LA CÉLULA 2. GRADO 6

TEMA 1. 

Teoría celular y primeras células 

Línea de tiempo en el conocimiento de la célula 

El descubrimiento de la célula y en general del mundo microscópico solamente fue posible a comienzos del siglo XVI, con la invención del microscopio por A. V. Leeuwenhoek, comerciante de textiles que ideó el instrumento para observar con detalle los hilos. Otras muestras que cautivaron su curiosidad fueron  agua estancada, sangre y semen, logrando importantes descubrimientos científicos, como la identificación de microalgas, los glóbulos rojos y los espermatozoides. Su dedicación en la exploración del mundo microscópico, junto al trabajo de otros científicos de la época como R. Hooke, dieron el primer paso en el desarrollo de la biología celular. En  el  año  1665,  R.  Hooke  publicó  el  libro  “Micrographia”,  disponible  actualmente  en  la  página  web referida en la figura 1.3., donde se pueden apreciar las ilustraciones que este científico realizó con base en sus observaciones al microscopio, de láminas del hielo, de corcho vegetal y animales pequeños como pulgas y piojos. Fue a partir de las celdas o pequeñas cavidades que observó en el corcho, que acuñó el término célula. 

En los siguientes siglos (XVIII Y XIX), otros científicos continuaron registrando sus observaciones sobre diferentes aspectos de la célula. En 1831, el botánico R. Brown observó que las células de los vegetales presentan una mancha redondeada y oscura, a la que llamó núcleo y sugirió que ella, estaría involucrada en el proceso de fertilización. Con base en este hecho, el botánico alemán M. J. Schleiden afirmó que todos los vegetales se componían de células y que el embrión de una planta provenía de una sola célula. En 1839, el fisiólogo y anatomista T. Schwann, afirmó con base en sus observaciones en muestras de tejido animal, que “tanto las plantas como los animales se componen de células con estructuras internas semejantes”. Con ello, se generan los primeros postulados de la teoría celular. En 1855, R. Remarck y el médico R. Virchow afirmaron con base en sus investigaciones de algunas enfermedades relacionadas con el deterioro celular, que  “toda célula, incluso las anormales provenían de otra célula”. En 1857, el fisiólogo R. Kolliker describió las mitocondrias que encontró en un tejido muscular. En 1879, el médico W. Flemming descubrió los cromosomas en una célula en proceso de mitosis y al año siguiente, el biólogo, A. Weismann, desarrolló la teoría de las células germinales, especializadas en la transmisión de la información hereditaria. En 1902 W. Sutton observó que  las células sexuales sólo tenían un juego de cromosomas. Durante el siglo XX, los avances de la microscopía electrónica y el análisis bioquímico molecular de la célula permitieron conocer con más detalle los orgánulos celulares y sus funciones específicas, para sustentar los postulados de la Teoría celular moderna. En 1938,  M. Behrens aplicó la técnica de centrifugación diferencial para separar el núcleo del citoplasma. En 1945, se descubrió el retículo endoplasmático. En 1952, J. Watson y F. Crick, elaboraron el modelo de la molécula de la herencia, el ADN.  En 1954, el físico G. Gamow hizo sus aportes sobre el código genético. En 1996, se logró el primer ser vivo clonado y en el año 2003, se completó el proyecto del genoma humano. Todos  estos  aportes  científicos,  sugieren  que  los  organismos  conocidos  hasta  el  momento  están emparentados entre sí y descienden de antepasados con un ancestro común, denominado en el mundo científico como LUCA (que corresponde a la abreviación de L ast  U niversal  C ommon  A ncestor, o Último Ancestro Universal Común). 

Estructura típica de una célula procariota.

Organización molecular de la célula 

¿De qué están hechas las células?. 2.2. Agua, el mayor componente celular. 2.3.  Iones en los fluídos intracelular y extracelular. 2.4.  Biomoléculas. 2.5.  Carbohidratos. 2.6.   Proteínas. 2.7. Lípidos. 2.8.  Ácidos nucleicos. 2.1.  ¿De qué están hechas las células? 
Como ya se mencionó en el tema 1, todos los seres vivos se componen de células, excepto los virus, pero… ¿De qué están hechas las células? Una de las afirmaciones más célebres y difundidas que nos legó el astrónomo Carl Sagan es que “somos polvo de estrellas”, refiriéndose a que los seres humanos junto a todas las formas de vida que habitan el planeta estamos compuestos de aquella materia que se generó en la creación del Universo, hecho que se explica en la teoría del Big bang o de la Gran explosión. Se estima que la formación del Universo  inició hace 13,700 millones de años aproximadamente, cuando una masa infinitamente densa explotó, al alcanzar una temperatura cercana a 10 32 K.  En los escasos tres segundos siguientes,  se  formaron  las  partículas  elementales  de  la  materia:  quarks,  neutrinos,  protones,  neutrones, electrones y fotones. La interacción entre estas partículas, generó las fuerzas físicas universales, como la gravedad, las fuerzas internucleares débiles y fuertes, y el electromagnetismo. 


 Núcleo celular Estructura y función celular        
Como ya se mencionó, el núcleo es un orgánulo presente en las células eucariotas, excepto en los glóbulos rojos de los mamíferos, porque lo pierden junto a otros orgánulos al madurar para cumplir su función de transporte de oxígeno, principalmente. La forma del núcleo puede ser redondeada o alargada y su diámetro oscila entre los 5 y 10 nm, esto equivale aproximadamente a la décima parte del tamaño de toda la célula. Dentro del núcleo se encuentra la molécula de ADN, la cual codifica las proteínas que controlan el funcionamiento de la célula y los procesos de división y especialización celular; razones por las cuales el núcleo es considerado comúnmente como el cerebro celular. Como  se  observa  en  la  figura  el  núcleo  está  rodeado  por  una  doble  membrana  cuyas  superficies  se conectan  entre  sí  por  unos  3,000  o  4,000  microtúbulos  que  se  abren  como  poros  en  la  superficie.  Estos poros permiten el paso de sustancias entre el interior del núcleo y el citoplasma o viceversa. La membrana nuclear externa está unida con la membrana del retículo endoplasmático, haciendo parte del sistema de 

Componentes del núcleo celular.  

Fibra de ADN Cromosoma Nucleoplasma y cromatina. La zona viscosa del núcleo se denomina nucleoplasma o carioplasma y la zona fibrosa  se  llama  cromatina,  la  cual  corresponde  al  complejo  de  ADN  alrededor  de  las  proteínas  histonas y recibe este nombre porque se tiñe fácilmente con ciertos pigmentos que se utilizan para observar al microscopio electrónico. ecoe  ediciones © Nucléolo.  Es una región densa y oscura donde se concentra la cromatina. La mayoría de células eucariotas presenta solamente un nucléolo; pero algunas células como las neuronas y los hepatocitos tienen un par de nucleolos y otras pueden tener hasta 4 o 5 porque tienen una gran actividad celular. En estas estructuras se producen los ribosomas y el ARN ribosómico, que luego se distribuyen en el citoplasma para sintetizar las proteínas de la célula. 
Citoplasma El citoplasma o hialoplasma es el mayor compartimento de todas las células; en los eucariotas corresponde a toda la región entre la membrana plasmática y la membrana nuclear (excluye el núcleo). Se compone de un fluído o dilución acuosa (citosol) con iones inorgánicos y biomoléculas, donde se encuentran los orgánulos comunes en las eucariotas vegetales y animales, como las mitocondrias y los ribosomas, y los que son exclusivos a cada una de ellas como los centriolos en los animales y los plastos o plastidios en los vegetales.

Ribosomas, 

orgánulo donde se sintetizan las proteínas Los ribosomas son orgánulos de naturaleza proteica que se encuentran en las células procariotas y en las eucariotas; presentan dos subunidades compuestas por ARNr, una mayor y otra menor, que se acoplan durante la síntesis de proteínas formando un canal por donde pasa la cadena de ARNm con la información de las proteínas que se van a sintetizar. Este proceso implica la acción coordinada de los tres tipos de ARN (mensajero, ribosómico y de transferencia), en un proceso que se explica en la sección 2.8.4. Las  cadenas  de  ARN  ribosómico  (ARNr) y las subunidades de los ribosomas se suelen nombrar por su coeficiente de sedimentación en

Estructura interna de la mitocondria. 

Las membrana mitocondrial externa, 3.3)  p.67.  Incluye  numerosas  porinas  que  la  hacen  muy  permeable,  permitiendo  el  paso  de  la  mayoría  de moléculas presentes en el citosol, como el agua, el oxígeno, el CO2  y los iones. La membrana mitocondrial interna,  se pliega para formar las crestas mitocondriales, las cuales aumentan la superficie de membrana para cumplir sus funciones de almacenaje y ruta de transporte de moléculas. El porcentaje de proteínas en esta membrana es de un 78% aproximadamente, con abundantes complejos proteicos que se especializan en el transporte de electrones y enzimas.  Respecto a la composición lipídica (18%), incluye fosfolípidos pero carece de colesterol. Esta membrana es relativamente impermeable. El espacio intermembranoso, es el que separa la membrana externa de la membrana interna, allí se acumulan las sustancias filtradas por la membrana externa, para su uso gradual en la matriz mitocondrial. La matriz mitocondrial, es el espacio central de la mitocondria, compuesto por un fluído viscoso rico en proteínas, iones y cientos de enzimas que se requieren para realizar la respiración celular y producir la energía que se necesita para mantener la actividad celular. En esta matriz también se encuentran las mitorribosomas, unas proteínas codificadas por el ADN nuclear, sintetizadas en los ribosomas de la célula y luego transportadas hasta la matriz mitocondrial. Las mitocondrias producen moléculas de trifosfato de adenosina, ATP, a partir de la oxidación de la glucosa ingerida con los alimentos. Este proceso se conoce como respiración celular y se expresa en la siguiente

Sistema de endomembranas Los orgánulos celulares no están sueltos en el citoplasma, la membrana que cubre a varios de ellos hace parte del sistema de endomembranas, facilitando el transporte de sustancias que requieren o que producen, de un lugar a otro de la célula. La membrana plasmática se incluye dentro del sistema endomembranoso porque participa de sus funciones. 

 Membrana plasmática La membrana plasmática o plasmolema rodea la célula, separando el medio interno de la célula del externo. En 1972, los biólogos S. Singer y G. Nicholson explicaron su composición química y su funcionamiento con el  denominado  “Modelo  descriptivo  de  mosaico  fluído”.  Según  este  modelo,  la  membrana  plasmática  se compone de una doble capa de fosfolípidos donde se insertan otras biomoléculas, que se mueven en una especie de danza permanente. En general un 50% de la membrana es de composición lipídica, un 40% es proteica y un 10% son glicolípidos y glicoproteínas, que se distribuyen de manera asimétrica en cada lado de la membrana generando una diferencia de carga iónica o potencial de membrana. El movimiento más común de estas moléculas es el lateral, mientras que el movimiento de una capa a la otra o flip-flop, es de menor frecuencia por su alto consumo energético. Además, estos movimientos constituyen un importante mecanismo celular para ayudar a restaurar los daños de menor gravedad que sufre la membrana, mientras que aquellos daños graves se resuelven mediante la fusión de orgánulos y de éstos con la membrana.

Transporte de sustancias en la célula 

Estructura y función celular.

         Las células presentan una serie de mecanismos de transporte para permitir el paso de iones, agua y otras moléculas, del interior de la célula al exterior o viceversa, que contribuyen a mantener la propiedad de semipermeabilidad de permeabilidad selectiva. Estos mecanismos se diferencian entre sí por el tipo de moléculas que transportan y el consumo de energía requerido. 

. Mecanismo de transporte pasivo Es un proceso que no requiere energía ya que se realiza a favor del gradiente electroquímico es decir, desde el medio donde hay mayor concentración de la sustancia o carga eléctrica, hacia el medio con menor concentración de la sustancia o  carga  eléctrica).  Incluye  los  procesos de ósmosis, difusión simple y difusión facilitada. 

Osmosis. Es un tipo de transporte pasivo que explica el paso de las moléculas de agua desde la región con mayor concentración efectiva de agua  (hipertónica)  hacia  la  región  con menor concentración efectiva de agua (hipotónica).  La  difusión  del  agua  cesa cuando ambos lados de la membrana tienen la misma concentración. Difusión simple.  Permite el paso directo de gases y moléculas apolares de pequeña masa molecular sin necesidad de asociarse con los componentes de la membrana y por tanto sin afectar su estructura. Mediante este mecanismo se transportan moléculas de O 2  y CO 2  y moléculas débilmente polares como el agua, urea, glicerina, etanol y moléculas liposolubles. 

Difusión facilitada. Permite el paso de moléculas polares y iones de pequeña masa molecular mediante su asociación a una proteína de membrana. En este caso la proteína sufre cambios en su configuración, que impulsan el paso de las ecoe  ediciones © moléculas. Las proteínas de canal o poros acuosos permiten el paso de iones de Na + , K +  y Mg 2+  Cl- , Mg 2+ , etc. Las proteínas transportadoras permiten el paso de moléculas polares de glucosa, sacarosa, nucleótidos y aminoácidos. 

Endocitosis. 

Son mecanismos de transporte que permite el ingreso o importación de moléculas. Mediante la pinocitosis, forma invaginaciones o fosas en la membrana de la célula para captar o beber gotas del fluido extracelular con las partículas disueltas en él. Cuando se llena, se separa en el interior de la célula y libera su contenido, para luego reintegrar los componentes de la vesícula a la membrana. La fagocitosis, permite la captación de moléculas grandes y sólidas. En este caso la membrana plasmática forma prolongaciones similares a los seudópodos con el fin de englobar y comer microorganismos extraños u otras moléculas de masa molecular alta. Hay otro tipo de  que es mediado por un receptor: las invaginaciones están revestidas por receptores que se unen a moléculas específicas y luego las llevan al interior de la célula. 

Exocitosis. Es un mecanismo de transporte para expulsar ciertas macromoléculas de la célula. Para ello forma vesículas que se llenan y luego se fusionan con la membrana plasmática para verter su contenido al medio vesículas que se llenan y luego se fusionan con la membrana plasmática para verter su contenido al medio extracelular. Se diferencian dos tipos de exocitosis, la constitutiva que es permanente y la exocitosis regulada, que ocurre solo cuando se recibe una señal fisiológica. 

 Retículo endoplasmático rugoso y liso. 3.5.3.1 
Retículo endoplasmático, sintetizador de macromoléculas Cisternas Retículo endoplásmico liso Lumen El retículo endoplasmático es un complejo membranoso que se encuentra en las células eucariotas en dos formas: rugoso y liso. Se componen de cadenas de ácidos grasos cortos, por ello son delgadas. El retículo endoplasmático  rugoso  (RER),  está  conectado  a  la  membrana  nuclear  externa,  presenta  pliegues  de  poca profundidad o cisternas llenas de líquido, recubiertos por numerosos ribosomas que le dan su apariencia rugosa.  Conectado  a  él,  se  encuentra  el  retículo  endoplasmático  liso  (REL),  con  forma  de  túbulos  y  libre de ribosomas. En las células musculares se encuentra una forma derivada del retículo endoplasmático liso, conocido como retículo sarcoplásmico, donde se almacena el calcio necesario para la contracción muscular. El retículo endoplasmático rugoso (RER) y el aparato de Golgi interactúan en la síntesis de lípidos y carbohidratos y  en  la  maduración  de  las  proteínas  producidas  en  los  ribosomas,  mediante  enzimas  específicas,  según  la función que cumplirán; por ejemplo, las denominadas proteínas residentes son englobadas en vesículas y ancladas a las mismas membranas del retículo, mientras que las proteínas integrales se complementan con carbohidratos para formar glicoproteínas que se llevan a la membrana plasmática; otras moléculas son llevadas al aparato de Golgi donde tienen otras modificaciones. El retículo endoplasmático liso (REL) junto al aparato de Golgi intervienen en la síntesis de lípidos como el colesterol y los glicerofosfolípidos, que se requieren allí mismo (residentes) o en las membranas. Las cisternas del REL se han especializado en la captación y almacenaje de calcio procedente del hialoplasma. Por todas estas funciones el REL es abundante en las células del hígado típicas o hepatocitos, donde también contribuye en la eliminación de sustancias que puedan ser tóxicas para la célula. 

 
 Aparato de Golgi: centro de empaque, señalización y envío de macromoléculas El Aparato de Golgi hace parte del sistema de endomembranas de las células eucariotas y sus funciones están estrechamente relacionadas con las del retículo endoplasmático. En la figura 3.14., se muestran las bolsas o sáculos ligeramente curvos que componen el aparato de Golgi, con el lado cis orientado hacia el retículo endoplasmático y el lado trans hacia la membrana plasmática. 

La región cis del aparato de Golgi recibe permanentemente las macromoléculas sintetizadas en el retículo endoplasmático, donde son diversificadas mediante acciones enzimáticas; luego señalizadas, empacadas en vesículas y liberadas por la región trans. La  modificación  de  estas  macromoléculas,  implica  la  acción  de  enzimas  específicas  para  agregar  o  quitar moléculas mediante procesos como  sulfatación, metilación, palmitoilación, fosforilación y  glucosilación. La señalización se hace al agregar una molécula en particular que indica el lugar donde se utilizarán.

 Posteriormente, las moléculas son empacadas en vesículas especializadas, según su destino. Algunas de estas moléculas se reutilizarán en las cisternas del aparato de Golgi, otras van a la membrana plasmática donde se fusionan para salir al fluído extracelular mediante el proceso de exocitosis constitutiva o mediante exocitosis regulada, como ocurre en las células de las glándulas secretoras, del páncreas, las cuales requieren de una señal para secretar la insulina. El aparato de Golgi también es una vía de transporte de moléculas provenientes del fluído extracelular hasta el retículo, en este proceso denominado endocitosis, intervienen las  endosomas, vesículas que se fusionan en la membrana plasmática, y de allí ingresan al citoplasma donde se integran al aparato de Golgi, como se ecoe  ediciones © representa en la figura 3.13 . Los  científicos  han  descubierto  que  una  de  las  consecuencias  del  consumo  crónico  de  alcohol  es  el  daño hepático, debido entre otras razones, a fallas en el proceso de glicosilación y transporte de glicoproteínas en el complejo de Golgi. Y, la enfermedad llamada mucolipidosis, se debe a fallas en la marcación de proteínas 75  © en el complejo de Golgi. 

 Vesículas y vacuolas: centro de degradación y reciclaje Los lisosomas, peroxisomas y las vacuolas se originan en el Aparato de Golgi o en el retículo endoplasmático, pero son más abundantes en ciertos tipos de células que las necesitan para cumplir sus funciones. 
Lisosomas.  Son vesículas que abundan en las células fagocitarias; las  lisosomas primarias son aquellas que se han separado del aparato de Golgi por gemación, y las lisosomas secundarias son las que se fusionan con las vesículas autofágicas o fagocíticas. Su función es realizar la digestión celular, un proceso en el que sustancias complejas que no son asimilables por la célula, son degradadas a sustancias más sencillas que sí lo son y pueden ser reutilizadas en el hialoplasma. El pH interior de las lisosomas es muy ácido, debido a las diferentes enzimas digestivas que contiene, tales como hidrolasas, proteasas, lipasas, fosfatasas y nucleasas, las cuales le sirven para degradar residuos celulares, orgánulos que ya no funcionan y partículas extrañas a la célula como microorganismos. Las lisosomas también participan en otros procesos como la  Vesículas y vacuolas: centro de degradación y reciclaje Los lisosomas, peroxisomas y las vacuolas se originan en el Aparato de Golgi o en el retículo endoplasmático, pero son más abundantes en ciertos tipos de células que las necesitan para cumplir sus funciones. 
Lisosomas.  Son vesículas que abundan en las células fagocitarias; las  lisosomas primarias son aquellas que se han separado del aparato de Golgi por gemación, y las lisosomas secundarias son las que se fusionan con las vesículas autofágicas o fagocíticas. Su función es realizar la digestión celular, un proceso en el que sustancias complejas que no son asimilables por la célula, son degradadas a sustancias más sencillas que sí lo son y pueden ser reutilizadas en el hialoplasma. El pH interior de las lisosomas es muy ácido, debido a las diferentes enzimas digestivas que contiene, tales como hidrolasas, proteasas, lipasas, fosfatasas y nucleasas, las cuales le sirven para degradar residuos celulares, orgánulos que ya no funcionan y partículas extrañas a la célula como microorganismos. Las lisosomas también participan en otros procesos como la apoptosis o muerte celular. Por ejemplo, cuando los renacuajos pasan a su etapa adulta de ranas, los lisosomas degradan las células de la cola, y las membranas interdigitales del embrión humano también desaparecen por acción de los lisosomas. Peroxisomas.  Son otro tipo de vesículas que se originan por gemación del retículo endoplasmático o por división de otro peroxisoma. Contiene en su interior enzimas tales como las catalasas que oxidan el peróxido de hidrógeno, sustancia tóxica para las células. Las células vegetales contienen un tipo especial de peroxisomas, llamados glioxisomas, las cuales contienen las enzimas necesarias para obtener azúcares a partir de ácidos grasos. Las peroximosas también participan en la síntesis de plasmalógenos, un tipo de fosfolípidos que hacen parte de membranas que cubren el corazón y el cerebro;  y promueven la degradación del ácido úrico, de los ácidos grasos y de los aminoácidos.  o muerte celular. Por ejemplo, cuando los renacuajos pasan a su etapa adulta de ranas, los lisosomas degradan las células de la cola, y las membranas interdigitales del embrión humano también desaparecen por acción de los lisosomas. Peroxisomas.  Son otro tipo de vesículas que se originan por gemación del retículo endoplasmático o por división de otro peroxisoma. Contiene en su interior enzimas tales como las catalasas que oxidan el peróxido de hidrógeno, sustancia tóxica para las células. Las células vegetales contienen un tipo especial de peroxisomas, llamados glioxisomas, las cuales contienen las enzimas necesarias para obtener azúcares a partir de ácidos grasos. Las peroximosas también participan en la síntesis de plasmalógenos, un tipo de fosfolípidos que hacen parte de membranas que cubren el corazón y el cerebro;  y promueven la degradación del ácido úrico, de los ácidos grasos y de los aminoácidos. 

Estas vesículas abundan en los riñones y el hígado del ser humano, donde desempeñan la función de desintoxicadores celulares.  Su ausencia o disminución debido a problemas genéticos, causa problemas como desintoxicadores celulares.  Su ausencia o disminución debido a problemas genéticos, causa problemas como el síndrome cerebrohepatorrenal o de Zellweger, provocando la acumulación de toxinas que se manifiestan en edemas y deformaciones en diferentes partes del cuerpo. 
Vacuolas e inclusiones celulares. Las vacuolas son sacos membranosos de mayor tamaño que las vesículas, se derivan del aparato de Golgi y del retículo endoplasmático y están presentes en las células vegetales, y en protistas como las euglenas y paramecios, que las utilizan para eliminar el exceso de agua. En las células vegetales las vacuolas ocupan casi el 90% de su espacio. En ellas se almacenan savia, que es una solución de azúcar y sales, pigmentos y sustancias de reserva tales como proteínas, lípidos y carbohidratos que conforman las semillas de trigo y los cotiledones de maní, entre otros ejemplos. Además, captan y degradan desechos celulares y sustancias tóxicas, con ayuda de las enzimas hidrolíticas. La función digestiva de las vacuolas es semejante a la de los lisosomas, en las células animales. Las células jóvenes tienen más vacuolas que las maduras, pero son de menor tamaño. Las inclusiones celulares son acumulaciones de sustancias poco solubles en agua, que no requieren membranas de aislamiento. Son ejemplo de ellas, los gránulos de glucógeno de las células hepáticas y las gotas de grasa típicas de las células del tejido adiposo. 

Plastos y pared celular en eucariotas vegetales Las células eucariotas de vegetales presentan algunos orgánulos exclusivos como los plastos o plastidios. Comparten con los hongos, otras estructuras como la pared celular. 
Plastos o plastidios Son orgánulos de forma elíptica que se encuentran en las células de los vegetales y las algas. Su estructura y función son similares a las de las mitocondrias y como ellas, se multiplican por bipartición. Como se observa en la figura 3.16., presentan una doble membrana, el espacio intermembranoso y la matriz plastidial o estroma contiene variedad de solutos iónicos y moleculares, gránulos de almidón, y diversas enzimas que se requieren para el proceso de fotosíntesis. 

 ¿qué relación tienen estas leyes con la célula y su metabolismo? ¿A qué se llama metabolismo celular? Las células llevan a cabo sus actividades para conservar la vida, solo a expensas de la energía que obtienen, en el caso de las células vegetales, del Sol, y en el caso de las células animales  de las transformaciones químicas de diversas sustancias. De manera general se considera que es dentro de la célula donde ocurren los procesos fundamentales de conversión de materia y energía. Todo esto requiere de un sofisticado conjunto de reacciones físico-químicas interconectadas unas con otras llamado metabolismo.  “Se conoce como metabolismo al conjunto de reacciones bioquímicas común en todos los seres vivos, que ocurren en las células para la obtención e intercambio de materia y energía con el medio ambiente y, a la síntesis de macromoléculas, a partir de compuestos sencillos con el objetivo de mantener  los procesos vitales  (nutrición, crecimiento,  relación y reproducción) y la homeostasis. Estas reacciones están catalizadas por enzimas específicas”. (L.M. Grijalva D. (2010, p.159). El conjunto de reacciones químicas que se producen dentro  de  la  cada  una  de  las  células  que  constituyen  un  ser  vivo  tienen  dos  finalidades,  descritas  en  el 

Cada una de las células que constituyen el cuerpo humano realiza una actividad metabólica, a través de la cual se puede absorber, transformar y eliminar diferentes tipos de sustancias. La incorporación de nutrientes como lípidos, hidratos de carbono, proteínas, etc., permite que  un organismo pueda cumplir diferentes funciones como crecer, reproducirse, responder a estímulos, entre otros.  La  finalidad  del  metabolismo  es  mantener  el  equilibrio  de  las  funciones  del  organismo,  sintetizando  los materiales  absorbidos  y  convirtiéndolos  en  energía  disponible  para  el  funcionamiento  celular,  según  se representa en la figura 4.5. ecoe  ediciones © Mediante el proceso metabólico, los nutrientes (lípidos, glúcidos,  proteínas) se transforman a nivel del organismo humano para producir la energía que se requiere en procesos tales como  regulación de la temperatura corporal, mantenimiento del equilibrio hídrico,etc.; en estas funciones intervienen el hígado, el páncreas, las hormonas, el estómago, los riñones, etc.

BIOLOGÍA #1

Biología como ciencia de la vida

Al inicio del bloque 1. 

Propósito: 

Se trata del objetivo  educativo que se pretende alcanzar con el bloque. 

2. Conocimientos Es el conjunto de saberes disciplinares desarrollados de forma ordenada y congruente con los fines formativos y académicos de tu libro. 

3. Aprendizajes esperados 

Son los que se espera que logre  el estudiante al terminar el semestre,  al realizar actividades de forma concreta, precisa y visual en situaciones de la vida personal, escolar y social, que a su vez están relacionados directamente con el “saber”, el “saber hacer”, el “saber ser” y el “saber convivir”. 

4. Habilidades:

 Hacen referencia al “saber hacer” , mediante acciones que fomenten el talento,  la pericia o la aptitud para desarrollar tareas específicas con eficiencia y eficacia. 

5. Actitudes Son predisposiciones aprendidas a responder de un modo consistente a un objeto social,  que comprenden el “saber ser”  y el “saber convivir” . Sirven para atender un propósito, una situación o una actividad, a su vez facilitan procesos de sensibilización y colaboración  para favorecer el proceso afectivo  y emocional.

 Evaluación diagnóstica 

Recuerdas tus conocimientos previos, mediante preguntas abiertas o de opción múltiple al inicio de cada bloque,  lo cual te permite identificar tus capacidades cognitivas con relación a las temáticas a desarrollar en la obra.

Características de la ciencia y del método científico 

Son características de la ciencia las siguientes: 

Sistemática. La sistematización que caracteriza a la ciencia se debe al orden que toma la organización de sus conocimientos al relacionar el desarrollo de las nuevas ideas de los avances científicos con las contribuciones que ya existen, dando como resultado un sistema de conocimientos con una secuencia ordenada de datos. 

Metódica. En la investigación científica no siempre se sigue de manera estricta los pasos de un método preestablecido, cada investigador o equipo de investigadores asume una actitud crítica para explorar e intentar descubrir las nuevas ideas. Sin embargo, en el curso de una investigación existen prácticas comunes que facilitan el proceso, como la observación, la hipótesis y la comprobación. La observación:  la curiosidad que caracteriza a todo investigador debe conducirlo a examinar cuidadosamente algo que le ha llamado la atención y que podemos llamarlo fenómeno, para ello se vale de sus sentidos y del apoyo de instrumentos como la lupa, el microscopio, la regla y otros. La información de la observación formarán los datos  del experimento, que deben registrarse para su posterior análisis. 

La hipótesis: es la suposición o explicación tentativa y lógica que el investigador da al fenómeno observado y que puede servir de guía a la investigación. 

La comprobación: en esta etapa de la investigación se somete a rigurosas pruebas la hipótesis dando como resultado su confirmación o su rechazo. 

Objetiva. 

Esta característica de la ciencia permite que todo observador perciba los hechos naturales de la misma forma, tal como son, sin factores subjetivos o sentimientos, de manera que le puedan dar una información confiable del mundo natural. 

Origen natural del fenómeno en estudio. Esto implica reconocer que el hecho que se estudia puede ser investigado como fenómeno natural y no sobrenatural como en un principio se le atribuía. 

Verificable. 

Es la confirmación o rechazo de la hipótesis, que sometida a las pruebas correspondientes llegan a confirmar o rechazar la explicación que se hace del fenómeno. Modificable. Cuando la hipótesis sometida a una serie de experimentos no se confirma, debido a que, aun teniendo un planteamiento general correcto, pero algunos datos estén equivocados, se reevalúa, se modifica y se vuelve a formular la hipótesis, esto significa que se hacen otras predicciones y se diseñan nuevos experimentos. Son características del método científico las siguientes: 

El método experimental 

una modalidad del método científico, es la serie ordenada de operaciones que la persona dedicada a la ciencia realiza ante un problema, cuestionado por algún fenómeno natural y que con base en experiencias ya adquiridas le conducen al logro de nuevos conocimientos o a consolidar los ya obtenidos. 

Los pasos fundamentales del método experimental son los siguientes: Observación ,  es ver detenidamente todas las características de algo que ha despertado nuestro interés, empleando los órganos de nuestros sentidos e instrumentos como lupas, microscopios, balanzas, reglas, etc., y reuniendo toda la información obtenida sobre los diferentes rasgos que presenta el fenómeno. Este paso se conserva durante todo el proceso. Planteamiento del problema ,  consiste en formular preguntas sobre lo observado, analizar toda la información obtenida, estableciendo comparaciones de semejanza y diferencia con casos ya conocidos, para precisar el problema que adquiere el rango de objetivo central. Este paso se encuentra estrechamente relacionado con la observación, ya que ésta podrá tener sus mejores resultados le sigue una buena calidad de an álisis consecuencia  de un cúmulo de información que se llegue a reunir sobre el objeto de estudio.

Formulación de hipótesis.  La hipótesis es la explicación tentativa o suposición con base en conocimientos adquiridos de la causa del fenómeno; puede surgir como respuesta a la pregunta o preguntas formuladas al plantearnos el problema, porque pretende dar una explicación de lo que se estudia y que pudiera ser verificado. A través de la hipótesis se llega a entender las relaciones que puede haber entre los diferentes aspectos observados, la hipótesis jamás podrá ser una conclusión, ya que debe someterse a las rigurosas pruebas críticas de un proceso experimental.

Planeación y diseño del experimento ,  es el plan de actividades que nos proponemos realizar para comprobar nuestra hipótesis. En él incluimos los objetivos del experimento, los antecedentes de conocimiento, una investigación bibliográfica previa sobre el caso, la relación del material y equipo que se va a emplear, el procedimiento experimental y, al final, los resultados y conclusiones que se obtengan. En el diseño de un experimento controlado también es importante  tomar en cuenta las variables; una variable es el factor causante del cambio que se puede observar en el experimento. La condición a que se somete el experimento para probar la hipótesis se llama variable independiente, experimental o manipulada y el cambio observable o medible que resulta del efecto de la variable independiente se denomina variable dependiente o de respuesta. Por ejemplo, en un experimento controlado, se emplean dos terrenos con similares características de suelo y clima, en ambos se va a cultivar maíz; para comprobar la hipótesis que fertilizando el suelo con nitrógeno se desarrolla mejor la planta y su producción se incrementa;  a un terreno, cuyas plantas vamos a llamarle grupo experimental, se le agrega el fertilizante y al otro que va a producir las plantas sin fertilizante grupo de control. En este  caso la variable independiente o experimental es el fertilizante de nitrógeno que se le aplica al suelo y los efectos que cause en el cultivo será la variable dependiente o de respuesta. 

Las principales ciencias con las que la biología se relaciona son las siguientes: 

Geografía. Esta ciencia apoya a la biología cuando se toma en cuenta el lugar y las condiciones ambientales del fenómeno biológico que se estudia. 

Matemáticas. Con mucha frecuencia los experimentos requieren ser cuantificados, para ello se recurre a las matemáticas; por ejemplo, para medir la velocidad de una reacción o para calcular el crecimiento y la densidad de una población. 

Química. Se recurre a esta ciencia cuando se quiere estudiar la estructura molecular de los seres vivos, la importancia de su apoyo ha dado lugar a la formación de la ciencia llamada bioquímica . Física. Esta ciencia apoya a la biología para conocer los cambios de la materia y la energía en los seres vivos, su importancia ha favorecido al desarrollo de la disciplina llamada biofísica . 

Ciencias sociales. 

Con este nombre se identifican las ciencias encargadas de estudiar al ser humano como la sociología, la antropología, la economía, la historia y otras, su apoyo a la biología ha consistido, que del desarrollo de la sociedad humana ha dependido el avance de la ciencia de la vida. Además, hay que tomar en cuenta la gran influencia que el ser humano ha ejercido en el medio natural y el impacto que tienen los logros de la nueva biotecnología en la sociedad como la manipulación del material genético, las plantas y los animales transgénicos entre otros. 

Informática. Los sistemas de transmisión de información por medio de la computadora ha sido de mucha importancia en el desa

  Niveles de organización  de la materia viva 

El estudio de los seres vivos revela que éstos son sistemas organizados de manera jerárquica en niveles estructurales; esos grados de complejidad estructural son los llamados niveles de organización de la materia.  Cada nivel de la materia posee propiedades distintas a las de su nivel inferior. 

Nivel químico. Es el nivel más simple de la materia viva, en él se incluyen el nivel subatómico, el atómico y el molecular. Los seres vivos al igual que los objetos inanimados están formados de átomos y moléculas, sólo que en los organismos o seres vivos estos componentes químicos se unen en diferentes combinaciones específicas formando una secuencia en grado de complejidad creciente de la materia viva. La materia viva está formada de elementos, cada uno es un solo tipo de materia y cuya unidad básica es el átomo. 

El átomo está formado por electrones, con carga negativa ( 2 ), protones, con carga positiva ( 1 ) y neutrones que son neutros. La molécula está constituida por los átomos al combinarse en forma específica; por ejemplo, la molécula del agua resulta de la unión, por medio de enlaces químicos, de dos átomos de hidrógeno unido a uno de oxígeno. En el nivel de átomos el hidrógeno y el oxígeno son gases y se transforman en líquido al unirse y formar la molécula de agua en el nivel siguiente, con propiedades distintas a las que tenían. Por tanto, cada nivel posee propiedades diferentes a las de su nivel anterior. Macromolécula, es una molécula grande, porque es un polímero que resulta de la unión de muchas moléculas que son monómeros; por ejemplo, el almidón es un polisacárido, es una macromolécula compuesta de un polímero de glucosa (monómeros); las proteínas son macromoléculas formadas por polímeros de aminoácidos y los ácidos nucleicos son polímeros de nucleótidos. Las macromoléculas forman parte importante de la masa celular. Un ejemplo lo constituye el adn (ácido desoxirribonucleico) molécula considerada como una cinta portadora de la información genética. Nivel celular. Las propiedades de la vida aparecen con el nivel de organización de la célula, que es la unidad básica de los seres vivos. Está formada por una membrana y un citoplasma, en ella se ubica los genes que regulan la actividad de la propia célula. Existen dos tipos de células: las procariotas o procariontes y las eucariotas o eucariontes. Las células procariotas son aquellas que no tienen núcleo definido, su material genético se encuentra disperso en el citoplasma, generalmente localizado en la región llamada nucleoide . Son ejemplos de células procariotas las bacterias y las arqueobacterias. Las células eucariotas son las que sí tienen núcleo, rodeado por una envoltura nuclear y en su interior se localiza su material genético. Los organismos de los reinos Protista, Fungi (hongos), Plantae (plantas) y Animalia (animales) tienen células eucariotas. En los unicelulares todas las funciones vitales se realizan en la única célula que los forman. Son ejemplos de organismos unicelulares procariontes: las bacterias y las arqueobacterias; y unicelulares eucariotas o eucariontes: los protozoarios, algunas algas y los hongos unicelulares.  Nivel tisular  o de tejidos. En los organismos pluricelulares las células diferenciadas (especializadas en determinada actividad) forman tejidos, con capacidad de desempeñar funciones específicas; por ejemplo, el tejido nervioso regula las respuestas que el organismo da a los estímulos de su entorno, el sanguíneo transporta el oxígeno y otros nutrientes a las células y de ellas recoge el dióxido de carbono y otros desechos para su eliminación, el epitelial además de cubrir la piel y cavidades algunos tienen función de secreción y absorción. Nivel de órganos. En este nivel diferentes tejidos se organizan en estructuras funcionales que reciben el nombre de órgano;  por ejemplo, el estómago que es una bolsa muscular donde se lleva a cabo la digestión gástrica, el corazón órgano muscular que bombea la sangre, los riñones órganos del sistema excretor, en ellos se forma la orina por filtración de las sustancias de desecho que transporta la sangre. Nivel de sistemas. La unión de órganos que desempeñan una función común, forma el nivel de aparatos y sistemas; por ejemplo, el estómago pertenece al aparato digestivo, el corazón al sistema circulatorio o de transporte y los riñones al sistema excretor o urinario. Nivel individual. Todos los aparatos y sistemas funcionan de manera coordinada y forman al individuo pluricelular o multicelular; por ejemplo, una planta o un animal es un individuo. 

Nivel ecológico. Este nivel lo forman las poblaciones, las comunidades, los ecosistemas y la biosfera. Las poblaciones. Cada población está formada por un conjunto de individuos de la misma especie que habita en un área determinada; por ejemplo, un conjunto de álamos en cierta superficie forman una población de esa especie de árboles y un grupo de cabras que habita en una determinada área es otra población de una especie de animales. 

Las comunidades. La comunidad la  forman todas las poblaciones de las distintas especies que comparten la misma zona. Por ejemplo, las bacterias y los hongos, las plantas y los animales adaptados a vivir en un determinado medio forman esa comunidad. Los ecosistemas. Son las unidades ecológicas donde cada comunidad de organismos habita en estrecha relación con su medio físico. Por ejemplo, un bosque, una pradera, un río o un lago. La biosfera. Con este nombre se designa a todos los seres vivos del planeta; es decir, la parte terrestre compuesta de aire, suelo y agua.

Características  de los seres vivos Los seres vivos 

presentan características que les son comunes como: Estructura. La unidad estructural y funcional de los seres vivos es la célula , los organismos unicelulares como las bacterias y protozoarios realizan todas sus funciones en la única célula de la cual están estructurados, en cambio, en los pluricelulares como las plantas y los animales, los procesos de todo su organismo se rige por todas las funciones que de manera coordinada realizan sus células. Organización.  La materia sin vida, como las rocas, aunque contengan diversos minerales y muestren cierta complejidad en su composición, la organización de sus componentes es simple, a diferencia de cualquier ser vivo que además de poseer una estructura compleja, ésta se encuentra organizada. La estructura básica de los seres vivos es la célula . 

La célula se encuentra delimitada por una membrana y en su interior se encuentran los organelos que al funcionar organizadamente, regidos por la información de los genes conservan la vida de la célula. En los multicelulares las células similares forman tejidos  y realizan funciones específicas; por  ejemplo, las células nerviosas (neuronas) forman el tejido nervioso. Algunos tejidos se agrupan formando órganos , que pueden tener una o varias funciones, ejemplo, los tejidos nerviosos forman el cerebro , que es el órgano más voluminoso y complejo del encéfalo. Los órganos se unen formando sistemas ; por ejemplo, la médula espinal, el bulbo raquídeo, el cerebelo y el cerebro forman el sistema nervioso central , que se encarga de recibir la información sensorial de todo el cuerpo y a través de diversas interconexiones emite las respuestas apropiadas. 

Metabolismo.  Los seres vivos toman de su medio externo materia y energía en forma de alimento, esta energía nutriti Figura 1.4 va sufre una serie de transformaciones en las células llamada metabolismo  con la participación de sustancias orgánicas específicas que reciben el nombre de enzimas . Por medio del metabolismo las células degradan y sintetizan moléculas, así como también transportan y almacenan diversos compuestos, reparan las estructuras del mismo material vivo y eliminan las sustancias que ya no son aprovechables, lo que permite mantener la vida del organismo, su  crecimiento y su desarrollo. Otra característica que hace diferente a los objetos de los seres vivos es su incapacidad de reparar por mecanismos propios los desgastes que llega a sufrir el material de su estructura, como lo hace la materia viva. Homeostasis. Los seres vivos tienen la capacidad de regular sus procesos metabólicos y así mantener relativamente constante sus condiciones internas, a diferencia de su medio externo que presenta cambios. A través del proceso homeostático los organismos mantienen equilibradas las concentraciones de diversos materiales que requieren para vivir y eliminan sustancias de desecho.  Crecimiento.  Como una consecuencia de los procesos metabólicos el organismo crece , proceso que consiste en un incremento gradual de su tamaño, por el crecimiento de sus estructuras internas. Difiere del crecimiento de la materia inanimada (que no tiene vida) como los cristales y otros minerales que pueden aumentar de tamaño por la simple agregación de partículas en su pared externa. Reproducción.  Los seres vivos producen organismos semejantes a ellos, a quienes les transfiere un código genético, que es la clave de su organización tanto en su estructura como en sus funciones vitales. Ese código tiene la capacidad de presentar cambios o mutar durante su largo proceso de evolución. Adaptación.  Para que los seres vivos llegaran a la etapa actual de su evolución tuvieron que sufrir una serie de transformaciones a través de millones de años, para ir adecuándose a las condiciones cambiantes de su medio. Esa capacidad de adecuación al medio que los seres vivos realizan debido al acervo genético que han heredado de sus ancestros, es lo que se llama adaptación . Los grupos que presentaron los rasgos que los convertían en mejores adaptados al medio  fueron los favorecidos por la naturaleza, sobreviviendo a las condiciones cambiantes de ese medio y al reproducirse transmitieron los rasgos de mejor adaptación al ambiente a sus descendientes; esta serie de cambios que se ha presentado en los seres vivos a través del tiempo es lo que ha propiciado su  proceso evolutivo . 

Irritabilidad  es la capacidad de los seres vivos de responder ante los estímulos del medio. Los seres vivos manifiestan cierta reacción ante diversos estímulos que reciben de su ambiente. Por ejemplo, la irritabilidad química  se puede manifestar cuando al contacto con alguna  sustancia química el individuo reacciona de cierta manera, esto se puede observar al microscopio en una preparación de microorganismos, como los paramecios, al agregar a la preparación unos granos de sal, vemos que éstos responden alejándose de esta sustancia. La irritabilidad física  se puede presentar en esa misma preparación con el cambio de intensidad de la luz o calor, al observar que los microorganismos tratan de huir de la luz que les llega de la fuente de iluminación. Irritabilidad etológica  (de comportamiento), ¿qué le sucede al perro o al gato cuando olfatea la comida? Empieza a producir saliva y a realizar toda una serie de acciones para aproximarse al sitio donde se encuentra el alimento, éstas son reacciones de comportamiento que manifiestan estos animales. 

Componentes químicos de los seres vivos

Carbohidratos 

Los carbohidratos o hidratos de carbono son los azúcares, , están compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno, en la proporción de un átomo de carbono por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, su fórmula general es (CH2O) n . Los azúcares y el almidón son fuentes importantes de energía para las células, en tanto que, la celulosa participa en la composición de las paredes de las células vegetales. Los carbohidratos pueden ser monosacáridos o azúcares simples, oligosacáridos, entre éstos los más comunes son los disacáridos que son azúcares dobles compuestos de dos monosacáridos y lo s polisacáridos que son polímeros formados de muchas moléculas de azúcar.

Los lípidos 

forman un grupo de compuestos orgánicos, cuyas moléculas presentan múltiples características en cuanto a su tamaño, forma y composición, se distinguen  más por su propiedad común de ser solubles en solventes orgánicos como el cloroformo, la gasolina, el alcohol, el éter y el benceno. Por su importancia biológica destacan sus funciones como moléculas estructurales de las células, fundamentalmente como componentes de los sistemas membranosos y de servir como medio de reserva energética.

Entre los diversos grupos de lípidos se encuentran las grasas, los aceites, los esteroles, las ceras y los fosfolípidos. Triglicéridos. Las grasas y los aceites son compuestos formados por tres cadenas de ácidos grasos unidas a los tres grupos hidroxilo ( 2 OH) de la molécula de glicerol, por eso se les denomina triglicéridos y dado que la unión de cada ácido al hidroxilo es por enlace éster, también se le llama triester. Los ácidos grasos y las grasas que forman suelen clasificarse por su nivel de saturación, es decir, por la cantidad de hidrógeno que presentan sus largas cadenas de carbono, así cuando están formados por enlaces sencillos carbono-carbono, poseen el mayor número de hidrógeno en sus moléculas y se les llama grasas saturadas ,  como la grasa animal, en cambio cuando presentan dobles enlaces entre pares de carbonos que hace que se reduzca el número de enlaces laterales de hidrógeno, se les denomina grasas insaturadas ,  como el aceite vegetal. Fosfolípidos. Los fosfolípidos se asemejan a un triglicérido, la diferencia está en que en el fosfolípido el tercer ácido es sustituido por un grupo de fosfato que generalmente va unido a otras moléculas orgánicas. A veces lo s fosfolípidos forman parte de los alimentos como lecitina presente en la yema del huevo, otros se encuentran formando parte del tejido nervioso, pero son más conocidos por su participación en la composición de los sistemas membranosos de las células, como la membrana plasmática que las envuelve y las estructuras membranosas localizadas en su interior. El extremo del fosfato es polar, es decir, que tiene carga eléctrica y que le confiere la característica de ser hidrofílico (soluble en agua), en tanto que la mayor parte de la molécula es apolar, hidrofóbica (insoluble en agua), de esta propiedad de los fosfolípidos depende la estructura y función de las capas polares y apolares de la membrana plasmática. Esteroides. Son estructuralmente diferentes a los triglicéridos y a los fosfolípidos, pero por su característica de ser insolubles en agua se incluyen en la clasificación de los lípidos, están formados por cuatro anillos de carbono entrelazados, de los cuales tres tienen seis carbonos (ciclohexano) y el cuarto cinco (ciclopentano). Tienen funciones diferentes, algunos son hormonas como el estrógeno, la progesterona y la corticosterona, pero quizá el esteroide que más se conoce es el colesterol, que  participa en la 

La célula y su metabolismo

Habilidades   Describe el concepto de célula, sus características, estructura y función como parte de un ser vivo.   Distingue los procesos metabólicos celulares para la producción y transferencia de la energía.   Identifica los tipos de nutrición existentes en los organismos.

Aprendizajes esperados  

Demuestra la importancia de la célula como elemento fundamental de los seres vivos,  identificando los diferentes tipos de éstas y su ubicación dentro del entorno natural.  Ilustra los procesos metabólicos de la célula, así como con los tipos de nutrición existentes en los organismos reflexionando su relación con la obtención de energía que necesitan los seres vivos para realizar sus actividades cotidianas.

Qué es la célula en cuanto a su estructura y función y qué relación tiene con la energía que utilizamos para realizar todas nuestras actividades. La célula es la unidad más pequeña donde ocurren todas las actividades propias de los seres vivos, está formada fundamentalmente por una membrana  que la delimita y a través de la cual intercambia materia y energía con su entorno. En el interior de las células eucariontes existen organelos y compartimientos a diferencia de las procariontes, a partir de las cuales evolucionaron, que sólo disponen de un compartimiento donde se realizan todas sus funciones, delimitado por una membrana. En las células eucariontes gran parte de la información genética almacenada en el adn  se encuentra en un comportamiento que es el núcleo , en tanto que los organelos se localizan en el citoplasma . Existe una interacción e interdependencia en las funciones de los componentes de la célula y hacen que ella funcione como un sistema biológico, ya que trabajan en conjunto de manera coordinad.

 Teoría celular Los antecedentes históricos de la teoría celular se resumen en los siguientes acontecimientos:  En 1665 Robert Hooke, científico inglés, fue el primero en emplear el término célula , tras observar, con un microscopio que fabricó, unas pequeñas cavidades de células muertas en forma de panal, contenida en el corte de un trozo de corcho, que les sugirieron cierto parecido a las celdas donde habitaban los monjes de los monasterios y les llamó cellulae,  que en latín significa habitación pequeña .  En 1674 Antonio Van Leeuwenhoek, empleando un microscopio de una sola lente, pudo observar bacterias, protozoarios también eritrocitos y espermatozoides. La teoría celular  llega a concretarse más tarde; con otras investigaciones de científicos del siglo xix  se descubre que la célula es la unidad que participa en la composición de todos los seres vivos, a esta conclusión llegaron dos científicos alemanes, el botánico Matthias Schleiden en 1838 y el zoólogo Theodor Schwann en 1839, lo que les llevó al razonamiento que todas las plantas y animales están formados por células, más tarde, Rudolf Virchow,  después de observar que las células se dividen y producen nuevas células, propuso en 1855 que toda célula proviene de la división de células que ya existen. Las aportaciones de estos investigadores contribuyeron al desarrollo de la teoría celular, cuyos postulados o principios se interpretan de la manera siguiente: Unidad de estructura. Todos los organismos están formados por células, que son su unidad estructural más pequeña. Unidad de función. Las células son las unidades funcionales de todos los organismos, es decir, todas las funciones metabólicas del organismo como nutrición, respiración y excreción suceden en la célula, considerada un sistema abierto porque intercambia con su medio externo materia y energía, manteniendo un permanente estado de equilibrio dinámico interno denominado homeostasis. Unidad de origen. Las células se forman sólo por la división de las preexistentes. Este principio identifica a la célula como la unidad básica de multiplicación.

Estructura y función de:   Membrana plasmática ,  está formada por una doble capa de fosfolípidos, con sus colas hidrofóbicas (no interaccionan con moléculas de agua), orientadas hacia el interior y sus cabezas hidrofílicas (que pueden enlazarse con moléculas de agua), al exterior. En esta bicapa se encuentran inmersas moléculas de proteínas integrales de la membrana  y el colesterol se localiza entre las colas hidrofóbicas. Esta membrana envuelve y delimita la célula y regula el transporte de sustancias entre el medio interno y el externo. En las células eucariontes, los compartimientos y organelos también están definidos por membranas, que los separa de los demás componentes citoplasmáticos, para realizar sus funciones específicas. 

Citoplasma. Es el contenido celular localizado entre la membrana plasmática y el núcleo (cuando se trata de células eucariontes), es decir, incluye los organelos y el medio acuoso que los rodea, a diferencia del citosol ,  que es la parte líquida del citoplasma, excluyendo a los organelos membranosos como el núcleo, el retículo endoplásmico, el aparato golgi.

Núcleo ,  es el organelo más prominente, de forma esférica u oval, localizado cerca del centro de la célula, su contenido se encuentra separado del citoplasma por una envoltura nuclear compuesta por dos membranas, que aunque tienen una separación de 20 a 40 nm, en los poros nucleares se fusionan, éstos regulan la entrada y salida de materiales del núcleo. Su adn  estructura los genes y los genes especifican las proteínas celulares por medio de su transcripción al arn  mensajero. Nucléolo ,  los núcleos suelen disponer de uno o más nucleolos (no membranosos), que participan en la formación de los ribosomas.

El retículo endoplásmico rugoso , junto con los ribosomas desempeñan una función básica en la acumulación y procesamiento de proteínas que la célula expulsa por exocitosis a través del aparato de Golgi. El retículo endoplásmico, participa con los microtúbulos y los microfilamentos en el sostén mecánico del coloide citoplasmático, pero su principal función es la de actuar como un sistema de circulación de diversos materiales dentro de la célula.

Retículo endoplásmico liso ,  sus enzimas participan en procesos como síntesis de lípidos, metabolismo de carbohidratos y en la desintoxicación de fármacos y sustancias tóxicas, particularmente en células hepáticas

Mitocondrias ,  son cuerpos ovoides o cilíndricos formados por una doble membrana, una externa lisa y una interna replegada en forma de crestas. Las mitocondrias contienen  las enzimas que oxidan la glucosa durante la respiración, obteniendo de este proceso la energía en forma de atp  que la célula emplea para realizar sus diversas actividades. 

Cloroplasto ,  organelo de células vegetales y protistas fotosintéticos, encargado de absorber la energía luminosa del Sol, que emplea para sintetizar compuestos orgánicos en la fotosíntesis, utilizando el dióxido de carbono y agua. Aparato de Golgi ,  tiene forma de pila de sacos o cisternas de membranas lisas y aplanadas, localizadas cerca del núcleo, procesa las sustancias que recibe del retículo endoplásmico y empaca los productos de secreción.

Vacuolas ,  son vesículas delimitadas por una membrana, cuyo contenido puede ser sustancias nutritivas o de desecho. En células vegetales generalmente son grandes. 

Lisosomas ,  son de diversas formas y tamaño, contienen enzimas que involucradas en la digestión celular, al hidrolizar las macromoléculas de los nutrientes.

Organelos sin membrana 

Ribosomas ,  

son gránulos con un diámetro aproximado de  23 nm, a veces se encuentran libres y otras adheridos a la pared externa del retículo endoplásmico o a la envoltura nuclear, están formados por arn y proteínas, poseen dos subunidades, una grande y otra pequeña. En los ribosomas se realiza la  síntesis de proteínas.  

La membrana plasmática como medio  de transporte de sustancias La membrana celular llamada también membrana plasmática ,  envuelve y delimita a la célula, separándose de su medio extracelular, en tanto que las membranas intracelulares separan entre sí diferentes estructuras, originándose muchos compartimentos con distintas funciones. Estas membranas son estructuras laminares de 6 a 10 nm de grosor. La membrana plasmática funciona como una barrera selectiva entre el interior de la célula y su entorno, esto quiere decir, que todas las moléculas que penetran o salen de ella pasan a través de esta membrana, fenómeno llamado permeabilidad o con mayor propiedad diferencialmente o selectivamente permeable, ya que permite el paso de ciertas moléculas e iones, impidiendo el paso de otras. En distintas etapas del desarrollo de la Citología, que es la disciplina biológica encargada de estudiar la célula, se han propuesto diferentes modelos de la membrana plasmática, el que se acepta actualmente es el del mosaico fluido, propuesto por S. J. Singer y G. Nicolson a principios de la década de los setenta, según este modelo la membrana está formada por una bicapa de fosfolípidos cuyas colas apolares hidrofóbicas se orientan hacia el centro de la bicapa entrelazándose, en tanto que los extremos polares corresponden a las cabezas hidrofílicas se proyectan hacia su superficie interna y externa, las moléculas de proteínas están intercaladas dentro de la bicapa de fosfolípidos, las que se encuentran unidas a la superficie polar de los fosfolípidos se les llama proteínas periféricas o extrínsecas y las que penetran la bicapa o se encuentran cubriendo la membrana son proteínas integrales o intrínsecas. A veces las proteínas periféricas o las integrales que salen a la superficie de la membrana son glucoproteínas, es decir, son proteínas que contienen carbohidratos, que se  cree desempeñan diversas funciones, entre las que se encuentra la unión que se establece entre una célula y otra. Se ha llegado a demostrar que las moléculas de proteínas pueden moverse lateralmente a través de la bicapa.

Transporte pasivo Este tipo de transporte se realiza cuando el acarreo de moléculas a través de la membrana sólo responde a las leyes de la física, en favor del gradiente de concentración (de un medio de mayor concentración a otro de menor) y sin gasto de energía. Como es de suponerse las moléculas más pequeñas se transportan con mayor facilidad que las grandes, asimismo las sustancias sin carga eléctrica o con menor carga también se movilizan a través de la membrana con mayor facilidad. Los 
procesos de difusión y ósmosis son ejemplos de transporte pasivo. 

Difusión ,  es el movimiento neto de las moléculas o iones de un medio de mayor concentración a otro de menor concentración, hasta igualarse las diferencias y se alcance el estado de equilibrio dinámico y su distribución sea homogénea en ambos medios, ejemplo: la incorporación de algunas gotas de colorante, de un terrón de azúcar o de unos granos de sal en agua contenida en un vaso, nos permitiría observar cómo gradualmente se iría distribuyendo este material de la zona de su mayor concentración a la de menor concentración hasta formar una solución homogénea. Lo mismo sucedería si se dejara abierto el frasco de algún perfume en una habitación, la fragancia se incorporaría al medio atmosférico de ese espacio en un determinado tiempo. Difusión facilitada.  Es el transporte pasivo de sustancias a través de proteínas integrales de la membrana plasmática. En la bicapa lipídica de la membrana se encuentran muchas proteínas, algunas de ellas llamadas acarreadoras  o de transporte  permiten el paso de diversos materiales como glucosa, iones o aminoácidos, de su medio de mayor concentración a la de menor, a través de la membrana plasmática. Para ello la proteína de transporte sufre cambios conformacionales, es decir, cambia su forma, se une a la molécula que se ha de transportar, la transfiere del lado opuesto y la libera. 

Ribosomas Son partículas esféricas más abundantes en la célula. Están formados por ARN r ( arn  ribosomal) y proteínas. Se encuentran tanto en procarióticas como en eucariótica s, sólo que en células eucarióticas son un poco más grandes. Se localizan en el citoplasma en forma libre o unidos al retículo endoplásmico. Los ribosomas están constituidos por dos subunidades de diferentes tamaños, cuyas proporciones varían según se trate de células procarióticas o eucarióticas. Los ribosomas son sitios donde se sintetizan las proteínas. En ellos se sitúa el arn m ( arn  mensajero), en el que ha sido transcrito el mensaje codificado del adn  en el núcleo, con las instrucciones de una secuencia correcta de aminoácidos para que se pueda formar la cadena polipeptídica de la proteína.

Aparato de Golgi en sus funciones de:  tráfico, procesamiento y empacamiento  de los productos de secreción Las proteínas recién fabricadas por el retículo endoplásmico se incorporan en pequeñas vesículas de transporte —formadas a partir de la membrana del retículo endoplásmico—, que  trasladan las proteínas hacia el aparato de Golgi. Las vesículas se fusionan con la cara cis del Golgi y forman nuevas cisternas, constituyendo una red membranosa conocida como retículo cis-Golgi . Las proteínas residentes en el retículo endoplásmico que se escapan hacia el retículo cis-Golgi se recuperan a través de vesículas de transporte retrógrado que las devuelven al retículo endoplásmico. De la cara cis las proteínas pasan a las cisternas de la región medial y después a la cara trans-Golgi. Las proteínas avanzan de una cisterna a otra hacia la cara trans  a través de unas vesículas que se forman por gemación en el borde de las cisternas. La vesícula traslada el material de la cisterna donde se desprendió a la cisterna que recibe su contenido y con la cual se fusiona. 


Retículo endoplasmático El retículo endoplasmático o endoplásmico, es una bolsa membranosa con una serie de canales o cisternas en su interior, formada por plegamiento de una estructura laminar lipoproteica, que atraviesa el citoplasma, es el sistema membranoso más extenso en la mayoría de las células. El sistema de membranas que forma el retículo endoplásmico divide al citoplasma en dos partes: una interna llamada lumenal o intracisternal y otra externa denominada hialoplasma o citosol. En la fase hialoplasma o citosol se encuentran los ribosomas que son unos gránulos densos, donde se realiza la síntesis de proteínas. Cuando los ribosomas se encuentran  adheridos a la pared externa del retículo endoplásmico le dan un aspecto rugoso y por lo mismo se le llama retículo endoplásmico rugoso ( rer ) y cuando no contiene ribosomas, es decir, cuando éstos se encuentran libres en el citosol, el retículos endoplásmico adquiere el aspecto liso, llamándole retículo endoplásmico liso ( rel ). El sistema membranoso del retículo endoplásmico rugoso se encuentra dispuesto a manera de pilas tomando la forma de sacos aplanados, en cambio el del retículo endoplásmico liso se encuentra organizado en forma de una extensa red de canales. 
El retículo endoplásmico es más abundante en las células animales. El retículo endoplásmico rugoso ( rer ) es más frecuente en las células que desarrollan una mayor actividad de síntesis de proteínas, como las células pancreáticas que sintetizan enzimas, en tanto que el retículo endoplásmico liso ( rel ) se localizan más en células que sintetizan carbohidratos, hormonas esteroides y lípidos. El re  participa en la síntesis, acumulación y transporte  de proteínas y otros materiales dentro de la célula. Figura 3.10 Retículo endoplásmico. Los centros de almacenamiento y procesamiento de sustancias: vacuolas, vesículas, peroxisomas y lisosomas 

Las vacuolas Son cuerpos parecidos a las burbujas, limitados por una membrana, cuyo contenido es químicamente  variable, dependiendo de la célula donde se encuentren y la función que realicen. Transportan sustancias en solución o suspensión, algunas veces formadas de material alimenticio y otras de desecho del metabolismo celular. Las células vegetales maduras disponen de una vacuola central grande donde almacenan la savia celular, compuesta de sustancias en solución como sales, azúcar es, ácidos grasos o pigmentos. Las vesículas Son pequeños sacos rodeados de membrana, que transportan sustancias de un organelo a otro. Se forma como un brote o yema (gemación), que se origina en la membrana del compartimiento u organelo y transporta su contenido a otra estructura de la célula, donde se fusiona con su membrana para transferir allí el material. Los peroxisomas Son pequeños cuerpos ovoides delimitados por una membrana. En 1954, los peroxisomas fueron descubiertos por J. Rhodin en el tejido del riñón de las ratas. En 1965 De Duve también encontró estos microcuerpos en células del hígado de las ratas. Les asignó el nombre de peroxisomas al descubrir que contenían enzimas oxidasas, cuya función es la de transferir los átomos de hidrógeno al oxígeno molecular, formando peróxido de hidrógeno (2H 2 O 2 ). Se cree que los peroxisomas se originan del retículo endoplásmico liso. Con frecuencia se localizan cerca de las mitocondrias y los cloroplastos. 

Lisosomas Son pequeños organelos delimitados por una membrana, estructuralmente heterogénea, de diversas formas y tamaño, con un diámetro de 0.1 a 0.8 μm, que contienen varias enzimas hidrolíticas, sintetizadas por los ribosomas del re  y empacadas por el aparato de Golgi, dichas enzimas participan en la digestión intracelular, al degradar las sustancias biológica s, transformándolas en moléculas más pequeñas. Este organelo fue descubierto en 1949 por Christian De Duve, al aislar partículas con elevado contenido de fosfatasa ácida y otras enzimas hidrolíticas, en 1955 se les dio el nombre de lisosomas (del griego lysis : destrucción o disolución y soma : cuerpo), para digerir las moléculas biológicas el lisosoma vierte sus enzimas a una vacuola llamada endosoma , que se ha formado por fagocitosis o pinocitosis del material extracelular que se incorpora al citoplasma, participando así en la digestión de las proteínas, polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicos, contenidos en la vacuola endosoma. Esta digestión se llama heterofagia. Sólo en las células especializadas en la fagocitosis, como en los macrófagos  y neutrófilos  (en vertebrados), que pueden ingerir partículas grandes y microorganismos, se puede formar un fagosoma , que al fusionarse con un lisosoma primario, es digerido el material que contiene por las enzimas. Los lisosomas también realizan la función de autofagia (comerse a sí mismo), cuando las enzimas lisosomales contenidas en las vacuolas fágicas actúan sobre algunos componentes celulares que ya se encuentran dañados o viejos para que sean digeridos, de esta forma se renuevan no sólo los organelos celulares sino también células completas, este proceso es frecuente en los tejidos que sufren cambios estructurales como la metamorfosis en los insectos. Se llaman lisosomas primarios o gránulos de reserva, las pequeñas vesículas cuyo contenido enzimático, aún no realizan su acción en la hidrólisis y como ya se explicó dichas enzimas (hidrolasas ácidas) son sintetizadas en los ribosomas del re  para su posterior transferencia al aparato de Golgi, donde después de haberse procesado en las cisternas salen de la superficie trans del Golgi, delimitados por una membrana en forma de lisosomas primarios. Los lisosomas secundarios pueden ser de dos tipos: vacuolas heterofágicas, heterolisosomas o fagolisosomas y  vacuolas autofágicas o autolisosomas.

 Aspectos relacionados  con el metabolismo 

El conjunto de las reacciones químicas presente en las células y de donde éstas obtienen la energía necesaria para realizar todas sus funciones, se llama metabolismo.  Todas las células, dígase de organismos unicelulares o componentes de tejidos, tanto vegetales como animales, utilizan los mismos mecanismos en sus funciones transformadores de energía que tienen lugar durante su permanente flujo energético. Anabolismo y catabolismo La serie de reacciones químicas por la cual la célula consume o sintetiza moléculas con las consecuentes transformaciones energéticas, recibe el nombre de  metabolismo . El metabolismo consta de dos procesos fundamentales: el  anabolismo y el catabolismo.

Anabolismo ,  

durante el anabolismo se sintetizan moléculas complejas a partir de moléculas sencillas, como la polimerización de monosacáridos para formar polisacáridos como el almidón y el glucógeno. Un ejemplo de la actividad anabólica es la realizada por los cloroplastos en la fotosíntesis. 

Catabolismo , 

 un proceso antagónico se presenta en las reacciones del catabolismo, donde las moléculas complejas son degradadas hasta moléculas más sencillas, ejemplo: la degradación de los polisacáridos, almidón y glucógeno en glucosa. Un caso de la actividad catabólica es la que La realizan las mitocondrias en la respiración aeróbica. 

Energía, ATP  y enzimas ¿Qué es la energía?   

La energía se ha definido como la capacidad de producir trabajo y se le divide en potencial y cinética. La energía potencial es aquella almacenada, como la contenida en los acumuladores y la energía cinética es la activa, como la que procede del acumulador para poner en marcha al motor. La energía suele manifestarse en diferentes formas, las más frecuentes son: mecánica, eléctrica, radiante y química. La energía mecánica es la que se emplea para mover algún material como la que utiliza el músculo esquelético en sus movimientos al desplazarse o para realizar cualquier otra actividad. La energía eléctrica se manifiesta en el flujo de electrones a través de un conductor. La energía radiante es como la luz y el calor que viajan en ondas. La energía química es aquella almacenada en los compuestos orgánicos que los vegetales producen a partir de agua (H2O), bióxido de carbono (CO 2 ) y energía solar durante el proceso de fotosíntesis.

Energía y seres vivos La energía que fluye en el mundo biológico procede originalmente del Sol como energía radiante, de la cual sólo una mínima proporción es fijada por los autótrofos durante el proceso fotosintético. La mayor cantidad de esa irradiación solar se consume en el espacio cósmico o se refleja por la atmósfera de la Tierra, y de la cantidad que logra atravesar la atmósfera, la mayor proporción es absorbida por los cuerpos inorgánicos y reflejada al ambiente en forma de calor.

ATP  (adesnosín trifosfato) (  El atp  (adenosín trifosfato o trifosfato de adenosina) es un nucleótido. La adenosina se compone de adenina y una pentosa, que es ribosa. Es trifosfato porque tres grupos fosfato se encuentran unidos a la ribosa. La molécula dispone de enlaces inestables, por los cuales los dos grupos fosfato terminales se unen al nucleótido y cuyo símbolo es ~P. En esos enlaces fosfato del atp , la célula almacena la energía química que transfiere a otra molécula. Como ya hemos referido, el atp  es la moneda energética de la célula, porque es la molécula donde almacena la energía que va a necesitar. En los procesos celulares el atp  se convierte en adp  y Pi (difosfato de adenosina y una molécula de fosfato inorgánico). La energía que el atp  libera al ser degradado se utiliza en los procesos que se presentan en la célula. Ciclo del ATP El acoplamiento de las reacciones exergónicas con las reacciones endergónicas en el metabolismo celular sucede cuando una molécula de glucosa se degrada hasta bióxido de carbono (CO 2 ) y agua (H 2 O), durante la respiración celular. Libera tal cantidad de energía (reacción exergónica), que parte de ella es utilizada para sintetizar moléculas de atp  (reacción endergónica). Estas moléculas se ensamblan a partir de adenosín difosfato ( adp ) y fosfato inorgánico (Pi). Las moléculas de atp  que se forman son utilizadas para proveer energía a diversas reacciones químicas, por ejemplo, la síntesis de proteínas o formación de nuevas estructuras celulares que son reacciones endergónicas y que dependen de la energía liberada en las reacciones exergónicas de la respiración celular.

LAS RESPIRACIÓN

La respiración es un conjunto de procesos que permiten a los seres vivos liberar la energía contenida en los nutrientes con el fin de utilizarla en las realización de sus funciones vitales.

La respiración es una actividad catabólica.

RESPIRACIÓN CELULAR

Es el proceso de degradación de nutrientes que ocurren dentro de las células para la obtención de energía. Estos nutrientes incluyen  ácidos grasos, cuerpos cetónicos y carbohidratos, de los cuales se obtiene principalmente la GLUCOSA que es la molécula más ampliamente utilizada por los seres vivos. 

RESPIRACIÓN CELULAR AEROBIA

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PROTEÍNAS,LÍPIDOS Y CARBOHIDRATOS

LAS PROTEÍNAS

La palabra proteína procede del griego «prothos», que significa primero o principal. Sirven para construir o reemplazar las células del cuerpo y están ligadas a la fabricación del colágeno de la piel, necesarias para la firmeza de nuestros tejidos. Constituyen el material fundamental del que estamos hechos. Las proteínas son los constituyentes de todos los tejidos de los seres vivos, de todas las enzimas, que son las sustancias necesarias para que tengan lugar todas las reacciones químicas en el metabolismo de los seres vivos. Estas proteínas forman las células de los órganos, de los músculos, del hígado, del cerebro, del armazón óseo y de gran parte de las moléculas reguladoras como las enzimas, algunas hormonas y las inmunoglobulinas, y están constituidas por largas cadenas de aminoácidos, de los cuales hay veintidós en el cuerpo humano y se conocen como aminoácidos esenciales, los cuales sirven para construir o reemplazar las células del cuerpo. 

Las proteínas de origen vegetal las encontramos en legumbres, soya y sus derivados, tofu, mijo, tamari, seitan, levadura de cerveza, polen, frutos secos, semillas y algas. 

NOTA IMPORTANTE

Los ácidos de las frutas limpian la boca, el estómago y los intestinos, y muchas tienen propiedades antitóxicas y germicidas, limpian la sangre y los riñones y contienen una apreciable cantidad de agua. Por ello, son excelentes para hidratar nuestro organismo.

Fresa (Fragaria ananassa) 

La fresa es rica en vitamina A, B y C, proteínas, azúcar, sodio, calcio, potasio, hierro, magnesio y fósforo, lo que la convierte en un alimento saludable y reparador, especialmente recomendado para personas convalecientes. Efectos : este fruto es muy eficaz en caso de quemaduras solares, para la limpieza de la boca y para elaborar mascarillas faciales. El agua desti  lada de fresa se toma para purificar la sangre y adelgazar. Útil para cuidar la piel; en mascarillas alivia el acné.

Manzana (Malus sylvestris) 
El zumo de manzanas tiene propiedades antisépticas y suaviza el cuti  s. Por su alto contenido en potasio evita la depresión. Eleva las defensas y mejora la digestión. Efectos : se usa para la elaboración de acondicionadores para el cabello, productos faciales y cremas para las manos.

Mora (Morus nigra)
 Contiene vitamina C y calcio, una de las dosis más altas de las frutas (1,6 mg). Por su contenido en hierro combate la anemia. Efectos : tiene beneficios astringentes, útiles en caso de diarrea.

Naranja (Citrus sinensus)
El agua de la flor del naranjo hidrata la piel, la naranja contiene vitaminas A, B y C, además de fósforo, y tiene propiedades limpiadoras y refrescantes. Existen alrededor de cuatrocientas variedades de naranja. Efectos : esta fruta favorece la cicatrización de las heridas y participa en la formación de colágeno (sustancia de origen proteico, presente en el tejido conjuntivo). Tiene una función antioxidante que retrasa el envejecimiento celular y participa con carácter protector en los procesos de oxidación de las células, defendiéndose de los efectos nocivos de los radicales libres. Aumenta las defensas del organismo. En casos de obesidad, es recomendable comer la naranja entera, gracias a su contenido en fibra da una sensación de saciedad que el jugo solo no aporta. Está indicada para personas con problemas vasculares, con fragilidad capilar y a las que con facilidad se les forman hematomas, debido a que la vitamina C aumenta la elasticidad venosa.