Célula (PDF)

¿Qué es la célula? La célula es la mínima unidad anatómica y funcional de todo ser viviente. Es la unidad de origen de todo ser vivo y además tiene la capacidad de autoduplicarse. Es la unidad fisiológica de todo ser vivo porque cada célula representa una estructura minúscula capaz de desarrollar...

¿Qué es la célula? La célula es la mínima unidad anatómica y funcional de todo ser viviente. Es la unidad de origen de todo ser vivo y además tiene la capacidad de autoduplicarse. Es la unidad fisiológica de todo ser vivo porque cada célula representa una estructura minúscula capaz de desarrollar todas las funciones metabólicas de un organismo unicelular (aunque después puede llegar a perder cierta independencia cuando forma parte de un tejido con especialización de funciones). ESTRUCTURAS CELULARES COMUNES Todas las células presentan cuatro estructuras comunes, debido a la importancia para la vida y cumplimiento de funciones de las células: 1. Citoplasma que es su medio interno. 2. ADN o material genético con las indicaciones para la construcción de moléculas básicas e indispensables para la vida: las proteínas. 3. Ribosomas: complejos formados por ARN y proteínas involucradas en la síntesis de proteínas. 4. Membrana Plasmática que las delimita y permite la entrada de sustancias necesarias y la salida de aquellas que ya no lo son. 1- Citoplasma Se denomina citoplasma a la materia especializada situada en el interior de las células. Está conformado por agua, proteínas, lípidos, carbohidratos, ARN, sales minerales y otros productos del metabolismo. Tiene una consistencia ligeramente más densa que el agua y tiene movimiento. Alberga el contenido celular y debido a que tiene movimiento, contribuye al transporte interno de elementos. 2- ADN (ácido desoxirribonucleico) El ADN es el material genético, es una gran biomolécula formada por largas secuencias de nucleótidos que contiene lo que denominamos genes: instrucciones codificadas químicamente para producir elementos (ARN y proteínas) necesarios para el funcionamiento y las características estructurales y morfológicas de la célula, necesarios para el funcionamiento de la célula. El ADN guarda la información que codifica un producto funcional (ARN o proteína) y es lo que se pasa a la descendencia a modo de herencia genética para que las células hijas sean iguales a la célula parental. Para que las células hijas tengan la misma información genética. el ADN tiene la capacidad única de hacer una copia exacta de sí mismo mediante un proceso llamado replicación. Existen distintos tipos de ADN: ➔ ADN cromosómico: Es la información genética principal de las células, con genes que codifican para casi todo su metabolismo. En las células procariotas, este ADN es circular, y dado que este tipo de células no presentan núcleo celular diferenciado, el ADN cromosómico se encuentra libre en el citoplasma. En las células eucariotas, este ADN es lineal y dado que las células eucariotas presentan un verdadero núcleo, en este caso el ADN cromosómico se encuentra dentro del núcleo, rodeado por la membrana nuclear. ➔ ADN extracromosómico: En células eucariotas se encuentra dentro de mitocondrias y cloroplastos, que son organelas que fueron integradas a las células por endosimbiosis. En células procariotas, el ADN extracromosómico se encuentra en forma de plásmidos, estructuras circulares pequeñas que contienen unos pocos genes y aportan a la célula alguna capacidad extra, como la resistencia a algún antibiótico. 3- Ribosomas: Los ribosomas son estructuras que están formadas por proteínas y ARN. Estos complejos intervienen en la síntesis de proteínas, es decir, en la traducción de la información contenida en los genes a proteínas para el funcionamiento celular. Los ribosomas se encuentran libres en el citoplasma o adheridos a ciertas membranas. Cada ribosoma tiene dos componentes principales: una subunidad grande y una subunidad pequeña. Cuando las dos subunidades de ribosomas se unen, funcionan como una fábrica que produce proteínas (inicialmente llamadas polipéptidos). Las células pueden cambiar la cantidad de ribosomas presente para cumplir sus necesidades metabólicas, por ejemplo las células que producen activamente muchas proteínas pueden tener millones de ribosomas!. 4- Membrana Plasmática Es una bicapa lipídica semipermeable que rodea y delimita la célula. La membrana separa el medio externo de la célula de su medio interno, el citoplasma. Sus principales funciones son: mantener el equilibrio entre el interior (medio intracelular) y el exterior (medio extracelular) de las células; regular la entrada y salida de muchas sustancias entre el citoplasma y el medio extracelular (nutrición) y mediar la comunicación con otras células. Estructuralmente se encuentra formada por dos láminas o una bicapa de fosfolípidos, que a su vez puede contener: esteroles (sólo en eucariotas), proteínas, glucoproteínas y glucolípidos (glucocalix sólo en eucariotas). Los fosfolípidos conforman la matriz de la membrana y poseen movimiento de difusión lateral lo que contribuye a la fluidez de la membrana. Transporte a través de membrana La membrana es flexible (movimiento constante) y semipermeable, es decir, con permeabilidad selectiva. Permeabilidad selectiva significa que no todas las moléculas son capaces de atravesar la membrana. El mantenimiento del ambiente interno de la célula requiere que la membrana desempeñe una doble función: debe evitar la entrada de ciertas sustancias y permitir el ingreso de otras e, inversamente, debe retener ciertas sustancias en el interior y permitir la salida de otras. Pero, ¿cómo se mueven las sustancias a través de la membrana?. Además, siendo que la nutrición celular es una función fundamental de la membrana, ¿cómo ingresan sustancias alimenticias como la Glucosa, el principal combustible energético al interior celular? ¿Cómo atraviesan los gases como el CO2 y el O2? ¿Y el agua (H2O)? Precisamente por la permeabilidad selectiva de la membrana. Los fosfolípidos permiten el paso de sustancias no polares (hidrofóbicas) y pequeñas moléculas polares (hidrofílicas) como el agua, porque, si miramos la estructura de los fosfolípidos, son un 80% no polares, con lo cual, ¡van a ser más afines por sustratos hidrofóbicos!. Las proteínas, por su parte, se mueven dentro de la membrana. Las proteínas integrales de membrana se encargan del transporte de compuestos polares o cargados. ¡actúan como canales que permiten el paso de moléculas polares o con carga, sin que éstas tomen contacto con las colas no polares de los fosfolípidos!. Las diferentes sustancias se mueven a través de la membrana por gradientes de concentración. Cuando las partículas no están distribuidas uniformemente en ambos lados de la membrana, entonces existen dos regiones: una con una mayor concentración de partículas y otra con una concentración más baja. La diferencia de concentración de una sustancia entre dos puntos establece un gradiente de concentración lo cual significa que hay energía de movimiento Como esta situación resulta inestable, espontáneamente tenderá el sistema a llegar al equilibrio, es decir, las sustancias se moverán desde donde están más concentradas a donde están menos concentradas (por lo tanto, más diluidas) hasta equiparar las concentraciones en ambos lados. Este gradiente se genera y mantiene por la actividad metabólica de la célula, por ejemplo, a medida que la célula consume oxígeno, se genera un gradiente a favor de la entrada de O2; por el contrario, la continua liberación de CO2 a partir de las reacciones de oxidación de las moléculas de combustible energético (glucosa) genera un gradiente a favor de la salida de CO2. La glucosa, por su parte, al ser continuamente utilizada en el interior de la célula, es requerida dentro de la célula, generando un gradiente a favor de su ingreso. Los gradientes de concentración a través de la membrana celular, determinan dos tipos de transportes: Transporte pasivo: movimiento de sustancias a favor del gradiente de concentración (difusión simple, difusión facilitada) y que, por lo tanto, no requiere un gasto energético por parte de la célula ya que el movimiento se produce por la propia energía almacenada en el gradiente Transporte activo: movimiento de sustancias en contra del gradiente de concentración, y que, por lo tanto, sí requiere de un gasto energético por parte de la célula para poder ocurrir, ya que por sí solo las sustancias no se moverán en contra. TRANSPORTE PASIVO Algunas sustancias ingresan o salen de las células y se mueven dentro de ellas por difusión, un proceso físico de movimiento aleatorio. El transporte pasivo no requiere que la célula gaste energía metabólica. Muchos iones y moléculas pequeñas se mueven a través de las membranas por difusión. Hay dos tipos de difusión, la difusión simple y la difusión facilitada. Difusión simple La difusión simple es un tipo de transporte de soluto sin gasto de energía donde cada molécula se mueve a favor de su gradiente de concentración directamente a través de la membrana. En el caso de las membranas celulares, las sustancias atraviesan directamente la bicapa de fosfolípidos, a favor de su gradiente sin gasto de energía. Para que la difusión sea eficiente se requiere una distancia corta y un gradiente de concentración pronunciado. Mediante este mecanismo atraviesan sustancias apolares pequeñas (O2, CO2,,N2), sustancias débilmente polares (CO2, etanol, urea) y moléculas lipídicas que son no polares por su composición (hormonas esteroides); todas ellas sin carga eléctrica. Difusión facilitada En la difusión facilitada el transporte también se realiza a favor de un gradiente de concentración y por lo tanto sin gasto de energía, pero con la participación de proteínas que permiten el movimiento de las sustancias. Esto se debe a que hay moléculas que no pueden atravesar directamente la bicapa de fosfolípidos, ya sea por su estructura química (polaridad) o por su tamaño. Y, por lo tanto, requieren de “ayuda”, un facilitador, para poder atravesar la membrana. En la difusión facilitada, una proteína de transporte hace que la membrana sea permeable a moléculas con carga eléctrica (como los iones) o moléculas polares (como el agua, la glucosa y los aminoácidos), que en ausencia de esa proteína de transporte no atravesarían la membrana. La proteína transportadora es específica para ese soluto en particular, por lo que existen proteínas específicas para el transporte de glucosa o proteínas específicas para un aminoácido en particular. Ósmosis La ósmosis es la difusión de agua a través de una membrana semipermeable. La ósmosis es un tipo especial de difusión que implica el movimiento neto de agua (el principal solvente en los sistemas biológicos) a través de una membrana semipermeable de una región de mayor concentración de agua (agua pura) a una región de menor concentración (agua más soluto) sin gasto de energía. Las moléculas de agua pasan libremente en ambas direcciones, pero como en todos los tipos de difusión, el movimiento neto es de la región donde las moléculas de agua están más concentradas a la región de menor concentración. Cabe destacar que, en el sistema presentado en la figura derecha, la membrana semipermeable deja pasar, por el tamaño de poro, solamente las moléculas de agua haciendo rebotar a las moléculas de soluto que por su tamaño no pueden atravesarlo. Entendiendo el concepto anterior tenemos que pensar ahora en la membrana plasmática como una barrera semipermeable que no deja pasar directamente a las moléculas polares como el agua. Por esto, en las membranas biológicas, el agua se moviliza por ósmosis a través de proteínas. Por lo tanto, la ósmosis en las membranas celulares, es una difusión facilitada. La membrana presenta poros específicos formados por unas proteínas canal denominadas acuaporinas que permiten el paso del agua. El agua se moverá por ósmosis a través de estos canales hacia dentro o hacia afuera de la célula según las diferencias de concentración de soluto a ambos lados de la membrana plasmática.