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MODULO III UNIDAD 1 CAPITULO 2
Nos ubicamos en una hipot�tica c�lula promedio y asistimos a la colecci�n de organelos que nos muestra el esquema �. Nos hemos metido por una membrana que result� 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 absorci�n por la pared o membrana celular que tuvo millones de a�os para aprender a lograrlo bien, una mol�cula disuelta en agua del nutriente glucosa, que es un az�car. La cualidad m�s notable de esa pared es su fluidez. Las paredes de mamposter�a jam�s se podr�an 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 macrosc�pica semejante, que admite la sorci�n de gotas con macromol�culas en suspensi�n, que as� ingresan al organismo.
Ac� hablamos no de miles de c�lulas como las que vimos al microscopio, que admiten que la gota pase a la sangre, sino de una �nica c�lula sedienta de nutrientes disueltos o en suspensi�n, que tiene una membrana fluida que la recubre. Uno podr�a dibujar una membrana con alto orden topol�gico, definido por la predectibilidad a largo alcance del sitio donde est�n ubicados sus elementos constitutivos,
dibujo. una horquilla muchas horquillas doble capa lip�dica
pero esa membrana es impermeable y la c�lula se muere de sed.. Si ahora le imponemos un orden biol�gico no exclusivamente topol�gico (m�dulo I),
dibujo. ------una horquilla --------muchas horquillas--------- doble capa lip�dica.
estaremos en el correcto camino imaginativo. Cada horquilla del dibujo es una macromol�cula de l�pido, que es la primera biomacromol�cula que vamos a considerar. En qu�mica aprendemos que cuando dos mol�culas l�quidas (o por lo menos una de ambas l�quida) tienen constituciones qu�micas parecidas (por ejemplo, las dos son no-polares) resultan ser mutuamente solubles. En una macromol�cula dibujada sobre el papel tenemos que adquirir la habilidad mental de imaginar qu� partes se "aman" y qu� partes se "rechazan".
dibujo -- esta parte de la horquilla es hidrof�lica -- esta es hidrof�bica
la parte hidrof�lica es m�s o menos fluida si es m�s o menos insaturada; el mayor n�mero de dobles ligaduras provoca que la membrana pasa a ser m�s fluida.
Burbuja: si hace fr�o, necesitamos m�s dobles ligaduras que si hace calor
Dos preguntas: �Hay alguna posibilidad que esa membrana se autoorganice, sin necesitar un reglamento especial de armado? �No bastar� con fabricar muchas biomacromol�culas de l�pido para que ellas solas formen la doble cadena lip�dica que dibujamos?
Chou, a esta altura usted tiene que proponer, pens�ndolo, un sistema de control para que nuestro microorganismo pueda beber (esto es lograr fluidez en su membrana) en condiciones ambientales de fr�o y de calor. Usted tiene que proponer qu� pasa, en base al m�dulo II, con un microorganismo que no tiene capacidad para beber cuando hace fr�o. Escriba todo su razonamiento y comp�relo con el de fin de m�dulo.
Otra pregunta: �beber por difusi�n por la pared es la �nica manera de alimentarse de una bacteria heter�trofa?
(Ver foto del microorganismo peque�o tragandose al grandote)
CRUEL DESTINO PARA LA DULCE GLUCOSA
Usted la conoce a la glucosa, se la suele llamar glucol�n en las farmacias. Supongamos que ya la glucosa disuelta que ha sido arrastrada o que ha difundido hasta las cercan�as de la membrana celular, ha sido reconocida por la membrana y ha superado la amigable barrera de l�pidos fluidos. Es el alimento del microorganismo, que lograr� extraerle su energ�a qu�mica. �Qu� pasar�a si la quemara con ox�geno en el interior de la c�lula? �No habr� alguna posibilidad de evitar el inconveniente que a usted se le ha ocurrido si su pensamiento va bien orientado? Contestaci�n en el solucionario.
El destino de la glucosa en la c�lula heterotr�fica es en direcci�n de su cremaci�n. Su destino, final depende de la cantidad de ox�geno capaz de ser utilizado por los ciclos metab�licos. Puede terminar en gas carb�nico, en �cido l�ctico o en alcohol et�lico y agua l�quida. La fuerza impulsora de ese quemado es transformar la energ�a qu�mica del nutriente como energ�a qu�mica del ATP, la moneda de la energ�a, que es el combustible ideal de los diferentes ciclos metab�licos. La energ�a es el recurso escaso de casi todas las actividades vitales.
Otra conclusi�n que no est� expl�cita en lo expuesto es c�mo se logra
la combusti�n de a pasos de la glucosa en CO2
LAS PROTEINAS SIEMPRE PRESENTES. El papel de esas prote�nas no puede
menos que maravillarnos, ya que en una c�lula a 20�C (293 K) se logra
lo que en el laboratorio del qu�mico requiere mucho mayor temperatura.
Lo menos que necesita el bioqu�mico es un f�sforo encendido para lograr
quemar glucosa.
Entonces las segundas biomacromol�culas con las que nos encontramos
en nuestro viaje imaginario por la c�lula son estas prote�nas, con
sus encadenamientos de amino- �cidos. Sus estructuras ternarias y
cuaternarias garanten su actividad catal�tica, aceleradora de la velocidad
de reacci�n a temperatura tan bajas que el qu�mico queda genuinamente
asombrado. La presencia o la ausencia de estas prote�nas gobierna
el funcionamiento de ciclos metab�licos tales como el de la fermentaci�n
de la glucosa, t�pico de muchos otros. Relacionada con el encadenamiento
de esos amino-�cidos en forma de prote�nas macromoleculares, est�
toda la complejidad de las macromol�culas inform�ticas, que es de
lejos el tema de los temas biol�gicos y que corresponde estudiar como
punto clave del cuartito donde estamos ahora, Chou.
FLUJO DE ENERGIA. Otro tipo de flujo que observamos durante nuestro
hipot�tico viaje intercelular es el flujo de energ�a. Cada vez que
una mol�cula se convierte en otra, suele quedar un sobrante de energ�a
que estaba oculta en las ligaduras qu�micas que sufrieron cambio durante
la reacci�n. La descomposici�n 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 trav�s de la membrana externa. Adem�s, estos compuestos a menudo
deben moverse en contra de un gradiente de concentraciones para entrar
a la c�lula. 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 mol�culas se desplacen aparentemente
en contra de la naturaleza. �C�mo lo logran? Con fuerzas atractivas
que se crean en los materiales de la bomba y con la ayuda de la moneda
de energ�a, el ATP, ubicada muy cerca de esos sitios casi m�gicos.
La cat�lisis que transforma algo que no pasa en algo que s� puede
pasar y una vez del otro lado retoma la estructura que antes ten�a.
Para conseguirlo finalmente la "alta tecnolog�a" consigue la colaboraci�n
de millones de a�os de ensayos evolutivos para descubrir recetas heredables
de c�mo hacer un bombeado aparentemente antinatural, que finalmente
no lo es.
Fig 4.5 de Lim con la siguiente traducci�n al texto-- Modelos de difusi�n
activa con la ayuda de carriers o transportadores.-- (a) Se observa
que aqu� el transporte es natural: el carrier, sin necesidades especiales
de energ�a, reconoce y adsorbe la mol�cula deseada donde hay muchas
y por un mecanismo de desorci�n la libera donde hay pocas.-- (b) Normalmente
tendr�a que operar al rev�s, pero gastando la moneda de energ�a, trabaja
tal como se la necesita.-- (c) Afuera se llama glucosa y adentro se
llama glucosa-fosfato, porque mientras atraviesa la membrana, la mol�cula
ha sido cambiada. Entonces todas las mol�culas de glucosa del interior
obsevan el ingreso de parientes disfrazados. Fosforilar cuesta energ�a,
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 ra�ces y tiene comparativamente
pocos solutos frente a los que hay en el interior, pasa naturalmente,
por difusi�n pasiva, desde donde hay mucha agua (afuera de la ra�z)
hasta donde hay poca (dentro de la ra�z). Aqu� la �nica 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 hipot�nica (pocos
solutos) a la hipert�nica (muchos solutos). En medicina y en cultivos
se usan soluciones isot�nicas (0,9 % de cloruro de sodio en agua)
para garantir que no se vuelvan turgentes por dem�s las c�lulas, m�s
all� de la resistencia mec�nica de las membranas. El mecanismo de
la �smosis ayuda a entender los ciclos diarios de turgencia y de flaccidez
de los tejidos vegetales: al evaporarse el agua de las hojas las c�lulas
tienden a ser fl�ccidas 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 evoluci�n
tuvo que inventar para los primitivos peces que se decidieron a meterse
en los r�os, los ri�ones que ahora tenemos sus sucesores (regla 12).
FLUJO DE INFORMACION. Existe todav�a un tercer tipo de flujo. Resulta
ser de tremenda importancia para la comprensi�n de la actividad total
de las mol�culas en el interior de la c�lula. Se trata del flujo de
informaci�n. Por informaci�n entendemos en general capacidad de sorpresa
(datos diferentes de los esperados) y en particular los reglamentos,
las recetas, los planos de armado, las gu�as, las "direcciones y tel�fonos",
los mensajes, las acotaciones pr�cticas por las cuales el microorganismo
"sabe" qu� moleculas desarmar o usar para el armado de otras y qu�
mol�culas realmente necesita. Entre esos reglamentos, no debe haber
un reglamento de armado (m�dulo I) pues le damos a la vida millones
de a�os para que consiga acciones vitales autoorganizadas, sin tareas
adicionales dificultosas de controlar. N�tese que esto �ltimo indica
que hay �rdenes biol�gicos 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 dif�cil
La soluci�n la proveen las prote�nas que s� se pueden autoorganizar
(inhibici�n por contacto, prote�nas chaperonas, cdc2, neuroglias
que asisten a las neuronas, etc.). Reflexionando un poco, tampoco
la vida se hace demasiado problema en "saber" realmente qu� necesita
y qu� no necesita. A gran velocidad arma y desarma todo tipo de prote�nas,
con informaci�n de su mensaje gen�tico, de manera que al poco tiempo
es probable que aparezca aquella prote�na que necesita, que usa un
tiempo y que desconstruye. Al dejar de usarse, quiz�s la cadena proteica
no sea ya otra cosa que una serie de eslabones desarmados. Algunas
prote�nas que a una cierta altura no deben aparecer (si hace fr�o,
por ejemplo, no podr�n fabricar l�pidos demasiado saturados para armar
membranas de doble capa), deber�n frenarse en su construcci�n. Sin
embargo, construir para destruir es una ineficiencia que se puede
pagar con la eliminaci�n de la especie demasiado generosa en hacerlo
(principio de Gause).
El microorganismo tiene millones de a�os para solucionar ese tema,
como tantos otros.
Queda claro que el flujo de informaci�n es el sistema por el cual
una c�lula o un microorganismo
*almacena la receta para macromol�culas de prote�nas espec�ficas y
*consigue luego que esas macromol�culas se armen y
As� como en la neurona hay descargas de corriente el�ctrica generadas
en un extremo de esa c�lula y que se transmite al otro extermo para
conectarla con otra neurona consecutiva, sirviendo la electricidad
como v�a de informaci�n, se han publicado descripciones de dispositivos
an�logos que existen en un organismo unicelular, en cuyo interior
se generan y se transmiten flujos el�ctricos. En general, existen
sistemas de control de las actividades metab�licas de la c�lula. Ese
flujo de informaci�n es el que discrimina la actividad biol�gica
del resto de las actividades naturales abi�ticas. Decimos naturales
porque el ser humano est� tratando de copiar esos sistemas en forma
artificial, en su nueva ciencia y tecnolog�a inform�ticas. Si usted,
Chou, conoce algo de computaci�n, trate de pensar parecidos entre
ambas inform�ticas, la natural de las c�lulas y la artificial de las
computadoras. Respuesta al final del m�dulo.
Repetimos que el n�cleo de la biolog�a molecular consiste en el estudio
de la informaci�n, representada molecularmente, existente en las c�lulas,
con especial referencia a su duplicaci�n y distribuci�n.
CONCLUSIONES RAZONADAS
N�tese que el n�cleo del mensaje del m�dulo I y �stet del m�dulo III se complementan.
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Actualizaci�n 23 Febrero 2001