NUTRICIÓN EN LAS CÉLULAS

Fases de la Nutrición Celular

Los procesos de nutrición se llevan a cabo en 3 fases:

1. Entrada de materiales a la célula
2. Utilización de la materia y energía
3. Excreción

Entrada de Materiales a la Célula

Las sustancias necesarias para la nutrición (nutrientes) entran en las células a través de mecanismos de transporte controlados por la membrana plasmática. Las grandes partículas deben ser previamente sometidas a una digestión para transformarlas en moléculas sencillas.

La digestión puede ser intracelular o extracelular.

Digestión Intracelular

1. La célula engloba una partícula de alimento, que queda en el citoplasma en el interior de una vesícula llamada fagosoma.
2. La membrana del fagosoma se funde con un lisosoma que contiene enzimas digestivos. Así, se forma una vacuola digestiva en cuyo interior se produce la digestión del alimento ingerido.
3. Los nutrientes pasan al citoplasma a través de la membrana de la vacuola digestiva.
4. Los residuos no digeridos se expulsan al exterior.

Digestión Extracelular

1. La membrana de un lisosoma se fusiona con la membrana plasmática y vierte su contenido enzimático al exterior de la célula.
2. Los enzimas liberados en el exterior de la célula atacan a las grandes moléculas de los alimentos presentes en el exterior de la célula.
3. El ataque enzimático las rompe en fragmentos más pequeños y sencillos, es decir, las transforma en nutrientes que ya pueden atravesar la membrana plasmática.
4. Los nutrientes entran en el citoplasma de la célula.

Utilización de la Materia y la Energía

Las células utilizan la materia en un conjunto de reacciones químicas. Toda esta actividad química constituye el metabolismo celular, y tiene dos objetivos: la síntesis de sustancias de la propia célula y la obtención de energía.

Excreción de Productos de Desecho

Esta salida de sustancias al medio también se realiza a través de la membrana plasmática y emplea mecanismos semejantes a los que permiten la entrada de nutrientes, aunque inverso.

TIPOS DE NUTRICIÓN CELULAR

Se pueden distinguir dos tipos de células: células con nutrición autótrofa y células con nutrición heterótrofa.

Células Autótrofas

Estas células toman del medio nutrientes inorgánicos, como las sales minerales, el agua y el CO2. Con ellos son capaces de sintetizar sus propios nutrientes orgánicos utilizando la energía de la luz, o la que se libera en ciertas reacciones químicas. (bacterias, algas, plantas tienen células autótrofas)

Células Heterótrofas

Estas células toman del medio nutrientes orgánicos procedentes de otros seres vivos, que en muchos casos deben de ser digeridos después de su ingestión. (animales, hongos, y numerosas bacterias tienen células de este tipo)

NUTRICIÓN EN PLURICELULARES

Todas las células de un organismo pluricelular llevan a cabo los procesos de la nutrición, la pluricelularidad tiene ciertas peculiaridades.

La Pluricelularidad y el Intercambio de Sustancias

La mayoría de las células de un ser pluricelular no están en contacto con el medio externo, no tienen acceso directo a los nutrientes, ni a los gases necesarios para utilizarlos. Tampoco pueden vertir al exterior las sustancias de desecho, por ello estos organismos han desarrollado varias estrategias para permitir el intercambio de sustancias.

Estrategias para el Intercambio de Sustancias

• Algunos tienen estructuras corporales sencillas, no están totalmente aislados del exterior y permanecen ligados al agua, esto permite una difusión de sustancias entre el medio externo y sus células. En el caso de las algas, los musgos y los hongos.
• Los organismos más complejos, como los animales y las plantas, cuentan con estructuras especializadas en las que la entrada y la salida están reguladas (estomas y los pelos de la raíz en las plantas o las superficies digestivas..etc) y con diversos sistemas de transporte que se encargan de conducir esas sustancias entre el exterior y un medio interno (xilema, floema) en plantas o el (aparato circulatorio) en animales.

INCORPORACIÓN DE NUTRIENTES

Todas las células mantienen una composición química interna distinta de la del medio que las rodea. El mantenimiento interno depende de la membrana celular.

El paso de sustancias se efectúa por diversos mecanismos, depende de las sustancias que se van a transportar. Hay dos tipos: transporte de moléculas pequeñas y el transporte de grandes partículas.

Transporte de Moléculas Pequeñas

Se transportan por dos mecanismos:

Transporte Pasivo

Sin consumo de energía, las sustancias se desplazan a favor de gradiente de concentración, desde la zona en la que la concentración es mayor hacia la zona en la que es menos.

Se distinguen dos mecanismos de transporte pasivo: Difusión simple y facilitada

• Difusión simple: Sustancias simples, como el O2, el CO2, atraviesan la membrana a través de la bicapa lipídica, como los iones, lo hacen a través de proteínas canal, que forman poros en el espesor de la membrana.
• Difusión facilitada: Es el mecanismo utilizado para el transporte de moléculas polares, como la glucosa y los aminoácidos.

Transporte Activo

Las moléculas se mueven contra gradiente de concentración, desde la zona menos concentrada a la más concentrada. Para impulsar este transporte se necesita energía que es aportada por el ATP. Se realiza mediante proteínas llamadas bombas (Bomba de sodio y potasio).

EL METABOLISMO

Es el conjunto de reacciones químicas catalizadas por enzimas que se produce en el interior de las células.

Tipos de Procesos Metabólicos

• Catabolismo o fase destructiva: Son reacciones en las que las moléculas complejas y reducidas se transforman en moléculas más sencillas y oxidadas. Las transformaciones del catabolismo liberan energía y electrones y H. Son procesos catabólicos la respiración celular y la fermentación.
• Anabolismo o fase constructora: En esta fase se fabrican moléculas complejas y reducidas a partir de moléculas más sencillas y oxidadas. El anabolismo son procesos que requieren energía y electrones y H. La fotosíntesis, la quimiosíntesis son ejemplos de anabolismos.

Intermediarios del Metabolismo

Los procesos del metabolismo celular están acoplados de manera que, la energía y el poder reductor que generan las reacciones del catabolismo son consumidos por las del anabolismo. Pero como estos procesos no ocurren de forma simultánea, se necesitan unas sustancias, los intermediarios del metabolismo, que transportan energía, electrones y el poder reductor desde donde se generan hasta donde se necesitan. Son el ATP y los coenzimas transportadores de electrones.

CATABOLISMO

Una gran parte del catabolismo de las células está encaminado a la obtención de energía. Este proceso utiliza moléculas ricas en energía y las somete a reacciones de oxidación, que las van transformando en moléculas más sencillas. Los electrones y los H pasan de unos aceptores a otros hasta un agente oxidante.

La glucosa es la molécula de la que parten todos estos procesos. Su oxidación puede resumirse en dos etapas: La glucólisis y la oxidación del ácido pirúvico.

• La Glucólisis: La molécula de glucosa, de seis átomos de carbono, se convierte en dos moléculas de ácido pirúvico, de tres carbonos. El proceso libera energía, que se utiliza para formar ATP, y poder reductor. Esta etapa ocurre en el citoplasma celular.

Las Fermentaciones

Son procesos anaerobios en los que las células obtienen energía oxidando la glucosa, que se transforma en otra molécula orgánica (etanol, láctico), más oxidada. La degradación de la glucosa no es completa, de manera que el producto final aún contiene mucha energía. El rendimiento energético se limita a las dos moléculas de ATP obtenidas en la glucólisis.

Tipos de fermentación

• Fermentación alcohólica: Se da en levaduras, en este caso el ácido pirúvico se transforma en alcohol etílico y CO2. La fermentación alcohólica es la base de la producción de la cerveza, vino…
• Fermentación Láctica: Es propia de bacterias anaerobias, reduce el ácido pirúvico obtenido de la glucólisis a ácido láctico. Se utiliza para la producción del yogur o el queso…

Respiración Celular

Es la oxidación completa de una molécula de glucosa, que se transforma en presencia de O2, en varias moléculas inorgánicas (H2O y CO2). En el proceso se libera energía para sintetizar 38 moléculas de ATP. La respiración aerobia es un proceso en el que la molécula de glucosa se oxida hasta dióxido de carbono, el oxígeno actúa de aceptor final de los electrones y se reduce a moléculas de agua.

La oxidación de la glucosa y la reducción del oxígeno no se producen directamente sino en una sucesión de etapas en las que los carbonos de la glucosa se eliminan en forma de CO2 y los electrones y H se pasan a transportadores de electrones que terminan por cederlos al oxígeno que se reduce a H2O.

Etapas de la Respiración Celular

1. Glucólisis: La molécula de glucosa de seis átomos de carbono se convierte en dos moléculas de ácido pirúvico de tres carbonos con la formación de ATP y NADH.
2. Formación de acetilcoenzima A: Las dos moléculas de ácido pirúvico entran en la mitocondria y se convierten en ácido acético, que se une al coenzima A y forma acetil – CoA. Se produce NADH y se libera CO2 como desecho.
3. Ciclo de Krebs: Es una ruta metabólica cíclica localizada en la matriz mitocondrial. En el transcurso del ciclo, el ácido acético del acetil- CoA se oxida a CO2. Se liberan electrones y H y energía.
4. Cadena respiratoria: Los electrones y H se transfieren a la cadena respiratoria, situada en la membrana mitocondrial interna, y se transportan hasta el oxígeno. Este se reduce para formar moléculas de H2O. Durante el transporte se desprende energía.

ANABOLISMO

Es el conjunto de procesos que conducen a la síntesis de moléculas complejas y requieren la incorporación de energía. En función de la fuente de energía utilizada, hay dos tipos de células autótrofas:

• Células Fotoautótrofas: Utilizan la energía de la luz para construir sus moléculas orgánicas.
• Células Quimioautótrofas: Utilizan la energía liberada en reacciones químicas exergónicas.

La Fotosíntesis

Es el proceso anabólico en el que las células fotoautótrofas sintetizan materia orgánica, a partir de materia inorgánica utilizando la energía de la luz.

Este proceso es posible porque estas células contienen clorofila, que son capaces de excitarse con la luz, y transformar la energía luminosa en química. La fotosíntesis es un proceso de Redox.

Fase Luminosa

En presencia de luz y se realiza en la membrana de los tilacoides de los cloroplastos.

1. La energía de luz captada por la clorofila se utiliza para romper una molécula de H2O en un proceso llamado fotólisis del agua.
2. La rotura del agua libera O2 a la atmósfera y electrones y H que se utilizan para reducir moléculas de NADP a NADPH.
3. Parte de la energía de la luz se emplea para sintetizar ATP a partir de ADP + P.

Fase oscura

No depende de la luz y se localiza en el estroma del cloroplasto.

1. Se producen a través del ciclo de Calvin.
2. Las moléculas de ATP y de NADPH producidas en la fase luminosa se usan para reducir moléculas de CO2 a glucosa.
3. La glucosa formada es utilizada para la producción de energía en la respiración y como material de partida para la síntesis de todos los compuestos orgánicos.

La Quimiosíntesis

Las células quimioautótrofas sintetizan materia orgánica a partir de materia inorgánica, utilizando como fuente de energía reacciones químicas exergónicas.

1. Fase de obtención de energía y poder reductor: En esta fase se obtiene ATP y (NADH), a partir de la oxidación de compuestos inorgánicos sencillos.
2. Fase de síntesis de materia orgánica: Se utilizan el ATP y el NADH para reducir el CO2 y obtener moléculas orgánicas.

FUNCIÓN DE RELACIÓN

Procesos que capacitan a los organismos para reconocer los cambios que se producen en el medio y para responder de forma adecuada. Los cambios físicos o químicos que se producen en el medio externo o interno de la célula y que pueden ser captados por ella, se denomina estímulo.

La Recepción de los Estímulos

Para detectar los cambios que puedan producirse, tanto en el exterior como interior, estas tienen proteínas receptoras en la membrana plasmática. Cuando se produce el estímulo, las proteínas receptoras modifican su estructura o producen algún tipo de reacción química.

Ejecución de las Respuestas

Pueden ser:

• Estáticas: No implican movimiento celular. La célula permanece latente hasta que las condiciones son favorables.
• Dinámicas: Implican movimiento y recibe el nombre de tactismos. Son positivos cuando la célula se dirige hacia el estímulo y negativos cuando se separa de él.

TIPOS DE MOVIMIENTO

Movimiento Vibratil

Pueden ser cilios, cuando son cortos y numerosos, y flagelos cuando son largos y hay uno o dos. Su movimiento requiere ATP. Los cilios se mueven como remos, y los flagelos como látigos.

En los organismos unicelulares, los cilios y los flagelos sirven para el desplazamiento del organismo. En los pluricelulares, los flagelos permiten el desplazamiento (espermatozoides). Los cilios se encuentran tapizando superficies internas y no mueven a las células sino al medio que las rodea.

• Movimiento Ameboide: La célula avanza por la emisión de seudópodos, son prolongaciones del citoplasma, dirigidas por filamentos de actina y miosina. Sirven para la locomoción y para la alimentación (Protozoos).
• Movimiento Contráctil: Es un acortamiento de la célula que se produce al deslizarse filamentos de actina y miosina que la célula tiene en su citoplasma (vorticela).

REPRODUCCIÓN

Es el medio que permite a los seres vivos generar individuos con sus mismas características.

La Reproducción en las Células

Cuando una célula se reproduce, la información contenida en el ADN se transmite a las células hijas, de manera que estas son genéticamente iguales a la célula de la que proceden.

El conjunto de procesos que sufre una célula hasta que se reproduce se denomina ciclo celular. La duración de este ciclo es variable y depende del tipo de célula. Un ciclo tiene dos periodos: Interfase y la División Celular.

Interfase

Durante la interfase se produce la duplicación del ADN, presenta tres fases: G1, G2 y S.

• Fase G1: La célula recién formada crece y aumenta el número de orgánulos celulares que contiene.
• Fase S: Se produce la duplicación del ADN, al final de la etapa, la célula contiene dos copias de su material genético.
• Fase G2: Se sintetizan las estructuras necesarias para la división celular.

ETAPAS DE LA MITOSIS

• Profase:
  • Comienza a condensarse el ADN.
  • Desaparece el núcleo y la envoltura nuclear.
  • Se empieza a formar el huso mitótico entre los centriolos.
• Metafase:
  • Los cromosomas alcanzan su máximo grado de condensación.
  • Es cuando se visualizan mejor (son más gruesos y cortos).
  • Se encuentran en el plano ecuatorial de la célula.
• Anafase:
  • Se produce un acortamiento de la fibra del huso y se separan las cromátidas hermanas.
  • Los centrómeros van adelantados con respecto a los brazos. Los cromosomas tienen forma de V.
• Telofase:
  • Los cromosomas llegan al polo de la célula, empiezan a descondensarse.
  • Aparece la membrana nuclear y el nucléolo.
  • Desaparece el huso mitótico.

La Citocinesis

• Si la célula es animal, se produce un anillo de actina que provoca el estrangulamiento de la célula.
• Si la célula es vegetal, se forma un tabique en su ecuador llamado fragmoplasto, que divide a la célula en dos.

REPRODUCCIÓN EN LOS ORGANISMOS

Hay dos tipos de reproducción: Asexual y Sexual.

La Reproducción Asexual

Una o varias células de un único individuo parental generan, por mitosis y posterior especialización de las células hija, descendientes idénticos (clones). El proceso se puede realizar por varias formas:

• Esporulación: Se produce a partir de esporas que son células especializadas en la reproducción asexual capaces de germinar y originar nuevos individuos. Ejemplos (hongos y algas).
• Bipartición: Es la rotura del organismo progenitor en uno o varios fragmentos, cada uno de los cuales origina un individuo completo. Es común en (algas, animales, briofitos). Un caso especial de fragmentación es la regeneración (lombrices de tierra).
• Gemación: El organismo progenitor forma una yema, que es un conjunto de células capaz de desarrollar un individuo completo. La gemación se produce en animales como los poríferos y los celentéreos.

Ciclos Biológicos

• Ciclo haplonte: Es el ciclo de aquellos organismos cuyos cuerpos están formados por células haploides durante la mayor parte de su ciclo biológico, como sucede en muchos protoctistas y hongos. El organismo forma gametos haploides que forman un cigoto diploide. El cigoto sufre la meiosis y origina células hijas haploides, que tras su desarrollo dan lugar a un adulto haploide.
• Ciclo diplonte: Es el que tienen los animales cuyo cuerpo está formado por células diploides durante la mayor parte de su ciclo vital. En los ciclos diploides, los gametos haploides se originan por meiosis a partir de células germinales diploides.
• Ciclo diplohaplonte: Es propio de las plantas en las que alternan generación diploide, denominada esporofito, con una haploide, el gametofito. El esporofito sufre la meiosis para formar esporas haploides. Estos producen gametos por mitosis que se fusionan formando un cigoto diploide, el cual se divide para formar un esporofito diploide.

Ventajas de la Reproducción Asexual

• No requiere estructuras corporales complejas ni especializadas.
• Es utilizada por organismos sin movilidad que presentan dificultad para encontrar individuos del sexo contrario.
• Permite aumentar el número de individuos de la especie.

Ventajas de la Reproducción Sexual

• Es una fuente de variabilidad genética sobre la que actúa la selección natural. La descendencia no es genéticamente idéntica, por lo cual es posible que algunos individuos presenten características que les permitan una mejor adaptación.

FASES DE LA MEIOSIS

La meiosis es un proceso de división del núcleo que consta de dos divisiones celulares, sin duplicación del ADN entre ellas.

1ª División Meiótica

• Profase I: Es la fase más larga de la meiosis I. Los cromosomas homólogos se aparean gen a gen formándose pares llamados bivalentes. Se produce el sobrecruzamiento, cuyo resultado es la recombinación genética.
• Metafase I: Los bivalentes (pares de cromosomas homólogos) se sitan en el ecuador de la célula unidos a las fibras del huso acromático.
• Anafase I: Durante la anafase I, se separa cada cromosoma de su homólogo y se dirige a un polo de la célula.
• Telofase I: Los cromosomas homólogos alcanzan los polos de la célula. El resultado después de la 1ª división son dos células hijas haploides con un único juego de cromosomas.

TABLA

Pregunta

Una célula tiene 18 cromosomas. ¿Podría sufrir mitosis? ¿Y una meiosis? Razona la respuesta e indica si es posible el número de células que se formarán y el número de cromosomas que tendrá cada una de ellas.

Respuesta

Podría sufrir tanto una mitosis como una meiosis. El número de células en mitosis serían dos células con 18 cromosomas y en la meiosis cuatro células con 9 cromosomas.

Ósmosis

• Isotónico: Igual concentración de sales en la célula que en el medio, no hay transporte de H2O a través de la membrana.
• Hipertónico: El medio exterior está más concentrado que el medio interno y por tanto sale H2O del interior de la célula, para el equilibrio de la concentración de sal.
• Hipotónico: Mayor cantidad de sales en la célula que en el medio. Entra H2O en la célula para equilibrar la concentración de sales y la célula se hincha.
• Turgencia (célula vegetal)
• Hemólisis (célula animal)