Uniones Celulares y Metabolismo Celular

Especializaciones de la Membrana

Interdigitaciones:
- Invaginaciones y evaginaciones de la membrana celular de células contiguas.
- Aumentan la superficie de membrana para favorecer la cohesión y el transporte de líquidos y electrolitos.
Microvellosidades:
- Presentes en el epitelio digestivo.
- Red terminal de filamentos de actina.

Uniones Celulares

Tipos de Uniones Celulares:
- Unión oclusiva o estrecha.
- Unión de anclaje.
- Unión comunicante.

Unión Oclusiva o Estrecha

Componentes: Polímeros de las proteínas ocludina y claudina en células epiteliales.
Localización: Lado basolateral y lado apical de las células.

Uniones de Anclaje

Función: Permiten la adhesión celular célula-célula y célula-matriz extracelular.
Tipos:
- Unión adherente.
- Desmosoma.
- Hemidesmosoma.
- Adhesión focal.

Unión Adherente

Componentes: Cateninas, filamentos de actina, cadherinas, membrana plasmática.

Desmosoma

Componentes: Desmoplaquina, cadherina, filamento intermedio, plakoglobina, $Ca^{2+}$ . Ubicado en el pole apical de la célula.

Hemidesmosoma

Componentes: Filamentos intermedios, plectina, integrina, matriz extracelular, lámina basal, BPAG1, BPAG2.

Adhesión Focal

Componentes: α-actinina, filamento de actina, vinculina, talina, integrina, matriz extracelular.
Implicaciones: Biología molecular de la célula (Alberts B y et al, 2010).

Uniones Comunicantes o Nexus (Gap Junctions)

Estructura:
- Canal gap-junction.
- Conexón formado por subunidades de conexina.
- Dominios transmembrana (M1-M4), loops extracelulares (E1 y E2), loop citoplasmático (CL), dominios terminales (N y C).
Regulación:
- Abierto en condiciones de bajo $Ca^{2+}$ o alto pH.
- Cerrado en condiciones de alto $Ca^{2+}$ o bajo pH.

Patologías Asociadas a Uniones Celulares

Pénfigo Ampolloso:
- Debilitamiento de los hemidesmosomas.
- Enfermedad ampollosa autoinmune.
- Autoanticuerpos dirigidos contra proteínas de los hemidesmosomas (BP230 y BP180).

Respiración Celular

Definición: Proceso catabólico de degradación de moléculas para liberar energía (ATP).
Localización:
- Células eucariotas: citosol y/o mitocondria.
- Células procariotas: citosol y/o mesosomas.
Tipos:
- Respiración aeróbica (presencia de oxígeno).
- Respiración anaeróbica (ausencia de oxígeno).

Componentes Importantes

Adenosín trifosfato (ATP).
Nicotinamida adenina dinucleótido (NADH).
Flavina adenina dinucleótido (FADH2).

Glucólisis

Definición: Degradación de glucosa (C6) a dos moléculas de ácido pirúvico (PYR) (C3).
Localización: Hialoplasma de la célula.
Proceso: Anaeróbico.
Rendimiento: Por cada molécula de glucosa, se obtienen 2 ATP y 2 NADH + $H^{+}$ .
Reacción:
- $GLU + 2NAD^{+} + 2ADP \rightarrow 2NADH + 2ATP + 2PYR$

Etapas de la Glucólisis

Inversión.
Producción.

Etapa de Inversión

Consumo de 2 ATP.
- Fosforilación.
- Isomerización.
- Rutas:
  - Glucosa a Glucosa-6-fosfato
  - Fructosa-6-fosfato a Fructosa-1,6-bifosfato

Etapa de Producción

Ganancia de 2 ATP, 2 NADH + H+, y 2 piruvatos.
Oxidación y fosforilación.
- Gliceraldehído-3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato
Fosforilación a nivel de sustrato
- 1,3-bisfosfoglicerato a 3-fosfoglicerato
Isomerización
- 3-fosfoglicerato a 2-fosfoglicerato
Deshidratación
- 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato (PEP)
Fosforilación a nivel de sustrato
- Fosfoenolpiruvato (PEP) a Piruvato

Balance Energético Parcial de la Glucólisis

Energía consumida: -2 ATP.
Energía producida: 4 ATP + 2 NADH.
Balance total: 2 ATP y 2 NADH.

Respiración Aeróbica

Definición: Proceso catabólico que usa oxígeno para producir energía a partir de carbohidratos.
Localización: Mitocondria.

Estructura de la Mitocondria

Matriz mitocondrial: Agua, proteínas hidrosolubles, ADN, ARN, enzimas, iones.
Membrana mitocondrial externa: Contiene porinas, permeable al agua, iones y sacarosa (Proteína/lípido 1:1).
**Espacio intermembrana.
Membrana mitocondrial interna: Contiene ATP-sintetasa, proteínas de la cadena respiratoria, enzimas de la fosforilación oxidativa y transferasas (Proteína/lípido 3:1), impermeable a iones y a sacarosa.
Partículas elementales (F1): Complejos ATP-sintetasa, protones de hidrógeno.

Etapas de la Respiración Aeróbica

Glucólisis (citosol).
Descarboxilación del piruvato (matriz mitocondrial).
Ciclo de Krebs (matriz mitocondrial).
Cadena transportadora de electrones (membrana interna).
Fosforilación oxidativa (membrana interna).

Descarboxilación del Ácido Pirúvico

Reacción:
- 2 Ácido pirúvico + 2 CoA + 2 $NAD^{+}$ → 2 Acetil-CoA + 2 $CO_2$ + 2 NADH + 2 $H^{+}$ .

Ciclo de Krebs

Por cada Acetil-CoA:
- 3 NADH
- 1 $FADH_2$
- 1 GTP
- 2 $CO_2$
Por cada glucosa:
- 6 NADH
- 2 $FADH_2$
- 2 GTP
- 4 $CO_2$

Cadena Transportadora de Electrones y Fosforilación Oxidativa

Componentes:
- Complejo I (NADH deshidrogenasa).
- Complejo II (Succinato deshidrogenasa).
- Complejo III (Citocromo bc1).
- Complejo IV (Citocromo oxidasa).
- Complejo V (ATP sintasa).
- Coenzima Q
- Citocromo c
Proceso:
- NADH cede electrones al complejo I, generando 3 ATP.
- $NADH \rightarrow NAD^{+}$ cede electrones al complejo I
- $FADH_2$ cede electrones al complejo II, generando 2 ATP.
- $FADH_2 \rightarrow FAD$ cede electrones al complejo II
- Los electrones liberan energía para bombear iones de hidrógeno ( $H^{+}$ ) de la matriz mitocondrial al espacio intermembrana a través de los complejos I, III y IV. Estos iones regresan a la matriz a través de la ATP sintasa, impulsando la síntesis de ATP.
- El oxígeno (O2) acepta los electrones al final de la cadena, formando agua ( $H_2O$ ).

Balance Energético

Glucólisis: 2 ATP, 2 NADH (6 ATP)
Ácido Pirúvico a Acetil CoA: 2 NADH (6 ATP)
Ciclo de Krebs: 2 ATP, 6 NADH (18 ATP), 2 $FADH_2$ (4 ATP)
Total: 36 o 38 ATP.
En algunas células, el costo energético de transportar electrones desde el NADH formado en la glucólisis, a través de la membrana interna del mitocondrio, baja la producción neta de estos 2 NADH a 4 ATP; así, la producción máxima total en estas células es 36 ATP.

Lanzaderas

Glicerol fosfato.
Malato-Aspartato.

Respiración Anaeróbica (Fermentación)

Definición: Proceso catabólico que degrada moléculas complejas en ausencia de oxígeno.
Condiciones: Anaeróbicas.
Localización: Citosol.
Transformación: El ácido pirúvico se transforma sin degradarse completamente a $CO<em>2$ y $H</em>2O$ , recuperando $NAD^{+}$ .
Tipos:
- Fermentación láctica.
- Fermentación alcohólica.

Fermentación Láctica

Conversión de ácido pirúvico a ácido láctico.
- $Ácido\ pirúvico + NADH + H^{+} \rightarrow Ácido\ láctico + NAD^{+}$

Fermentación Alcohólica

Formación de etanol a partir de azúcares.

Patologías Asociadas

Alteraciones en la fosforilación oxidativa por defectos en el ADNn o ADNmt, afectando la producción de ATP.
Ejemplos de enfermedades:
- Sordera neurosensorial (mutaciones en ARNr).
- Encefalopatía mitocondrial, acidosis láctica y accidentes cerebrovasculares (MELAS) (mutaciones en ARNt).
- Epilepsia mioclónica con fibras rojas rasgadas (MERRF) (mutaciones en ARNt).
- Neuropatía óptica hereditaria de Leber (LHOH) (mutaciones en subunidades de la OXPHOS).
- Síndrome de Leigh (mutaciones en subunidades de la OXPHOS).

Resumen de las Uniones Celulares

Adhesiones focales: Unen los filamentos de actina a la matriz extracelular (Integrinas).
Hemidesmosomas: Unen los filamentos intermedios a la matriz extracelular (Integrinas).
Uniones comunicantes: Permiten el paso de iones y moléculas hidrosolubles (Conexinas).
Desmosomas: Unen los filamentos intermedios de células adyacentes (Cadherinas).
Uniones adherentes: Unen los haces de actina de células adyacentes (Cadherinas).
Uniones oclusivas: Sella la unión entre dos células vecinas (Claudinas).