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MODULO III UNIDAD 1 CAPITULO 2
Nos ubicamos en una hipotética célula promedio y asistimos a la colección de organelos que nos muestra el esquema á. Nos hemos metido por una membrana que resultó permeable a nuestro paso. Hemos asistido en ese momento a un flujo de materia, como ingreso y egreso de nutrientes a metabolizar y de desechos a descartar. Por ejemplo ha ingresado cerca nuestro, por absorción por la pared o membrana celular que tuvo millones de años para aprender a lograrlo bien, una molécula disuelta en agua del nutriente glucosa, que es un azúcar. La cualidad más notable de esa pared es su fluidez. Las paredes de mampostería jamás se podrían comparar con un fluido. Entonces esa membrana, que permite ciertos ingresos y ciertos egresos y otros no, es una "pared" distinta, que proteje pero que tambien deja pasar. Debajo de la lengua de la boca, el ser humano constata una fluidez macroscópica semejante, que admite la sorción de gotas con macromoléculas en suspensión, que así ingresan al organismo.
Acá hablamos no de miles de células como las que vimos al microscopio, que admiten que la gota pase a la sangre, sino de una única célula sedienta de nutrientes disueltos o en suspensión, que tiene una membrana fluida que la recubre. Uno podría dibujar una membrana con alto orden topológico, definido por la predectibilidad a largo alcance del sitio donde están ubicados sus elementos constitutivos,
dibujo. una horquilla muchas horquillas doble capa lipídica
pero esa membrana es impermeable y la célula se muere de sed.. Si ahora le imponemos un orden biológico no exclusivamente topológico (módulo I),
dibujo. ------una horquilla --------muchas horquillas--------- doble capa lipídica.
estaremos en el correcto camino imaginativo. Cada horquilla del dibujo es una macromolécula de lípido, que es la primera biomacromolécula que vamos a considerar. En química aprendemos que cuando dos moléculas líquidas (o por lo menos una de ambas líquida) tienen constituciones químicas parecidas (por ejemplo, las dos son no-polares) resultan ser mutuamente solubles. En una macromolécula dibujada sobre el papel tenemos que adquirir la habilidad mental de imaginar qué partes se "aman" y qué partes se "rechazan".
dibujo -- esta parte de la horquilla es hidrofílica -- esta es hidrofóbica
la parte hidrofílica es más o menos fluida si es más o menos insaturada; el mayor número de dobles ligaduras provoca que la membrana pasa a ser más fluida.
Burbuja: si hace frío, necesitamos más dobles ligaduras que si hace calor
Dos preguntas: ¿Hay alguna posibilidad que esa membrana se autoorganice, sin necesitar un reglamento especial de armado? ¿No bastará con fabricar muchas biomacromoléculas de lípido para que ellas solas formen la doble cadena lipídica que dibujamos?
Chou, a esta altura usted tiene que proponer, pensándolo, un sistema de control para que nuestro microorganismo pueda beber (esto es lograr fluidez en su membrana) en condiciones ambientales de frío y de calor. Usted tiene que proponer qué pasa, en base al módulo II, con un microorganismo que no tiene capacidad para beber cuando hace frío. Escriba todo su razonamiento y compárelo con el de fin de módulo.
Otra pregunta: ¿beber por difusión por la pared es la única manera de alimentarse de una bacteria heterótrofa?
(Ver foto del microorganismo pequeño tragandose al grandote)
CRUEL DESTINO PARA LA DULCE GLUCOSA
Usted la conoce a la glucosa, se la suele llamar glucolín en las farmacias. Supongamos que ya la glucosa disuelta que ha sido arrastrada o que ha difundido hasta las cercanías de la membrana celular, ha sido reconocida por la membrana y ha superado la amigable barrera de lípidos fluidos. Es el alimento del microorganismo, que logrará extraerle su energía química. ¿Qué pasaría si la quemara con oxígeno en el interior de la célula? ¿No habrá alguna posibilidad de evitar el inconveniente que a usted se le ha ocurrido si su pensamiento va bien orientado? Contestación en el solucionario.
El destino de la glucosa en la célula heterotrófica es en dirección de su cremación. Su destino, final depende de la cantidad de oxígeno capaz de ser utilizado por los ciclos metabólicos. Puede terminar en gas carbónico, en ácido láctico o en alcohol etílico y agua líquida. La fuerza impulsora de ese quemado es transformar la energía química del nutriente como energía química del ATP, la moneda de la energía, que es el combustible ideal de los diferentes ciclos metabólicos. La energía es el recurso escaso de casi todas las actividades vitales.
Otra conclusión que no está explícita en lo expuesto es cómo se logra
la combustión de a pasos de la glucosa en CO2
LAS PROTEINAS SIEMPRE PRESENTES. El papel de esas proteínas no puede
menos que maravillarnos, ya que en una célula a 20ºC (293 K) se logra
lo que en el laboratorio del químico requiere mucho mayor temperatura.
Lo menos que necesita el bioquímico es un fósforo encendido para lograr
quemar glucosa.
Entonces las segundas biomacromoléculas con las que nos encontramos
en nuestro viaje imaginario por la célula son estas proteínas, con
sus encadenamientos de amino- ácidos. Sus estructuras ternarias y
cuaternarias garanten su actividad catalítica, aceleradora de la velocidad
de reacción a temperatura tan bajas que el químico queda genuinamente
asombrado. La presencia o la ausencia de estas proteínas gobierna
el funcionamiento de ciclos metabólicos tales como el de la fermentación
de la glucosa, típico de muchos otros. Relacionada con el encadenamiento
de esos amino-ácidos en forma de proteínas macromoleculares, está
toda la complejidad de las macromoléculas informáticas, que es de
lejos el tema de los temas biológicos y que corresponde estudiar como
punto clave del cuartito donde estamos ahora, Chou.
FLUJO DE ENERGIA. Otro tipo de flujo que observamos durante nuestro
hipotético viaje intercelular es el flujo de energía. Cada vez que
una molécula se convierte en otra, suele quedar un sobrante de energía
que estaba oculta en las ligaduras químicas que sufrieron cambio durante
la reacción. La descomposición controlada de la glucosa en CO2
(o en alcohol)
DIFUSION ACTIVA. Muchos de los nutrientes requeridos para el crecimiento
celular son demasiado grandes o altamente cargados para pasar librmente
a través de la membrana externa. Además, estos compuestos a menudo
deben moverse en contra de un gradiente de concentraciones para entrar
a la célula. Deben ir desde donde hay pocos hasta donde hay muchos,
antinaturalmente. Las difusiones activas o "bombas" (como la bomba
de sodio-potasio) logran que las moléculas se desplacen aparentemente
en contra de la naturaleza. ¿Cómo lo logran? Con fuerzas atractivas
que se crean en los materiales de la bomba y con la ayuda de la moneda
de energía, el ATP, ubicada muy cerca de esos sitios casi mágicos.
La catálisis que transforma algo que no pasa en algo que sí puede
pasar y una vez del otro lado retoma la estructura que antes tenía.
Para conseguirlo finalmente la "alta tecnología" consigue la colaboración
de millones de años de ensayos evolutivos para descubrir recetas heredables
de cómo hacer un bombeado aparentemente antinatural, que finalmente
no lo es.
Fig 4.5 de Lim con la siguiente traducción al texto-- Modelos de difusión
activa con la ayuda de carriers o transportadores.-- (a) Se observa
que aquí el transporte es natural: el carrier, sin necesidades especiales
de energía, reconoce y adsorbe la molécula deseada donde hay muchas
y por un mecanismo de desorción la libera donde hay pocas.-- (b) Normalmente
tendría que operar al revés, pero gastando la moneda de energía, trabaja
tal como se la necesita.-- (c) Afuera se llama glucosa y adentro se
llama glucosa-fosfato, porque mientras atraviesa la membrana, la molécula
ha sido cambiada. Entonces todas las moléculas de glucosa del interior
obsevan el ingreso de parientes disfrazados. Fosforilar cuesta energía,
pero de todos modos hace falta fosforilar por otros motivos, que son
ingresar en un ciclo.
OSMOSIS. El agua, que es abundante fuera de las raíces y tiene comparativamente
pocos solutos frente a los que hay en el interior, pasa naturalmente,
por difusión pasiva, desde donde hay mucha agua (afuera de la raíz)
hasta donde hay poca (dentro de la raíz). Aquí la única magia es
que la membrana debe ser semipermeable para los ingredientes necesarios:
que deje pasar de ida a los solutos nutritivos de la tierra, pero
que no los deje volver. El agua migra desde la zona hipotónica (pocos
solutos) a la hipertónica (muchos solutos). En medicina y en cultivos
se usan soluciones isotónicas (0,9 % de cloruro de sodio en agua)
para garantir que no se vuelvan turgentes por demás las células, más
allá de la resistencia mecánica de las membranas. El mecanismo de
la ósmosis ayuda a entender los ciclos diarios de turgencia y de flaccidez
de los tejidos vegetales: al evaporarse el agua de las hojas las células
tienden a ser fláccidas o deshinchadas para reponer el agua perdida;
de noche ocurre lo contrario. Tambien permite reconocer las graves
dificultades de un pez de agua dulce, que se ve enfrentado con el
problema de eliminar el continuo flujo de agua que le entra sin perder
sus valiosos constituyentes y sus nutrientes solubles. La evolución
tuvo que inventar para los primitivos peces que se decidieron a meterse
en los ríos, los riñones que ahora tenemos sus sucesores (regla 12).
FLUJO DE INFORMACION. Existe todavía un tercer tipo de flujo. Resulta
ser de tremenda importancia para la comprensión de la actividad total
de las moléculas en el interior de la célula. Se trata del flujo de
información. Por información entendemos en general capacidad de sorpresa
(datos diferentes de los esperados) y en particular los reglamentos,
las recetas, los planos de armado, las guías, las "direcciones y teléfonos",
los mensajes, las acotaciones prácticas por las cuales el microorganismo
"sabe" qué moleculas desarmar o usar para el armado de otras y qué
moléculas realmente necesita. Entre esos reglamentos, no debe haber
un reglamento de armado (módulo I) pues le damos a la vida millones
de años para que consiga acciones vitales autoorganizadas, sin tareas
adicionales dificultosas de controlar. Nótese que esto último indica
que hay órdenes biológicos que no siempre buscan mayor y mayor complejidad,
sino a veces una simplicidad que no es infantil sino madura. Es razonable,
por otra parte, que conseguir plasmar un reglamento de armado no
autoorganizado es una tarea demasiado difícil
La solución la proveen las proteínas que sí se pueden autoorganizar
(inhibición por contacto, proteínas chaperonas, cdc2, neuroglias
que asisten a las neuronas, etc.). Reflexionando un poco, tampoco
la vida se hace demasiado problema en "saber" realmente qué necesita
y qué no necesita. A gran velocidad arma y desarma todo tipo de proteínas,
con información de su mensaje genético, de manera que al poco tiempo
es probable que aparezca aquella proteína que necesita, que usa un
tiempo y que desconstruye. Al dejar de usarse, quizás la cadena proteica
no sea ya otra cosa que una serie de eslabones desarmados. Algunas
proteínas que a una cierta altura no deben aparecer (si hace frío,
por ejemplo, no podrán fabricar lípidos demasiado saturados para armar
membranas de doble capa), deberán frenarse en su construcción. Sin
embargo, construir para destruir es una ineficiencia que se puede
pagar con la eliminación de la especie demasiado generosa en hacerlo
(principio de Gause).
El microorganismo tiene millones de años para solucionar ese tema,
como tantos otros.
Queda claro que el flujo de información es el sistema por el cual
una célula o un microorganismo
*almacena la receta para macromoléculas de proteínas específicas y
*consigue luego que esas macromoléculas se armen y
Así como en la neurona hay descargas de corriente eléctrica generadas
en un extremo de esa célula y que se transmite al otro extermo para
conectarla con otra neurona consecutiva, sirviendo la electricidad
como vía de información, se han publicado descripciones de dispositivos
análogos que existen en un organismo unicelular, en cuyo interior
se generan y se transmiten flujos eléctricos. En general, existen
sistemas de control de las actividades metabólicas de la célula. Ese
flujo de información es el que discrimina la actividad biológica
del resto de las actividades naturales abióticas. Decimos naturales
porque el ser humano está tratando de copiar esos sistemas en forma
artificial, en su nueva ciencia y tecnología informáticas. Si usted,
Chou, conoce algo de computación, trate de pensar parecidos entre
ambas informáticas, la natural de las células y la artificial de las
computadoras. Respuesta al final del módulo.
Repetimos que el núcleo de la biología molecular consiste en el estudio
de la información, representada molecularmente, existente en las células,
con especial referencia a su duplicación y distribución.
CONCLUSIONES RAZONADAS
Nótese que el núcleo del mensaje del módulo I y éstet del módulo III se complementan.
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Actualización 23 Febrero 2001