Metabolismo celular. Transporte e incorporación de sustancias

Los nutrientes incorporados desde el medio externo llegan al interior de los organismos por diferentes vías. Existen diferentes procesos que permiten el intercambio de sustancias.

La célula como sistema abierto

Las células como los seres vivos se consideran sistemas abiertos debido a que intercambian materia energía e información con el exterior.

¿Para qué ingresan los nutrientes?

Los nutrientes entran en la célula a través de la membrana plasmática y tienen dos destinos principales: 

1- Ser proveedores de la materia prima que la célula necesita para su crecimiento, reparación y multiplicación. 

2- Ser fuente de la energía necesaria para que la célula realiza distintos trabajos.

El pasaje de sustancias a través de la membrana plasmática

El pasaje de una sustancia a través de la membrana está condicionado por el tamaño de las partículas, su carga eléctrica, su afinidad con el agua y su concentración. Ciertas sustancias entran y salen de la célula sin gasto de energía, esto se denomina transporte pasivo. La difusión es un ejemplo de este tipo de transporte. El pasaje de otras sustancias implica un gasto de energía. A este tipo de transporte se lo conoce como transporte activo. Las llamadas bombas y el transporte en masa son ejemplos de este último.

Transporte pasivo

El transporte pasivo se produce cuando las sustancias transportadas pasan a través de las membranas sin una inversión de energía.

La difusión

Las partículas que forman las soluciones están moviéndose continuamente en todas direcciones; una consecuencia de este movimiento es que tienden a distribuirse y a ocupar el espacio de manera uniforme. Si se colocan unas pocas gotas de un colorante en el extremo de una pecera con agua, se observa que al cabo de un tiempo todo el agua se colorea. esto sucede porque las moléculas del colorante se mueven azarosamente y tienden a alejarse del sitio en el que la concentración es mayor, hasta que la concentración sea uniforme en todo el líquido. a este proceso en el que las partículas que forman una sustancia se mueven de una región de mayor concentración a otra de menor concentración se denomina difusión. la diferencia de concentración de una sustancia en distintos puntos se denomina gradiente de concentración y cuanto mayor sea el gradiente más rápida será la difusión. Cuando las partículas han alcanzado un estado de distribución homogénea se dice que están en equilibrio dinámico.

La difusión de moléculas de agua a través de una membrana de permeabilidad selectiva recibe el nombre de ósmosis. Como resultado el agua pasa desde una solución más diluida (mayor proporción de agua) a una más concentrada (con mayor proporción de soluto).

El soluto es la sustancia que está disuelta en otra. Un disolvente o solvente es una sustancia química en la que se diluye un soluto (un sólido, un líquido o gas químicamente diferente) resultando en una disolución; normalmente el solvente es el componente de una disolución presente en mayor cantidad. Si agregamos una cucharada de azúcar en un vaso de agua, el azúcar es el soluto y el agua es el solvente.

En la ósmosis las moléculas de agua difunden de una solución hipotónica (o desde el agua pura) hacia una solución hipertónica a través de una membrana selectivamente permeable. Esto significa que el agua va del lugar de mayor concentración al lugar de menor concentración.

¿Cómo se clasifican las soluciones o las disoluciones?

Las soluciones que tienen el mismo número de partículas disueltas por unidad de volumen se denominan isotónicas (hizo significa el mismo o igual). En este caso al ser dos soluciones con igual concentración no se produce un movimiento neto de agua a través de una membrana. Las soluciones que tienen menos soluto se conocen como hipotónicas (hipo significa menos), y las que tienen más soluto se denominan hipertónicas (hiper significa más).

Difusión facilitada

Las sustancias polares como muchos aminoácidos y azúcares y las sustancias que tienen carga eléctrica neta cómo los iones no difunden por sí mismas a través de la membrana debido a que no son afines a los lípidos que conforman el interior de la bicapa. Estás sustancias cruzan la barrera lipídica a través de canales o de transportadores qué son proteínas o complejos de proteínas integradas a la membrana, que forman en ella poros en cuyo interior hay una alta proporción de aminoácidos polares. Esto brinda un medio a fin para el pasaje de iones y de sustancias hidrofilicas. Este proceso es conocido como difusión facilitada. su nombre se debe a que si viene el pasaje de sustancias se realiza según su gradiente de concentración y por lo tanto no requiere un gasto de energía por parte de la célula debe ser facilitado por las proteínas asociadas a la bicapa de lípidos o de otro modo no ocurriría debido a la naturaleza química de las sustancias que deben ser incorporadas.

los canales mejor estudiados son los canales iónicos que permiten el pasaje de ciertos iones hacia el interior o en exterior de la célula. La entrada a los canales está regulada por compuertas que se abren para el pasaje de los iones ante una determinada señal. Una vez abierto el canal millones de iones pueden atravesarlo por segundo. El movimiento de los iones hacia uno y otro lado de la célula es importante en muchos procesos biológicos, como la contracción muscular y aquellos relacionados con la transmisión de los impulsos del sistema nervioso. Otro tipo de difusión facilitada no sólo implica la apertura de un canal sino la unión de las sustancias transportadas a una proteína específica de la membrana que recibe el nombre de proteína transportadora. Algunas de estas proteínas participan en el transporte de sustancias de Gran importancia para el funcionamiento de las células como la glucosa y los aminoácidos.

La proteína transportadora de glucosa tiene un sitio de unión. Cuando la glucosa se une a la proteína está cambia su estructura tridimensional de forma tal que traslada la molécula de glucosa desde el exterior y hacia el interior de la célula donde la libera. Una vez que deja de estar unida a la glucosa la proteína transportadora vuelve a su conformación original y queda disponible para transportar una nueva molécula.

Transporte activo

En muchas situaciones el transporte de partículas se realiza en contra del gradiente de concentración o bien se incorporan partículas de gran tamaño. En estos casos se requiere un gasto de energía por lo que recibe el nombre de transporte activo.

Transporte mediado por bombas

Uno de los ejemplos típicos del transporte en contra del gradiente de concentración es la bomba de sodio-potasio. Esta bomba está formada por proteínas asociadas a la membrana e intercambia ion sodio que se encuentran en el interior de la célula en menor concentración, por iones potasio que se hallan en baja concentración en el medio extracelular. Para realizar este intercambio en contra de ambos gradientes las células gastan energía.

Transporte en masa

Las moléculas grandes las que se incorporan en mucha cantidad y las células pequeñas son transportados hacia o desde la célula mediante vesículas. Cuando el transporte es hacia el interior el proceso es llamado endocitosis, cuando es hacia el exterior se habla de exocitosis. durante la endocitosis la membrana plasmática forma una pequeña depresión en su lado externo que se profundiza hasta estrangularse, y genera una vesícula que lleva en su interior el material que ingresa a la célula. Si el material ingresado es una macromolécula o un microorganismo el proceso recibe el nombre de fagocitosis y la vesícula formada se denomina fagosoma. Esta vesícula se asocia con un lisosoma cuyas enzimas degradan las partículas fagocitadas. Luego las pequeñas moléculas formadas por la digestión difunden al citoplasma. Los materiales no digeridos son eliminados al exterior y la membrana de la vesícula queda incluida en la membrana de la célula. La fagocitosis es utilizada como un proceso de alimentación celular por protistas unicelulares heterótrofos y también es común en algunos glóbulos blancos que defienden el cuerpo contra células y sustancias extrañas. También entran por endocitosis sustancias disueltas o líquidos pero en este caso las vesículas son más pequeñas (en este caso el proceso se llama pinocitosis). La exocitosis se produce cuando las vesículas provenientes del interior de la célula llegan a la membrana se abren y descargan su contenido al exterior la membrana de la vesícula pasa a formar parte de la membrana plasmática.

Actividades

1. ¿Cuáles son los dos destinos principales de los nutrientes que ingresan a la célula?

2. ¿Qué factores condicionan el pasaje de sustancias a través de la membrana plasmática?

3. Explica el proceso de difusión y cómo se relaciona con el equilibrio dinámico de las partículas.

4. ¿Qué es la ósmosis y cómo se clasifica a las soluciones según su concentración?

5. ¿Qué es la difusión facilitada y cuál es el papel de las proteínas transportadoras en este proceso?

6. Describe el mecanismo de transporte activo mediado por bombas, usando como ejemplo la bomba de sodio-potasio.

7. Explica los procesos de endocitosis y exocitosis, indicando los tipos de endocitosis y la formación de vesículas.

8. ¿Cuál es la diferencia entre la pinocitosis y la fagocitosis en relación al tipo de sustancias que ingresan a la célula?

9. ¿Cuál es la importancia de los procesos de transporte a través de la membrana para el funcionamiento celular?

10. ¿Cómo se relaciona la célula como sistema abierto con el intercambio de materia, energía e información con el entorno?

M E T A B O L I S M O desde la BIOLOGÍA SOCIAL

El metabolismo (del griego μεταβολή, metabole, que significa cambio, más el sufijo -ισμός (-ismo) que significa cualidad, es decir la cualidad que tienen los seres vivos de poder cambiar químicamente la naturaleza de ciertas sustancias, es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos fisicoquímicos que ocurren en cada una de las células del cuerpo.

El ejemplo más claro es el de las proteínas. Éstas se rompen totalmente, en sus partes más pequeñas que son los aminoácidos e ingresan en las células. Dentro de nuestras pequeñas unidades esos aminoácidos son utilizados para fabricar nuevas proteínas, pero no de cualquier manera, sino de la forma que lo indica nuestro ADN. De este modo las proteínas que eran de los alimentos, ahora son mías. Así, estas proteínas pueden formar parte de distintas partes de mi cuerpo.

Los seres humanos estamos formados por tres áreas muy importantes. El cuerpo, la mente (el alma) y las relaciones que establecemos con el ecosistema. Esto significa que no incorporamos solamente alimentos para el cuerpo, sino que también debemos retener nutrientes para nuestra psiquis, que vendrán de los alimentos, el ambiente y las relaciones sociales que podamos establecer. Desde este punto de vista, no metabolizamos unicamente alimentos y nutrientes como proteínas, carbohidratos y lipidos, sino que también metabolizamos situaciones, relaciones, estrés, fracasos, logros, etc. Si retomamos la definición de metabolismo, los seres humanos somos transformadores del ambiente por excelencia. Transformamos lo biológico (y de esto no duda nadie), transformamos lo mental y vamos de paradigma en paradigma, transformamos lo social y, como es bien sabido y no primitivo que los humanos tenemos espíritu, somos transformados adquiriendo la posibilidad de hacer bien a los demás.

Si tomamos la segunda parte del texto con el ejemplo de las proteínas, lo anterior cobra mayor importancia, ya que además de incorporar cosas y desarmarlas, armo y construyo mis cosas, de acuerdo a mi ADN, mis pensamientos, recuerdos, escala de valores, moral, deseos, creencias, etc. y esas cosas que incorporé pasan a ser mías. Por eso, cuando hablamos de alguien, (sobre todo si lo criticamos, cosa que debemos dejar de hacer) hablamos más de nosotros que de ellos. ¿Por qué? Porque lo que viste de esa persona, escuchaste, sentiste, creíste, etc., se desarmó dentro tuyo y cuando tu cerebro rearmó todo lo hizo de acuerdo a tus parámetros, paradigmas, avances, limitaciones, prejuicios, etc. Así podemos ver que el metabolismo excede lo biológico y que los humanos somos mucho más que un cuerpo físico.

En psicología muchas veces se habla de procesar las cosas. Eso es metabolizar. Situaciones que te patean el hígado, o te dejan con un nudo en la garganta, o con la boca del estómago cerrado sin poder pasar bocado, también hay situaciones que dejan muy feliz y experimentás un acelere impresionante y no tenés hambre, y hasta no podés dormir, como si hubieras comido una barra energética, porque te alimentaste, pero de otro modo. No solo de pan vive el hombre.

Actividades

1. ¿Cómo define el texto el concepto de metabolismo más allá de lo puramente biológico?

2. ¿Qué ejemplos se utilizan en el texto para ilustrar cómo los seres humanos metabolizamos no solo alimentos, sino también situaciones, relaciones, emociones, etc.?

3. Según el texto, ¿de qué tres áreas importantes están formados los seres humanos y cómo se relacionan estas áreas con el metabolismo?

4. ¿Cómo se explica en el texto que, al criticar a otra persona, en realidad estamos hablando más de nosotros mismos que de esa persona?

5. ¿Qué analogías se utilizan en el texto para comparar el metabolismo de situaciones y emociones con el metabolismo de los alimentos y nutrientes a nivel biológico?

metabolismo - introducción

Los nutrientes incorporados desde el medio externo deben llegar hasta cada una de las células del cuerpo. Allí, en cada célula, tendrá lugar el metabolismo celular, conjunto de reacciones químicas que ocurren dentro de las células, transformaciones que aportarán la materia y la energía necesarias para el funcionamiento celular.

Los alimentos aportan macromoléculas, (hidratos de carbono, proteínas, lípidos), vitaminas, una diversidad de minerales, fibras y una cantidad variable de agua. Algunos nutrientes se utilizan principalmente como fuente de energía, otros aportan materias primas para la síntesis de estructuras o de sustancias reguladoras, y otros intervienen directamente en la regulación de procesos metabólicos.

Los nutrientes obtenidos de los alimentos, el agua más el oxígeno, ingresarán en las células y tendrán parte de los procesos de transformación que se conocen como metabolismo. Dentro de este conjunto de reacciones químicas se distinguen dos tipos de reacciones: unas donde se degradan los nutrientes y son reducidos a moléculas pequeñas y átomos, en las cuales se obtiene mucha energía, que se denominan reacciones catabólicas. Y reacciones, donde se sintetizan sustancias a partir de moléculas sencillas, con gasto de energía, que se denominan anabólicas. Acá es donde se aplican conceptos de físico química; algunas reacciones son endergónicas y otras son exergónicas. Un claro ejemplo de estos tipos de reacciones son la respiración celular y la fotosíntesis.

El metabolismo, la incorporación de nutrientes, y el uso y obtención de energía están intimamente relacionados en el concepto de homeostasis, es decir el equilibrio interno del organismo, que es consecuencia de las transformaciones de materia y energía que tienen lugar en cada célula de nuestro cuerpo. Poder mantener la temperatura de nuestro cuerpo es una de esas consecuencias.

El metabolismo celular no es algo en lo que estemos pensando. Tenemos todos cosas mucho más visibles en las que poner atención. Pero si volvemos al cuadro del comienzo, veremos que debemos prestar atención en los alimentos que incorporamos, en el agua (mucho de nosotros no bebemos la cantidad adecuada) y, quizá debamos ver cómo estamos respirando, ya que el oxígeno debe estar para que ocurran las reacciones metabólicas. Con esto, queda fundamentado el por qué debemos prestar atención a los aportes nutricionales. Son nuestras células las receptoras de lo que consumimos y las que soportan el déficit ante lo que no incorporamos.

¿Qué es lo que entra en nuestras células? ¿Para qué?

En nuestras células ingresan moléculas y átomos. Con las moléculas, las células tendrán energía para llevar adelante reacciones de síntesis (mantenimiento, crecimiento y producción de sustancias) y obtendrán materia prima para tener con qué sintetizar, como si fueran ladrillos para una pared. Para entender el punto final de la nutrición y el comienzo del metabolismo, con el cual podemos llevar a adelante nuestras funciones vitales, debemos saber cómo estamos formados en el nivel subcelular. Todas nuestras células están formadas por moléculas de importancia biológica.

Moléculas de importancia biológica

Las sustancias que integran a los seres vivos se pueden dividir en dos grupos:

Inorgánicas		Orgánicas
Agua	Sales minerales	Carbohidratos	Proteínas		Lípidos		Ácidos nucleicos
		B I O M O L É C U L A S
		Moléculas de importancia biológica
		Función estructural o constructiva		Función energética		Función reguladora
		Formación de nuevas células, reparación o reemplazo de estructuras dañadas.		Aporte de energía para mantener la organización y el funcionamiento.		Control y regulación de reacciones químicas.
		M A C R O M O L É C U L A S

Las macromoléculas, se caracterizan por tener un “esqueleto” o estructura formada sobre la base del elemento químico Carbono, que por lo general se disponen en cadenas de átomos unidos entre sí. Estas moléculas de importancia biológica están formadas por bloques denominados monómeros. En los carbohidratos los monómeros son llamados azúcares (monosacáridos), en las proteínas son los aminoácidos, en los ácidos nucleicos, los nucleótidos y en los lípidos se presenta una combinación de glicerol y ácidos grasos.

Las macromoléculas son la suma de monómeros, por lo que éstas reciben también el nombre de polímeros. Son moléculas muy grande, producto de la suma de partes menores que se repiten a lo largo de una cadena carbonada.

Para su estudio estas moléculas suelen representarse de diferentes maneras por lo que podemos encontrarnos con esquemas como estos:

La glucosa es un carbohidrato. Es una molécula grande y muy importante en la vida energética del planeta. Es la molécula que va y viene de un ser vivo a otro en las cadenas alimenticias, y es la molécula en la cual queda retenida la energía del Sol en el proceso de fotosíntesis. Además, la glucosa es un monómero, es decir, que si una molécula de glucosa se une a otra, y a otra más, puede llegar a ser un polímero.

 Actividades

1. ¿Qué tipos de reacciones químicas se distinguen dentro del metabolismo celular?

2. ¿Cuál es la relación entre el metabolismo, la incorporación de nutrientes y la obtención de energía en el concepto de homeostasis?

3. ¿Qué sustancias o moléculas ingresan en las células y para qué sirven?

4. ¿Cuáles son los dos grupos en los que se pueden dividir las sustancias que integran a los seres vivos?

5. ¿Qué características tienen las macromoléculas de importancia biológica?