Estructura y Función de los Seres Vivos: Compuestos, Células y Teoría Celular

Los Seres Vivos y los Seres Inertes

Los seres inertes están formados por compuestos químicos inorgánicos, siendo los más abundantes el silicio (Si), el aluminio (Al), el hierro (Fe) y el calcio (Ca). Por otro lado, los seres vivos están formados por compuestos orgánicos e inorgánicos. Los compuestos inorgánicos incluyen agua y sales minerales, mientras que los compuestos orgánicos abarcan glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

Glúcidos

La mayoría están representados por (CH₂O)_n ~ hidratos de carbono.
Los monómeros se llaman monosacáridos, y hay dos tipos: disacáridos y polisacáridos.
Los glúcidos presentan función energética (combustible) y estructural (pared celular).

Lípidos

Compuestos por C, H y O, y algunos también contienen P y N.
Forman largas cadenas de C y H, que son insolubles en agua.

Funciones:

Reserva energética: triglicéridos.
Estructurales: componentes de membranas (colesterol, fosfolípidos).
Reguladores del metabolismo: mensajeros químicos y hormonas.

Proteínas

Compuestas por C, H, O y N, y también pueden incluir otros elementos como S, P, Fe.
Formadas por la unión de aminoácidos: hay 20 aminoácidos que se combinan para dar lugar a diferentes proteínas.

Funciones:

Transporte: hemoglobina (transporta el oxígeno).
Reserva: ovoalbúmina (almacena aminoácidos y elementos nutritivos).
Estructural: membranas, colágeno de tendones, cartílagos.
Hormonal: insulina.
Contráctil: actina y miosina en la contracción muscular.
Defensiva: anticuerpos que neutralizan sustancias extrañas.
Enzimáticas: proteínas que aumentan la velocidad de las reacciones.

Ácidos Nucleicos

El ADN y el ARN son moléculas de almacenamiento, transmisión y descodificación de la información genética, que contienen nucleótidos.

Un segmento de ADN (gen) contiene la información necesaria para la síntesis de ARN mensajero, que se traducirá en proteínas.
Las células tienen miles de genes, lo que explica que las moléculas de ADN sean muy grandes.

Dogma central de la biología:

ADN → ARN → PROTEÍNA (Transcripción y traducción).

Autores de la Teoría Celular

R. Hooke: descubrió el primer microscopio en 1665 y observó unas celdas en el corcho.
Leeuwenhoek: vio cosas que llamó animálculos en 1674.
Robert Brown: descubre el núcleo gracias al desarrollo del microscopio en 1831.
Schleiden y Schwann: enuncian la teoría celular en 1838.
Virchow: amplía la teoría celular diciendo que toda célula proviene de otra preexistente en 1855.

Principios Básicos de la Teoría Celular

Todos los seres vivos están formados por células.
Todas las células proceden de otras células preexistentes (mitosis).
Las funciones vitales son el conjunto de actividades interrelacionadas de las células.
Las células contienen la información genética necesaria para regular las funciones celulares y transmitir esta información a la descendencia (ADN del núcleo).

Tipos de Microscopios

Óptico: simple (lupa) y compuesto (campo oscuro y fluorescencia).
Electrónico: de barrido y digital.

Niveles de Organización

Niveles abióticos: átomos, moléculas, macromoléculas, orgánulos.
Niveles bióticos: células, tejidos, órganos, aparatos y sistemas, individuos.

Célula Eucariota

Forma hexagonal, tienen cloroplastos y son más complejas; el ADN está en el núcleo.
Más evolucionadas: con orgánulos más complejos.
Tienen núcleo.
Tienen ADN asociado a proteínas e histonas, formando los cromosomas.

Células Procariotas

Forma ovalada, menos orgánulos y ADN suelto.
Muy primitivas y simples: no tienen orgánulos rodeados de membranas y sus ribosomas son más pequeños.
No tienen núcleo.
Solo tienen un cromosoma que es de tipo circular y ADN en forma de plásmidos.
Tienen pared celular.

Componentes de la Célula

Membrana plasmática: es una delgada lámina que define los límites de la célula. No aísla completamente a la célula, sino que constituye una barrera altamente selectiva que regula el intercambio de materiales entre células y el medio que la rodea. Su fluidez depende de los lípidos, y hay moléculas de colesterol que dan rigidez a la membrana. Tiene proteínas. Todas las membranas biológicas son entidades dinámicas y fluidas, además son capaces de intercambiar sus componentes.
Pared celular: es típica de las células eucariotas vegetales; su función es dar soporte y estructura a los tejidos vegetales. Fundamentalmente para: absorción, secreción, transpiración y reacciones de reconocimiento. Está formada por celulosa (glúcidos), más otros polisacáridos (almidón) y proteínas.
Citoplasma: parte de la célula que rodea el núcleo y que está limitada por la membrana exterior.
Citoesqueleto: está formado por filamentos intermedios, microtúbulos y microfilamentos. Es responsable del transporte intracelular y participa en la división celular (mitosis). Los centriolos dan origen a los cilios y los flagelos.
Ribosomas: pueden estar libres o adheridos. Se encargan de la síntesis de proteínas, actuando como máquinas de producir mensajes. Para la síntesis de proteínas, los ribosomas se asocian en grupos utilizando un filamento de ARN mensajero.
Retículo endoplasmático: en el rugoso se encuentran los ribosomas, que sintetizan proteínas, y en el liso se sintetizan lípidos.
Aparato de Golgi: en él se producen la mayoría de polisacáridos de la célula, maduran las proteínas y los lípidos procedentes del retículo endoplasmático.
Lisosomas: se forman en el aparato de Golgi y contienen enzimas que dirigen materiales procedentes del interior y exterior de la célula.
Peroxisomas: en ellos tienen lugar las reacciones de oxidación usando oxígeno, que hacen posible la eliminación de sustancias tóxicas. En las reacciones interviene el peróxido de hidrógeno.
Vacuolas: son almacenes de sustancias, siendo más grandes en células vegetales porque son autótrofas y almacenan almidón.
Mitocondria: son estructuras donde se realiza la respiración celular, un proceso metabólico que genera energía a partir de glúcidos y lípidos, con ayuda del oxígeno. El tamaño, el número y la forma son variables, disminuyendo en las zonas donde se necesita mucha energía.
Cloroplastos: son órganos exclusivos de las células vegetales y de los organismos autótrofos fotosintéticos. En los tilacoides se encuentran pigmentos como la clorofila (captan la luz). Los tilacoides se apilan formando grana. Su función es realizar la fotosíntesis, sintetizando materia orgánica (glúcidos) a partir de materia inorgánica (agua y sales minerales). Usando el agua y el dióxido de carbono de la atmósfera, se sintetizan glúcidos y se libera oxígeno, el cual proviene de la fotólisis del agua y del CO₂.

En la fotosíntesis se producen dos etapas:

Fase luminosa: se realiza en la membrana de los tilacoides de los cloroplastos. Parte de la luz se utiliza para sintetizar energía ATP, que se emplea para la fase oscura.
Fase oscura: tiene lugar en el estroma, donde el CO₂ se utiliza para sintetizar glúcidos, interviniendo el ATP. La glucosa se utiliza para crear compuestos complejos como, por ejemplo, el almidón, que las plantas utilizarán como sustento.

Núcleo Celular

Es la estructura más grande de las células eucariotas, donde se encuentra la mayoría del ADN que contiene información. La estructura del núcleo es:

Membrana nuclear: es doble y está perforada por poros, que regulan el intercambio de sustancias. Es doble porque tiene membrana interna y externa.
Nucleoplasma: medio interno del núcleo.
Nucléolo: es la parte donde se producen los ribosomas y se observan como zonas de material denso.
Cromatina: es ADN asociado a proteínas llamadas histonas; cuando se condensan, se forman los cromosomas.

Tipos de Transporte

Hay dos tipos de transporte:

Transporte molecular pequeño: puede ser de dos tipos, sin usar energía: por difusión simple (sin ayuda) y difusión facilitada (gracias a proteínas llamadas permeasas), o usando energía ATP con bombas transportadoras (bombas sodio-potasio).
Transporte molecular grande: siempre requiere energía y hay dos tipos: endocitosis, que consiste en que la célula captura material de gran tamaño formando un repliegue de la membrana hacia el interior (requiere formación de vesículas), y exocitosis, que es la expulsión de moléculas insolubles o de gran tamaño al exterior (requiere la formación de vesículas que se fusionarán con la membrana).