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“CELULA GENOMA Y ORGANISMO”

Indicaciones: Esta guía te ayudará a resolver las preguntas de las guías 1 y 3. No es necesario que la imprimas ya que la puedes leer desde tu pc, tu móvil o buscar esta información en internet. en distintos sitios como por ejemplo: http://gpsl.ca.tripod.com/id6.html, http://enciclopedia.us.es/index.php/Transporte_celular Contenidos SD0 INTRODUCCIÓN Cada tipo de organismo se identifica por su aspecto y formas características. Los adultos de cada especie tienen su propio tamaño, en tanto las cosas sin vida generalmente presentan formas y tamaños variables. Los seres vivos no son homogéneos, sino formados por diferentes partes, cada una con funciones específicas; por ejemplo, se caracterizan por su organización específica y compleja. -La unidad estructural y funcional de vegetales y animales es la célula, fragmento de vida más sencillo que puede vivir con independencia. Los procesos de todo el organismo son la suma de funciones coordinadas de sus células constitutivas. Estas unidades celulares varían considerablemente en forma, tamaño y función. La biología es la ciencia que estudia los seres vivos. Se hace imprescindible, por lo tanto, explicar los aspectos más característicos que distinguen a la materia viva de la materia inerte, es decir las características que tienen en común todos los seres vivos. BIOLOGIA CELULAR Los antiguos filósofos y naturalistas, en especial Aristóteles en la antigüedad y Paracelso en el renacimiento, llegaron a la conclusión de que “todos los animales y los vegetales, por más complicados que sean están constituidos por unos pocos elementos que se repiten en cada uno de ellos” Con el tiempo y el desarrollo de nuevos instrumentos y métodos de estudio se descubrió que todos los seres vivos sin excepción están constituidos por unidades denominadas células (del griego Kytos= Cito; del latín Cella= espacio vacío). También se encontró que

una célula aislada puede constituir un ser vivo completo, como en el caso de los protozoos, o bien agruparse y diferenciarse en tejidos y órganos para formar un organismo pluri o multicelular. Por lo tanto, la célula es una unidad morfológica y fisiológica en la estructura de los seres vivos, así como el átomo lo es en la estructura química.

Nombre estudiante:

Fecha: 30.03 al 10.04

Nivel/curso: 4° PD/ Asignatura: BIOLOGÍA

Competencia(s) BIOc1 Docente autor: RENATO LEZANA

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Basándonos en el concepto que tenemos del universo, para su estudio lo separamos en dos términos: materia o energía, o sea si algo no es lo uno, será lo otro. La materia a su vez la dividimos en viva e inerte, siendo el primer término en el que nos concentraremos. Pero antes de comenzar el estudio de lo vivo, debemos reconocer a que llamamos materia viva: El concepto en sí es arbitrario y se ha desarrollado para delimitar el campo de estudio de la biología. El concepto se basa en que todos los organismos conocidos comparten una serie de características (cinco por convención), por lo tanto, sí “algo” que se está estudiando presenta estas cinco características se puede decir que es un ser vivo, en caso de que no se cumpla una o más características se habla de materia inerte. (los virus son un ejemplo de materia inerte que se puede llegar a considerar como viva) Las cinco características son las siguientes:

1. Metabolismo 2. Irritabilidad (homeostasis) 3. Reproducción 4. Adaptación (o evolución) 5. Organización (o estructura)

1. Metabolismo: Se define como el conjunto de reacciones físico- químicas que

ocurren dentro del organismo con la finalidad de producir energía y sintetizar o transformar moléculas necesarias para los distintos procesos orgánicos. (gasto de energía)

Las reacciones metabólicas se pueden dividir en dos tipos: Anabolismo: Síntesis (fabricación) de moléculas complejas a partir de otras más simples: estas reacciones se realizan con gastos energético (endergónicas). Ejemplos: fotosíntesis, y síntesis der proteínas. Catabolismo: Degradación (rompimiento) de moléculas complejas a otras más simples. Son reacciones que liberan energía (exergónicas). Ejemplo: respiración celular. 2. Irritabilidad: es la capacidad de los seres vivos para responder a estímulos.

(cambios externos o internos) 3. Reproducción: es la capacidad de los seres vivos y de la misma especie de

cruzarse entre sí y dejar descendencia fértil. 4. Adaptación: capacidad de los seres vivos (como especie), de sobrevivir frente a

los cambios del medio ambiente. Son capaces de modificar su estructura, funcionamiento y comportamiento de acuerdo a las condiciones de un ambiente determinado.

5. Organización: Aunque ésta característica no es propia de los seres vivos, todos

los seres vivos presentan niveles de organizaciones semejantes y que difieren gradualmente de la materia inerte. El concepto de niveles de organización fue desarrollado por J Needham y se refiere a que en el universo existen diversos niveles de complejidad.

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En lo vivo partiendo de los niveles más simples a los más complejos encontraremos los siguientes: (niveles de organización biológicos) Átomos Moléculas Macromoléculas Organelos Células Tejido Organo. Sistema Organismo pluricelular Población Biológica Comunidad Biológica Ecosistema Biosfera Átomos: Son las unidades básicas de la materia viva e inerte, en la realidad no se

encuentran átomos individuales, sino más bien formando moléculas de átomos iguales. (o sea elementos)

Moléculas: se forman de la unión entre átomos distintos o iguales a través de enlaces

covalentes o iónicos. La unión de átomos iguales corresponde a los elementos químicos y la unión de átomos distintos, (elementos distintos) es lo que se denomina compuestos.

En los seres vivos podemos encontrar todos los elementos constituyentes de la materia, pero se encuentran en distintas proporciones (cantidades). Los que se presentan en mayor proporción son los siguientes: carbono, hidrógeno, oxígeno y Nitrógeno, más conocidos como los C, H, O, y N Dentro de los compuestos presentes en los seres vivos, éstos se dividen en dos tipos; los orgánicos y los inorgánicos. Los compuestos inorgánicos más importantes en los seres vivos se agrupan en tres tipos: Agua, Gases y sales minerales (iones). Los compuestos orgánicos presentes en los seres vivos son de diferentes tipos pero la importancia mayor la tienen los que corresponden a las llamadas unidades básicas o monómeros. (Monosacáridos, aminoácidos ácidos grasos y nucleótidos) Macromoléculas (Grandes moléculas): Corresponden a los polímeros que se forman

por la unión de los monómeros. Se presentan cuatro tipos de polímeros importantes, éstos son: Glúcidos, Lípidos, Proteínas y Ácidos nucleicos.

Organelos o complejos supramoleculares: Formados por la unión de miles de

macromoléculas, son los constituyentes celulares que presentan funciones específicas. Ejemplos: Mitocondrias, cloroplastos, Núcleo, Membrana celular, etc.

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Célula (primera unidad operacional viva): La célula es la unidad básica de todos los

seres vivos; algunos seres vivos están constituidos por una sola célula y corresponden a los organismos unicelulares, otros presentan un gran número de células y corresponden a los pluricelulares o multicelulares. Las células se agrupan en dos grandes DOMINIOS; las Procariontes y las Eucariontes.

Las Procariontes o procariotas: Son las células que carecen de endomembranas (membranas internas), que delimiten el núcleo u otros organelos internos. Las Eucariontes o eucariotas: Son células que presentan endomembranas. Su Núcleo está delimitado por una membrana doble (carioteca) al igual que la mayoría de los organelos citoplasmáticos. Tejidos: Se definen como; el conjunto de células que desempeñan una misma función

en forma coordinada. Los tejidos de los animales superiores se pueden agrupar en cinco categorías básicas: Tejidos; epiteliales, conjuntivos, musculares, nervioso y reproductor.

Órganos: estructuras resultantes de la unión de diferentes tejidos. Ejemplos: Cerebro,

Corazón, Riñón, Hígado, Páncreas, Bazo, Pulmón, Gónadas, etc. Sistemas: Conjunto de órganos con una función específica. Ejemplos: Sistemas;

digestivo, Circulatorio, Respiratorio, Endocrino, Reproductor, Cardiovascular, etc. Organismo pluricelular (segunda unidad operacional): Conjunto de sistemas y órganos

que trabajan coordinadamente dando lugar a un organismo viviente. Ejemplos: Araucaria, Esponja, Lombriz, Rana, Sapo, Cocodrilo, Profesor, etc.

Población biológica: Conjunto de organismo de la misma especie, que habitan en un

lugar determinado y tiempo determinado. Ejemplo: Población de lombrices en la piscina N° 1 de tratamiento de aguas del Instituto Claret Temuco, en el año 2007.

Comunidad biológica: Es el conjunto de dos o más poblaciones que habitan en un

lugar determinados y en un tiempo determinado y interactúan entre sí. Ecosistema (tercera unidad operacional): Es la interacción (o unión) de la comunidad

(biótico) con el medio ambiente (abiótico). Biosfera: Es la reunión de todos los ecosistemas terrestres, o sea corresponde al

planeta. En química y física, átomo (del latín atomus, y éste del griego άτομος, indivisible) es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos. El modelo actual del átomo corresponde al Modelo de Schrödinger:

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Después de que Louis-Victor de Broglie propuso la naturaleza ondulatoria de la materia en 1924, la cual fue generalizada por Erwin Schrödinger en 1926, se actualizó nuevamente el modelo del átomo. En el modelo de Schrödinger se abandona la concepción de los electrones como esferas diminutas con carga que giran en torno al núcleo, que es una extrapolación de la experiencia a nivel macroscópico hacia las diminutas dimensiones del átomo. En vez de esto, Schrödinger describe a los electrones por medio de una función de onda, de la cual representa la probabilidad de la presencia de los electrones en una región delimitada del espacio. Esta zona de probabilidad se conoce como orbital. LOS ELEMENTOS DE LA VIDA O BIOELEMENTOS. Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 25 son componentes de los seres vivos. Esto confirma la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos que poseen unas propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los seres vivos. Se denominan elementos biogénicos o bioelementos a aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden agrupar en tres categorías:

1. Bioelementos primarios o principales: C, H, O, N Son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa total, el elemento más abundante es el oxígeno. Las propiedades físico-químicas que los hacen idóneos son las siguientes:

1. Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo electrones.

2. El carbono, nitrógeno y oxígeno, pueden compartir más de un par de electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad para el enlace químico

3. Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlace covalente,

por lo que dichos enlaces son muy estables.

4. A causa configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes. Esta conformación espacial es responsable de la actividad biológica.

5. Las combinaciones del carbono con otros elementos, como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, etc., permiten la aparición de una gran variedad de grupos funcionales que dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas. Estos presentan características físicas y químicas diferentes, y dan a las moléculas orgánicas propiedades específicas, lo que aumenta las

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posibilidades de creación de nuevas moléculas orgánicas por reacción entre los diferentes grupos.

6. Los enlaces entre los átomos de carbono pueden ser simples

(C - C), dobles (C = C) o triples (C =C). lo que permite que puedan formarse cadenas más o menos largas, lineales, ramificadas y anillos.

Bioelementos secundarios S, P, Mg, Ca, Na, K, Cl Los encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una proporción del 4,5%.

Azufre Se encuentra en dos aminoácidos (cisteína y metionina) , presentes en todas las proteínas. También en algunas sustancias como el Coenzima A

Fósforo

Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucléicos. Forman parte de coenzimas y otras moléculas como fosfolípidos, sustancias fundamentales de las membranas celulares. También forma parte de los fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos.

Magnesio Forma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas , en muchas reacciones químicas del organismo.

Calcio Forma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. En forma iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso.

Sodio Catión abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular

Potasio Catión más abundante en el interior de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular

Cloro Anión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluído intersticial

Oligoelementos Se denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los organismos en forma vestigial, pero que son indispensables para el desarrollo armónico del organismo. Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos, y estos son: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, iodo, boro, silicio, vanadio, cromo, cobalto, selenio, molibdeno y estaño. Las funciones que desempeñan, quedan reflejadas en el siguiente cuadro:

Hierro Fundamental para la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas y formando parte de citocromos que intervienen en la respiración celular, y en la hemoglobina que interviene en el transporte de oxígeno.

Manganeso Interviene en la fotolisis del agua , durante el proceso de fotosíntesis en las plantas.

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Iodo Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo

Flúor Forma parte del esmalte dentario y de los huesos.

Cobalto Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina .

Silicio Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece tejidos vegetales como en las gramíneas.

Cromo Interviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre.

Zinc Actúa como catalizador en muchas reacciones del organismo.

Litio Actúa sobre neurotransmisores y la permeabilidad celular. En dosis adecuada puede prevenir estados de depresiones.

Molibdeno Forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de los nitratos por parte de las plantas.

Los bioelementos al combinarse pueden formar biomoléculas las que se pueden dividir en: inorgánicas y orgánicas. BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS Las biomoléculas inorgánicas o simples son las que no están formadas por cadenas de carbono. En general las más importantes para los seres vivos son: el agua, las sales minerales y los gases. EL AGUA El agua es la molécula más abundante en los seres vivos, y representa entre el 70 y 90% del peso de la mayor parte de los organismos. El contenido varia de una especie a otra; también es función de la edad del individuo (su % disminuye al aumentar la edad) y el tipo de tejido. El papel primordial del agua en el metabolismo de los seres vivos se debe sus propiedades físicas y químicas, derivadas de la estructura molecular. A temperatura ambiente es líquida, al contrario de lo que cabría esperar, ya que otras moléculas de parecido peso molecular (SO2, CO2, SO2, H2S, etc) son gases. Este comportamiento se debe a que los dos electrones de los dos hidrógenos están desplazados hacia el átomo de oxígeno, por lo que en la molécula aparece un polo negativo, donde está el oxígeno, debido a la mayor densidad electrónica, y dos polos positivos, donde están los dos hidrógenos, debido a la menor densidad electrónica. La molécula de agua son dipolos. Entre los dipolos del agua se establecen fuerzas de atracción llamados puentes de hidrógeno, formándose grupos de 3-9 moléculas. Con ello se consiguen pesos moleculares elevados y el agua se comporta como un líquido. Estas agrupaciones, le confieren al agua sus propiedades de fluido, en realidad, coexisten estos pequeños polímeros de agua con moléculas aisladas que rellenan los huecos.

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Los enlaces por puentes de hidrógeno aproximadamente, 1/20 más débiles que los enlaces covalentes, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras moléculas unidas por puentes de hidrógeno, permite que se forme en el seno del agua una estructura ordenada de tipo reticular, responsable en gran parte del comportamiento anómalo y de sus propiedades físicas y químicas. El agua se presenta en tres estados: Sólida líquida o gaseosa. El agua presenta las siguientes propiedades físico-químicas: a)Acción disolvente. El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que estas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua. La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones importantes para los seres vivos: es el medio en que transcurren las mayorías de las reacciones del metabolismo, y el aporte de nutrientes y la eliminación de desechos se realizan a través de sistemas de transporte acuosos. b) Fuerza de cohesión entre sus moléculas. Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. c) Elevada fuerza de adhesión. De nuevo los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, al establecerse entre estos y otras moléculas polares, y es responsable, junto con la cohesión de la capilaridad, al cual se debe, en parte, la ascensión de la sabia bruta desde las raíces hasta las hojas. d) Gran calor específico. El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los puentes de hidrógeno. Su temperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos a medida que va liberando energía al enfriarse. Esta propiedad permite al citoplasma acuoso servir de proteccción para las moléculas orgánicas en los cambios bruscos de temperatura. e) Elevado calor de vaporización. A 20ºC se precisan 540 calorías para evaporar un gramo de agua, lo que da idea de la energía necesaria para romper los puentes de hidrógeno establecidos entre las moléculas del agua líquida y, posteriormente, para dotar a estas moléculas de la energía cinética suficiente para abandonar la fase líquida y pasar al estado de vapor. f) Elevada constante dieléctrica. Por tener moléculas dipolares, el agua es un gran medio disolvente de compuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos covalentes polares como los glúcidos.

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Las moléculas de agua, al ser polares, se disponen alrededor de los grupos polares del soluto, llegando a desdoblar los compuestos iónicos en aniones y cationes, que quedan así rodeados por moléculas de agua. Este fenómeno se llama solvatación iónica. g) Bajo grado de ionización. De cada 107 de moléculas de agua, sólo una es encuentra ionizada. H2O H3O+ + OH- Esto explica que la concentración de iones hidronio (H3O+) y de los iones hidroxilo (OH-) sea muy baja. Dado los bajos niveles de H3O+ y de OH-, si al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente. EL agua tiene propiedades químicas que le permiten cumplir funciones biológicas diversas de gran importancia para los seres vivos. Entre estas funciones tenemos las siguientes: Disolvente o solvente universal: La molécula de agua está formada por un átomo de

oxígeno, unido covalentemente a dos átomos de hidrógeno. La zona de los hidrógenos es levemente positiva y la del oxígeno es levemente negativa, esta situación determina que el agua sea polar (con carga), específicamente dipolar, pero neutra. La propiedad anterior determina que el agua sea un buen disolvente, en especial de las moléculas polares.

Función estructural: El agua participa directamente en la mantención del volumen

celular y constituye entre el 70% y 90% de la masa de los seres vivos. Función termorreguladora: El agua requiere mucho calor para elevar su temperatura

esta propiedad se debe a que el agua presenta un alto calor específico (necesita mucha energía para elevar su temperatura), y mucho tiempo para enfriarse (alto calor de vaporización), Esta propiedad permiten que los seres vivos puedan seguir actuando frente a los cambios bruscos de temperatura.

Función amortiguadora: debido a su elevada cohesión(unión) molecular, el agua sirve

como lubricante entre estructuras que friccionan y evita el roce. Función de transporte: gran cantidad de sustancias, tales como nutrientes y

sustancias de desecho, son transportadas por el agua hacia y desde la célula, permitiendo de esta manera dos procesos básicos para la vida: la excreción y la nutrición

Función bioquímica: El agua interviene directamente en muchos procesos de

metabolismo, por ejemplo en la fotosíntesis actúa como donante de hidrogeno, con la consiguiente formación de oxígeno, que sirve para la respiración de los seres vivos.

Como se señalo anteriormente el agua presenta variadas propiedades como son, cohesión, adhesión, capilaridad, alta tensión superficial, alto calor específico, alto calor de vaporización y tendencia a ionizarse, esta última característica da lugar a que uno de los

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átomos de hidrógeno se separe de la molécula para combinarse con otra molécula de agua. De esta manera se obtiene el anión OH- denominado hidroxilo, y el catión H3O+ denominado hidronio (se representa como H+ (protón)). Sus concentraciones en el agua pura son iguales, por ello se dice que el agua es neutra (ni ácida ni básica). En base a lo anterior se establece la escala de pH, la cual permite clasificar si una sustancia es ácida neutra o básica. (alcalina) La escala de pH se mueve entre los números cero y catorce, como se muestra a continuación. Cada unidad de cambio en el pH dentro de la escala representa un cambio de diez veces en la concentración. Escala De pH Por ejemplo cuando se dice que la acidez de cierta zona aumento, se puede deducir que: la [H+] aumento, la [OH-] disminuye y el pH disminuye. El pH puede ser diferente entre un ser vivo y otro, o incluso entre distintas regiones del cuerpo del mismo individuo. Como sea el caso, lo que siempre resulta fundamental es mantener el pH dentro de márgenes de normalidad.

0 7 14

A medida que se avanza desde cero a 14 la concentración de protón disminuye por lo tanto la acidez disminuye, a mayor concentración de protones más acidez.

A medida que se avanza desde cero a 14 la concentración de hidróxilo aumenta por lo tanto la basicidad aumenta, a mayor concentración de hidroxilo más básica es la sustancia.

Cuando el pH es igual a 7 se dice que la solución es neutra ya que la [H+] es igual a la [OH-]

Moléculas de aguas

-

+ +

O

H H

Puente de hidrógeno

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LAS SALES MINERALES Las sales minerales son biomoléculas inorgánicas que aparecen en los seres vivos de forma precipitada, disueltas en forma de iones o asociadas a otras moléculas. Las precipitadas forman estructuras duras, que proporcionan firmeza o protección al ser vivo que las posee. Ejemplos son las conchas, los caparazones o los esqueletos. Por ejemplo, el fosfato cálcico (Ca3(PO4)2), que al precipitar sobre una matriz de proteínas fibrosas forma los huesos. El caparazón de los moluscos y crustáceos y la dentina de los dientes están estructurados por carbonato cálcico. (CaCO3) Las disueltas manifiestan cargas positivas o negativas. Los cationes más abundantes en la composición de los seres vivos son Na+, K+, Ca2+, Mg2+ . Los aniones más representativos en la composición de los seres vivos son: Cl-, PO4

3-, CO32- .

Las sales asociadas a otras moléculas permiten realizar funciones importantes en los seres vivos, como por ejemplo el transporte de oxígeno que realiza la hemoglobina gracias a la presencia el ion Fe2+ . y en la clorofila encontramos el magnesio Mg+2

ION NOMBRE FUNCIÓN

Na+ Sodio Participa en la conducción del impulso nervioso, además tiene un gran potencial osmótico, es decir, capacidad para arrastrar agua.

K+ Potasio Participa en la conducción del impulso nervioso y es importante en la mantención de agua intracelular.

Ca+2 Calcio Forma parte de la estructura de huesos y dientes. Además participa en la contracción muscular, en la coagulación sanguínea y en la comunicación entre las neuronas(sinapsis)

Fe2+ Fierro Es constituyente de la Hemoglobina, por lo tanto es fundamental en el transporte de oxígeno en la sangre.

Mg2+ Magnesio Forma parte de la clorofila interviniendo directamente en la fase clara de ésta.

HCO3- Bicarbonato Mantiene el grado de salinidad del organismo y regula el pH de la

sangre.

PO43- Fosfato Participa en la fosforilación oxidativa(formación de ATP), regula el

pH de la sangre y participa como estructura de varias moléculas orgánicas.(Lípidos, ácidos nucleicos, etc)

Cl- Cloruro Participa en la mantención de la concentración osmótica de la célula.

LOS GASES Son imprescindibles para el funcionamiento de los seres vivos, en especial el CO2 y el O2. Estos gases tan necesarios, se difunden en las estructuras intracelulares cuando se

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encuentran en disolución acuosa, pero cuando se encuentran en cantidades excesivas resultan tóxicos. BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS Las biomoléculas orgánicas llamadas también moléculas complejas, se caracterizan porque tienen un peso molecular mayor que las biomoléculas simples y presentan gran cantidad de carbono. Entre las biomoléculas orgánicas que existen en los seres vivos, las más importantes son: Los glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. GLUCIDOS Los glúcidos o hidratos de carbono son moléculas que responden, en general, a la fórmula empírica (CH2O)n: de ahí el nombre de “hidratos de carbono o carbohidratos” n, corresponde al número de carbonos que presentan. Los glúcidos más comunes son los azucares o sacáridos que se encuentran como azúcares simples(monosacáridos), o los de pequeñas cadenas(oligosacáridos) y los que corresponden a largas cadenas o polímeros, los polisacáridos. Estas moléculas sólo contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Monosacáridos. Los monosacáridos son polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas, o sea tienen un grupo aldehido (HC = O) o cetona ( -C = O) y muchos grupos hidroxilo (OH). A los monosacáridos que tienen el grupo aldehido se les llaman aldosas y a los que presentan el grupo cetona se les llama cetosas. Los monosacáridos se nombran de acuerdo al número de carbonos que presentan y añadiendo la terminación “OSA”. El monosacárido más simple, de cualquier tipo sólo tiene tres carbonos.

N° de carbonos Fórmula Nombre

3 C3H6O3 Triosa

4 C4H8O4 Tetrosa

5 C5H10O5 Pentosa

6 C6H12O6 Hexosa

7 C7H14O7 Heptosa

Por ejemplo si n = 4 la fórmula del monosacárido fuese C4H8O4 y corresponde a la tetrosa que tiene cuatro carbonos en su estructura, la cual puede ser aldosa(sí contiene el grupo aldehido) o cetosa (sí contiene el grupo cetona)

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Tetrosa del tipo aldosa Tetrosa del tipo cetosa Los carbonos se numeran partiendo del carbono de la función principal (cetona o aldehído), o del más cercano a la función principal (en el caso de las cetosas) Los monosacáridos que presentan 5 o más carbonos, forman un ciclo que presenta un puente de oxígeno entre dos carbonos, en lugar de presentar una forma lineal como los azúcares de tres y cuatro carbonos. Existen muchos monosacáridos, pero los más comunes que se deben conocer son cinco; dos pentosas (ribosa y desoxirribosa) y tres hexosas (fructosa, galactosa y glucosa) RIBOSA. RIBOSA SIMPLIFICADA. La desoxirribosa es parecida a la ribosa, la única diferencia que presenta es que en el carbono número dos la desoxirribosa no presenta un OH, sino que un H, o sea le falta un Oxígeno.

1 CHO

2 HC0H

3 HCOH

4 HCOH

H

H

HCHO 1

C = O 2

HCOH 3

HCOH 4

H

Grupo aldehido

Grupo cetona Número

del carbono

O

4’C

2’C

1’C

5’

OHCH2

3’C

H

H H

H

OH

OH OH

O

O

OH

5’

Representación más simple de una pentosa que puede ser la Ribosa

H

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DESOXIRRIBOSA

FRUCTOSA. GALACTOSA. GLUCOSA Oligosacáridos. Los oligosacáridos se forman por la unión de monosacáridos, por el proceso de condensación(síntesis), quitando un OH de uno y un H de otro para formar agua y el enlace que se forma se llama glucosídico. Cuando se unen dos monosacáridos, el resultado es un disacárido; tres forman un trisacárido y así sucesivamente, las cadenas de hasta diez monosacáridos se denominan Oligosacáridos para distinguirlas de los polisacáridos. (el prefijo “oligo” significa pocos) El disacárido más familiar es el azúcar de mesa o sacarosa, distribuido ampliamente en

los vegetales, que se obtiene comercialmente de la caña de azúcar o de la remolacha azucarera. La sacarosa está formada por una glucosa y una fructosa. Otro disacárido común es la lactosa o azúcar de leche. La lactosa, que representa

aproximadamente el 5% del contenido sólido de la leche de la mayoría de los mamíferos, esta compuesta de una glucosa y una galactosa. Un tercer disacárido importante es la maltosa, la cual esta formada por la unión de dos

glucosas.

H

H

O

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SACAROSA. LACTOSA

Polisacáridos. Los polisacáridos más importantes son polímeros de la glucosa, o derivados de la glucosa. Incluyen la celulosa, el glucógeno y los almidones. La celulosa es un polímero lineal de miles de glucosas, en cambio el glucógeno es un polímero ramificado de miles de glucosas. La celulosa es un componente rígido que conforma la estructura principal de las paredes de las células vegetales. El glucógeno se encuentra principalmente en los músculos y el hígado y representa una fuente de reserva de glucosa(para obtener energía), para los animales. El almidón es similar al glucógeno pero presenta diferencias químicas en especial en los enlaces de unión de las glucosas, la función principal que tienen es la de reserva de glucosa en los vegetales.

ESTRUCTURA DE LOS ALMIDONES

MALTOSA

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LÍPIDOS Entre las biomoléculas orgánicas que existen en los seres vivos, las más importantes son: Los Lípidos, glúcidos, proteínas y ácidos nucleicos. LIPIDOS. Los lípidos son moléculas orgánicas insolubles en agua, pero solubles en solventes orgánicos. Tienden a ser hidrofóbicas o no polares. Los lípidos constituyen una clase amplia de moléculas que desarrollan variadas funciones. Por ejemplo, las grasas y los aceites constituyen la fuente de energía más importante de la dieta habitual, y sirven para almacenar energía en el cuerpo. Otros desarrollan actividad hormonal o como vitaminas. Asimismo, son las unidades estructurales básicas de las membranas biológicas. Los lípidos sólo contienen en su estructura; Carbono, Hidrógeno y Oxígeno. Contienen gran cantidad de enlaces del tipo Éster. Se puede considerar que los monómeros básicos de los lípidos, son los ácidos grasos. Los Lípidos pueden dividirse en seis grupos, como se muestra a continuación:

N° Nombre Estructura básica Función biológica

1 Ácidos grasos

CH3 (CH2)n COOH

Fuente importante de energía en los alimentos: Constituyente de otros lípidos.

2 Esteres de glicerol

H2C CH CH2

OH OH OH Glicerol

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Glicéridos Glicerol esterificado con uno, dos o tres ácidos grasos

Fuente de energía en los alimentos: las grasas(triglicérido) sirven también como aislante térmico y mecánico.

Fosfolípidos Glicerol esterificado con dos ácidos grasos y un grupo fosfato.

Constituyentes principales de las membranas biológicas.

3 Esfingolípidos Derivados de la esfingosina (molécula compleja)

Constituyente de algunas membranas.

4 Ceras

Ésteres de ácidos grasos con cualquier alcohol. Excepto Glicerol.

Fuente de energía: las ceras mas duras(ceras de abeja)pueden ser también componentes estructurales.

5 Terpenos

Polímeros de isoprenos (moléculas complejas)

Forma parte de varias vitaminas(A, E, K) y algunos aceites.

6 Esteroides

Constituyentes de las membranas (Colesterol). Algunas hormonas son esteroidales como por ejemplo las hormonas sexuales y también la vitamina D.

A continuación, nos referiremos en forma más específica a los: ácidos grasos, los Glicéridos, los Fosfolípidos y los esteroides. Ácidos grasos. Los ácidos grasos son ácidos carboxílicos (-COOH), que contienen una cadena de 4 a 20 átomos de carbono hidrogenado. (o sea que contienen hidrógeno)

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Las cadenas de carbono pueden estar saturadas (sólo presentan enlaces simples), o insaturadas (contienen enlaces dobles) Ácido graso CH3(CH2)5 COOH Ácido graso CH3(CH2) CH = CH(CH2)2 COOH Los ácidos grasos más comunes en los animales son los de 16 y 18 carbonos, saturados e insaturados. En general, los ácidos grasos derivados de tejidos vegetales son insaturados. (por lo tanto, mejores para la salud) Los ácidos grasos son insolubles debido a que las “colas” (cadenas de carbonos), son apolares. Los ácidos grasos, que los seres vivos no pueden sintetizar(fabricar) se llaman esenciales y se tienen que obtener de la dieta. Los ácidos grasos no esenciales son los que el organismo sintetiza en las células a partir de otros componentes. (En general cualquier molécula que el organismo no puede sintetizar se denomina esencial)

Son ejemplos de ácidos esenciales el ácido linoleico y linolénico. Algunos ácidos graso comunes son los siguientes.

Fórmula Nombre común Estructura

C16 H32 O2 Ácido palmitico CH3 (CH2)14 COOH

Ácido graso insaturado

COOH

H C H

H C H

C H

H C

H C H

H C H

H

Ácido graso saturado

COOH

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H C H

H

19

C18 H36 O2 Ácido esteárico CH3 (CH2)16 COOH

C18 H30 O2 Ácido palmitoleico CH3 (CH2)5 CH = CH(CH2)7COOH

C18 H34 O2 Ácido oleico CH3 (CH2)7 CH = CH(CH2)7COOH

C18 H32 O2 Ácido linoleico CH3 (CH2)4 (CH = CHCH2)2(CH2)6COOH

C18 H30 O2 Ácido linolénico CH3 CH2 (CH = CHCH2)3(CH2)6COOH

Glicérido. Cuando al glicerol se le une un ácido graso, el compuesto se denomina monoglicérido. Si son dos los ácidos grasos que se unen al glicerol, se obtiene un diglicérido y si se unen tres ácidos grasos se tiene como resultado un Triglicérido. Cuando se junta una gran cantidad de triglicérido forman lo que se conoce como “grasa neutra” que se encuentra en las células adiposas que se pueden encontrar y cortar de la carne antes de asarla. Estas “grasas” sirven de aislamiento para el cuerpo y además proporcionan energía de reserva a los organismos. La “grasa” contiene una mezcla de triglicéridos. En realidad, aún los tres ácidos grasos de un triglicérido generalmente no son los mismos y pude tener saturados e insaturados. Como ya se mencionó las cadenas de los ácidos grasos son apolares al igual que el glicerol, por lo tanto, las grasas son insolubles en agua. Fosfolípidos. Los Fosfolípidos se forman a partir de un diglicérido, en el cual en el tercer grupo oxhidrilo (OH) se une un ácido fosfórico mediante un enlace éster.

H2C CH CH2

O O OH

O = C O=C

H2C CH CH2

O O O

O = C O=C O= C

H2C CH CH2

O OH OH

O = C

Cadena de carbono del ácido graso

O –

O= P O –

O

H2C CH CH2

Región polar

Región apolar

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Debido a que el ácido fosfórico presenta cargas, la “cabeza” del fosfolípido es polar, por lo tanto, soluble en agua, sin embargo, las cadenas de carbono que forman la “cola” son apolares. Como el fosfolípido presenta una región polar que se siente atraída por el agua se dice que esta zona es hidrofilica y la región apolar es hidrofóbica. Las moléculas que presentan estas dos regiones se llaman anfipáticas. (Anfi = Doble, Patia = atracción)

Los Fosfolípidos son las moléculas que forman el principal componente de las membranas biológicas o plasmáticas de todas las células.

Fosfolípido

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Esteroides. Los esteroides son una clase importante de lípidos formados por una estructura básica llamada ciclopentano-perhidro-fenantreno y por una extrema insolubilidad en agua.

El colesterol es un ejemplo de los esteroides, el colesterol es un importante componente de las membranas plasmáticas haciendo que éstas sean más fluidas. Además, desde el colesterol se derivan las hormonas sexuales masculinas y femeninas (andrógenos y estrógenos respectivamente) PROTEÍNAS Entre las biomoléculas orgánicas que existen en los seres vivos, las más importantes son: Los Lípidos, glúcidos, proteínas y ácidos nucleicos. PROTEINAS. El nombre proteína deriva de una palabra griega que significa “primero”. Este nombre es apropiado, pues puede afirmarse que las proteínas son de primera importancia para el funcionamiento celular. Las proteínas son las macromoléculas más abundantes en los seres vivos y constituyen más de la mitad del peso seco de éstos. Están formadas principalmente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, algunas de ellas contienen grandes cantidades de azufre. Las proteínas realizan variadas funciones en la célula y los organismos.

Fosfolípidos

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Clasificación de las proteínas según su función.

Tipo y ejemplo Función

Enzimas / Tripsina Enzima digestiva.

Transportadoras / hemoglobina Transporta O2 en la sangre de los vertebrados.

Contráctiles/ Dineina Forma parte de los cilios y flagelos.

Protectoras en la sangre/ Fibrinógeno Precursora de la fibrina en la coagulación.

Toxinas/ Venenos de serpientes Enzimas que hidrolizan los fosfogliceridos.

Hormonas/ Insulina Regula el metabolismo de la glucosa.

Estructural/ Colágeno Forma tendones, cartílago y parte de los huesos.

Las proteínas están formadas por la unión de muchos aminoácidos. Los aminoácidos

están formados por un carbono central llamado alfa(), al cual se unen cuatro grupos químicos diferentes. Uno es el grupo funcional llamado amino ( -NH2), otro es el grupo funcional llamado carboxílico ( - COOH) y el tercero es un átomo de hidrógeno (- H) y estos tres grupos son los mismos en todos los aminoácidos, la diferencia entre un aminoácido y otro se encuentra en el cuarto grupo que se designa como R (radical) H

NH2 C COOH

R En la naturaleza existe un gran número de aminoácidos. Pero sólo veinte forman parte de las proteínas presentes en los seres vivos. EL grupo R es el que hace que los 20 aminoácidos sean diferentes. Por ejemplo, a continuación, se muestran dos aminoácidos distintos, los cuales difieren sólo en el grupo R.

H

NH2 C COOH

CH2

Alanina

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Con la excepción de bacterias y vegetales, el resto de los organismos no son capaces de sintetizar (fabricar) todos los aminoácidos. Los que no se sintetizan se llaman esenciales y en el ser humano corresponden a diez, los cuales se deben obtener de los alimentos. Los otros diez aminoácidos se denominan no esenciales.

AMINOÁCIDOS

ESENCIALES NO ESENCIALES

Arginina Histidina Isoleucina Leucina Lisina Metionina Treonina Triptófano Valina Phenilalanina

Alanina Asparagina Ácido Aspártico Cisteina Ácido Glutámico Glutamina Glicina Prolina Serina Triosina

Para resumir el nombre de los aminoácidos se usan las tres primeras letras del nombre, por ejemplo la Phenilalanina se resume de la siguiente forma Phe y Glicina, Gli. La palabra aminoácido se abrevia de la siguiente forma: aa. Los aa se unen entre sí mediante un enlace de tipo covalente, que se forma entre el grupo amino de un aa y el grupo carboxilo de otro aminoácido, con pérdida de una molécula de agua. A este enlace se le denomina peptídico. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS. Se debe hablar de cuatro niveles de organización de las proteínas para poder comprender su arreglo espacial, los niveles son los siguientes: estructuras primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria. La estructura primaria, comprende dos aspectos: a) Secuencia en que están unidos. b) Tipo de aminoácidos que lo forman. La secuencia de los aminoácidos en una proteína es única para una determinada proteína, un cambio en el orden hace variar la naturaleza de ella y su funcionalidad. Por ejemplo tomando sólo tres aa tenemos nueve combinaciones distintas, a

continuación se muestran dos: Ser Met Glu o Ser Glu Met. Otra proteína distinta es la que presenta distintos aa, pero tiene la misma cantidad de

ellos, ejemplo; Phe Met Ala La estructura Secundaria: Se refiere a la disposición que adopta en el espacio la cadena peptídica. Se encuentran dos disposiciones que son: a) En hélice alfa. c) En hoja plegada Beta.

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En hélice alfa( ) : La cadena peptídica se arrolla en forma helicoidal(forma espiral), y los grupos R de los aminoácidos se proyectan hacia fuera, Esta ordenación permite la formación de uniones puente de hidrógeno, que aseguran que la estructura helicoidal se mantenga. Proteínas que presentan esta disposición: La queratina del cabello, la miosina de los músculos.

En la hoja plegada Beta(): las cadenas peptídica adoptan una disposición estirada, paralela, que queda estabilizada por uniones de hidrógeno entre ellas, o sea esta disposición es como una hoja doblada en zigzag o en forma de una plancha de zinc de las que se usan para los techos.

a) Estructura

en hélice alfa.

b) Hélice alfa

con la representación de los enlaces de hidrógeno

entre aa.

Proteína que presenta esta estructura. Son las que forman las uñas y la piel.

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Estructura Terciaria: Corresponde a la disposición que la cadena arrollada adopta en el espacio( Conformación tridimensional). Estas pueden ser de cuatro tipos: la globular alfa, globular beta, fibrilar alfa y beta. Las globulares, son aquellas en las cuales la cadena polipeptídica, que tiene estructura secundaria (alfa o beta) se enrolla sobre sí para formar una esfera (globular).

Las fibrilares son aquellas en que la cadena polipeptídica, con estructura secundaria (alfa o beta) se pliega sobre sí para formar fibras. Las alfa y beta se simbolizan, respectivamente, de la siguiente manera: La gran mayoría de las proteínas presenta estructura terciaria, o sea en otras palabras la estructura terciaria es la forma que presentan las proteínas en la realidad. Estructura cuaternaria. Esta estructura se forma por la unión de dos o más cadenas polipeptídicas, a las proteínas que presentan esta estructura se les llama oligómera. La proteína más conocida y representativa de este tipo es la hemoglobina(Hb), la que presenta cuatro cadenas polipeptídicas globulares, dos alfas y dos beta. Además, en el interior de cada cadena, se encuentra un grupo químico llamado hemo (Hemoferroporfirina) que en su centro contiene un ion de Fe, el que se combina con el oxígeno.

En la figura se muestra una proteína

globular alfa(Mioglobina). Estas se

simbolizan de la siguiente forma:

Las globulares beta se simbolizan

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En resumen, la hemoglobina es una proteína oligómera, globular que presenta estructura cuaternaria. Se encuentra en grandes cantidades en los glóbulos rojos (células de la sangre) y tiene como función el transporte de oxígeno. Algunos ejemplos de sustancias comunes que son proteínas son las siguientes: Carnes (blancas y rojas) Pieles(cueros) Escamas Plumas Uñas Cuernos Clara de huevo Gelatina Pelos ÁCIDOS NUCLEICOS. Entre las biomoléculas orgánicas que existen en los seres vivos, las más importantes son: Los Lípidos, glúcidos, proteínas y ácidos nucleicos. ÁCIDOS NUCLEICOS. Son moléculas constituidas por C, H, O, N y fósforo. Son polímeros formados por unidades llamadas nucleótidos. Un nucleótido está formado por: Una base nitrogenada + una pentosa + un grupo fosfato. Bases nitrogenadas: Se agrupan en dos tipos: las purinas y pirimidinas.

Fe+

Fe+

Fe+

Fe+

O2

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Las purinas están formadas por dos anillos y son la adenina y la guanina. La pirimidinas están formadas por un anillo y son la citosina, la timina y el uracilo. La pentosa. Corresponde a una ribosa o una desoxirribosa. El grupo fosfato. Este grupo se une a la pentosa en el carbono 5’, a través de un enlace éster.

OH

O = P – OH

O

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ESTRUCTURA DE UN NUCLEÓTIDO ( ADENINA + RIBOSA + GRUPO FOSFATO)

Los nucleótidos (que tienen un fosfato), se simbolizan usando la primera letra del nombre de la base nitrogenada que forma parte de él y en mayúscula. Por ejemplo, si el nucleótido tiene una base nitrogenada púrica de adenina, todo el nucleótido se simboliza con la letra A, por lo tanto tenemos A, G, T, C, y U Los nucleótidos se unen uno a otro mediante un enlace covalente llamado fosfodiéster que se forma entre el carbono 5’ de la pentosa de un nucleótido y el carbono 3’ de la pentosa de otro nucleótido.

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Cadena de nucleótidos. Existen dos tipos de ácidos nucleicos: El ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). CARACTERÍSTICAS DEL ADN. Este presenta el modelo descrito por Watson y Crick. La molécula de ADN está formada por dos cadenas de nucleótidos que se enrollan entre sí hacia la derecha formando una especie de hélice. Ambas cadenas tienen sentidos opuestos. Las bases nitrogenadas se ubican hacia el interior de la hélice. Ambas cadenas se mantienen unidas entre sí mediante las bases nitrogenadas las que forman puentes de hidrógeno: se sabe que siempre se une una base púrica con una pirimídinica, específicamente la A se une con la T y la C con la G, además la A con La T presentan dos puentes de hidrógeno en cambio la C con la G tres puentes. Además, se debe destacar que las moléculas de ADN sólo presentan cuatro tipos de nucleótidos; que son A, T, C y G y que contienen como pentosa a la desoxirribosa. El ADN almacena toda la información genética de un organismo y es capaz de transmitirla a la descendencia.

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CARACTERÍSTICAS DEL ARN. El ARN Es una molécula formada por una sola cadena. La que puede tomar diferentes formas de acuerdo a su función. Se debe destacar que las moléculas de ARN sólo presentan cuatro tipos de nucleótidos; que son A, U, C y G, y que contienen como pentosa a la ribosa. Existen tres tipos de ARN. ARN mensajero (ARNm) ARN de transferencia (ARNt) ARN ribosomal (ARNr) Los ARN “leen” la información del ADN y lo transportan desde el núcleo hasta los ribosomas del citoplasma, los cuales con ayuda del ARNt transforman la información en proteínas de todo tipo y en especial de tipo de las enzimas.

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Robert Hooke

ADENOSIN TRI FOSFATO(ATP). El ATP corresponde a un tipo de nucleótido, que presenta tres fosfatos, una pentosa del tipo ribosa y la base nitrogenada adenina. Cuando se separa el último fosfato, se libera la energía presente en el enlace y el nucleótido queda como adenosin di fosfato(ADP). Contrariamente cuando se quiere almacenar energía se forma un enlace uniendo un fosfato al ADP por lo cual queda como ATP. En el fondo el nucleótido ATP es el intermediario de energía en los procesos celulares. ATP ADP + P

TEORÍA CELULAR La célula es la unidad estructural y funcional de todos los seres vivos, toda célula procede de otra célula, su agrupación y diferenciación de funciones da origen a todos los tejidos, éstos se agrupan en órganos y los órganos en sistemas, la anterior agrupación de funciones da origen a los niveles de organización biológica.

El concepto que se tenía de la célula ha variado considerablemente con el tiempo y con los medios de observación con que los investigadores han contado. La primera descripción de la estructura celular se debe al inglés Robert Hooke, que en su gran Micrographía, publicada en 1665, dio a conocer los resultados de sus observaciones realizadas sobre cortes muy finos de corcho y otros tejidos vegetales. Encontró pequeñas cavidades poliédricas que llamó "cells" (celdillas) por su semejanza con las celdillas de un panal de abejas. Aunque Hooke vio que las células vivas están llenas de un jugo nutricio, ni él ni sus contemporáneos Greew y Malphigi, ni los micrógrafos del siglo XVII dieron la mayor importancia a la sustancia encerrada en las celdillas.

ENERGÍA LIBERADA

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Anton Van Leeuwenhoek En el mismo siglo y al comienzo del siguiente, un científico holandés Anton Van Leeuwenhoek (1674), al analizar una gota de agua con su microscopio de fabricación casera, descubrió la existencia de células libres y además de esto observó que estas células no estaban "vacías" sino que poseían una cierta organización dentro de ellas.

Todos estos conocimientos permanecieron estacionarios porque no se conocía el verdadero papel de las células en la naturaleza. Doscientos años más tarde, Robert Brown (1831) cuando examinaba células vegetales, descubrió dentro de ellas la presencia de un cuerpo esférico y de tono oscuro, al cual denominó "Núcleo" , cuya función e importancia para la vida celular se aclaró en investigaciones posteriores. Robert Brown

Mathias Schleiden En 1838, los alemanes Mathias Schleiden (Botánico) y Theodor Schwan (Zoólogo) consiguieron relacionar todas estas observaciones y, elaborar una teoría celular acerca de la constitución de los seres vivos. Esta teoría establece que:

1. “La célula es la unidad básica estructural de todos los seres vivos” 2. “La célula es la unidad básica funcional de todos los seres vivos” En 1850, Ferdinand Cohn llegó a la conclusión de que el contenido de las células, llamado "saraoda" por los zoólogos y "protoplasma" por los botánicos era idéntico. El nombre de protoplasma perdura desde entonces para denominar el material que integra las células.

Tras los estudios de Schultze, se llegó a la conclusión de que animales y plantas son masas vivas, formadas por infinidad de proporciones de protoplasma, cada una con su núcleo correspondiente y rodeada de su membrana. Virchow en 1855, completó la teoría celular con sus estudios sobre el origen de las células y que concluyó con su célebre aforismo: "Toda célula procede de otra célula". 3. “La célula es la unidad básica de reproducción de todo ser vivo” Avances que contribuyeron al estudio de la célula: Durante los cien años posteriores al descubrimiento de Hooke, otros biólogos contribuyeron en gran medida al conocimiento de las células. Sin embargo, estos científicos no pudieron trascender las limitaciones del microscopio óptico, de pronto se desarrollaron nuevos instrumentos y métodos con los que empezaron a eliminarse las limitaciones. Uno de estos descubrimientos fue el "microscopio electrónico" , por supuesto, el más importante. Los avances tecnológicos logrados, en general, fueron: 1. La invención del microscopio y su perfeccionamiento que permitió ampliar el poder resolutivo del ojo humano, haciendo posible el descubrimiento de la célula y su posterior estudio. 2. Las técnicas histológicas que permitieron complementar la observación microscópica y así obtener los más finos detalles del interior de la célula. 3. El uso de reactivos químicos que permitieron identificar determinadas sustancias químicas que se encuentran dentro de la célula.

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Todos los estudios y observaciones actuales han llevado a plantear un cuarto postulado que señala que: 4.- Las células contienen la información hereditaria y ésta se transmite de la célula madre a la célula hija. TÉCNICAS DE ESTUDIO DE LA CELULA Una combinación de métodos ayuda al estudio de la célula. El desarrollo de la biología celular y molecular se produce en forma paralela a la invención de instrumentos y técnicas biofísicas y bioquímicas que extienden los sentidos a nuevos límites y acrecientan el conocimiento de la estructura y funcionamiento de la célula. El acceso a este tipo de conocimiento resulta dificultoso pues las células son pequeñas y transparentes. El ojo humano sólo puede discriminar dos puntos separados por más de 0,1 mm ó 100 micrómetros (mm). La mayoría de las células son mucho más pequeñas y se necesita del microscopio óptico cuyo límite de resolución es de 0,2 mm. Para estructuras más pequeñas, que midan entre 0,4 y 200 nanómetros (nm), se requiere del microscopio electrónico. Como se aprecia, las principales unidades de medida que se emplean corrientemente en microscopia no son las de uso cotidiano. En la siguiente tabla se expresan aquellas unidades y sus equivalencias:

-Medidas utilizadas en microscopia

Unidad Símbolo Equivalencia en metro (m)

Utilización principal en citología

Centímetro cm 0,01 metro Objetos macroscópicos a simple vista. Huevos grandes.

Milímetro mm 0,001m Objetos macroscópicos a simple vista. Células muy grandes.

Micrómetro mm 10-6 m Microscopia de luz (óptica) Casi todas las células y organelos grandes.

Nanómetro nm 10-9 m Microscopia electrónica. Organelas pequeñas, macromoléculas grandes.

Angstrom Å 10-10 m Microscopia electrónica. Métodos de difracción de rayos X. Moléculas y átomos.

Por lo tanto: 1m=102 cm=102 mm=103 mm=106 nm=109 Por otra parte, la mayoría de los componentes de la célula viva son transparentes debido a su alto contenido de agua. Al disecarla no presenta un significativo contraste. Entonces la tinción selectiva de ciertos componentes celulares resuelve el problema del contraste. Sin embargo la mayoría de estas técnicas conduce a la muerte de la célula y aún más, a cambios químicos y morfológicos que no se encuentran en las células activas y en la matriz extracelular. Cabe destacar que algunos pigmentos del citoplasma y de organelos vegetales pueden absorber determinadas longitudes de onda y no necesitan de previo tratamiento para su observación al microscopio óptico. Para el estudio de la célula viva se emplean técnicas ópticas especiales como, por ejemplo, la microscopia de contraste de fase o la de interferencia.

Cuadro comparativo de distintos ejemplos de niveles de organización a nivel microscópico. En el nivel macromolecular, la difracción de rayos X resulta ser la técnica más adecuada para estudiar la configuración molecular de proteínas, de ácidos Nucleicos y de algunos entes prebióticos tales como los virus. Los compuestos químicos que constituyen la célula pueden ser detectados, descriptos y localizados dentro y fuera de la célula mediante métodos adaptados de la Química Analítica.

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Las técnicas aislamiento y separación específica de células, organelos y macromoléculas y el preparado de cultivos celulares para el estudio detallado son herramientas invalorables para el avance de la biología celular y molecular. Los microscopios proveen ventanas para el mundo de la célula

Esquema de un Microscopio Óptico El descubrimiento y estudio temprano progresó con la invención y mejora de los microscopios en el siglo XVII. Los microscopios de varios tipos son aún herramientas indispensables para el estudio de las células. Los microscopios primeramente usados en el Renacimiento tanto como los que son utilizados en los laboratorios hoy, son microscopios ópticos. La luz visible pasa a través de la muestra y de las lentes de vidrio por donde la luz es refractada (“doblada”) de tal manera, que la imagen del espécimen es amplificada cuando se proyecta en el ojo. Dos valores importantes en microscopia son el aumento y el poder de resolución . Entendemos por aumento a las dimensiones aparentes de los objetos comparados con su tamaño real. El poder de resolución es la medida de la nitidez de la imagen; es la capacidad del instrumento para brindar imágenes distintas de dos puntos cercanos. El microscopio óptico nunca puede resolver detalles menores a 0,2mm, la medida de una pequeña bacteria. Esta resolución es limitada por la longitud de onda de la luz visible usada para iluminar la muestra. Los microscopios ópticos o de luz pueden aumentar efectivamente alrededor de 1000 a 1500 veces el tamaño de la muestra real; si se incrementase el aumento la imagen proyectada sería borrosa. La mayoría de las mejoras en microscopia de luz del comienzo de este siglo ha involucrado nuevos métodos para aumentar el contraste. Sin estas técnicas sería imposible para el ojo humano el conocimiento del mundo celular. La mayoría de las organelos son demasiado pequeñas para ser visualizadas por la microscopia de luz. La Biología Celular avanzó rápidamente hace un poco más de cincuenta años con la introducción del microscopio electrónico. En lugar de luz visible, el microscopio electrónico utilizó un haz de electrones a través de la muestra. El poder de resolución está inversamente relacionado con la longitud de onda (l) de la radiación que un microscopio usa y un haz de electrones tiene longitudes de onda mucho más cortas que la luz visible. Para mayores precisiones al respecto, consulte el cuadro

Cuadro Poder de resolución del Microscopio

En cualquier tipo de microscopio, el poder de resolución depende de la longitud de onda (l) y de la apertura numérica (AN) del objetivo (la capacidad de colectar la luz). Así, el límite de resolución, que es la distancia mínima que debe existir entre dos puntos para que puedan ser discriminados como tales, y responde a la siguiente ecuación: Límite de resolución=0,61 l /AN A su vez, AN = n . seno a donde, n es el índice de refracción del medio que atraviesa el haz y a es el ángulo de apertura

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Nótese que el límite de resolución es inversamente proporcional al poder resolutivo del instrumento, de modo tal que cuanto mayor sea éste, menor será el límite de resolución conseguido.

Comparación entre un Microscopio Óptico y Electrónico La mayoría de los microscopios electrónicos modernos pueden lograr una resolución de 0,2 nm, unas 1000 veces mejor que la obtenida con el microscopio óptico. Los biólogos usan el término ultra-estructura celular para referirse a la anatomía celular cuando se resuelve por un microscopio electrónico. Hay dos tipos de microscopio electrónico: el microscopio electrónico de transmisión (MET) y el microscopio electrónico de barrido (MEB): · El MET permite develar la ultraestructura de las células y de la matriz extracelular. El haz de electrones es desviado por un campo electromagnético (que actuaría como lente). En este tipo de microscopia se requiere que las muestras tengan un grosor de 100 nm. · El MEB es especialmente útil para estudios de superficie del espécimen. El haz de electrones explora la superficie de la muestra la que usualmente se recubre con una película de oro. El haz excita a los electrones sobre la superficie de la misma muestra y estos electrones secundarios se recolectan y enfocan sobre una pantalla. Esto forma una imagen de la topografía del espécimen. Un importante atributo del MEB es su gran profundidad de campo, la cual resulta en una imagen tridimensional. El ME revela muchas organelos que son imposibles de reconocer con MO. Pero el MO ofrece muchas ventajas especialmente para el estudio de la célula viva. Una desventaja de ME es que los métodos químicos y físicos usados para preparar la muestra, no sólo matan a las células sino que puedan introducir artefactos, estructuras peculiares vistas en micrografías que no existe en

una célula viva. La preparación de la muestra para el MO y el ME resulta similar si se trabaja con las células muertas. Las diferencias más notables de los principales componentes del MO y del ME y sus características singulares se especifican en la siguiente tabla.

Diferencias entre el MO y ME

Microscopio Óptico CARACTERÍSTICA Microscopio Electrónico

De interferencia de rayos luminosos

1) IMAGEN DADA POR MECANISMO:

De dispersión de electrones

Simple con aire 2) TUBO Al vacío con gran diferencia de potencial

Luz (fotones) 3) FUENTE Filamento de tungsteno (electrones)

Lentes: Ocular, objetivo y condensador

4) ELEMENTOS Bobinas electromagnéticas

Células vivas o muertas 5) ESTUDIAN Células muertas

Coloreadas o no 6) OBSERVACIÓN DE LA IMAGEN

Distintas tonalidades de gris. En la actualidad se ven imágenes "sombreadas" electrónicamente.

0,25m 7) LIMITE DE RESOLUCIÓN 3 Å a 5 Å (teórico) 10 Å (en la práctica)

5.500 Å (término medio) 8) LONGITUD DE ONDA 0,056 Å

500 X a 1500 X 9) AUMENTO (el signo X significa 30.000 X a 1.000.000 X

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aumento)

Carnoy u otros fijadores 10) FIJACIÓN Bicromato de potasio, tetróxido de osmio, formaldehído.

Parafina o coloidina 11) INCLUSIÓN Acrílicos o resinas de epoxi.

Con el micrótomo. (cuchilla de acero). Cortes de 10m

12) CORTES Con ultramicrótomo. (cuchilla de diamante o vidrio) Cortes de 100 a 500 Å.

De vidrio 13) PORTAOBJETO Placas de Colodion, aluminio o berilio.

Nivel microscópico: Estructura

14) NIVEL DE OBSERVACIÓN Nivel submicroscópico: ULTRAESTRUCTURA

Las células vivas pueden ser observadas a través del microscopio Se pueden utilizar ingeniosamente las propiedades ondulatorias de la luz aumentando el contraste de las estructuras transparentes. Así surgieron varias clases de microscopios ópticos convirtiéndose en herramientas destacadas en el estudio de la célula. Más aún, si se considera la posibilidad de que algunos componentes de la célula puedan perderse o distorsionarse durante la preparación de la muestra. En consecuencia, el examen de la célula viva (sin fijación ni congelación) resulta útil. Los microscopio de contraste de fase y de interferencia son sistemas ópticos especiales que logran intensificar la escasa interferencia y proporcionan mayor contraste que el obtenido con un MO común. En el microscopio de campo oscuro, el haz luminoso se proyecta oblicuamente y los sistemas de lentes detectan la luz reflejada por la muestra que se ve como un objeto brillante contra un fondo oscuro, lográndose un gran relieve de rasgos de la célula que son invisibles en el MO. El microscopio de luz polarizada puede proveer datos sobre la estructura a nivel molecular de las células y los tejidos no sólo en las células vivas sino en preparados post-mortem. Ciertos componentes celulares y tisulares se comportan peculiarmente cuando la luz polarizada (luz que gira únicamente en un plano) los atraviesa. Las organelos pueden aislarse para estudiarlas más profundamente La descripción de las diversas organelos dentro de la célula revela poco acerca de su función. La Biología Celular actual desarrolla la integración de la Citología con la Bioquímica, es decir el estudio de la estructura celular junto con el análisis de los procesos químicos de la vida (metabolismo). El fraccionamiento celular ha sido particularmente importante en esta ciencia. El objetivo del fraccionamiento celular es disgregar las células separando las organelos principales de modo que, sus funciones individuales puedan ser estudiadas. El instrumento usado para fraccionar las células es la centrífuga capaz de girar a diversas velocidades. La más poderosa, llamada ultracentrífuga puede dar vueltas tan rápidamente como 80000 revoluciones por minuto (RPM) y aplicar fuerzas sobre las partículas de 500000 veces mayores que la fuerza de la gravedad (500000g).

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Esquema del Proceso de Fraccionamiento Celular El fraccionamiento celular comienza con la homogeneización, o sea la ruptura de la célula. El objetivo es romper las células sin dañar severamente sus organelas. El homogenato se centrifuga lográndose la separación de las partes de la célula en dos fracciones: el pellet que consiste en las estructuras más grandes depositadas en el fondo del tubo y el sobrenadante constituido de partes

más pequeñas suspendidas en el líquido por encima del pellet. El sobrenadante es transvasado a otro tubo y centrifugado otra vez. El proceso es repetido incrementando la velocidad en cada paso. De esta manera se consigue recolectar componentes más pequeños de los sucesivos pellets. Los detalles de esta marcha se aprecian en la figura. El fraccionamiento celular permite preparar los componentes específicos de la célula tanto cualitativa como cuantitativamente. Las poblaciones celulares pueden ser separadas por el citómetro de flujo Este instrumento posee un tubo muy delgado por donde se hacen pasar a las células una tras otra. Un determinado tipo celular emitirá fluorescencia, previo tratamiento con fluorocromo (pigmento fluorescente). Esto permite la discriminación y, por lo tanto, la separación de las células así tratadas de acuerdo a la fluorescencia que emitan. Las células vivas pueden ser estudiadas mediante el cultivo celular Con el objetivo de preservar toda la información que sea posible sobre todos los tipos celulares, se han desarrollado técnicas de disociación de las células. En los primeros tiempos, la técnica consistía en colocar un explante de un pequeño trozo de tejido en un medio compuesto por suero sanguíneo, extracto de embriones y solución salina. Hoy se conocen los requerimientos nutricios de las células eucariontes. Se las mantienen y hacen crecer en un medio sintético enriquecido de suero. Se distinguen tres tipos de cultivos: · Cultivos Primarios se obtienen de los animales o vegetales. El tejido se separa en condiciones asépticas y se corta en pequeños trozos y se los trata con tripsina (enzima proteolítica) que disocia los agregados celulares y genera una suspensión de células libres que se cultivan en un medio apropiado. · Cultivos Secundarios se obtienen mediante el tratamiento con tripsina de un cultivo primario, seguido de un nuevo cultivo en una caja de Petri. · Cultivos de líneas establecidas cuyo crecimiento se prolonga debido a las condiciones cancerosas de las células. Entre las más usadas se encuentran las células HeLa. A pesar de tales anomalías son muy útiles para el estudio del cáncer. Las moléculas orgánicas son estudiadas dentro y fuera de la célula A nivel molecular, los organismos están formados por relativamente pocos tipos de compuestos. El agua constituye alrededor del 70% de la mayoría de los seres vivos. De los demás compuestos, los principales son los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los nucleótidos, muchos de ellos

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combinados para formar los ácidos nucleicos, ácido ribonucleico (ARN) y ácido desoxirribonucleico(ADN). Aunque hay muchos otros compuestos presentes, estas cuatro categorías constituyen la mayoría de las moléculas orgánicas de los seres vivos y son los actores de los procesos metabólicos. Por lo tanto, su localización y función dentro de la célula como un estudio más detallado fuera de ella se hace necesario. Algunos ejemplos de técnicas para el estudio, la ubicación y la cuantificación de moléculas orgánicas se mencionan a continuación: Reconstrucción de imágenes a partir de electro micrografías Las microfotografías electrónicas poco claras de cristales de moléculas o estructuras supramoleculares se colocan en la trayectoria de un haz de rayos láser para obtener un diagrama de difracción óptica. Este diagrama es procesado por un programa de computación consiguiendo la reconstrucción de las moléculas individuales en las fases y amplitudes correspondientes a un área de la microfotografía. Difracción de rayos X Este método consiste en el bombardeo de la molécula por un delgado haz de rayos X y provoca la dispersión (difracción) de la radiación a través de los electrones de los átomos de la muestra. Este haz disperso debe alcanzar una placa fotográfica. La estructura molecular tridimensional se deduce de las posiciones y las intensidades de las manchas registradas en la placa fotográfica. Los métodos citoquímicos Los compuestos químicos se identifican "in situ" por medio de métodos citoquímicos. Este objetivo es cualitativo y cuantitativo y muchas veces persigue el estudio de los cambios dinámicos producidos en el contenido químico celular en las distintas etapas del metabolismo. Para ello, el compuesto químico debe ser: a) inmovilizado en posición original e, b) identificado por un procedimiento específico para el compuesto o para un grupo químico característico que posea. Los métodos físicos y reacciones químicas similares a las implementadas en Química Analítica pero adaptadas a tejidos se usan para llevar a cabo este tipo de identificación. Las diversas moléculas de la célula pueden localizarse por las técnicas inmunohistoquímicas Cuando los vertebrados superiores, los animales e incluso el hombre, son expuestos a la actividad de los microorganismos o a moléculas ajenas a sus ultraestructuras, ya sea naturalmente o por inyección, aquellos sintetizan anticuerpos. Estos son proteínas que pueden fijarse selectivamente

a los materiales extraños que desencadenaron su síntesis. Por lo tanto, el organismo produce tantos anticuerpos como partículas extrañas (antígenos) son reconocidas. Así, se puede obtener una gran variedad de anticuerpos. Los anticuerpos son herramientas experimentales muy versátiles para reconocer y manipular células y moléculas. Si un animal de una especie determinada es inyectado con un componente celular o molecular de otra especie, el primero logra fabricar anticuerpos capaces de reconocer y fijar fuertemente aquel componente (el del segundo animal). A estos anticuerpos se acoplan colorantes fluorescentes que son visibles al MO. De modo similar, con el M.E. se pueden detectar moléculas trazadoras acopladas en anticuerpos. De esta manera, los componentes celulares y moleculares quedan “teñidos” en forma diferencial por los anticuerpos que se fijan a ellos. Como todavía no se han presentado los aspectos fundamentales de las moléculas orgánicas, otros métodos fisicoquímicos de más fina determinación, purificación y cuantificación de las biomoléculas se mencionarán en las próximas unidades. Como se verá, dichas técnicas son de uso corriente en el diagnóstico médico rutinario. FORMAS Y TAMAÑOS CELULARES FORMAS CELULARES. La diversidad de formas celulares es la característica común a todos los seres vivientes Dentro de éstas se distinguen células que tienen formas variables (por ejemplo, los leucocitos) y células que tienen formas estables (por ejemplo, células nerviosas, espermatozoides y células epiteliales). La forma de una célula está íntimamente relacionada con las funciones que realiza, y también depende de la presión ejercida por las células vecinas, rigidez de su membrana y la presencia de pared celular. Las formas celulares más comunes de las bacterias y de otras células libres son: esféricas, cilíndricas, espirales y helicoidales. ¿Qué ventaja tiene una determinada forma celular? Las células de forma esférica tienen una mayor superficie de contacto con el ambiente externo por cada unidad de volumen y la presión interior es la misma en cualquier parte de la superficie. Debido a eso, se distorsionan menos y resultan más resistentes a la desecación. Por las mismas

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razones, las células de forma cilíndricas son más eficientes en la captación de nutrientes. Las formas espirales y helicoidales resulta ser un mecanismo adaptativo para un mejor desplazamiento celular. TAMAÑO DE LA CÉLULA El tamaño promedio de la mayoría de las células vivas oscila entre 1 a 20 micrómetros, aun cuando algunas como la ameba gigante, tengan un tamaño de 100 micrómetros. Las células gigantes del alga Acetabularia (5 centímetros) y los óvulos de avestruz (8 centímetros) son casos excepcionales. Los organismos con vida autónoma más pequeños encontrados hasta ahora, son los micoplasmas. Estos microorganismos tienen una estructura muy sencilla y constan de una membrana plasmática que encierra un citosol con inclusiones ribosomas y un ADN. La ausencia de una pared rígida hace que el micoplasma pueda adoptar diversas formas, e incluso pueda atravesar filtros de poro muy fino. EL TAMAÑO MÁXIMO DE UNA CELULA. El límite máximo de volumen que una célula puede alcanzar en su crecimiento depende, al menos, de dos factores: 1) la relación entre el tamaño del núcleo y el tamaño del citoplasma; y 2) la relación entre el volumen total de la célula y la superficie de la membrana plasmática. En cuanto a la relación núcleo – citoplasma, existen evidencias para afirmar que el núcleo produce sustancias químicas que controlan procesos citoplasmáticos (por ejemplo, los mensajeros químicos que determinan la síntesis de proteínas) Este hecho condiciona la cantidad de citoplasma que un solo núcleo es capaz de controlar. Fuera de este límite, cuando el citoplasma es muy grande solo núcleo, algunas células se transforman en multinucleadas; otras deben dividirse y formar dos células. En cuanto a la relación volumen celular – superficie de membrana, se debe considerar que el perfecto funcionamiento interno de la célula también depende de la calidad y la cantidad de materiales que intercambia con su medio externo. Si la superficie de la membrana no se incrementa en igual medida que el volumen total de la célula, el intercambio de materiales se hace insuficiente para las necesidades celulares. En este último caso, algunas células se adaptan aumentando su superficie mediante la formación de numerosas y extensas invaginaciones de la membrana y otras células deben optar por dividirse. ESQUEMA GENERAL DEUNA CELULA Las bases estructurales y funcionales de los organismos vivientes se encuentran en las células. A pesar de la enorme variedad de formas, tamaños y funciones especializadas que encontramos en elles, existen características comunes que permiten conocer las propiedades esenciales de los procesos fundamentales. La mayoría de las células tienen tres zonas principales: 1) una membrana plasmática que envuelve a la célula; 2) un núcleo que centraliza el control de las funciones; 3) un citoplasma con numerosos organelos donde se realizan la mayor parte de los procesos fisiológicos. Los estudios con el microscopio electrónico y el uso de diversas técnicas de tratamiento de las muestras, han revelado una estructura fina y detallada de las zonas, organelos y elementos subcelulares, a la vez que han permitido comprender gran parte de su funcionamiento altamente complejo. El gran número de organelos y estructuras que podrás reconocer en la organización celular, desarrolla una sorprendente cantidad de funciones cooperativas e independientes, casi idénticas en todos los tipos de células y organismos. Todas las células reciben sustancias desde el exterior, las procesan y las transforman en energía o en otras materias primas; fabrican componentes celulares; transportan materiales internamente; se reproducen; realizan movimientos, etc.

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FUNCIONES INTRACELULARES. La materia viva representa un alto grado de organización, manteniendo siempre un estado dinámico mediante un permanente intercambio de materiales con el medio y un continuo gasto y liberación de energía. En todo momento se necesita del perfecto funcionamiento de esa compleja organización para que las vías internas puedan procesar la materia y la energía y así a su vez, mantener al sistema vivo. El esquema, es un diagrama que muestra, en términos muy generales, las transformaciones energéticas en la célula. Puede notarse que tanto plantas como animales realizan los mismos procesos, excepto los relacionados con el recurso inicial desde donde obtienen la energía. Las células vegetales usan la energía luminosa para fabricar materia prima, la que es aprovechada por las células animales como alimento. Los carbohidratos, lípidos y proteínas no son combustibles inmediatos para hacer funcionar la maquinaria celular; por ello fabrican una sustancia llamada ATP que cumple esa función. La energía liberada internamente en el metabolismo respiratorio de la célula (en donde las materias primas son degradadas a dióxido de carbono, y agua es utilizada para convertir el ADP en ATP. En síntesis, glúcidos, lípidos y proteínas son los “combustibles crudos” que la célula usa para producir un combustible propio y de alto rendimiento llamado ATP, el cual hace funcionar toda la maquinaria de la célula.

Luz H2O CO2 NH3

CARBOHIDRATOS

LÍPIDOS PROTEÍNAS

FUNCION QUÍMICA

METABOLISMO

RESPIRATORIO DE LA CELULA

FUNCION QUÍMICA

FUNCION QUÍMICA

FUNCION QUÍMICA

FOTOSÍNTESIS EN CÉLULAS VEGETALES

INGESTIÓN EN CÉLULAS ANIMALES ATP

ADP + P

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La célula Organización específica de la célula Como se ha visto anteriormente, todos los seres vivientes están formados por células. Cada célula es una porción de materia, con una composición y una organización que hacen de ella un ser vivo, con vida propia. A la luz de los conocimientos actuales se puede afirmar que existe una gran similitud en la composición y funcionamiento de todos los organismos, tanto animales como vegetales. Estas similitudes comprenden los siguientes aspectos:

Unidad química: Todos los seres vivos están constituidos por los mismos elementos y compuestos químicos (glúcidos, lípidos, proteínas, agua y sales minerales).

Unidad anatómica: Todos los seres vivos están constituidos por células, ya sea en sus formas más simples (organismos unicelulares) o en sus formas más complejas (organismos pluricelulares).

Unidad fisiológica: Todas las reacciones químicas y funciones que desarrollan los seres vivos y que caracterizan, precisamente, eso que se llama vida, son de un parecido sorprendente. Estas funciones son reproducción, nutrición, sensibilidad, contractibilidad, respiración, irritabilidad y absorción.

En su forma moderna la teoría celular sostiene que:

1.- La materia viva consiste de células.

3.- Las reacciones químicas del organismo vivo, incluso los procesos que producen energía y sus reacciones biosintéticas, tienen lugar dentro de la célula.

2.- Las células se originan a partir de células preexistentes

4.- Las células contienen la información hereditaria y ésta se transmite de la célula madre a la célula hija.

Teniendo en cuenta lo que se ha dicho arriba, se puede decir que la célula es la unidad anatómica, fisiológica y reproductora de todo ser vivo. Una sola célula puede constituir un individuo completo, ya que realiza todas las funciones vitales de un ser vivo, tales como respiración, reproducción, excreción, crecimiento, alimentación, etc. A estos organismos formados por una célula se les denomina Unicelulares. Otros organismos están formados por muchas células, realizan los procesos vitales, pero en su conjunto están orientados hacia una especialización, que dará como producto final un organismo formado por muchas células y que se denominará pluricelular. Las células pueden ser autosuficientes y capaces de llevar una vida independiente. Pero a pesar de la diversidad de las células es posible reconocer dos tipos de organización celular.

Procariotas Eucariotas

* No presentan un núcleo definido. * El material genético lo constituye una gran molécula de ADN. * Presenta membrana celular redondeada por una pared celular externa. * Presenta ribosomas. * Comprende las bacterias y las algas verde azules. * Pueden existir sin oxígeno. * Se producen por bipartición. * En su mayoría son heterótrofos.

* Presentan un núcleo definido. * El material genético esta constituido por el ADN asociado con proteínas en estructuras más complejas llamadas cromosomas. * Pueden presentar pared celular como en los vegetales y carecer de ella como en los animales. * Son aeróbicos. * Se reproducen por mitosis y meiosis. * Son autótrofos y heterótrofos.

Los seres vivos están formados por mínimas unidades llamadas células. Todas las funciones químicas y fisiológicas básicas, por ejemplo, la reparación, el crecimiento, el movimiento, la inmunidad, la comunicación, y la digestión, ocurren al interior de la célula. Los hombres de ciencia, solo pudieron realizar investigaciones en relación a ellas después del descubrimiento del microscopio.

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Clasificación de los seres vivos Según el número de células que los forman, los seres vivos se pueden clasificar en unicelulares y pluricelulares. Unicelulares: Son todos aquellos organismos formados por una sola célula. En este grupo, los más representativos son los protozoos -ameba, paramecio, euglena-, que sólo pueden observarse con un microscopio. Pluricelulares: Son todos aquellos organismos formados por más de una célula. Existe gran variedad de ellos, tales como los vertebrados (aves, mamíferos, anfibios, peces, reptiles) y los invertebrados (arácnidos, insectos, moluscos, etc.). En los vegetales, podemos tomar como ejemplos a las plantas con flores (angiosperma), sin flores típicas (gimnospermas), musgos, hongos, etcétera. Los organismos pluricelulares presentan una determinada organización de sus células, en distintos niveles, que son: Célula: mínima unidad que forma parte de un ser vivo. Tejido: conjunto de células que tienen características y funciones similares y con un mismo origen. Órgano: conjunto de tejidos unidos y coordinados para cumplir una función específica. Por ejemplo: pulmón, corazón, estómago, etcétera. En el caso de los vegetales, son considerados órganos: la raíz, las semillas, las hojas, las flores, etcétera. Sistemas: resultado de la unión de varios órganos, los cuales funcionan de una forma coordinada para desempeñar un rol determinado. Por ejemplo: se habla de Sistema Digestivo, Renal, Circulatorio, Nervioso, Reproductor, etcétera. Organismo: es un ser vivo formado por un conjunto de sistemas, que trabajan armónicamente. Existen seres vivos que no tienen órganos o sistemas estructurados, pero poseen una organización sencilla, esto les permite un buen desarrollo. Si un órgano se daña o altera provoca una desorganización del ser vivo. TIPOS DE CELULAS CÉLULAS EUCARIOTAS Y PROCARIOTAS CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES Todas las células se parecen y responden a un patrón común por más diversas que sean. Las células de organismos pluricelulares son diferentes en su función, por ser distintas estructuralmente, pero todas concuerdan con un patrón común. Por ejemplo, aquellas especializadas en la síntesis de lípidos, tendrán mayor desarrollo del retículo endoplasmático liso y serán distintas de las neuronas especializadas en la transmisión del impulso nervioso, cuya especialización es tan grande que pierden su capacidad de reproducirse. A pesar de las semejanzas y diferencias entre las células y que todas cumplen con los postulados de la Teoría Celular, se distinguen dos grandes tipos de células: PROCARIOTAS (sin núcleo verdadero) y EUCARIOTAS (con núcleo).

Principales características comunes entre células eucariotas y procariotas

1- En ambos tipos celulares el ADN es el material genético.

2- Ambos tipos celulares poseen membranas plasmáticas como límite celular.

3- Poseen ribosomas para la síntesis proteica.

4- Poseen un metabolismo básico similar

5- Ambos tipos celulares son muy diversos en formas y estructuras.

Los eucariontes son organismos cuyas células poseen un sistema de endomembranas (membranas internas) muy desarrollado. Estas membranas internas forman y delimitan organelos donde se llevan a cabo numerosos procesos celulares. De hecho, él más sobresaliente de estos organelos es el núcleo, donde se localiza el ADN. Justamente, el término eucarionte, significa

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núcleo verdadero (eu: verdadero, carion: núcleo). Por lo tanto, las células eucariontes, poseen diversos compartimentos internos, rodeados por membranas. De esta forma es más eficiente reunir a los sustratos y sus enzimas, en una pequeña parte del volumen celular total. Además de conseguirse una mayor velocidad, las membranas favorecen la aparición de estructuras reguladoras que orientan el flujo de moléculas y su posterior conversión en otros productos. Ciertos procesos como la fotosíntesis y la cadena respiratoria están altamente organizados gracias a la localización de las enzimas en diferentes estructuras de membrana. Por otra parte, las membranas también impiden la aparición de sustratos en forma inespecífica en distintas regiones de la célula, ya que actúan como barrera selectiva. En cuanto al tamaño, podemos decir que en promedio una célula eucarionte es diez veces mayor que una célula procarionte. En cuanto al material genético, podemos decir que el ADN eucariota posee una organización mucho más compleja que el ADN procarionte. Las células procariontes carecen de núcleo verdadero y generalmente son mucho menores que las células eucariontes. El ADN de las células procariontes no está rodeado por una membrana, pero puede estar limitado a determinadas regiones denominadas nucleoides. Las células procariontes, al igual que las células eucariontes, poseen una membrana plasmática, pero carecen de membranas internas, que formen organelos. Sin embargo, debemos precisar que en algunas células procariontes, la membrana plasmática forma laminillas fotosintéticas. Las células procariontes poseen una característica única, una pared de peptidoglicanos, un gran polímero de glúcidos y aminoácidos.

Características Diferenciales entre el Modelo Celular Procariótico y Eucariótico

Característica Célula Procariótica Célula Eucariótica

Núcleo No posee membrana nuclear Posee membrana nuclear

Cromosomas Un único cromosoma circular y desnudo

Posee uno o más cromosomas lineales unidos a proteínas (cromatina)

ADN extracromosómico Puede estar presente como plásmidos

Presente en organelos

Organelos citoplasmáticas No posee Mitocondrias y cloroplastos, (los cloroplastos presentes sólo en células vegetales)

Membrana plasmática Contiene las enzimas de la cadena respiratoria, también puede poseer los pigmentos fotosintéticos

Semipermeable, sin las funciones de la membrana procariótica

Sistema de endomembranas No posee Presenta REG, REL, Golgi, lisosomas, vacuolas y vesículas.

Pared celular Capa rígida de peptidoglucano (excepto micoplasmas)

No poseen pared de peptidoglucano. Pueden poseer una pared de celulosa o quitina

Esteroles Ausentes (excepto micoplasmas)

Generalmente presentes

Citoesqueleto Ausente Presente. Formado por filamentos proteicos.

Exocitosis y Endocitosis Ausente Presente

Ribosomas 70 S en el citoplasma 80 S en el retículo endoplásmico y en el citosol

División Fisión Binaria (amitosis) Mitosis - Meiosis

Tamaño 0,2 a 10 mm Siempre superior a 6 mm

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Estructura de las células Procariotas

Esquema de una ultra estructura de una bacteria idealizada. Bacterias, Micoplasmas y Algas Cianofíceas

Estructura de una Célula procariota. Las bacterias pueden definirse como organismos unicelulares procariontes que se reproducen por fisión binaria. Contienen toda su información genética en un único cromosoma bacteriano circular. También poseen sistemas productores de energía y biosintéticos necesarios para el crecimiento y la reproducción. Poseen como característica particular una pared rígida de peptidoglicanos. Son generalmente de vida libre y poseen ADN extracromosómico en forma de plásmidos, estos codifican genes de resistencia a antibióticos o factores "sexuales" como los pili. Los micoplasmas son las bacterias más pequeñas de vida independiente. Son muy flexibles y deformables por lo que atraviesan los filtros de esterilización. Entre sus características principales se encuentran: a) carecen de pared celular, b) en su membrana plasmática poseen esteroles, que no son sintetizados por la bacteria, sino que son absorbidos del medio de cultivo o del tejido donde se desarrolla. Los micoplasmas son resistentes a la penicilina (carecen de pared de peptidoglucano) y por la misma razón no toman la coloración de Gram. Las cianobacterias, anteriormente llamadas algas cianofíceas (azulverdosas), son bacterias Gramnegativas. Se encuentran presentes en estanques, lagos, suelo húmedo, cortezas de árboles, océanos y algunas en fuentes termales. La mayor parte de las cianobacterias son autótrofos fotosintéticos. Contienen clorofila a, que también se encuentra en plantas y algas. La clorofila a y pigmentos accesorios se localizan en membranas fotosintéticas, llamadas laminas internas o laminillas fotosintéticas. Muchas especies de cianobacterias fijan nitrógeno, este proceso enriquece el suelo. Plásmidos Un plásmido es una molécula de ADN extracromosómico que se replica en forma autónoma, por lo que al igual que el cromosoma es un replicón. Puede haber hasta 50 copias de un plásmido en una bacteria. Funcionalmente los plásmidos son elementos genéticos accesorios, es decir que la bacteria puede vivir sin ellos. Sin embargo, la información que contienen puede contribuir a la adaptación de la bacteria al medio y a la evolución de la misma. Los plásmidos pueden contener genes que codifican factores de resistencia a antibióticos (los plásmidos R) y factores de patogenicidad como exotoxinas. La evolución bacteriana a través de los plásmidos es factible, ya que pueden ser intercambiados entre distintas bacterias (por ejemplo, el plásmido F). Es decir que ciertos genes pueden transferirse de una bacteria otra mediante el pasaje de plásmidos, a este mecanismo se lo denomina conjugación. Para que la conjugación pueda llevarse a cabo las dos bacterias deben ponerse en contacto físico . Esto es posible debido a que una de las bacterias, posee pili sexuales (pelos) en su envoltura. Estos pili se encuentran codificados en el mismo

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plásmido F (plásmido conjugativo). La bacteria que transfiere el plásmido es la que posee pili y se la denomina F+, la célula receptora es F-. Transposones Los transposones son elementos genéticos movibles, que se encuentran presentes en los procariontes (aunque también en las células eucariontes). El descubrimiento de los transposones se lo debemos a Barbara McClintock. Los transposones son fragmentos de ADN que se mueven de una localización a otra del cromosoma. Esta transposición es catalizada por una enzima llamada transposasa. El gen de la transposasa está incluido dentro del mismo transposón. Los transposones al ser elementos móviles, dentro del genoma, pueden provocar mutaciones al insertarse en nuevas regiones del ADN. Pared Celular. Bacterias Grampositivas y Gramnegativas Por fuera de la membrana celular, se encuentra una pared celular rígida de peptidoglicano, que está presente en todas las bacterias excepto los micoplasmas. La presencia de la pared protege a la bacteria de la diferencia de presión osmótica entre el medio interno de la bacteria y el medio exterior. De no existir la pared la bacteria estallaría. Además, la pared cumple funciones de protección como por ejemplo contra sustancias tóxicas. Existen dos tipos de pared bacteriana que pueden diferenciarse por la Tinción de Gram (siglo XIX). El primer grupo de bacterias son aquellas capaces de retener el colorante cristal violeta luego de la decoloración con alcohol-cetona. Estas bacterias son llamadas Grampositivas. El segundo grupo está conformado por aquellas bacterias incapaces de retener el colorante luego del tratamiento decolorante, por lo tanto, son llamadas Gramnegativas. Por fuera de la membrana externa de las Gramnegativas y de la gruesa pared de las Grampositivas, se encuentra presente, en algunas bacterias, una cápsula o matriz exopolisacárica, formada por un gel hidrofílico. En general esta cápsula o matriz está formada por polímeros de azúcares. Las cápsulas permiten a las bacterias evadir los mecanismos de defensa de los organismos pluricelulares, también tienen funciones de adherencia a epitelios permitiendo de esta manera colonizar los tejidos del huésped. Estructura de las células eucarióticas

Cuadro 1.2- Estructura de una Célula eucarióta

MODELO DE CÉLULA EUCARIONTE ANIMAL

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NÚCLEO EUCARIONTE

Esquema de la ultraestructura tridimensional de una célula animal y sus principales componentes Presentan este modelo celular, los organismos de los reinos Protista, Hongos, Plantas y Animales. Si bien existe una gran diversidad entre estas células, el modelo básico es similar, presentando como estructura sobresaliente el núcleo celular. Núcleo celular El núcleo Es fundamental aclarar que existen células que tienen un núcleo bien definido y separado del citoplasma, a través de una membrana llamada membrana doble nuclear o carioteca. A estas células con núcleo verdadero, se les denomina células eucariontes. Hay otras células -en las bacterias y en ciertas algas unicelulares- que no tienen un núcleo definido ni determinado por una membrana. Esto indica que los componentes nucleares están mezclados con el citoplasma. Este tipo de células se denominan procariontes. En la célula eucarionte el núcleo se caracteriza por: Ser voluminoso. Ocupar una posición central en la célula. Estar delimitado por la membrana carioteca. Ésta presenta poros definidos, que permiten el intercambio de moléculas entre el núcleo y el citoplasma. En el interior del núcleo se pueden encontrar: Núcleo plasma o jugo nuclear. Nucléolo: cuerpo esférico, formado por proteínas, ácido desoxi-ribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN), ambos compuestos orgánicos. El nucléolo tiene la información para fabricar las proteínas. Material genético: está organizado en verdaderas hebras llamadas cromatinas, formadas por ADN. Cuando la célula se reproduce, la cromatina se condensa y forma unas estructuras llamadas cromosomas, donde está contenida toda la información genética propia de cada ser vivo. La función del núcleo es dirigir la actividad celular, es decir, regula el funcionamiento de todos los organelos celulares. Las diversas partes de una célula eucariótica interactúan de forma integrada. Esto es posible porque existe un centro primordial de control: el núcleo celular. Una membrana doble, la envoltura nuclear (constituida por dos unidades de membrana), controla el transporte, muy selectivo, de sustancias entre el núcleo y el citoplasma. El pasaje se realiza a través de los poros nucleares. La envoltura nuclear posee ribosomas adheridos a la cara citoplasmática y una estructura proteica en su parte interna llamada lamina nuclear, que sirve como esqueleto al núcleo.

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MEMBRANA CELULAR O PLASMÁTICA

En el interior del núcleo, se encuentra el material genético (ADN) asociado a proteínas básicas llamadas histonas, formando una estructura fibrilar muy enrollada denominada cromatina y el nucleolo, sitio de ensamblaje de los ribosomas (estructuras esenciales para la síntesis de proteínas, formados por ARN ribosomal y proteína). El ARN ribosómico se sintetiza en el nucléolo, y las proteínas ribosómicas en el citoplasma, para pasar después al núcleo y de allí al nucléolo, donde se unen al ARN ribosomal para formar los ribosomas.

Características del Núcleo Celular y sus Componentes

Estructura : Núcleo Celular Descripción Función

Núcleo Estructura rodeada por una doble membrana con poros. Contiene cromatina/cromosomas y nucleolo.

Regular la función celular. Control del metabolismo, reproducción (ciclo celular) y diferenciación celular.

Envoltura Nuclear Estructura formada por dos unidades de membrana unidas a nivel de los poros nucleares.

Continuación del REG. Posee poros que regulan el pasaje entre núcleo y citoplasma

Nucleolo Cuerpo granular en el núcleo, que consiste en ARN y proteínas.

Sitio de síntesis del RNA ribosómico y de ensamble de los ribosomas.

Cromatina ADN asociado a proteínas, tanto estructurales (histonas) como a proteínas regulatorias. La cromatina es visible durante la interfase celular

Empaquetamiento (plegamiento) de ADN. El ADN compone los genes. Funciones regulatorias de la transcripción genética.

Cromosomas ADN asociado a proteínas, en estado superenrrollado. Visible en forma de estructuras cilíndricas cuando la célula se divide, ya sea en mitosis o meiosis.

Contienen los genes que son las unidades de información, que rigen las funciones y estructura celular.

Rodeando al núcleo encontramos el citoplasma, coloide donde predominan como constituyentes agua, iones, enzimas y donde se encuentran incluidos los organelos celulares. El citoplasma se encuentra separado del ambiente exterior por la membrana plasmática. El citoplasma Se caracteriza porque: Es una estructura celular que se ubica entre la membrana celular y el núcleo. Contiene un conjunto de estructuras muy pequeñas, llamadas organelos celulares. Está constituido por una sustancia semilíquida. Químicamente, está formado por agua, y en él se encuentran en suspensión, o disueltas, distintas sustancias como proteínas, enzimas, líquidos, hidratos de carbono, sales minerales, etcétera. Funciones del citoplasma Nutritiva. Al citoplasma se incorporan una serie de sustancias, que van a ser transformadas o desintegradas para liberar energía. De almacenamiento. En el citoplasma se almacenan ciertas sustancias de reserva. Estructural. El citoplasma es el soporte que da forma a la célula y es la base de sus movimientos. Membrana plasmática Estructuralmente está compuesta por una bicapa fosfolipídica. El colesterol está presente en las células animales, pero está ausente, en general, en plantas, hongos y procariontes (salvo micoplasmas). La membrana plasmática también contiene múltiples proteínas con diversas funciones. Podemos dividirlas en dos grandes grupos: a) proteínas integrales de membrana y b) proteínas periféricas de membrana. Las primeras atraviesan la membrana de lado a lado, mientras que las segundas están en contacto con la membrana, pero no la atraviesan. Algunas son enzimas reguladoras, otros receptores hormonales. Existen también proteínas transportadoras y canales reguladoras del movimiento de iones y moléculas a través de la membrana plasmática, de allí su enorme especificidad. Otra función importante de la membrana es la comunicación intercelular y el

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APARATO DE GOLGI

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

reconocimiento de diversos tipos de molécula (hormonas, virus, anticuerpos, toxinas, etc.) que interactúan con ella. En general esta función es llevada a cabo por glucoproteínas y glucolípidos, que se encuentran solo en el lado externo de la membrana plasmática. Se cree que los glúcidos juegan un importante papel en la adhesión entre células. A esta capa, de glucolípidos y glucoproteínas se la denomina glucocálix. La membrana celular o plasmática La membrana celular se caracteriza porque: Rodea a toda la célula y mantiene su integridad. Está compuesta por dos sustancias orgánicas: Proteínas y lípidos, específicamente fosfolípidos. Los fosfolípidos están dispuestos formando una doble capa, donde se encuentran sumergidas las proteínas. Es una estructura dinámica. Es una membrana semipermeable o selectiva, esto indica que sólo pasan algunas sustancias (moléculas) a través de ella. Tiene la capacidad de modificarse y en este proceso forma poros y canales Funciones de la membrana celular Regula el paso de sustancias hacia el interior de la célula y viceversa. Esto quiere decir que incorpora nutrientes al interior de la célula y permite el paso de desechos hacia el exterior. Como estructura dinámica, permite el paso de ciertas sustancias e impide el paso de otras. Aísla y protege a la célula del ambiente externo Los organelos celulares Son pequeñas estructuras intracelulares, delimitadas por una o dos membranas. Cada una de ellas realiza una determinada función, permitiendo la vida de la célula. Por la función que cumple cada organelo, la gran mayoría se encuentra en todas las células, a excepción de algunos, que solo están presentes en ciertas células de determinados organismos. Sistema de endomembranas Este sistema se compone de sistemas membranosos interconectados entre sí, como el retículo endoplalmático liso o agranular (REL), el retículo endoplasmático rugoso o granular (RER) y el aparato de Golgi. Estas estructuras permiten la circulación de sustancias siempre dentro de formaciones limitadas por membrana interactuando por medio de vesículas. Retículo endoplasmático: corresponde a un conjunto de canales y sacos aplanados, que ocupan una gran porción del citoplasma. Están formados por membranas muy delgadas y comunican el núcleo celular con el medio extracelular -o medio externo. Existen dos tipos de retículo. Uno es el llamado rugoso(RER), en la superficie externa de su membrana van adosados ribosomas. Su función consiste en transportar proteínas que fueron sintetizadas por los ribosomas y, además, algunas proteínas que forman parte de ciertas membranas de distintas estructuras de la célula. El otro tipo es el retículo endoplasmático liso. Carece de ribosomas y está asociado a ciertas reacciones relacionadas con la producción de sustancias de naturaleza lipídica -lípidos o grasas-. Aparato de Golgi: está delimitado por una sola membrana y formado por una serie de sacos membranosos aplanados y apilados uno sobre otro. Alrededor de estos sacos, hay una serie de bolsitas membranosas llamadas vesículas. El aparato de Golgi existe en las células vegetales -dictiosoma- y animales. Actúa muy estrechamente con el retículo endoplasmático rugoso. Es el encargado de distribuir las proteínas fabricadas en este último, ya sea dentro o fuera de la célula. Además, adiciona cierta señal química a las proteínas, que determina el destino final de éstas.

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MITOCONDRIA

Lisosomas: es un organelo pequeño, de forma esférica y rodeado por una sola membrana. En su interior, contiene ciertas sustancias químicas llamadas enzimas -que permiten sintetizar o degradar otras sustancias-. Los lisosomas están directamente asociados a los procesos de digestión intracelular. Esto significa que, gracias a las enzimas que están en el interior, se puede degradar proteínas, lípidos, hidratos de carbono, etcétera. En condiciones normales, los lisosomas degradan membranas y organelos Vacuolas: son vesículas o bolsas membranosas, presentes en la célula animal y vegetal; en ésta última son más numerosas y más grandes. Su función es la de almacenar -temporalmente- alimentos, agua, desechos y otros materiales.

Organización del Sistema de endomembranas

Estructura Descripción Función

Retículo endoplasmático rugoso (RER)

Síntesis de Proteínas destinadas a secreción(exportación) o a la incorporación de membranas.

Retículo endoplasmático liso (REL)

Membranas internas donde predominan los túbulos. Sin ribosomas adheridos.

Sitio de biosíntesis de lípidos y detoxificación de medicamentos.

Aparato de Golgi Pilas de sacos membranosos aplanados (dictiosomas). Funcional y estructuralmente polarizado.

Modificación de proteínas (glicosilación). Empaquetamiento de proteínas secretadas. Clasificación de las proteínas que se distribuyen a membrana plasmática, secreción o lisosomas.

Lisosomas Vesículas (sacos) membranosas

Contienen enzimas hidrolíticas, que desdoblan materiales ingeridos, secreciones y deshechos celulares.

Vacuolas Sacos membranosos principalmente, en plantas, hongos y algas.

Transporte de materiales, deshechos y agua.

Organelos Mitocondrias: en los organismos heterótrofos, las mitocondrias son fundamentales para la obtención de la energía. Son organelos de forma elíptica, están delimitados por dos membranas, una externa y lisa, y otra interna, que presenta pliegues, capaces de aumentar la superficie en el interior de la mitocondria. Poseen su propio material genético llamado DNA mitocondrial. La función de la mitocondria es producir la mayor cantidad de energía útil para el trabajo que debe realizar la célula. Con ese fin, utiliza la energía contenida en ciertas moléculas. Por ejemplo, tenemos el caso de la glucosa. Esta molécula se transforma primero en el citoplasma y posteriormente en el interior de la mitocondria, hasta CO2 (anhídrido carbónico), H2O (agua) y energía. Esta energía no es ocupada directamente, sino que se almacena en una molécula especial llamada ATP (adenosin trifosfato). El ATP se difunde hacia el citoplasma para ser ocupado en las distintas reacciones en las cuales se requiere de energía. Al liberar la energía, el ATP queda como ADP (adenosin difosfato), el cual vuelve a la mitocondria para transformarse nuevamente en ATP. La formación del ATP puede representarse mediante la siguiente reacción química:

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CLOROPLASTO

Energía

ADP + P + ----------------> ATP (P = fosfato) Esta reacción permite almacenar la energía. En tanto, el proceso inverso, de liberación de energía, es: ATP ----------------> ADP + P + Energía Cloroplastos: son organelos que se encuentran sólo en células que están formando a las plantas y algas verdes. Son más grandes que las mitocondrias y están rodeados por dos membranas una externa y otra interna. Poseen su propio material genético llamado DNA plastidial, y en su interior se encuentra la clorofila (pigmento verde) y otros pigmentos. Los cloroplastos son los organelos fundamentales en los organismos autótrofos, es decir, aquellos capaces de fabricar su propio alimento. En ellos ocurre la fotosíntesis. Para que esta se realice, se requiere de CO2, agua y energía solar, sustancias con las cuales la planta fabrica glucosa. Esta molécula le sirve de alimento al vegetal y a otros seres vivos. Así se forma, también, el oxígeno que pasa hacia la atmósfera. clorofila

6CO2 +6H2O + Energía----------------> glucosa + 6O2

Principales organelos membranosos de la célula eucarionte

Estructura Descripción Función

Mitocondria

Organelas semiautónomas. Poseen ADN y ribosomas tipo procarionte. Una doble membrana les sirve de envoltura. La membrana interna forma las crestas mitocondriales.

Metabolismo aeróbico. Sitio de muchas de las reacciones de la respiración celular. Allí se realizan el ciclo de Krebs, la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa. Es decir la transformación de la energía de lípidos o glucosa (moléculas combustibles) en ATP (moneda energética).

Cloroplasto Organela semiautónoma. Posee ADN y ribosomas tipo procarionte. Una doble membrana envuelve a los tilacoides. La clorofila, se encuentra en las membranas tilacoidales.

La clorofila capta la energía luminosa para formar ATP y otros compuestos con gran cantidad de energía. Estos compuestos altamente energéticos sirven para sintetizar, glucosa a partir de CO2.

Microcuerpos (Peroxisomas) Vesículas membranosas que contienen diversas enzimas relacionadas con el metabolismo del oxígeno y el peróxido de hidrogeno. No poseen ADN ni ribosomas

Sitio de muchas reacciones metabólicas. Enzimas que protegen de la toxicidad del oxígeno, por ejemplo la catalasa.

Ribosomas y Polirribosomas Son estructuras redondeadas que se encuentran libres en el citoplasma a diferencia de las anteriores, carecen de unidad de membrana. Están constituidos por dos subunidades, mayor y menor separadas entre sí. Ambas subunidades se unen cuando leen una molécula de ARNm. Las subunidades están formadas por ARNr y proteínas, siendo ensambladas en el nucleolo. Cuando hay varios ribosomas unidos a una

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molécula de ARNm, lo denominamos polirribosoma. También, pueden estar asociados a la pared externa de otro organelo celular, llamado retículo endoplasmático rugoso. La función de los ribosomas es sintetizar proteínas. Citoesqueleto El citoesqueleto es una red de fibras proteínicas. Esta red es dinámica encontrándose en constante cambio. Sus funciones, son esenciales para las células eucariontes y abarcan motilidad celular, forma, diferenciación, reproducción, regulación, etc.

Organización General del citoesqueleto

Estructura Descripción Función

Microtúbulos

Tubos huecos compuestos por la forma monomérica de la proteína tubulina. (monómero globular)

Sostén estructural, participan en el movimiento de organelas y la división celular (aparato mitótico), componentes de cilios, flagelos y centríolos.

Filamentos de actina (microfilamentos)

Estructura sólida en forma de huso consistente en la proteína actina. (monómero globular)

Sostén estructural, participan en el movimiento de la célula y sus organelos y en la división celular.

Filamentos intermedios Proteínas filamentosas, en forma de tubos. Compuestas por monómeros fibrosos.

Sostén estructural. Forman redes que conectan la membrana plasmática con la envoltura nuclear.

Centríolos

Pares de cilindros huecos, localizados cerca del centro de la célula, formados por un grupo de nueve microtúbulos ordenados en círculos

El huso mitótico se forma entre los centríolos durante la división de células animales, fija y organiza los microtúbulos..: Están presentes en las células animales. En la gran mayoría de las células vegetales no existen., participan directamente en el proceso de división o reproducción celular, llamado mitosis.

Cilios

Proyecciones relativamente cortas que se extienden desde la superficie celular. Compuestas por microtúbulos.

Movimiento de algunos organismos unicelulares. Se utiliza para mover materiales en la superficie de algunos tejidos.

Flagelos

Proyecciones largas compuestas por microtúbulos. Cubiertos por membrana plasmática

Locomoción celular de espermatozoides y algunos organismos unicelulares.

Esquema de componentes del citoesqueleto Célula eucariótica animal y vegetal

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Esquemas de una célula vegetal (izquierda) y tridimencional de un cloroplasto con sus componentes (derecha)

Modelos básicos de célula eucariota Las células eucariontes poseen dos modelos estructurales básicos: a) células autótrofas fotosintéticas (célula vegetal) y b) células heterótrofas (célula animal). Las células autótrofas son aquellas que sintetizan su propio alimento, es decir sus propias moléculas combustibles. En este caso las células eucariontes vegetales son células autótrofas fotosintéticas, por lo tanto, utilizan la luz solar como fuente de energía. Transforman la energía solar en energía química, este proceso es llamado fotosíntesis. La fotosíntesis en las células vegetales se lleva a cabo en un organelo membranoso llamado cloroplasto. Dentro del cloroplasto se encuentran sacos membranosos apilados, denominados tilacoides, en cuyas membranas encontramos el pigmento llamado clorofila, esencial para la fotosíntesis. Las células heterótrofas son aquellas que no sintetizan su propio alimento, sino que necesitan una fuente externa de energía tanto como de materiales de construcción de sus propias moléculas. Las células animales (y los hongos), son células eucariontes heterótrofas. Las células animales y las células vegetales poseen unas organelos membranosas llamadas mitocondrias, donde se lleva a cabo la respiración celular. En este proceso son rotos los enlaces de alta energía de las moléculas combustibles orgánicas. Esta energía liberada es utilizada para la síntesis de las monedas energéticas como el ATP. El ATP es esencial para las diferentes funciones celulares. Para que este proceso se lleve a cabo dentro de las mitocondrias es necesaria la presencia de oxígeno. Por lo tanto, en ambos tipos celulares son necesarias las mitocondrias, para obtener energía química en forma de ATP a partir de las moléculas combustibles. Pero es diferente el origen de las moléculas orgánicas utilizadas como combustibles. En el caso de las células vegetales (autótrofas), ellas sintetizan sus propias moléculas combustibles en los cloroplastos, en el proceso de fotosíntesis. En cambio, las células animales (heterótrofas), necesitan una fuente externa de moléculas energéticas que sirvan como combustible celular. Las células son la porción más pequeña de materia viva capaz de realizar todas las funciones de los seres vivos, es decir, reproducirse, respirar, crecer, producir energía, etc. Existen dos tipos de células con respecto a su origen, células animales y células vegetales. En ambos casos presentan un alto grado de organización con numerosas estructuras internas delimitadas por membranas. La membrana nuclear establece una barrera entre el material genético y el citoplasma. Las mitocondrias, de interior sinuoso, convierten los nutrientes en energía que utiliza la planta. Diferencias entre células animales y vegetales Tanto la célula vegetal como el animal poseen membrana celular, pero la célula vegetal cuenta, además, con una pared celular de celulosa, que le da rigidez. La célula vegetal contiene cloroplastos: organelos capaces de sintetizar azúcares a partir de dióxido de carbono, agua y luz solar (fotosíntesis) lo cual los hace autótrofos (producen su propio alimento), y la célula animal no los posee por lo tanto no puede realizar el proceso de fotosíntesis.

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Pared celular: la célula vegetal presenta esta pared que está formada por celulosa rígida, en cambio la célula animal no la posee, sólo tiene la membrana citoplasmática que la separa del medio. Una vacuola única llena de líquido que ocupa casi todo el interior de la célula vegetal, en cambio, la célula animal, tiene varias vacuolas y son más pequeñas. Las células vegetales pueden reproducirse mediante un proceso que da por resultado células iguales a las progenitoras, este tipo de reproducción se llama reproducción asexual. Las células animales pueden realizar un tipo de reproducción llamado reproducción sexual, en el cual, los descendientes presentan características de los progenitores, pero no son idénticos a él.

Principales diferencias entre células animales y células vegetales

Estructura Célula animal Célula vegetal

Pared celular Ausente Pared celular constituida por celulosa.

Aparato mitótico (Huso acromático )

Astral Anastral

Centríolos Presente Ausente

Vacuolas Vacuolas pequeñas Vacuolas grandes, puede ser una grande central

Metabolismo Heterótrofo Autótrofo

Mitocondrias Presentes Presentes

Cloroplastos Ausentes Presentes

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Esquema de la ultraestructura de una célula animal idealizada

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Esquema de la ultraestructura de una célula vegetal idealizada. MEMBRANA CELULAR O PLASMÁTICA La membrana plasmática o celular es una estructura laminar que engloba a las células, define sus límites y contribuye a mantener el equilibrio entre el interior (medio intracelular) y el exterior (medio extracelular) de éstas. Además, se asemeja a las membranas que delimitan los organelos de células eucariotas. Sirve de "contenedor" para el citosol y los distintos compartimentos internos de la célula, así como también otorga protección mecánica. Está formada principalmente por fosfolípidos, colesterol, glúcidos y proteínas (integrales y periféricas). La principal característica de la membrana es su permeabilidad selectiva, lo que le permite seleccionar las moléculas que deben entrar y salir de la célula. De esta forma se mantiene estable el medio intracelular, regulando el paso de agua, iones y metabolitos, a la vez que mantiene el potencial electroquímico (haciendo que el medio interno esté cargado negativamente).

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Cuando una molécula de gran tamaño atraviesa o es expulsada de la célula y se invagina parte de la membrana plasmática para recubrirlas cuando están en el interior ocurren respectivamente los procesos de endocitosis y exocitosis. Tiene un grosor aproximado de 7,5 nm y no es visible al microscopio óptico, pero sí al microscopio electrónico, donde se pueden observar dos capas oscuras laterales y una central más clara. En las células procariotas y en las eucariotas como plantas y hongos, se sitúa bajo otra capa, denominada pared celular. Composición química La composición química de la membrana plasmática varía entre células dependiendo de la función o del tejido en la que se encuentren, pero se puede estudiar de forma general. La membrana plasmática está compuesta por una doble capa de fosfolípidos, por proteínas unidas no covalentemente a esa bicapa, y glúcidos unidos covalentemente a los lípidos o a las proteínas. Las moléculas más numerosas son las de lípidos, ya que se calcula que por cada 50 lípidos hay una proteína. Sin embargo, las proteínas, debido a su mayor tamaño, representan aproximadamente el 50% de la masa de la membrana. Lípidos El 98% de los lípidos presentes en las membranas celulares son anfipáticos, es decir que presentan un extremo hidrófilo (que tiene afinidad e interacciona con el agua) y un extremo hidrofóbico (que repele el agua). Los más abundantes son los fosfoglicéridos (fosfolípidos) y los esfingolípidos, que se encuentran en todas las células; le siguen los glucolípidos, así como esteroides (sobre todo colesterol). Estos últimos no existen o son escasos en las membranas plasmáticas de las células procariotas.

Fosfoglicéridos. Tienen una molécula de glicerol con la que se esterifica un ácido fosfórico y dos ácidos grasos de cadena larga; los principales fosfoglicéridos de membrana son la fosfatidiletanolamina o cefalinay la fosfatidilcolina o lecitina.

Esfingolípidos. Son lípidos de membrana constituidos por ceramida (esfingosina + ácido graso); solo la familia de la esfingomielina posee fósforo; el resto poseen glúcidos y se denominan por ello glugoesfingolípidos o, simplemente glucolípidos. Los cerebrósidos poseen principalmente glucosa, galactosa y sus derivados (como N-acetilglucosamina y N-acetilgalactosamina). Los gangliósidos contienen una o más unidades de ácido N-acetilneuramínico (ácido siálico).

Colesterol. El colesterol representa un 23% de los lípidos de membrana. Sus moléculas son pequeñas y más anfipáticas en comparación con otros lípidos. Se dispone con el grupo hidroxilo hacia el exterior de la célula (ya que ese hidroxilo interactúa con el agua). El colesterol es un factor importante en la fluidez y permeabilidad de la membrana ya que ocupa los huecos dejados por otras moléculas. A mayor cantidad de colesterol, menos permeable y fluida es la membrana. Se ha postulado que los lípidos de membrana se podrían encontrar en dos formas: como un líquido bidimensional, y de una forma más estructurada, en particular cuando están unidos a algunas proteínas formando las llamadas balsas lipídicas. Se cree que el colesterol podría tener un papel importante en la organización de estas últimas. Su función en la membrana plasmática es evitar que se adhieran las colas de ácido graso de la bicapa, mejorando la fluidez de la membrana. En las membranas de las células vegetales son más abundantes los fitoesteroides.

Proteínas El porcentaje de proteínas oscila entre un 20% en la vaina de mielina de las neuronas y un 70% en la membrana interna mitocondrial el 80% son intrínsecas, mientras que el 20% restantes son extrínsecas. Las proteínas son responsables de las funciones dinámicas de la membrana, por lo que cada membrana tiene una dotación muy específica de proteínas; las membranas intracelulares tienen una elevada proporción de proteínas debido al elevado número de actividades enzimáticas que albergan. En la membrana las proteínas desempeñan diversas funciones: transportadoras, conectoras (conectan la membrana con la matriz extracelular o con el interior), receptoras (encargadas del reconocimiento celular y adhesión) y enzimas. Según su grado de asociación a la membrana se clasifican en: -Integrales o intrinsécas: Presentan regiones hidrófobas, por las que se pueden asociar al interior de la membrana y regiones hidrófilas que se sitúan hacia el exterior, por consiguiente, son ANFIPÁTICAS. Solo se pueden separar de la bicapa si esta es destruida (por ejemplo, con un detergente neutro). Algunas de estas, presentan carbohidratos unidos a ellas covalentemente (Glucoproteínas) -Periféricas o extrinsécas: No presentan regiones hidrófobas, así pues, no pueden entrar al interior de la membrana. Están en la cara interna de esta (en el interior celular). Se separan y unen a esta con facilidad por enlaces de tipo iónico. Glúcidos

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Están en la membrana unidos covalentemente a las proteínas o a los lípidos. Pueden ser polisacáridos u oligosacáridos. Se encuentran en el exterior de la membrana formando el glicocalix. Representan el 8% del peso seco de la membrana plasmática. Sus funciones principales son dar soporte a la membrana y el reconocimiento celular (colaboran en la identificación de las señales químicas de la célula). Estructura Antiguamente se creía que la membrana plasmática era un conjunto estático formado por las siguientes capas: proteínas/lípidos/lípidos/proteínas. Hoy en día se concibe como una estructura dinámica. El modelo estructural aceptado en la actualidad se conoce como "mosaico fluido". El mosaico fluido es un término acuñado por S. J. Singer y G. L. Nicolson en 1972. Consiste en una bicapa lipídica complementada con diversos tipos de proteínas. La estructura básica se mantiene unida mediante uniones no covalentes. Esta estructura general -modelo unitario- se presenta también en todo el sistema de endomembranas (membranas de los diversos organelos del interior de la célula), como retículo endoplasmático, aparato de Golgi y envoltura nuclear, y los de otros orgánulos, como las mitocondrias y los plastos, que proceden de endosimbiosis.

Esquema de una membrana celular. Según el modelo del mosaico fluido, las proteínas serían

como "icebergs" que navegarían en un mar de lípidos. Nótese además que las cadenas de oligosacáridos se hallan siempre en la cara externa, pero no en la interna.

COLESTEROL

PROTEINA GLOBULAR, EINTRINSÉCA O INTEGRAL

GLICOLIPIDOO

FOSFOLÍPIDOS

GLICOPROTEÍNAS

PROTEINA PERÍFERICA O EXTRINSECA

OLIGOSACÁRIDO

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Bicapa lipídica

Diagrama del orden de los lípidos anfipáticos para formar una bicapa lipídica. Las cabezas polares separan las colas hidrofóbicas del medio interno y extracelular. El orden de las cabezas hidrofílicas y las colas hidrofóbicas de la bicapa lipídica impide que solutos polares, como aminoácidos, ácidos nucleicos, carbohidratos, proteínas e iones, difundan a través de la membrana, pero generalmente permite la difusión pasiva de las moléculas hidrofóbicas. Esto permite a la célula controlar el movimiento de estas sustancias vía complejos de proteína transmembranal tales como poros y caminos, que permiten el paso de glucosa e iones específicos como el sodio y el potasio. Las moléculas de fosfolípidos forman un "sandwich" con las colas de ácido graso dispuestos hacia el centro de la membrana plasmática y las cabezas de fosfolípidos hacia los medios acuosos que se encuentran dentro y fuera de la célula. Proteínas Las proteínas de la membrana plasmática se pueden clasificar según cómo se dispongan en la bicapa lipídica:

Proteínas integrales. Embebidas en la bicapa lipídica, atraviesan la membrana una o varias veces, asomando por una o las dos caras (proteínas transmembrana); o bien mediante enlaces covalentes con un lípido o un glúcido de la membrana. Su aislamiento requiere la ruptura de la bicapa.

Proteínas periféricas. A un lado u otro de la bicapa lipídica, pueden estar unidas débilmente por enlaces no covalentes. Fácilmente separables de la bicapa, sin provocar su ruptura.

En el componente proteico reside la mayor parte de la funcionalidad de la membrana; las diferentes proteínas realizan funciones específicas:

Proteínas estructurales: estas proteínas hacen de "eslabón clave" uniéndose al citoesqueleto y la matriz extracelular.

Receptores de membrana: que se encargan de la recepción y transducción de señales químicas.

Transportadoras a través de membrana: mantienen un gradiente electroquímico mediante el transporte de membrana de diversos iones.

Estas a su vez pueden ser: Proteínas transportadoras: Son enzimas con centros de reacción que sufren cambios

conformacionales. Proteínas de canal: Dejan un canal hidrofóbico por donde pasan los iones.

Glúcidos Los glúcidos se hallan asociados mediante enlaces covalentes a los lípidos (glucolípidos) o a las proteínas (glucoproteínas) y generalmente forman parte de la matriz extracelular o glucocálix. Funciones La función básica de la membrana plasmática es mantener el medio intracelular diferenciado del entorno. Esto es posible gracias a la naturaleza aislante en medio acuoso de la bicapa lipídica y a las funciones de transporte que desempeñan las proteínas. La combinación de transporte activo y transporte pasivo hacen de la membrana plasmática una barrera selectiva que permite a la célula diferenciarse del medio. Los esteroides, como el colesterol, tienen un importante papel en la regulación de las propiedades físico-químicas de la membrana regulando su resistencia y fluidez. Gradiente electroquímico Es la fuerza neta de la dirección del flujo para cada soluto si combinamos los efectos de gradiente de concentración y gradiente eléctrico. Permeabilidad La permeabilidad de las membranas es la facilidad de las moléculas para atravesarla. Esto depende principalmente de la carga eléctrica y, en menor medida, de la masa molar de la molécula. Pequeñas moléculas y moléculas con carga eléctrica neutra pasan la membrana más fácilmente que elementos cargados eléctricamente y moléculas grandes. Además, la membrana es selectiva, lo que significa que permite la entrada de unas moléculas y restringe la de otras. La permeabilidad depende de los siguientes factores:

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Solubilidad en los lípidos: Las sustancias que se disuelven en los lípidos (moléculas hidrófobas, no polares) penetran con facilidad en la membrana dado que está compuesta en su mayor parte por fosfolípidos.

Tamaño: la mayor parte de las moléculas de gran tamaño no pasan a través de la membrana. Sólo un pequeño número de moléculas no polares de pequeño tamaño pueden atravesar la capa de fosfolípidos.

Carga: Las moléculas cargadas y los iones no pueden pasar, en condiciones normales, a través de la membrana. Sin embargo, algunas sustancias cargadas pueden pasar por los canales proteicos o con la ayuda de una proteína transportadora.

También depende de las proteínas de membrana de tipo:

Canales: algunas proteínas forman canales llenos de agua por donde pueden pasar sustancias polares o cargadas eléctricamente que no atraviesan la capa de fosfolípidos.

Transportadoras: otras proteínas se unen a la sustancia de un lado de la membrana y la llevan al otro lado donde la liberan.

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

TIPOS DE TRANSPORTES A TRAVÉS DELA MEMBRANA CELULAR 1.1 TRANSPORTE PASIVO O DIFUSION

DIFUSIÒN SIMPLE DIFUSIÓN FACILITADA OSMOSIS

OSMOSIS EN UNA CÉLULA ANIMAL OSMOSIS EN UNA CÉLULA VEGETAL

1.2 TRANSPORTE ACTIVO TRANSPORTE CELULAR ACTIVO

TRANSPORTE ACTIVO PRIMARIO BOMBA DE SODIO POTASIO

TRANSPORTE ACTIVO SECUNDARIO O COTRANSPORTE

TRANSPORTE EN MASA ENDOCITOSIS EXOCITOSIS

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 simple El transporte pasivo es el intercambio simple de moléculas a través de los fosfolípidos o de canales de la membrana plasmática, durante el cual la célula no gasta energía, 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).

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Difusión facilitada Algunas moléculas son demasiado grandes como para difundir a través de los canales de la membrana y demasiado insolubles en lípidos como para poder difundir a través de la capa de fosfolípidos. Tal es el caso de la glucosa y algunos otros monosacáridos. Estas sustancias, pueden sin embargo cruzar la membrana plasmática mediante el proceso de difusión facilitada, con la ayuda de una proteína transportadora. En el primer paso, la glucosa se une a la proteína transportadora, y esta cambia de forma, permitiendo el paso del azúcar. Tan pronto como la glucosa llega al citoplasma, una kinasa (enzima que añade un grupo fosfato a un azúcar) transforma la glucosa en glucosa-6-fosfato. De esta forma, las concentraciones de glucosa en el interior de la célula son siempre muy bajas, y el gradiente de concentración exterior --> interior favorece la difusión de la glucosa. La difusión facilitada es mucho más rápida que la difusión simple y depende:

Del gradiente de concentración de la sustancia a ambos lados de la membrana Del número de proteínas transportadoras existentes en la membrana De la rapidez con que estas proteínas hacen su trabajo

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.

Transporte pasivo simple de iones a través de una proteína de canal.

(1 glucosa; 2 ion sodio)

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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 arruga llegando a deshidratarse y se muere, esto se

llama crenación.

Ósmosis en una célula vegetal

En un medio isotónico, existe un equilibrio dinámico. En un medio hipotónico, la célula toma agua y sus vacuolas se llenan aumentando la

presión de turgencia. Turgencia: Fenómeno que se da en las células vegetales, en la cual aumenta el agua en la vacuola, aumenta el volumen de la célula y la pared va a dar contención impidiendo que la célula se rompa.

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

Plasmólisis: Se libera agua, disminuye el agua en la vacuola y disminuye el volumen celular. Se separa la Membrana Plasmática de la pared celular. Transporte activo Mecanismo que permite a la célula transportar sustancias disueltas a través de su membrana desde regiones menos concentradas a otras más concentradas. Es un proceso que requiere de energía, llamado también producto activo debido al movimiento absorbente de partículas es un proceso el energía-requerir que mueve el material a través de una membrana de la célula y sube el gradiente de la concentración. La célula utiliza transporte activo en tres situaciones: cuando una partícula va de punto bajo a la alta concentración, cuando las partículas necesitan la ayuda que entra en la membrana porque son selectivamente impermeables, y cuando las partículas muy grandes incorporan y salen de la célula. Transporte celular activo

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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. 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 conformacional 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 miadismo, 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-descanso.

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

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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 y se 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 o ligando: es de tipo específica, captura macromoléculas especificas del ambiente, fijándose a través de proteínas ubicadas en las membranas plasmática(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.

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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.

METABOLISMO Todas las células de tu organismo y la de todos los seres vivos necesitan energía, para poder mantener su estructura, crecer, responder a los estímulos, reproducirse y repararse. Se denomina Metabolismo, en términos biológicos, al total de las reacciones químicas que se efectúan dentro de una célula o dentro de todas las células de un organismo multicelular. El metabolismo puede manifestarse a través de dos formas que son: Catabolismo y Anabolismo. Catabolismo: Se basa en la producción de energía útil para los procesos vitales y por lo tanto se basa en el rompimiento de enlaces. Que tiene como consecuencia el rompimiento de grandes moléculas para obtener moléculas más sencillas; es decir con menos enlaces. El Catabolismo está representado por el proceso general conocido como respiración celular, donde la célula con ayuda del oxígeno obtiene la energía de los enlaces de la glucosa, para diversos procesos. La ecuación general de la respiración es: Anabolismo: Las reacciones anabólicas están destinadas a formar moléculas y por tanto se basan en la formación de enlaces moleculares y la correspondiente síntesis de moléculas. El anabolismo está representado por el proceso de fotosíntesis; en este, la energía entra en la planta en forma de luz solar y se transforma en energía química; la cual se utiliza para fabricar diversos productos donde el más importante es la Glucosa y además se obtiene oxígeno como producto de desecho. La ecuación general de la fotosíntesis es:

GLUCOSA + OXÍGENO AGUA + CO2 +

ENERGÍA

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El mecanismo básico de la utilización de la energía potencial de las sustancias químicas es el rompimiento de los enlaces moleculares ricos en energía, la que luego queda almacenada en los enlaces químicos de otras moléculas (ATP). Así entonces, la energía de cada enlace va siendo obtenida paso a paso durante la secuencia de reacciones químicas; y como consecuencia la energía no disponible disipada como calo no es disipada de golpe. Esta guía continuará…………

ENERGÍA + CO2 + AGUA GLUCOSA +

OXIGENO