemente a través de la membrana celular.

El transporte de este tipo se produce a través del epitelio intestinal, el epitelio de los túbulos renales, el epitelio de todas las glándulas exocrinas, el epitelio de la vesícula biliar y la membrana del plexo coroideo del cerebro, junto con otras membranas.

El mecanismo básico para el transporte de una sustancia a través de una lámina celular es primero transporte activo a través de la membrana celular de un polo de las células transportadoras de la capa, y después la difusión simple o difusión facilitada a través de la membrana del polo opuesto de la célula.

GENES.

Almacenan informacion genetica que controlan la herencia de padres a hijos y la funcion cotidiana de todas las celulas en el organismo.

Cada gen es una molecula de dos hebras helicoidales de ácido desoxirribonucleico (ADN), controla automáticamente la formación de otro ácido nucleico, el ácido ribonucleico (ARN), que después se dispersa por toda la célula para controlar la formación de una proteína específica.

BLOQUES BÁSICOS DE ADN .

Para la formación del ADN se requieren de compuestos quimicos basicos, los cuales son, el ácido fosfórico, el azúcar desoxirribosa y cuatro bases nitrogenadas (dos purínicas, adenina y guanina, y dos pirimidínicas, timina y citosina).

El ácido fosfórico y la desoxirribosa forman las dos hebras helicoidales que sirven de soporte para la molécula de ADN, mientras que las bases nitrogenadas se apoyan entre las dos hebras y se conectan entre sí.

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

NUCLEOTIDOS.

Se forman en la primera etapa de formacion de ADN. al combinar una molecula de acido fosforico, una de desoxirribosa y una de las cuatro bases nitrogenadas. Por ende, se pueden formar cuatro nucleotidos-

CODIGO GENETICO.

El código genético consta de «tripletes» sucesivos de bases, es decir, tres bases sucesivas componen una palabra del código

Los tripletes sucesivos controlan en último término la secuencia de aminoácidos en una molécula proteica que la célula debe sintetizar

TRANSCRIPCIÓN

El ARN se sintetiza en el núcleo a partir de una plantilla de ADN: En este paso las dos hebras de la molécula de ADN se separan temporalmente y una de ellas se usa como plantilla para la síntesis de una molécula de ARN. Los tripletes del código del ADN provocan la formación de tripletes con un código complementarios o codones (controlarán la secuencia de aminoácidos en una proteína) en el ARN

Cabe aclarar que los bloques básicos en el ARN no son exactamente los mismo que los del ADN, se diferencian en 2 aspectos. El primero es que el azúcar es ribosa y no desoxirribosa y el segundo es que la base timina se reemplaza por otra pirimidina, uracilo.

Entonces éstos bloques formaran los nucleótidos de ARN igual que con el ADN, con la excepción de la timina.

Activación de los nucleótidos de ARN: El siguiente paso de la síntesis de ARN es la activación de los nucleótidos de ARN por una enzima, polimerasa de ARN. El resultado de este proceso de activación es que cada uno de los nucleótidos puede disponer de grandes cantidades de energía del ATP, ésto es porque se añaden a cada nucleótido dos radicales fosfato, que se unen 
mediante enlaces de fosfato de alta energía derivados del ATP celular, para formar trifosfatos. A continuación el ARN mensajero va a llevar la información del ADN hacia los ribosomas, los organelos encargados de fabricar las proteínas.

TRADUCCIÓN.

La molécula del ARN mensajero se traslada a los ribosomas donde ocurre la etapa de traducción. Durante esta etapa el ribosoma lee la secuencia de nucleótidos del ARN mensajero por tripletes o tríos de nucleótidos, denominados codones.

Un codón representa la señal de “iniciar la fabricación de la molécula proteica” y tres codones representan la señal de “detener la fabricación de la molécula proteica”. Estos dos tipos de codones se denominan CI para el “codón de iniciación” y CT para el “codón de terminación”.

Según cuál es el codón que el ribosoma lea va a colocar el aminoácido que corresponde.

A medida que el ribosoma lee la secuencia de codones va formando una proteína, aquí actúa el ARN de transferencia (ARNt), porque es el que transfiere las moléculas de aminoácidos a las moléculas proteicas a medida que se va sintetizando la proteína, es decir que la función del ARNt consiste en unir un aminoácido específico a una cadena de proteína en formación.

Esta propiedad del ARNt, de reconocer un codón específico es gracias a un triplete de bases de nucleótidos que se denomina anticodón.

Ya creada la proteína es liberada al citoplasma.

TIPOS DE ARN

POLIRRIBOSOMAS

Una molécula sencilla de ARNm puede formar moléculas proteicas en varios ribosomas al mismo tiempo, por lo que las moléculas proteicas se encuentran en distintas fases de desarrollo en cada ribosoma. Como consecuencia de este proceso es frecuente encontrar agrupaciones de ribosomas, uniéndose entre 3 y 10 ribosomas a una única molécula de ARNm al mismo tiempo, y es a estos grupos que se conocen como polirribosomas.

ENLACE PEPTÍDICO

Los aminoácidos sucesivos de la cadena de proteína se combinan entre sí según una reacción típica. el enlace peptídico. En esta reacción se elimina un radical hidroxilo (OH– ) de la porción COOH del primer aminoácido y se elimina un hidrógeno (H+ ) de la porción NH2 del otro aminoácido. Ambos radicales se combinan para formar agua y los dos locus reactivos que quedan en los dos aminoácidos sucesivos se unen entre sí, con lo que se obtiene una molécula única

REGULACIÓN GENÉTICA

También conocida como “expresión génica”, cubre todo el proceso, desde la transcripción del código genético en el núcleo hasta la formación de proteínas en el citoplasma. Este método de control también controla el grado de activación de los genes y la formación de productos génicos.

Este proceso puede tener lugar en cualquier punto de las rutas de transcripción, procesamiento de ARN y traducción.

REGULACIÓN ENZIMATICA

La regulación enzimática representa una segunda categoría de mecanismos por los cuales se pueden controlar las funciones bioquímicas celulares. En ésta se controlan los niveles de actividad de las enzimas ya formadas en la célula.

Estos mecanismos reguladores actúan especialmente como sistemas de control de retroalimentación que vigilan continuamente la composición bioquímica de la célula y hacen las correcciones que se van necesitando.

CICLO VITAL DE LA CÉLULA

El ciclo celular se refiere como el ciclo vital de una célula. Es la serie de etapas de crecimiento y de desarrollo que experimenta una célula entre su “nacimiento” (formación por división de una célula madre) y su reproducción (división para hacer dos nuevas células hijas). El ciclo celular es un ciclo, y no un camino lineal, porque al final de cada ronda las dos células hijas pueden iniciar el mismo proceso exacto otra vez desde el inicio. En las células eucariontes las etapas del ciclo celular se dividen en dos fases importantes: la interfase y la fase mitótica (M).

Iinterfase: la célula crece y hace una copia de su ADN

Fase G: Durante la fase G_11​, también llamada fase del primer intervalo, la célula crece físicamente, copia los organelos y hace componentes moleculares que necesitará en etapas posteriores.

Fase S: En la fase S, la célula sintetiza una copia completa del ADN en su núcleo. También duplica una estructura de organización de microtúbulos llamada centrosoma. Los centrosomas ayudan a separar el ADN durante la fase M.

Fase G2: Durante la fase del segundo intervalo, o fase G2​, la célula crece más, hace proteínas y organelos, y comienza a reorganizar su contenido en preparación para la mitosis. La fase G2​ termina cuando la mitosis comienza.

Fase mitótica (M): la célula separa su ADN en dos grupos y divide su citoplasma para formar dos nuevas células.

Profase: Mientras se forma el haz, los cromosomas del núcleo se condensan en cromosomas bien definidos.

Prometafase: Las puntas de los microtúbulos en crecimiento del áster se fragmentan en la cubierta nuclear. Al mismo tiempo, los múltiples microtúbulos del áster se unen a las cromátidas en los centrómeros, donde las cromátidas pareadas aún están unidas entre sí; a continuación, los túbulos tiran de una cromátida de cada par, alejando cada una hacia el polo celular correspondiente.

Metafase: Los dos ásteres del aparato mitótico se separan.

Anafase: Las dos cromátidas de cada cromosoma son separadas en el centrómero. Se separan los 46 pares de cromátidas y se forman dos juegos independientes de 46 cromosomas hijos. Cada uno de ellos es empujado hacia cada uno de los ásteres de la mitosis, a medida que los dos polos respectivos de la célula en división se van separando entre sí.Telofase: Los dos juegos de cromosomas hijos se separan completamente. A continuación, el aparato mitótico se disuelve y se desarrolla una nueva membrana nuclear que rodea cada grupo de cromosomas.

TELÓMERO

Un telómero es una región de secuencias de nucleótidos repetitivas situadas en cada extremo de una cromátida. Los telómeros actúan como cubiertas protectoras que evitan que el cromosoma se deteriore durante la división celular.

CONTROL DEL CRECIMIENTO Y LA REPRODUCCIÓN CELULAR

En estudios experimentales se han demostrado al menos tres formas de controlar el crecimiento.

En primer lugar, el crecimiento se controla a menudo mediante factores de crecimiento que proceden de otras partes del organismo.

En segundo lugar, la mayoría de las células normales dejan de crecer cuando han salido de un espacio para su crecimiento (lo que sucede cuando las células crecen en un cultivo tisular).

En tercer lugar, las células que crecen en un cultivo celular dejan de hacerlo cuando se ha podido recoger cantidades diminutas de sus propias secreciones en el medio de cultivo.

DIFERENCIACIÓN CELULAR

Es una característica especial del crecimiento y la división celular en la diferenciación celular, èsta se refiere a los cambios de las propiedades físicas y funcionales de las células, es decir que una célula se convierte en otro tipo celular más especializado.

La diferenciación se produce por la activación diferencial de algunos genes y la represión de otros. 

APOPTOSIS

Los 100 billones de células del organismo forman parte de una comunidad muy bien organizada en la que el número total de células está regulado no solo por el control de la velocidad de división celular, sino también por el control de la velocidad de la muerte celular.

La apoptosis es una forma de muerte celular programada, o “suicidio celular” que se da cuando las células ya no se necesitan, o cuando se convierten en una amenaza para el organismo. En este proceso el contenido celular se empaca en pequeños paquetes membranosos para que las células inmunitarias recojan los desperdicios y los eliminen por medio de la fagocitosis.

Es diferente de la necrosis, en la cual las células mueren debido a lesiones. Ya que, debido a que la membrana plasmática de la célula dañada ya no puede controlar el paso de iones y de agua, la célula se hincha y su contenido se fuga a través de los agujeros en la membrana plasmática

Las células son los elementos básicos que conforman el organismo; aportan la estructura de los tejidos y los órganos del cuerpo, ingieren los nutrientes y los convierten en energía, y realizan funciones .

Organización de la célula

Estructura física de la célula

La célula contiene estructuras físicas muy organizadas que se denominan orgánulos intracelulares

Estructuras membranosas de la célula

La mayoría de los orgánulos de la célula están cubiertos por membranas compuestas principalmente por lípidos y proteínas. Estas membranas son la membrana celular, la membrana nuclear, la membrana del retículo endoplásmico y las membranas de la mitocondria, los lisosomas y el aparato de Golgi.

Membrana celular/Membrana plasmatica

La célula dispone de una barrera de protección elástica, fina y flexible con un grosor de 7,5 a 10 nm, que está formada por proteínas (55%), lípidos (fosfolípidos 25%, colesterol 13% y 4% otro) e hidratos de carbono (3%).

Su estructura básica consiste en una bicapa lipídica, una película fina de doble capa de lípidos (fosfolípidos, que son los más abundantes, esfingolípidos y colesterol).

La película de fosfolípidos va contener una porción hidrófila, el extremo fosfato, y otra hidrófoba, el del ácido graso. Las porciones hidrófilas se encuentran en las dos superficies de la membrana celular en contacto con el agua intracelular, en el interior de la membrana, y con el agua extracelular, en la superficie externa. Entonces la capa lipídica de la zona media serà la parte impermeable a las sustancias hidrosolubles.

También, inmersas en la membrana alberga proteínas que son principalmente glucoproteínas.

Existen 2 tipos de proteínas: Proteínas integrales: son aquellas que cruzan la membrana y aparecen a ambos lados de la capa de fosfolípidos. Proteínas periféricas: éstas no se extienden a lo ancho de la bicapa sino que están unidas a las superficies interna o externa de la misma.

La naturaleza de algunas proteínas determina su función:

Canales (integrales): por los que determinadas sustancias como el agua y las sustancias hidrosolubles, especialmente los iones, pueden difundir entre los líquidos extracelular e intracelular, es decir pueden entrar o salir de la célula. Transportadoras (integrales): son proteínas de transporte de paso múltiple por la membrana que posee sitios de fijación para iones o moléculas específicos en ambos lados de la bicapa lipídica. Cuando un soluto se integra en su sitio de fijación, la proteína transportadora experimenta cambios de configuración para dar paso y al descargarla recupera su forma original. Enzimas (integrales o periféricas): pueden ser integrales o periféricas y sirven para catalizar reacciones a en la superficie de la membrana. Receptores (integrales): reconocen y se une a moléculas específicas (la molécula que se une al receptor se llama ligando), unión que frecuentemente dispara la respuesta de la célula Segundos mensajeros: son iones o pequeñas moléculas que transmiten señales en el interior de las células

La superficie externa de la membrana está cubierta por hidratos de carbono, que se encuentran unidos a proteínas (glucoproteínas), lípidos (glucolípidos)o núcleos de proteínas (proteoglucanos), y las porciones gluco de estas moléculas se proyectan hacia el exterior de la célula, formando la cubierta celular, glucocáliz.

Citoplasma

El citoplasma es el material comprendido entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear y va a contener orgánulos dispersos. La porción de líquido gelatinoso del citoplasma se denomina citosol y contiene principalmente proteínas, electrolitos y glucosa disueltos.

Retículo endoplásmico

Es una estructura membranosa que desempeña un papel importante en la síntesis de las moléculas complejas requeridas por la célula. Organiza sus membranas en regiones o dominios que realizan diferentes funciones:

Retículo endoplásmico rugoso:

Es la parte del reticulo endoplasmico que contiene ribosomas, formados por una mezcla de ARN y proteínas y su función consiste en sintetizar nuevas moléculas proteicas

Retículo endoplásmico agranular/liso:

Esta parte no contiene ribosomas y tiene un papel importante en la sintesis de lipidos

Aparato de Golgi

Funciona asociado al retículo endoplásmico, pues de éste salen vesículas de transporte que se fusionan en el aparato para formar vesículas secretoras y lisosomas

Vesículas secretoras

Ya que las proteínas se han sintetizan el el retículo endoplásmico rugoso se transfieren al aparato de Golgi donde se procesan para formar vesículas secretoras, que llevan proteínas al exterior de la membrana para ser vertidas.

Lisosomas

Se forman por la rotura del aparato de Golgi y después se dispersan por todo el citoplasma, se consideran como el aparato digestivo intracelular que permite que la célula digiera las estructuras celulares dañadas, las partículas de alimento que ha ingerido y las sustancias no deseadas, como las bacterias.

Contienen en su interior enzimas hidrolíticas, separadas de sustancias de la célula por su membrana, con lo que se previene sus acciones digestivas. Sin embargo en algunas situaciones la célula rompe las membranas de algunos lisosomas, permitiendo la liberación de las enzimas digestivas, que separan sustancias orgánicas con las que van entrando en contacto, dando lugar a productos pequeños y de muy fácil difusión, como aminoácidos y glucosa.

Peroxisomas

Similares a los lisosomas pero se diferencian en dos características, son formadas por autorreplicación, no vienen del aparato de Golgi, y en lugar de contener hidrolasas contienen peroxidasas. El peróxido de hidrogeno es una sustancia oxidante que, junto a la catalasa, oxidan sustancias que, de lo contrario, serían venenosas para la célula.

Mitocondria

Sin ellas, las células no serían capaces de extraer energía suficiente de los nutrientes y como consecuencia las actividades de la célula se detendrían.

Dispone de un ADN propio, similar al del núcleo celular, lo que significa que una mitocondria puede formar más, siempre que la célula necesite cantidades mayores de ATP.

La estructura básica está compuesta por dos membranas de bicapa lipídica-proteica, una membrana externa y otra interna. Los plegamientos múltiples de la membrana interna forman compartimentos, crestas, en los que se unen las enzimas oxidativas. La cavidad interna de la mitocondria está llena con una matriz que contiene enzimas disueltas que son necesarias para extraer la energía de los nutrientes, éstas actúan asociadas a las enzimas oxidativas para provocar la oxidación de los nutrientes, formando dióxido de carbono y agua, al mismo tiempo que libera energía.

Las sustancias principales a partir de las cuales las células extraen energía son los alimentos que reaccionan químicamente con el oxígeno: los hidratos de carbono, las grasas y las proteínas. Los hidratos de carbono se convierten en glucosa, las proteínas se convierten en aminoácidos y las grasas en ácidos grasos.

Las reacciones oxidativas se producen dentro de la mitocondria y la energía que se libera se usa para formar el compuesto de alta energía ATP, que será el encargado de proporcionar energía a las células

ATP

El ATP es un nucleótido compuesto por la base nitrogenada adenina, el azúcar pentosa ribosa y tres radicales fosfato. Sirve a la célula para el transporte de sustancias a través de múltiples membranas en la célula, para la síntesis de compuestos químicos a través de la célula y para trabajo mecánico

Glucólisis

Al entrar en las células la glucosa es objeto de la acción de las enzimas en el citoplasma, que la convierten en ácido pirúvico. Una pequeña cantidad de ADP se cambia a ATP mediante la energía liberada durante esta conversión, pero esta cantidad supone menos del 5% del metabolismo energético global de la célula.

Ciclo del ácido cítrico/ciclo de Krebs.

Aproximadamente el 95% de la formación del ATP proviene de este ciclo. El ácido pirúvico que deriva de los hidratos de carbono, los ácidos grasos de los lípidos y los aminoácidos de las proteínas, se convierten finalmente en el compuesto acetil coenzima A (CoA) en la matriz de las mitocondrias. Esta sustancia, a su vez, se disuelve, con el propósito de extraer su energía, por otra serie de enzimas en la matriz de la mitocondria a través de ésta secuencia de reacciones.

Citoesqueleto

Es una red de filamentos proteicos dentro de la célula. Éste permite que la célula mantenga o modifique su forma, dirige el transporte de sustancias, vesículas y organelos en el interior de la célula y participa en la división celular

El citoesqueleto está integrado por tres tipos de filamentos de proteínas

Microfilamentos: Formados por actina, son aquellos que forman una red próxima a la membrana plasmática. y tienen mayor participación en el movimiento y división celular Microtúbulos: Formados por polímeros de tubulina, son los encargados del movimiento de cilios y flagelos, además de los movimientos de vesículas intracelulares. Filamentos intermedios: Están integrados por proteínas filamentosas polimerizadas y su principal función es servir de soporte estructural a la célula.

Núcleo

Es el centro de control de la célula, se rodea de una cubierta propia, llamada envoltura nuclear y contiene el material hereditario,que controla la herencia de padres a hijos así como las funciones cotidianas de la célula

Membrana/cubierta nuclear

Es una estructura formada por dos bicapas lipídicas, una membrana interna y otra externa (continuación delretículo endoplásmico). El espacio que queda entre las dos membranas se denomina espacio perinuclear.

Complejos de proteínas atraviesan la cubierta formando los poros nucleares, capaces de permitir que moléculas grandes lo atraviesen.

Nucleolos

Son estructuras dentro del núcleo que no tienen membrana que los limite. El nucléolo se encarga esencialmente de la transcripción del ARN de los ribosoma para luego procesarlo y llevar a cabo el ensamblaje de los componentes que darán lugar a nuevos ribosomas.

Ingestión de la célula

Uno de los procesos necesarios en la nutrición es la ingestión, necesaria para obtener nutrientes y sustancias de los líquidos circundantes, y para expulsar de su interior los desechos del  metabolismo

Transporte activo: Es un proceso de intercambio de sustancias a través de la membrana. Se realiza con gasto de energía y en contra de un gradiente de concentración, es decir, desde un medio con menor concentración hacia otro con mayor concentración.

Exocitosis: Es el proceso celular por el cual las vesículas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmática, liberando su contenido. Endocitosis: Es el proceso celular, por el que la célula mueve hacia su interior moléculas grandes o partículas, englobándolas en una invaginación, formando una vesícula que luego se desprende de la pared celular y se incorpora al citoplasma. Esta vesícula, llamada endosoma, luego se fusiona con un lisosoma que realizará la digestión del contenido vesicular. Existen dos procesos:

Pinocitosis: Las vesículas permiten la ingestión de líquidos y partículas en disolución.

Fagocitosis: Se forman vesículas que encierran microorganismos y restos celulares. Transporte pasivo: Es un proceso de transporte de sustancias, que se realiza en forma espontánea, sin gasto de energía y a favor del gradiente de concentración

AUTOLISIS

Es un proceso biológico por el cual una célula se autodestruye, ya sea porque ya no es necesaria o porque está dañada y debe prevenirse un daño mayor. La célula se elimina por completo y se forma una célula nueva del mismo tipo.

AUTOFAGIA

Signific “comerse a sí mismo”. La autofagia es un proceso de limpieza según el cual los orgánulos y los grandes agregados proteicos obsoletos se degradan y se reciclan. Contribuye a la renovación rutinaria de los componentes citoplásmicos y es un mecanismo clave para el desarrollo tisular.

LOCOMOCIÓN DE LA CÉLULA

Movimiento amebiano

El movimiento amebiano es el movimiento de toda la célula en relación con su entorno. Las células más frecuentes que muestran movimiento amebiano en el cuerpo humano son los leucocitos, los fibroblastos y células embrionarias.

El iniciador más importante del movimiento amebiano es la quimiotaxia, proceso que se produce como consecuencia de la aparición de determinadas sustancias en el tejido. Cualquier sustancia que provoque la quimiotaxia se conoce como sustancia quimiotáctica y la mayoría de las células, que utilizan movimientos amebianos, se desplazan hacia el origen de la sustancia quimiotáctica. Si es desde una zona de concentración más baja a otra de concentración más alta es una quimiotaxia positiva, mientras que sise alejan del origen esquimiotaxia negativa.

Movimiento ciliar

Es un movimiento a modo de látigo de los cilios que se encuentran en la superficie de las células. Consta de dos movimientos, uno de empuje anterógrado que desplaza el líquido que se encuentra adyacente a la célula en la dirección en la que se desplaza el cilio y el movimiento lento de arrastre en dirección retrógrada que no tiene prácticamente efecto sobre el movimiento del líquido.

Este movimiento existe principalmente solo en dos lugares del cuerpo humano: en la superficie de las vías aéreas y en la superficie interna de las trompas de falopio.

Las células son los elementos básicos que conforman el organismo; aportan la estructura de los tejidos y los órganos del cuerpo, ingieren los nutrientes y los convierten en energía, y realizan funciones .

Organización de la célula

Estructura física de la célula

La célula contiene estructuras físicas muy organizadas que se denominan orgánulos intracelulares

Estructuras membranosas de la célula

La mayoría de los orgánulos de la célula están cubiertos por membranas compuestas principalmente por lípidos y proteínas. Estas membranas son la membrana celular, la membrana nuclear, la membrana del retículo endoplásmico y las membranas de la mitocondria, los lisosomas y el aparato de Golgi.

Membrana celular/Membrana plasmatica

La célula dispone de una barrera de protección elástica, fina y flexible con un grosor de 7,5 a 10 nm, que está formada por proteínas (55%), lípidos (fosfolípidos 25%, colesterol 13% y 4% otro) e hidratos de carbono (3%).

Su estructura básica consiste en una bicapa lipídica, una película fina de doble capa de lípidos (fosfolípidos, que son los más abundantes, esfingolípidos y colesterol).

La película de fosfolípidos va contener una porción hidrófila, el extremo fosfato, y otra hidrófoba, el del ácido graso. Las porciones hidrófilas se encuentran en las dos superficies de la membrana celular en contacto con el agua intracelular, en el interior de la membrana, y con el agua extracelular, en la superficie externa. Entonces la capa lipídica de la zona media serà la parte impermeable a las sustancias hidrosolubles.

También, inmersas en la membrana alberga proteínas que son principalmente glucoproteínas.

Existen 2 tipos de proteínas: Proteínas integrales: son aquellas que cruzan la membrana y aparecen a ambos lados de la capa de fosfolípidos. Proteínas periféricas: éstas no se extienden a lo ancho de la bicapa sino que están unidas a las superficies interna o externa de la misma.

La naturaleza de algunas proteínas determina su función:

Canales (integrales): por los que determinadas sustancias como el agua y las sustancias hidrosolubles, especialmente los iones, pueden difundir entre los líquidos extracelular e intracelular, es decir pueden entrar o salir de la célula. Transportadoras (integrales): son proteínas de transporte de paso múltiple por la membrana que posee sitios de fijación para iones o moléculas específicos en ambos lados de la bicapa lipídica. Cuando un soluto se integra en su sitio de fijación, la proteína transportadora experimenta cambios de configuración para dar paso y al descargarla recupera su forma original. Enzimas (integrales o periféricas): pueden ser integrales o periféricas y sirven para catalizar reacciones a en la superficie de la membrana. Receptores (integrales): reconocen y se une a moléculas específicas (la molécula que se une al receptor se llama ligando), unión que frecuentemente dispara la respuesta de la célula Segundos mensajeros: son iones o pequeñas moléculas que transmiten señales en el interior de las células

La superficie externa de la membrana está cubierta por hidratos de carbono, que se encuentran unidos a proteínas (glucoproteínas), lípidos (glucolípidos)o núcleos de proteínas (proteoglucanos), y las porciones gluco de estas moléculas se proyectan hacia el exterior de la célula, formando la cubierta celular, glucocáliz.

Citoplasma

El citoplasma es el material comprendido entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear y va a contener orgánulos dispersos. La porción de líquido gelatinoso del citoplasma se denomina citosol y contiene principalmente proteínas, electrolitos y glucosa disueltos.

Retículo endoplásmico

Es una estructura membranosa que desempeña un papel importante en la síntesis de las moléculas complejas requeridas por la célula. Organiza sus membranas en regiones o dominios que realizan diferentes funciones:

Retículo endoplásmico rugoso:

Es la parte del reticulo endoplasmico que contiene ribosomas, formados por una mezcla de ARN y proteínas y su función consiste en sintetizar nuevas moléculas proteicas

Retículo endoplásmico agranular/liso:

Esta parte no contiene ribosomas y tiene un papel importante en la sintesis de lipidos

Aparato de Golgi

Funciona asociado al retículo endoplásmico, pues de éste salen vesículas de transporte que se fusionan en el aparato para formar vesículas secretoras y lisosomas

Vesículas secretoras

Ya que las proteínas se han sintetizan el el retículo endoplásmico rugoso se transfieren al aparato de Golgi donde se procesan para formar vesículas secretoras, que llevan proteínas al exterior de la membrana para ser vertidas.

Lisosomas

Se forman por la rotura del aparato de Golgi y después se dispersan por todo el citoplasma, se consideran como el aparato digestivo intracelular que permite que la célula digiera las estructuras celulares dañadas, las partículas de alimento que ha ingerido y las sustancias no deseadas, como las bacterias.

Contienen en su interior enzimas hidrolíticas, separadas de sustancias de la célula por su membrana, con lo que se previene sus acciones digestivas. Sin embargo en algunas situaciones la célula rompe las membranas de algunos lisosomas, permitiendo la liberación de las enzimas digestivas, que separan sustancias orgánicas con las que van entrando en contacto, dando lugar a productos pequeños y de muy fácil difusión, como aminoácidos y glucosa.

Peroxisomas

Similares a los lisosomas pero se diferencian en dos características, son formadas por autorreplicación, no vienen del aparato de Golgi, y en lugar de contener hidrolasas contienen peroxidasas. El peróxido de hidrogeno es una sustancia oxidante que, junto a la catalasa, oxidan sustancias que, de lo contrario, serían venenosas para la célula.

Mitocondria

Sin ellas, las células no serían capaces de extraer energía suficiente de los nutrientes y como consecuencia las actividades de la célula se detendrían.

Dispone de un ADN propio, similar al del núcleo celular, lo que significa que una mitocondria puede formar más, siempre que la célula necesite cantidades mayores de ATP.

La estructura básica está compuesta por dos membranas de bicapa lipídica-proteica, una membrana externa y otra interna. Los plegamientos múltiples de la membrana interna forman compartimentos, crestas, en los que se unen las enzimas oxidativas. La cavidad interna de la mitocondria está llena con una matriz que contiene enzimas disueltas que son necesarias para extraer la energía de los nutrientes, éstas actúan asociadas a las enzimas oxidativas para provocar la oxidación de los nutrientes, formando dióxido de carbono y agua, al mismo tiempo que libera energía.

Las sustancias principales a partir de las cuales las células extraen energía son los alimentos que reaccionan químicamente con el oxígeno: los hidratos de carbono, las grasas y las proteínas. Los hidratos de carbono se convierten en glucosa, las proteínas se convierten en aminoácidos y las grasas en ácidos grasos.

Las reacciones oxidativas se producen dentro de la mitocondria y la energía que se libera se usa para formar el compuesto de alta energía ATP, que será el encargado de proporcionar energía a las células

ATP

El ATP es un nucleótido compuesto por la base nitrogenada adenina, el azúcar pentosa ribosa y tres radicales fosfato. Sirve a la célula para el transporte de sustancias a través de múltiples membranas en la célula, para la síntesis de compuestos químicos a través de la célula y para trabajo mecánico

Glucólisis

Al entrar en las células la glucosa es objeto de la acción de las enzimas en el citoplasma, que la convierten en ácido pirúvico. Una pequeña cantidad de ADP se cambia a ATP mediante la energía liberada durante esta conversión, pero esta cantidad supone menos del 5% del metabolismo energético global de la célula.

Ciclo del ácido cítrico/ciclo de Krebs.

Aproximadamente el 95% de la formación del ATP proviene de este ciclo. El ácido pirúvico que deriva de los hidratos de carbono, los ácidos grasos de los lípidos y los aminoácidos de las proteínas, se convierten finalmente en el compuesto acetil coenzima A (CoA) en la matriz de las mitocondrias. Esta sustancia, a su vez, se disuelve, con el propósito de extraer su energía, por otra serie de enzimas en la matriz de la mitocondria a través de ésta secuencia de reacciones.

Citoesqueleto

Es una red de filamentos proteicos dentro de la célula. Éste permite que la célula mantenga o modifique su forma, dirige el transporte de sustancias, vesículas y organelos en el interior de la célula y participa en la división celular

El citoesqueleto está integrado por tres tipos de filamentos de proteínas

Microfilamentos: Formados por actina, son aquellos que forman una red próxima a la membrana plasmática. y tienen mayor participación en el movimiento y división celular Microtúbulos: Formados por polímeros de tubulina, son los encargados del movimiento de cilios y flagelos, además de los movimientos de vesículas intracelulares. Filamentos intermedios: Están integrados por proteínas filamentosas polimerizadas y su principal función es servir de soporte estructural a la célula.

Núcleo

Es el centro de control de la célula, se rodea de una cubierta propia, llamada envoltura nuclear y contiene el material hereditario,que controla la herencia de padres a hijos así como las funciones cotidianas de la célula

Membrana/cubierta nuclear

Es una estructura formada por dos bicapas lipídicas, una membrana interna y otra externa (continuación delretículo endoplásmico). El espacio que queda entre las dos membranas se denomina espacio perinuclear.

Complejos de proteínas atraviesan la cubierta formando los poros nucleares, capaces de permitir que moléculas grandes lo atraviesen.

Nucleolos

Son estructuras dentro del núcleo que no tienen membrana que los limite. El nucléolo se encarga esencialmente de la transcripción del ARN de los ribosoma para luego procesarlo y llevar a cabo el ensamblaje de los componentes que darán lugar a nuevos ribosomas.

Ingestión de la célula

Uno de los procesos necesarios en la nutrición es la ingestión, necesaria para obtener nutrientes y sustancias de los líquidos circundantes, y para expulsar de su interior los desechos del  metabolismo

Transporte activo: Es un proceso de intercambio de sustancias a través de la membrana. Se realiza con gasto de energía y en contra de un gradiente de concentración, es decir, desde un medio con menor concentración hacia otro con mayor concentración.

Exocitosis: Es el proceso celular por el cual las vesículas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmática, liberando su contenido. Endocitosis: Es el proceso celular, por el que la célula mueve hacia su interior moléculas grandes o partículas, englobándolas en una invaginación, formando una vesícula que luego se desprende de la pared celular y se incorpora al citoplasma. Esta vesícula, llamada endosoma, luego se fusiona con un lisosoma que realizará la digestión del contenido vesicular. Existen dos procesos:

Pinocitosis: Las vesículas permiten la ingestión de líquidos y partículas en disolución.

Fagocitosis: Se forman vesículas que encierran microorganismos y restos celulares. Transporte pasivo: Es un proceso de transporte de sustancias, que se realiza en forma espontánea, sin gasto de energía y a favor del gradiente de concentración

AUTOLISIS

Es un proceso biológico por el cual una célula se autodestruye, ya sea porque ya no es necesaria o porque está dañada y debe prevenirse un daño mayor. La célula se elimina por completo y se forma una célula nueva del mismo tipo.

AUTOFAGIA

Signific “comerse a sí mismo”. La autofagia es un proceso de limpieza según el cual los orgánulos y los grandes agregados proteicos obsoletos se degradan y se reciclan. Contribuye a la renovación rutinaria de los componentes citoplásmicos y es un mecanismo clave para el desarrollo tisular.

LOCOMOCIÓN DE LA CÉLULA

Movimiento amebiano

El movimiento amebiano es el movimiento de toda la célula en relación con su entorno. Las células más frecuentes que muestran movimiento amebiano en el cuerpo humano son los leucocitos, los fibroblastos y células embrionarias.

El iniciador más importante del movimiento amebiano es la quimiotaxia, proceso que se produce como consecuencia de la aparición de determinadas sustancias en el tejido. Cualquier sustancia que provoque la quimiotaxia se conoce como sustancia quimiotáctica y la mayoría de las células, que utilizan movimientos amebianos, se desplazan hacia el origen de la sustancia quimiotáctica. Si es desde una zona de concentración más baja a otra de concentración más alta es una quimiotaxia positiva, mientras que sise alejan del origen esquimiotaxia negativa.

Movimiento ciliar

Es un movimiento a modo de látigo de los cilios que se encuentran en la superficie de las células. Consta de dos movimientos, uno de empuje anterógrado que desplaza el líquido que se encuentra adyacente a la célula en la dirección en la que se desplaza el cilio y el movimiento lento de arrastre en dirección retrógrada que no tiene prácticamente efecto sobre el movimiento del líquido.

Este movimiento existe principalmente solo en dos lugares del cuerpo humano: en la superficie de las vías aéreas y en la superficie interna de las trompas de falopio.