Estructura en el metabolismo celular

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ONG Mondragón.
Área Biología y Ciencias Naturales
Estructura en el metabolismo celular – Organismos y Ambientes
Moléculas de la vida - La célula.
LAS MOLÉCULAS DE LA VIDA
Cuatro clases principales de compuestos orgánicos son esenciales para los procesos vitales de todos los seres vivos: los hidratos
de carbono, lípidos, proteínas, y los ácidos nucleicos. Aunque estos compuestos se construyen principalmente de carbono,
hidrógeno y oxígeno, estos átomos aparecen en diferentes proporciones en cada tipo de compuesto. Cada clase de compuesto
posee a su vez diferentes propiedades.
CARBOHIDRATOS
Los carbohidratos son compuestos orgánicos compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno en una proporción de átomos de
carbono de una a dos átomos de hidrógeno a un átomo de oxígeno. El número de átomos de carbono en hidratos de carbono varía.
Algunos hidratos de carbono sirven como fuente de energía. Otros hidratos de carbono se utilizan como materiales estructurales.
Los hidratos de carbono pueden existir como monosacáridos, disacáridos o polisacáridos. Los monosacáridos más comunes son la
glucosa, fructosa y galactosa. La glucosa es la principal fuente de energía para las células. Un polisacárido es una molécula
compleja compuesta de tres o más monosacáridos. Los animales almacenan la glucosa en forma de glucógeno. El glucógeno está
formado por cientos moléculas de glucosa enlazadas en una cadena muy ramificada. Gran parte de la glucosa que proviene de los
alimentos es en última instancia almacenada en el hígado y los músculos, como glucógeno y está listo para ser usado como una
forma rápida de obtener energía. Las plantas almacenan moléculas de glucosa en forma de almidón. Las plantas también pueden
sintetizar un polisacárido llamado celulosa. La celulosa, forma parte de la pared celular de las células vegetales, y constituye
alrededor del 50% de la madera.
PROTEÍNAS
Las proteínas son compuestos orgánicos compuestos principalmente de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Al igual que la
mayoría de las otras macromoléculas biológicas, las proteínas están formadas por la unión de monómeros llamados
aminoácidos. Los pelos y cuernos, están hecho principalmente de proteínas, así como también la piel, los músculos y muchos
catalizadores biológicos (enzimas).
Aminoácidos
Hay 20 aminoácidos diferentes, y todos comparten una estructura básica. Dos o más aminoácidos pueden unirse mediante enlaces
covalentes llamados peptídicos. De esta manera se forman desde dipéptidos hasta cadenas muy largas llamadas polipéptidos. Las
proteínas se componen de uno o varios polipéptidos. Algunas proteínas son moléculas muy grandes, con un contenido de cientos
de aminoácidos. A menudo, estas proteínas se doblan y pliegan sobre sí mismas como resultado de las interacciones entre los
aminoácidos individuales de la cadena. La forma de una proteína también puede estar influenciada por condiciones como la
temperatura y el tipo de disolvente en el que una proteína se disuelve.
Las enzimas
Las enzimas son moléculas de proteínas o ARN que actúan como catalizadores biológicos y son esenciales para el funcionamiento
de las células. Muchas enzimas son proteínas. Las reacciones enzimáticas dependen de un ajuste físico entre la molécula de
enzima y su sustrato específico -el compuesto químico que está siendo catalizado-. Las enzimas tienen un sitio activo, con una
forma que permite que el sustrato encaje en éste. Una enzima actúa sobre un sólo sustrato específico, porque sólo ese sustrato
encaja en su sitio activo. La interacción entre la enzima y el sustrato provoca un ligero cambio en la forma de la enzima. El cambio
en la forma de la enzima debilita algunos enlaces químicos en el sustrato, que es la forma como las enzimas reducen la energía de
activación, que es la energía necesaria para iniciar la reacción. Después de la reacción, la enzima libera los productos. Como
cualquier catalizador, la enzima por sí mismo no se ha modificado, por lo que se puede utilizar muchas veces.
Una enzima puede no funcionar si se cambia su medio ambiente. Por ejemplo, un cambio de temperatura o pH puede causar un
cambio en la forma de la enzima o el sustrato. Si este cambio sucede, no se puede producir la reacción que la enzima habría
catalizado.
LÍPIDOS
Los lípidos son moléculas grandes, orgánicas no polares. No se disuelven en el agua. Los lípidos son diversos e
incluyen: triglicéridos, fosfolípidos, esteroides, ceras y pigmentos. Las moléculas de lípido tienen una proporción mayor de átomos
de carbono e hidrógeno que los hidratos de carbono. Debido a que las moléculas de lípidos tienen un mayor número de enlaces
carbono-hidrógeno por gramo que otros compuestos orgánicos, pueden almacenar más energía por gramo.
ÁCIDOS NUCLEICOS
Los ácidos nucleicos son moléculas orgánicas muy grandes y complejas, que almacenan y transfieren importante información en la
célula. Hay dos tipos principales de ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). El ácido
desoxirribonucleico, o ADN, contiene información que determina las características de un organismo y dirige sus actividades
célulares. El ácido ribonucleico o ARN, almacena y transfiere información desde el ADN, que es esencial para la fabricación de las
proteínas. Las moléculas de ARN pueden actuar como enzimas. Tanto el ADN y el ARN son polímeros, compuestos de miles de
monómeros formando enlaces llamados nucleótidos. Cada nucleótido consta de tres componentes principales: un grupo fosfato, un
azúcar de cinco carbonos y una base nitrogenada en forma de anillo.
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COMPUESTOS INORGÁNICOS
AGUA
El agua es la molécula más abundante en los seres vivos. En general, las células poseen entre un 70 a 90% de agua en su
citoplasma, pero esta cantidad varía de acuerdo al tipo de función que realizan las distintas células: en el ser humano hay tejidos
con bajo porcentaje de agua (20% en tejido óseo) y otros que la poseen en gran cantidad (85% en tejido neuronal).
Las reacciones químicas de todos los seres vivos ocurren en el ambiente acuoso de la célula. El agua posee propiedades únicas,
que la hacen ser uno de los compuestos más importantes del mundo viviente.
Las propiedades únicas del agua residen en su estructura química. La molécula de agua (H 2O) está formada por dos átomos
de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O), que se mantienen unidos por enlaces covalentes. A continuación se enumeran las
propiedades físico-químicas del agua.
• Posee gran cohesión entre sus moléculas. La alta cohesión entre las moléculas de agua también genera una fuerte tensión
superficial. Que es una medida del grado de dificultad para romper la estructura en la superficie de un líquido.
• Alta capacidad de adhesión a otras moléculas o materiales polares. Así se explica que el agua ascienda por pequeños tubos de
vidrio (capilaridad) y por papel absorbente.
• Gran poder disolvente. El agua es el solvente por excelencia en los sistemas vivos. Nuevamente su carácter polar y los puentes
de hidrógeno, le permite solubilizar sales cristalizadas, iones y compuestos polares fácilmente. Los compuestos que se disuelven
fácilmente en agua se llaman hidrofílicos. En contraste, los compuestos no polares (como el benceno) se disuelven pobremente
en agua, a ellos se les llama hidrofóbicos.
• El agua posee alto calor específico. El calor específico es la cantidad de calor necesario para subir en un 1º C la temperatura
de 1 gr de sustancia. Esto permite que el agua varíe muy poco y lentamente su temperatura, comparada con otras sustancias que
reciben la misma cantidad de calor. Esto hace que los océanos, lagos y ríos mantengan temperaturas relativamente constantes,
permitiendo la vida de diversos organismos. Por otro lado, el contenido de agua del citoplasma le permite a la célula mantener
constante su temperatura.
• Alto calor de vaporización. La cantidad de calor que se necesita para que 1 gr de agua pase del estado líquido al gaseoso es de
aproximadamente 580 calorías, más del doble de lo que se necesita para evaporar la misma cantidad de alcohol, por ejemplo. Esto
permite que cuando el agua se evapora la superficie del líquido que queda se enfría. Este es uno de los mecanismos más
utilizados por los organismos para mantener su temperatura constante cuando la temperatura de su entorno es más alta, y así
refrescarse. En general esta propiedad del agua ayuda a mantener la temperatura global del planeta dentro de un rango constante.
• Baja densidad en estado sólido.
SALES INORGÁNICAS
El citoplasma de todas las células, y el líquido extracelular de los organismos pluricelulares, contiene distintos tipos de sales
inorgánicas disueltas, entre las que se incluyen muchos iones minerales de importancia. La tabla 1 muestra las principales sales
inorgánicas y sus funciones:
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LA CÉLULA
Si nos preguntamos qué tienen en común organismos tan diversos como las bacterias, los hongos, las plantas y los animales,
diremos, seguramente, que todos están constituidos por una o más células. Por ello decimos que la célula es la unidad estructural y
funcional de los seres vivos, pues en ella se realizan diferentes procesos bioquímicos que permiten su supervivencia y, por lo tanto,
del organismo como un todo.
A pesar de la variedad de formas y tamaños en los distintos organismos, la organización fundamental de las células es
relativamente uniforme, por lo que es posible clasificarlas en dos grandes tipos:
Células Procariontes (pro, antes de; karyon, núcleo): su principal característica es que no poseen núcleo y, por lo tanto, el
material genético se encuentra en el citoplasma, en una región denominada nucleoide. Son células primitivas muy simples, que
carecen de organelos membranosos. A este tipo de célula pertenecen microorganismos como las bacterias, que son unicelulares,
es decir, que están formadas por una célula.
Esquema de una bacteria, célula procarionte.
Células Eucariontes (eu, verdadero; karyon, núcleo): su principal característica es que poseen un núcleo en el que está contenido
el material genético. Son células complejas y evolucionadas y en su interior existe una serie de organelos membranosos.
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Organismos pertenecientes a los reinos Protista, Fungi, Vegetal y Animal están constituidos por este tipo de células. Las células
eucariontes que estudiaremos son las animales y vegetales (Fig.2).
Fig. 2: Tipos de células eucariontes.
A pesar de las diferencias entre células vegetales y animales, se distinguen tres partes fundamentales:
Membrana Plasmática: constituye el límite de la célula y, por lo tanto, define el medio interno celular. Está formada por una bicapa
lipídica (fosfolípidos) que le otorga un carácter hidrofóbico. En ella se encuentran insertas diferentes proteínas, algunas de las
cuales actúan como bombas o canales para el transporte de sustancias hacia dentro y fuera de las células (Fig.3). La membrana
plasmática actúa como una barrera semipermeable porque regula el flujo de sustancias en ambas direcciones.
Fig. 3: Composición molecular tipo de la membrana plasmática.
Núcleo: como ya hemos dicho, en el núcleo se encuentra el material genético o ADN. Es el organelo más notorio en las
células y está separado del citoplasma por una envoltura formada por una membrana doble que posee poros para la
comunicación entre el contenido nuclear y el citosol.
Citoplasma: corresponde al contenido celular exceptuando el núcleo y en él encontramos una serie de organelos, cada uno con
funciones determinadas (tabla 2).
Tabla 2: Principales organelos en las células eucariontes
COMPLEJO DE GOLGI
RETÍCULO
ENDOPLASMÁTICO (RE):
Consiste
en
un
sistema
de
sacos aplanados,implic
ados
en
La modificación, selección
y empaquetamiento de macromoléculas
para la secreción o exportación a otros organelos.
Sistema de membranas que se halla en continuidad
estructural con lamembrana externa del núcleo y ocupa un amplio es
pacio intracelular.Se divide en: RE rugoso (RER): asociado a ribosomas, d
edicados a lasíntesis de proteínas.
RE liso (REL): carece de ribosomas y su función se
centra en elmetabolismo de lípidos.
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MITOCRONDRIAS
LISOSOMAS Y PEROXI
OMAS
CLOROPLASTOS
VACUOLA
PARED CELULAR
Podríamos decir que son las centrales energéticas de todas las células
eucariotas: sintetizan ATP a partir de moléculas orgánicas como la glucosa.
Son
vesículas
delimitadas
por membranas
que
contienen enzimas. En el caso de los lisosomas contienen
enzimas
hidrolíticas destinadas a las digestiones intracelulares. Los peroxisomas
contienen enzimas oxidativas encargadas de la degradación de lípidos
intracelulares.
ORGANELOS ESPECIALES DE LA CÉLULA VEGETAL.
Son organelos rodeados de una
membrana doble y
en
su interior
contienen
clorofila.
Un
elaborado
sistema de membrana en el interior
del cloroplasto
contiene el aparato fotosintético.
Es
una
vesícula
muy
grande
limitada
por
una
membrana
y puede ocupar hasta el 90% del volumen
celular. Su funciones actuar en la regulación
de la
presión osmótica y en la digestión intracelular.
Las células vegetales están rodeadas por una pared
rígida formada porfibrillas de celulosa y otros
polisacáridos. Su función es de sostén y protección de la célula.
Hemos visto los principales tipos celulares y los distintos organelos de las células eucariontes. Ahora veremos cómo las células
ingresan sustancias nutritivas para realizar las diferentes funciones y eliminan las sustancias de desecho o secretan moléculas
específicas. Este intercambio se realiza a través de la membrana plasmática y mediante otros mecanismos diferentes:
Transporte pasivo: Se trata de un proceso que no requiere energía, pues las moléculas se desplazan espontáneamente a través
de la membrana a favor del gradiente de concentración, es decir, desde una zona de concentración de solutos elevada a otra de
concentración de solutos más baja (Fig. 4).
Transporte activo: Transporte que ocurre en contra del gradiente de concentración y, por lo tanto, necesita aporte energético
(ATP). Las proteínas transportadoras que intervienen se llaman "bombas" (Fig. 4).
Fig. 4: Diferentes tipos de transporte a través de la membrana plasmática.
El transporte de agua a través de la membrana plasmática ocurre por un mecanismo denominadoOSMOSIS. El agua se desplaza
libremente por la membrana plasmática, pero este movimiento está determinado por la presión osmótica, que es producida por la
diferencia de concentraciones de soluto a ambos lados de la membrana (Fig. 5). El solvente fluye de la zona de menor
concentración de soluto (solución hipotónica) hacia la de mayor concentración de soluto (solución hipertónica).
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Fig. 5: Osmosis.
Ejercicios:
Yaa.. hora que hemos aprendido sobre la célula, reflexiona y responde las siguientes
preguntas y ejercicios:
Realiza un mapa conceptual con los tipos celulares que existen indicando las
principales diferencias.
En nuestro cuerpo existen varios tipos de células (todos eucariontes) con distintas
formas y funciones. Nombra tres, asociando forma y función.
Explica cuál es el efecto de la osmosis en las células cuando se colocan en un medio:
a. Hipertónico.
b. Hipotónico.
c. Isotónico.
Éxitos…
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