Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia

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APUNTES BIOLOGÍA DEL CUIDADO Grado en Enfermería Universidad Internacional de Cataluña AprenAI 2026-2027 Resumen completo de Biología del Cuidado para Enfermería: bioquímica, metabolismo celular, genética médica, microbiología y dietoterapia clínica aplicada.

APREN.AI Índice Bioquímica 1 Enlaces químicos, agua y equilibrio ácido-base Fundamentos atómicos y tipos de enlace químico Interacciones moleculares débiles e isomería El agua: comportamiento físico-químico y dinámica osmótica Equilibrio ácido-base y sistemas amortiguadores 2 Glúcidos, lípidos y proteínas Glúcidos: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos Lípidos: ácidos grasos, lípidos complejos y esteroides Proteínas: niveles de conformación y desnaturalización 3 Metabolismo — Rutas catabólicas, respiración celular y fermentación Glucólisis citosólica Descarboxilación oxidativa del piruvato Ciclo de Krebs (matriz mitocondrial) Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa Catabolismo de lípidos y aminoácidos Regulación hormonal: insulina y glucagón Metabolismo anaeróbico: respiración anaerobia y fermentaciones La Célula 4 Virus, procariotas y membrana plasmática Entidades acelulares: los virus Organización procariota: morfología funcional de las bacterias Células eucariotas: compartimentación interna La membrana plasmática y el modelo de mosaico fluido Transporte celular de solutos 5 Núcleo y orgánulos citoplasmáticos El núcleo celular y el control del tráfico macromolecular El sistema reticular: síntesis proteica y lipídica Aparato de Golgi y la ruta de secreción celular Lisosomas: digestión celular y acidificación vesicular Peroxisomas: equilibrio oxidativo y metabolismo especializado Mitocondrias y teoría endosimbiótica 6 Genética molecular — Replicación, transcripción, traducción y reparación Estructura química de los ácidos nucleicos: ADN frente a ARN Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 1 Replicación del ADN: maquinaria enzimática y el problema de los extremos cromosómicos Transcripción génica y maduración del ARN (splicing) Traducción proteica y código genético Mecanismos de reparación del ADN celular 7 División celular — Ciclo celular, mitosis, meiosis y anomalías cromosómicas El ciclo celular eucariota y el empaquetamiento del material genético Fases de la mitosis y la citocinesis Puntos de control celular y salidas del ciclo: quiescencia, senescencia y muerte celular Meiosis y la base de la variabilidad genética Anomalías cromosómicas: aneuploidías y aberraciones estructurales 8 Herencia y genética médica — Leyes de Mendel, pedigrís y bases moleculares del cáncer Principios de la herencia genética mendeliana y no mendeliana Análisis de pedigrís y patrones de herencia clínica Células madre y homeostasis tisular Bases moleculares del cáncer: oncogenes y supresores de tumores Agentes carcinogénicos y diagnóstico molecular 9 Microbiología — Clasificación microbiana, patogenia y control de infecciones Clasificación microbiana y naturaleza de los agentes biológicos Proceso de infección y mecanismos de patogenicidad Control del crecimiento microbiano y defensa inmunológica Nutrición 10 Balance energético, macronutrientes y micronutrientes Patrón alimentario contemporáneo y conceptos fundamentales Gasto energético total y balance calórico Aporte energético de macronutrientes y micronutrientes Lípidos y colesterol: características y tipología Proteínas y valor biológico Micronutrientes: vitaminas y minerales Agua y distribución porcentual del equilibrio nutricional 11 Grupos de alimentos y patrón de dieta mediterránea Clasificación funcional de los alimentos Grupo de los lácteos y derivados Carnes, pescados, huevos, legumbres y frutos secos Cereales, tubérculos y alimentos hidrocarbonados Hortalizas, verduras y frutas Grasas y aceites alimentarios Pirámide de los alimentos y patrón de dieta mediterránea Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 2 Dietoterapia 12 Progresión hospitalaria, obesidad e hipertensión arterial Fases de la progresión dietética hospitalaria Fisiopatología y clasificación de la obesidad Abordaje terapéutico de la obesidad Dietoterapia en la hipertensión arterial (HTA) 13 Dislipemias y diabetes mellitus Dislipemias y transporte de lípidos plasmáticos Dietoterapia en hipercolesterolemia frente a hipertrigliceridemia Diabetes mellitus: fisiopatología y pilares nutricionales Manejo de contingencias agudas en diabetes tipo 1 14 Patología digestiva, hepato-pancreática e intolerancias alimentarias Protección gástrica: ulcus péptico, esofagitis y gastritis Manejo dietético en patología hepatobiliar y pancreática Trastornos del tránsito: diarrea aguda frente a estreñimiento Intolerancias alimentarias: celiaquía y deficiencia de lactasa 15 Cuidados nutricionales en pacientes con cirugía digestiva Adaptación tras resección gástrica Complicaciones postgastrectomía: dumping precoz y tardío Pautas nutricionales en cirugía colónica y pacientes ostomizados Alimentos astringentes, flatulentos y moduladores del olor 16 Resumen para repasar Bioquímica y biomoléculas Metabolismo y bioenergética Estructura celular y genética Microbiología, nutrición y dietoterapia Soluciones de las preguntas de repaso Estos apuntes pueden contener errores u omisiones.

Son un material de apoyo y no sustituyen al temario oficial ni al profesorado: contrasta la información importante. Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 3 1 Enlaces químicos, agua y equilibrio ácido-base AL ACABAR SABRÁS Diferenciar los mecanismos del enlace covalente polar, covalente apolar y enlace iónico. Clasificar los distintos tipos de isomería estructural y estereoisomería molecular. Predecir la respuesta celular frente a soluciones isotónicas, hipotónicas e hipertónicas. Explicar el papel fisiológico de los tampones bicarbonato y fosfato en la homeostasis del pH.

PIÉNSALO ANTES DE LEER 1 ¿Por qué un ácido disuelto reduce numéricamente el pH si en realidad incrementa la cantidad de partículas de hidrógeno? La materia viva está constituida por bioelementos primarios como el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo. Estos elementos se ensamblan mediante interacciones químicas precisas para formar biomoléculas inorgánicas u orgánicas.

ESQUEMA Organización general de la bioquímica celular Bioquímica 1 Enlaces químicos, agua y equilibrio ácido-base 2 Glúcidos, lípidos y proteínas Átomos y enlaces Regla del octeto, enlaces covalentes e iónicos Interacciones y estructura Puentes de hidrógeno, Van der Waals e isomería Agua y osmolaridad Disolvente universal, moléculas anfipáticas y ósmosis Equilibrio ácido-base Escala de pH y tampones bicarbonato y fosfato Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 4 Fundamentos atómicos y tipos de enlace químico Un átomo contiene un núcleo formado por protones y neutrones rodeado por una corteza de electrones.

El número atómico ( ) define la cantidad de protones, mientras que el número másico ( ) representa la suma conjunta de protones y neutrones en el núcleo. La masa completa de una molécula corresponde a su peso atómico o masa molecular. DEFINICIÓN Una molécula es la partícula más elemental de una sustancia pura que conserva de forma íntegra sus características químicas y físicas, constituida por dos o más átomos vinculados entre sí. La regla del octeto establece que los átomos tienden a estabilizarse completando su última capa de energía con ocho electrones.

Para conseguir esta configuración estable, los elementos establecen diversos enlaces interatómicos: Enlace covalente: ocurre cuando dos átomos comparten pares de electrones de valencia. Puede ser simple (se comparte un par), doble (dos pares) o triple (tres pares). Según la electronegatividad de los átomos enlazados, se clasifica en: Covalente polar: uno de los núcleos ejerce una atracción más intensa sobre la nube de electrones, generando densidades de carga parciales (como en la molécula de HCl). Estas sustancias resultan hidrofílicas y son solubles en agua. Covalente apolar: el reparto electrónico es equitativo y simétrico entre ambos participantes (como en el gas dicloro, ).

Estas sustancias resultan insolubles en disolventes acuosos. Enlace iónico: se produce mediante una transferencia total de electrones desde un átomo que los cede hacia otro que los capta. El átomo que cede electrones se convierte en un catión con carga positiva, mientras que el aceptor forma un anión de carga negativa. Ambos quedan fuertemente unidos mediante atracciones de carácter electrostático (como en las sales cristalinas de NaCl). COMPRUEBA 2 ¿Por qué el enlace covalente en el HCl es polar mientras que en el Cl es apolar?

Interacciones moleculares débiles e isomería A diferencia de los enlaces intramoleculares covalentes e iónicos, las interacciones intermoleculares actúan uniendo distintas moléculas independientes. Son fuerzas débiles pero fundamentales para la conformación tridimensional de la materia biológica: Puentes de hidrógeno: se originan cuando el polo parcialmente positivo del hidrógeno en un enlace covalente polar se ve atraído electrostáticamente por la región de densidad negativa de otra molécula cercana (típicamente entre moléculas adyacentes de ). Su rotura permite la transición de líquido a vapor, mientras que su máxima estabilización estructural transforma el agua en hielo sólido.

Fuerzas de Van der Waals: consisten en uniones intermoleculares producidas por la interacción entre dipolos temporales o permanentes de moléculas polares. Su magnitud energética es Z A Cl 2 H O 2 Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 5 notablemente baja (alrededor de 100 veces inferior a un enlace covalente o iónico), aunque su acción colectiva resulta crítica para ensamblar complejos biológicos. Los isómeros son compuestos que comparten la misma fórmula molecular cuantitativa pero exhiben configuraciones químicas y propiedades físicas dispares.

Su clasificación general comprende dos categorías primarias: Clase de isomería Subtipo Mecanismo estructural distintivo Estructural (diversidad en la conectividad atómica) De cadena La arquitectura del esqueleto carbonado presenta ramificaciones o longitudes variables. De función Varía el grupo funcional presente en la molécula. De posición El grupo funcional se ubica en un carbono distinto dentro de la misma cadena básica. Estereoisomería (misma conectividad, distinta orientación espacial) Enantiómeros Imágenes especulares no superponibles (análogas a la mano derecha e izquierda), dependientes de un centro quiral o carbono asimétrico.

Los sistemas biológicos seleccionan casi con exclusividad formas L. Diastereoisómeros No constituyen reflejos especulares; implican configuraciones alternativas en dobles enlaces o planos, representados como formas cis y trans. COMPRUEBA 3 ¿Qué requisito estructural necesita una molécula para poseer enantiómeros? El agua: comportamiento físico-químico y dinámica osmótica El agua es la única sustancia presente de modo natural en la Tierra en sus tres estados físicos (líquido, gaseoso y sólido). Su átomo de oxígeno exhibe una electronegatividad superior a la de los hidrógenos, generando una marcada polaridad.

Esta polaridad le permite disolver solutos iónicos y polares, consagrándola como disolvente universal. Las sustancias totalmente apolares evitan el contacto con el medio acuoso y se definen como hidrofóbicas. Para transportar estas entidades en disolución acuosa se requieren sustancias anfipáticas, que conjugan una región o cabeza polar hidrofílica con un segmento o cola apolar hidrofóbica. En medio acuoso se autoensamblan formando estructuras organizadas como bicapas, micelas o liposomas. Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 6 Esquema de organización de moléculas anfipáticas en bicapas, micelas y lisosomas.

El balance hídrico depende de la osmolaridad, definida como la concentración efectiva de partículas osmóticamente activas presentes en disolución acuosa, cuantificada en osmoles o miliosmoles por cada litro de disolvente. La ósmosis es la difusión pasiva neta de agua a través de una membrana de permeabilidad semipermeable, gobernada por gradientes de concentración: COMPRUEBA 4 ¿Qué le sucede al volumen de una célula al sumergirla en una disolución hipertónica? Equilibrio ácido-base y sistemas amortiguadores El pH es el logaritmo negativo decimal de la concentración de iones hidrógeno libres: .

Por ello, una concentración elevada de protones libres se traduce en una solución ácida (pH bajo), mientras que una baja concentración de caracteriza a un medio básico (pH alto). El ácido clorhídrico (HCl) se disocia liberando protones y cloruro ( ) acidificando el medio acuoso, mientras que una base fuerte como el hidróxido sódico (NaOH) disocia aniones hidroxilo ( ) que neutralizan protones libres y basifican el medio. ERROR FRECUENTE Debido al signo negativo de la definición logarítmica del pH ( ), una mayor concentración de protones significa un menor valor numérico de pH (mayor acidez), nunca un pH elevado o alcalino.

Medio hipotónico: la disolución externa tiene menor concentración osmolar que el citoplasma. El agua penetra en la célula provocando su hinchamiento por turgencia. 1 Medio isotónico: las osmolaridades interna y externa se hallan equilibradas; el flujo neto de agua a través de la membrana celular es neutro. 2 Medio hipertónico: la concentración externa de solutos es más elevada. El agua escapa masivamente de la célula hacia el exterior, induciendo deshidratación o plasmólisis.

3 pH = log [H ] 10 + H+ H+ Cl OH pH = log [H ] 10 + Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 7 Las soluciones amortiguadoras o tampones son sistemas químicos capaces de captar o donar protones en respuesta a perturbaciones externas para estabilizar el pH. El pH fisiológico de la sangre humana se mantiene estrictamente en el intervalo entre 7,35 y 7,45. Los dos amortiguadores fisiológicos esenciales son: Tampón bicarbonato: amortiguador extracelular que opera mediante la reacción reversible canónica: Si el sistema se desplaza a la derecha libera protones libres, acidificando el pH; su desplazamiento a la izquierda consume protones basificando la solución.

El componente gaseoso es regulado y eliminado por vía pulmonar, mientras que los excesos de agua y bicarbonato se regulan a nivel renal. Tampón fosfato: amortiguador que modula el equilibrio entre el dihidrogenofosfato y el monohidrogenofosfato mediante la reacción: Desplazar la reacción en sentido directo genera protones acidificando la disolución, mientras que la dirección inversa los capta amortiguando o neutralizando el medio. Esquema del equilibrio dinámico del tampón fosfato.

CO + 2 H O 2 H CO 2 3 H + + HCO 3 CO 2 H PO 2 4 HPO + 4 2 H+ Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 8 IDEAS CLAVE Los enlaces covalentes comparten electrones (polares o apolares), mientras que los enlaces iónicos transfieren electrones generando atracción electrostática entre iones. Las interacciones débiles como los puentes de hidrógeno y fuerzas de Van der Waals determinan el estado físico del agua y la estabilidad macromolecular. La isomería estructural altera la conectividad atómica, mientras que la estereoisomería comprende enantiómeros quirales especulares y diastereoisómeros .

El comportamiento anfipático permite la formación de micelas y bicapas hidrofóbicas para transportar moléculas apolares en medios acuosos. La ósmosis redistribuye el disolvente según la osmolaridad, generando turgencia en medios hipotónicos o plasmólisis en hipertónicos. El intervalo fisiológico sanguíneo de pH (7,35 a 7,45) es amortiguado dinámicamente por los sistemas de bicarbonato y fosfato. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 5. ¿Cómo modula el tampón bicarbonato una caída de pH provocada por un exceso de protones en el torrente sanguíneo? 6. ¿En qué se distingue un enantiómero de un diastereoisómero a nivel estructural?

BIOQUÍMICA 2 Glúcidos, lípidos y proteínas AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las formas moleculares de monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Describir la composición anfipática de los fosfoglicéridos y la cascada del ácido araquidónico. Distinguir los cuatro niveles conformacionales de las proteínas y los efectos moleculares de la desnaturalización. PIÉNSALO ANTES DE LEER 7 ¿Por qué cuando freímos un huevo la clara pasa de ser transparente y líquida a blanca y sólida? Glúcidos: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos Los glúcidos (también denominados hidratos de carbono o sacáridos) son las biomoléculas orgánicas más abundantes del planeta.

Están constituidos por carbono, hidrógeno y oxígeno. Su degradación oxidativa representa una de las vías fundamentales para obtener energía metabólica en forma de ATP cis/trans Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 9 en células no fotosintéticas (véase «Metabolismo — Rutas catabólicas, respiración celular y fermentación»). Según la posición de su grupo carbonilo, se clasifican en aldosas (si presentan un grupo aldehído) o cetosas (si presentan un grupo cetona). DEFINICIÓN Un monosacárido es la unidad monomérica de los glúcidos.

Es un compuesto sólido, blanco, cristalino, soluble en agua y de sabor dulce, formado por una cadena carbonada no ramificada donde cada carbono porta un grupo hidroxilo, excepto uno que forma un grupo carbonilo. En disolución acuosa, los monosacáridos de cinco o más carbonos adoptan una estructura cíclica cerrada mediante la formación de un enlace hemiacetálico interno. Si el anillo resultante contiene cinco vértices (cuatro carbonos y un oxígeno), se denomina forma furanosa (típica de la fructosa); si contiene seis vértices (cinco carbonos y un oxígeno), se denomina forma piranosa. Esquema estructural de anillos piranosa (glucosa) y furanosa (fructosa).

La glucosa es una aldohexosa que cicla predominantemente en anillo piranosa. Al cerrarse el anillo, el carbono carbonílico se vuelve asimétrico (carbono anomérico), dando lugar a los anómeros alfa ( ) y beta ( ) según la posición del grupo hidroxilo respecto al plano del anillo. α β Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 10 Diagrama de ciclación de la glucosa en sus anómeros alfa y beta. La unión entre monosacáridos se realiza mediante el enlace O-glucosídico, que libera una molécula de agua. Este enlace puede ser si los hidrógenos unidos a los carbonos implicados quedan orientados hacia el mismo lado del plano, o si quedan en lados opuestos.

Los disacáridos más comunes están formados por dos unidades: Maltosa: dímero compuesto por dos moléculas de glucosa. Sacarosa: unión de glucosa y fructosa. Lactosa: unión de galactosa y glucosa. En el intestino delgado, la enzima lactasa hidroliza el enlace entre galactosa y glucosa para permitir su absorción. Si falta esta enzima, la lactosa llega al colon intacta, donde las bacterias la fermentan produciendo gases y ácidos orgánicos, arrastrando agua y causando diarrea y malestar. En los productos comerciales «sin lactosa», no se elimina el azúcar: se añade previamente la enzima lactasa para entregar los monosacáridos ya disociados.

Las cadenas más largas se clasifican según su extensión: los oligosacáridos contienen hasta 20 residuos, mientras que los polisacáridos superan las 20 unidades. Los polisacáridos se dividen en dos grupos estructurales: α β Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 11 Tipo de polisacárido Características Ejemplos y función Homopolisacáridos Polímeros formados por un único tipo de monosacárido repetido; pueden ser lineales o ramificados. Glucógeno: homopolímero ramificado de glucosa que sirve de reserva en hígado y músculo. Celulosa: polímero lineal de glucosa con función estructural en la pared vegetal.

Heteropolisacáridos Polímeros integrados por más de una clase de monosacárido; lineales o ramificados. Almidón: reserva vegetal formada por amilosa y amilopectina. Heparina: anticoagulante fisiológico que impide la formación de trombos vasculares. Los glúcidos cumplen además funciones de señalización y detoxificación. Por ejemplo, el ácido glucurónico (derivado de la glucosa con un grupo carboxilo en el carbono 6) se conjuga con diversas toxinas para aumentar su solubilidad en agua y favorecer su excreción a través de la orina o las heces. COMPRUEBA 8 ¿Por qué la leche sin lactosa tiene un sabor ligeramente más dulce que la leche entera convencional?

Lípidos: ácidos grasos, lípidos complejos y esteroides Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas prioritariamente por carbono e hidrógeno, con baja proporción de oxígeno, y en ocasiones fósforo, nitrógeno o azufre. Su rasgo común es la apolaridad: son insolubles en agua (hidrófobos), pero solubles en disolventes apolares orgánicos como benceno, cloroformo o bencina. Los ácidos grasos son cadenas hidrocarbonadas lineales con un grupo carboxilo terminal (-COOH). Se dividen en dos grandes clases: Saturados: contienen exclusivamente enlaces covalentes simples entre carbonos. Forman cadenas rectas que empaquetan de manera compacta. Insaturados: poseen uno o más dobles enlaces.

Pueden presentar isomería cis (cuando los dos hidrógenos del doble enlace se ubican en el mismo lado del eje) o trans (cuando los hidrógenos se disponen en lados opuestos). La configuración cis introduce un acodamiento rígido en la cadena. Los triglicéridos son ésteres de glicerol unidos a tres ácidos grasos mediante enlaces éster. Son totalmente apolares y constituyen la principal reserva energética a largo plazo y aislante térmico en el organismo. Se almacenan dentro de células especializadas denominadas adipocitos en animales (formando el tejido adiposo) y en forma de aceites en semillas vegetales. Su hidrólisis metabólica la llevan a cabo las enzimas lipasas.

Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 12 DEFINICIÓN Un fosfoglicérido es un lípido anfipático constituido por una molécula de glicerol esterificada con dos ácidos grasos (generalmente uno saturado y uno insaturado) en los carbonos 1 y 2, y un grupo fosfato en el carbono 3, unido a su vez a un alcohol o aminoalcohol polar. Esta estructura confiere a los fosfoglicéridos una cabeza polar hidrofílica y dos colas apolares hidrófobas. Al encontrarse en un entorno acuoso, se organizan espontáneamente en bicapas lipídicas (base estructural de las membranas celulares), orientando sus colas hidrófobas hacia el interior para evitar el contacto con el agua.

Los glucolípidos de membrana poseen cadenas glucídicas orientadas hacia el espacio extracelular. Estas cadenas actúan como marcadores de reconocimiento celular y definen los grupos sanguíneos ABO. Las personas del grupo A presentan anticuerpos contra el antígeno B; las del grupo B tienen anticuerpos anti-A; el grupo O carece de estos antígenos en la superficie eritrocitaria (siendo donante universal pero recibiendo solo sangre de su mismo grupo); y el grupo AB presenta ambos antígenos sin anticuerpos séricos (siendo receptor universal). La presencia o ausencia del antígeno D determina el factor Rh (+ o -).

Otros lípidos desempeñan funciones reguladoras y de señalización: Colesterol y hormonas esteroideas: las hormonas esteroideas se sintetizan a partir del colesterol. Son liposolubles, no se almacenan en vesículas y viajan por el torrente sanguíneo unidas a proteínas plasmáticas de transporte como la albúmina, la transcortina o la globulina transportadora de corticoesteroides. Eicosanoides: mediadores derivados del ácido araquidónico, un ácido graso poliinsaturado presente en los fosfolípidos de membrana. La enzima fosfolipasa A2 escinde el fosfolípido liberando el ácido araquidónico.

Los fármacos antiinflamatorios no esteroideos (AINEs) actúan impidiendo la cascada enzimática que sintetiza eicosanoides a partir de este precursor libre.

PROCESO Vía de síntesis de eicosanoides e inhibición Fosfolípido de membrana Componente estructural de la bicapa lipídica 1 Acción fosfolipasa A2 Enzima que hidroliza y libera el ácido graso 2 Ácido araquidónico Precursor libre poliinsaturado de 20 carbonos 3 Bloqueo por AINEs Fármacos que inhiben la transformación enzimática 4 Eicosanoides Mediadores biológicos proinflamatorios finales 5 Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 13 COMPRUEBA 9 ¿Qué consecuencia estructural tiene para una bicapa lipídica la presencia de un ácido graso insaturado en posición cis dentro de un fosfoglicérido?

Proteínas: niveles de conformación y desnaturalización Las proteínas son polímeros biológicos de elevada masa molecular cuyos monómeros son los aminoácidos. Su arquitectura tridimensional se organiza en cuatro niveles jerárquicos: Esquema de los cuatro niveles de conformación estructural de las proteínas. Nivel estructural Base química y enlaces Características funcionales Estructura primaria Cadena lineal de aminoácidos ordenados y unidos covalentemente por enlaces peptídicos. Es la secuencia basal y más fundamental. Determina el plegamiento posterior de todos los niveles superiores.

Estructura secundaria Plegamiento local periódico mantenido por puentes de hidrógeno entre los grupos carbonilo (-CO-) y amino (-NH-) del esqueleto peptídico. Adopta dos patrones esenciales: la hélice alfa (giro helicoidal sobre el eje con cadenas laterales proyectadas hacia el exterior) y la lámina beta (disposición en planos oblicuos plegados en zigzag). Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 14 Nivel estructural Base química y enlaces Características funcionales Estructura terciaria Disposición tridimensional global de una cadena polipeptídica completa, estabilizada por interacciones entre las cadenas laterales (grupos R).

Otorga la conformación espacial nativa y biológicamente activa. Muchas proteínas funcionales alcanzan únicamente este nivel. Estructura cuaternaria Asociación ordenada de dos o más cadenas polipeptídicas individuales (subunidades) con estructura terciaria. Ensambladas mediante enlaces y uniones débiles no covalentes para constituir un complejo proteico multimérico funcional. DEFINICIÓN La desnaturalización proteica es la pérdida de la conformación tridimensional nativa (secundaria, terciaria o cuaternaria) debida a agentes físicos o químicos externos como variaciones extremas de pH o aumentos de temperatura.

ERROR FRECUENTE Pensar que la desnaturalización destruye por completo la molécula de proteína rompiendo sus aminoácidos. La desnaturalización NUNCA rompe los enlaces peptídicos de la estructura primaria; únicamente desorganiza las fuerzas débiles y puentes de hidrógeno responsables de las estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria. Tras desnaturalizarse, la secuencia de aminoácidos permanece intacta. La alteración conformacional provocada por la desnaturalización anula los centros activos o sitios de unión, lo que conduce a la pérdida total de la función biológica.

En muchos casos cotidianos y clínicos, la desnaturalización resulta irreversible debido a la agregación desordenada de las cadenas desplegadas, como ocurre con las albúminas durante la cocción o fritura de un huevo. COMPRUEBA 10 Si una ribonucleasa funcional se somete a calor extremo y se desnaturaliza por completo perdiendo su actividad catalítica, ¿qué enlace permanece inalterado? Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 15 IDEAS CLAVE Los monosacáridos de cinco o más carbonos ciclan en disolución formando anillos furanosa (5 vértices) o piranosa (6 vértices).

El enlace O-glucosídico une monosacáridos en configuraciones o ; la falta de lactasa impide degradar el enlace de la lactosa. El glucógeno y la celulosa son homopolisacáridos, mientras que el almidón y la heparina son heteropolisacáridos biológicos. Los fosfoglicéridos son anfipáticos y forman la bicapa celular; los eicosanoides inflamatorios derivan del ácido araquidónico liberado por la fosfolipasa A2. La desnaturalización proteica desorganiza las estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria, pero conserva intactos los enlaces peptídicos de la estructura primaria. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 11.

¿En qué se diferencia químicamente la amilosa de la celulosa si ambas están compuestas exclusivamente por glucosa? 12. ¿Cómo modulan los fármacos AINEs la respuesta inflamatoria en relación con los lípidos de membrana? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 13. ¿Qué rango conforma el valor normal de pH de la sangre humana? 14. ¿Qué ocurre con una célula animal colocada en un medio hipotónico? 15. ¿Qué tipo de enlace se caracteriza por la transferencia de electrones y formación de iones?

α β 7,00 a 7,20 a) 7,35 a 7,45 b) 6,85 a 7,05 c) 7,55 a 7,80 d) Sufre plasmólisis por deshidratación a) Experimenta turgencia por entrada neta de agua b) Permanece inalterada por flujo nulo c) Pierde completamente su membrana plasmática d) Puente de hidrógeno a) Enlace iónico b) Fuerza de Van der Waals c) Enlace covalente apolar d) Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 16 16. ¿Hacia dónde se desplaza el tampón bicarbonato para neutralizar un medio excesivamente alcalino? 17. ¿Qué tipo de anillo forma la glucosa al ciclarse en disolución acuosa? 18. ¿Qué componentes integran la estructura de un fosfoglicérido? 19.

¿A partir de qué molécula precursora se originan los eicosanoides? 20. ¿Qué nivel de organización proteica permanece inalterado tras la desnaturalización? 3 Metabolismo — Rutas catabólicas, respiración celular y fermentación AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las etapas de la respiración celular cuantificando el rendimiento en ATP y coenzimas reducidas. Explicar el papel del complejo piruvato deshidrogenasa y de la ATP sintasa en el acoplamiento oxidativo. Contrastar las rutas del catabolismo de ácidos grasos frente a la regulación por insulina y glucagón. Justificar la función biológica de las fermentaciones y su necesidad ineludible en los eritrocitos humanos.

Hacia la derecha liberando protones libres a) Hacia la formación de micelas insolubles b) Hacia la precipitación de sales cristalinas c) Hacia la izquierda generando gas carbónico d) Cadena alifática lineal irreversible a) Estructura hemiacetálica de 4 carbonos b) Anillo piranosa de 6 vértices c) Anillo de furano de 5 vértices d) Glicerol, tres ácidos grasos saturados a) Colesterol esterificado con ácido araquidónico b) Glicerol, dos ácidos grasos y fosfato c) Esfingosina, un carbohidrato y sulfato d) Ácido araquidónico de fosfolípidos a) Colesterol libre de la sangre b) Ácido esteárico del tejido adiposo c) Ácido glucurónico de detoxificación d) Estructura secundaria en hélice alfa a) Estructura primaria de enlaces peptídicos b) Estructura terciaria globular c) Estructura cuaternaria multimérica d) Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 17 PIÉNSALO ANTES DE LEER 21 ¿Por qué un eritrocito no puede obtener las 36-38 moléculas de ATP que extraen la mayoría de las células a partir de la glucosa?

El metabolismo constituye la totalidad de transformaciones bioquímicas coordinadas que suceden en el interior celular para sostener la vida, dividiéndose funcionalmente en dos vertientes conectadas por intercambios de energía y electrones. Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 18 ESQUEMA Organización del catabolismo celular El anabolismo agrupa las secuencias biosintéticas donde sustratos moleculares sencillos dan lugar a compuestos de mayor tamaño y complejidad, consumiendo energía metabólica en forma de ATP (como sucede en la gluconeogénesis).

Por el contrario, el catabolismo comprende las vías oxidativas de degradación molecular, desmantelando moléculas complejas para generar sustancias más simples y desprender energía química utilizable en forma de ATP mediante procesos de transferencia electrónica.

Catabolismo celular Degradación para obtener energía Respiración aerobia Aceptor terminal O (36-38 ATP) Glucólisis Citosol: glucosa a 2 piruvatos Descarboxilación PDH Mitocondria: piruvato a acetil- CoA Ciclo de Krebs Matriz mitocondrial rindiendo NADH y FADH Cadena respiratoria Fosforilación oxidativa por gradiente de H Vías anaerobias Sin dependencia de O mitocondrial Respiración anaerobia Aceptor inorgánico alternativo en bacterias Fermentación láctica Piruvato a lactato en músculo y eritrocitos Fermentación alcohólica Piruvato a etanol y CO en levaduras Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 19 DEFINICIÓN Las reacciones de óxido-reducción (redox) constituyen transferencias de equivalentes de reducción: la molécula que se oxida sufre una pérdida neta de electrones, mientras que la especie que se reduce gana electrones.

Paralelamente, el agente oxidante sustrae electrones de otro sustrato, mientras que el agente reductor cede sus propios electrones. La moneda de transferencia energética celular es el adenosín trifosfato (ATP), integrado por la base nitrogenada adenina (purina), una pentosa (ribosa) y tres grupos fosfato unidos linealmente. Al escindirse hidrolíticamente el enlace fosfoanhídrido terminal, el ATP rinde desprendiendo una notable cantidad de energía libre acoplable a procesos celulares desfavorables.

Glucólisis citosólica La glucólisis es la secuencia catabólica universal que transcurre en el citosol y descompone una molécula inicial de glucosa (aldohexosa de 6 átomos de carbono) en 2 moléculas de piruvato (3 carbonos). La vía consta de dos fases claramente delimitadas: ADP + P i Fase preparatoria o de inversión: se consumen 2 ATP para fosforilar los intermediarios hexosa, transformando la glucosa en fructosa-1,6-bisfosfato (molécula inestable). Ésta se escinde en dos triosas fosfato isoméricas: dihidroxiacetona fosfato (DHAP) y gliceraldehído-3-fosfato. Toda la DHAP se convierte enzimáticamente en gliceraldehído-3-fosfato, rindiendo 2 unidades de este último por glucosa.

1 Fase de rendimiento o generación: cada molécula de gliceraldehído-3-fosfato sufre oxidación y fosforilaciones sucesivas, sintetizando por triosa 1 molécula de NADH, 2 de ATP a nivel de sustrato y 1 de piruvato. 2 Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 20 Esquema de las dos fases de la glucólisis citosólica. El balance neto exclusivo de la glucólisis por glucosa oxidada es de 2 moléculas de ATP, 2 de NADH y 2 de piruvato. COMPRUEBA 22 ¿Por qué la fase de inversión de la glucólisis genera un rendimiento neto positivo si produce 4 moléculas de ATP?

Descarboxilación oxidativa del piruvato En presencia de oxígeno, el piruvato citosólico cruza las membranas hacia la matriz mitocondrial. Allí actúa el complejo multienzimático piruvato deshidrogenasa (PDH), catalizando la descarboxilación oxidativa: En esta transformación se pierde un átomo de carbono en forma de dióxido de carbono ( ) y se reduce una molécula de a NADH. La PDH representa un punto clave de control metabólico: niveles altos de energía celular (elevado ATP y NADH) inhiben el complejo, mientras que bajas cargas energéticas (altos niveles de ADP y ) activan su funcionamiento.

Piruvato (3C) + NAD + + CoA Acetil-CoA (2C) + NADH + CO 2 CO 2 NAD+ NAD+ Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 21 Ciclo de Krebs (matriz mitocondrial) El acetil-CoA se incorpora al ciclo del ácido cítrico (o ciclo de Krebs). El grupo acetilo (2C) se condensa con una molécula aceptora de 4 carbonos, el oxalacetato, formando un compuesto de 6 carbonos denominado citrato (ácido cítrico). A lo largo de la vuelta circular regenerativa se suceden descarboxilaciones y oxidaciones sucesivas: Esquema del ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial.

Por cada piruvato (un giro del ciclo), se obtienen 3 NADH, 1 FADH_2 y 1 GTP (equivalente funcional a 1 ATP producido mediante fosforilación a nivel de sustrato), desprendiéndose a la par 2 moléculas de . Como una glucosa rinde 2 piruvatos, una sola molécula de glucosa impulsa dos vueltas del ciclo de Krebs completas. COMPRUEBA 23 ¿Cuántos cofactores reducidos totales y moléculas de dióxido de carbono se generan en el ciclo de Krebs a partir de una sola molécula de glucosa? Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa La fase culminante del catabolismo aerobio se sitúa en la membrana mitocondrial interna.

Los transportadores reducidos (NADH y ) ceden sus electrones de alta energía a complejos multiproteicos que conforman la cadena transportadora de electrones. Conforme los electrones CO 2 FADH 2 Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 22 viajan a través de los complejos hasta llegar al oxígeno molecular ( ), que actúa como aceptor final reduciéndose a agua ( ), la energía liberada se emplea para translocar activamente protones ( ) desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembranal. Dicha acumulación de protones genera una marcada diferencia de concentración: un gradiente electroquímico de protones (alta concentración en el espacio intermembrana y baja en la matriz).

La enzima transmembrana ATP sintasa aprovecha el reflujo espontáneo de estos protones hacia la matriz para fosforilar el ADP a ATP (fosforilación oxidativa). Determinadas sustancias actúan como inhibidores de la respiración celular, bloqueando directamente el flujo secuencial de electrones por la cadena.

Etapa catabólica Localización Productos directos Equivalencia en ATP Glucólisis Citosol 2 ATP directos + 2 NADH 2 ATP + (4 a 6 ATP en transporte de e ) Descarboxilación del piruvato Matriz mitocondrial 2 NADH (por los 2 piruvatos) 6 ATP Ciclo de Krebs Matriz mitocondrial 2 GTP (ATP) + 6 NADH + 2 FADH 2 ATP + 18 ATP + 4 ATP Bajo la equivalencia clásica de fosforilación (1 NADH rinde 3 ATP; 1 rinde 2 ATP), la degradación aerobia completa de una glucosa produce un cómputo global de 36 a 38 moléculas de ATP.

La variabilidad (36 frente a 38) se debe al coste energético mitocondrial de transferir los equivalentes de reducción de los 2 NADH citosólicos generados durante la glucólisis hacia el interior de la mitocondria. ERROR FRECUENTE Contabilizar únicamente 30 o 38 ATP sin considerar el destino del NADH citosólico. Si los electrones del NADH formado en la glucólisis entran a la cadena con un coste de transporte equivalente al FADH , rinden 4 ATP (llegando a 36 ATP en total en ciertas células animales), mientras que sin pérdida rinden 6 ATP (alcanzando el máximo de 38 ATP). No justificar el origen de este rango resta puntos sistemáticamente.

Catabolismo de lípidos y aminoácidos Los ácidos grasos y aminoácidos también confluyen en estas rutas energéticas: Ácidos grasos: procedentes de la rotura de triacilglicéridos en el tejido adiposo. El glicerol se transforma en gliceraldehído-3-fosfato para ingresar en la glucólisis. Cada una de las cadenas de ácidos grasos ingresa en la beta-oxidación, donde la cadena carbonada se escinde cíclicamente de dos en dos carbonos, desprendiendo sucesivas unidades de acetil-CoA destinadas al ciclo de Krebs. Aminoácidos: obtenidos de la proteólisis (frecuente a nivel muscular).

Tras perder su grupo amino, los esqueletos carbonados se canalizan hacia el ciclo de Krebs clasificados como intermediarios según su cadena lateral. O 2 H O 2 H+ FADH 2 Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 23 Regulación hormonal: insulina y glucagón La alternancia metabólica está coordinada por dos hormonas pancreáticas con funciones antagónicas: Insulina: se secreta tras la ingesta de alimentos al elevarse la glucemia sanguínea. Señaliza al hígado para retirar el excedente de glucosa y reconstituir los depósitos de glucógeno.

Cuando las reservas de glucógeno hepático están colmadas, el exceso de sustrato se deriva al tejido adiposo para acumularse en forma de triacilglicéridos. Glucagón: liberado en ayuno o ante bajas concentraciones de glucosa. Estimula al hígado a hidrolizar el glucógeno almacenado liberando glucosa a la sangre para mantener la glucemia, ordenando a la vez al tejido adiposo degradar triglicéridos para aportar ácidos grasos oxidables. COMPRUEBA 24 ¿En qué condiciones metabólicas y hormonales el tejido adiposo almacena grasa frente a liberarla?

Metabolismo anaeróbico: respiración anaerobia y fermentaciones Cuando el oxígeno no está disponible o la célula carece de mitocondrias funcionales, el catabolismo adopta estrategias alternativas: Respiración anaerobia Proceso catabólico exclusivo de determinados procariotas (microorganismos). A semejanza de la mitocondria aerobia, emplean una cadena de transporte electrónico para reoxidar coenzimas, pero el aceptor final de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno, como el sulfato o el nitrato. Fermentación Es una degradación catabólica anaeróbica de oxidación incompleta.

Al no intervenir la mitocondria ni la cadena respiratoria, el aceptor final de electrones del NADH citosólico es un compuesto orgánico derivado del propio sustrato oxidado, rindiendo productos finales orgánicos y liberando sólo una pequeña fracción de la energía contenida en la glucosa: Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 24 Diagrama de la fermentación láctica y regeneración del cofactor.

PROCESO Destinos del piruvato citosólico 1 Glucosa Hexosa degradada en el citosol 2 Piruvato citosólico Producto de 3C con NADH generado 3 Vía aero bia (con O ) Entrada a mitocondria y ciclo de Krebs 4 Vía fer mentativa (sin O ) Reducción para reoxi dar NADH citosólico COMPRUEBA 25 ¿Cuál es la razón fisiológica y estructural por la que los glóbulos rojos (eritrocitos) maduros realizan obligatoriamente fermentación láctica? Fermentación láctica: el piruvato citosólico se reduce a ácido láctico (lactato) mediante la transferencia de electrones del NADH, que se reoxida a permitiendo mantener activa la glucólisis y la síntesis neta de 2 ATP.

Es efectuada por bacterias y células del organismo humano bajo condiciones particulares: el músculo esquelético recurre a ella cuando la demanda física supera el suministro de oxígeno (asociándose a las agujetas), mientras que los eritrocitos carecen de mitocondrias y están obligados a fermentar de manera continua. En contraste, las neuronas son incapaces de fermentar y sufren muerte tisular si cesa la respiración aerobia. 1 NAD+ Fermentación alcohólica: propia de levaduras y ciertas bacterias; el piruvato se descarboxila liberando para generar acetaldehído, el cual posteriormente se reduce a etanol al reoxidar el NADH a .

2 CO 2 NAD+ Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 25 IDEAS CLAVE El catabolismo degrada nutrientes complejos rindiendo ATP y coenzimas reducidas mediante reacciones redox, mientras que el anabolismo consume ATP para sintetizar macromoléculas. La glucólisis citosólica descompone una glucosa rindiendo de forma neta 2 piruvatos, 2 ATP directos y 2 NADH. La descarboxilación oxidativa del piruvato por la PDH y el ciclo de Krebs oxidan el sustrato en la matriz mitocondrial desprendiendo y cargando transportadores de electrones. La cadena respiratoria crea un gradiente de protones que la ATP sintasa utiliza para sintetizar entre 36 y 38 ATP por glucosa en condiciones aerobias.

La beta-oxidación corta los ácidos grasos de dos en dos carbonos hacia acetil-CoA, mientras que la insulina favorece el anabolismo/reserva y el glucagón la movilización catabólica. En ausencia de oxígeno o mitocondrias (como en los eritrocitos), la fermentación láctica reduce el piruvato a lactato con el fin exclusivo de reoxidar el NADH a . COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 26. ¿Qué molécula actúa como aceptor final de electrones en la respiración celular aerobia y en qué producto se transforma? 27. ¿Por qué las células necesitan transformar el piruvato en lactato durante la fermentación láctica si ese paso no sintetiza ATP adicional? 28.

¿En qué se diferencia el aceptor final de electrones entre la respiración aerobia, la respiración anaerobia y la fermentación? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 29. ¿Cuál es el balance energético neto directo de la glucólisis por molécula de glucosa? 30. ¿Qué enzima regula el paso crítico de piruvato a acetil-CoA en la mitocondria? 31. ¿Cómo se degradan los ácidos grasos para incorporarse al ciclo de Krebs?

CO 2 NAD+ 2 piruvatos, 4 ATP y 2 NADH a) 2 piruvatos, 2 ATP y 2 NADH b) 1 piruvato, 2 ATP y 1 NADH c) 2 acetil-CoA, 2 ATP y 2 FADH d) Lactato deshidrogenasa a) Citrato sintasa b) Piruvato deshidrogenasa c) ATP sintasa d) Por descarboxilación oxidativa formando glicerol a) Transformándose directamente en lactato b) Mediante fosforilación citosólica a glucosa c) Por beta-oxidación cortando unidades de dos carbonos d) Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 26 32. ¿Por qué los eritrocitos maduros dependen de forma obligada de la fermentación láctica?

Porque no precisan regenerar NAD a) Porque carecen de mitocondrias b) Porque la insulina los inhibe c) Porque consumen únicamente lípidos d) Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 27 4 Virus, procariotas y membrana plasmática AL ACABAR SABRÁS Distinguir la naturaleza acelular de los virus frente a la organización biológica de procariotas y eucariotas. Explicar los componentes moleculares y la dinámica del modelo de mosaico fluido de la membrana. Clasificar los tipos de transporte celular según el gradiente electroquímico y la dirección de los solutos.

PIÉNSALO ANTES DE LEER 33 ¿Por qué un antibiótico diseñado para bloquear ribosomas bacterianos no frena la replicación del virus de la gripe ni destruye nuestras propias células? El estudio de la organización celular delimita las fronteras esenciales entre las entidades biológicas acelulares y la vida propiamente celular, analizando los mecanismos biofísicos que sustentan la compartimentación de los seres vivos.

ESQUEMA Estructuras biológicas y celularidad La Célula 4 Virus, procariotas y membrana plasmática 5 Núcleo y orgánulos citoplasmáticos Entidades acelulares Virus sin metabolismo Genoma y cápside ADN o ARN encapsulado Células procariotas Bacterias sin núcleo Nucleoide y ribosomas 70S ADN circular y plásmidos Células eucariotas Núcleo y orgánulos Membrana plasmática Mosaico fluido lipídico Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 28 Entidades acelulares: los virus La palabra virus deriva del latín y significa toxina o veneno. En términos biológicos, un virus se define como una entidad estrictamente intracelular y potencialmente patogénica con una fase infecciosa.

Estas estructuras carecen por completo de metabolismo propio y de enzimas destinadas a la síntesis de energía utilizable. Por esta razón, son incapaces de dividirse por fisión binaria o crecer de forma autónoma: dependen obligatoriamente de la maquinaria biosintética de una célula hospedadora para multiplicar y transferir su genoma. El tamaño de los virus es notablemente menor que el de cualquier célula eucariota o procariota. Presentan morfologías diversas, tales como simetría icosaédrica, helicoidal, esférica o filamentosa.

En su estructura se distinguen tres componentes principales: Genoma viral: contiene un único tipo de ácido nucleico (ADN o ARN, nunca ambos simultáneamente), que puede presentarse en cadena simple o doble. Cápside: cubierta de naturaleza proteica que rodea y protege al genoma frente al entorno. Envoltura membranosa: capa presente únicamente en ciertos virus, constituida por una doble capa lipídica complementada con glucoproteínas. COMPRUEBA 34 ¿Por qué un virus es incapaz de reproducirse fuera de una célula viva? Organización procariota: morfología funcional de las bacterias Las células procariotas tienen como representantes paradigmáticos a las bacterias.

Se caracterizan por carecer de envoltura nuclear interna y presentar un tamaño sensiblemente menor que el de las eucariotas. Su material genético principal se concentra en una región libre de membrana denominada nucleoide, constituido por una molécula de ADN circular densamente plegada. Además de este cromosoma bacteriano, pueden albergar plásmidos, pequeñas moléculas de ADN extracromosómico que codifican proteínas accesorias, fundamentales para la resistencia a fármacos antimicrobianos.

El citoplasma bacteriano carece de orgánulos delimitados por endomembranas, pero contiene abundantes ribosomas bacterianos de tipo 70S (formados por las subunidades 50S y 30S), encargados de la traducción del ARN mensajero a secuencias polipeptídicas.

Rodeando a la célula se localizan diversas envolturas y estructuras externas: Estructura Composición y características Función biológica Pared bacteriana Diferenciable mediante tinción en Gram positivas (capa gruesa) y Gram negativas (capa fina y membrana externa) Mantenimiento de la forma celular y protección mecánica o frente a lisis Membrana plasmática Bicapa lipídica semipermeable que carece de esteroles Barrera osmótica y soporte para el metabolismo celular Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 29 Estructura Composición y características Función biológica Flagelos Apéndices filamentosos alargados de naturaleza proteica Proporcionan propulsión activa y movilidad a la célula Pili Estructuras filamentosas cortas ubicadas en la superficie externa Adhesión intercelular, reconocimiento y transferencia de plásmidos entre bacterias Esquema estructural de una bacteria procariota con nucleoide, cápsula y apéndices.

COMPRUEBA 35 ¿Qué papel biológico desempeñan los plásmidos y cómo se transfieren entre bacterias? Células eucariotas: compartimentación interna El término eucariota proviene etimológicamente de eu (verdadero) y karyon (núcleo). La característica que distingue a este linaje evolutivo es la presencia de un núcleo delimitado por una doble membrana, el cual aísla el genoma del citoplasma (véase «La Célula — Núcleo y orgánulos citoplasmáticos»). Asimismo, su citoplasma se encuentra intensamente compartimentado mediante una compleja red de orgánulos membranosos, y sus ribosomas citosólicos son de tamaño 80S (integrados por las subunidades 60S y 40S).

Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 30 Diagrama de una célula eucariota destacando su compartimentación interna y núcleo. La membrana plasmática y el modelo de mosaico fluido La membrana plasmática constituye la frontera física que separa el citosol del medio extracelular, actuando como un filtro con permeabilidad selectiva. Su estructura molecular básica responde al modelo de mosaico fluido, según el cual los lípidos y las proteínas se organizan en una matriz bidimensional con notable capacidad de desplazamiento: Bicapa lipídica: formada predominantemente por fosfolípidos dispuestos en una doble lámina anfipática (véase «Bioquímica — Glúcidos, lípidos y proteínas»).

Sus colas apolares hidrófobas quedan orientadas hacia el interior, generando una barrera impermeable a la mayoría de las moléculas hidrosolubles y solutos polares cargados. Colesterol: esteroide intercalado entre los fosfolípidos que actúa como regulador dinámico de la fluidez membranosa. Según las condiciones térmicas y la composición lipídica, modula la rigidez y la flexibilidad de la bicapa. Proteínas de membrana: se clasifican según su grado de asociación en proteínas transmembrana o integrales (que atraviesan de parte a parte la bicapa) y proteínas periféricas (asociadas a la superficie externa o interna sin penetrar en el núcleo hidrófobo).

Las membranas exhiben propiedades casi líquidas: los lípidos y las proteínas integrales gozan de libertad para efectuar movimientos de traslación lateral. No obstante, existe una estricta restricción termodinámica: el paso espontáneo de componentes de la cara interna a la externa (o a la inversa) no está permitido libremente, lo que preserva la asimetría de la membrana. En función de su actividad biológica, las proteínas de membrana cumplen tareas determinantes: 1. Transportadoras: conducen nutrientes, iones y metabolitos a través de la bicapa hidrófoba mediante canales acuosos o bombas específicas. 2.

Receptoras: reconocen señales del entorno y desencadenan respuestas moleculares adaptativas. Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 31 3. Enzimáticas: ancladas a la matriz lipídica, catalizan reacciones químicas específicas en la superficie celular. 4. De anclaje: aseguran la fijación de macromoléculas estructurales o filamentos del citoesqueleto. COMPRUEBA 36 ¿Por qué las sustancias solubles en agua no pueden cruzar la bicapa lipídica por sí solas? Transporte celular de solutos El intercambio de materias entre la célula y el exterior se clasifica según el gradiente electroquímico y el gasto de energía metabólica en transporte pasivo o activo.

ESQUEMA Modalidades de transporte en membrana Transporte pasivo El transporte pasivo se define por el movimiento neto de solutos a favor de gradiente de concentración, un proceso exergónico espontáneo que transcurre sin gasto de ATP celular. Se divide en dos variantes: Difusión simple: el soluto atraviesa libremente los lípidos de la bicapa. Es el mecanismo característico de los gases respiratorios ( , ) y pequeñas moléculas apolares, sin intervención de proteínas de transporte.

Difusión facilitada: los solutos polares o iones disueltos en agua no pueden superar el interior hidrófobo y requieren la mediación de canales iónicos o proteínas transportadoras permeables para cruzar a favor de gradiente. Transporte pasivo A favor de gradiente sin ATP Difusión simple Paso libre a través de bicapa Difusión facilitada Mediante canales y transportadores Transporte activo En contra de gradiente con ATP Uniporte Una única molécula Simporte Dos moléculas en igual sentido Antiporte Dos moléculas en sentido opuesto O 2 CO 2 Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 32 Transporte activo El transporte activo desplaza moléculas en contra de gradiente osmótico o eléctrico.

Requiere imperativamente un aporte energético, habitualmente canalizado mediante el gasto directo de ATP a través de bombas proteicas transmembrana. Atendiendo a la dirección y al número de solutos movilizados de forma coordinada, se categoriza en tres modalidades: Uniporte: transporte exclusivo de un único tipo de molécula en un único sentido. Simporte: transporte simultáneo o coordinado de dos moléculas distintas desplazándose en la misma dirección. Antiporte: desplazamiento coordinado de dos moléculas diferentes en sentidos contrarios a través de la membrana.

ERROR FRECUENTE Un error habitual en el examen es considerar que los sistemas de simporte y antiporte corresponden a variantes de transporte pasivo al no llamarse expresamente «bombas». Ambas configuraciones son tipos de transporte acoplado que, al movilizar sustancias en contra de gradiente mediante sistemas de transporte activo, conllevan acoplamiento energético directo o indirecto. IDEAS CLAVE Los virus son entidades acelulares parásitas obligadas compuestas por ácido nucleico (ADN o ARN) y cápside proteica, carentes de metabolismo para sintetizar energía de manera autónoma.

Las bacterias se distinguen por poseer nucleoide sin membrana, plásmidos transferibles mediante pili y ribosomas de tamaño . El modelo de mosaico fluido describe una bicapa fosfolipídica con desplazamiento lateral de lípidos y proteínas integrales, cuya flexibilidad térmica está regulada por el colesterol. El transporte pasivo desplaza solutos a favor de gradiente sin consumo de energía celular mediante difusión simple o difusión facilitada. El transporte activo requiere hidrólisis de ATP para movilizar sustancias en contra de gradiente mediante sistemas de uniporte, simporte o antiporte. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 37.

¿En qué se diferencian estructuralmente los ribosomas procariotas de los eucariotas? 38. ¿Qué distingue mecánicamente a un cotransporte en simporte de uno en antiporte? 70S Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 33 LA CÉLULA 5 Núcleo y orgánulos citoplasmáticos AL ACABAR SABRÁS Diferenciar la estructura y función del retículo endoplasmático rugoso, retículo liso y aparato de Golgi. Explicar el papel de la bomba de protones en la actividad hidrolítica del lisosoma y categorizar los tipos de digestión celular. Identificar las características moleculares y el modo de herencia estrictamente materna del ADN mitocondrial.

PIÉNSALO ANTES DE LEER 39 ¿Por qué un orgánulo como la mitocondria dispone de su propio material genético separado del núcleo celular? El núcleo celular y el control del tráfico macromolecular El núcleo alberga la mayor parte de la información genética de las células eucariotas. Está delimitado por la envoltura nuclear, una doble membrana lipídica que establece una barrera selectiva frente al citosol. Su membrana externa muestra continuidad física directa con la membrana del retículo endoplasmático rugoso, mientras que la membrana interna se encuentra tapizada y reforzada por la lámina nuclear.

Dentro de la cavidad nuclear se distinguen dos componentes estructurales fundamentales: la cromatina, constituida por filamentos de ADN asociados estrechamente a proteínas básicas denominadas histonas, y el nucléolo, subestructura densa especializada en la transcripción del ARN ribosómico y el ensamblaje temprano de las subunidades ribosómicas. A nivel funcional, el núcleo orquesta la duplicación del material genético (ADN a 2ADN) y la síntesis de ARN mensajero mediante la transcripción ( ). Antes de su salida hacia el citoplasma, este precursor experimenta un procesamiento o maduración madurativa ( ; véase «Genética molecular — Replicación, transcripción, traducción y reparación»).

La traducción posterior a proteína tiene lugar en el citosol o sobre las membranas del retículo. DEFINICIÓN El poro nuclear es un canal proteico de gran tamaño inserto en la envoltura que regula el transporte bidireccional y selectivo de macromoléculas entre el núcleo y el citoplasma. El trasiego de polipéptidos a través del complejo del poro nuclear está mediado por receptores solubles específicos: las importinas internalizan proteínas dirigidas al interior nuclear, mientras que las exportinas expulsan moléculas hacia el compartimento citoplasmático.

ADN pre-ARNm pre-ARNm ARNm Biología del Cuidado: Célula, Genética y Dietoterapia 34 COMPRUEBA 40 ¿Qué consecuencia inmediata tendría la inactivación funcional de las importinas en una célula? El sistema reticular: síntesis proteica y lipídica El retículo endoplasmático conforma un extenso laberinto membranoso continuo con una única cavidad interna. Se organiza morfológica y funcionalmente en dos dominios claramente diferenciados: Retículo endoplasmático rugoso (RER): presenta ribosomas anclados a su superficie citosólica. Destaca ampliamente en células con elevada actividad secretora de proteínas, como los acinos pancreáticos.

En su lumen se lleva a cabo el plegamiento, las modificaciones postraduccionales tempranas y un estricto control de calidad que detecta polipéptidos anómalos o mal plegados para su degradación. Retículo endoplasmático liso (REL): carece de ribosomas. Es abundante en hepatocitos, donde centraliza la síntesis de lípidos (fosfolípidos de membrana y colesterol) y la detoxificación química de toxinas. En el tejido muscular estriado adquiere una especialización conocida como retículo sarcoplasmático, cuya función es almacenar y liberar iones calcio ( ) para desencadenar la contracción muscular.

Los ribosomas asociados al RER y los libres citosólicos son complejos macromoleculares integrados por ARN ribosómico (ARNr) y proteínas. La composición y el coeficiente de sedimentación difieren según el linaje celular: Parámetro ribosómico Ribosomas procariotas Ribosomas eucariotas Coeficiente global 70S 80S Subunidad mayor 50S 60S Subunidad menor 30S 40S Localización habitual Citoplasma bacteriano Citosol y membrana del RER COMPRUEBA 41 ¿En qué tejido o tipo celular esperaría encontrar un retículo sarcoplasmático muy hipertrofiado?

Aparato de Golgi y la ruta de secreción celular El aparato de Golgi está constituido por pilas de cisternas aplanadas de membrana única que no mantienen continuidad física directa entre sí. Opera como el centro distribuidor y clasificador de macromoléculas de la célula. Se caracteriza por poseer una marcada polaridad morfo-funcional: Ca2+ Cara Cis (cara de formación): orientada hacia el núcleo celular y en íntima…