ud1.ppt

UD1. Fundamentos de bioquímica.

Tema 1. A célula: estructura e funcións.

Tema 2. Bioquímica: metabolismo.

Tema 3. Carbohidratos, lípidos e proteínas: clasificación e función celular.

Tema 4. Enzimas: clasificación, poder catalítico, especificidade e control da actividade enzimática.

Tema 5. Síntesis proteica. Ácidos nucleicos: transcripción e traducción, e os seus controis.

Biotecnoloxía alimentaria

1

Tema 1. A célula: estructura e funcións.

2

1.1. A célula:

A célula é a unidade básica da estructura dos organismos vivos.

Un conxunto de células similares forman un tecido. Varios tipos de tecidos asócianse, para cumplir unha función especifica, formando así órganos. Un grupo de órganos forman un sistema. E varios sistemas dan vida ao ser vivo.

As células clasifícanse segundo a complexidade que presentan na súa estructura. Deste xeito distínguense:

· Célula procariota (Pro = antigo).· Célula eucariota (Eu = novo).

Según o número de células que presenten os organismos poden ser de dous tipos:

· Organismos unicelulares: están formados por unha soa célula que realiza todas as funcións vitais, esta célula pode ser eucariota ou procariota.

· Organismos pluricelulares: están formados por máis de unha célula, todas esas células proceden dunha mesma célula, por eso todas posúen o mesmo material xenético aínda que non todas o expresen do mesmo xeito. 3

1.2. Estrutura común a todas as células :

A estrutura común a todas as células comprende a membrana plasmática, o citoplasma, os ribosomas e o material xenético ou ADN

• Membrana plasmática: está presente en todas as células. Constituida por unha bicapa lipídica formada maioritariamente por fosfolípidos. Nesta bicapa están englobadas certas proteínas. Os lípidos fan de barreira aislante entre o medio acuoso interno e o medio acuoso externo. Deste xeito a súa función é reter o citoplasma e separalo do exterior, e actúa de barreira selectiva para as substancias que entran e sáen da célula.

A membrana citoplasmática só permite o paso de compostos hidrofóbicos e algúns hidrofílicos de tamaño pequeno e non ionizados. As proteínas da membrana participan xustamente no transporte a través da membrana de substancias que de por sí non pasarían (como os ións).

4

1.2. Estrutura común a todas as células :• O citoplasma: abarca o medio líquido englobado pola membrana plasmática, está

composto fundamentalmente por auga, partículas en suspensión como os ribosomas. Nos procariotas carece de orgánulos limitados por membranas, tal como ocorre nos eucariotas.

• O material xenético: constituido por unha ou varias moléculas de ADN. Segundo esté ou non rodeado por unha membrana, formando o núcleo, diferencianse dous tipos de células: as procariotas (sen núcleo) e as eucariotas (con núcleo). Nas células eucariotas, ademáis o material xenético está organizado formando dous ou máis cromosomas, mentres que os procariotas teñen un único cromosoma consistente nunha molécula de ADN bicatenario circular, que non está asociada a proteínas tipo histonas e que está situado nunha rexión denominada nucleoide.

• Os ribosomas: Son partículas pequenas e complexas formadas por proteínas e ácido ribonucléico (ARN). Nos ribosomas teñen lugar a síntese das proteínas. Los ribosomas en procariotas son máis pequenos e menos complexos que os dos eucariotas.

5

1.3. A célula Procariota:As células procariotas son máis simples que as eucariotas, e de tamaño moito máis pequeno.

Non conteñen núcleo definido cunha membrana que protexa o material xenético, nin orgágulos membranosos. Os organismos procariotas son as bacterias e as algas cianofíceas. Todos eles pertencen ao Reino Moneras. As células procariotas conteñen diferentes estructuras, algunhas esenciais e presentes en todas as bacterias e outras facultativas, que están presentes nalgunhas e ausentes en outras, incluso dentro da mesma especie. Xeralmente presentan as seguintes partes:

• Parede bacteriana ou parede celular ríxida • Membrana plasmática con mesosomas• Citoplasma• Ribosomas• Rexión nuclear ou nucleoide co ADN• Poden presentar tamén: cápsula envolvente, plásmidos, cilios e flaxelos, fimbrias e pili,

endosporas e/ou corpos de inclusión.

a) Parede celular ríxida: encóntrase únicamente nas células vexetais e en case todas as bacterias (excepto nos micoplasmas e arqueobacterias), ainda que é diferente en cada un destes organismos. Ás bacterias confírelles a forma e protéxeas dos traumatismos osmóticos e mecánicos. É precisamente a composición desta parede celular a que divide as bacterias en dous grandes grupos, as gramnegativas e as grampositivas. 6

1.3. A célula Procariota:

SEMPRE:

- Parede bacteriana- Membrana plasmática- Mesosomas- Citoplasma- Ribosomas- Nucleoide

ÁS VECES:

-Cápsula- Plásmidos- Cilios e flaxelos- Fimbrias e pili - Endosporas- Corpos de inclusión7

1.3. A célula Procariota:b) Membrana plasmática con mesosomas: esta formada por lípidos e proteínas e ás veces

presenta unhas invaxinacións que se chaman mesosomas. (Algunhas arqueobacterias en lugar dunha bicapa lipídica só teñen unha monocapa). Os procariotas non teñen orgánulos celulares como mitocóndrias ou cloroplastos, pero nos mesosomas (e polo tanto na membrana) levánse a cabo os procesos metabólicos como a respiración, fotosíntesis, síntesis de lípidos e de constituintes da parede.

c) Plásmidos: moitas bacterias ademáis do cromosoma, poseen plásmidos, no citoplasma. Trátase de moléculas pequenas de ADN que poden existir e replicarse independentemente do cromosoma ou poden estar integrados neste, en cuxo caso a súa división depende da do propio cromosoma. Igual que o cromosoma, estes plásmidos son herdados polas células fillas.

Os xens plasmídicos para unha ou dúas proteínas que non son esenciais para a vida da bacteria ainda que poden aportarlle moitas vantaxes.

- Resistencia a fármacos- Producción de toxinas- Expresión de adhesinas- Capacidade para metabolizar substancias e obter enerxía.

Son útiles na clonación de bacterias. 8


d) Cápsula: Substancia viscosa formada maioritariamente por polisacáridos que axuda a protexerse da desecación, da fagocitose e dos ataques víricos (de virus que teñen os seus receptores na parede celular), pode adherir a bacteria ás superfícies gracias a substancias presentes na cápsula (adhesinas).

e) Cilios e Flaxelos: as bacterias desprázanse mediante cilios ou flaxelos, apéndices locomotores que se extenden fora da membrana plasmática e da parede celular. Os flaxelos son máis longos que os cilios e cando unha célula tene cilios, o seu número é moi grande, mentres que unha célula ten poucos ou un so flaxelo Non todas as bacterias teñen flaxelos pero en aquelas que os teñen utilízanse como criterio de clasificación.

Politrica ou

As bacterias non nadan sen sentido, ás veces son atraídas por nutrientes, ou móvense hacia a luz ou afástanse de substancias inhibidoras.

9


f) Fimbrias e pili sexuais: algunhas bacterias teñen fimbrias e pili sexuais, máis pequenos que os flaxelos que se utilizan para fixárse ás superfícies ou a outras bacterias ás que queren infectar, tamén poden usalas para captar substancias do exterior e contactar con outras bacterias para intercambiar material xenético (conxugación), Os térmos fimbria e pili son amiúdo intercambiables, pero fimbria adoita a se reservar para os pelos cortos que utilizan as bacterias para adherirse ás superficies, mentres que pili adoita a se referir aos pelos lixeiramente máis largos que se utilizan na conxugación bacteriana para transferir material xenético, polo que reciben o nome de Pili sexuais.

10


f) Fimbrias e pili sexuais: Durante a conxugación bacteriana un pili sae da bacteria doante e únese á bacteria receptora desencadeando a formación dunha ponte de apareamento que interconecta os citoplasmas das dúas bacterias a través dun poro. Este poro permite a transferencia de ADN bacteriano (plásmido). A través deste mecanismo poden transferirse novas características ventaxosas para a supervivencia, como xenes de resistencia a amtibióticos.

11

1.3. A célula Procariota: f) Endosporas bacterianas:

Algunhas bacterias gampositivas poden formar no seu interior unha estructura de resistencia denominada endospora (so se forma unha espora por bacteria e a maioría das bacterias que forman endosporas pertencen aos xéneros Bacillus e Clostridium)

As endosporas son estruturas completamente deshidratadas e sen actividade metabólica polo que non teñen capacidade para crecer nin multiplicárense. Son moi resistentes a situacións ambientais extremas (calor, radiación UV, desecación, falta de nutrientes e auga, etc.)Por exemplo resisten a ebullición polo que, para eliminalas é preciso usar o autoclave (121 ºC).

A esporulación ou esporoxénesis é o proceso de paso dunha bacteria en forma vexetativa á súa forma esporulada, mentres que a xerminación constitúe o proceso inverso. A esporulación xeralmente comeza cando as bacterias deixan de crecer ao non dispoñer de nutrientes. aínda que tamén pode ocorrer cando as condicións ambientais son adversas, ou cando as bacterias se atopan en presenza de produtos toxicos que poden matalas como son os antibióticos ou as radiacións.

A formación de esporas permite ás especies destes xéneros sobrevivir nunhas condicións que outras especies non soportarían.

As endoesporas bacterianas úsanse como protección ao contrario que as esporas fúnxicas que se usan para a reproducción.

12


A situación da endospora dentro da célula nai serve para a identificación de bacterias:

a) Espora central b) Espora subterminalc) Espora terminald) Espora terminal con forma de palillo de tambor

13


O proceso de esporoxénesis divídese en varias fases:

3. Entre as dúas membranas deposítanse capas espesas de peptidoglucano para forma: ocórtex.

4. Formación da cuberta de proteinas.

5. Por último, a espora madura.

6. As enzimas líticas destrúen o esporanxio e libérase a espora

7. A auga pérdese e a espora queda deshidratada

1. Invaxinación da membrana citoplasmática que forma un tabique que aisla unha pequena porción do citoplasma, e un cromosoma bacteriano recentemente replicado.

2. Novo plegamento da membrana para formar unha membrana dobre, xérase asi a preespora.

14


g) Corpos de inclusión:

Son gránulos de material orgánico ou inorgánico, que se atopan na matriz citoplasmática.Están rodeados dunha membrana ás veces protéica, ás veces lipídica. Existen:

► Corpos orgánicos: reservas de carbono para obter enerxía na biosíntese

► Corpos inorgánicos: reservas normalmente de fosfatos ou, menos amiúdo, xofre. Fonte de enerxía.

15

1.4. A célula Eucariota:Os seres vivos eucariotas engloban aos amimais, prantas, fungos, algas e protozoos. Osanirnais e as prantas son seres macroscópicos, mentres que nos outros tres grupos englóbanse tanto seres macroscópicos como organismos microscópicos.

As células eucariotas son máis complexas que as procariotas, teñen o material xenético protexido por unha membrana formando o núcleo, tamén teñen unhas 10000 veces o tamaño das procariotas. Ademáis, no citoplasma aparecen orgánulos celulares rodeados por membrana que realizan distintas funcións. Xeralmente presentan as seguintes estruturas:

- Membrana plasmática.

- Citoplasma con citoesqueleto e orgánulos.

- Núcleo con envoltura nuclear, cromatina e nucleolo.

- A membrana nuclear exterior continúa nas membranas do retículo endoplasmático rugoso.

Os microorganismos eucariotas son seres vivos unicelulares ou pluricelulares sendiferenciación de tecidos, cuxo pequeno tamaño obriga a utilizar o microscópio paraobservalos e analizar a súa estrutura. A súa unidade estrutural é a célula eucariota que se caracteriza por presentar estruturas intemas altamente especializadas que se encontran separadas do citoplasma por unha membrana. 16

1.4. A célula Eucariota:

As células eucariotas, ademáis da estructura básica da célula (membrana, citoplasma e material xenético) presentan unha serie de estructuras fundamentais para as súas funcións vitais.

Teñen un orgánulo de gran tamaño que é o núcleo celular, que é o orgánulo máis grande e importante da célula, e que está separado do resto da célula por unha menbrana. Ten unha serie de cisternas membranosas, unha sae do membrana nuclear exterior, é o retículo endoplasmático (o rugoso para ser exactos). Ten outro orgánulo constituído por unha serie de sacos apilados, o Aparato de Golgi, tamén ten lisosomas, peroxisomas, mitocondrias, etc.

Dentro das células eucariotas hai unha gran diferencia entre as células animais e as vexetais. Estas, ademáis de presentar os órganos das primeiras posúen tamén unha envoltura ríxida, a Parede Celular, e ademáis no seu interior hai uns orgánulos membranosos chamados cloroplastos, encargados de realizar a fotosíntesis. Tamén teñen grandes vacuolas que nas células animáis son moito máis pequenas e están en menor número, e que se cree que serven para almacenar substancias de desfeito.

17


a) A parede celular: rodea a célula vexetal, ademais da membrana. Esta parede é construída pola célula. Produce varias paredes; a primaria (a mais externa que crece coa célula) e a secundaria (a mais interna e de maior rixidez). A parede completa é bastante porosa. A función principal é protexer e dar rixidez á célula vexetal.

b) Citoplasma ou citosol: parte acuosa da célula. É un líquido que se atopa no interior da célula. Esta composto por auga basicamente, ións inorgánicos, pequenas moléculas orgánicas e as proteínas que constitúen o citoesqueleto. No citoplasma atópanse suspendidos os orgánulos

c) Núcleo: está rodeado de dúas membranas, e no seu interior hai unha zona máis densa aos electróns (no microscopio electrónico) chamada nucleolo. Da súa membrana saen unha serie de cisternas que constitúen o retículo endoplasmático.

No núcleo atópase a cromatina e os cromosomas, é onde se realiza a replicación do AND e donde se produce a expresión do ácido ribonucléico. A maioría das células adoitan ser diploides (cada xen está repetido 2 veces) pero as células sexuais son aploides.

18

1.4. A célula Eucariota:c) Núcleo:

O nucleolo é unha zona que contén gran cantidade de ácido nucléico, y é donde se ensamblan os ribosomas.

O núcleo ten unha membrana nuclear interna e outra externa. Esta contén uns buratos chamados poros nucleares polos que intercambia materiais entre o núcleo e o citoplasma (proteínas e ácidos nucléicos).

As funcións do núcleo son sintetizar os ácidos nucleicos (ADN e ARN) e conter o material hereditario. Ademáis regula o funcionamento coordinado de todos os procesos e orgánulos da célula.

19

1.4. A célula Eucariota:d) Orgánulos transductores de energía: son as mitocondrias e os cloroplastos. A súa función é a produción de enerxía a partir da oxidación da materia orgánica (mitocondrias) ou de enerxía luminosa (cloroplastos).

- Mitocondrias: Existen mútiples copias nunha célula. Están separadas do citoplasma por unha menbrana externa e unha interna, de diferente porosidade, a externa é máis porosa que a interna.

A membrana interna presenta unha serie de crestas (plegues) que fan que a membrana interna sexa maior que a externa.

A parte entre membranas coñécese como espazo intermembranal.

A parte interior é a matriz mitocondrial, onde está a parte soluble. A matriz mitocondrial ou mitosol contén menos moléculas que o citosol, aínda que contén iones, metabolitos a oxidar, ADN circular bicatenario moi parecido ao das bacterias, ribosomas tipo 55S (70S en vexetais), chamados mitorribosomas, que realizan a síntese dalgunhas proteínas mitocondriales (exclusivas da mitocóndria), e contén ARN mitocondrial; é dicir, teñen os orgánulos que tería unha célula procariota de vida libre.

Ainda que as mitocóndrias sintetizan as súas propias proteínas tamén utilizan moitas proteínas da célula.

20

1.4. A célula Eucariota:d) Orgánulos transductores de energía:

- Mitocondrias:

A función principal das mitocondrias é realizar a respiración mitocondrial, onde uns materiais (os nutrientes que chegan á célula) son oxidados para obter enerxía (sintetizan a enerxía en forma de ATP). Nas mitocóndrias consúmese o 90% do osíxeno que chega á célula e é onde se produce a maior parte da enerxía. Aínda que nas células vexetais tamén se obtén nos cloroplastos.

Deste xeito, na matriz mitocondrial teñen lugar diversas rutas metabólicas clave para a vida, como o ciclo de Krebs e a beta-oxidación dos ácidos grasos; tamén se oxidan os aminoácidos e localízanse algunhas reaccións da síntese de urea e grupos hemo.

21

1.4. A célula Eucariota:d) Orgánulos transductores de energía:

- Cloroplastos: atópanse nas células vexetáis, neles realízase a fotosíntesis, que permite á célula vexetal obter glugosa, e polo tanto, enerxía a partir da luz solar.

Os cloroplastos están limitados por unha envoltura formada por dúas membranas concéntricas e dentro conteñen uns sáculos delimitados por outra membrana, os tilacoides, onde se atopan organizados os pigmentos e demais moléculas que converten a enerxía lumínica en enerxía química (clorofila, carotenoides e xantófilas). Cando os tilacoides se apilan en forma de sacos apilados coñécense como tilacoides de Grana, neles prodúcese enerxía en forma de ATP a partir da luz solar (conteñen enzimas que captan a luz).

A parte soluble dos cloroplastos chámase estroma. Onde se levan a cabo reaccións de fixación de CO2. conten ADN circular bicatenario, ribosomas (tipo 70S, como os bacterianos), gránulos de almidón, lípidos e outras substancias.

Durante o día a energía na célula vexetal prodúcena os cloroplastos e pola noite as mitocóndrias, polo proceso de respiración mitocondrial.

22


e) Retículo endoplasmático: da membrana externa do núcleo saen unha serie de membranas chamadas retículo endoplasmático.

Divídese en dúas partes, unha cuberta por ribosomas (R. endo. rugoso) e outra sen eles (R. endo. Liso).

A función do retículo endoplasmático é a modificación de proteínas e o seu transporte ao exterior da célula. Estas proteínas que se transportan ao exterior chámanse proteínas secrectoras.

As proteínas sintetízanse nos ribosomas pero estas proteínas secrectoras sintetízanse nos ribosomas que están pegados ao retículo endoplasmático rugoso e pasan ao liso onde son expulsadas ao exterior.

Deste xeito, o RE rugoso, grazas aos ribosomas, sintetiza algunhas proteínas da célula. Dende o núcleo o ADN (ARN) pasa polos ribosomas do RE rugoso, transformándose en proteínas, e un extremo do retículo despréndese, quedando así unha vesícula de transición con proteínas sintetizadas no seu interior.

Ademais o RE liso produce algúns dos lípidos máis importares das células: o colesterol e os fosfolipidos.

23


f) Aparato de Golgi: son unha serie de membranas apiladas en forma de sacos, (xeralmente hai entre 3 e 8 sacos apilados).

É unha continuación do retículo endoplasmático, do cal saen unha serie de vesículas membranosas cargadas de poteínas cuxas membranas se funden co Aparato de Golgi, onde esas proteínas se seguiran modificando. Esta parte do aparato de Golgi chámase Golgi cis. E é a parte máis interna e máis próxima ao retículo endoplasmático.

Do aparato de Golgi despréndense na parte final unha serie de vesículas que conteñen enzimas hidrolíticas chámanse lisosomas e se as enzimas son oxidativas son peroxisomas. Esta parte máis externa do aparato de Golgi coñécese como Golgi trans.

Deste xeito, o Aparato de Golgi recibe proteínas inmaturas dende o RE, mediante estas vesícula de transición. Esta vesícula pasan polo aparato de Golgi e este selecciónaas e liberaas a diferentes destinos que poden ser:

- quedar no citoplasma como lisosomas,

- formar un corpo residual e ser eliminado da célula mediante exositosis (fúndese a membrana da vesícula coa membrana celular e saen ao exterior

- xerar unha vesícula reparadora de membrana.

24


g) Lisosoma: É unha vesícula que se forma no aparato de Golgi e contén enzimas hidrolíticos. Ten forma esférica e caracterízase por ter unha soa membrana. Os lisosomas conteñen diferentes enzimas dixestivas, as cales degradan sustancias. Estas sustancias poden vir do interior ou do exterior da célula.

h) Peroxisomas: Os peroxisomas son vesículas moi parecidas aos lisosomas, pero conteñen enzimas oxidativos e teñen unha función distinta. Os peroxisomas conteñen enzimas q degradan sustancias tóxicas, formando auga osixenada con elas. A auga osixenada tamén é daniña para a célula ,pero os peroxisomas poden destruíla separándoa en auga e osixeno.

i) Centriolos: son un par de estruturas proteicas en forma de cilindro. En xeral atópanse dous por célula. Cumpren unha función moi importante na división celular.

j) Vacuolas: Son características das células vexetais, aínda que nas células animais tamén se atopan, pero moitísimo máis pequenas e en menor cantidade. Nas células vexetais as vacuolas son grandes e chegan a ocupar ao redor dun 40% do volume celular nestas. Compóñenas unha membrana chamada tonoplasto (sostén á vacuola) e unha sustancia fluída a base de auga e solutos. Participan no almacenamento de auga, encimas, produtos de secreción e refugallos.

25


k) Estructuras carentes de membranas: están también en el citoplasma y son los ribosomas, e o citoesqueleto

- Ribosomas: non teñen membrana, son asociacións de ácidos nucleicos e proteínas. Conteñen polo tanto material xenético e a súa función é sintetizar proteínas. Nas célulass eucariotas son maiores que nas procariotas. Están formados por dúas subunidades onde a maior ten un coeficiente de sedimentación de 60s e a menor de 40s.

- Citoesqueleto: é un orgánulo e tamén é un entramado tridimensional de proteínas., ademáis de permitir o movemento das moléculas e orgánulos no citoplasma. Organiza as estruturas internas e intervén nos fenómenos de transporte, tráfico e división celular.

Nas células eucariotas, consta de filamentos de actina, filamentos intermedios, microtúbulos e septinas mentres que nas procariotas é máis simple e está constituído principalmente polas proteínas estruturais FtsZ e MreB.

O citoesqueleto é unha estrutura dinámica que da dureza, elasticidade e mantén a forma da célula, facilita a mobilidade celular (usando estruturas como os cilios e os flaxelos), e desempeña un importante papel tanto no tráfico intracelular (por exemplo, os movementos de vesículas e orgánulos) com na división celular.

26


27

1.1. La célula:

Comparativa entre células eucariotas y procariotas

Eucariotas ProcariotasPosee núcleo verdadero ( con membrana nuclear)

No posee núcleo definido

Tiene cromosomas que contienen el material genético, una asociación de proteínas y ADN.

El material genético consiste en una molécula única de ADN circular disperso en el protoplasma.

son animal, vegetal y hongos. Y dentro de las eucariotas están: la célula vegetal y la célula animal

Son bacterias y cianobacterias

posee una pared celular, al exterior de la membrana plasmática.

no tiene pared celular

tiene grandes vacuolas tiene vacuolas muy pequeñas

tienen forma regular tienen forma irregular

Ambas poseen membrana celular, que rodea a la célula

Ambas tienen ribosomas

Ambas poseen citoplasma28

1.1. La célula:• Hay diferentes tipos de transportes a través de la membrana.• TRANSPORTE PASIVO: es cuando el en el transporte no hay uso de energía y va a favor de la

gradiente de concentración. Va de mayor a menor. Hay dos tipos de transportes pasivos:• transporte pasivo simple o difusión simple: lo llamamos así, si las sustancias pasan por la

bicapa de fosfolípidos.• transporte pasivo facilitado o difusión facilitada: lo llamamos así, si las proteínas

transportadoras de la membrana facilitan la entrada de algunas sustancias.• Osmosis: es el paso de agua a través de la membrana semipermeable.• La célula siempre busca el equilibro entre el medio extracelular y el citoplasma.• TRANSPORTE ACTIVO : es cuando el en el transporte hay uso de energía y va en contra de la

gradiente de concentración. Va de menor a mayor. • TRANSPORTE EN MASA: esto sucede con las partículas grandes que no pueden atravesar la

membrana. Se divide en endocitosis y exocitosis.• - endocitosis: sucede cuando las partículas se fijan en la membrana, la cual las embolsa en una

vesícula endosística, para luego penetrar en la célula. La endocitosis puede ser tipo: fagocitosis (si se trata de microorganismos o sustancias sólidas) o pinocitosis (si se trata de macromoléculas o sustancias semisólidas o liquidas).

• - exositosis: sucede cuando las sustancias contenidas en vesículas son liberadas, a través de la fusión de estas, a la membrana .

29

ud1.ppt

Documents