UNIDAD 9: LA CELULA.ORGANIZACIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS SERES VIVOS. LA CÉLULA.

¿Qué es la vida?

Llamamos vida a la capacidad que tienen algunos seres vivos de realizar una serie de actividades, llamadas funciones vitales , que son posibles gracias a un determinado modo de organización de la materia.

Concepto de ser vivo.

Un ser vivo es una estructura capaz de realizar todas las funciones vitales.

Concepto de vida.

Estado de actividad de un ser orgánico.

Funciones vitales.

Llamamos funciones vitales al conjunto de actividades (o procesos) que pueden realzar todos los seres vivos.

2.2 Funciones de nutrición.

Permiten al individuo obtener la materia necesaria para crecer y reponer las estructuras que van degenerando, y la energía con la que mantener su actividad vital. Estas funciones únicamente pueden ser realizadas por seres altamente organizados como son los seres vivos, razón por la cual reciben el nombre de organismos.

2.3 Funciones de relación.

Que ponen al individuo en contacto con el medio y le permiten reaccionar frente a los cambios, coordina la organización interna.

2.4 Funciones de reproducción.

Que permiten al individuo producir nuevos individuos semejantes a sí mismos, de forma que se garantice la continuidad de la especie.

Organización de los seres vivos.

En la constitución de los seres vivos entran los mismos elementos químicos que en la Tierra o los demás astros del universo éstos elementos se agrupan formando moléculas algunas de las cuales poseen propiedades muy diferentes a las que encontramos en los seres inanimados.

La diferencia entre los seres vivos y no vivos se encuentra en su grado de organización que en los rimeros es especial y característica como consecuencia del modo en que se combinan sus átomos. El primer nivel de organización en el que aparecen todas las características de los seres vivos es la célula.

Niveles de organización de la materia viva.

PARTÍCULAS ELEMENTALES

(Protones, electrones,...)

ÁTOMOS

(C, H, N, O...)

MOLÉCULAS SENCILLAS

(Glucosa, aminoácidos,...)

MACROMOLÉCULAS

(Almidón, proteínas,...)

ORGÁNULOS

(Mitocondrias,...) SERES VIVOS

CÉLULAS UNICELULARES

TEJIDOS

ÓRGANOS

APARATOS

SERES VIVOS PLURICELULARES INDIVIDUO

POBLACIÓN

COMUNIDAD

BIOSFERA

VOCABULARIO:

Partículas elementales : partes pequeñas necesarias para constituir el átomo.

Átomos : parte más pequeña que podemos descomponer sin que pierda las características químicas y físicas.

Moléculas sencillas : agrupación indefinida de átomos considerada como primer elemento de la composición física de los cuerpos.

Macromoléculas : agrupaciones moleculares de grandes números de átomos.

Orgánulos : estructuras o partes de una célula que en ésta cumple la función de órgano. Conjunto de macromoléculas.

Células : elementos atómicos microscópicos primordiales en los seres vivos. Unidad elemental de la vida.

Tejidos : agregados de células de la misma estructura y análoga función.

Órganos : estructura formada por una asociación de tejidos que realizan una función.

Aparatos : instrumentos o conjunto de instrumentos que ejercen una función.

Unicelular : que consta de una sola célula.

Pluricelular : que consta de dos o más células.

Sistema : todo el conjunto de órganos está constituido por el mismo elemento.

Individuo : ser organizado respecto de su especie.

Población : conjunto de individuos de la misma especie.

Comunidad : conjunto de individuos de todas las especies que viven en una zona determinada.

Biosfera : conjunto de seres vivos que habitan la tierra.

Composición de los seres vivos.

El nivel celular es el nivel estructural más sencillo que puede realizar las funciones de la vida, pero si la célula es un ser vivo se debe a que en ella se están produciendo continuamente numerosas reacciones químicas entre la gran variedad de moléculas que la forman.

Los compuestos que caracterizan a los seres vivos son las moléculas orgánicas, que reciben este nombre porque en un principio sólo se podían obtener a partir de los organismos (salvo alguna excepción como el metano: CH4)

4.1 Los bioelementos.

Las moléculas orgánicas están formadas por una serie de elementos que, aunque también forman parte de la materia no viva, son particularmente abundantes en los seres vivos, de ahí que se les llamen bioelementos

4.2 Materia orgánica e inorgánica.

El elemento fundamental de la materia orgánica es el carbono (C.) Pero además para que una molécula pueda ser considerada molécula orgánica, el carbono debe estar unido directamente con el hidrógeno (H) Además en estas moléculas el carbono se combina consigo mismo, lo que puede dar lugar a largas cadenas hidrocarbonatadas que pueden ramificarse e incluso cerrarse formando anillos.

En general las moléculas orgánicas son más grandes que las inorgánicas.

En las moléculas orgánicas el carbono puede unirse también al oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y algunos más, con lo cual la diversidad de las moléculas orgánicas es casi infinita. Esta variedad no se refiere sólo a su diferente tamaño y estructura sino a la diversidad de funciones que realizan.

Un aspecto fundamental que diferencia a las moléculas orgánicas de las inorgánicas es su contenido energético. Para mantener unidos los átomos en las moléculas orgánicas se necesita una energía que queda almacenada en los enlaces. Cuando se rompen estos enlaces se libera la energía.

4.3 Concepto de macromolécula.

Las macromoléculas se forman por la unión de moléculas sencillas que podemos considerar como las unidades de éstas grandes moléculas.

Una macromolécula puede estar formada por unidades sencillas todas iguales, como es el caso del almidón formado por cientos o miles de moléculas de glucosa. Pero otras veces las macromoléculas están formadas por distintos tipos de unidades que pueden repetirse en determinado orden, tal es el caso

de las proteínas formadas por la unión de una treintena de aminoácidos distintos y de los ácidos nucleicos, formados por la unión de cuatro nucleótidos distintos.

4.4 Principales moléculas orgánicas: glúcidos, lípidos, prótidos y ácidos nucleicos.

Los glúcidos son, en su mayoría, utilizados por los seres vivos como fuente de energía. Algunos de ellos son pequeñas moléculas de sabor dulce, razón por la cual se les llama azúcares, como, por ejemplo la glucosa, mientras que otros son grandes moléculas formadas por la unión de unidades menores, como es el caso del almidón o la celulosa.

Los lípidos incluyen una gran variedad de moléculas que tienen en común ser insolubles en agua. Entre los más frecuentes y conocidos están las grasas que actúan como reserva de energía.

Los prótidos realizan una gran variedad de funciones debido a que las proteínas pueden ser muy diversas entre sí. Destacaremos sus importancias como constituyentes estructurales fundamentales de los seres vivos.

Los ácidos nucleicos (ADN y ARN) se encuentran en el núcleo de la célula. Podemos decir que son las moléculas más importantes de los seres vivos porque contienen las instrucciones que determinan todo el ser vivo. Son macromoléculas formadas por sólo cuatro unidades (nucleótidos) que se repiten cientos de miles de veces en un cierto orden. El orden en que están colocadas estas unidades determinan el código genético.

4.5 Moléculas inorgánicas presentes en los seres vivos.

Las reacciones químicas propias de la vida que se dan entre las moléculas orgánicas no serían posibles sin la presencia y la participación de una molécula sencilla: el agua (H2O), que además es la molécula más abundante en los seres vivos.

Otro componente inorgánico de los seres vivos, aunque se encuentra en cantidades pequeñas, son las sales minerales. Entre las más importantes podemos citar los cloruros (Cl-), fosfatos (PO4-) y carbonatos (CO3-2) A pesar de su pequeña proporción, su función es muy importante, por lo que son imprescindibles.

La célula.

El primero en observar células fue el científico inglés Robert Hooke en 1665, al examinar una lámina de corcho en un microscopio que el mismo había construido. El corcho, observado en aumento, parecía estar constituido por pequeñas celdillas rodeadas por una pared rígida por lo que asignó el término célula para referirse a estas estructuras.

Dos siglos después de la primera observación de células (en 1839) dos científicos alemanes (Schleiden y Schwann) elaboraron la teoría celular de los seres vivos.

Características generales de las células.

Hay células de formas y tamaños muy variados. Algunas de las células bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica (la forma de las células está relacionada con la función que desempeñan) de menos de una micra o µm (1 µm es igual a una millonésima de metro) de longitud. En el extremo opuesto se encuentran las células nerviosas, corpúsculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metros de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular). Casi todas las células vegetales tienen entre 20 y 30 µm de longitud, forma poligonal y pared celular rígida. Las células de los tejidos animales suelen ser compactas, entre 10 y 20 µm de diámetro y con una membrana superficial deformable y casi siempre muy plegada.

Pese a las muchas diferencias de aspecto y función, todas las células están envueltas en una membrana —llamada membrana plasmática— que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma.

En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar residuos. El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (término que proviene de una palabra griega que significa cambio). Todas las células contienen información hereditaria codificada en moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN); esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a la descendencia.

Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas moléculas idénticas o casi idénticas) demuestran que hay una relación evolutiva entre las células actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra.

Diferentes formas de las células:

Esférica: las no especializadas y libres.

Estrelladas: las neuronas.

Fusiformes: fibras musculares.

Prismáticas: epíteto intestinal.

Teoría celular de los seres vivos

Se puede resumir en tres principios:

1.- Todos los organismos vivos están constituidos por una o varias células; la célula es, por tanto, la unidad vital de los seres vivos.

2.- Las células son capaces de una existencia independiente; las células son, por tanto, la unidad anatómica y fisiológica de los seres vivos.

3.- Toda nueva célula proviene de otra célula ya existente; la célula es, por tanto, la unidad genética de los seres vivos.

Tipos de organización celular.

Todos los seres vivos están formados por células, a veces se trata de seres unicelulares (con una sola célula) como una ameba, una bacteria o una levadura. Otras veces, son seres pluricelulares, como un pino, un león o nosotros mismos. Un ser pluricelular puede llegar a tener mucho millones de células.

En todas las células podemos distinguir tres partes: una envoltura o membrana plasmática; un contenido o citoplasma que posee diversos orgánulos y un material hereditario en forma de ADN. Pero con estas características comunes pueden presentarse dos tipos de organización celular: procariota y eucariota.

Célula eucariótica.

Las células eucarióticas son mucho mayores y más complejas. Su material genético está rodeado por una membrana nuclear formando un núcleo y de igual modo, se diferencian otros orgánulos muchos de ellos rodeados por una membrana.

Célula animal.

Las estructuras internas de la célula animal están separadas por membranas. Destacan las mitocondrias, orgánulos productores de energía, así como las membranas apiladas del retículo endoplasmático liso (productor de lípidos) y rugoso (productor de proteínas). El aparato de Golgi agrupa las proteínas para exportarlas a través de la membrana plasmática, mientras que los lisosomas contienen enzimas que descomponen algunas de las moléculas que penetran en la célula. La membrana nuclear envuelve el material genético celular.

Célula vegetal.

Las células vegetales, así como las animales, presentan un alto grado de organización, con numerosas estructuras internas delimitadas por membranas. La membrana nuclear establece una barrera entre la cromatina (material genético) y el citoplasma. Las mitocondrias, de interior sinuoso, convierten los nutrientes en energía que utiliza la planta. A diferencia de la célula animal, la vegetal contiene cloroplastos, unos orgánulos capaces de sintetizar azúcares a partir de dióxido de carbono, agua y luz solar. Otro rasgo diferenciador es la pared celular, formada por celulosa rígida, y la vacuola única y llena de líquido, muy grande en la célula vegetal.

Célula procariótica.

Se caracteriza por su gran simplificación pues en ella faltan muchas de las estructuras que poseen las otras células. El material hereditario se encuentra disperso en el citoplasma, no tienen núcleo. Este tipo de organización las bacterias y otras células procarióticas carecen casi siempre de muchas de las estructuras internas propias de las células eucarióticas. Así, el citoplasma de las procarióticas está rodeado por una membrana plasmática y una pared celular (como en las células vegetales), pero no hay membrana nuclear ni, por tanto, núcleo diferenciado. Las moléculas circulares de ADN están en contacto directo con el citoplasma. Además carecen de mitocondrias, retículo endoplasmático, cloroplastos y

aparato de Golgi. Aunque, en general, las células procarióticas carecen de estructuras internas delimitadas por membrana, las cianobacterias, como la ilustrada aquí, sí contienen numerosas membranas llamadas tilacoides, que contienen clorofila y pigmentos fotosintéticos que utilizan para captar la energía de la luz solar y sintetizar azúcares.

Célula Procariota: cianobacteria

Estructura de la célula eucariótica.

En algunos tipos de células, hay una pared celular rodeando externamente la membrana que da protección y rigidez y permite a los seres vivos que las tienen prescindir de un esqueleto.

La membrana celular o citoplasmática, la poseen todas las células. Limita la célula le da forma y regula las sustancia que la atraviesan, tanto hacia el interior como al exterior.

El núcleo es la parte donde se encuentra el ADN en forma de largos filamentos formando un ovillo (cromatina). Dirige toda la actividad celular y ese el responsable de la transmisión de los caracteres hereditarios, gracias a la capacidad que tiene el ADN de autoduplicarse. Esto le permite que las células hijas se parezcan a la célula madre. El material hereditario está envuelto por una membrana nuclear que regula las sustancias que entran y salen del núcleo, y lo separa y delimita claramente del citoplasma. Cuando la célula de divide el ADN adopta la forma de pequeños bastones llamados cromosomas.

El contenido celular es el citoplasma. Se trata de una disolución acuosa llamada hialoplasma en la que se hallan inmersos los orgánulos citoplasmáticos, que son diversas estructuras que cumplen funciones concretas en la célula.

Principales orgánulos celulares y sus funciones.

Entre los orgánulos citoplasmáticos más importantes, se pueden destacar: los ribosomas, que intervienen en la síntesis (fabricación) de las proteínas que la célula necesita. Las mitocondrias son las encargadas de llevar a cabo las reacciones químicas destinadas a obtener la energía necesaria para la actividad celular (mediante un proceso llamado “respiración celular”) La red de tubos del retículo endoplasmático sirve para el transporte de diversas sustancias de una parte de la célula a otra.

En relación con el retículo endoplasmático se encuentra en el Aparato de Golgi que se encarga de la secreción de diversos productos celulares.

Para “digerir” las sustancias alimenticias que la célula animal capta, están los lisosomas, estos rompen las moléculas grandes en moléculas pequeñas.

Las células animales poseen además un centrosoma formado por un par de orgánulos cilíndricos llamados centríolos que se encargan del control de los movimientos celulares incluido el movimiento de los cromosomas durante la división celular.

Los cloroplastos, presentes en las células vegetales contienen clorofila y sirven para llevar a cabo la fotosíntesis (síntesis de materia orgánica a partir de materia inorgánica, para lo cual se necesita la

energía de la luz) Para almacenar sustancias de cualquier tipo las células vegetales poseen unas vesículas denominadas vacuolas.

Muchas células están dotadas de movimiento, mientras que otras son inmóviles. Para posibilitar el movimiento, pueden aparecer diversas estructuras, como los cilios y los flagelos.

Células Eucariotas versus células Procariotas

Basándonos en la organización de las estructuras celulares, todos las células vivientes pueden ser divididas en dos grandes grupos: Procariotas y Eucariotas (también hay quien escribe prokariota y eukariota). Animales, plantas, hongos, protozoos y algas, todos poseen células de tipo Eucariota. Sólo las bacterias (Eubacterias y Archaebacterias) tienen células de tipo Procariota.

La célula procariota

La palabra procariota viene del griego ('pro' = previo a, 'karyon = núcleo) y significa pre-núcleo. Los miembros del mundo procariota constituyen un grupo heterogéneo de organismos unicelulares muy pequeños, incluyendo a las eubacterias (donde se encuentran la mayoría de las bacterias) y las archaeas (archaeabacteria).

Una típica célula procariota está constituida por las siguientes estructuras principales: pared celular, membrana citoplasmática, ribosomas, inclusiones y nucleoide.

Las células procariotas son generalmente mucho más pequeñas y más simples que las Eucariotas.

La célula eucariota

El término eucariota hace referencia a núcleo verdadero (del griego: 'eu' = buen, 'karyon = núcleo). Los organismos eucariotas incluyen algas, protozoos, hongos, plantas superiores, y animales. Este grupo de organismos posee un aparato mitótico, que son estructuras celulares que participan de un tipo de división nuclear denominada mitosis; tal como imnúmeras organelas responsables de funciones específicas, incluyendo mitocondrias, retículo endoplasmático, y cloroplastos.

La célula eucariota es típicamente mayor y estructuralmente más compleja que la célula procariota.

Algunas diferencias estructurales

Comparación entre célula procariota y célula eucariota

Pared celular

En los prokariotas es una estructura rígida que envuelve la membrana citoplasmática, responsable de la forma de la célula y de su protección contra la lisis osmótica.

Bacterias Gram-positivas: la pared celular de esas bacterias está compuesta dr muchas capas de una macromolécula denominada peptidoglicano (disacáridos ligados a polipéptidos) y ácidos teicóicos (constituidos por alcohol y fosfato). Bacterias Gram-negativas: la pared celular está representada por una fina capa de peptidoglicano situada en medio de dos capas lipoproteínas. la capa externa además de lipoproteínas, tiene lipopolisacáridos y fosfolípidos. Los procariotas pueden presentar estructuras externas en la pared celular. Las células bacterianas pueden contener: glicocálix, un polímero gelatinoso compuesto por polisacáridos y/o polipéptidos (cápsula); flagelo, un largo filamento responsable de la movilidad celular; filamentos axiales (endoflagelo); fimbrias, que son filamentos menores y más finos que los flagelos, cuya principal función es la adherencia; y Pili, más largos que las fimbrias y en número de uno o dos.

Muchas células eucariotas poseen pared celular, aunque sean más simples que las de las células procariotas. la pared celular de las algas y de las plantas están constituidas principalmente por celulosa; la de los hongos por celulosa y principalmente quitina; la de las levaduras por polisacáridos. En las células eucariotas de los animales la membrana plasmática se encuentra recubierta por una capa de glicocálix (sustancia que contiene carbohidratos).

Membrana citoplasmática

La membrana citoplasmática de las células procariotas y eucariotas presenta gran similitud en cuanto a función y estructura básica. Funciona como una barrera de permeabilidad, separando el lado de dentro del lado de fuera de la célula. Está constituida por una capa doble de fosfolípidos y proteínas, las cuales pueden estar organizadas de diferentes formas.

En los Eucariotas la membrana contiene carbohidratos que poseen la función de sítios receptores, y esteroides, que impiden la lisis osmótica. Muchos tipos de células eucariotas poseen flagelos y cílios en la membrana plasmática. Esas estructuras son utilizadas para la locomoción o para mover substancias a lo largo de la superficie celular.

Ribosomas

En los prokariotas son pequeñas partículas formadas por proteínas y ácido ribonucléico (ARN), funcionando como lugar de síntese proteica. Una simple célula procariota puede poseer cerca de 10.000 ribosomas, confiriendo al citoplasma una apariencia granular.

En los eukariotas son mayores y más densos que los de los procariotas, y se encuentran ligados a la superficie del retículo endoplasmático rugoso y libres en el citoplasma de la célula. Como en los procariotas constituyen el lugar de la síntesis proteica.

Región nuclear

La región nuclear de una célula procariota difiere significativamente de la de una célula eucariota. el área nuclear, denominada nucleoide, de una célula bacteriana tiene una única molécula larga y circular de

DNA doble, el cromosoma bacteriano, que contiene todas las informaciones necesarias para el funcionamiento y estructuración celular. El cromosoma procariótico está ligado a la membrana plasmática, no contiene histonas, y no se encuentra rodeado por una membrana nuclear.

Las bacterias pueden contener además del cromosoma, moléculas de DNA doble pequeñas y circulares, denominadas plásmidos. Esas moléculas son elementos genéticos extracromosómicos, no esenciales para la supervivencia bacteriana, y poseen mecanismos de replicación independientes del DNA cromosómico. La ventaja de poseer un plásmido es que puede contener genes de resistencia a los antibióticos, tolerancia a los metales tóxicos, síntesis de enzimas, etc.

La diferencia clave con la célula eucariota, es la presencia de un núcleo verdadero en esta última. La región nuclear de los Eucariotas está envuelta por una membrana nuclear, separando el citoplasma del núcleo.

Este núcleo es generalmente la mayor estructura celular, con forma esférica u oval, y está envuelto por una membrana doble denominada membrana nuclear, que contiene en su interior moléculas de ADN organizadas en cromosomas, que contienen todas la información hereditaria.

La membrana nuclear es estructuralmente semejante a la membrana plasmática, está conectada al retículo endoplasmático, y posee poros nucleares que permiten la entrada y salida de substancias.

Los pasos clave de la información biológica, replicación de ADN y síntesis de ARN, suceden en el núcleo. El ARN ribosómico es producido por uno o más cuerpos esféricos denominados nucléolos.

Las células eucariotas apenas poseen organelas, que son estructuras especializadas, representadas por el núcleo, retículo endoplasmático, complejo de Golgi, mitocondria, cloroplastos, lisosomas, y centríolos.

La célula. Estructura y funciónHasta el final del s. XIX no se elaboró la teoría celular, que enuncia que la célula es la unidad morfológica, fisiológica y genética de todos los seres vivos, y que además toda célula proviene de otra. Todas las células tienen una estructura común: la membrana plasmática, el citoplasma y el material genético o ADN. Se distinguen dos clases de células: las células procariotas (sin núcleo) y las células eucariotas, mucho más evolucionadas y que presentan núcleo, cito esqueleto en el citoplasma y orgánulos membranosos con funciones diferenciadas.

Forma y tamaño de las células

La célula es una estructura constituida por tres elementos básicos: membrana plasmática, citoplasma y material genético (ADN). Las células tienen la capacidad de realizar las tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción (ver t13).

La forma de las células está determinada básicamente por su función. La forma puede variar en

función de la ausencia de pared celular rígida, de las tensiones de uniones a células contiguas,

de la viscosidad del citosol, de fenómenos osmóticos y de tipo de citoesqueleto interno. El tamaño de las células es también extremadamente variable. Los factores que limitan su

tamaño son la capacidad de captación de nutrientes del medio que les rodea y la capacidad

funcional del núcleo.

Cuando una célula aumenta de tamaño, aumenta mucho más su volumen (V) que su superficie (S) (debido a que V = 4/3pr3 mientras que S = 4/3pr2). Esto implica que la relación superficie/volumen disminuye, lo que es un gran inconveniente para la célula ya que la entrada de nutrientes está en función de su superficie y no del volumen. Por este motivo, la mayoría de las células maduras son aplanadas, prismáticas e irregulares, y pocas son esféricas, de forma que así mantienen la relación

superficie/volumen constante. El aumento de volumen de la célula nunca va acompañado del aumento de volumen del núcleo, ni de su dotación cromosómica.

Célula procariota: bacteria Gram positiva.

Célula eucariota. Epitelial secretora.

Estructura de las células

La estructura común a todas las células comprende la membrana plasmática, el citoplasma y el material genético o ADN.

Membrana plasmática: constituida por una bicapa lipídica en la que están englobadas ciertas

proteínas. Los lípidos hacen de barrera aislante entre el medio acuoso interno y el medio acuoso

externo. El citoplasma: abarca el medio líquido, o citosol, y el morfoplasma (nombre que recibe una serie

de estructuras denominadas orgánulos celulares). El material genético: constituido por una o varias moléculas de ADN. Según esté o no rodeado

por una membrana, formando el núcleo, se diferencian dos tipos de células: las procariotas (sin

núcleo) y las eucariotas (con núcleo).

Las células eucariotas, además de la estructura básica de la célula (membrana, citoplasma y material genético) presentan una serie de estructuras fundamentales para sus funciones vitales (ver t27 y t28):

El sistema endomembranoso: es el conjunto de estructuras membranosas (orgánulos)

intercomunicadas que pueden ocupar casi la totalidad del citoplasma.

Orgánulos transductores de energía: son las mitocondrias y los cloroplastos. Su función es la

producción de energía a partir de la oxidación de la materia orgánica (mitocondrias) o de energía

luminosa (cloroplastos). Estructuras carentes de membranas: están también en el citoplasma y son los ribosomas,

cuya función es sintetizar proteínas; y el citoesqueleto, que da dureza, elasticidad y forma a las

células, además de permitir el movimiento de las moléculas y orgánulos en el citoplasma. El núcleo: mantiene protegido al material genético y permite que las funciones de transcripción y

traducción se produzcan de modo independiente en el espacio y en el tiempo.

En el exterior de la membrana plasmática de la célula procariota (ver t40) se encuentra la pared celular, que protege a la célula de los cambios externos. El interior celular es mucho más sencillo que en las eucariotas; en el citoplasma se encuentran los ribosomas, prácticamente con la misma función y estructura que las eucariotas pero con un coeficiente de sedimentación menor. También se encuentran los mesosomas, que son invaginaciones de la membrana. No hay, por tanto, citoesqueleto ni sistema endomembranoso. El material genético es una molécula de ADN circular que está condensada en una región denominada nucleoide. No está dentro de un núcleo con membrana y no se distinguen nucleolos.

Las teorías celulares

Las células se descubrieron en el siglo XVII. El primero en observarlas fue el inglés Robert Hooke, en 1665. Con un microscopio muy rudimentario, Hooke examinó una preparación de corcho y descubrió que parecía estar compuesto por pequeñas celdillas rodeadas de paredes rígidas. Decidió llamar "células" a aquellas estructuras, pero lo cierto es que sus ojos le engañaron. En realidad, sólo había visto las paredes celulares muertas del corcho. Hubo que esperar hasta el siglo XIX para que dos científicos, Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann, formularan una teoría que explicara la estructura y funcionamiento de las células. En 1839, establecieron que todo ser vivo está formado por una o muchas células, que ésta es la estructura más pequeña que cumple todas las funciones vitales, y que toda célula procede a su vez de otra célula que se ha dividido.

 La teoría celular

Principios de la teoría celular:

1. Todos los seres vivos están constituidos por una o más células, es decir, la célula es la unidad morfológica de todos los seres vivos.

2. La célula es capaz de realizar todos los procesos necesarios para permanecer con vida, es decir, la célula es la unidad fisiológica de los organismos.

3. Toda célula proviene de otra célula.

4. La célula contiene toda la información sobre la síntesis de su estructura y el control de su funcionamiento y es capaz de transmitirla a sus descendientes, es decir, la célula es la unidad genética autónoma de los seres vivos.

El primer y segundo principios fueron establecidos por Schleiden y Schwann; posteriormente Virchow aportó el tercer principio sobre el origen de la célula. La teoría celular se puede completar con el cuarto principio propuesto por Sutton y Boveri.

Transporte celular

El transporte celular es el intercambio de sustancias entre el interior celular y el exterior a través de la membrana celular o el movimiento de moléculas dentro de la célula.

Transporte a través de la membrana celular

La célula necesita este proceso porque es importante para esta expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del líquido extracelular, gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias. Las vías de transporte a través de la membrana celular y los mecanismos básicos para las moléculas de pequeño tamaño son:

Transporte pasivo o difusión

El transporte pasivo es el intercambio simple de moléculas de una sustancia a través de la membrana plasmática, durante el cual no hay gasto de energía que aporta la célula, debido a que va a favor del gradiente de concentración o a favor de gradiente de carga eléctrica, es decir, de un lugar donde hay una gran concentración a uno donde hay menor. El proceso celular pasivo se realiza por difusión. En sí, es el cambio de un medio de mayor concentración (medio hipertónico) a otro de menor concentración (un medio hipotónico).

Difusión simple

Algunas sustancias pasan al interior o al exterior de las células a través de una membrana semipermeable, y se mueven dentro de éstas por Difusión simple, siendo un proceso físico basado en el movimiento al azar. La difusión es el movimiento de átomos, moléculas o iones de una región de mayor concentración a una de menor concentración sin requerir gasto de energía. La difusión implica, no sólo el movimiento al azar de las partículas hasta lograr la homogénea distribución de las mismas (y esto ocurre cuando las partículas que azarosamente vienen se equiparan con las que azarosamente van) sino también el homogéneo potencial químico del fluido, ya que de existir una membrana semipermeable que particiones un fluido en dos de distinto potencial químico, se generará una presión osmótica desde el potencial químico mayor (p.e. solvente puro) hacia el menor (p.e. solvente y soluto) hasta que ambas particiones se equiparen o la presión hidrostática equilibre la presión osmótica.1

Difusión facilitada

Es el movimiento de moléculas más grandes que no pueden pasar a través de la membrana plasmática y necesita ayuda de una proteína u otros mecanismos (exocitosis) para pasar al otro lado. También se llama difusión mediada por portador porque la sustancia transportada de esta manera no suele poder atravesar la membrana sin una proteína portadora específica que le ayude. Se diferencia de la difusión simple a través de conductos en que mientras que la magnitud de difusión de la difusión simple se incrementa de manera proporcional con la concentración de la sustancia que se difunde, en la difusión facilitada la magnitud de difusión se aproxima a un máximo (Vmax), al aumentar la concentración de la sustancia.

Filtración O Dialisis

La filtración o diálisis es el movimiento de agua y moléculas disueltas a través de la membrana debido a la presión hidrostática generada por el sistema cardiovascular. Dependiendo del tamaño de los poros de la membrana, sólo los solutos con un determinado tamaño pueden pasar a través de la membrana. Por ejemplo, los poros de la membrana de la cápsula de Bowman en los glomérulos renales, son muy pequeños, y sólo la albúmina, la más pequeña de las proteínas, tienen la capacidad de ser filtrada a través de ella. Por otra parte, los poros de las membranas de los hepatocitos son extremadamente grandes, por lo que una gran variedad de solutos pueden atravesarla.

Ósmosis

La ósmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual sólo las moléculas de agua son transportadas a través de la membrana. El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentración a uno de menor para igualar concentraciones. De acuerdo al medio en que se encuentre una célula, la ósmosis varía. La función de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular. Dicho proceso no requiere gasto de energía. En otras palabras la ósmosis u osmosis es un fenómeno consistente en el paso del solvente de una disolución desde una zona de baja concentración de soluto a una de alta concentración del soluto, separadas por una membrana semipermeable. Se relaciona con el movimiento browniano.

Ósmosis en una célula animal

En un medio isotónico, hay un equilibrio dinámico, es decir, el paso constante de agua. En un medio hipotónico, la célula absorbe agua hinchándose y hasta el punto en que puede

estallar dando origen a la citólisis. En un medio hipertónico, la célula elimina agua y se arruga llegando a deshidratarse y se muere,

esto se llama crenación.

Ósmosis en una célula vegetal [editar]

En un medio isotónico, hay un equilibrio dinámico. En un medio hipotónico, la célula absorbe agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presión

de turgencia. En un medio hipertónico, la célula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye,

produciendo que la membrana plasmática se despegue de la pared celular, ocurriendo la plasmólisis

Transporte activo

Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentración, para lo cual se requiere un gasto energético. En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H+ (potencial electroquímico de protones) previamente creado a ambos lados de la membrana, por procesos de respiración y fotosíntesis; por hidrólisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana (F1F0). El transporte activo varía la concentración intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmótico de rebalanceo por hidratación. Los sistemas de transporte activo son los más abundantes entre las bacterias, y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoría de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentración de nutrientes.

Los sistemas de transporte activo están basados en permeasas específicas e inducibles. El modo en que se acopla la energía metabólica con el transporte del soluto aún no está dilucidado, pero en general se maneja la hipótesis de que las permeasas, una vez captado el sustrato con gran afinidad, experimentan un cambio conformación al dependiente de energía que les hace perder dicha afinidad, lo que supone la liberación de la sustancia al interior celular.

El transporte activo de moléculas a través de la membrana celular se realiza en dirección ascendente o en contra de un gradiente de concentración (Gradiente químico) o en contra un gradiente eléctrico de presión (gradiente electroquímico), es decir, es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado. Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energía procedente del ATP. Las proteínas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa, que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberación de energía de los enlaces fosfato de alta energía. Comúnmente se observan tres tipos de transportadores:

Uniportadores: son proteínas que transportan una molécula en un solo sentido a través de la membrana.

Antiportadores: incluyen proteínas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultáneamente transportan otra en sentido opuesto.

Simportadores: son proteínas que transportan una sustancia junto con otra, frecuentemente un protón (H+).

Transporte activo primario: Bomba de sodio y potasio

Se encuentra en todas las células del organismo, encargada de transportar los iones potasio que logran entrar a las células hacia el interior de éstas, dando una carga interior negativa y al mismo tiempo bombea iones sodio desde el interior hacia el exterior de la célula (axoplasma), sin embargo el número de iones Na + (con carga positiva) no sobrepasa al de iones con carga negativa dando por resultado una carga interna negativa. En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo.

Transporte activo secundario o cotransporte

Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoácidos y la glucosa, cuya energía requerida para el transporte deriva del gradiente de concentración de los iones sodio de la membrana celular (Bomba Glucosa/Sodio ATPasa).

Bomba de calcio: Es una proteína de la membrana celular de todas las células eucariotas. Su función consiste en transportar calcio iónico (Ca2+) hacia el exterior de la célula, gracias a la energía proporcionada por la hidrólisis de ATP, con la finalidad de mantener la baja concentración de Ca2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio externo, necesaria para el normal funcionamiento celular. Se sabe que las variaciones en la concentración intracelular del Ca2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos estímulos y están involucradas en procesos como la contracción muscular, la expresión genética, la diferenciación celular, la secreción, y varias funciones de las neuronas. Dada la variedad de procesos metabólicos regulados por el Ca2+, un aumento de la concentración de Ca2+ en el citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos. Si el aumento de la concentración de Ca2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un décimo de la del medio externo, el trastorno metabólico producido conduce a la muerte celular. El calcio es el mineral más abundante del organismo, además de cumplir múltiples funciones.

Transporte de macromoléculas o partículas

Las macromoléculas o partículas grandes se introducen o expulsan de la célula por dos mecanismos:

Endocitosis

La endocitosis es el proceso celular, por el que la célula mueve hacia su interior moléculas grandes o partículas, englobándolas en una invaginación de su membrana citoplasmática, formando una vesícula que luego se desprende de la pared celular e incorpora al citoplasma. Esta vesícula, llamada endosoma, luego se fusiona con un lisosoma que realizará la digestión del contenido vesicular.

Existen dos procesos:

Pinocitosis: consiste en la ingestión de líquidos y solutos mediante pequeñas vesículas.

Fagocitosis: consiste en la ingestión de grandes partículas que se engloban en grandes vesículas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular.

Endocitosis mediada por receptor: es de tipo específica, captura macromoléculas específicas del ambiente, fijándose a través de proteínas ubicadas en las membranas plasmáticas (especificas). Una vez que se unen a dicho receptor, forman las vesículas y las transportan al interior de la célula. La endocitosis mediada por receptor resulta ser un proceso rápido y eficiente.

Exocitosis

Es la expulsión de sustancias como la insulina a través de la fusión de vesículas con la membrana celular.

La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesículas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmática, liberando su contenido.

La exocitosis se observa en muy diversas células secretoras, tanto en la función de excreción como en la función endocrina.

También interviene la exocitosis en la secreción de un neurotransmisor a la brecha sináptica, para posibilitar la propagación del impulso nervioso entre neuronas. La secreción química desencadena una despolarización del potencial de membrana, desde el axón de la célula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la célula receptora. Este neurotransmisor será luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado. Sin este proceso, se produciría un fracaso en la transmisión del impulso nervioso entre neuronas.

CÉLULA VEGETAL

Todos los organismos vivos están compuestos por células. El inglés, Robert Hooke en 1665, realizó cortes finos de una muestra de corcho y observó usando un microscopio rudimentario unos pequeños compartimentos, que no eran más que las paredes celulares de esas células muertas y las llamó células (del latín cellula, que significa habitación pequeña ) ; ya que éste tejido le recordaba las celdas pequeñas que habitaban los monjes de aquella época. No fue sino hasta el siglo XIX, que dos científicos alemanes el botánico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor Schwann, enunciaron en 1839 la primera teoría celular: " Todas las plantas y animales están compuestos por grupos de células y éstas son la unidad básica de todos los organismos vivos". Esta teoría fue completada en 1855, por Rudolph Virchow, quien estableció que las células nuevas se formaban a partir de células preexistentes ( omni cellula e cellula ). En otras palabras las células no se pueden formar por generación espontánea a partir de materia inerte.

Célula fijada con KMnO4

En la frontera de lo viviente, se han descubierto seres aun más pequeños: los virus, que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra célula. Podemos afirmar que, no hay vida sin célula. Al igual que un edificio, las células son los bloques de construcción de un organismo. La célula es la unidad más pequeña de materia viva, capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida.

La teoría celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma :

1. Todos los organismos vivos están formados por células y productos celulares.

2. Sólo se forman células nuevas a partir de células preexistentes.

3. La información genética que se necesita durante la vida de las células y la que se requiere para la producción de nuevas células se transmite de una generación a la siguiente.

4. Las reacciones químicas de un organismo, esto es su metabolismo, tienen lugar en las células.

CÉLULAS VEGETALES Y ANIMALES

Tanto las células de las plantas como las de los animales son eucarióticas, sin embargo presentan algunas diferencias:

1. Las células vegetales presentan una pared celular celulósica, rígida que evita cambios de forma y posición.

2. Las células vegetales contienen plastidios, estructuras rodeadas por una membrana, que sintetizan y almacenan alimentos. Los más comunes son los cloroplastos.

3. Casi todas las células vegetales poseen vacuolas, que tienen la función de transportar y almacenar nutrientes, agua y productos de desecho.

4. Las células vegetales complejas, carecen de ciertos organelos, como los centríolos y los lisosomas.

Fotosíntesis

Una hoja, el lugar principal en el que se desarrolla la fotosíntesis en las plantas

La fotosíntesis, del griego antiguo φωτο (foto) "luz" y σύνθεσις (síntesis) "unión", es la base de la vida actual en la Tierra. Proceso mediante el cual las plantas, algas y algunas bacterias captan y utilizan la energía de la luz para transformar la materia inorgánica de su medio externo en materia orgánica que utilizarán para su crecimiento y desarrollo.

Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautótrofos y además son capaces de fijar el CO2 atmosférico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autótrofos. Salvo en algunas bacterias, en el proceso de fotosíntesis se producen liberación de oxígeno molecular (proveniente de moléculas de H2O) hacia la atmósfera (fotosíntesis oxigénica). Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxígeno en la atmósfera se ha generado a partir de la aparición y actividad de dichos organismos fotosintéticos. Esto ha permitido la aparición evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metabólica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energético).

La otra modalidad de fotosíntesis, la fotosíntesis anoxigénica, en la cual no se libera oxígeno, es llevada a cabo por un número reducido de bacterias, como las bacterias púrpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre; estas bacterias usan como donador de hidrógenos el H2S, con lo que liberan azufre.

Generalidades

Cloroplastos dentro de células vegetales

En algas eucarióticas y en plantas, la fotosíntesis se lleva a cabo en un orgánulo especializado denominado cloroplasto. Este orgánulo que está delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante. En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteínas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de membranas denominadas tilacoides. Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosintéticos y proteínas necesarios para captar la energía de la luz. El principal de esos pigmentos es la clorofila, de color verde, de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a, b, c y d). Además de las clorofilas, otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarióticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas), de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captación de la luz, además de un papel protector. En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas, de naturaleza química diferente a los anteriores. En las plantas vasculares el mayor número de cloroplastos se encuentra dentro de las células del mesófilo de las hojas, lo cual les confiere su característico color verde.

La fotosíntesis se divide en dos fases. La primera ocurre en los tilacoides, en donde se capta la energía de la luz y ésta es almacenada en dos moléculas orgánicas sencillas (ATP y NADPH). La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moléculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilación del CO2 atmosférico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moléculas orgánicas que componen los seres vivos (aminoácidos, lípidos, nucleótidos, etc.). Tradicionalmente, a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosíntesis. Sin embargo, la denominación como "fase oscura" de la segunda etapa es incorrecta, porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminación. Es más preciso referirse a ella como fase de fijación del dióxido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como "fase fotoquímica" o reacción de Hill.

En la fase luminosa o fotoquímica, la energía de la luz captada por los pigmentos fotosintéticos unidos a proteínas y organizados en los denominados "foto sistemas" (ver más adelante), produce la descomposición del agua, liberando electrones que circulan a través de moléculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP+) capaz de mediar en la transformación del CO2 atmosférico (o disuelto en el agua en sistemas acuáticos) en materia orgánica. Este proceso luminoso está también acoplado a la formación de moléculas que funcionan como intercambiadores de energía en las células (ATP). La formación de ATP es necesaria también para la fijación del CO2.

El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosférico, capaz de reflejar la radiación de onda larga proveniente de la tierra (el máximo agente reflector de esa radiación es el vapor de agua). El notable aumento de su concentración a partir de 1850, debido a la destrucción de las áreas selváticas, la actividad industrial y el uso de combustibles fósiles podría tener el efecto de incrementar las temperaturas medias, efecto llamado efecto invernadero.

Descubrimiento

Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Química con los de la Biología. Así, con los trabajos de Priestley, se llega a la conclusión de que las partes verdes de las plantas fijan el aire ‘impuro’ (anhídrido carbónico), que actuaría como un nutriente, y liberan oxígeno.

Posteriormente Emily Fransecheti, amplía los estudios de Scarlett Pruzza, describiendo la emisión de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisión era menor que su asimilación en condiciones de iluminación. Ingeshousz también supone que la emisión de oxígeno por parte de las plantas procede, en último término, del agua, aunque no sabe encontrar una explicación para este fenómeno y habla de una ‘transmutación’ (se debe añadir que en esta época no se conocía aún la naturaleza química del agua).

En la misma línea de los autores anteriores, Jean Senebier, ginebrino, realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilación de anhídrido carbónico y el desprendimiento de oxígeno. También establece, que aún en condiciones de iluminación, si no se suministra CO2, no se registra desprendimiento de oxígeno. J. Senebier sin embargo opinaba, en contra de las teorías desarrolladas y confirmadas más adelante, que la fuente de anhídrido carbónico para la planta provenía del agua y no del aire.

Otro autor suizo, Th. de Saussure, demostraría experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso básico en la fotosíntesis, y que el aumento de biomasa depende de la fijación de anhídrido carbónico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua. También realiza estudios sobre la respiración en plantas y concluye que, junto con la emisión de anhídrido carbónico, hay una pérdida de agua y una generación de calor. Finalmente, de Saussure describe la necesidad de la nutrición mineral de las plantas.

El químico alemán J. von Liebig, es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Química Orgánica, como sobre Fisiología Vegetal, imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos químicos y la importancia de las reacciones químicas en los procesos vitales. Confirma las teorías expuestas previamente por de Saussure, matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosférico, el resto de los nutrientes provienen del suelo.

La denominación como clorofila de los pigmentos fotosintéticos fue acuñada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX. Dutrochet, describe la entrada de CO2 en la planta a través de los estomas y determina que solo las células que contienen clorofila son productoras de oxígeno. H. von Mohl, más tarde, asociaría la presencia de almidón con la de clorofilas y describiría la estructura de los estomas. Sachs, a su vez, relacionó la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir, así como que la formación de almidón está asociada con la iluminación y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos. A Sachs se debe la formulación de la ecuación básica de la fotosíntesis:

6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

Schimper daría el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiría los aspectos básicos de su estructura, tal como se podía detectar con microscopía óptica. En el último tercio del siglo XIX se sucederían los esfuerzos por establecer las propiedades físico-químicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisiológico de la fotosíntesis.

Fase fotoquímica

La energía luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la molécula, los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eléctrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones. Esta energía puede ser empleada en la síntesis de ATP mediante la fotofosforilación, y en la síntesis de NADPH. Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin, donde se sintetizarán los primeros azúcares que servirán para la producción de sacarosa y almidón. Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidación del H2O, proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmósfera.

Existen dos variantes de fotofosforilación: acíclica y cíclica, según el tránsito que sigan los electrones a través de los foto sistemas. Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la producción o no de NADPH y en la liberación o no de O2.

Fotofosforilación acíclica

Estructura de un fotosistema

Este proceso permite la formación de ATP y la reducción de NADP+ a NADPH + H+, y necesita de la energía de la luz, como ya se ha dicho. Se realiza gracias a los llamados foto sistemas, que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos). Estos están formados por dos partes:

Antena, donde se agrupan los pigmentos antena, junto con proteínas, y cuya función es captar la energía de los fotones para transmitirla al pigmento diana; y el centro de reacción. Este esta formado por proteínas y por pigmentos, encontrándose en él el llamado pigmento diana, que es aquel que recibe la energía de excitación de la antena, energía que sirve para excitar y liberar electrones. Aquí también se encuentra el primer dador de electrones, que repone los electrones al pigmento diana,

Primer aceptor, que recibe los electrones liberados.

Hay dos tipos de foto sistemas:

Fotosistema I, que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma, y cuyo pigmento diana es la clorofila P700.

Fotosistema II, que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila P680.

Proceso

El proceso de la fase luminosa, supuesto para dos electrones, es el siguiente: Los fotones inciden sobre el fotosistema II, excitando y liberando dos electrones, que pasan al primer aceptor de electrones, la feofitina. Los electrones los repone el primer dador de electrones, el dador Z, con los electrones procedentes de la fotólisis del agua en el interior del tilacoide (la molécula de agua se divide en 2H+ + 2e- + 1/2O2). Los protones de la fotólisis se acumulan en el interior del tilacoide, y el oxígeno es liberado.

Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones, que invertirá su energía liberada en la síntesis de ATP. ¿Cómo? La teoría quimioosmótica nos lo explica de la siguiente manera: los electrones son cedidos a las plastoquinonas, las cuales captan también dos protones del estroma. Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf, que bombea los protones al interior del tilacoide. Se consigue así una gran concentración de protones en el tilacoide (entre éstos y los resultantes de la fotólisis del agua), que se compensa regresando al estroma a través de las proteínas ATP-sintasas, que invierten la energía del paso de los protones en sintetizar ATP. La síntesis de ATP en la fase fotoquímica se denomina fotofosforilación.

Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina, que los cede a su vez al fotosistema I. Con la energía de la luz, los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0. De ahí pasan a través de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina. Ésta molécula los cede a la enzima NADP+-reductasa, que capta también dos protones del estroma. Con los dos protones y los dos electrones, reduce un NADP+ en NADPH + H+.

El balance final es: por cada molécula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media molécula de oxígeno, 1,3 moléculas de ATP, y un NADPH + H+.

Foto fosforilación cíclica

Tiene lugar al mismo tiempo que la acíclica. En ella sólo interviene el foto sistema I. Los electrones liberados, después de llegar a la ferredoxina, pasan a las plastoquinonas, y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I. Por tanto, se genera ATP en lugar de NADPH. Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilación acíclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura.

Fase bioquímica o ciclo de Calvin: biosíntesis orgánica

Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson

La fase bioquímica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones químicas en las que se incorpora el CO2 de la atmósfera en moléculas orgánicas, y se originan triosas fosfato, los primeros azúcares previos a la formación de sacarosa y almidón. Durante este ciclo se

emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquímica. Se divide en tres etapas: carboxilación, reducción y regeneración.

Este ciclo comienza con una pentosa, la ribulosa-1,5-fosfato, que se carboxila con el CO2, y se descompone en dos moléculas de ácido-3-fosfoglicérico. Con el gasto de un ATP, el ácido-3-fosfoglicérico se fosforila en ácido-1,3-bifosfoglicérico. Éste se reduce con el NADPH, y se libera una molécula de ácido fosfórico, formándose el gliceraldehido-3-fosfato. La molécula formada puede seguir ahora dos vías: una es dar lugar a más ribulosa-1,5-fosfato para seguir el ciclo, y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos: glucosa o fructosa, almidón y a partir de ellos los demás glúcidos, y los lípidos, proteínas y nucleótidos que requiere la célula...

Hay que destacar que tanto la fase fotoquímica como la fase biosintética se producen a la vez. Son inseparables, ya que los productos de la fase fotoquímica son empleados en la fase biosintética. Por otro lado al consumir en la fase biosintética el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP+ para la fase fotoquímica. Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulación sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que estén activas por el día e inactivas por la noche, en especial sobre la enzima rubisco. No obstante existe una variante de fotosíntesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijación del CO2 de la fase fotoquímica. Se trata de la fotosíntesis tipo CAM, empleada por plantas adaptadas a climas desérticos, para evitar que se abran las estomas por el día para fijar el CO2, con la consiguiente pérdida de agua.

División celular

Comparación de tres tipos de reproducción celular.

Definición

La división celular es la parte del ciclo celular en la que una célula inicial (llamada "madre") se divide en dos para formar dos células hijas. Gracias a la división celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproducción vegetativa en seres unicelulares.

Los seres pluricelulares reemplazan su dotación celular gracias a la división celular y suele estar asociada a la diferenciación celular. En algunos animales la división celular se detiene en algún momento y las células acaban envejeciendo. Las células senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo. Las células dejan de dividirse porque los telómeros se vuelven cada vez más cortos en cada división y no pueden proteger a los cromosomas.

Tipos de división celular

Bipartición: la división de la célula madre en dos células hijas, cada nueva célula es un nuevo individuo con estructuras y funciones idénticas a la célula madre. Este tipo de reproducción la presentan organismos como bacterias, amebas y algunas algas.

Gemación: se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas. El proceso de gemación es frecuente en esponjas, celenterios, briozoos. En una zona o varias del organismo progenitor se produce una evaginación o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constricción en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser. Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias. En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor. En las formas más evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemación que se realiza de forma más complicado.

El número de individuos de una colonia, la manera en que están agrupados y su grado de diferenciación varía y a menudo es característica de una especie determinada. Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonización.

Ciertas especies de animales pueden tener gemación interna, yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora. En el caso de las esponjas de agua dulce, las yemas tienen una cápsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva. Al llegar la primavera se pierde la cápsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja. En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernación.

Esporulación: la esporulación o esporo génesis consiste en un proceso de diferenciación celular para llegar a la producción de células reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas. Este proceso ocurre en hongos, amebas, líquenes, algunos tipos de bacterias, protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria), y es frecuente en vegetales (especialmente algas, musgos y helechos), grupos de muy diferentes orígenes evolutivos, pero con semejantes estrategias reproductivas, todos ellos pueden recurrir a la formación células de resistencia para favorecer la dispersión. Durante la esporulación se lleva a cabo la división del núcleo en varios fragmentos, y por una división celular asimétrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo núcleo dando lugar a las esporas. Dependiendo de cada especie se puede producir un número parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollará un individuo independiente.

Procesos de división celular

Fisión binaria es la forma de división celular de las células procariotas. Mitosis es la forma más común de la división celular en las células eucariotas. Una célula que

ha adquirido determinados parámetros o condiciones de tamaño, volumen, almacenamiento de energía, factores medioambientales, puede replicar totalmente su dotación de ADN y dividirse en dos células hijas, normalmente iguales. Ambas células serán diploides o haploide, dependiendo de la célula madre.

Meiosis es la división de una célula diploide en cuatro células haploide. Esta división celular se produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide, que pueden fusionarse después para formar una célula diploide llamada zigoto en la fecundación.

Los seres pluricelulares reemplazan su dotación celular gracias a la división celular y suele estar asociada a la diferenciación celular. En algunos animales, la división celular se detiene en algún momento y las células acaban envejeciendo. Las células senescentes se deterioran y mueren, debido al envejecimiento del cuerpo. Las células dejan de dividirse porque los telómeros se vuelven cada vez más cortos en cada división y no pueden proteger a los cromosomas. Las células cancerosas son inmortales. Una enzima llamada telomerasa permite a estas células dividirse indefinidamente.

La característica principal de la división celular en organismos eucariotas es la conservación de los mecanismos genéticos del control del ciclo celular y de la división celular, puesto que se ha mantenido prácticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano, a lo largo de la evolución biológica.

Factores que explican la división celular

Una teoría afirma que existe un momento en el que la célula comienza a crecer mucho, lo que hace que disminuya la proporción área/volumen. Cuando el área de la membrana plasmática de la célula es mucho más pequeña en relación con el volumen total de ésta, se presentan dificultades en la reabsorción y en el transporte de nutrientes, siendo así necesario que se produzca la división celular.

RESPIRACIÓN CELULAR

La respiración celular constituye el proceso más importante dentro de la célula, el cual abordaremos en pequeña medida pero de manera significativa.

Esta investigación toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de forma mínima en la respiración celular.

Hablar de respiración celular es referirnos a un proceso bioquímico del cual nos ramificaremos a dos tipos de respiración celular: aeróbica y anaeróbica.

En este proceso interfieren factores químicos capaces de ser procesados dentro de las células, y que en gran medida constituyen las bases para que la respiración celular se lleve a cabo.

RESPIRACIÓN CELULAR

La respiración celular es el conjunto de reacciones bioquímicas que ocurren en la mayoría de las células. También es el conjunto de reacciones químicas mediante las cuales se obtiene energía a partir de la degradación de sustancias orgánicas, como los azúcares y los ácidos principalmente.

Comprende dos fases:

* PRIMERA FASE:

Se oxida la glucosa (azúcar) y no depende del oxígeno, por lo que recibe el nombre de respiración anaeróbica y glicólisis, reacción que se lleva a cabo en el citoplasma de la célula.

* SEGUNDA FASE:

Se realiza con la intervención del oxígeno y recibe el nombre de respiración aeróbica o el ciclo de krebs y se realiza en estructuras especiales de las células llamadas mitocondrias.

Tanto que es una parte del metabolismo, concretamente del catabolismo, en el cual la energía contenida en distintas biomoléculas, como los glúcidos (azúcares, carbohidratos), es liberado de manera controlada.

IMPORTANCIA:

- Crecimiento

- Transporte activo de sustancias energéticas

- Movimiento, ciclosis

- Regeneración de células

- Síntesis de proteínas

- División de células

TIPOS DE RESPIRACIÓN CELULAR

RESPIRACIÓN ANAERÓBICA:

La respiración anaeróbica es un proceso biológico de oxidorreducción de azúcares y otros compuestos. Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias.

En la respiración anaeróbica no se usa oxígeno sino para la misma función se emplea otra sustancia oxidante distinta, como el sulfato. No hay que confundir la respiración anaeróbica con la fermentación, aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en común el no ser dependiente del oxigeno.

Todos los posibles aceptores en la respiración anaeróbica tienen un potencial de reducción menor que el O2, por lo que se genera menor energía en el proceso.

ETAPAS:

* Glucólisis

* Fermentación

GLUCÓLISIS.- También denominado glicólisis, es la secuencia metabólica en la que se oxida en la glucólisis, cuando hay ausencia de oxígeno, la glucólisis es la única vía que produce ATP en los animales.

Está presente en todas las formas de vías actuales. Es la primera parte del metabolismo energético y en las células eucariotas en donde ocurre el citoplasma.

Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectúan en el citosol de una célula mediante las cuales una molécula de glucosa se desdobla en dos moléculas de acido piruvico. De manera que la glicólisis consta de dos pasos principales:

*Activación de la glucosa.

* Producción de energía.

IMPORTANCIA: Permite a los músculos esqueléticos realizar su contracción.

FERMENTACIÓN.- Es un proceso catabólico de oxidación completa, siendo el producto final de un compuesto orgánico. La fermentación típica es llevada acabo por las levaduras. También unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla.

El proceso de fermentación anaeróbica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final de los electrones del NADH producido en la glucólisis.

En los seres vivos la fermentación es un proceso anaeróbico y en el no interviene la cadena respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras.

Además en la industria de la fermentación puede ser oxidativa, es decir como presencia de oxigeno, pero es una oxidación aeróbica incompleta, como la producción de acido acético a partir del etanol.

La fermentación puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interacción del microorganismo, sustratos orgánicos susceptibles, o artificiales, cuando el hombre propicia condiciones y en contacto referido.

USOS:

El conocimiento de la dieta a través del desarrollo de una diversidad de sabores, aromas y texturas en los substratos de los alimentos.

Preservación de cantidades substanciales de alimentos a través del acido lácteo, alcohólico, acido acético y fermentación alcalinas.

La fermentación tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes importantes o eliminar auto nutrientes.

TIPOS DE FERMENTACIÓN:

Fermentación acética Fermentación alcohólica Fermentación butirica Fermentación de la glicerina Fermentación láctica Fermentación putrica

RESPIRACIÓN AERÓBICA:

Es un tipo de metabolismo energético en el que los seres vivos extraen energía de moléculas orgánicas como la glucosa, por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el que el aire es el oxidante empleado.

La respiración aeróbica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos de bacterias.

La susecion de reacciones químicas que ocurren dentro de las células mediante las cuales se realiza las descomposiciones finales de las moléculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y H2O.

Se realiza solo en el proceso de oxigeno. Consiste en la degradación de los piruvatos producidos durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtención de 34 a 36 ATP.

IMPORTANCIA:

Participa en la respiración celular formando ATP.

REACCIONES AERÓBICAS.

Las reacciones aeróbicas ocurre en la mitocondria y son:

1. Formación del acetilo 2. Transferencia del acetilo Actividades en matriz 3. Ciclo de krebs 4. Transporte de electrones

Cadena respiratoria

5. Fosforilación oxidativa (actividad de crestas)

LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES

 

CICLO DE KREBS:

Propuesto por Hans A. Krebs en 1937 quien descubrió el ciclo estudiando suspensiones de papillas del músculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio.

El ciclo de krebs (también llamado ciclo del acido cítrico o ciclo de lso ácidos tricarboxilicos) es una serie de reacciones químicos de gran importancia, que forman parte de la respiración celular en toda las células aeróbicas, es decir que utilizan oxigeno. En organismo aeróbico el ciclo de krebs es parte de la vía catabólica que realizan oxidación de hidratos de carbono, ácidos graos y aminoácidos hasta producir CO2 y H2O, liberando energía en forma utilizable.

El ciclo de krebs también proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos ánimos ácidos. Por ello se considera una vía anfibolica, es decir que es catabólico y anabólica al mismo tiempo.

UBICACIÓN

Tiene lugar en tres partes:

Matriz mitocondrial En las eucariotas En el citoplasma de eucariotas

CICLO DE KREBS: