Las funciones vitales en la célula




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fecha de publicación07.02.2016
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LAS FUNCIONES VITALES EN LA CÉLULA
I NUTRICIÓN
Recordemos que se trata de la capacidad que tenemos los seres vivos para intercambiar materia y energía con el medio que nos rodea.

Recordemos también que la nutrición en los seres vivos puede ser de dos tipos:
Autótrofa, cuando las células son capaces de fabricar las sustancias orgánicas que necesitan (proteínas, azúcares, grasas…) a partir de unos nutrientes inorgánicos simples, como son el CO2, el agua y las sales minerales, y una fuente de energía, la luz, que es aprovechada en el interior celular para esta transformación: MATERIA INORGÁNICA  MATERIA ORGÁNICA.
Heterótrofa, cuando las sustancias orgánicas que necesitan las células deben ser incorporadas al organismo aprovechándose de la que fabricaron los autótrofos, y que están presentes en los vegetales (la consumen los animales herbívoros) y en los animales (la consumen los animales carnívoros y omnívoros).
En ambos tipos de nutrición la célula absorbe sus nutrientes a través de la membrana plasmática.
Membrana plasmática

Es una envoltura que mantiene el contenido celular separado del medio externo en el que vive. Al mismo tiempo permite un intercambio selectivo de sustancias nutrientes hacia el interior de la célula para su abastecimiento y también de dentro afuera para su exportación a otros lugares del organismo (caso de seres pluricelulares), y también de productos de desecho hacia el exterior celular.

Su composición lipídica y proteica y su estructura fluida permite seleccionar y regular qué sustancias la atraviesan, en qué sentido y en qué proporciones. A esta capacidad se la llama permeabilidad selectiva.



Esta estructura en bicapa permite que las moléculas pasen a través de ella abriéndose paso entre las moléculas de lípidos o bien siendo transportadas por las proteínas.


por canal proteico

a través de bicapa


El denominado transporte activo se lleva a cabo con un consumo de energía que, como veremos más adelante, en la célula se transfiere gracias a una molécula llamada ATP, considerada como la unidad monetaria” de intercambio energético en todo tipo de células.
También la membrana puede llevar a cabo un proceso conocido como fagocitosis que le permite capturar partículas externas que son demasiado grandes como para poder atravesar la membrana y que le pueden servir, por ejemplo, de alimento.

Fagosoma o vacuola digestiva

También puede suceder que a célula deba exportar sustancias al exterior. Entonces se produce el proceso de exocitosis.






Las sustancias ingeridas por fagocitosis deben ser digeridas antes de que sus nutrientes puedan ser asimilados. Para ello la vacuola digestiva o fagosoma recibe el aporte de enzimas de un lisosoma procedente del aparato de Golgi. De la fusión de la vacuola y el lisosoma comienza la digestión de las moléculas de las partículas capturadas. Los productos de esta digestión van pasando al citoplasma.


Los orgánulos que tienen relación con las funciones de nutrición son los siguientes:
Retículo endoplasmático o endoplásmico. Aparece en células eucariotas, tanto vegetales como animales, y consiste en un sistema de cavidades aplanadas que rodean al núcleo y tienen continuidad con el espacio perinuclear.


Los ribosomas son pequeños orgánulos sin membrana constituidos por dos unidades compuestas de proteína y ARN. Se encuentran en la superficie del Retículo endoplásmico rugoso y su función es fabricar proteínas. Conforme estas van siendo sintetizadas por los ribosomas, se van introduciendo en las cavidades del retículo.


Ribosomas, en la superficie del retículo endoplásmico rugoso, sintetizando cadenas de proteína (representados como pequeños collares de cuentas).

Como se puede apreciar, estas proteínas van pasando al interior de las cavidades del retículo. La fibra que une varios ribosomas es una molécula de ARN mensajero con la información necesaria para la síntesis de la proteína.


Por su parte, el retículo endoplásmico liso se ocupa de la síntesis de lípidos (grasas).

Todas las cavidades de ambos retículos y el espacio perinuclear se encuentran comunicadas y constituyen, en realidad, una sola cavidad.
Aparato de Golgi. Consiste también en un sistema de cavidades o sacos aplanados que tienen permanente comunicación con el retículo rugoso a través de un constante flujo de vesículas que llevan al aparato de Golgi sustancias producidas en el retículo.


Aspecto general del aparato de Golgi


Relación entre el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi.

Las pequeñas esferas que se observan entre uno y otro son las llamadas vesículas de transición. Como se ve, las vesículas de secreción no solo sirven en la expulsión de sustancias, sino también en una continua renovación de la membrana.


Así se ve que el aparato de Golgi lleva a cabo varias funciones: recibe las proteínas producidas en el retículo a través de las vesículas de transición, y completa dentro de sus cavidades la elaboración de esas moléculas proteicas convirtiéndolas en glucoproteínas. También se ocupa de la exportación de los productos sintetizados a través de la emisión de vesículas de secreción. Por último, el aparato de Golgi se encarga de la producción de enzimas digestivas que son llevadas al citoplasma encerradas dentro de los lisosomas; estos se unirán luego -como vimos más arriba- a los fagosomas facilitando la digestión de las partículas que fueron ingeridas por el proceso de fagocitosis.
Mitocondrias. Son orgánulos capaces de reproducirse de forma autónoma dentro de la célula gracias a que poseen una molécula de ADN propio que controla sus funciones y que es heredado por las mitocondrias hijas.

Su estructura consta de una membrana externa, una membrana interna con pliegues llamados crestas mitocondriales, un espacio intermembranoso y un espacio por dentro de la membrana interna llamado matriz mitocondrial. Además, dentro de esta matriz se encuentra la mencionada molécula de ADN y ribosomas propios.

La función de las mitocondrias es la obtención de energía útil para la célula a través de la oxidación (combustión controlada) de moléculas orgánicas como glucosa o grasas. Estas reacciones químicas de oxidación reducen las moléculas orgánicas a CO2 y H2O, liberando grandes cantidades de energía que la célula hace circular en moléculas de ATP.

Este proceso se denomina respiración celular.


Visión esquemática del proceso de respiración celular.

Vemos que una parte del mismo tiene lugar en el Citosol, pero que las principales reacciones, que tienen lugar en presencia de oxígeno -O2- ocurren en la membrana y en la matriz mitocondrial



Cloroplastos. Son orgánulos que aparecen exclusivamente en células vegetales. Su estructura se organiza en una doble membrana, un espacio intermembranoso y un espacio interno llamado estroma. En el estroma existe un entramado de membranas internas llamadas tilacoides. Unos tilacoides son más pequeños y se apilan como montoncitos de monedas; estos se llaman tilacoides de los grana (cada montoncito se llama granum). Otros tilacoides son más extensos y se denominan tilacoides del estroma.

En el interior del estroma también se localizan ribosomas propios y una molécula de ADN que hace al cloroplasto autónomo en el control de su metabolismo y también a la hora de reproducirse. Además encontramos inclusiones de almidón.


Dibujo esquemático y micrografía electrónica de un cloroplasto.



La función de los cloroplastos es realizar la fotosíntesis; esta consiste en la producción de moléculas orgánicas, ricas en energía, como glucosa, grasas… usando como “materia prima” sustancias inorgánicas como CO2, H2O y sales minerales y como fuente de energía externa la luz del sol.

La fotosíntesis consta de dos fases:

Fase dependiente de la luz. En esta fase la luz del sol incide sobre las membranas de los tilacoides, que contiene clorofila y otros pigmentos. En presencia de la clorofila, la luz del sol desdobla las moléculas de H2O en oxígeno -O2-, que será liberado a la atmósfera, e hidrógeno y eleva los electrones a un potencial energético capaz de producir ATP.

Fase independiente de la luz. El hidrógeno y el ATP conseguidos en la fase anterior son usados para sintetizar glucosa a partir del CO2 absorbido de la atmósfera.



La célula utiliza las moléculas de ATP como unidad de intercambio energético. Para obtener ATP, las células animales con nutrición heterótrofa deben utilizar como combustible las moléculas orgánicas (grasa, glucosa…) que se han incorporado del entorno y que fueron fabricadas mediante fotosíntesis por los organismos autótrofos. Pero también las células vegetales usan como combustible las moléculas orgánicas, y lo hacen como las animales, aprovechando en las mitocondrias la energía desprendida de su oxidación; la diferencia está en que son las mismas células vegetales, en los cloroplastos, las que han fabricado este combustible.
II REPRODUCCIÓN
La capacidad de reproducción consiste en dejar descendencia. Las células tienen una información genética contenida en una sustancia llamada ADN, su material genético. Si la célula es procariota, se trata de una molécula no muy compleja de ADN inmersa en el citoplasma. Pero si se trata de una célula eucariota, el material genético se constituye de varias moléculas de ADN encerradas en un núcleo.
NÚCLEO: El núcleo es un gran orgánulo celular más o menos esférico con una cubierta o envoltura hecha de dos membranas -interna y externa- entre las cuales queda un espacio perinuclear. Esta envoltura o cubierta está plagada de poros que permiten el intercambio de sustancias entre el citoplasma y el nucleoplasma, líquido que rellena la cavidad nuclear y en el que se encuentran las moléculas de ADN.

El ADN se encuentra asociado a proteínas en un tipo de molécula compleja que se llama cromatina (cromatina = ADN + proteínas asociadas)

Dentro del núcleo también encontramos una región que aparece más oscura al microscopio y que recibe el nombre de nucleolo.


Cuando la célula se va a reproducir es necesario que el material genético se duplique. Después la cromatina se va a condensar en unidades compactas llamadas cromosomas.


El proceso por el que el material genético, una vez duplicado y condensado en cromosomas, se reparte en dos núcleos hijos se denomina mitosis.
MITOSIS:

Lo primero que ocurre, justo antes de la mitosis, es la duplicación de la cromatina en un período conocido como interfase. Durante esta fase se observan intactas todas las estructuras nucleares: envoltura, nucléolo y cromatina.

Veamos las distintas fases de la mitosis:
1.- PROFASE: Durante esta fase comienza a desintegrarse la cubierta nuclear y a difuminarse el nucleolo al tiempo que las distintas fibras de cromatina se van condensando y formando esas unidades llamadas cromosomas.

Entretanto, un orgánulo llamado centrosoma, externo al núcleo y que se constituye por dos estructuras microtubulares llamadas centriolos, ha comenzado a duplicarse y a desarrollar una estructura proteica llamada huso acromático. Este huso está hecho por el mismo tipo de microtúbulos que constituyen los centriolos.


Como se ve, ya tenemos dos centrosomas, con dos centriolos cada uno, y entre ellos se está formando un haz de microtúbulos de proteína que forman el huso acromático.



2.- METAFASE: El huso acromático está perfectamente constituido, los cromosomas alineados en el plano o placa ecuatorial. Por supuesto, ya no quedan restos de la cubierta nuclear. Algunas fibras del huso se anclan a los centrosomas de los cromosomas de manera que cada cromátida “mira” hacia un polo diferente de la célula, hacia uno de los centrosomas.



3.- ANAFASE: Durante esta fase, las fibras del huso que estaban ancladas a los cromosomas comienzan a acortarse y a tirar cada una de una cromátida hacia su polo correspondiente.



4.- TELOFASE: Sucede prácticamente lo opuesto a lo que sucedió en profase, es decir, en torno a cada grupo de cromosomas (obsérvese que ahora los cromosomas son de una sola cromátida) se comienza a organizar una nueva envoltura nuclear, los cromosomas empiezan a des-condensarse y se prefigura un nuevo nucleolo. Las fibras del huso acromático desaparecen.


La reproducción celular se completará cuando, después de dividirse el citoplasma y la membrana plasmática, tengamos dos células completas donde antes teníamos una. Esto puede suceder por bipartición, si las dos células hijas son semejantes, por gemación o por esporulación:

Bipartición


Gemación


Esporulación




Significado de la mitosis: Cada cromosoma parte con dos cromátidas que son dos copias idénticas de una parte de la información genética. Todos los cromosomas tienen dos cromátidas porque toda la información genética ha sido duplicada. Así cada núcleo hijo, primero, y cada célula hija, al fin, tendrán una dotación genética completa, la que es propia de la especie a la que pertenecen.
En los seres vivos unicelulares, la mitosis es la base de la reproducción asexual, en la que un individuo da lugar, por sí solo, a otros dos individuos genéticamente idénticos entre sí e idénticos también al individuo original.
En los seres pluricelulares, la mitosis no sirve para la reproducción del organismo completo sino que su utilidad estriba en la multiplicación de las células que componen cada tejido en procesos de crecimiento, reparación y sustitución de las células que van muriendo. También en este caso las células hijas contienen toda la información genética que les ha transmitido su progenitora y que es la información propia de la especie a la que pertenecen.
Precisamente en este caso, el de los seres vivos pluricelulares, que se reproducen sexualmente, es necesario que se produzca otro tipo de división del núcleo que permita la aparición de células germinales o gametos: los óvulos y los espermatozoides. Dichos gametos deben llevar la mitad de la información genética del progenitor, ya que la otra mitad la recibirán los descendientes del otro progenitor.
III RELACIÓN
La relación es la función que permite a los seres vivos responder a los cambios que se producen en el medio que nos rodea.
En la célula existen orgánulos que permiten la reacción o movimiento en respuesta a los estímulos.
La recepción de dichos estímulos la lleva a cabo la célula a través de la membrana plasmática por unos mecanismos parecidos a los que se mencionaron para la nutrición.
Los orgánulos especializados en el movimiento celular son los cilios y los flagelos.
CILIOS Y FLAGELOS: Son orgánulos celulares que se proyectan como prolongaciones del citoplasma, están dotadas de movimiento vibrátil y se anclan en su base por debajo de la membrana plasmática a una estructura proteica y microtubular parecida al centriolo llamada cuerpo basal.
El cuerpo del cilio y del flagelo está formado por filamentos de proteína que nacen en el cuerpo basal y que le dan la capacidad de efectuar movimientos de batida parecidos al hecho de remar.
Hablamos de cilios cuando son cortos y muy numerosos y de flagelos cuando son pocos (incluso uno solo) y muy largos.


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