UNIDAD DIDÁCTICA: “LA CÉLULA”

César Augusto Marulanda García

Tutor

Yoany Andrés Patiño Franco

Objetivos de enseñanza

Aproximar a los estudiantes a la definición científica del concepto célula.
Procurar el cambio en los modelos explicativos que presentan los estudiantes sobre el concepto célula.

Grado Octavo

Objetivo de aprendizaje

Conocer la célula como unidad estructural y funcional de todo ser vivo.

Estándar

Formulo hipótesis, con base en el conocimiento cotidiano, teorías y modelos científicos.

Indicadores de desempeño

Identificar la importancia y la estructura de la célula en los seres vivos.
Reconocer y describir las partes de una célula.
Describir la relación entre la estructura de las células y sus funciones.
Explicar la estructura fundamental y las funciones de las organelas más importantes.
Interpretar la teoría célular.

Actividad

Responda las siguientes preguntas de acuerdo a lo que conoces a cerca del concepto célula y a lo que imaginas sobre cómo se dio lugar a este término tan estudiado en los últimos tiempos:

1. ¿Cómo crees que surgió el término célula?

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2. ¿Por qué cree usted que este término guarda relación con la palabra celda?

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3. ¿Cómo imagina usted la creación del primer microscopio?

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4. ¿Cómo se beneficia la humanidad con la invención del microscopio?

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5. Considera usted que el conocimiento sobre el concepto célula ha evolucionado, ¿Por qué?

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6. Considera usted relevante el conocimiento sobre el concepto célula para su crecimiento intelectual futuro.

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Historia y teoría celular

La historia de la biología celular ha estado ligada al desarrollo tecnológico que pudiera sustentar su estudio. De este modo, el primer acercamiento a su morfología se inicia con la popularización del microscopios rudimentarios de lentes compuestas en el siglo XVII, se suplementa con diversas técnicas histológicas para microscopía óptica en los siglos XIX y XX y alcanza un mayor nivel resolutivo mediante los estudios de microscopía electrónica, de fluorescencia y confocal, entre otros, ya en el siglo XX. El desarrollo de herramientas moleculares, basadas en el manejo de ácidos nucleicos y enzimas permitió un análisis más exhaustivo a lo largo del siglo XX.

Figura 2. Formación de la teoría celular y principales microscopistas del siglo XVII y siglo XVIII.

https://normaconstanzab.wordpress.com/historia-y-teoría-celular

Las primeras aproximaciones al estudio de la célula surgieron en el siglo XVII; tras el desarrollo a finales del siglo XVI de los primeros microscopios. Éstos permitieron realizar numerosas observaciones, que condujeron en apenas doscientos años a un conocimiento morfológico relativamente aceptable. A continuación se enumera una breve cronología de tales descubrimientos:

1665: Robert Hooke publicó los resultados de sus observaciones sobre tejidos vegetales, como el corcho, realizadas con un microscopio de 50 aumentos construido por él mismo. Este investigador fue el primero que, al ver en esos tejidos unidades que se repetían a modo de celdillas de un panal, las bautizó como elementos de repetición, «células» (del latín cellulae, celdillas). Pero Hooke sólo pudo observar células muertas por lo que no pudo describir las estructuras de su interior.
Década de 1670: Anton van Leeuwenhoek, observó diversas células eucariotas (como protozoos y espermatozoides) y procariotas (bacterias).
1745: John Needham describió la presencia de «animálculos» o «infusorios»; se trataba de organismos unicelulares.

Figura 3. Dibujo de la estructura del corcho observado por Robert Hooke bajo su microscopio y tal como aparece publicado en Micrographia.Recuperado de: https://normaconstanzab.wordpress.com/historia-y-teoría-celular

Década de 1830: Theodor Schwann estudió la célula animal; junto con Matthias Schleiden postularon que las células son las unidades elementales en la formación de las plantas y animales, y que son la base fundamental del proceso vital.
1831: Robert Brown describió el núcleo celular.
1839: Purkinje observó el citoplasma celular.
1850: Rudolf Virchow postuló que todas las células provienen de otras células.
1857: Kölliker identificó las mitocondrias.
1860: Pasteur realizó multitud de estudios sobre el metabolismo de levaduras y sobre la asepsia.
1880: August Weismann descubrió que las células actuales comparten similitud estructural y molecular con células de tiempos remotos.
1931: Ernst Ruska construyó el primer microscopio electrónico de transmisión en la Universidad de Berlín. Cuatro años más tarde, obtuvo un poder de resolución doble a la del microscopio óptico.
1981: Lynn Margulis publica su hipótesis sobre la endosimbiosis serial, que explica el origen de la célula eucariota.

Teoría celular

El concepto de célula como unidad anatómica y funcional de los organismos surgió entre los años 1830 y 1880, aunque fue en el siglo XVII cuando Robert Hooke describió por vez primera la existencia de las mismas, al observar en una preparación vegetal la presencia de una estructura organizada que derivaba de la arquitectura de las paredes celulares vegetales. En 1830 se disponía ya de microscopios con una óptica más avanzada, lo que permitió a investigadores como Theodor Schwann y Matthias Schleiden definir los postulados de la teoría celular, la cual afirma, entre otras cosas:

Que la célula es una unidad morfológica de todo ser vivo: es decir, que en los seres vivos todo está formado por células o por sus productos de secreción.
Este primer postulado sería completado por Rudolf Virchow con la afirmación Omnis cellula ex cellula, la cual indica que toda célula deriva de una célula precedente (biogénesis). En otras palabras, este postulado constituye la refutación de la teoría de generación espontánea o ex novo, que hipotetizaba la posibilidad de que se generara vida a partir de elementos inanimados.
Un tercer postulado de la teoría celular indica que las funciones vitales de los organismos ocurren dentro de las células, o en su entorno inmediato, y son controladas por sustancias que ellas secretan. Cada célula es un sistema abierto, que intercambia materia y energía con su medio. En una célula ocurren todas las funciones vitales, de manera que basta una sola de ellas para tener un ser vivo (que será un ser vivo unicelular). Así pues, la célula es la unidad fisiológica de la vida.
Finalmente, el cuarto postulado de la teoría celular expresa que cada célula contiene toda la información hereditaria necesaria para el control de su propio ciclo y del desarrollo y el funcionamiento de un organismo de su especie, así como para la transmisión de esa información a la siguiente generación celular.

Actividad

Teniendo en cuenta lo mencionado en el texto anterior de respuesta a las siguientes preguntas:

De acuerdo a lo estudiado en el texto anterior hacia qué siglo empieza a enunciarse la teoría celular.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Según las teorías actuales, las principales condiciones que permitieron la síntesis abiótica de materia orgánica fueron: ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Bajo su consideración cuáles cree que fueron los principales aportes que hizo Anton Van Leeuwenhock a la teoría célular. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
¿Qué factor considera usted que fue el motor para procurar el avance de la teoría celular y por qué?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Cómo explicaría usted en sus propias palabras la afirmación de Virchow: “Toda célula procede de otra preexistente": ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
¿Cuáles cree usted que fueron los aportes de Robert Hooke al campo científico a nivel celular?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Definición de célula

La célula es conocida como la unidad anatómica, fisiológica y de origen de todo ser vivo. Cada célula es una porción de materia constituida y organizada capaz de desarrollar todas las actividades asociadas a la vida: nutrición, relación y reproducción, de tal modo que se puede considerar un ser con vida propia.

En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar residuos. La célula obtiene energía a partir de sus alimentos y elimina las sustancias que no necesita. Responde a los cambios que ocurren en el ambiente y puede reproducirse dividiéndose y formando células hijas.

Todos los organismos vivos están formados por células, y según tengan una o más células, pueden ser clasificados en unicelulares (las bacterias, la euglena, la amiba, etc.) y pluricelulares (el hombre, los animales, los árboles, etc.).

El tamaño de las células puede ser muy variado, generalmente son muy pequeñas, para su observación se debe usar un microscopio. El diámetro de una célula puede estar entre 5 y 60 micras. Además, de diferencias de tamaño, las células presentan una amplia variedad de formas (esférica, cubica, aplanada, irregular, poliédrica, de bastón, entre otros).

Aspectos generales de la célula

El tamaño de las células es muy variable. La más pequeña, un tipo de bacteria denominada micoplasma, mide menos de una micra de diámetro. Entre las de mayor tamaño destacan las células nerviosas que descienden por el cuello de una jirafa, que pueden alcanzar más de 3 m de longitud. Las células humanas presentan también una amplia variedad de tamaños, desde los pequeños glóbulos rojos que miden 0,00076 mm hasta las hepáticas que pueden alcanzar un tamaño diez veces mayor. Aproximadamente 10.000 células humanas de tamaño medio tienen el mismo tamaño que la cabeza de un alfiler.

Las células presentan una amplia variedad de formas. Las de las plantas tienen, por lo general, forma poligonal. En los seres humanos, las células de las capas más superficiales de la piel son planas, mientras que las musculares son largas y delgadas. Algunas células nerviosas, con sus prolongaciones delgadas en forma de tentáculos, recuerdan a un pulpo.

Figura 4. Diagrama de la célula vegetal.

http://estudiandoenlaeta-celula.blogspot.com.co/2014/10/aspectos-generales-de-las-celulas.html

En los organismos pluricelulares la forma de la célula está adaptada, por lo general, a su función. Por ejemplo, las planas de la piel forman una capa compacta que protege a los tejidos subyacentes de la invasión de bacterias. Las musculares, delgadas y largas, se contraen rápidamente para mover los huesos. Las numerosas extensiones de una célula nerviosa le permiten conectar con otras células nerviosas para enviar y recibir mensajes con rapidez y eficacia.

Figura 5. Diagrama de la célula animal.

http://estudiandoenlaeta-celula.blogspot.com.co/2014/10/aspectos-generales-de-las-celulas.html

Una célula debe soportar constantemente el tráfico, transportando moléculas esenciales de un lugar a otro con el fin de mantener las funciones vitales. A demás, las células poseen una capacidad notable para unirse, comunicarse y coordinarse entre ellas. Por ejemplo, el cuerpo humano está formado por unos 60 billones de células. Docenas de distintos tipos de células están organizadas en grupos especializados denominados tejidos y estos se unen para formar órganos, que son estructuras especializadas en funciones específicas. Algunos ejemplos de estos órganos son el corazón, el estómago o el cerebro. Los órganos, a su vez, se constituyen en sistemas como el sistema nervioso, el digestivo o el circulatorio. Todos estos sistemas de órganos se unen para formar el cuerpo humano. Los componentes de las células son moléculas, estructuras sin vida propia formadas por la unión de átomos. Las moléculas de pequeño tamaño sirven como piezas elementales que se combinan para formar moléculas de mayor tamaño. Las proteínas, los ácidos nucleicos, los carbohidratos y los lípidos son los cuatro tipos principales de moléculas que forman la estructura celular y participan en las funciones celulares.

Qué es membrana celular

La membrana celular es la pared que poseen las células permitiendo mantenerse independientes del medio externo.

La membrana celular, también llamada membrana plasmática, alberga una masa protoplasmática que contiene otros elementos como núcleo u organelos.

En el estudio de la biología celular, la función de la membrana celular es la de proteger y conservar la integridad de la célula.

Además de su función principal, la membrana plasmática o plasmalema también ayuda a la permeabilidad selectiva sirviendo de muralla protectora contra moléculas no deseadas y permitiendo que otras puedan pasar al interior de la célula.

La membrana celular se caracteriza por promover la interacción con los elementos dentro del citoplasma, desencadenando las respuestas deseadas que definen su individualidad. Gracias a su estructura, también es el que permite la transferencia de señales al interior y al exterior de la célula.

Estructura de la membrana celular

Figura 6. Diagrama de la estructura de la membrana celular.

https://www.significados.com/membrana-celular/

La estructura de la membrana celular define sus funciones y características. Según el modelo “mosaico fluido” definido en 1972 por los autores Singer y Nicholson, la membrana plasmática está compuesta por: una bicapa fosfolipídica (25%), proteínas (55%), colesterol (13%), hidratos de carbono (3%) y otros lípidos (4%).

La bicapa fosfolipídica

La bicapa fosfolipídica es una doble capa de fosfolípidos que constituye un 25% de la membrana. Los fosfolípidos son moléculas de la matriz estructural cuya cabeza está compuesta por un grupo fosfato y sus dos colas son hechos de ácidos grasos.

Es una bicapa pues forma una capa superior y otra inferior con la cabeza de fosfatos que protege la franja hidrófoba (que repele agua) de ácidos grasos compuesta por sus colas y que se encuentran entremedio de las cabezas. La bicapa es la que otorga a la membrana celular la permeabilidad selectiva.

Tanto la capa hidrófila (que absorbe agua) superior, la capa hidrófoba intermedia y la capa hidrófila inferior miden 2.5 nm (nanómetros) cada una, siendo el grosor total de la membrana entre 7.5 a 10 nm.

Proteínas

Las proteínas constituyen el 55% de la membrana plasmática dividiéndose en dos tipos: las integrales o intracelulares y las periféricas o extracelulares. Las proteínas integrales que nadan dentro de la membrana son clasificadas en tres tipos:

Las que funcionan como canales (canales proteicos) para el paso de moléculas específicas,
Las transportadoras que llevan una determinada molécula al interior de la célula, y
Las receptoras que desencadenan respuestas según la función de cada célula.

Colesterol

Existe un 13% de colesterol en las membranas plasmáticas que tiene como función principal permitir la fluidez de las proteínas en su interior.

Hidratos de carbono

Los hidratos de carbono solo se encuentran en la superficie externa de la membrana celular unidos a sus proteínas o sus lípidos. De esta manera, forman los glicoproteínas cuando están ligados a proteínas y glicolípidos cuando están ligados a lípidos. Los hidratos de carbono constituyen el 3% de la membrana celular.

¿Qué es el citoplasma? Funciones y características.

Figura 7. Dibujo del citoplasma 1.

https://okdiario.com/curiosidades/2017/09/07/funciones-caracteristicas-citoplasma-1297771

El citoplasma es una solución ubicada en el interior de la membrana de una célula. Una sustancia gelatinosa compuesta principalmente por agua, sales y proteínas que localiza en su interior el núcleo, las células eucariotas, el retículo endoplasmático y las mitocondrias. Todo ello conformado por un conjunto de proteínas que le dotan de una estructura denominada esoesqueleto y en la que se radica el armazón principal del citoplasma.

Funciones del citoplasma

La función principal del citoplasma se basa en contener y permitir el movimiento de orgánulos y moléculas celulares. Es decir, servir de soporte para los orgánulos celulares y ayudar en los procesos metabólicos que tienen lugar dentro de la célula. Un trabajo que se complementa con el del núcleo de la propia célula y que se basa en asegurar el funcionamiento y la supervivencia de la misma. Cabe destacar que esta labor fundamental para el cuerpo humano que se complementa con otros procesos celulares como la síntesis de proteínas, la glicólisis o la mitosis.

Partes del citoplasma

Figura 8. Dibujo del citoplasma 2.

https://okdiario.com/curiosidades/2017/09/07/funciones-caracteristicas-citoplasma-1297771

El citoplasma está dividido en tres partes fundamentales: matriz citoplasmática, citoesqueleto y orgánulos. Tres formaciones completamente distintas que forman un mecanismo perfecto con la finalidad de que la célula funcione de la forma más correcta posible. A continuación definimos cada una de ellas:

Matriz citoplasmática o citosol

Definida como la porción del citoplasma que no está contenida en los orgánulos, el citosol es el que otorga ese aspecto gelatinoso al citoplasma. Su función es almacenar las sustancias necesarias para el mantenimiento de la célula: azúcares, aminoácidos, potasio y calcio, entre otros.

Citoesqueleto

Conjunto de pequeños microtubos delgados que determinan la forma de la célula y los diferentes cambios de la misma. Unas estructuras fibrosas basadas en proteínas que tienen entre sus funciones principales procesos como la ciclosis o la mitosis.

Orgánulos

Los orgánulos se definen como una especie de pequeños órganos que se encuentran suspendidos en el interior de la matriz citoplásmica. Son fundamentales, ya que cada uno de ellos cumple una función determinada y pueden dividirse en membranosos y no membranosos.

Núcleo de la célula

Cuando hablamos de núcleo celular, hacemos referencia a un orgánulo membranoso, que se ubica en la parte central de las células eucariontes o eucariotas. En el mismo, se encuentra la mayor parte de la información genética celular, la cual se organiza en diversas moléculas de ADN, formando complejos con varias proteínas, unas de ellas son las histonas, que forman los cromosomas.

El conjunto de genes de los cromosomas son llamados genoma celular. Y el núcleo debe encargarse de mantener esos genes resguardados y completos, controlando actividades de la célula y regulando la expresión génica. Es por ello que el núcleo es mejor conocido como el centro de control total de las células.

La envoltura nuclear es la principal estructura que lo constituye, la cual es una membrana doble que rodea todo el orgánulo, separándolo del contenido citoplasmático, además posee poros nucleares, los cuales hacen posible que pase la expresión de los genes y se mantengan los cromosomas.

A pesar de que el núcleo no posee compartimientos membranosos en la parte interna, su contenido no se dispone de manera uniforme, ya que existen cuerpos sub nucleares dentro del mismo, conformados por proteínas, moléculas de ARN y varios segmentos de cromosomas. Uno de estos cuerpos es el nucléolo, encargado de la síntesis en los ribosomas, los cuales son enviados al citoplasma traduciendo el ARN.

Figura 9. Dibujo del núcleo de la célula.

http://funcionde.com/funcion-del-nucleo-celular/

¿Qué función cumple el núcleo?

El núcleo se encarga principalmente de controlar toda la expresión de los genes, además de mediar en la replicación del ADN durante el ciclo de las células. El núcleo hace posible la transcripción en el citoplasma y permite que se regule. Otras de sus funciones son:

- El núcleo es capaz de almacenar los genes en forma de cromosomas durante el proceso de mitosis, y en la interfase los guarda como cromatina.

- Ordena los genes en forma de cromosomas, lo cual ayuda y hace posible que se de la división de las células.

- Posibilita el transporte de los factores de regulación por medio de los poros nucleares.

- Origina acido nucleído mensajero, el cual codifica las proteínas.

- Origina también el pre ribosomas en el nucléolo.

Características del núcleo

Es el orgánulo más grande ubicado en las células animales, teniendo un tamaño en las células de los mamíferos de unos 6 micrómetros, ocupando el 10% del volumen de la célula. Y en los vegetales mide unos 5 a 25 micrómetros, lo que hace posible que se vea con un microscopio óptico. En los hongos en cambio, es más pequeño, llegando a medir al menos 0,5 micrómetros.
Posee un líquido viscoso dentro llamado nucleoplasma, siendo similar al líquido del citosol, ubicado en la parte externa del núcleo.
Es un orgánulo con forma esférica y bastante densa.
Consta de una envoltura nuclear la cual evita que pequeñas moléculas se difundan de modo libre en el nucleoplasma y el citoplasma.
Posee una lámina nuclear que envuelve la cara interna y se compone por proteínas, que se sintetizan en el citoplasma para entrar al núcleo.

Contiene un nucléolo, el cual se encarga de sintetizar los ribosomas, facilitando su ensamblaje.

Actividad

De acuerdo a los avances establecidos con el abordaje de los temas anteriores de respuesta a las siguientes preguntas:

Argumenta

1. ¿Por qué es indispensable la membrana celular en los diferentes tipos de células?

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2. Un árbol de selva puede alcanzar hasta 30 metros de alto. Si las células son como globos llenos -mayoritariamente de agua- ¿cómo se logran apilar tantas células sin que se revienten, sobre todo las de abajo que cargan el peso de las demás?

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3. ¿Por qué se consideran los lisosomas como puestos de reciclaje de la célula?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4. ¿Por qué esperarías que las células musculares humanas contengan más mitocondrias que las de la piel de un dedo?

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5. ¿Qué estructura permite que las células conserven su forma tridimensional y organización interna?

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6. La célula vegetal produce carbohidratos y libera oxígeno en el mismo proceso ¿qué organelo es responsable de tal función?

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Diversidad celular

Los primeros organismos que habitaron la Tierra eran seres unicelulares. Aún hoy día, existen multitud de ellos. Sin embargo, hace más de 1.000 millones de años, las células eucariotas comenzaron a agruparse y terminaron formando seres pluricelulares.

Los organismos pluricelulares están formados por numerosas células, todas las cuales proceden de una o varias células iniciales (normalmente un cigoto), que se divide por mitosis. Esto significa que todas las células de un ser pluricelular son genéticamente idénticas.

Sin embargo, dichas células son diferentes morfológica y funcionalmente. La causa está en la diferenciación celular.

La diferenciación celular consiste en el silenciado de parte del genoma celular, con lo que sólo una parte del ADN se expresa. Así, las células se especializan en una función determinada y dejan de tener la capacidad de dividirse y formar nuevos organismos (la totipotencia del cigoto).

La especialización permite la división del trabajo: cada grupo de células puede dedicarse a una función específica, lo que resulta en una mayor eficacia de los organismos pluricelulares.

Células madre o troncales

Las células madre (stem cells) son células que se encuentran en todos los organismos pluricelulares y que pueden dividirse (por mitosis) y diferenciarse en células especializadas, además de autorrenovarse para producir más células madre.

Existen dos tipos de células madre: embrionarias y adultas.

Células madre embrionarias: se hallan en el embrión. Pueden ser totipotentes (pueden generar el organismo completo), pluripotentes (pueden dar todos los tejidos adultos), multipotentes (pueden dar varios tipos de tejidos adultos) u oligopotentes (sólo pueden dar un tipo de tejido y algunos tipos celulares).

Células madre adultas: se encuentran en casi todos los tejidos adultos para su crecimiento y reparación. Generalmente son multi u oligopotentes.

Actualmente pueden obtenerse células madre a partir de células adultas. Las células madre se emplean en medicina regenerativa y tienen un inmenso futuro en terapias celulares y trasplantes.

Funciones celulares

Como seres vivos, las células realizan todas las funciones biológicas: nutrición, relación y reproducción.

Nutrición celular

La nutrición celular es el conjunto de procesos por los que la célula obtiene materia y energía, necesarios para su mantenimiento, crecimiento y reproducción. Según cómo obtengan la materia orgánica se diferencian dos tipos de células:

Células autótrofas: fabrican materia orgánica (glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos) a partir de materia inorgánica (agua, CO2 y sales minerales). La energía necesaria para hacerlo puede obtenerse de la luz (células fotosintéticas: plantas, algas y algunas bacterias) o de reacciones químicas (células quimiosintéticas: algunas bacterias).

Células heterótrofas: obtienen la materia orgánica degradando materia previamente fabricada por otros organismos. Propia de hongos, animales, protozoos y muchas bacterias.

Fotosíntesis

En los organismos autótrofos eucariotas (plantas y algas) la fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos.

La fotosíntesis es un proceso muy complejo y para su estudio se divide en dos fases:

Fase lumínica: dependiente de la luz. Se realiza en los tilacoides y permite la captación de energía lumínica para romper moléculas de agua, liberando O2. La energía obtenida se transforma en energía química (ATP y poder reductor).

Fase oscura: no precisa de luz, aunque necesita los productos obtenidos en la fase anterior. Tiene lugar en el estroma y consiste en un conjunto de reacciones que transforma moléculas inorgánicas sencillas (CO2, H2O) en glucosa. La glucosa será luego transformada en otras moléculas orgánicas: almidón, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos,…

Metabolismo celular

La transformación de los nutrientes se realiza mediante numerosas reacciones químicas que, en conjunto, reciben el nombre de metabolismo. Las reacciones metabólicas son catalizadas por enzimas. El metabolismo consta de dos conjuntos de reacciones:

Catabolismo: reacciones de degradación. Transforma sustancias complejas y ricas en energía en otras más simples. Así, se obtiene energía (en forma de ATP) y materiales de construcción para las estructuras celulares que se usarán en el anabolismo.

Anabolismo: reacciones de síntesis. Transforma sustancias sencillas en otras más complejas y ricas en energía. Requiere energía (ATP) y moléculas sencillas que son obtenidas del catabolismo.

Reacciones catabólicas

Las células pueden utilizar muchos tipos de moléculas para obtener energía. En las células eucariotas los procesos catabólicos tienen lugar tanto en el citoplasma como en diferentes orgánulos, principalmente las mitocondrias.

Aunque los lípidos, como los ácidos grasos, son muy energéticos, normalmente se utilizan como reserva de energía a largo plazo. Por ello, la principal fuente de energía son los glúcidos, sobre todo la glucosa, que es oxidada hasta H2O y CO2, obteniendo numerosas moléculas de ATP.

Los principales procesos catabólicos son la respiración celular y las fermentaciones.

Respiración celular

La respiración consiste en la degradación de la materia orgánica oxidándola hasta CO2 y H2O. Aunque existe una respiración anaerobia, la mayoría de las células realizan una respiración aerobia, que utiliza O2 para la oxidación.

La respiración aerobia de la glucosa conlleva numerosas reacciones que tienen lugar tanto en el citoplasma como en las mitocondrias. Los procesos implicados son:

Glucólisis: tiene lugar en el citosol. La molécula de glucosa (de 6 carbonos) se convierte en dos moléculas de ácido pirúvico (3C). Se producen 2 moléculas de ATP.

Etapa mitocondrial: se produce en el interior de las mitocondrias. El pirúvico es oxidado completamente hasta CO2 y H2O, produciendo gran cantidad de energía en forma de ATP.

Fermentaciones

Las fermentaciones son procesos catabólicos anaerobios, donde se da una oxidación parcial de la glucosa, por lo que se obtiene menos energía que en la respiración. Suceden en el citosol. Las principales son la fermentación láctica y la alcohólica.

Reacciones anabólicas

Las reacciones anabólicas permiten a los organismos obtener moléculas complejas a partir de otras más sencillas, con gasto energético (ATP). El proceso anabólico más importante es la fotosíntesis, pero cada biomolécula necesita su propia biosíntesis:

Relación celular

La relación celular permite a las células recoger información del medio y responder apropiadamente para adaptarse. Es una función realizada principalmente por la membrana celular.

Un estímulo es cualquier cambio en el medio que genera una respuesta en las células.

Organismos unicelulares: están en constante contacto directo con su medio, por lo que deben realizar cambios continuados.

Organismos pluricelulares: la mayoría de las células están en contacto con el medio interno, del que reciben los estímulos. Las respuestas más habituales son el movimiento y la secreción.

Reproducción celular

Es el proceso que permite a las células dividirse y formar nuevas células.

Las células procariotas se reproducen por división simple o bipartición. Las eucariotas mediante mitosis y meiosis.

División celular: Mitosis

La división celular ordinaria consta de dos fases: la mitosis y la citocinesis.

Mitosis: división del núcleo

La mitosis es un proceso por el que el núcleo de la célula eucariota se divide en dos núcleos, cada uno conteniendo el mismo número de cromosomas que la célula original.

Aunque la mitosis es un proceso continuo, para su estudio se divide en 4 etapas: profase, metafase, anafase y telofase.

Profase

El ADN en forma de cromatina comienza a condensarse, formándose los cromosomas y haciéndose visible.

En células animales los centríolos se duplican y comienzan a formar entre ellos una serie de microtúbulos, el huso mitótico. El crecimiento de estos microtúbulos impulsa a cada pareja de centríolos a un polo de la célula. En células vegetales el huso se forma a partir de los centrosomas.

La membrana nuclear empieza a desintegrarse y, al final de esta fase, habrá desparecido.

Metafase

Los cromosomas, arrastrados por los microtúbulos del huso, se disponen en la zona ecuatorial de la célula. Los cromosomas alcanzan el mayor grado de condensación y son visibles las dos cromátidas (copias de ADN en cada cromosoma).

Anafase

Los microtúbulos del huso se acortan y tiran de cada cromátida hermana hacia uno de los polos. Los cromosomas (formados por una única cromátida) se denominan cromosomas anafásicos.

Telofase

Las cromátidas alcanzan los polos de la célula y comienzan a descondensarse en cromatina. El huso mitótico desaparece y se forman las membranas nucleares de los nuevos núcleos.

Citocinesis: división del citoplasma

Una vez dividido el núcleo, para completar la división celular debe dividirse el citoplasma y repartir los orgánulos. Este proceso se denomina citocinesis y es diferente en células animales y vegetales.

Célula animal

La citocinesis se produce por la aparición de un anillo contráctil en mitad de la célula. El anillo se estrecha y se da un estrangulamiento celular hasta que queda dividida en dos.

Célula vegetal

La presencia de una pared rígida impide el estrangulamiento. Para separar a las células hijas, en el centro de la célula se acumulan vesículas producidas en el aparato de Golgi. Estas vesículas vierten los componentes de la nueva pared, formando un tabique que separará a las células hijas.

División celular: meiosis

La meiosis es un mecanismo de división celular especial por el que se forman gametos, es decir, células con la mitad de los cromosomas que la célula madre.

La meiosis es exclusiva de los organismos con reproducción sexual, que no podrían mantener constante el número de cromosomas sin este tipo de división.

Fases de la meiosis

La meiosis consta de dos divisiones del núcleo sucesivas. Como sólo se duplica el ADN en la primera interfase, el resultado son cuatro células con la mitad de cromosomas.

Las dos divisiones se denominan primera y segunda meiosis y cada una consta de las mismas fases que la mitosis.

Primera división meiótica

Llamada división reduccional, ya que al final las dos células hijas resultantes tendrán la mitad de cromosomas que la célula madre.

Profase I: Los cromosomas homólogos (procedentes uno del padre y otro de la madre) se emparejan e intercambian fragmentos de ADN, dándose la recombinación genética. Gracias a este proceso, los cromosomas ya no serán totalmente paternos o maternos, sino una combinación de ambos.

Se produce una condensación de la cromatina en cromosomas, una duplicación de centríolos y posterior migración a los polos celulares y la desaparición progresiva de la membrana celular.

Metafase I: las parejas de cromosomas se sitúan en el ecuador celular, de forma que cada cromosoma de una pareja está dirigido hacia uno de los polos.

Anafase I: los microtúbulos del huso se acortan y tiran de los cromosomas pero, en vez de arrastrar una cromátida a cada polo como en la mitosis, se arrastran cromosomas enteros (con dos cromátidas cada uno), uno de cada pareja.

Telofase I: los cromosomas se descondensan ligeramente y desaparece el huso, pudiéndose formar las nuevas membranas nucleares.

Tras la citocinesis aparecen dos células con la mitad de cromosomas que la célula original, pero cada cromosoma tiene dos cromátidas. Sigue una corta interfase sin duplicación del ADN e, inmediatamente, la segunda división meiótica.

Segunda división meiótica

Cada una de las células obtenidas en la primera división sufre una segunda meiosis. Esta es idéntica a la mitosis normal y con sus mismas fases.

Al final se obtienen cuatro células que tienen la mitad de cromosomas que la célula original y, además, con diferente información genética cada una, debido a la recombinación.

Ventajas evolutivas de la meiosis

La aparición evolutiva de la división celular por meiosis posibilitó la reproducción sexual. Aunque la reproducción asexual fue la primera en aparecer y es más sencilla y rápida, actualmente, la mayoría de los seres vivos se reproducen sexualmente.

Se piensa que la principal ventaja evolutiva de la meiosis es que aporta mucha más variabilidad a los individuos de una población gracias a dos mecanismos:

El entrecruzamiento que se produce en la profase I y que origina recombinación génica entre cromosomas homólogos. Así aparecen combinaciones de genes nuevas.

El reparto de cromosomas homólogos en la anafase I y el reparto de cromátidas en la anafase II. Ambos se hacen al azar, por lo que los cromosomas materno y paterno se distribuyen aleatoriamente entre las células hijas.

Además, la división meiótica produce gametos, células sexuales haploides. En la reproducción sexual, cada gameto debe unirse a otro en la fecundación para formar un cigoto o célula huevo. Esta unión entre gametos de individuos diferentes aumenta aún más la variabilidad de las poblaciones con reproducción sexual.

Diferencias entre mitosis y meiosis

Figura 10. Cuadro comparativo entre la mitosis y la meiosis.

http://biogeo.esy.es/BG4ESO/meiosis.htm

Figura 11. Dibujo de la división celular.

http://biogeo.esy.es/BG4ESO/meiosis.htm

Actividad

De acuerdo con lo estudiado y aprendido hasta aquí de respuesta a los siguientes interrogantes:

¿A qué se le considera genética?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
¿A qué se le considera mutación?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
¿Qué significa que una enfermedad o condición sea genética?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
¿Cuál es la diferencia entre una enfermedad o condición genética y otra congénita?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
De acuerdo a lo estudiado presente una definición de mitosis y citocinesis. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
¿Qué cambios de estructura celular se producen cuando no se lleva a cabo la citocinesis adecuadamente después de la mitosis?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________