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LA CÉLULA, UNIDAD BÁSICA DE VIDA
¿Qué diferencia a los seres vivos de los inertes?
Todos los seres vivos comparten una composición química que los distingue de los seres vivos, como las rocas y el aire.
• Los seres inertes están formados por compuestos inorgánicos.
• Los seres vivos están formados por compuestos inorgánicos y orgánicos.
Compuestos inorgánicos
Están formados por los elementos químicos que más abundan en la Tierra, como el oxígeno (O), silicio (Si), aluminio (Al), hierro (Fe), y calcio (Ca).
Son compuestos inorgánicos:El agua.Los gases atmosféricos.Los minerales que constituyen las rocas.
Compuestos orgánicos
Están constituidos principalmente por 4 elementos químicos: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno.
Son compuestos orgánicos:Glúcidos. lípidos.Proteínas.Ácidos nucleicos.
¿De qué se componen los seres vivos?
Compuestos inorgánicos
• Agua.
• Sales minerales.
Compuestos orgánicos
• Glúcidos.
• Lípidos.
• Proteínas.
• Ácidos nucleicos.
Son muy variados, y a menudo de gran tamaño, en ese caso, se denominan macromoléculas.
Glúcidos(azúcares o hidratos de carbono)
Moléculas formadas por C, O e H.
Son moléculas de variado tamaño, tenemos:
Monosacáridos, que son los más sencillos.
Disacáridos, formados por dos monosacáridos.
Polisacáridos, formados por la unión de muchos polisacáridos.
Tienen función:
Energética: son el combustible de los seres vivos.
Estructural: forman las paredes celulares y los tejidos leñosos de las plantas, etc.
Lípidos
Moléculas formadas por C,O e H. También contiene N, P y S.
Su estructura principal es una cadena de carbono e hidrógeno.
Son insolubles en agua.
Tienen función:
Estructural: forman las membranas celulares.
Energética: como combustible de reserva. Ej: las grasas.
Reguladora: como mensajeros químicos. Ej: vitamina A, hormona esteroidea.
Proteínas
Moléculas formadas por C,O e H. También contiene N.
Son macromoléculas formadas por la unión de aminoácidos.
Hay 20 aminoácidos distintos, de su combinación surgen todas las proteínas que hay.
Tienen función:
Estructural: ya que permiten la formación de esqueletos, piel, uñas, etc.
Reguladora: con la que controlan reacciones químicas y transportan sustancias.
Ácidos nucleicos
Son macromoléculas formadas por la unión de nucleótidos.
La combinación de 4 nucleótidos distintos hace posible una gran variedad de moléculas.
La función principal de los ácidos nucleicos es contener la información hereditaria, que controla el funcionamiento celular, y transmitirla a los descendientes.
Los principios básicos de la teoría celular dicen:
Todos los seres vivos está formados por células.
Todas las células proceden de otras células preexistentes.
Las funciones vitales de los organismos se dan en las células.
Las células contienen la información genética necesaria para regular las funciones celulares y para transmitir esa información a su descendencia.
La teoría celular
Para poder llegar a la teoría celular fueron necesarios una serie de descubrimientos:• En el siglo XVI, los ópticos holandeses Janssen, inventaron el microscopio
compuesto, que Galileo desarrolló posteriormente.• En 1665, Robert Hooke observó que la materia vegetal del corcho se
componía de innumerables huecos que recordaban las celdas de un panal de abejas y las denominó células.
• Más tarde, Anton van Leeuwenhoek hizo observaciones y descripciones de células y fue el descubridor del mundo microbiano, por sus observaciones de protozoos, algas, etc.
• En el siglo XIX. El zoólogo Theodor Schwann y el botánico MathiasSchleiden, iniciaron el desarrollo de la teoría celular.
• Rudolf Virchow, amplió esta teoría, cuando comprobó que las células se reproducen.
• Santiago Ramón y Cajal logró unificar todos los tejidos del cuerpo en la teoría celular, al demostrar que el tejido nervioso está formado por células.
¿Cómo se organiza la materia viva?
Materia inerte Materia vivaN
ive
les
de
org
aniz
ació
n
Ab
ióti
co
Subatómico Partículas subatómicas (protones, neutrones, electrones)
Atómico Átomos
Molecular
Moléculas inorgánicas (agua,
sales minerales, etc)
Moléculas inorgánicas (agua, sales
minerales, etc)
Moléculas orgánicas (glucosa,
aminoácidos, etc)
Macromoléculas (glúcidos, proteínas,
etc)
Orgánulos celulares (mitocondria,
cloroplasto, etc)
Bió
tico
s
Celular Célula
Orgánico Organismos unicelulares y
pluricelulares
Poblacional Población
Ecosistema Ecosistemas
La estructura celular
Todas las células tienen una estructura básica común, y la maquinaria necesaria para obtener material del ambiente y generar nuevas células idénticas a ellas. Destacan 3 componentes:
Membrana plasmática: es una capa que envuelve la célula. A través de ella, la célula intercambia con el exterior materia, energía e información.
Citoplasma: se trata de un material acuoso, delimitado por la membrana, en el que se encuentran los orgánulos y diversas moléculas implicadas en diversas reacciones químicas.
Material genético: está compuesto ácidos nucleicos y es el componente celular que se encarga de controlar el funcionamiento de la célula. Asimismo, almacena y transmite la información hereditaria.
Modelos de organización celular
Célula procariota
No tienen membrana nuclear y el material genético se encuentra disperso en el citoplasma.
Célula eucariota
Presentan membrana nuclear doble que separa el material genético del resto de citoplasma.
¿Cómo se pasó de la célula procariota a la eucariota?
Los fósiles más antiguos que se conocen corresponden a las células procariotas y tienen una edad aproximada de 3500 m.a.
Los fósiles de células eucariotas son más recientes: los más antiguos datan de hace unos 1800 m.a.
Existen varias hipótesis que explican la evolución de las células eucariotas a partir de las procariotas.• Una de ellas establece la formación de la membrana nuclear a partir de la
membrana plasmática.• La teoría endosimbiótica de Lynn Margulis. Defiende que orgánulos como las
mitocondrias se originaron a partir de bacterias capturas por una célula preucariota anaerobia de mayor tamaño.
Esta teoría establece que la membrana nuclear podría proceder de extensiones de la membrana plasmática hacia el citoplasma en una célula procariota, según el siguiente proceso:
1. La célula procariota tenía su material genético unido a la membrana plasmática.
2. Se produjo una invaginación en la membrana, que arrastró el material genético hacia el centro de la célula.
3. La invaginación acabó rodeando el material genético por completo, formando, así, el núcleo.
Teoría endosimbiótica
1. Una célula preucariotaanaeróbica de gran tamaño capturó a una célula procariota aeróbia.
2. Se estableció una relación entre ellas: la célula captura obtuvo refugio y alimento a cambio de producir energía mediante la respiración aeróbica.
3. Los cloroplastos un origen similar: la incorporación de cianobacterias produciría células eucariotas fotosintéticas.
Célula procariota
• Es el modelo de organización más primitivo.
• Es propio de organismo unicelulares.
Célula procariota
El material genético está constituido por una molécula de ADN circular, asociada a proteínas. No existe ninguna envuelta que rodee a este material, por lo que se llama nucleoide.
En estos organismos destaca una envoltura rígida alrededor de la membranaplasmática, la pared celular o bacteriana, que hace posible que la célula mantenga su forma.
Algunas bacterias tienen una capa poco densa, que está formada por polisacáridos, situada por encima de la pared celular, se llama cápsula. Permite a las células formar colonias, evitar la desecación y tiene función defensiva.
El citoplasma no presenta orgánulos, excepto los ribosomas, que se encargan de la síntesis de proteínas. Además presenta gránulos de almacenamiento.
Algunas células disponen de flagelos y cilios, que son estructuras que les permiten desplazarse. También pueden presentar fimbrias o pili, que tienen función adhesiva. A veces, las fimbrias se especializan en la transferencia de material genético entre células.
Formas celulares de los organismos procariotas
Bacterias
Los organismo procariotas son bacterias.
Según la composición química de las paredes celulares y de sus membranas, se clasifican en:
a) Arqueobacterias. b) Eubacterias.
Arqueobacterias
Tienen una composición química característica, muy diferente de la que poseen las eubacterias y la células eucariotas.En su metabolismo se parecen a las eubacterias, pero en el tratamiento
del material genético son similares a las eucariotas.Muchas son extremófilas, es decir, viven en ambientes extremos de
salinidad, temperatura o acidez.a) Arqueobacterias halófilas. Proliferan en ambientes con salinidades
elevadas. b) Arqueobacterias termoacidófilas. Viven en ambientes ácidos y de
elevadas temperaturas, como las fuentes termales.c) Arqueobacterias metanógenas. Abundan en lugares pobres en
oxígeno en las que hay materia orgánica en descomposición.
Eubacterias
En este grupo están la mayoría de los organismos procariotas actuales.
Su composición química celular es muy parecida a la de los organismos eucariotas.
Viven en mares y lagos, y también en el suelo y el cuerpo de seres vivos del planeta.
a) Bacterias entérica. Se encuentran en el intestino de los mamíferos. Viven en simbiosis: las bacterias evitan la proliferación de microorganismos patógenos y, a su vez, reciben los nutrientes de la digestión de los hospedadores.
b) Bacterias heterótrofas. Llamadas aeróbicas, porque desprenden oxígeno para vivir, descomponen cadáveres y restos de materia orgánica, y lo convierten en materia inorgánicas que pueden utilizar los organismo autótrofos.
c) Cianobacterias. A veces forman filamentos multicelulares. Fueron las responsables de la acumulación de oxígeno en la atmósfera mediante la fotosíntesis.
Célula eucariota
La mayor parte de los seres vivos de la biosfera presentan células eucariotas.
Hay dos tipos de células eucariotas: la célula animal y la célula vegetal.
Las células animales y vegetales tienen en común múltiples estructuras y orgánulos, pero otros son exclusivos de cada tipo celular.
El modelo de organización celular eucariota está presente en organismos unicelulares como los protozoos, en organismos unicelulares o pluricelulares como las algas y los hongos, y en organismos pluricelulares como las plantas y los animales.
Célula eucariota
1. Todas las células eucariotas tienen un núcleo celular. El material genético hereditario está formado por más de una molécula de ADN, que está rodeado de una doble membrana, la membrana nuclear, que lo separa del citoplasma, pero no lo aísla. Una serie de poros ponen en contacto directo el fluido que rodea al ADN en el núcleo, nucleoplasma, con el resto de la célula.
2. La membrana plasmática es una fina envuelta que protege y regula el intercambio de sustancias.
3. Las células eucariotas tienen un citoplasma mucho más complejo que el de las células procariotas, pues contiene numerosos orgánulos celulares, que desempeñan funciones específicas en la célula. Además posee un citoesqueleto que da forma a la célula e interviene en sus movimientos.
Orgánulos comunes de la célula eucariota
1. Los lisosomas son vesículas relacionadas con la digestión de materiales de diverso origen.
2. Los ribosomas son orgánulos que se encargan de la síntesis de proteínas.
3. Las mitocondrias son orgánulos que poseen todas las células eucariotas. Se ocupan de la respiración celular, mediante la cual consiguen energía.
4. El retículo endoplasmático es un sistema de membranas que participa en la síntesis de proteínas y de lípidos. Está el RER y REL.
5. El aparato de Golgi es un sistema de sáculos membranosos que interviene en el transporte y la maduración de moléculas fabricadas en el RE.
6. Las vacuolas son orgánulos membranosos de gran tamaño, característicos de las células vegetales, pero no exclusivos. Se relacionan con el almacenamiento de diversas sustancias y con el mantenimiento de la turgencia celular.
Orgánulos exclusivos de la célula eucariota animal
1. El centrosoma o centro organizador de microtúbulos (COM) es exclusivo de las células animales. Participa en el proceso de división celular.
Orgánulos exclusivos de la célula eucariota vegetal
1. Las células vegetales presentan una envoltura alrededor de la membrana plasmática que se denomina pared celular. Su función consiste en hacer posible que la célula mantenga su forma.
2. Los cloroplastos son orgánulos exclusivos de las células vegetales. Se encargan de realizar la fotosíntesis.
Formas celulares de los organismos eucariotas
Los componentes de la célula eucariota
Membrana plasmática
La membrana plasmática es una fina envuelta presente en todas las células.
Desempeña una función protectora, y regula el intercambio de sustancias entre el citoplasma y el exterior celular.
Está formada por una doble capa de lípidos; en esa doble capa se intercalan proteínas.
Las proteínas de membrana pueden estar inmersas en la doble capa o pueden estar adheridas a una de las dos capas.
Algunas proteínas de membrana actúan como receptores de estímulos, ante los cuales la célula genera respuestas.
La membrana plasmática es fluida, ya que sus moléculas tienen capacidad de rotar o moverse lateralmente.
Su mayor o menor fluidez depende de los lípidos que la componen. En las células animales, esta fluidez queda controlada por las moléculas de colesterol, que al intercalarse entre el resto de los lípidos, hacen que sea relativamente rígida.
El paso de sustancias a través de la membrana plasmática
• La materia, en función de su tamaño y de su naturaleza, entra y sale de las células a través de la membrana.
• Esta entrada se lleva a cabo mediante distintos mecanismos.
• Hay moléculas, como el CO2 y el O2, e iones, como Na+ y K+, que pasan directamente a la célula por difusión. El agua entra y sale de la célula por ósmosis.
Otros mecanismos de paso de sustancias a través de la membrana son:
Pared celular
La pared celular es propia de las células vegetales.
Está formada por fibras de celulosaque se disponen en capas de distinta orientación, para dar rigidez a la célula y mantener su forma.
Diversos polisacáridos y proteínas unen entre sí las fibras de celulosa, originando una resistente y compleja red.
A veces, acumula determinados compuesto, como la lignina, que da su rigidez característica a las plantas leñosas.
Citoplasma(citosol y citoesqueleto)
El citoplasma es el contenido que se localiza entre el núcleo y la membrana plasmática.
Está constituido por el citosol y el citoesqueleto.
El citosol es un medio acuoso donde están inmersos el citoesqueleto, los orgánulos celulares, así como también moléculas de proteínas, aminoácidos, glúcidos, lípidos y sales minerales que están implicadas en las diversas reacciones químicas que ocurren en el interior de las células.
El citosol comprende la mitad de volumen celular; la otra mitad corresponde a los orgánulos.
Citoplasma(citosol y citoesqueleto)
El citoesqueleto se estructura en una compleja red de filamentos proteicos interconectados.
Las uniones entre las subunidades que los forman son débiles; esto permite su rápido ensamblaje y desensamblaje.
Hay 3 tipos de filamentos: microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos.
El citoesqueleto tiene como funciones: Dar forma a la célula. Le proporciona la capacidad de realizar
distintos movimientos. Transporta materiales desde una zona a
otra de la células. Participa en el movimiento y organización
de los orgánulos citoplasmáticos.
La emisión de pseudópodos, prolongaciones del citoplasma que permiten el desplazamiento, es posible gracias a la actividad coordinada de las fibras proteínicas del citoesqueleto.
Filamentos del citoesqueleto
Los microfilamentos son polímeros de una proteína llamada actina que, agrupados en hélices dobles, forman haces y redes por todo el citoplasma, si bien están más concentrados cerca de la membrana plasmática. Son finos y se rompen con facilidad.
Los microtúbulos son polímeros de la proteína tubulina, que forman estructuras cilíndricas huecas y muy rígidas.
Los filamentos intermedios están formados por unidades de proteínas alargadas, semejantes a cuerdas. Son fáciles de construir, pero difíciles de romper.
Centrosoma
El centrosoma o centro organizador de microtúbulos (COM), es una orgánulo exclusivo de las células animales que se dispone cerca del núcleo cuando la célula está en estado de reposo.
Si está en división, el centrosoma se duplica y cada copia se sitúa en uno de los polos de la célula.
En el interior del centrosoma está el diplosoma, que consta de dos estructuras dispuestas perpendicularmente: los centriolos.
Los centriolos son estructuras con forma cilíndrica que contienen 9 tripletes de microtúbulos cada uno.
Funciones:
Formación y organización del citoesqueleto, con el cual comparte su composición a base de proteínas.
Interviene en el movimiento celular mediante cilios y flagelos.
Participa activamente en el proceso de división celular a través de la duplicación de los dos centriolos, formando el huso mitótico.
Ribosomas
Son orgánulos situados en el citosol; están adosados a las membranas del retículo endoplasmático o en el interior de otros orgánulos como las mitocondrias y los cloroplastos.
En las células eucariotas son de mayor tamaño que en las procariotas; los ribosomas de las células procariotas son similares a los que aparecen en las mitocondrias y cloroplastos.
Los ribosomas tienen 2 subunidades, constituidas por proteínas y ARN.
La función de los ribosomas consiste en fabricar las proteínas celulares a partir de la información que aportan los ácidos nucleicos.
Retículo endoplasmático
El RE constituye un sistema membranoso, de composición similar a la membrana plasmática, que forma una complicada red de túbulos y sáculos comunicados entre sí, con el aparato de Golgi y con la membrana nuclear.
Algunas zonas del RE presentan un aspecto granuloso, debido a la presencia de ribosomas en su cara externa. Esas zonas reciben en nombre de RE rugoso.
Otras zonas del retículo, carecen de ribosomas adheridos: forman el RE liso.
En el RER se sintetizan las proteínas que formarán parte de las membranas del propio RE, de las membranas plasmáticas y de las membranas de otros orgánulos. Además, en el se fabrican las proteínas que se envían al exterior celular.
En el REL se produce la síntesis de los lípidos, que también integrarán los distintos sistemas membranosos de la célula.
Aparato de Golgi
Constituye un apilamiento de sáculos membranosos con forma de disco cercarnos al núcleo.
Junto a estos discos hay una serie de vesículas, cuyo tamaño es diferente según el lado del aparato en que se sitúan: en el lado cercano al núcleo o cara cis, es menor que en el lado que se orienta hacia la membrana plasmática o cara trans.
De la cara trans se desprenden las vesículas de secreción.
La cara cis que se orienta hacia el RE recibe vesículas con las proteínas y lípidos que él fabrica.
En aparato de Golgi se producen:
La mayoría de los polisacáridos de la célula.
Maduran las proteínas y los lípidos procedentes del RE. La maduración es simultánea al transporte desde la cara cis a la cara trans.
En la cara trans se empaquetan las moléculas en vesículas para ser secretadas al exterior o distribuidas hacia distintos lugares del interior celular.
Lisosomas
Los lisosomas son vesículas procedentes del aparato de Golgi que contienen enzimas digestivas de carácter ácido.
Estas enzimas digieren materiales procedentes del exterior o del interior de la célula, como desechos propios, partículas de alimento o microorganismos fagocitados.
Esta compartimentación de las enzimas digestivas protege al citosol del ataque de su propio sistema digestivo.
La membrana de los lisosomas presenta proteínas transportadoras que permiten la salida al citosol de los productos finales de la digestión, los cuales la célula reutilizará o excretará.
Peroxisomas
Los peroxisomas son orgánulos rodeados por una membrana única que tienen todas las células eucariotas.
Junto con las mitocondrias, son los principales compartimentos celulares en los que se utiliza el oxígeno.
En ellos tienen lugar las reacciones de oxidación que hace posible eliminar sustancias tóxicas.
En estas reacciones interviene agua oxigenada, también llamada peróxido de hidrógeno; de ahí el nombre de estos orgánulos.
Vacuolas
Las vacuolas son orgánulos membranosos que están presentes en casi todos los tipos celulares.
En las células vegetales es de gran tamaño, de tal modo que ocupan entre un 30% y un 90% del espacio celular.
Se parecen a los lisosomas de las células animales porque tienen numerosas enzimas, si bien desempeñan más funciones que estos.
Las vacuolas vegetales constituyen el almacén de agua y diversas sustancias que la célula debe eliminar, asimilar, digerir o reservar para momentos posteriores.
Se relacionan también con el aumento eficaz del volumen celular, de tal modo que no se incrementa el contenido del citoplasma. Ejercen presión en la pared celular, manteniendo la turgencia y rigidez de los tejidos.
En una misma célula puede haber varias vacuolas diferentes, con funciones distintas.
Mitocondria
Las mitocondrias son unos orgánulos que están situados en el citoplasma de todas las células eucariotas.
Están delimitadas por una doble membrana. La membrana externa es lisa. La membrana internacontiene multitud de pliegues: las crestas mitocondriales.
El espacio interior constituye la matrizmitocondrial, cuya composición es similar a la del citoplasma. Tiene ribosomas y una o varias moléculas circulares de ADN.
Las mitocondrias constituyen la fuente de energíade las células eucariotas. Tanto en las crestas como en la matriz, hay enzimas que intervienen en la respiración celular, proceso mediante el cual se genera la energía que precisa la célula para funcionar.
Las mitocondrias tienen capacidad para replicarse; esto quiere decir que surgen unas de otras por crecimiento y división.
Las mitocondrias y la respiración celular
El metabolismo celular comprende el conjunto de las reacciones químicas que ocurren en la célula, con el objetivo de lograr su mantenimiento, desarrollo y reproducción. En él se diferencian dos fases: la catabólica y la anabólica.
Catabolismo. Se transforman moléculas complejas en otras más simples, con liberación de energía.
Anabolismo. Se elaboran moléculas complejas a partir de otras más simples, con consumo de energía.
Uno de los procesos catabólico celulares más importantes es la respiración celular.
Metabolismo celular
La respiración celular consisten en la degradación de combustibles orgánicos por el oxígeno molécula, con lo que la célula obtiene energía que necesita. Una parte de las reacciones del proceso respiratorio sucede en el
citoplasma y el resto, dentro de la mitocondria. De manera simplificada, la respiración celular se puede representar con la
siguiente ecuación química:
La glucosa en presencia de oxígeno y mediante una serie de reaccionesexotérmicas, se convierte en dióxido de carbono y agua.
Cloroplastos
Los cloroplastos son los orgánulos más característicos de las células vegetales.
Están limitados por una membrana externa y otra interna.
El medio interno es el estroma. La mayor parte del estroma está ocupada por unos sáculos membranosos aplastados e interconectados: los tilacoides. Los tilacoides pueden estar apilados, formando unas estructuras denominadas grana.
La función de los cloroplastos es la realización de la fotosíntesis: en los tilacoides se encuentran varios pigmentos fotosintéticos, como la clorofilas y carotenoides que forman parte de sistemas enzimáticos que hacen posible la captación de la energía luminosa.
Como las mitocondrias, los cloroplastos contienen una o varias copias de ADN circular y poseen la capacidad de replicarse.
Los cloroplastos y la fotosíntesis
Entre los procesos anabólicos celulares, el principal es la fotosíntesis, que se realiza en los cloroplastos.
Consiste en la fabricación de materia orgánica a partir de materia inorgánica a través del uso de la energía de la luz. El proceso fotosintético sucede en dos fases:• Fase lumínica. En ella, la energía electromagnética de la luz se transforma en energía
química. Además, las moléculas de agua se dividen en oxígeno, que se libera al medio, el hidrógeno, que se utilizará posteriormente. Este proceso de ruptura de las moléculas de agua es la hidrólisis.
• Fase oscura. Se sintetiza materia orgánica en forma de glucosa a partir de materia inorgánica: dióxido de carbono del medio e hidrógeno procede de la hidrólisis del agua. En esta fase se consume una parte de la energía que se ha obtenido en la fase lumínica.
Los cloroplastos y la fotosíntesis
Las reacciones químicas que ocurren en la fotosíntesis se pueden simplificar así:
El dióxido de carbono y el agua, a través de diversas reaccionesendotérmicas, se convierten en glucosa, que se libera al exterior.
Núcleo
El núcleo es una estructura observable con el microscopio óptico que contiene la mayor parte del material genético de la célula eucariota.
El núcleo está delimitado por una doble membrana con poros, la membrana nuclear, que permite el intercambio de sustancias entre este y el citoplasma.
La membrana externa se continua en la membrana del RE y está tapizada de ribosomas.
En el interior del núcleo hay varias moléculas de ADN asociadas a proteínas. Estas moléculas, llamadas histonas, ayudan a proteger y estabilizar el ADN. (ADN + histonas = cromatina)
En el núcleo pueden aparecer varias zonas que destacan del resto, en las que se distingue una parte central de aspecto fibroso con una corteza granulosa. Estas zonas son los nucléolos; en ellos se fabrican los ribosomas.
En núcleo se encarga del funcionamiento de la célula y está relacionado con la transmisión de los caracteres entre los progenitores y su descendencia.
El núcleo es el lugar más importante de síntesis de ADN y ARN.
