Biofsica Molecular

Biofsica MolecularMicroscopia celular: Visualizacin de los componentes bsicos de la clula (1nm)

Cristalografa por Rayos X : Determinacin de la estructura celular (0.01 nm 10 nm)

Composicin de las molculas biolgicas:Estructura celularCarbn C/ Silicio SiHidrgeno HOxgeno ONitrgeno NFsforo PAzufre SComposicin de tomos asociados a biomolculas:Calcio CaHierro Fe Cobre CuMagnesio MgSe han descubierto formas de vida con bases de silicio, aunque se han visto que son predecesoras a bases de carbono.

La compocisin de los tomos asociados a las biomolculas no forman parte de la estructura de las molculas biolgicas3Componentes del lquido tisularSodio NaPotasio KCloro ClAgua H2OLquido extracelularLquido intracelularIones: sodio, cloruro bicarbonatoNutrientes: oxigeno, glucosa, cidos grasos y aminocidosIones: potasio, magnesio y fosfatoCerca del 60% del cuerpo humano adulto es lquido, la mayor parte se encuentra dentro de las clulas (lquido intracelular). Una tercera parte se encuentra en los espacios externos, este lquido est en constante movimiento por todo el cuerpo, se transporta por la sangre y se mezcla con los lquidos tisulares mediante difusin a travez de las paredes capilares.

Lquido extracelular: compuesto por iones (sodio, cloruro, bicarbonato) y nutrientes (oxgeno, glucosa, cidos grasos y aminocidos) para mantener la vida celularLquido intracelular: contiene grandes cantidades de iones potasio, magnesio y fosfato.4Agua: Muchas de las reacciones qumicas tienen lugar entre las sustancias qumicas disueltas, en las superficies limitantes entre las partculas suspendidas, la membranas y el agua.

Biomolculas y componentes ms importantes

Agua: medio lquido principal de la clula, salvo para clulas adiposas.La anchura de los canales inicos es de 0.4 nm, por lo que la cantidad de agua asociada con un in en particular y el grado estructural, se vuelve criticamente importante.La estructura del agua exhibe una gran variedad de estructuras debido a la conformacin de los tomos y el exceso de carga positiva.

La figura muestra cmo la intensa carga positiva que rodea cationes (un catin es un ion atrado a un electrodo negativo, o ctodo), tales como Na + y K + atrae a un caparazon hidratado," haciendo que el radio efectivo mucho mayor que el radio inico. El campo elctrico es mayor para partculas mas pequeas, por lo que K tiene mayor dificultad para entrar a la clula.

A la temperatura corporal y dentro de las clulas, el agua no es totalmente desordenada, pero conserva algunas de las caractersticas similares al hielo, formando "racimos parpadeantes." Ciertas clases de componentes dentro de las clulas tienden a promover la estructura, mientras que otros son interruptores estructurales" Esto conduce a la variaciones en las propiedades del agua de un lugar a otro dentro de la clula. Algunos han argumentado que esto puede explicar al menos algunos de los comportamientos nicos de la fisiologa celular

5Iones: proporcionan las sustancias qumicas inorgnicas para las reacciones celulares, necesarios para el funcionamiento de algunos de los mecanismos de control celular.

Lpidos: son diversos tipos de sustancias que se agrupan debido a sus caracterstica comn de ser solubles en disolventes grasos, los mas importantes son los fosfolpidos, colesterol, triglicridos.

Hidratos de carbono: tienen un papel fundamental en la nutricin de la clula.

Proteinas: se forman a partir de secuencias de unos 24 aminocidos, con estructura genrica H2N-CHR-COOH. R tiene un cdigos de tres letras y una letra para cada aminocido. Tambien se les conoce como polipptidos EstructuralesGlobulares

Proteinas: sustancias mas abundantes en las clulas

Estructurales: estn presentes en la clula en forma de largos filamentos delgados que son polmeros de muchas molculas proteicas bsicas. La funcin de estos filamentos intracelulares es proporcionar el mecanismo contractil de todos los msculos.Otro tipo de de filamentos se organiza en microtubulos que proporcionan los citoesqueletos de organelos (cilios, axones nerviosos)Fuera de las clulas, se encuentran en las fibras de colgeno y elastina del tejido conjuntivo, vasos sanguneos, tendones, ligamentos, etc..

Globulares: compuestas de una sola molcula proteica, con una composicin globular, en vez de fibrilar. Son fundamentalmente las enzimas de la clula y suelen ser solubles en el lquido celular. Las enzimas, al estar en contacto con otras sustancias del interior de la clula, catalizan reacciones qumicas.

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Debido a que cada residuo de aminocido tiene propiedades hidrfobas o hidrfilas especficas, una cadena larga de polipptido tender a enrollarse con el fin de minimizar la energa de interaccin entre cada aminocido y su entorno. Esto dar lugar a una estructura terciaria especfica.

Secuencias repetitivas de aminocidos da lugar a una estructura helicoidal conocido como -hlices, que forman la base de la estructura del cabello, dientes. Otra forma es la -strand (o lmina- plisada), que a menudo se entremezcla con -hlices en protenas grandes. Otras protenas tienden a formar en una estructura similar a una bola (protenas globulares) de los cuales probablemente la ms conocida es la hemoglobina.

8El ADN: Esta formado por largusimas molculas helicoidales de doble hebra.

Sus principales componentes son: cido fosfrico, un azcar denominado desoxirribosa y cuatro bases nitrogenadasADN y ARN

AdenosinaCitosinaTiminaUraciloLa estructura del cido desoxirribonucleico fue publicado en 1953 por JD Watson y F. Crick. El ADN es la molcula de la cual los cromosomas se forman en el ncleo de la clula y que contiene el cdigo gentico (40.000 genes en el humano).

Purinas: adenina y guaninaPirimidinas: timina y citosina

El cido fosfrico y la desoxirribosa constituyen las dos hebras helicoidales que formanel esqueleto de la molcula de ADN y las bases se situan entre las hebras y las conectan.Nucletido: base+cido +desoxirribosa9La importancia del ADN radica en su capacidad de controlar la formacin de protenas en la clula.

Como el ADN se encuentra en el ncleo de la clula y la mayor parte de las funciones celulares se realizan en el citoplasma, existe un mediador, el ARN, el cual lleva la informacin del ADN para producir las reacciones qumicas en el citoplasma

Cdigo gentico: proceso mediante el cual se forman proteinas10

La transcripcin es el proceso en el cual el cdigo genetico se transfiere al ARNCuando se transcribe un gen particular (que es un tramo de ADN), las dos hebras de la hlice se separan.El cdigo gentico consta de tripletes de bases sucesivas, es decir, cada 3 bases es una palabra del cdigo. Estos tripletes controlan la secuencia de aminocidos de una molcula proteica sintetizada en la clula. La enzima transcriptasa de ARN es responsable de este proceso salvo por la diferencia entre el uso de uracilo en vez de citosina.

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El ARN mensajero lleva eficazmente el cdigo gentico del gen fuera del ncleo al retculo endoplsmico (ER) del citoplasma. Aqu se lleva a cabo, la segunda parte de la conversin gentica en un producto de protena, la traduccin del gen, se produce en estructuras especializadas conocidas como ribosomas.

El ribosoma esta compuesto por dos unidades pequea y grande. La unidad pequea se une al ARN mensajero. Los aminocidos son llevados por el ARN de transferencia al ribosoma. Contiene un anticodn que es complementario al codn de ARN al que se une.La unidad pequea del ribosoma posiciona al ARN mensajero, parq eu pueda ser leido por grupos de tres aminocidos conocidos como codones, que es traducido a una secuencia de aminocidos, colocados en la punta del ARN de transferencias.

La unidad grande del ribosoma se unen para formar el sitio P y sitio A12La membrana celular del RE, pared celular y ncleo est compuesta de una bicapa lipdica (de aprox. 8 nm de espesor). Dos regiones:

Membrana celular: Bicapa fosfolpidahidrfilico que contiene el grupo fosfatohidrofbica que consiste en cadenas de hidrocarburo que se orientan a estar lejos de agua

En la bicapa, se intercalan grandes molculas de proteina globulares. Las porciones hidrofobas son repelidas por el agua, pero se atraen entre s, con una tendencia natural a alinearse unas al lado de otras.La capa lipidica en el centro de la mambrana es impermeable a las sustancias habituales hidrosolubles(iones, glucosa, urea), por otro lado las sustancias liposolubles pueden atravesar esta membrana con facilidadLa BFL es lquida13La actividad elctrica es debida al paso de los impulsos elctricos a lo largo de los nervios y los msculos. Cada impulso dura uno de unos pocos milisegundos y consisten en una diferencia de potencial a travs de la membrana de alrededor de 100 mV.

Todas las clulas tienen la propiedad de polarizacin; es decir, que normalmente tendrn una DP de 50 mV a100 mV. En el caso de la clula, se produce por la bomba sodio Na+-potasio K+ que bombea tres iones Na+ por dos iones K+. Esta actividad se lleva a cabo por la enzima Na/K ATPasa, La cual rompe ATP y libera 30 kj/mol de ATP.Origenes de la bioelectricidadLa membrana celular puede ser pensada como un condensador cargado, con los grupos polares de extremo en la superficie equivalente a placas paralelas, y el interior de lpidos como el dielctrico. La permitividad relativa de la membrana lpidica es de alrededor de 5-7. El impulso nervioso puede ser pensado como una descarga sbita de condensador, que es debido a los canales en cortocircuito. 14

15Recientemente, ha habido un gran inters en la locomocin de pequeas bacterias y organismos unicelulares llamados flagelados, que utilizan una cola similar a una hlice accionada.

Hay un anillo de estructuras de protenas especializadas dentro de la bicapa lipdica (estator) y un anillo correspondiente en la cola o flagelo (rotor), que llevan a cabo el transporte activo fuera de la clula a travs de hendiduras.

Motores moleculares

Se busca esta locomocin artificial, para dirigido de frmacos teraputicos para el tejido especfico. Parece que algunos de estos motores son accionados por una bomba de Na + o, en el caso de la figura 4.6, una bomba de H +Los flagelos pueden girar hasta 3000rpm16Otra clase de motor molecular est relacionada con las molculas de actinia y miosina, que son la base de la contraccin muscular, y es llamado movimeinto ameboide.

Supone el desplazamiento de toda la clula con respecto a su entorno, y comienza por la protrusin de un pseudpodo en uno de los extremos de la clula

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