Organización, estructura y actividad celular

Los seres vivos son sistemas abiertos y como tal requieren entradas permanentes desde su ambiente, los cuales luego de procesados generan salidas, que modifican su entorno. La enorme complejidad que los caracteriza solo puede mantenerse merced a estos procesos.

Los primeros registros de células datan de mediados del siglo XVII, y fueron observadas por sencillos microscopios.

Sin embargo recién en el siglo XIX se establecieron 3 principios básicos de la Teoría celular, que son el eje de las investigaciones en el área de la biología.

1. Los seres vivos están formados por células.2. Cada célula, en forma autónoma, es capaz de realizar reacciones químicas que

les permiten la vida.3. Toda célula se origina a partir de otra célula.

Posteriormente se descubren los cromosomas que son estructuras que se transmiten a las células hijas durante la división celular.Seguidamente se descubre que en ellos se encuentran los genes y estos contienen la información que contribuye a determinar la estructura y funcionamiento celular.

¿Qué es la célula?

Una célula (del latín cellula, diminutivo de cella, "hueco") es la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. De hecho, la célula es el elemento de menor tamaño que puede considerarse vivo.

Las células están formadas por macromoléculas orgánicas que contienen principalmente C, O, H y N; también están constituídas por sustancias inorgánicas, principalmente AGUA (50-70%) y sales minerales que se encuentran en pequeñas cantidades en el interior de la célula o disueltas en el medio extracelular y algunos Gases.

El agua es un excelente solvente y medio de suspensión para otras moléculas, es un estabilizador térmico que evita pérdidas bruscas de calor. No solo actúas como solvente sino que es reactivo o producto de muchas de las reacciones que ocurren en las células.

Las sales minerales al separarse se ionizan liberando Na+, Cl-, K+, que regulan el balance salino y mantienen la concentración de H+ o el pH celular.

Los gases más abundantes en la materia viva son el O2 y el CO2 pues están implicados en las reacciones de químicas de producción de energía. El O2 es producido por las plantas en la fotosíntesis y el CO2 es desechado por todos los seres vivos durante la respiración celular.

Organismos Unicelulares y Pluricelulares.

Todos los organismos vivos están compuestos por 1 o más células. Los Unicelulares están formados por 1 sola célula que en forma independiente realiza todas sus

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funciones vitales: se alimenta, crece y se reproduce. Por ejemplo: bacterias, protozoos y ciertas algas y hongos (levadura).

Las bacterias son células que no poseen núcleo (procariotas) y son mucho más pequeñas que las células que poseen núcleo (eucariotas).

Los organismos Pluricelulares están formados por millones de células, las que se especializan y se agrupan para llevar a cabo sus funciones dando origen a los tejidos. Distintos tejidos constituyen los órganos que desarrollan funciones específicas. Diferentes órganos trabajando en conjunto forman un sistema de órganos y todos los sistemas en conjunto dan origen a un organismo pluricelular.

Figura 1: Niveles de organización de la materia viva.

Células Procariontes o Procariotas:

Presentan una organización estructural simple, no poseen núcleo y su ADN se encuentra disperso en el citoplasma, de forma más o menos condensada en una zona llamada nucleoide.

Otro rasgo distintivo de este tipo de células son sus mecanismos de expresión genética, pues la transducción y transcripción ocurren simultáneamente en el mismo compartimiento: el citoplasma.

Los organismos formados por células procariontes son los organismos

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unicelulares más pequeños y el grupo más antiguos y abundante de seres vivos: cianobacterias o algas verde-azules y las bacterias.

Las estructuras básicas que presentan las bacterias son:

● Pared Celular: Otorga la forma de las bacterias ya que rodea las membrana plasmática. Se clasifican en Gram Positivas y Gram Negativas1, las primeras tienen la membrana formada por una gruesa capa del polisacárido (peptidoglucano), en tanto que las negativas poseen este polisacárido inmerso en un espacio periplasmático, limitado por una membrana externa y le confiere protección frente a los agentes antibacterianos.

● Membrana Plasmática: es una bicapa de lípidos y proteínas que carece de esteroides. Delimita la célula, regula el paso de las sutancias y se repliega en el interior formando Mesomas, estos colaboran con el metabolismo y el proceso de división celular.

● Citoplasma: sistema coloidal formado por agua y ribosomas donde también se encuentran otras macromoléculas orgánicas (proteínas y polisacáridos).

● Ribosomas: estructuras compuestas por 2 subunidades constituidas por ARN y proteínas que participan de la síntesis proteica.

● ADN Bacteriano: constituido por una sola molécula de ADN circular, unida por sus extremos (cromosoma bacteriano) y sobre enrollado, que se encuentra libre en el citoplasma, formando el nucleoide.

TIPOS DE BACTERIAS: las bacterias adoptan una la forma morfológica característica de cada especie, que está determinada, en gran medida por la pared celular. Algunas de

estas son: cocos, bacilos, espirilos, vibrios, etc.

Figura 2.

1 La tinción de Gram se emplea para distinguir según la estructura de la pared celular.

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Figura 3: Stafilococos aureus.

Figura 4: Vibrio cholerae .Este procarionte, es un Bacilo Gram-negativo, anaerobio facultativo, curvo en forma de vibrión; es la causa del cólera Asiático.

Figura 5: Escherichia Coli tipo hemorrágico. Son bacilos procariontes Gram-negativos, entéricos, anaerobios facultativos. Potencialmente fatales a los humanos, que se contraen cuando la carne contaminada se cocina de manera inadecuada.

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Células

Eucariontes:

Las células eucariotas tienen una estructura más compleja que las procariotas, sin embargo tiene en común algunas estructuras y muchos procesos se realizan de manera similar.

Las células eucariotas están formadas por 3 estructuras básicas: La membrana plasmática, el citoplasma y el núcleo.

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● La membrana plasmática: estructura que la delimita, separa del medio externo y regula la interacción entre las células, el medio externo y las células vecinas. Está constituida por proteínas, lípidos y muy pocos carbohidratos. Una de sus funciones principales es regular el transporte de sustancias tanto al interior como hacia el exterior de la célula, controlando de esta manera la composición del citoplasma celular.

● Citoplasma: está comprendido entre la membrana plasmática y la membrana nuclear, constituido por una fase semilíquida llamada citosol o hialoplasma y por el citoesqueleto donde se ubican los organelos celulares.

El citosol está formado principalmente por agua, donde se encuentras disueltas distintas moléculas orgánicas, tales como proteínas y moléculas inorgánicas como las sales minerales.

En el citosol se realiza la síntesis de proteínas y se llevan a cabo la mayoría de las reacciones químicas comprometidas con el metabolismo celular.

El citoesqueleto es el responsable de mantener o modificar la forma celular de acuerdo a los requerimientos, de movilizar y organizar los organelos celulares en el citoplasma y posibilita la contracción de las células musculares y también participa de la división celular.

El citoesqueleto está formado por: microfilamentos o filamentos de arcina, filamentos intermedios y microtúbulos (formados por tubulina).

● El núcleo: se encuentra delimitado por una doble membrana, denominada envoltura nuclear, que presentan poros que permiten la comunicación con el citoplasma. Está formado por una parte soluble denominada nucleoplasma y por la cromatina que corresponde a fibras de ADN asociado a proteínas que se denominan Histonas.

El núcleo presenta 1 o más nucléolos, que son los corpúsculos donde se ubican los genes ribosomales (ARN) y proteínas. Además es el sitio de formación de las subunidades ribosomales.

Organelos celulares:

● Retículo endoplásmico: El retículo endoplásmico es una red membranosa de sacos y túbulos que a menudo están conectados a la membrana nuclear y citoplásmica.Existen dos formas de retículo endoplásmico: el rugoso y el liso.

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El rugoso posee ribosomas y el liso no. Las proteínas sintetizadas en el rugoso son liberadas en el citoplasma o pasan a través de su membrana dentro de los canales por donde son distribuidas a distintas partes de la célula.

El retículo endoplásmico liso está implicado en la síntesis de glucógeno, lípidos y esteroides. Los canales del retículo endoplásmico liso también sirven para la distribución de las sustancias sintetizadas en él.

Aparato de Golgi (o complejo de Golgi): Está compuesto de sacos membranosos que tienen vesículas esféricas en sus extremos. Fue descrito por primera vez por Camillo Golgi en 1898.Es el centro de empaquetamiento de las células eucariotas, responsable del transporte seguro de los compuestos sintetizados al exterior de la célula.

El aparato de Golgi está conectado a la membrana citoplasmática donde se fusiona y así poder excretar el contenido fuera de la célula, proceso que se llama exocitosis.

Otra función es la de empaquetar ciertos enzimas sintetizados en el retículo endoplásmico rugoso en unos orgánulos llamados lisosomas.

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Estas enzimas catalizan reacciones hidrolíticas incluyendo proteasas, nucleasas, glicosidasas, sulfatasas, lipasas y fosfatasas.

El contenido de los lisosomas no se excreta sino que permanece en el citoplasma y participa en la digestión citoplásmica de los materiales ingeridos o absorbidos por la célula.

Las enzimas hidrolíticas que permanecen dentro del lisosoma protegen a la célula de la acción lítica de estas enzimas. Además, el aparato de Golgi contiene glicosiltransferasas que unen moléculas de carbohidrato a proteínas para formar glicoproteínas.

Mitocondria: Es un orgánulo citoplásmico donde se generan las moléculas de ATP durante la respiración aeróbica. La membrana interna está muy invaginada y es donde tiene lugar la conversión de energía.

Aunque las mitocondrias son orgánulos de células eucariotas se parecen a las células procariotas; contienen sus propios ribosomas, su propio DNA el cual es una única molécula circular que contiene la información genética necesaria para la síntesis de un limitado número de proteínas cuya síntesis tiene lugar en los propios ribosomas de las mitocondrias.Finalmente, las mitocondrias se dividen para formar nuevas mitocondrias de forma parecida a como lo hacen los procariotas e independientemente del núcleo celular; sin embargo, no se pueden dividir si se sacan del citoplasma.

CloroplastosEs el lugar donde ocurren las reacciones fotosintéticas, donde se utiliza la luz como fuente de energía para convertir el CO2 en azúcar y los átomos de O2 del H2O en moléculas de O2 gaseoso.El cloroplasto es una estructura rodeada por una doble membrana cuyo interior se denomina estroma.

La membrana interna se pliega en el estroma formando sacos en forma de discos llamados tilacoides, los cuales contienen la clorofila y los carotenos que intervienen en la fotosíntesis. Cada conjunto de tilacoides se llama grano. Algunos tilacoides se unen a otros de otro grano formando una red.

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Los cloroplastos poseen las mismas características que las mitocondrias (ribosomas 70 S, DNA circular, fisión binaria).

La similitud de las mitocondrias y los cloroplastos con los microorganismos procariotas dio base a la teoría endosimbiótica del origen de estos orgánulos.

Comparación entre Células Procariotas y Eucariotas:

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Diversidad de organismos

Grandes o pequeños, vivos o fósiles, todos los seres vivos pertenecen a dos grandes tipos: los procariotas y los eucariotas.

Entre procariontes y eucariontes hay diferencias tan grandes como para poderlas considerar como dos estrategias celulares distintas y que han tenido éxito en la colonización de la Biosfera: ambas han conseguido adaptaciones formales a las distintas condiciones ambientales y la transmisión de la información genética a las sucesivas generaciones mediante la autoduplicación eficaz del genoma.

La totalidad de seres vivos que habitan el planeta tierra se dividen en 5 reinos, de los cuales, solo uno, está constituido por el tipo de célula Procariota; mientras que los 4 restantes están formados por células Eucariotas. Daremos a continuación las características principales de cada reino:

REINO MONERA

Este reino comprende entre 4.000 y 9.000 especies que habitan todos los ambientes. Son organismos microscópicos, formados por una sola célula sin membrana nuclear. Abarca dos grupos importantes: arqueobacterias y eubacterias (que incluye las algas unicelulares fotosintéticas).

● Tamaño: Son los organismos celulares más pequeños, miden de 3 a 5 µm en promedio.

● Nivel celular: Organismos unicelulares.● Tipo de célula: Procariota

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● Nutrición: Heterótrofa (saprófita, parásita o simbiótica) o autótrofa (por fotosíntesis o quimiosíntesis).

● Dependencia del oxígeno: Anaeróbicos o aeróbicos. ● Reproducción: Asexual por fisión binaria; no existe mitosis. Sin reproducción

sexual. Conjugación o intercambio limitado de material genético.● Estructuras de locomoción: Flagelos bacterianos o ausentes.● Hábitat: se las encuentra en todo tipo de ambientes, son terrestres, acuáticas y

parásitas; resisten además amplios rangos de temperatura y condiciones de acidez extrema.

Figura 6: Clostridium botulinum Bacteria anaerobia gram positiva. Forma esporas y produce una potente neurotoxina. Se contrae por la ingesta de alimentos contaminados con las esporas, generalmente conservas.

Figura 7: Spirulina sp. Microalga que forma colonias con aspecto helicoidal. Es un excelente complemento alimentario debido a su alto contenido en proteinas y micronutrientes.

REINO PROTISTA

Organismos ampliamente diversos, que se subdividen a su vez en varios grupos taxonómicos.

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● Hábitat: Son acuáticos, o se desarrollan en ambientes terrestres húmedos o en el medio interno de otros organismos.

● Organización celular: Eucariotas , unicelulares o pluricelulares. Los más grandes, algas pardas del género Laminaria, pueden medir decenas de metros, pero predominan las formas microscópicas.

● Estructura: Se suele afirmar que no existen tejidos en ningún protista, pero en las algas rojas y en las algas pardas la complejidad alcanza un nivel muy próximo al tisular. Muchos de los protistas unicelulares autótrofos, frecuentemente están cubiertos por una teca o caparazón, como en caso de las diatomeas, o dotados de escamas o refuerzos. Los unicelulares depredadores suelen presentar células desnudas (sin recubrimientos). Las formas unicelulares están dotadas de movilidad por reptación o, más frecuentemente, por apéndices llamados cilios y flagelos, o bien por evaginaciones del citoplasma llamadas pseudópodos.

● Nutrición: Autótrofos, por fotosíntesis, o heterótrofos. Los heterótrofos pueden serlo por ingestión (fagótrofos) o por absorción osmótica (osmótrofos).

● Metabolismo del oxígeno: Todos los eucariontes, son de origen aerobios (usan oxígeno para extraer la energía de las sustancias orgánicas), pero algunos son secundariamente anaerobios, tras haberse adaptado a ambientes pobres en esta sustancia.

● Reproducción y desarrollo: Puede ser asexual (clones) o sexual, con gametos, frecuentemente alternando ambas etapas en la misma especie.

Figura 8. Fotografia de una ameba Alrededor de la membrana se observan los pseudópodos, formaciones con las que adquieren movilidad, ya que no presentan

cilios ni flagelos.

Figura 9. Trypanosoma cruzi. Parásito flagelado sanguíneo, que provoca la enfermedad de el Mal de Chagas.

Figura 10. Paramecium. Protozoo ciliado típico, que habita en ambientes acuáticos.

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REINO HONGOSGrupo de organismos heterótrofos, entre los que se encuentran, las levaduras, los mohos y las setas (hongos de sombrero).Hábitat: son terrestres, de ambientes húmedos, pueden ser saprobios, simbiontes o parásitos de otros organismos. Son organismos descomponedores por excelencia.Organización celular: Eucariotas, uni o pluricelulares.Estructura: Los hongos se presentan bajo dos formas principales: hongos filamentosos (antiguamente llamados "mohos") y hongos levaduriformes. El cuerpo de un hongo filamentoso tiene dos porciones, una reproductiva y otra vegetativa. Los hongos levaduriformes —o simplemente levaduras— son siempre unicelulares, de forma casi esférica. No existen en ellos una distinción entre cuerpo vegetativo y reproductivo.Nutrición: como se mencionó, los hongos son heterótrofos, ya que no poseen pigmentos fotosintéticos. Se alimentan de materia orgánica en descomposición,o de nutrientes orgánicos los cuales absorben previa eliminación de enzimas digestivas.Reproducción: Por lo general se multiplican a través de esporas, las cuales pueden ser producidas sexual o asexualmente.

Figura 11 (izq.). Penicilium notatum. Hongo pluricelular productor de una sustancia antibiótica, llamada penicilina. En la actualidad este importante antibiótico se extrae de otras cepas.

Figura 12. Amanita muscaria. Hongo pluricelular, que presenta una vistosa seta que tiene la particularidad de atraer a las moscas principalmente, las cuales se paralizan cuando entran en contacto él.

Figura 13. Levadura del pan. Hongo unicelular microscópico que

realiza la descomposición mediante la fermentación de diversos cuerpos orgánicos,(H.de C. principalmente) produciendo distintas sustancias.

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REINO PLANTASGrupo de gran diversidad, se caracterizan por sintetizar su propio alimento a través de la fotosíntesis, y por poseer para tal fin un pigmento denominada clorofila. Hasta no hace demasiado tiempo, en la clasificación de los

seres vivos, el reino Vegetal incluía los hongos, las plantas, todas las algas y también las bacterias. En la actualidad, tanto los hongos, comolas bacterias y muchas de las que por costumbre aún se llaman algas pertenecen a distintos reinos. Hoy ya no se utiliza el término reino Vegetal con el mismo significado que tenía en siglos pasados, sino como sinónimo de reino Plantas o Plantae (su nombre en latín, idioma oficial de las clasificaciones biológicas).Hábitat: Se los encuentra en todos los tipos de ambientes, adaptándose asimismo a una amplia variedad de condiciones climáticas. Son acuáticas, terrestres, epífitas (viven sobre otros organismos), y parásitas.Organización celular: Eucariotas, pluricelulares. Se distinguen en ellos una serie de tejidos diferenciados y especializados en diversas funciones. Estructura: el Cuerpo de estos organismos está dividido generalmente, en una parte vegetativa, representada por el tallo, la raíz y las hojas, y por una parte reproductiva, representada sólo por los órganos sexuales, en las plantas más primitivas (Musgos, Helechos y Gimnospermas) o por estructuras florales más vistosas y complejas, en los organismos más evolucionados (Angiospermas). Árboles, arbustos, hierbas, lianas, enredaderas, etc.Nutrición: Autótrofas en su mayoría, salvo las parásitas que se alimentan a través de la absorción directa de los tejidos de otras plantas.Reproducción: sexual principalmente, y asexual por estolones, gajos o por gemación. O a traves de esporas.

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Figura 14. Helecho serrucho. Derecha, detalle de la cara inferior de la hoja que lleva las esporas, agrupadas en “soros”.

Figura 15. Musgos. Derecha, esquema en mayor aumento.

Figura 16. Izquierda, Pinos. Derecha: enredadera.

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REINO ANIMALEn el reino Animal, se agrupa gran diversidad de especies con organismos de muy variadas formas, tamaños y complejidad en su organización interna. Todos los animales se caracterizan por tener numerosas células con núcleo. Sin embargo, algunos –como las esponjas– son organismos con poca diferenciación celular, mientras que otros alcanzan el mayor nivel de complejidad y especialización de los seres vivos, que es el de sistemas de órganos. Las células de los animales no poseen pared de protección externa a la membrana celular, ni tienen clorofila.Dentro de este reino, se puede hacer una primera clasificación en dos grandes grupos, de acuerdo a la presencia o ausencia de columna vertebral: Los vertebrados y los invertebrados. Dentro de este último grupo se incluyen desde las lombrices de tierra, los caracoles, las arañas, las mariposas, las estrellas y las anémonas de mar, hasta las esponjas. Hábitat y formas de nutrición: acuáticos, aero-terrestres, anfibios,parásitos, simbiontes y saprobios. Son heterótrofos.Organización celular: Eucariotas, pluricelulares.Estructura: el esquema corporal es muy variado en los diferentes grupos, desde los organismos invertebrados hacia los vertebrados se observa una tendencia concreta hacia la segmentación y diferenciación del cuerpo, y un mayor desarrollo y especialización de los tejidos y sistemas. La mayoría de los animales ha desarrollado un sistema nerviosomuy evolucionado y unos órganos sensoriales complejos que, junto con los movimientosespecializados, les permiten controlar el medio y responder con rapidez y flexibilidad a estímulos cambiantes. Reproducción: Predominantemente sexual, algunos casos (invertebrados) asexual.

Detalle de las diferencias y similitudes entre una célula animal y vegetal.

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Figura 17. Esponja marina.

Figura18. Izq., Medusa. Der. Nemátodo, tipo de gusano intestinal (parásito).

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Figura 20. Insectos.

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