5.11: Conclusión del estudio de caso: Cansado y resumen de capítulos

Conclusión del Estudio de Caso: Más que Cansado

Jasmin descubrió que su fatiga extrema, dolor muscular, problemas de visión y vómitos se debían a problemas en sus mitocondrias. Las mitocondrias son pequeños orgánulos unidos a la membrana que se encuentran en las células eucariotas que proporcionan energía a las células del cuerpo. Lo hacen llevando a cabo los dos últimos pasos de respiración celular aeróbica, el ciclo de Krebs, y el transporte de electrones, que es la principal manera en que el cuerpo humano descompone el azúcar glucosa de los alimentos en una forma de energía que las células pueden usar, es decir, la molécula ATP.

Figura\(\PageIndex{1}\): Estructuras mitocondriales. Se puede ver la membrana externa, la membrana interna con cristae, el espacio intermembrana y la matriz con gránulos, ribosomas y ADN mitocondrial. La ATP sintasa se localiza en la membrana interna.

Debido a que las mitocondrias proporcionan energía para las células, probablemente puedas ver fácilmente por qué Jasmin estaba experimentando una fatiga extrema, particularmente después de correr. Sus mitocondrias dañadas no pudieron mantenerse al día con su necesidad de energía, particularmente después de un ejercicio intenso que requiere mucha energía adicional. Lo que quizás no sea tan obvio son las razones de sus otros síntomas, como visión borrosa, espasmos musculares y vómitos. Pero todas las células del cuerpo requieren energía para funcionar correctamente. Las enfermedades mitocondriales pueden causar problemas en las mitocondrias en cualquier célula del cuerpo, incluidas las células musculares y las células del sistema nervioso, que incluye el cerebro y los nervios. El sistema nervioso y los músculos trabajan juntos para controlar la visión y las funciones del sistema digestivo, como los vómitos, por lo que cuando no están funcionando correctamente, pueden surgir una variedad de síntomas. Esto también explica por qué la sobrina de Jasmin, que también tiene enfermedad mitocondrial, presenta síntomas relacionados con la función cerebral, como convulsiones y discapacidades de aprendizaje. Nuestras células son microscópicas y las mitocondrias son aún más pequeñas, pero son esenciales para el correcto funcionamiento de nuestros cuerpos y cuando se dañan, pueden ocurrir efectos graves en la salud.

Un aspecto aparentemente confuso de las enfermedades mitocondriales es que el tipo de síntomas, la gravedad de los síntomas y la edad de inicio pueden variar enormemente entre las personas, ¡incluso dentro de la misma familia! En el caso de Jasmin, no notó síntomas hasta la edad adulta, mientras que su sobrina presentó síntomas más severos comenzando a una edad mucho más temprana. Sin embargo, esto tiene sentido cuando se sabe más sobre cómo funcionan las enfermedades mitocondriales.

Las enfermedades mitocondriales heredadas pueden deberse a daños ya sea en el ADN en el núcleo de las células o en el ADN en las propias mitocondrias. Recordemos que se cree que las mitocondrias evolucionaron a partir de organismos procariotas que alguna vez fueron de vida libre, pero luego infectados o fueron engullidos por células más grandes. Una de las pruebas que sustentan esta teoría endosimbiótica es que las mitocondrias tienen su propio ADN separado. Cuando el ADN mitocondrial está dañado o mutado, puede resultar en algunos tipos de enfermedades mitocondriales. Sin embargo, estas mutaciones no suelen afectar a todas las mitocondrias en una célula. Durante la división celular, orgánulos como las mitocondrias se replican y se transmiten a las nuevas células hijas. Si algunas de las mitocondrias están dañadas, y otras no, las células hijas pueden tener diferentes cantidades de mitocondrias dañadas. Esto ayuda a explicar la amplia gama de síntomas en personas con enfermedades mitocondriales, incluso en la misma familia porque diferentes células en sus cuerpos se ven afectadas en diferentes grados. La sobrina de Jasmin se vio fuertemente afectada y sus síntomas se notaron temprano, mientras que los síntomas de Jasmin fueron más leves y no se hicieron evidentes hasta la edad adulta.

Aún queda mucho más por descubrir sobre los diferentes tipos de enfermedades mitocondriales. Pero al aprender sobre las células, sus orgánulos, cómo obtienen energía y cómo se dividen, ahora debería tener una mejor comprensión de la biología detrás de estas enfermedades. Aplica tu comprensión de las células a tu propia vida — ¿puedes pensar en otras enfermedades que afectan las estructuras o funciones celulares, tal vez incluso que afecten a personas que conoces? Dado que todo tu cuerpo está hecho de células, cuando están dañadas o no funcionan correctamente puede ocasionar una amplia variedad de problemas de salud.

Resumen del Capítulo

En este capítulo, aprendiste muchos datos sobre las células. Específicamente, aprendiste que:

• Las células son las unidades básicas de estructura y función de los seres vivos.
• Las primeras células, de corcho, fueron observadas por Hooke en los años 1600. Poco después, van Leeuwenhoek observó otras células vivas.
• A principios del siglo XIX, Schwann y Schleiden teorizaron que las células son los bloques básicos de construcción de todos los seres vivos. Alrededor de 1850, Virchow vio que las células se dividían y agregó que las células vivas surgen solo de otras células vivas. Estas ideas llevaron a la teoría celular, que establece que todos los organismos están hechos de células, todas las funciones de la vida ocurren en las células, y todas las células provienen de otras células.
• La invención del microscopio electrónico en la década de 1950 permitió a los científicos ver orgánulos y otras estructuras dentro de las células por primera vez.
• Hay variación en las células, pero todas las células tienen membrana plasmática, citoplasma, ribosomas y ADN.
  • La membrana plasmática está compuesta principalmente por una bicapa de moléculas de fosfolípidos y forma una barrera entre el citoplasma dentro de la célula y el ambiente fuera de la célula. Permite que solo ciertas sustancias pasen dentro o fuera de la celda. Algunas células tienen extensiones de su membrana plasmática con otras funciones, como flagelos o cilios.
  • El citoplasma es una solución espesa que llena una célula y está encerrada por la membrana celular. Ayuda a dar forma a la célula, sostiene orgánulos y proporciona un sitio para muchas de las reacciones bioquímicas dentro de la célula. La parte líquida del citoplasma se llama citosol.
  • Los ribosomas son pequeñas estructuras donde se elaboran las proteínas.
• Las células suelen ser muy pequeñas, por lo que tienen una relación superficie-volumen lo suficientemente grande como para mantener los procesos celulares normales. Las celdas con diferentes funciones suelen tener diferentes formas.
• Las células procariotas no tienen núcleo. Las células eucariotas tienen un núcleo así como otros orgánulos. Un orgánulo es una estructura dentro del citoplasma de una célula que está encerrada dentro de una membrana y realiza un trabajo específico.
• El citoesqueleto es un marco altamente organizado de filamentos y túbulos proteicos que entrecruzan el citoplasma de una célula. Da la estructura celular y ayuda a mantener estructuras celulares como orgánulos en su lugar.
• El núcleo es el orgánulo más grande de una célula eucariota y se considera el centro de control de la célula. Contiene ADN y controla la expresión génica, incluyendo qué proteínas produce la célula.
• La mitocondria es un orgánulo que pone la energía a disposición de las células. Según la teoría endosimbiótica ampliamente aceptada, las mitocondrias evolucionaron a partir de células procariotas que alguna vez fueron organismos de vida libre que infectaron o fueron engullidos por células procariotas más grandes.
• El retículo endoplásmico (ER) es un orgánulo que ayuda a producir y transportar proteínas y lípidos. El retículo endoplásmico rugoso (RER) está tachonado con ribosomas. El retículo endoplásmico liso (SER) no tiene ribosomas.
• El aparato de Golgi es un orgánulo grande que procesa las proteínas y las prepara para su uso tanto dentro como fuera de la célula. También participa en el transporte de lípidos alrededor de la célula.
• Las vesículas y vacuolas son orgánulos en forma de sacos que pueden usarse para almacenar y transportar materiales en la célula o como cámaras para reacciones bioquímicas. Los lisosomas y peroxisomas son vesículas que descomponen la materia extraña, las células muertas o los venenos.
• Los centriolos son orgánulos ubicados cerca del núcleo que ayudan a organizar los cromosomas antes de la división celular por lo que cada célula hija recibe el número correcto de cromosomas.
• Hay dos formas básicas en las que las sustancias pueden atravesar la membrana plasmática de la célula: el transporte pasivo, que no requiere energía; y el transporte activo, que requiere energía.
• No se necesita energía para el transporte pasivo porque ocurre cuando las sustancias se mueven naturalmente de un área de mayor concentración a un área de menor concentración. Los tipos de transporte pasivo en las células incluyen:
  • Difusión simple, que es el movimiento de una sustancia debido a diferencias de concentración sin ninguna ayuda de otras moléculas. Es así como moléculas muy pequeñas, hidrófobas, como el oxígeno y el dióxido de carbono, entran y salen de la célula.
  • Ósmosis, que es la difusión de moléculas de agua a través de la membrana.
  • Difusión facilitada, que es el movimiento de una sustancia a través de una membrana debido a diferencias de concentración pero solo con la ayuda de proteínas de transporte en la membrana, como proteínas de canal o proteínas transportadoras. Es así como las moléculas grandes o hidrófilas y los iones cargados entran y salen de la célula.
• El transporte activo requiere energía para mover sustancias a través de la membrana plasmática, a menudo porque las sustancias se están moviendo de un área de menor concentración a un área de mayor concentración o por su gran tamaño. Dos ejemplos de transporte activo son la bomba de sodio-potasio y el transporte de vesículas.
  • La bomba de sodio-potasio mueve los iones de sodio fuera de la célula y los iones de potasio hacia la célula, ambos contra un gradiente de concentración, con el fin de mantener las concentraciones adecuadas de ambos iones dentro y fuera de la célula y de esta manera controlar el potencial de membrana.
  • El transporte de vesículas utiliza vesículas para mover moléculas grandes dentro o fuera de las células.
• La energía es la capacidad de hacer trabajo y es necesaria por cada célula viva para llevar a cabo los procesos de la vida.
• La forma de energía que los seres vivos necesitan es la energía química, y proviene de los alimentos. Los alimentos consisten en moléculas orgánicas que almacenan energía en sus enlaces químicos.
• Los organismos utilizan principalmente glucosa y ATP para obtener energía. La glucosa es la forma compacta y estable de energía que es transportada en la sangre y captada por las células. El ATP contiene menos energía y se utiliza para alimentar procesos celulares.
• La respiración celular es el proceso aeróbico por el cual las células vivas descomponen las moléculas de glucosa, liberan energía y forman moléculas de ATP. Este proceso implica la glucólisis, la transformación del piruvato, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa. En general, en este proceso, la glucosa y el oxígeno reaccionan para formar dióxido de carbono y agua.
  • La primera etapa de la respiración celular, llamada glucólisis, tiene lugar en el citoplasma. En este paso, las enzimas dividen una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato, que libera energía que se transfiere a ATP.
  • El piruvato se transforma en acetil CoA en la etapa intermedia
  • La segunda etapa importante de la respiración celular, llamada ciclo de Krebs, tiene lugar en la matriz de una mitocondria. Durante esta etapa, dos giros a través del ciclo dan como resultado que todos los átomos de carbono de las dos moléculas de piruvato formen dióxido de carbono y la energía de sus enlaces químicos se almacene en un total de 16 moléculas portadoras de energía (incluidas 4 de glucólisis).
  • La tercera etapa de la respiración celular, la Fosforilación Oxidativa, tiene lugar en la membrana interna de la mitocondria. Los electrones son transportados de molécula en molécula por una cadena de transporte de electrones. Parte de la energía de los electrones se utiliza para bombear iones de hidrógeno a través de la membrana, creando un gradiente electroquímico que impulsa la síntesis de muchas más moléculas de ATP.
  • En las tres etapas de la respiración celular aeróbica combinadas, se producen hasta 36 moléculas de ATP a partir de una sola molécula de glucosa.
• Algunos organismos pueden producir ATP a partir de la glucosa por respiración anaeróbica, que no requiere oxígeno. Muchas células humanas realizan una fermentación que tampoco requiere oxígeno. Se realiza para reciclar NADH de nuevo en NAD+. Existen dos tipos: fermentación alcohólica y fermentación de ácido láctico. Ambos comienzan con glucólisis.
  • La fermentación alcohólica es realizada por organismos unicelulares incluyendo levaduras y algunas bacterias. Utilizamos fermentación alcohólica en estos organismos para elaborar biocombustibles, pan y vino.
  • La fermentación del ácido láctico es realizada por ciertas bacterias, incluyendo las bacterias en el yogur, y también por nuestras células musculares cuando se trabajan duro y rápido.
  • La respiración anaeróbica produce mucho menos ATP que la respiración celular aeróbica, pero tiene la ventaja de ser mucho más rápida.

Revisión de resumen del capítulo

1. Para las siguientes preguntas, elija si la descripción se aplica a células eucariotas, células procariotas, o ambas.
   1. Tiene una membrana nuclear
   2. Tiene una membrana plasmática hecha de una bicapa de fosfolípidos
   3. Puede estar en un organismo multicelular
   4. Tiene ribosomas
   5. Tiene un retículo endoplásmico
   6. Su ADN se replica antes de la división celular
   7. Tiene un solo cromosoma circular
   8. Tiene citoplasma que se divide en dos células hijas durante la división celular
   9. Tiene un ciclo celular que incluye interfase y mitosis
   10. El tipo de célula que más probablemente evolucionó para convertirse en mitocondrias
2. Nombrar un ejemplo de un organismo procariota y un ejemplo de un organismo eucariota.
3. Las neuronas son células del sistema nervioso que transmiten mensajes. Utilizan la energía para mantener el equilibrio de iones de sodio y potasio dentro y fuera de ellos, lo cual es crítico para su capacidad de enviar mensajes.
   1. ¿Qué tipo de transporte es este mantenimiento de las concentraciones de iones sodio y potasio — activo o pasivo? Explica tu razonamiento.
   2. ¿Qué crea la barrera entre el interior y el exterior de estas celdas?
   3. ¿Qué molécula utiliza la energía para mantener el equilibrio de iones de sodio y potasio dentro y fuera de las neuronas? Describir dos razones por las que se requiere una molécula de este tipo.
   4. ¿Qué forma de energía se utiliza en este proceso?
   5. Explica brevemente cómo la energía en los alimentos que comes llega ahí y proporciona energía a tus neuronas en la forma necesaria para impulsar este proceso.
4. Explique por qué el interior de la membrana plasmática, el lado que mira hacia el citoplasma de la célula, debe ser hidrófilo.
5. Verdadero o Falso. La respiración celular anaeróbica y aeróbica producen ATP.
6. Verdadero o Falso. La membrana celular también se puede llamar membrana plasmática.
7. Verdadero o Falso. Cada molécula de fosfolípido en la membrana celular tiene dos cabezas y una cola.
8. Verdadero o Falso. Para las celdas, un tamaño más pequeño es generalmente más eficiente.
9. Verdadero o Falso. El ADN se localiza en el núcleo de las células procariotas.
10. Verdadero o Falso. Los cilios y los flagelos sobresalen de la membrana celular pero no están hechos de membrana celular ellos mismos.
11. ¿Qué afirmación sobre la membrana celular es falsa?
    1. Encierra el citoplasma
    2. Protege y soporta la célula
    3. Mantiene todas las sustancias externas fuera de la celda
    4. Ninguna de las anteriores
12. Durante la difusión, las sustancias se mueven de un área de X? concentración a un área de Y? concentración.
    1. más alto, más bajo
    2. más bajo, más alto
    3. superior, igual
    4. inferior, igual
13. ¿Qué tipo de respiración implica el transporte de electrones?
    1. ¿Dónde ocurre este transporte de electrones dentro de la célula?
    2. La energía del transporte de electrones se utiliza para bombear iones de hidrógeno a través de una membrana. ¿Es este transporte activo o pasivo de iones hidrógeno? Explica tu respuesta.
    3. Después del proceso descrito en la parte B, los iones hidrógeno fluyen luego de una región de mayor concentración a una región de menor concentración. ¿Es este transporte activo o pasivo de iones hidrógeno? Explica tu respuesta.

Atribuciones

1. Mitocondrias porLadiofHats, Dominio público, vía Wikimedia Commons
2. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0