Organelos Celulares: Estructura y Función

Ribosoma

• Concepto: Organelo celular no membranoso formado por ARN ribosómico y proteínas, compuesto por dos subunidades (una mayor y otra menor).
• Funciones:
  • Sintetizar proteínas a partir de la información genética transportada por el ARNm.
  • Participar en la traducción del código genético.
• Partes:
  • Subunidad mayor.
  • Subunidad menor.

Mitocondria

• Concepto: Organelo membranoso con doble membrana, presente en células eucariotas, responsable de la generación de energía celular.
• Funciones:
  • Producción de ATP mediante la respiración celular.
  • Regulación del metabolismo celular.
• Partes:
  • Membrana externa.
  • Membrana interna (con crestas mitocondriales).
  • Matriz mitocondrial.
  • Espacio intermembrana.

Retículo Endoplásmico Rugoso (RER)

• Concepto: Organelo membranoso con ribosomas adheridos a su superficie.
• Funciones:
  • Síntesis y transporte de proteínas que serán exportadas o incorporadas en membranas.
• Partes:
  • Sacos membranosos aplanados.
  • Ribosomas asociados.

Retículo Endoplásmico Liso (REL)

• Concepto: Organelo membranoso sin ribosomas adheridos.
• Funciones:
  • Síntesis de lípidos y esteroides.
  • Detoxificación de sustancias.
  • Almacenamiento de calcio.
• Partes:
  • Túbulos membranosos.

Citoesqueleto

• Concepto: Red de filamentos proteicos en el citoplasma que da soporte y forma a la célula.
• Funciones:
  • Mantener la forma celular.
  • Facilitar el movimiento celular y el transporte intracelular.
• Partes:
  • Microfilamentos (actina).
  • Filamentos intermedios.
  • Microtúbulos.

Núcleo

• Concepto: Organelo rodeado por una doble membrana que contiene el material genético (ADN) de la célula eucariota.
• Funciones:
  • Almacenar y proteger el ADN.
  • Regular la expresión genética.
  • Controlar las actividades celulares.
• Partes:
  • Membrana nuclear.
  • Nucleoplasma.
  • Cromatina.
  • Nucleolo.

Poros Octagonales de la Pared Nuclear

• Concepto: Estructuras octagonales en la envoltura nuclear que permiten el transporte selectivo de moléculas entre el núcleo y el citoplasma.
• Funciones:
  • Facilitar el paso de ARN mensajero, proteínas y otras moléculas.
• Partes:
  • Complejo de poro nuclear.
  • Anillo citoplasmático y nucleoplasmático.

Aparato de Golgi

• Concepto: Organelo membranoso compuesto por sacos aplanados llamados dictiosomas.
• Funciones:
  • Modificar, empaquetar y distribuir proteínas y lípidos.
  • Formar lisosomas.
• Partes:
  • Cisterna cis (entrada).
  • Cisterna trans (salida).
  • Vesículas de transporte.

Vacuolas

• Concepto: Organelos membranosos llenos de líquido, presentes principalmente en células vegetales.
• Funciones:
  • Almacenamiento de agua, nutrientes y desechos.
  • Mantener la presión osmótica.
• Partes:
  • Membrana vacuolar (tonoplasto).
  • Contenido líquido.

Vesículas

• Concepto: Pequeños compartimentos membranosos formados por el aparato de Golgi o la membrana celular.
• Funciones:
  • Transporte de moléculas dentro y fuera de la célula.
  • Participar en procesos de exocitosis y endocitosis.

Lisosomas

• Concepto: Vesículas membranosas que contienen enzimas digestivas.
• Funciones:
  • Degradar materiales ingeridos y orgánulos dañados.
  • Participar en la autofagia.
• Partes:
  • Membrana lisosomal.
  • Enzimas hidrolíticas.

Peroxisomas

• Concepto: Organelos membranosos que contienen enzimas oxidativas.
• Funciones:
  • Detoxificar sustancias como el peróxido de hidrógeno.
  • Participar en el metabolismo de lípidos.
• Partes:
  • Membrana peroxisomal.
  • Matriz enzimática.

Cloroplasto

• Concepto: Organelo membranoso presente en células vegetales y algas, encargado de la fotosíntesis.
• Funciones:
  • Captar la luz solar para producir glucosa y oxígeno.
• Partes:
  • Membrana externa.
  • Membrana interna.
  • Tilacoides.
  • Estroma.
  • Granas.

Pared Celular

• Concepto: Capa rígida que rodea la membrana plasmática en células vegetales, bacterias y hongos.
• Funciones:
  • Proporcionar soporte y protección a la célula.
  • Regular el intercambio de sustancias.
• Partes:
  • Celulosa (en vegetales).
  • Quitina (en hongos).
  • Péptidoglicano (en bacterias).

Membrana Celular

• Concepto: Bicapa lipídica que delimita el contenido celular.
• Funciones:
  • Regular el paso de sustancias.
  • Mantener la homeostasis celular.
• Partes:
  • Bicapa de fosfolípidos.
  • Proteínas integrales y periféricas.
  • Carbohidratos asociados.

Tipos de Células: Características y Diferencias

Células Vegetales

• • Tienen pared celular rígida hecha de celulosa (proporciona forma y soporte).
  • Poseen cloroplastos para la fotosíntesis.
  • Gran vacuola central que almacena agua, nutrientes y desechos.
  • No tienen centriolos (excepto en células reproductivas).
  • Presentan forma más regular y definida (rectangular o poliédrica).

• Presencia de organelos:

  • Mitocondrias.
  • Aparato de Golgi.
  • Retículo endoplásmico rugoso y liso.
  • Ribosomas.
  • Núcleo con envoltura nuclear.

• Ejemplo: Células de hojas, tallos o raíces de plantas.

Células Animales

• • No tienen pared celular, solo membrana plasmática.
  • No tienen cloroplastos (no realizan fotosíntesis).
  • Presentan centriolos, importantes en la división celular.
  • Vacuolas pequeñas y temporales (si las tienen).
  • Tienen formas más variadas, generalmente redondeadas o irregulares.

• Presencia de organelos:

  • Mitocondrias.
  • Aparato de Golgi.
  • Retículo endoplásmico rugoso y liso.
  • Ribosomas.
  • Lisosomas (más comunes que en vegetales).
  • Núcleo con envoltura nuclear.

• Ejemplo: Células musculares, neuronales, epiteliales.

Células Procariotas

• Características clave:

  • No tienen núcleo verdadero; el ADN está libre en el citoplasma en una región llamada nucleoide.
  • No tienen organelos membranosos como mitocondrias, retículo endoplásmico o aparato de Golgi.
  • Su tamaño es más pequeño (1-10 micrómetros).
  • Tienen una pared celular (en bacterias, hecha de peptidoglicano).
  • Poseen ribosomas más pequeños (70S).
  • Algunas tienen estructuras especiales como flagelos o pili para moverse o intercambiar material genético.

• Presencia de organelos o estructuras:

  • Ribosomas (no membranosos).
  • Membrana plasmática.
  • Pared celular.
  • ADN circular en el citoplasma.
  • Ciertos procariotas tienen cápsulas o flagelos.

• Ejemplo: Bacterias como Escherichia coli y arqueas.

Conceptos Clave en Biología

1. Teoría Evolutiva

La teoría evolutiva explica el cambio en las especies a lo largo del tiempo a través de mecanismos como la selección natural, la mutación, la deriva genética y el flujo génico. Esta teoría se fundamenta en el trabajo de varios científicos, principalmente Charles Darwin y Alfred Russel Wallace.

Principales postulados de Darwin:

1. Variación: Dentro de una población, los individuos tienen características diferentes.
2. Lucha por la existencia: Los recursos son limitados, por lo que no todos los organismos sobreviven o se reproducen.
3. Selección natural: Los individuos con características más adaptativas tienen mayores probabilidades de sobrevivir y dejar descendencia.
4. Adaptación: Con el tiempo, las características ventajosas se vuelven más comunes en la población.

Evidencias de la evolución:

• Fósiles: Muestran cambios graduales en las especies.
• Anatomía comparada: Órganos homólogos, análogos y vestigiales.
• Biogeografía: Distribución de especies en diferentes regiones.
• Embriología: Similitudes en las etapas embrionarias entre especies.
• Genética: Comparación de ADN y proteínas.

2. Organelos y sus Funciones

• El proceso de activación genética comienza cuando una señal externa, como una hormona, activa un receptor en la célula. Esto inicia una cascada de señalización que llega al núcleo, donde factores de transcripción, como CREB o p53, se unen al ADN. La ARN polimerasa se acopla al promotor del gen y comienza a producir ARN mensajero. Un ejemplo es cuando el estrés activa enzimas como la MAP quinasa, que activa genes para ayudar a la célula a adaptarse.

3. Número de Aminoácidos (AA) en el Ser Humano

Concepto clave:

• En el ser humano, existen 20 aminoácidos principales que forman las proteínas.
• De estos, 9 son esenciales, es decir, no pueden ser sintetizados por el cuerpo y deben obtenerse de la dieta:
  • Histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptófano, valina.
• Los otros 11 aminoácidos son no esenciales porque el cuerpo los puede producir.

Importancia:

• Los aminoácidos son los bloques básicos de las proteínas.
• Participan en funciones como el crecimiento, la reparación celular, y la producción de enzimas y hormonas.

4. Enzima Activadora del Gen

Concepto:

Las enzimas activadoras de genes son proteínas que regulan la expresión genética activando o desactivando ciertos genes.

• Estas enzimas se unen a regiones promotoras del ADN para facilitar la transcripción de un gen en ARN mensajero.
• Un ejemplo clave es la ARN polimerasa, que inicia la transcripción al unirse al ADN.

Clasificación de un Organismo en los Niveles de la Materia: Ejemplo del Cerdo

Los niveles de la materia se refieren a cómo organizamos las estructuras que componen a los seres vivos.

1. Nivel atómico:

   • Está formado por átomos como carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), etc.
   • Estos átomos son la base de toda la materia viva.

2. Nivel molecular:

   • Los átomos se combinan para formar moléculas, como:
     • Agua (H₂O).
     • Glucosa (C₆H₁₂O₆), importante para obtener energía.
     • ADN, que lleva la información genética.

3. Nivel celular:

   • El cerdito está formado por células animales eucariotas.
   • Las células tienen organelos como núcleo, mitocondrias, y retículo endoplásmico.

4. Nivel tisular:

   • Sus células se agrupan en tejidos:
     • Tejido epitelial: Forma la piel y recubre órganos.
     • Tejido muscular: Permite el movimiento.
     • Tejido conectivo: Une y sostiene estructuras.
     • Tejido nervioso: Transmite señales.

5. Nivel de órgano:

   • Sus tejidos se organizan en órganos, como:
     • Corazón: Bombea sangre.
     • Pulmones: Permiten la respiración.
     • Hígado: Procesa nutrientes y desintoxica.

• Nivel de sistema:

  • Los órganos trabajan juntos en sistemas, como:
    • Sistema digestivo: Transforma alimentos en nutrientes.
    • Sistema nervioso: Coordina funciones.
    • Sistema circulatorio: Transporta oxígeno y nutrientes.

• Nivel organismo:

  • El cerdito es un organismo completo, capaz de realizar funciones vitales: nutrición, relación y reproducción.

• Nivel población:

  • El cerdito pertenece a una población de cerdos de la misma especie (Sus scrofa domesticus).

• Nivel comunidad:

  • Vive en una comunidad junto con otras especies (plantas, gallinas, vacas, etc.).

• Nivel ecosistema:

  • Forma parte de un ecosistema, interactuando con factores bióticos (otros seres vivos) y abióticos (luz, agua, suelo).

• Nivel biósfera:

  • Es parte de la biósfera, el conjunto de todos los ecosistemas del planeta.

Componentes del Microscopio Óptico

1. Sistema óptico (lentes)

• Ocular: Lente por donde se observa la imagen ampliada. Generalmente tiene un aumento 10x.
• Objetivo: Lentes con diferentes aumentos (generalmente 4x, 10x, 40x y 100x). Se encuentran en el revólver y se utilizan para cambiar el aumento.
• Revólver: Parte giratoria donde se encuentran los objetivos. Permite seleccionar el lente adecuado.
• Condensador: Lente debajo de la platina que concentra la luz hacia la muestra.
• Diafragma: Controla la cantidad de luz que pasa al condensador.

2. Sistema mecánico

• Base: Estructura inferior que sostiene el microscopio.
• Columna: Parte vertical que conecta la base con la parte superior del microscopio.
• Platina: Superficie donde se coloca la muestra. Puede moverse hacia arriba y hacia abajo.
• Mecanismo de enfoque: Permite enfocar la imagen. Se divide en dos tipos:
  • Tornillo macrométrico: Para un ajuste rápido de enfoque.
  • Tornillo micrométrico: Para un ajuste preciso y detallado del enfoque.

3. Sistema de iluminación

• Lámpara (fuente de luz): Proporciona luz para iluminar la muestra.
• Espejo (en algunos microscopios): Refleja la luz hacia la muestra si no tiene lámpara incorporada.

4. Otras partes

• Brazo: Estructura que conecta el ocular y los objetivos con la base. Se usa para transportar el microscopio.
• Cuerpo: Parte que sostiene los lentes y el sistema óptico.

Moléculas Esenciales para la Vida

ATP (Adenosín Trifosfato)

El ATP (Adenosín Trifosfato) es una molécula energética crucial para la vida. Es conocida como la «moneda energética» de las células porque proporciona la energía necesaria para que las células realicen diversas funciones biológicas esenciales.

Estructura del ATP:

• Está compuesto por:
  • Adenina: Una base nitrogenada.
  • Ribosa: Un azúcar de 5 carbonos.
  • Tres grupos fosfato: Los enlaces entre los grupos fosfato contienen energía.

Función del ATP:

• Transporte de energía: La principal función del ATP es almacenar y transportar energía dentro de la célula. Cuando se rompe uno de los enlaces fosfato (generalmente el último), se libera energía que puede ser utilizada para varios procesos celulares, como la contracción muscular, la síntesis de proteínas, la transmisión de señales nerviosas, etc.

Ciclo del ATP:

• El ATP se produce principalmente en las mitocondrias de las células mediante un proceso llamado respiración celular.
  • Producción: A partir de moléculas de glucosa, ácidos grasos o aminoácidos, el ATP se genera en un proceso que involucra reacciones bioquímicas como la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones.
  • Uso: Cuando la célula necesita energía, el ATP se descompone liberando un grupo fosfato y energía (lo que lo convierte en ADP: adenosín difosfato).
  • Recarga: El ADP puede ser reciclado y volver a convertirse en ATP cuando la célula tiene energía disponible.

Glucosa: C₆H₁₂O₆

La glucosa es un azúcar simple que sirve como la principal fuente de energía para las células del cuerpo. Se obtiene principalmente de los carbohidratos de los alimentos y es convertida en ATP para alimentar funciones celulares esenciales. La glucosa en la sangre es regulada por las hormonas insulina (que la ayuda a entrar en las células) y glucagón (que libera glucosa almacenada cuando los niveles son bajos).

Procesos Biológicos Fundamentales

Fotosíntesis

Fotosíntesis: Es el proceso por el cual las plantas convierten la luz solar, el dióxido de carbono y el agua en glucosa y oxígeno, generando energía para crecer. Ocurre en los cloroplastos de las células vegetales.

Respiración Celular

Respiración Celular: Es el proceso mediante el cual las células obtienen energía de la glucosa, convirtiéndola en ATP con la ayuda de oxígeno. Ocurre principalmente en las mitocondrias de las células.