Célula Eucariótica: Función de Nutrición

Concepto de Nutrición Autótrofa y Heterótrofa

Existen dos modalidades de nutrición celular atendiendo a la naturaleza química de la materia que se incorpora como fuente de carbono:

Nutrición Autótrofa

La fuente de carbono es el CO₂. Se lleva a cabo tomando sustancias inorgánicas y transformándolas en orgánicas, obteniendo energía en el proceso. Hay dos tipos:

• Fotosíntesis: Las sustancias inorgánicas se transforman en orgánicas mediante el aporte de energía luminosa. La realizan células que tienen pigmentos fotosintéticos (protoctistas, algas y bacterias).
• Quimiosíntesis: Las sustancias inorgánicas se transforman en orgánicas mediante el aporte de energía liberada en la oxidación de ciertos compuestos inorgánicos. Solo la realizan algunas bacterias.

Nutrición Heterótrofa

La fuente de carbono es la materia orgánica. Se lleva a cabo tomando sustancias orgánicas que contienen energía fácilmente disponible en sus enlaces; la materia y la energía se incorporan juntas. Las células heterótrofas dependen de las autótrofas. La realizan células animales, protozoos, hongos y muchas bacterias. Esta nutrición comprende varios procesos: ingestión, digestión celular, metabolismo y excreción.

Ingestión

Es la entrada de sustancias en la célula. Las moléculas pequeñas atraviesan la membrana plasmática por difusión simple o activa, o mediante procesos de transporte activo. La entrada de macromoléculas se lleva a cabo por endocitosis.

1. Permeabilidad Celular y Transporte de Membrana

La permeabilidad de la membrana es selectiva o semipermeable, pues permite el paso de unas moléculas y restringe el de otras. Permite que moléculas esenciales (como la glucosa) penetren fácilmente, que estas y los intermediarios metabólicos permanezcan, y que los productos de desecho salgan. También regulan las concentraciones iónicas intracelulares. En función del requerimiento energético, se distinguen dos tipos de transporte:

Transporte Pasivo

Es un proceso de difusión donde las moléculas se desplazan a través de la membrana sin consumir energía, realizándose a favor de su gradiente de concentración o a favor de su gradiente eléctrico. Ambos constituyen el gradiente electroquímico. Este transporte puede tener lugar por:

• Difusión Simple: Las moléculas atraviesan por sí mismas la membrana a través de la bicapa lipídica, sin intervención de proteínas de membrana.
• Difusión Facilitada: Permite el transporte de pequeñas moléculas polares que no pueden atravesar la bicapa de lípidos. Se transportan a través de proteínas transmembrana que pueden ser de dos tipos:
  • Proteínas de canal: Proteínas transmembrana con un orificio o canal interno, como poros hidrofílicos.
  • Proteínas transportadoras específicas: Permiten el transporte de pequeñas moléculas polares y sufren un cambio de conformación espacial reversible.

Transporte Activo

Se realiza en contra del gradiente electroquímico y conlleva consumo de energía. Tiene lugar mediante proteínas transportadoras que tienen actividad ATPasa, es decir, descomponen ATP en ADP y Pi para proporcionar energía al transporte. Uno de los más conocidos es la bomba de Na⁺ y K⁺, en la que por cada molécula de ATP hidrolizada se bombean tres Na⁺ hacia el exterior y dos K⁺ hacia el interior. Con ello se contribuye a crear una diferencia de potencial eléctrico.

2. Endocitosis: Pinocitosis y Fagocitosis

El proceso por el que la célula incorpora macromoléculas y partículas recibe el nombre de endocitosis. Este proceso se puede dar por evaginación, invaginación o por mediación de receptores a través de su membrana plasmática, formando una vesícula que luego se desprende de la membrana y se incorpora al citoplasma.

• Pinocitosis: Ingestión de líquidos y sustancias mediante la formación de pequeñas vesículas (vesículas pinocíticas). La mayoría de las células eucariotas ingieren continuamente líquidos por pinocitosis, donde la membrana plasmática se invagina y se forma una pequeña vesícula pinocítica que contiene cualquier sustancia que pudiera hallarse en la gota ingerida.
• Fagocitosis: Es la ingestión de partículas sólidas de gran tamaño. Las partículas quedan englobadas en grandes vesículas (fagosomas). En organismos pluricelulares, este proceso se utiliza como mecanismo de defensa.
• Endocitosis Mediada por Receptor: Algunos procesos de endocitosis son muy específicos, ya que solo incorporan macromoléculas que se unen a los receptores específicos situados en la cara externa de la membrana plasmática. En la membrana interna se fijan clatrinas, que provocan una invaginación de la membrana que da lugar a una vesícula. Esta vesícula se adentra en el citoplasma y pierde la clatrina. Sufre maduración y se separa por un lado una vesícula con receptores que vuelven a la membrana plasmática y, por otro lado, una vesícula con las sustancias incorporadas.

Digestión Celular

Tiene lugar por la unión de lisosomas con fagosomas, formándose vacuolas digestivas, en cuyo interior ocurre la digestión intracelular. Las hidrolasas aportadas por los lisosomas descomponen las macromoléculas y partículas en moléculas sencillas, que salen de la vacuola digestiva mediante transportadores específicos de la membrana de la misma y pasan al citoplasma, incorporándose al metabolismo celular.

Exocitosis y Secreción Celular

Es el proceso inverso a la endocitosis, donde una vesícula intracelular se aproxima a la membrana plasmática, fusionándose con ella de manera que el contenido de la vesícula es vertido al exterior. Se eliminan sustancias que no pueden atravesar la membrana plasmática. Cuando son macromoléculas, estas son empaquetadas por el Complejo de Golgi para su secreción por exocitosis.

Metabolismo

1. Concepto de Metabolismo, Catabolismo y Anabolismo

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas catalizadas por enzimas que se producen en el interior de las células vivas y que conducen a la transformación de unas moléculas en otras. Su finalidad es obtener energía química para realizar distintos trabajos y la fabricación de moléculas propias. Se distinguen dos grandes rutas:

• Catabolismo: Conjunto de reacciones en las que se degradan moléculas nutrientes orgánicas (que provienen del entorno celular o de las propias reservas de la célula) a productos finales más pequeños y menos energéticos. Hay una liberación de energía libre contenida en los enlaces de las moléculas que se degradan. Son reacciones exergónicas cuyo objetivo es la obtención de energía.
• Anabolismo: Lo constituye el conjunto de reacciones de síntesis de moléculas orgánicas pequeñas que se incorporan para construir componentes macromoleculares de las células. Son reacciones endergónicas.

El catabolismo y el anabolismo suceden simultáneamente en las células y sus velocidades están reguladas independientemente.

2. Aspectos Generales del Metabolismo. Reacciones de Oxidación-Reducción y ATP

En la célula hay muchas reacciones metabólicas que están encadenadas formando rutas metabólicas, en las que el producto de una reacción constituye el sustrato de la reacción siguiente y así sucesivamente. Los productos de transformación sucesivos son los metabolitos. A través de los cambios que suponen estos, la biomolécula inicial va siendo transformada en el producto final metabólico. La mayoría de las rutas son lineales, aunque algunas son cíclicas.

Existen rutas convergentes (se obtiene el mismo producto final a partir de distintas moléculas de partida) y divergentes (una única molécula origina diferentes productos). El metabolismo celular está muy regulado. Existen unos mecanismos básicos de regulación que consisten en:

• Regulación de la síntesis de enzimas.
• Regulación de la actividad enzimática: Se lleva a cabo sobre enzimas alostéricas, que son capaces de cambiar su actividad catalítica en respuesta a moléculas moduladoras enzimáticas, estimuladoras o inhibidoras.
• Compartimentación de rutas metabólicas: Esto evita interferencias entre rutas metabólicas y hace posible que se desarrollen al mismo tiempo.

Reacciones de Oxidación-Reducción (Redox)

Son las reacciones que liberan o capturan energía, en las que los electrones pasan de un átomo a otro. Una oxidación consiste en la pérdida de electrones, mientras que una reducción es la ganancia de electrones. La molécula que cede electrones es el agente reductor y la molécula que acepta electrones es el agente oxidante. Los electrones son transferidos mediante las siguientes modalidades:

• Directamente como electrón.
• En forma de hidrógeno: Lo que implica transferencias de electrones. Estas reacciones son deshidrogenaciones y están catalizadas por deshidrogenasas. Las coenzimas que actúan son de oxidorreducción, que tienen gran facilidad para captar hidrógenos y después para cederlos a otros compuestos que se reducen.
• Cuando una molécula gana átomos de oxígeno y se forma un producto en el que el oxígeno se halla incorporado covalentemente.

Estas reacciones son muy importantes en los seres vivos, ya que el transporte de electrones entre compuestos impulsa la síntesis de ATP en las cadenas transportadoras de electrones. Estas cadenas están formadas por un grupo de compuestos que transfieren electrones de unos a otros a través de reacciones redox acopladas con la transferencia de protones a través de una membrana para crear un gradiente que impulsa la síntesis de ATP. La mayor o menor facilidad de captar o ceder electrones viene dada por el llamado potencial de reducción de cada sustancia.