Transporte Celular a Través de la Membrana
Transporte Pasivo: Difusión y Ósmosis
El transporte pasivo comprende la ósmosis y la difusión. Este proceso no requiere inversión de energía (ATP).
1. Difusión
Cuando dos sustancias de distinta concentración entran en contacto, la más concentrada avanza o se dispersa hacia la menos concentrada (menor gradiente de concentración). La energía cinética de las partículas sigue los gradientes de concentración hasta que la concentración se iguala.
- Difusión Simple: Las moléculas de pequeño tamaño pasan directamente a través de la bicapa de fosfolípidos.
- Difusión Facilitada: Las moléculas de mayor tamaño o aquellas no afines a los fosfolípidos son transportadas a través de proteínas de canal o proteínas acarreadoras.
2. Ósmosis
Es el paso de las moléculas solventes, como las del agua, a través de una membrana permeable o semipermeable, con la finalidad de igualar la concentración de partículas disueltas en cada lado de la membrana.
Ejemplo: El movimiento del agua a través de la membrana semipermeable de las células que se encuentran en las raíces de las plantas.
Efectos del Transporte Pasivo en la Célula
Según el medio en el que se encuentre la célula, se observan diferentes fenómenos:
- Medio Hipotónico: Turgencia. El agua penetra en la célula, provocando su hinchamiento. Si la turgencia es excesiva, puede ocasionar el estallamiento de la célula.
- Medio Isotónico: No hay alteración celular. Hay intercambio de agua entre el exterior y el interior de la célula, aunque no hay un cambio aparente.
- Medio Hipertónico: Plasmólisis. El agua sale de la célula (por ejemplo, en agua salada), provocando la deshidratación del citoplasma. En caso excesivo, se produce la destrucción del citoplasma, lo que ocasiona la muerte celular.
Transporte Activo
Es el paso de sustancias en contra del gradiente de concentración a través de proteínas. Es un tipo de transporte activo porque requiere ATP, la molécula de la energía, para llevarse a cabo.
Endocitosis y Exocitosis: Transporte de Macromoléculas
Las membranas celulares están en constante actividad. La membrana plasmática forma numerosas salientes o microvellosidades (evaginaciones e invaginaciones). Estas continuas entrantes y salientes aumentan la superficie de la membrana y, por lo tanto, su eficacia para engullir o liberar productos.
Endocitosis: Incorporación de Productos a la Célula
La endocitosis puede presentarse en tres formas:
Pinocitosis
Consiste en la introducción de pequeñas gotas de líquidos extracelulares (como agua, hormonas, proteínas, mucopolisacáridos y factores de crecimiento) al citoplasma, por medio de pequeñísimas vacuolas o vesículas pinocíticas.
En el citoplasma, estas vesículas se fusionan con los lisosomas que contienen enzimas hidrolíticas, las cuales desintegran los productos nutritivos del contenido de la vesícula para incorporarlos al citoplasma.
Endocitosis Mediada por Receptores
Es un tipo de transporte especializado de sustancias, debido a que solo ingresan moléculas que se ligan a los receptores de la membrana celular.
Una vez ligadas estas moléculas a los receptores, la membrana en esta sección se dobla de tal manera que forma una vesícula cerrada en el citoplasma.
- A) Las proteínas receptoras de moléculas o complejos de moléculas específicas se encuentran dentro de fosas recubiertas.
- B) Los receptores se unen a las moléculas y la membrana forma una depresión.
- C) La región de la fosa recubierta engloba las moléculas unidas a los receptores.
- D) Se desprende en el citoplasma una vesícula (“vesícula recubierta”) que contiene las moléculas enlazadas.
Fagocitosis
Permite la incorporación de productos de moléculas grandes, como las partículas de alimento.
Se presenta en ciertas células, como los glóbulos blancos y algunos protozoarios, en los que las invaginaciones son lo suficientemente grandes y profundas como para incorporar al citoplasma partículas sólidas grandes de alimento; incluso pueden fagocitar a células más pequeñas que ellas, como bacterias o glóbulos rojos.
Exocitosis
Sucede cuando la digestión de los productos que contienen las vacuolas digestivas es completa. Los residuos son eliminados fuera de la célula, como sucede con los remanentes de la digestión, los productos de excreción y los de secreción celular.
Estructuras Celulares y Genética
Célula Procariota
Su estructura es muy sencilla. Podemos diferenciar en ella tres partes: la membrana plasmática, el citoplasma y el material genético. Esta imagen corresponde a una microfotografía de una bacteria.
Funciones de la Célula Procariota
- Transcripción y Traducción: El ARN mensajero será transcrito y después será traducido por los ribosomas para sintetizar las proteínas. Estos son procesos necesarios para que la información genética codificada sea expresada.
- Intercambiar Sustancias con el Medio: Esto ocurre gracias a la membrana plasmática, para poder mantenerse comunicada con su entorno.
- Obtención de Energía: Las células procariotas llevan a cabo procesos de respiración mediante reacciones bioquímicas para obtener la energía necesaria para completar todos los procesos internos.
- Alimentación: Ocurre por procesos metabólicos para la obtención de nutrientes. El metabolismo de los procariontes es muy variado. Podemos encontrarnos con organismos autótrofos, que usan el dióxido de carbono atmosférico para producir su energía, y organismos heterótrofos, que necesitan obtener el carbono del exterior.
Cloroplastos
Los cloroplastos presentan forma irregular, pero están formados invariablemente por una membrana externa, un espacio intermembranoso, una membrana interna, el estroma y los tilacoides, que se disponen apilados.
La función del cloroplasto es realizar un proceso llamado fotosíntesis. En la fotosíntesis, la energía luminosa se captura y se usa para formar azúcares a partir de dióxido de carbono.
ADN (Ácido Desoxirribonucleico)
Molécula del interior de las células que contiene información genética y la transmite de una generación a otra. También se llama DNA.
ARN (Ácido Ribonucleico)
Uno de los dos tipos de ácido nucleico que elaboran las células. El ARN contiene información copiada del ADN. Las células elaboran varias formas diferentes de ARN y cada forma cumple una función específica en la célula.
Tipos de ARN
Existen diferentes tipos de ARN en las células: ARN mensajero (ARNm), ARN ribosómico (ARNr) y ARN de transferencia (ARNt).
Nucleótidos
Los nucleótidos son moléculas orgánicas formadas por la unión covalente de un nucleósido (una pentosa y una base nitrogenada) y un grupo fosfato. El nucleósido es la parte del nucleótido formada únicamente por la base nitrogenada y la pentosa.
Conceptos Biológicos Fundamentales
Homeostasis
La tendencia a mantener un ambiente interno estable y relativamente constante se llama homeostasis. El cuerpo mantiene la homeostasis para muchas variables, además de la temperatura.
Irritabilidad
La irritabilidad es la capacidad de un organismo o de una parte del mismo para identificar un cambio en el medio ambiente y poder reaccionar. Tiene un efecto patológico o fisiológico.
Retroalimentación Positiva y Negativa
La retroalimentación positiva favorece el cambio introducido en el sistema, aumentando el estímulo que irrumpió en el sistema. En el caso de la retroalimentación negativa, esta busca que el equilibrio o estado original del sistema se mantenga, reduciendo el estímulo que produjo el cambio.
Metabolismo
Conjunto de cambios químicos que se presentan en una célula u organismo. Estos cambios producen la energía y los materiales que las células y los organismos necesitan para crecer, reproducirse y mantenerse sanos. El metabolismo también ayuda a eliminar sustancias tóxicas.
Anabolismo
El anabolismo es el conjunto de procesos del metabolismo que tienen por fin la síntesis de componentes celulares a partir de precursores de baja masa molecular, por lo que también recibe el nombre de biosíntesis.
Catabolismo
El catabolismo es la parte del proceso metabólico que consiste en la degradación de nutrientes orgánicos, transformándolos en productos finales simples, con el fin de extraer de ellos energía química útil para la célula. La energía liberada por las reacciones catabólicas es usada en la síntesis del ATP.
Macromoléculas Esenciales
Lípidos
Son la principal reserva energética del organismo. Un gramo de grasa produce 9.4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación, mientras que proteínas y glúcidos solo producen 4.1 kilocalorías/g.
Vitaminas
Las vitaminas son un grupo de sustancias que son necesarias para el funcionamiento celular, el crecimiento y el desarrollo normales. Existen 13 vitaminas esenciales. Esto significa que estas vitaminas se requieren para que el cuerpo funcione apropiadamente.
Historia de la Biología: Científicos Clave
Científicos relevantes en el desarrollo de la biología celular:
- Galileo Galilei: Padre de la astronomía y física; inventó el telescopio.
- Marcelo Malpighi: Observó al microscopio diversos tejidos animales y vegetales, describiendo estructuras que parecían un panal.
- Anton Van Leeuwenhoek (1674): Se interesó por la generación espontánea y los microorganismos. Sus trabajos sirvieron para hacer mejoras en los microscopios, pero no explicó lo que observaba.
- Lorenz Oken (1805): Realizó estudios en protozoarios y observó que tenían autonomía e individualidad. Propuso que los organismos superiores estaban formados por microorganismos parecidos a los protozoarios.
- René Joachim Henri Dutrochet (1824): Denominó “glóbulos” a las estructuras básicas de tejidos animales y vegetales.
- Robert Brown (1773-1858): Denominó núcleo a una estructura constante en sus observaciones microscópicas de tejido vegetal.
- Matthias J. Schleiden y Theodor Schwann (1838): Formularon los dos primeros postulados de la Teoría Celular.
- Rudolf Virchow (1858): Médico alemán que complementó la teoría con el tercer postulado.