Estructura y Función Celular.pdf

Estructura y función celular (Unidad 3) Objetivos:  Exponer los fundamentos de la teoría celular.  Describir la estructura y función celular.  Identificar los tipos de célula. Introducción La célula es fundamental para la biología, como lo son los átomos para la química. Todos los organismos estamos constituidos por células. En la jerarquía de la organización biológica, la célula es el conjunto de materia más simple que puede vivir. Hay diversas formas de vida que existen como organismos unicelulares. Los organismos más complejos, como las plantas y animales, son multicelulares; ya que los cuerpos son conjuntos de varios tipos de células especializadas que no podrían sobrevivir aisladas. Teoría celular En 1665 el científico e investigador Robert Hooke informó sobre las observaciones que realizó a una fracción de corcho con un microscopio y en donde vio multitud de “celdillas”. A estas pequeñas celdas las llamó células (aunque lo que realmente observó fueron las paredes celulares del tejido vegetal muerto). En la década de 1670, el microscopista Anthon Van Leeuwenhoek construía sus propios microscopios y con ellos descubrió un mundo hasta entonces desconocido de microorganismos unicelulares. Sus descripciones sobre los “animálculos” (bacterias y protistas) que viven en el agua de lluvia, estanques y pozos, causó gran conmoción. Conforme se mejoraron los microscopios, los investigadores observaron mayor número de células y así, en 1838, el botánico Matthias Schleiden propuso que todas las plantas estaban constituidas por células. Al año siguiente Theodor Schwann, zoólogo alemán, aplicó esta generalización para incluir a los animales. Schwann propuso los primeros dos postulados de la llamada teoría celular, que indican: 1. Todos los organismos están compuestos de una o más células. 2. La célula es la unidad básica de organización de la vida (unidad estructural y funcional). Posteriormente en 1858, el físico alemán Rudolph Virchow propuso el tercer postulado de esta teoría, después de estudiar la reproducción celular: 3. Todas las células provienen de células preexistentes (unidad de origen). La teoría celular es uno de los principales conceptos unificadores de la biología; ya que los microorganismos, los hongos, las plantas y los animales aun cuando parecen organismos muy diferentes, todos están formados de una o más células. Por lo anterior podemos decir que la célula e la unidad de estructura o anatómica, de función o fisiológica y de origen de todos los seres vivos. Todo lo que hace un organismo se produce fundamentalmente a nivel celular. La unidad básica estructural y funcional de todo organismo es uno de los dos tipos de células: procariontes o eucariontes. Los organismos de los dominios Bacteria y Archaea están constituidos por células procariontes. Los protistas, los hongos, los animales y las plantas están constituidos por células eucariontes.

Las células tienen varias características básicas en común:  Todas están rodeadas por una membrana, denominada membrana plasmática formada por una bicapa lipídica, que media las interacciones entre la célula y su ambiente; además, desempeña tres funciones principales: o Aísla el contenido de la célula del entorno externo. o Regula el flujo de materiales hacia dentro y hacia fuera de la célula, por ejemplo, obtiene nutrientes y expulsa desechos. o Permite la interacción con otras células.  Dentro de la membrana todas las células tienen una sustancia semilíquida, el citosol o también llamado citoplasma, en el cual pueden encontrarse algunos orgánulos y en donde se realiza la mayor actividad metabólica.  Todas las células contienen cromosomas, en los que se encuentran los genes en forma de ADN (información hereditaria) que dirige las actividades de una célula y le permite reproducirse y transmitir sus características a la progenie.  Toda célula tiene ribosomas, diminutos orgánulos no membranosos que producen proteínas de acuerdo a las instrucciones de los genes.  Todas las célula obtienen energía y nutrientes de su ambiente. Actividad:  Lee el artículo “Investigación científica: en busca de la célula” realiza un resumen y haz una conclusión personal sobre el tema.  Investiga por qué son pequeñas casi todas las células y por qué los organismos grandes se componen de muchas células en lugar de una grande. La principal diferencia entre las células procariontes y eucariontes es que los cromosomas de una célula eucarionte se localiza dentro de un organelo delimitado por una membrana llamada núcleo. La palabra procarionte deriva del griego pro, que significa “antes”, y karyon, que significa “grano o semilla” en referencia al núcleo. En una célula procarionte, el ADN está concentrado en una región llamada nucleoide, pero ninguna membrana membrana separa esta región del resto de la célula. Por el contrario, la célula eucarionte (del griego eu, verdadero y karyon) tiene un núcleo verdadero, limitado por una envoltura nuclear membranosa. ¿Qué características tienen las células procarióticas? Los procariontes son las formas de vida más antiguas que se conocen y son relativamente más sencillos que los eucariontes, son muy pequeñas (menos de 5 micras de largo). Casi todas están rodeadas por una pared celular relativamente rígida que le confiere forma y protege la célula. Algunas bacterias pueden moverse impulsadas por flagelos, además, tienen estructuras protéicas llamadas pili y fimbrias, que funcionan para intercambiar material genético y unirse al sustrato relativamente. Las cápsulas o capas de mucílago las secretan bacterias patógenas como Streptococcus pneumoniae para evadir el sistema inmune. Las células procarióticas tienen una sola cadena de ADN, por lo regular enrollada y unida a la membrana plasmática en una zona llamada nucleoide. No presentan orgánulos membranosos internos.

Estructura general de una célula eucarionte Además de la membrana plasmática de su superficie exterior, una célula eucarionte tiene numerosas membranas internas, que dividen a la célula en compartimentos (los orgánulos membranosos). Estas membranas también participan directamente en el metabolismo de la célula porque muchas enzimas se localizan en ellas. Estos compartimentos proporcionan ambientes diferentes que facilitan las funciones metabólicas específicas. Las membranas son fundamentales para la organización de esta célula. Las células eucarióticas son más grandes, suelen medir más de 10 micras. No son todas iguales. Aunque pocas células poseen todos los elementos que se muestran en cualquiera de las ilustraciones. Cada tipo de célula tiene unos cuantos organelos únicos que no se encuentran en otro. Las células vegetales, por ejemplo, contienen cloroplastos, plástidos y una vacuola que no se encuentran en las células animales. Componentes de las células eucariotas Las instrucciones genéticas de la célula eucarionte se albergan en el núcleo y son llevadas a cabo por los ribosomas. Núcleo: es el centro de control de la célula eucariótica, ya que contiene la mayoría de los genes. Está compuesto por una envoltura nuclear que separa su contenido interno del citoplasma. La envoltura nuclear es una doble membrana con proteínas asociadas que forman poros que regulan la entrada y salida de ciertas partículas y macromoléculas. Dentro del núcleo, el ADN está organizado en unidades separadas llamadas cromosomas,. Cada cromosoma está constituido por un material llamado cromatina, un complejo de proteínas y ADN. Cada especie eucarionte tienen un número característico de cromosomas. Una célula humana típica tiene 46 (23 pares), una célula de la mosca dela fruta tiene 8 cromosomas en cada célula (4 pares). Una estructura prominente dentro del núcleo es el nucléolo, en donde se produce un tipo especial de ARN, el ARN-ribosómico (ARNr), además de las unidades pequeñas y grandes de los ribosomas; que posteriormente salen del núcleo al citoplasma para realizar sus funciones normales.

Ribosomas: partículas constituidas por ARNr y proteínas, son los orgánulos donde se lleva a cabo la síntesis de proteínas. Las células que tienen una elevada tasa de síntesis proteica tienen un gran número de ribosomas. Por ejemplo, cada célula del páncreas tiene varios millones de ribosomas. Los ribosomas fabrican proteínas en el citoplasma, se pueden encontrar libres o adheridos a las membranas del núcleo o retículo endoplásmico rugoso. El sistema de endomembranas regula el tráfico de proteínas y desempeña funciones metabólicas dentro de la célula Muchas de las membranas de la célula eucariótica son parte de un sistema de endomembranas, que realiza varias tareas en la célula incluyendo la síntesis de proteínas, transporte hacia las membranas y los orgánulos o fuera de las células, el metabolismo y el movimiento de los lípidos, y la eliminación de sustancias tóxicas, gracias a pequeñas vesículas (sacos formados por membrana).

El retículo endoplásmico (red dentro del citoplasma): la fábrica biosintética, está formado por una red de túbulos membranosos y sacos denominados cisternas (almacenadores de líquidos). En el retículo endoplásmico (RE) hay dos regiones diferentes, aunque conectadas entre sí, que difieren en su estructura y función: el RE liso y el RE rugoso. El RE liso (REL) se denomina así porque carece de ribosomas en su superficie exterior, tiene funciones en diversos procesos metabólicos, que incluyen la síntesis de lípidos, el metabolismo de hidratos de carbono y la desintoxicación de fármacos y venenos. El RE rugoso (RER) tiene ribosomas que recubren la superficie externa de la membrana que, por esa razón, tiene un aspecto rugoso al observarlo al microscopio, especializado en la secreción de proteínas y en la producción de membranas para la célula, como las vesículas de transporte de productos variados.

Aparato de Golgi: centro de recepción y embarque. Muchas vesículas de transporte que proceden del RE viajan hasta el aparato de Golgi. Podemos pensar en este orgánulo como un centro de manufactura, almacenamiento, y secreción de productos ya que aquí los productos del RE se modifican y almacenan, y posteriormente, ya maduros, se envían a otros destinos. No es sorprendente que el aparato de Golgi sea abundante en las células especializadas en la función secretora. Se compone de sacos membranosos aplanados. Se constituye por dos partes: la cara cis y la cara trans; estas actúan, respectivamente, como receptores y emisores de productos en el orgánulo.

Lisosomas: compartimentos digestivos Un lisosoma es un saco membranoso compuesto de enzimas hidrolíticas que la célula animal utiliza para digerir diversos tipos de macromoléculas. Las enzimas lisosómicas trabajan mejor en el medio ácido del interior del lisosoma, las enzimas liberadas por este orgánulo son muy activas y una liberación excesiva por rotura de un gran número de lisosomas puede destruir la célula por autodigestión o autofagia, en donde un orgánulo dañado o una pequeña cantidad de citosol es envuelto por una vesícula y se fusiona con un lisosoma para ser destruido. Los lisosomas llevan a cabo la digestión intracelular en una variedad de circunstancias. Las amebas y muchos protistas se alimentan englobando organismos más pequeños u otras partículas alimentarias, con un proceso llamado fagocitosis (células que comen). La vesícula alimentaria se fusiona con lisosomas, cuyas enzimas digieren el alimento. Los productos de digestión pasan al citosol y se transforman en nutrientes de la célula. Muchas células del sistema inmune como los macrófagos, también realizan fagocitosis para destruir bacterias y otros agentes infecciosos.

Vacuolas: compartimentos de mantenimiento La célula de una planta o de un hongo puede tener una o varias vacuolas. Mientras que las vacuolas realizan hidrólisis y, por ello, son similares a los lisosomas, también asumen otras funciones. Por ejemplo, las vacuolas (vesículas) alimentarias formadas durante la fagocitosis o las vacuolas contráctiles que muchos protistas de agua dulce las tienen para bombear el exceso de agua fuera de la célula y así, mantienen la concentración adecuada de sales y otras moléculas. Las células vegetales maduras contienen una gran vacuola central delimitada por una membrana que se denomina tonoplasto. El tonoplasto es selectivo para el transporte de solutos llamados jugos o savia celular, que difieren en composición con respecto al citosol. La vacuola central de una célula vegetal, es un compartimento versátil ya que puede contener reservas de importantes compuestos orgánicos como proteínas, en el caso de las semillas. También se utilizan las vacuolas como sitios de eliminación de productos metabólicos que dañarían a la célula si se acumularan en el citoplasma. Algunas vacuolas también tienen pigmentos que colorean las células de los pétalos que atraen a los insectos polinizadores. Además pueden ayudar a proteger a la planta contra otros predadores, al

contener compuestos que son venenosos o de sabor desagradable. La vacuola desempeña un papel esencial en el crecimiento de las células vegetales, que aumentan de tamaño a medida que sus vacuolas absorben agua y permiten que la célula se haga más grande generando una presión de turgencia que ayuda a mantener rígidos los tejidos vegetales. Las mitocondrias y los cloroplastos transforman la energía Los organismos transforman la energía que adquieren del exterior. En las células eucariontes, las mitocondrias y los cloroplastos son los orgánulos que convierten la energía en forma que la célula puede utilizar para su trabajo. Mitocondrias: transformación de la energía química. Las mitocondrias se encuentran en casi todas las céluas eucariontes, entre ellas, las de las plantas, los animales, los hongos y los protistas, ya que en esta estructura se realiza la respiración celular, principal reacción metabólica en la que se produce energía en forma de ATP. Estas estructuras pueden moverse, cambiar de forma y dividirse. Están formadas por dos membranas. La membrana externa es lisa, pero la membrana interna tiene numerosos pliegues hacia el interior que se denominan crestas, que al estar muy plegadas proporcionan una gran superficie para realizar las reacciones metabólicas en las que se especializa, aumentando así la productividad de la respiración celular. La membrana interna divide a la mitocondroa en dos compartimentos internos. El primero es el espacio intermembranal, una región estrecha entre la membrana interna y externa. El segundo es la matriz mitocondrial, delimitada por la membrana interna. Este compartimento tienem muchas enzimas diferentes, así como ADN y ribosomas propios. Cloroplastos: captación de la energía luminosa El cloroplasto es un orgánulo especializado de la familia de los plástidos. Los amiloplastos, son plástidos incoloros que almacenan almidón particularmente en las raíces y los tubérculos. Los cromoplastos tienen pigmentos que les dan a los frutos y las flores sus matices anaranjados y amarillos. Los cloroplastos contienen pigmento verde , la clorofila, junto con enzimas y otras moléculas que cumplen la función de producir carbohidratos mediante la fotosíntesis. Estos orgánulos se encuentran en las hojas y otros órganos verdes de los organismos fotosintéticos. El cloroplasto tiene dos membranas separadas por un espacio intermembranal muy estrecho. Dentro del cloroplasto hay otro sistema membranoso en forma de sacos aplanados e interconectados, que se denominan tilacoides. En algunas regiones los tilacoides están apiladoscomo monedas; cada pila se denomina granum (en plural grana). El líquido por fuera de los tilacoides es el estroma, que contiene ADN y ribosomas propios, así como muchas enzimas. Al igual que las mitocondrias, contínuamente se mueven, cambian de forma, crecen y se reproducen.

Peroxisomas El peroxisoma es un compartimento metabólico delimitado por una sola membrana. Los peroxisomas contienen enzimas que transfieren hidrógeno de varios sustratos al oxígeno y producen peróxido de hidrógeno (H2O2) como subproducto, a partir del cual se deriva el nombre de este orgánulo. Estas reacciones pueden tener muchas funciones diferentes. Ayudan a degradar ácidos grasos; en el hígado desintoxican del alcohol y otros compuestos nocivos. El peróxido de hidrógeno es, en sí mismo tóxico, pero el orgánulo posee enzimas que degradan el H2O2 en agua. En los tejidos que almacenan grasas de las semillas vegetales se encuentran peroxisomas especializados que se denominan glioxisomas. Estos orgánulos contienen enzimas que inician la transformación de los ácidos grasos en hidratos de carbono, que la planta emergente puede utilizar como fuente de energía y carbono hasta que sea capaz de producir sus propios hidratos de carbono por fotosíntesis. Citoesqueleto: red de fibras que organizan las estructuras internas y las actividades de la célula. Está compuesto por tres tipos de estructuras moleculares: microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios. La función más obvia del citoesqueleto es proporcionar soportemecánico a la célula y mantener su forma escencialmente en animales que carecen de paredes. Al igual que el esqueleto de un animal, contribuye a fijar las posiciones de muchas partes del cuerpo, el citoesqueleto proporciona un anclaje para muchos orgánulos e incluso moléculas. Sin embargo es más dinámico que el esqueleto animal. Rápidamente puede desmantelarse en una region de la célula y volver a ensamblarseen una nueva localización, modificando la forma de la célula. Contiene proteínas motoras que participan en el movimiento celular. Por ejemplo, los cilios y los flagelos se adhieren a estas proteínas. También las células musculares pueden contraerse gracias, en parte, a este organelo. Muchas vesículas viaja a su destino a lo largo de “monorrieles” proporcionados por el citoesqueleto.

Dentro del grupo de los microtúbulos se encuentran: 

Centrosomas y centriolos: los centrosomas son estructuras que se encuentran cerca del núcleo, y se considera como centro organizador de microtúbulos. Funcionan como vigas resistentes a la compresión del citoesqueleto. En el centrosoma de una célula animal hay un par de centriolos, cada uno compuesto por nueve juegos de tripletes de microtúbulos distribuidos en un anillo. Antes de que una célula se divida, el centriolo se duplica. La mayoría de las plantas carecen de centriolos, pero tienen microtúbulos bien organizados.



Cilios y flagelos: apéndices locomotores. Muchos organismos unicelulares se propulsan a través del agua por medio de cilios y flagelos, los espermatozoides, las algas y ciertas plantas tienen flagelos y cilios. En el tracto reproductivo de una mujer los cilios que revisten los oviductos contrubullen a desplazar el óvulo al útero. Estas estructuras difieren en tamaño, número en las células y tipo de movimiento. Pese a estas diferencias comparten una estructura: Nueve dobletes de microtúbulos, de los cuales los miembros de cada par comparten sus paredes y forman un anillo. En el centro del anillo hay dos microtúbulos únicos. Esta disposición se conoce como arreglo “9+2” que se encuentra en casi todos los flagelos y cilies eucariontes (los flagelos de los procariontes no están formados por microtúbulos).

Pared celular Es una estructura extracelular de las células vegetales que las diferencia de las células animales. La pared protege a la célula vegetal, mantiene su forma e impide su excesiva captación de agua. Sostienen a la planta contra las fuerzas de la gravedad. Los procariotas, los hongos y algunos protistas tienen también paredes celulares. La pared celular es mucho más gruesa que las membranas celulares, su composición química varía de una especie a otra en donde las plantas presentan paredes de celulosa, los hongos de quitina y las bacterias de peptidoglucanos. Generalmente, las paredes celulares de las plantas, se componen por una pared celular primaria (delgada y flexible, secretada por vegetales jóvenes) y una lámina media (delgada capa rica en polisacáridos llamados pectinas, que

ayuda a pegar las células adyacentes), cuando la célula madura y detiene su crecimiento, fortalece su pared; algunas lo hacen secretando otras sustancias en la pared celular primaria, aunque otras lo hacen añadiendo una pared celular secundaria que generalmente tiene varias capas, proporcionan protección y sostén, por ejemplo la madera, se compone sobre todo de paredes secundarias. Las paredes celulares de las plantas están perforadas por canales entre las células adyacentes que se denominan plasmodesmos. Matriz extracelular de células animales Aunque las células animales carecen de pared celular semejante a las de las células vegetales, tienen una elaborada matriz extracelular. Los principales ingredientes son las glucoproteínas como el colágeno (constituye cerca de la mitad del total de proteínas del cuerpo humano), los proteoglucanos, la fibronectina y las integrinas que atraviesan la membrana y se unen al citoesqueleto, además en conjunto estas proteínas reciben y transmiten señales de la matriz extracelular y el citoesqueleto, integrando las modificaciones que se producen dentro y fuera de la célula.

Uniones intercelulares Las células de un animal o una planta están organizadas en tejidos, órganos y sistemas. Las células vecinas con frecuencia se adhieren, interactúan y se comunican a través de regiones especiales de contacto físico directo. Plantas: plasmodesmos Las paredes de las células vegetales están perforadas por canales denominados plasmodesmos (del griego desmos unir). El citoplasma pasa a través de los plasmodesmos y comunica los ambientes químicos de células adyacentes. Estas conexiones unifican la mayor parte de la planta, las membranas revisten cada canal. El agua y los pequeños solutos pueden atravesar libremente de célula a célula.

Animales: uniones estrechas, desmosomas y uniones en hendidura En los animales hay tres tipos principales de uniones. Los tres tipos son especialmente frecuentes en el tejido epitelial, que reviste las superficies internas del cuerpo.

Actividad:  Lee el estudio de caso “Polizones microscópicos” realiza un resumen y haz una conclusión personal sobre el tema.  Investiga y desarrolla una hipótesis del por qué la mayoría de las células eucarióticas se han convertido en organismos multicelulares.  Dibuja una célula animal y una vegetal e incluye los principales organelos y ponles nombre. Estructura y función de la membrana celular o plasmática La membrana plasmática es el límite de la vida, la frontera que separa la célula viva del medio inerte. Se trata de una capa muy delgada (se necesitan 8,000 membranas para igualar el espesor de una hoja de papel) que controla el tráfico de sustancias hacia dentro y fuera de la célula a la que rodea. Como toda membrana biológica, la membrana plasmática tiene una permeabilidad selectiva, es decir, permite que ciertas sustancias la atraviesen con mayor facilidad que otras. Las membranas celulares son mosaicos fluidos de lípidos y proteínas, aunque los hidratos de carbono también son importantes. Los lípidos más abundantes en ambas membranas son los fosfolípidos. La capacidad de

estos compuestos para formar membranas es gracias a su estructura molecular. Un fosfolípido es una molécula anfipática, lo que significa que tiene tanto una región hidrófila, como una región hidrófoba. Más aún, las proteínas presentes en esta estructura también tienen la misma característica. El modelo del mosaico fluido, hace referencia al acomodo de las moléculas en la membrana celular, ya que es una estructura fluida con un “mosaico” de varias proteínas embebidas o adheridas a una bicapa de fosfolípidos. Además de los fosfolípidos, la membranas contienen colesterol, un esteroide que se localiza en forma de cuña entre las moléculas de fosfolípidos en las membranas plasmáticas de las células animales generando diferentes efectos en la fluidez y elasticidad, también, puede considerarse como un “amortiguador de temperatura” proporcionando resistencia a los cambios bruscos de temperatura en el ambiente. Función de las proteínas en las membranas Proteínas integrales: penetran la región hidrófoba de la bicapa lipídica, muchas son transmembrana, que la atraviesan por completo, por ejemplo, las acuaporinas que facilitan en paso de moléculas de agua a través de su canal. Proteínas periféricas: están débilmente unidas a la superficie de la membrana, generalmente a las partes expuestas de las proteínas integrales. Un ejemplo son ciertas proteínas de transporte o transportadoras, que toman diferentes sustancias y las trasladan a otros lugares de la membrana. En las siguientes imágenes se muestran las funciones en general de las proteínas asociadas a las membranas plasmáticas:

Permeabilidad de la bicapa lipídica Existen moléculas que pueden atravesar con facilidad la bicapa lipídica sin ayuda de las proteínas de membrana, pero, el centro hidrófobo de la membrana impide el paso de muchas otras moléculas (como las polares), y pasan solamente por proteínas transmembrana o de forma muy lenta a través de la bicapa. Por ello, la permeabilidad selectiva de una membrana depende de la barrera discriminatoria de la bicapa lipídica como también de las proteínas que en esta estructura se encuentran. ¿Cómo se determina la dirección de tránsito de una sustancia a través de la membrana? A través del transporte activo y pasivo. El transporte pasivo es la difusión de una sustancia a través de la membrana sin gasto de energía. Las moléculas tienen un tipo de energía denominado movimiento térmico (calor). Un resultado del movimiento térmico es la difusión, la tendencia de las moléculas de cualquier sustancia a diseminarse de forma homogénea en el espacio disponible. Cada molécula se mueve de forma aleatoria; sin embargo, la difusión de un grupo de moléculas puede ser direccional. Una regla simple de la difusión es: en ausencia de otras fuerzas, una sustancia se difundirá desde donde está más concentrado, hacia donde está menos concentrado. Esto es, cualquier sustancia se difundirá a favor de su gradiente de concentración, no debe realizar ningún trabajo, la difusión es espontánea. La difusión de una sustancia a través de una membrana biológica se denomina transporte pasivo, porque la célula no tiene que consumir energía para que esto suceda. El gradiente de concentración representa una energía potencial e impulsa la difusión. Cuando alguna molécula pasa a través de la membrana gracias a esta energía potencial, se denomina difusión simple. Cuando las moléculas pasan a través de una proteína de transporte en la misma

condición (como el agua por las acuaporinas), se denomina difusión facilitada. Además de estos tipos de difusión, el paso del agua (exlusivamente) a través de las membranas biológicas se describe gracias a la Ósmosis, en donde el agua se difunde a través de la membrana desde la región de menor concentración del soluto hasta la de mayor concentración, hasta que las condiciones del soluto se igualen en ambos lados de la membrana; originando de esta forma un proceso denominado ormoregulación, o control del equilibrio acuoso. Cuando se analiza el comportamiento de una célula en una solución deben tenerse en cuenta tanto la concentración del soluto como la permeabilidad de la membrana. Ambos factores nos dan cuenta del concepto de tonicidad, la capacidad de una solución de determinar que una célula incorpore o pierda agua, por ejemplo: si hay más solutos no penetrantes en la solución circundante, el agua tenderá a abandonar la célula y viceversa. Si una célula sin pared, como la célula animal, está inmersa en un ambiente que es isotónico con respecto a la célula (iso significa “igual”), el agua fluye hacia dentro o fuera de la célula a la misma velocidad, por lo que su volumen es estable. Si colocamos a la misma célula en una solución que es hipertónica con respecto a la célula (hiper significa “mayor”, en este caso más solutos fuera de la célula que no pueden penetrarla). La célula perderá agua, disminuirá de tamaño y probablemente morirá. Sin embargo, incorporar demasiada agua puede ser tan peligroso para una célula animal como perder agua. Si dejamos la célula en una solución que es hipotónica para la célula (hipo significa “menor”), el agua entrará en la célula con mayor rapidez que con la que sale y la célula se hinchará y estallará como un globo de agua demasiado lleno. Las células de las plantas, las bacterias, los hongos y algunos protistas tienen pared que contribuyen a mantener el equilibrio acuoso de la célula. Considerando una célula vegetal, al igual que una célula animal, al incorporar agua a la célula se hinchará, sin embargo, la pared elástica se expandirá hasta el momento en que comienza a ejercer una presión sobre la célula que impide que continúe incorporando agua. En este punto la célula es turgente (muy firme), que es el estado saludable en el caso de la mayoría de las células vegetales. Si una célula vegetal y sus alrededores son hipotónicos, no hay tendencia del agua a entrar y las células se vuelven flácidas (débiles y flexibles), aunque la pared no es una ventaja si la célula está inmersa en un ambiente hipertónico. En este caso, la célula vegetal, como una célula animal, perderá agua y se reducirá; la membrana celular comenzará a separarse de la pared, este fenómeno, denominado plasmólisis, determina que la planta se marchite y puede ser letal.

El transporte activo utiliza energía para mover los solutos en contra de sus gradientes de concentración. Bombear una molécula en contra de su gradiente requiere trabajo; la célula debe consumir energía, es por ello que este tipo de transporte se llama activo. El transporte masivo de compuestos a través de la membrana se produce por endocitosis y exocitosis. Las grandes moléculas como las proteínas y los polisacáridos, las partículas más grandes, cruzan la membrana por un mecanismo diferente al de los pequeños solutos (como el agua y el oxígeno), en el que participan vesículas. Exocitosis: proceso en el que la célula secreta moléculas mediante la fusión de vesículas con la membrana plasmática. Endocitosis: proceso en el que la célula incorpora macromoléculas y materia en forma de partículas formando nuevas vesículas a partir de la membrana plasmática, ésta se hunde y forma una pequeña bolsa. A medida que esa bolsa se hace más profunda, se desprende hacia dentro de la membrana y forma una vesícula que contiene el material que estaba fuera de la célula. Hay tres tipos de endocitosis: fagocitosis (la célula come), pinocitosis (la célula bebe) y endocitosis mediada por receptores. Las siguientes ilustraciones ejemplifican los procesos antes mencionados:

        

Actividad:  Lee el estudio de caso “Venenos nocivos” realiza un resumen y haz una conclusión personal sobre el tema.  Responde las siguientes preguntas: o ¿Por qué tenemos fosfolipasas en el tracto digestivo? o Dado que las serpientes tragan a su presa entera, ¿cuáles son, en tu opinión, los dos papeles muy diferentes que desempeñan las fosfolipasas y demás enzimas del veneno de serpiente? Dibuja la célula procariota y eucariota “típica” y describe sus similitudes y diferencias importantes. Haz una tabla e indica qué organelos tienen en común las células vegetales y animales, y cuáles son exclusivos de cada tipo. Define cuál es la diferencia entre el estroma y la matriz mitocondrial. Con tus propias palabras describe lo que es el núcleo, la envoltura nuclear, la cromatina, los cromosomas y el nucléolo. ¿Por qué creen los científicos que las mitocondrias y los cloroplastos surgieron de células procariotas? Describe y dibuja la estructura de una membrana plasmática, indica las principales moléculas que la componen, así como las funciones más importantes que desempeñan. Realiza un esquema sobre el transporte a través de la membrana. Indica qué función tiene la pared celular y la matriz extracelular en plantas y animales, respectivamente. Dibuja el proceso de exocitosis, endocitosis y los tipos de endocitosis.