La comunicación celular es la capacidad que tienen todas las células de intercambiar información físico-química con el medio ambiente y con otras células. La función principal de la comunicación celular es la de adaptarse a los cambios que existen en el medio que les rodea para sobrevivir en el medio, gracias al fenómeno de homeostasis.
ETAPAS DE LA COMUNICACIÓN
1. Síntesis del mensaje.
2. Secreción del mensaje por la célula.
3. Transporte del mensaje hasta la célula blanco.
4. Detección/recepción del mensaje (señal) por un receptor celular (proteína).
5. Transmisión intracelular de la señal (transducción de señal) y
cambio en el estatus celular (metabolismo, expresión génica).
6. Los mensajeros extracelulares se pueden unir a receptores de superficie o receptores intracelulares.
COMUNICACIÓN ENDOCRINA U HORMONAL
Es aquella en la cual la célula endocrina secreta un tipo de hormona o molécula como mensajero al torrente sanguíneo para que luego llegue a la célula blanco. Generalmente este tipo de comunicación se da entre células que se encuentran a larga distancia una de otra.
Las células inductoras (glándulas que liberan hormonas) e inducidas se encuentran distantes.
Las señales moleculares (hormonas) son secretadas y distribuidas por el torrente circulatorio hacia la totalidad del organismo, para ejercer su acción reguladora sobre las células blanco localizadas habitualmente a distancias considerables (es una comunicación interna en la cual intervienen hormonas). Los mensajes se secretan en órganos específicos llamadas glándulas. Este tipo de comunicación es más difusa y lenta que la neurócrina. El alcance de la comunicación es a todas partes del cuerpo ya que viaja por el torrente sanguíneo.
COMUNICACIÓN PARACRINA
Una célula libera una hormona que actúa sobre las células adyacentes que presentan el receptor adecuado. La señal química liberada se difunde a celular diana cercanas a través del espacio extracelular. Como ejemplo en la naturaleza cuando ocurre una hemorragia por rotura de un vaso sanguíneo, que para producir la hemostasia, intervienen diferentes tipos de células como las células endoteliales, las plaquetas, los fibroblastos, los macrófagos, etc. El mismo tipo de comunicación celular es el que ocurre durante la inflamación local.
COMUNICACIÓN AUTOCRINA
Una célula libera una hormona que actúa sobre la misma célula. Este tipo de comunicación es el que establece la neurona pre sináptica al captar ella misma en su receptores celulares, los neurotransmisores que ha vertido en la sinapsis, para así dejar de secretarlos o recaptarlos para reutilizarlos. Muchas células en crecimiento como las células del embrión o las células cancerosas producen factores de crecimiento y los receptores para esos mismos factores de crecimiento y así perpetuar su proliferación, controlada en el caso del embrión y descontrolada en el caso del cáncer.
No se requiere energía para que la sustancia cruce la membrana plasmática. Las moléculas se mueven desde el lado con mas concentración hasta el lado menos concentrado. Existen dos tipos de transporte pasivo principalmente: difusión simple y difusión facilitada.
Mecanismos de transporte pasivo
Difusión simple: Atraviesan la membrana las moléculas no polares (liposolubles) como los gases y algunas hormonas esteroideas y tiroideas. También pueden pasar pequeñas moléculas polares como el agua o el etanol.
Difusión facilitada: se realiza mediante proteínas transportadoras y proteínas canal. De esta forma las moléculas polares mas grandes pueden atravesar la membrana.
Proteínas transportadoras
Son proteínas de transmembrana que se unen específicamente a la molécula que trasportan. Esta unión provoca un cambio en la configuración de la proteína, que hace que la molécula quede libre una vez transportada. La proteína transportadora recupera su forma inicial para seguir actuando en otros procesos.
Proteínas canal
Son proteínas de transmembrana que forman en su interior un canal acuoso, que permite el paso de iones. Estos canales se abren según un tipo de señal especifico. Dependiendo del tipo de señal encontramos:
-Canales iónicos dependientes del ligando: El ligando se une a un receptor en la zona externa de la proteína canal de forma especifica, provocando cambios en su conformación que permiten la apertura del canal, y por tanto la difusión de iones.
-Canales iónicos dependientes del voltaje: Se abren en respuesta a los cambios de potencial de membrana, como ocurre en las neuronas, en donde la apertura y cierre de los canales de Na+ y K+ permite la propagación del impulso nervioso.
TRANSPORTE ACTIVO
En el transporte activo las moléculas atraviesan la membrana en contra de su gradiente de concentración, por lo que consume energía obtenida del ATP. Este proceso se realiza mediante proteínas transportadoras.
Ejemplos de sistemas de transporte activo son:
- Bomba de Na+/K+ : Consiste en un complejo proteico de transmembrana que, mediante el gasto de un ATP, expulsa de la célula 3 iones Na+ e introduce dos iones K+ , con lo que contribuye a controlar la presión osmótica y el potencial de membrana.
- Sistemas de cotransporte: Las proteínas de transmembrana transportan moléculas en contra de su gradiente térmico. Para esto utilizan la energía potencial almacenada en el gradiente iónico del Na+ , que se establece entre un lado y otro de la membrana gracias a la bomba de Na+/K*.
TRANSPORTE DE MACROMOLÉCULAS
El transporte de macromoléculas y partículas a través de la membrana puede ser hacia el interior de la célula (endocitosis) y hacia el exterior (exocitosis). Ambos procesos tienen lugar mediante la formación de vesículas, que son pequeños sacos membranosos que se mueven de un sitio a otro por el citoplasma y ponen en comunicación a unos sistemas de membranas con otros.
Endocitosis
Las sustancias que van a ser endocitadas son englobadas en invaginaciones de membrana plasmática que acaban cerrándose y forman vesículas intracelulares que contienen el material ingerido. Según el tamaño de las partículas endocitadas podemos distinguir dos tipos de endocitosis:
Fagocitosis: El material que se ingiere es muy grande. La célula extiende unas prolongaciones de membrana llamadas pseudópodos, que rodean progresivamente a la partícula hasta formar un fagosoma (vesícula de gran tamaño). Estos materiales acaban digeridos por los lisosomas.
Pinocitosis: El material ingerido es liquido o pequeñas partículas, y queda englobado en vesículas que se forman a partir de depresiones de membrana llamadas pozos recubiertos. Estas regiones se caracterizan por la presencia de un armazón proteico formado por clatrina.
A partir de ella se están formando continuamente vesículas de pinocitosis.
- En los dos tipos de endocitosis participan proteínas especiales denominadas receptores de endocitosis, que se acumulan en las regiones de las membranas que realizan estos procesos y reconocen específicamente los materiales que van a ser ingeridos, uniéndose a ellos. De este modo las células incorporan por endocitosis únicamente las sustancias que les interesan.
Exocitosis
Es el proceso contrario a la endocitosis. Mediante este proceso se secretan los materiales necesarios para renovar la membrana plasmática y los componentes de la matriz extracelular. También se vierten al exterior hormonas, neurotransmisores, enzimas digestivos.
BIBLIOGRAFIA DE APOYO
Gracias a estas bibliografías de apoyo ampliamos nuestros conocimientos acerca del tema de el transporte de membrana. Son fuentes confiables que nos permiten un amplio acercamiento al tema que requerimos.
·Torres, Carola A. – Gonzalez, Ana M. Facultad de Agroindustrias – UNNE
e-mail: carola_spar@yahoo.ar – ana@unne.edu.ar
Universidad Nacional del Nordestes Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2004.
La membrana biológica plasmática es una estructura semipermeable que actúa de barrera separadora entre los medios intra y extracelular, la cual permite el mantenimiento de unas condiciones físico- químicas necesarias para el conjunto de reacciones metabólicas que se dan en el interior de los orgánulos celulares.
COMPOSICIÓN
Bicapa lipídica
Componente estructural básico de la membrana plasmática. Se basa en una doble capa de moléculas lipídicas: Fosfolípidos y colesterol, fundamentalmente
Fosfolípidos
Moléculas anfipáticas, esto es, poseen una zona hidrófila polar y una zona hidrofóbica apolar. A consecuencia de esto, las cabezas hidrófilas interaccionan entre sí y con las moléculas de H20, mientras que las cadenas hidrófobas son repelidas por la fase acuosa y se empaquetan hacia el interior de una bicapa. Dicha bicapa lipídica otorga a la membrana celular determinadas propiedades.
Colesterol
Las moléculas de colesterol se encuentran intercaladas entre los fosfolípidos, y su función principal es la de regular la fluidez de la bicapa inmovilizando las colas hidrofóbicas próximas a la regiones polares
Proteínas de membrana
Determinan la función de la membrana biológica. Poseen la propiedad de desplazarse lateralmente a través de ella pero no de invertir su posición (asimetría proteica).
FUNCIONES
La membrana plasmática controla la entrada y salida de materiales (permeabilidad selectiva) , participa en las interacciones célula - célula y célula – matriz y es un elemento fundamental en la comunicación celular, recibiendo señales externas y transmitiendo dicha informacion al interior celular.
·Permeabilidad selectiva: La impermeabilidad de la membrana, gracias a su naturaleza lipídica, no es absoluta, sino que permite el intercambio de materia y energía con el ambiente externo. Por esto se han desarrollado sistemas de transporte específicos, en los que las proteínas regulan el paso de sustancias hidrófilas, ionizadas o de gran tamaño a través de estas membranas. Este transporte puede ser activo o pasivo.
·Poseen receptores químicos que se combinan con moléculas específicas que permiten a la membrana recibir señales y responder de manera específica, por ejemplo, inhibiendo o estimulando actividades internas como el inicio de la división celular, la elaboración de más glucógeno, movimiento celular, liberación de calcio de las reservas internas, etc.
·Delimita y protege las células.
·Es una barrera selectivamente permeable, ya que impide el libre intercambio de materiales de un lado a otro, pero al mismo tiempo proporcionan el medio para comunicar un espacio con otro.
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Son orgánulos celulares delimitados por una doble membrana encargados de producir la mayor parte del ATP de la célula. La célula necesita energía para crecer y multiplicarse, y las mitocondrias aportan casi toda esta energía realizando las últimas etapas de la descomposición de las moléculas de los alimentos. Estas etapas finales consisten en el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono, proceso llamadorespiración, por su similitud con la respiración pulmonar. Sin mitocondrias, los animales y hongos no serían capaces de utilizar oxígeno para extraer toda la energía de los alimentos y mantener con ella el crecimiento y la capacidad de reproducirse. Lasmitocondriasson uno de los orgánulos más conspicuos del citoplasma y se encuentran en casi todas las células eucarióticas.
El número de mitocondrias de una célula depende de la función de ésta. Las células con demandas de energía particularmente elevadas, como las musculares, tienen muchas más mitocondrias que otras. Por su acusado parecido con las bacterias aeróbicas (es decir, que necesitan oxígeno), los científicos creen que las mitocondrias han evolucionado a partir de una relación simbiótica o de cooperación entre una bacteria aeróbica y una célula eucarióticas ancestral.
ESTRUCTURA Y FUNCION MITOCONDRIAL
La mitocondria es un organelo grande (1-4μm) en comparación con otros y su existencia es conocida desde hace mas de 100 anos. Es un organelo osmóticamente activo lo cual sugiere que su membrana guarda cierta similitud con la membrana celular. Las mitocondrias pueden mostrar formas diversas dependiendo del tipo de célula.
La mitocondria típica muestra una forma parecida a una salchicha pero podemos encontrar mitocondrias mostrando una
Apariencia de red tubular altamente ramificada.
Teoría Endosimbiotica
• Plantea que la célula eucariotica surge de la procariota. Se cree que organelos como las mitocondrias y cloroplastos pueden haberse originado de relaciones simbiótico mutualistas
Entre organismos procariotas. De esta forma, los primeros eucariotas evolucionaron de procariotas de vida libre. La principal fuente de evidencia para esta teoría reside en el hecho de que tanto las mitocondrias como los cloroplastos poseen en cierta medida su propio material genético (DNA circular similar al de procariotas) y ribosomas. Resultados de experimentos indican que es posible envenenar mitocondrias y cloroplastos con antibióticos que afectan células procariotas y no a eucariotas.
Estructura Mitocondrial
• Membrana Externa: separa la mitocondria del resto de la célula. Compuesta de 50% lípidos en proporción al peso. Contiene una variada mezcla de enzimas que apoyan funciones
Como la oxidación de epinefrina, degradación de triptófano y alargamiento de cadenas de ácidos grasos. Contiene proteínas
Especializadas en transporte de material (porinas). Permeables a ATP, NAD y Coenzima A.
• Membrana interna: posee una mayor proporción proteica en la relación proteína/lípido (mas de 3:1) por peso. Presencia de más de 100 proteínas diferentes. Posee alta concentración de un fosfolipido (difosfatidil-glicerol) cardiolipin, característico de las membranas bacterianas (teoría endosimbiotica). Su permeabilidad es más restrictiva.
• Matriz Mitocondrial: Además de enzimas, la matriz mitocondrial contiene ribosomas y DNA (circular en plantas y animales superiores).
Así, la mitocondria posee su propio material genético y la maquinaria para producir su propio RNA y proteínas.
El DNA mitocondrial es considerado una reliquia de la historia evolutiva antigua de la célula. Se cree que lo que resta de estos genes son codificadores de proteínas hidrofobicas en la membrana interna de la mitocondria.
• Crestas Mitocondriales: contienen una gran superficie membranosa con todos los componentes necesarios para la respiración aeróbica y la síntesis de ATP. Originalmente se
Pensaba que las crestas eran invaginaciones de la membrana mitocondrial interna, hoy es de aceptación general que ambas estructuras son diferentes aunque mantienen estrechas conexiones.
Las membranas mitocondriales dividen el organelo en dos compartimientos acuosos; uno en el interior de la mitocondria llamado matriz y otro entre las membranas interior y exterior llamado espacio intermembranoso. La matriz tiene consistencia gelatinosa debido a la alta concentración (hasta 500 mg/ml) de proteínas hidrosolubles.
FUNCION
La principal función de las mitocondrias es generar energía para mantener la actividad celular mediante procesos de respiración aerobia. Los nutrientes se escinden en el citoplasma celular para formar ácido pirúvico que penetra en la mitocondria. En una serie de reacciones, parte de las cuales siguen el llamado ciclo de Krebs o del ácido cítrico, el ácido pirúvico reacciona con agua para producir dióxido de carbono y diez átomos de hidrógeno. Estos átomos de hidrógeno se transportan hasta las crestas de la membrana interior a lo largo de una cadena de moléculas especiales llamadas coenzimas. Una vez allí, las coenzimas donan los hidrógenos a una serie de proteínas enlazadas a la membrana que forman lo que se llama una cadena de transporte de electrones. La cadena de transporte de electrones separa los electrones y los protones de cada uno de los diez átomos de hidrógeno. Los diez electrones se envían a lo largo de la cadena y acaban por combinarse con oxígeno y los protones para formar agua. La energía se libera a medida que los electrones pasan desde las coenzimas a los átomos de oxígeno y se almacena en compuestos de la cadena de transporte de electrones. A medida que éstos pasan de uno a otro, los componentes de la cadena bombean aleatoriamente protones desde la matriz hacia el espacio comprendido entre las membranas interna y externa. Los protones sólo pueden volver a la matriz por una vía compleja de proteínas integradas en la membrana interior. Este complejo de proteínas de membrana permite a los protones volver a la matriz sólo si se añade un grupo fosfato al compuesto difosfato de adenosina (ADP) para formar ATP en un proceso llamado fosforilación. El ATP se libera en el citoplasma de la célula, que lo utiliza prácticamente en todas las reacciones que necesitan energía. Se convierte en ADP, que la célula devuelve a la mitocondria para volver a fosforilarlo.
TITULOS Y URL DE LOS ARTICULOS SELECCIONADOS, RELACIONADOS CON LOS TEMAS ASIGNADOS
1.Max Ingman, Henrick Kaessmann, Svante Pääbo, Ulf Gyllensten. “Mitochondrial genome variation and the origin of modern humans.”Nature408, 708-713 (Dec. 2000).
2.Ruiz-Pesini E, López-Gallardo E, Maman Y, Herrero MD, Solano A, Díez-Sánchez C, et al. Enfermedades del sistema de fosforilación oxidativa mitocondrial humano. Rev Neurol 2006;43:416-424.
IMPORTANCIA DE LAS BIBLIOGRAFIAS
Gracias a estas fuentes podemos conocer más a fondo el tema que requerimos ya que el autor se basa en ellos para escribir el artículo que presentara. Por medio de estas referencias bibliográficas podemos ampliar el tema investigado por lo cual son de gran importancia para los lectores ya que se pueden referir a alguna de estas citaciones para aclarar dudas y reforzar conocimientos.
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El metabolismo celular es la suma de las reacciones químicas que ocurren simultáneamente. Cada una de estas reacciones es catalizada por una enzima. De este modo podemos decir que las enzimas intervienen en todo proceso que implique VIDA.
Las enzimas, también conocidas como catalizadores orgánicos o biocatalizadores son proteínas globulares sintetizadas por los organismos vivos cuya función es aumentar la velocidad de las reacciones químicas. Otras enzimas que tienen una naturaleza química de acido nucleico y no de proteína son llamadas RIBOZIMAS.
Las enzimas ejercen su función predominantemente en el interior de la célula.
¿Cómo ACTUAN LAS ENZIMAS?
Las encimas actúan disminuyendo la barrera de Energía de Activación (Ea) por lo que un número mayor de moléculas alcanzan la energía de transición (estado de excitación).
TERMINOLOGIA ENZIMATICA
·SITIO ACTIVO: es el lugar de la enzima donde ocurren los fenómenos de fijación y conversión química del sustrato. Es una hendidura o bolsillo ubicado en la superficie de la proteína.
SUSTRATO (S): es la molécula que se une al sitio activo en donde va a ser transformada en producto.
COMPLEJO ENZIMA SUSTRATO (ES): Unión temporal entre la enzima y el sustrato, momento en el cual el sustrato es convertido en producto.
PRODUCTO (P): Resultado de la reacción enzimática.
FUERZAS QUE MANTIENEN EL COMPLEJO ES
1.INTERACCIONES NO COVALENTES: son las principales fuerzas de unión entre la enzima y el sustrato.
·Interacciones electrostáticas
·Puentes de hidrogeno
·Fuerzas de Van der Wals
·Interacciones hidrofobicas
2.INTERACCIONES COVALENTES TEMPORALES: entre cadenas laterales de aminoácidos y el sustrato.
PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS
1.Son extremadamente eficientes.
2.Poseen alto grado de especificidad por sus sustratos.
3.No sufren modificaciones en el proceso de reacción.
4.No cambian la Keq (constante de equilibrio) de la reacción, simplemente aumentan la velocidad para alcanzar el ese equilibrio.
5.Están sujetas a regulación y control.
6.Están presentes en pequeñas cantidades.
7.Son proteínas globulares generalmente de alto PM (peso molecular), solubles.
8.Actúan en condiciones moderadas de presión y temperatura.
CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA
NOMENCLATURA
·NOMBRE COMUN (No sistemática, tradicional)
-Antes de 1965 el nombre de la enzima no guardaba relación con el sustrato, n i con la reacción que catalizaba. Ejemplo: pepsina, tripsina.
-Luego se nombran a las enzimas con el nombre del sustrato sobre el cual actuaba, con el sufijo “asa”. Ejemplos: ureasa, maltasa.
-En algunos casos incluyen el tipo de reacción que cataliza la enzima. Ejemplo: lactato deshidrogenasa.
·NOMBRE SISTEMATICO: la Comisión de Enzimas (EC) establece reglas para nombrar las enzimas
-Toda enzima debe tener un número de clasificación de 4 dígitos y un nombre sistemático.
Ejemplo: 2.7.3.2. ATP: creatina kinasa.
Numero de clasificación EC 3.6.1.8. 3. Clase principal6. Sub-clase (tipo de enlace sobre el cual actúa)1. Sub-sub-clase (grupo sobre el cual actúa. Cofactor requerido)8. Numero de orden (orden en el que fue añadido a la lista)
Nombre sistemático Sustrato: Tipo de reacción
CLASIFICACION
MECANISMOS DE
ACCIÓN
Para actuar la enzima debe unirse necesariamente al sustrato (S). FASES:
1.Unión de la E con el S (formación complejo ES)
2.Modificación del S (conversión en P)
3.Liberación del P
Las enzimas pueden actuar de diversas formas, aunque, como se verá a continuación, siempre dando lugar a una disminución del valor de ΔG‡
§Reducción de la energía de activación mediante la creación de un ambiente en el cual el estado de transición es estabilizado (por ejemplo, forzando la forma de un sustrato: la enzima produce un cambio de conformación del sustrato unido el cual pasa a un estado de transición, de modo que ve reducida la cantidad de energía que precisa para completar la transición).
§Reduciendo la energía del estado de transición, sin afectar la forma del sustrato, mediante la creación de un ambiente con una distribución de carga óptima para que se genere dicho estado de transición.
§Proporcionando una ruta alternativa. Por ejemplo, reaccionando temporalmente con el sustrato para formar un complejo intermedio enzima/sustrato (ES), que no sería factible en ausencia de enzima.
§Reduciendo la variación de entropía de la reacción mediante la acción de orientar correctamente los sustratos, favoreciendo así que se produzca dicha reacción.
§Incrementando la velocidad de la enzima mediante un aumento de temperatura. El incremento de temperatura facilita la acción de la enzima y permite que se incremente su velocidad de reacción. Sin embargo, si la temperatura se eleva demasiado, la conformación estructural de la enzima puede verse afectada, reduciendo así su velocidad de reacción, y sólo recuperando su actividad óptima cuando la temperatura se reduce. No obstante, algunas enzimas son termolábiles y trabajan mejor a bajas temperaturas.
CINETICA ENZIMATICA
La cinética enzimáticaestudia la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas. Estos estudios proporcionan información directa acerca del mecanismo de la reacción catalítica y de la especifidad del enzima. La velocidad de una reacción catalizada por un enzima puede medirse con relativa facilidad, ya que en muchos casosno es necesario purificar o aislar el enzima. La medida se realiza siempre en lascondiciones óptimasde pH, temperatura, presencia de cofactores, etc, y se utilizan concentraciones saturantes de sustrato. En estas condiciones, la velocidad de reacción observada es la velocidad máxima (Vmax). La velocidad puede determinarse bien midiendo la aparición de los productos o la desaparición de los reactivos.
Para explicar la relación oservada entre la velocidad inicial v0) y la concentración inicial de sustrato ([S]0) Michaelis y Menten propusieron que las reacciones catalizadas enzimáticamente ocurren en dos etapas: En la primera etapa se forma el complejo enzima-sustrato y en la segunda, el complejo enzima-sustrato da lugar a la formación del producto, liberando el enzima libre:
En este esquema, k1, k2 y k3 son las constantes cinéticas individuales de cada proceso y también reciben el nombre de constantes microscópicas de velocidad. Según esto, podemos afirmar que:
v1 = k1 [E] [S]
v2 = k2 [ES]
v3 = k3 [ES]
Se puede distinguir entre enzima libre (E) y enzima unido al sustrato (ES), de forma que laconcentración total de enzima, [ET], (que es constante a lo largo de la reacción) es:
Las coenzimas son pequeñas moléculas orgánicas que transportan grupos químicos de una enzima a otra. Algunos de estos compuestos, como la riboflavina, la tiamina y el ácido son vitaminas (las cuales no pueden ser sintetizados en cantidad suficiente por el cuerpo humano y deben ser incorporados en la dieta). Los grupos químicos intercambiados incluyen el ion hidruro (H-) transportado por NAD o NADP+, el grupo fosfato transportado por el ATP, el grupo acetilo transportado por la coenzima A, los grupos formil, metenil o metil transportados por el ácido fólico y el grupo metil transportado por la S-Adenosil metionina.
Debido a que las coenzimas sufren una modificación química como consecuencia de la actividad enzimática, es útil considerar a las coenzimas como una clase especial de sustratos, o como segundos sustratos, que son comunes a muchas enzimas diferentes. Por ejemplo, se conocen alrededor de 700 enzimas que utilizan la coenzima NADH.
Las coenzimas suelen estar continuamente regenerándose y sus concentraciones suelen mantenerse a unos niveles fijos en el interior de la célula: por ejemplo, el NADPH es regenerado a través de la ruta de las pentosas fosfato y la S-Adenosil metionina por medio de la metionina adenosiltransferasa. Esta regeneración continua significa que incluso pequeñas cantidades de coenzimas son utilizadas intensivamente. Por ejemplo, el cuerpo humano gasta su propio peso en ATP cada día.
