Fisiología celular: homeostasis, componentes y transporte de membrana

Fisiología celular: Homeostasis y componentes

Tema 1. Fisiología celular

1. 1. Homeostasis
2. 2. Los componentes celulares y sus funciones
3. 3. Transporte a través de la membrana celular

La Fisiología es una Ciencia experimental básica que estudia los procesos del organismo y el modo en que se regulan Estudia los procesos biológicos que permiten a los seres vivos adaptarse a su medio, sobrevivir en él y multiplicarse.

"Physiology is the study of the functions and integrative processes of life at all levels of structural complexity between the molecular level and that of the whole organism. It includes all organisms, and frames function in evolutionary, environmental, ecological and behavioural contexts. It embraces a cross-disciplinary approach to modern science, through which physiologists aim to achieve translation of this knowledge into human health."

Historia de la Fisiología

Historia Et Prehelénica: enfermedad= mancha o pecado / Et Helénica: Empedocles => Humores Aristóteles -> relaciona Estructura/Función Galeno -> Primeras observaciones experimentales Servet, Harvey > Circulación sanguínea / Claude Bernard > Medio Interno, Homeostasis Cannon -> Medio Interno Hodgkin y Huxley -> potencial de acción (mecanismo señal nerviosa)

Homeostasis y medio interno

21.1. Homeostasis y medio interno Medio Externo Variable Supervivencia -Independencia Claude Bernard William Cannon Medio Interno (líquido que rodea a células, tiene caracteres físicos y químicos óptimos Homeostasis Constancia de los ritmos biológicos del medio interno constancia del medio interno Homeostasis stasis condición V similar Circuitos de retroinhibición o Retroalimentación negativa Circuitos de autoamplificación o Retroalimentación positiva

Mecanismos Homeostáticos

31.1. Homeostasis y medio interno Mecanismos Homeostáticos: reducen las diferencias entre las respuestas reales y las óptimas Valor Óptimo Comparación Valor Real-Valor Óptimo Vía aferente Receptores sensoriales Mecanismo Control SISTEMA REGULADOR Valor Real FUNCIÓN Los principales sistemas homeostáticos son el sist Parámetro X SO Y ENDOCRINO Retroinhibición o Retroalimentación negativa Parámetro X Parámetro X 1 L Mecanismos de control Parámetro X Parámetro X Autoamplificación o Retroalimentación positiva Parámetro X Parámetro X

Retroalimentación Positiva y Negativa

41.1. Homeostasis y medio interno RETROALIMENTACIÓN POSITIVA: control de las contracciones uterinas en el parto La coagulación y los cambios en la concentración de calcio durante la contracción muscular son otros ejemplos de retroalimentac ión positiva RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA: regulación homeostática de la presión arterial Contractions of wall of uterus force baby's head or body into the cervix, thus Increasing Stretching of cervix Receptors Stretch-sensitive nerve cells in cervix send Input Nerve impulses Control center Brain interprets input and releases Positive feedback: Increased stretching of cervix causes release of more oxytocin, which results in more stretching of the cervix Output Oxytocin Effectors Muscles in wall of uterus contract more forcefully Baby's body stretches cervix more Interruption of cycle: Birth of baby decreases stretching of cervix, thus breaking the positive feedback cycle La termorregulación y el control de la glucemia son otros ejemplos de retroalimentación negativa Some stimulus disrupts homeostasis by Increasing Blood pressure Receptors Baroreceptors in certain blood vessels send Input Nerve impulses Control center Brain interprets input and sends Return to homeostasis when response brings blood pressure back to normal Output Nerve impulses Effector Heart A decrease in heart rate decreases blood pressure

Componentes celulares y sus funciones

51.2. Los componentes celulares y sus funciones LA CÉLULA Es la unidad estructural y funcional más pequeña de los seres vivos. Está compuesta por lípidos, hidratos de carbono, ácidos nucleicos y proteínas. En ellas se diferencia el citoplasma (citosol + orgánulos intracelulares) y membrana plasmática Las células se agrupan entre ellas formando tejidos, estos a su vez forman los órganos y estos forman los sistemas en los que se desarrollan las principales funciones del organismo.

Esquema de una célula

Microvilli Secretory vesicles Citosol Lisosoma Peroxisoma Retículo endoplasmico liso Centrosoma Citoesqueleto Centriolo Membrana celular Mitocondria Aparato de Golgi FRibosomas libres Retículo endoplásmico rugoso Nucleoplasm Membrana nuclear Nucleolo Cromatina Poros nucleares Fixed ribosomes Esquema de una célula y sus diferentes componentes

El núcleo celular

61.2. Los componentes celulares y sus funciones El núcleo Controla la función y reproducción celular Nucleoplasm - Nucleolus Chromatin Nuclear envelope Nuclear pores Membrana nuclear interna Material genético (cromatina, ADN) Broken edge of outer membrane Membrana nuclear externa

El retículo endoplasmico

7El retículo endoplasmico 1.2. Los componentes celulares y sus funciones Organela membranosa que se organiza en túbulos o sacos comunicantes situados en paralelo a la envuelta nuclear. Dos tipos: rugoso y liso Función: Síntesis de proteínas (en el rugoso) y lípidos (en el liso). También participa en la destoxificación (liso) Ribosomas Retículo Endoplasmico Rugoso (con ribosomas) Túbulos y sacos Ribosomas libres Retículo Endoplámico liso (a) (b) .8

Aparato de Golgi

81.2. Los componentes celulares y sus funciones Aparato de Golgi

• Forma vesículas secretorias · Forma nuevos componentes membranosos · Modifica compuestos sintetizados en RE Vesículas secretoras Lysosomes Maturing face Cisternas Forming face Veísculas desde RE (a) (b) Figure 3.9

Mitocondrias, Lisosomas y Peroxisomas

91.2. Los componentes celulares y sus funciones Mitocondrias Mitochondria Inner Structure Inner Membrane Outer -Membrane Cristae Matrix Figure 1 Producción de ATP ("energía celular") Las células con más necesidades energéticas tienen más mitocondrias Lisosomas y peroxisomas € U.L.B. Louis De Vos Lisosomas: degradación de partículas ingeridaso de desecho Peroxisomas: dextoxificación de sustancias nocivas

El citoesqueleto

101.2. Los componentes celulares y sus funciones El citoesqueleto Microvillus Cell membrane Microfilamentos Terminal web Mitochondrion Ribosome cluster (polyribosome) Filamentos intermedios Endoplasmic reticulum Microtúbulos Secretory vesicle (a) Función: Mantiene la estructura celular (b) Microfilamentos: anclaje de proteínas estructurales, contracción Filamentos intermedios: -mantener posición organelas -Forma celular -Mantener posición respecto a otras célula Microtúbulos -Movimiento de organelas -Transporte de proteínas

Membrana celular

11Membrana celular La membrana celular es una bicapa lipídica compuesta por lípidos, proteínas e hidratos de carbono. Los LÍPIDOS de la membrana son: - fosfoglicéridos y esfingolípidos. Ambos son anfipáticos: con cabeza polar hidrofílica y cola apolar hidrofóbica. Las colas de estos lípidos se atraen y se unen creando una bicapa lipídica que sólo podrá ser atravesada por sustancias liposolubles (O2, CO2) y no por sustancias hidrosolubles (iones, glucosa, urea) -esteroles (colesterol): son apolares, se unen a las colas apolares de fosfolípidos estabilizando la membrana. Las PROTEÍNAS pueden atravesar la membrana (p. intrínsecas o integrales) o unirse a su superficie (p. extrínsecas). Los H DE CARBONO se unen a las p. intrínsecas (glicoproteínas) y a los lípidos (glicolípidos) formando el glicocálix Funciones de la membrana celular: aislar los orgánulos y el citosol del exterior celular, controlar el transporte de sustancias y recibir señales EXTRACELLULAR FLUID Phospholipid bilayer Integral protein with channel Glycolipids of glycocalyx Hydrophobic tails Cell membrane Cholesterol Hydrophilic heads Peripheral proteins Cytoskeleton (Microfilaments) Gated channel T= 2 nm CYTOPLASM Bicapa lipídica Polar, hydrophilic "head" Nonpolar, hydrophobic, fatty acid "tails" Polar, hydrophilic "head" Aqueous environment Aqueous environment Cabeza polar hidrofílica Cola apolar hidrofóbica 12

Transporte a través de las membranas celulares

Integral glycoproteins1.3. Transporte a través de las membranas celulares La bicapa lipídica constituye una barrera necesaria para la supervivencia celular. Sin embargo, para que la célula sobreviva, algunos compuestos químicos necesitan entrar o salir de la célula. La membrana plasmática controla este intercambio y transporte de sustancias entre el medio intra y extracelular que dependerá de la naturaleza de la sustancia y que permitirá el transporte pasivo, el transporte activo o transporte en masa

Tipos de transporte celular

Gasto E Saturación Especificidad Tipos de transporte T. PASIVO Difusión bicapa (O2, CO2) Canales (iones) Difusión facilitada (glucosa) Ósmosis (agua) - No No No Var. No Sí Var. No Sí T. ACTIVO T.A. Primario (Bomba Na+-K+) T.A. Secundario (Glucosa, Aa) Sí Sí Sí Sí EXOCITOSIS Constitutiva Regulada No T. EN MASA ENDOCITOSIS Pinocitosis Fagocitosis 13 - T. A TRAVÉS DE MEMBRANA

La difusión

1.3. Transporte a través de las membranas celulares - La difusión es el movimiento neto, aleatorio y espontáneo de moléculas (o iones) desde zonas en la que están muy concentradas a zonas diluidas hasta conseguir el equilibrio - Las moléculas se mueven a favor de gradiente de concentración. pure water drop of dye dye evenly dispersed in water - Las moléculas en disolución tienen energía cinética , lo que hace que se muevan de modo aleatorio en cualquier dirección, que las lleva a diseminarse o repartirse por igual en un determinado espacio . - El compartimento más concentrado pierde moléculas, que las gana el compartimento más diluido. Hay movimiento neto desde el compartimento más concentrado hasta el más diluido. - Esto continúa hasta alcanzar el equilibrio (cuando se igualan las concentraciones), momento en el que NO hay movimiento neto de moléculas entre ambos compartimentos. - La difusion es por tanto un proceso pasivo, que no necesita aporte de energía sino que genera energía que puede usarse para otros tipos de transporte. En una disolución, la velocidad (v) de este proceso depende del peso molecular de la sustancia y del gradiente de concentración. .

Ley de Fick y difusión

141.3. Transporte a través de las membranas celulares La difusión es el movimiento aleatorio y espontáneo de moléculas desde zonas concentradas a zonas diluidas hasta conseguir el equilibrio (a favor de gradiente) La difusión a través de la membrana se ajusta a la Ley de Fick que establece que: gradiente de concentración x Permeabilidad X Superficie mb Velocidad o tasa de difusión (Q) = Espesor de mb La Permeabilidad de la membrana depende de = Liposolubilidad Tamaño (Peso molecular) Extracellular fluid Tamaño (Peso molecular) Membrane surface area Liposolubilidad Concentration outside cell Cambios en la composición, área o grosor de la membrana pueden cambiar la velocidad de difusión Membrane thickness gradiente de concentración Composition of lipid layer Intracellular fluid Concentration inside cell 15