| Nutrición
celular
Las cálulas
deben obtener materiales y energía para mentener su organización.
Si no lo consiguen dejan de estar vivas.
|
| Materiales
Todos los seres
vivos están constituidos por los mismos materiales tanto en
elementos químicos como en compuestos.
Los seres vivos,
aunque sean completamente diferentes, tienen una composición
química muy semejante
Los seres vivos
son mayoritariamente agua (70-90%) con sales minerales y compuestos
orgánicos.
La mayoría
de los compuestos orgánicos son macromoléculas formadas
por unión de moléculas de menor tamaño.
Las macromoléculas
son propias de cada especie. Sin embargo sus monómeros son
comunes a todos los seres vivos. Compartimos los mismos 20 aminoácidos,
8 nucleótidos y unos cuantos monosacáridos y lípidos
sencillos.
| Compuesto |
|
|
| Inorgánicos |
Agua |
H2O |
|
| Sales |
Cl-
Na+ K+ Ca++ Mg++ CO3-- PO4---.... |
|
| Orgánicos |
Proteínas
|
Polímeros
de aminoácidos |
- Elementos
funcionales.
- Estructurales
en animales
|
| Polisacáridos |
Polímeros
de monosacáridos |
- Elementos
estructurales
- Reserva
de energía
|
| Lípidos |
Moléculas
orgánicas complejas |
- Estructurales
(membranas) .
- Reserva
de energía
|
| Ácidos
Nucléicos |
Polímeros
de nucleótidos |
|
| Otros |
Muy
variables |
Variable
|
Las proteínas
son máquinas celulares, realizan casi todas las funciones de
las células (reacciones químicas, transporte de membrana,
contracciones, estructuras como microtúbulos, microfilamentos,
flagelos bacterianos...., mensajeraos celulares, defensa interna,
y muchísimas más)
Los polisacáridos
forman estructuras celulares (paredes de plantas, hongos y algunos
protistas), señales de reconocimiento celular y reserva de
energía, glucosa(monómero) almacenada en glucógeno,
almidón y otros polímeros)
Los lípidos
forman las membranas celulares (fosfolípidos y colesterol),
son reservas ricas en energía (triglicéridos) y algunos
son moléculas mensajeras.
Los ácidos
nucléicos guardan (ADN) y transmiten y regulan (ARN)
la información celular. En ellos está el mensaje de
la secuencia de aminoácidos de las proteínas.
Son como los planos para hacer las máquinas (proteínas)
que construyen y hacen que funcionen las células.
Existe todo otro
grupo de moléculas orgánicas muy variables
Las plantas y
los hogos son más ricos en polisacáridos pues son los
componentes principales de las paredes de sus células
Los animales
son más ricos proteínas, pues muchas de sus estructuras
son proteínicas y a veces tienen numerosas células musculares
ricas en proteínas contráctiles.
|
Energía
La energía
en los seres vivos es necesaria para :
Síntesis
de compuestos orgánicos
Las grandes moléculas
que forman las células son ricas en energía química.
Están formadas por moléculas menores a las que hay que
proporcionar energía para conseguir su unión química.
Cada célula ha de fabricar sus propios polímeros.
Especialmente
importantes desde el punto de vista de gasto energético son
la síntesis de proteínas en todas las células
y las de polisacáridos estructurales en células con
cubierta de estos elementos.
Transporte
de sustancias
Las células
han de trasportar sustancias por las membranas y dentro de la célula
Las membranas
dejan pasar solo moléculas de pequeño tamaño.
Son nutrientes, iones, sustancias mensajeras o desechos del metabolismo
En el transporte
activo (contra gradiente de concentración) a través
de las membranas se ha de gastar energía
También
gasta energía el transporte de orgánulos dentro de la
célula
Movimientos
Muchas células
son móviles.
El movimiento lo realizan de diversas maneras;por
orgánulos especializados (cilios y flagelos) , por contracciones
(musculares y otras) o por crecimiento interior del citoesqueleto
(microtúbulos)
Ver capítulo de funciones de relación
Estos movimientos
consumen energía celular. En ocasiones en grandes cantidades.
Cada tipo celular
tiene unos requerimientos energéticos diferentes en estos aspectos.
Por
ejemplo una célula animal muscular gasta mucho en movimiento,
una neurona o una célula del epitelio intestinal mucho en transporte
y una célula endocrina o inmunitaria mucho en síntesis
de compuestos
|
Tipos de metabolismo
De las múltiples
maneras de las que pueden las células nutrirse destacan como
más importantes la manera en la que obtienen la energía
y la que obtienen el Carbono para sus compuestos orgánicos.
| Tipos
de metabolismo |
| Fuente
de Energía |
Luz
|
Fototrofo |
| Química |
Quimitrofo |
| Fuente
de Carbono |
Inorgánico |
Litotrofo
o Autotrofo |
| Orgánico |
Organotrofo
o heterotrofo |
| Uso
de oxígeno molecular |
Si |
Aerobio |
| No |
Anaerobio |
Estos tipos de
metabolismos determina posibles tipos principales de nutrición
| Tipos
generales de nutrición |
| |
Fuente
de energía |
| Luz |
Reacciones
Químicas |
| Fuente
de Carbono |
Inorgánica |
Fotolitotrofo |
Quimiolitotrofo |
Bacterias
fotosintéticas
Cianobacterias
Algas
Plantas (cél Fotosintéticas) |
Bacterias
Quimioautótrofas
Arquéas Quimioautótrofas |
| Orgánica |
Fotoorganotrofo |
Quimioorganotrofo |
Bacterias
fotoorganotrofas
Arquéas fotoorganotrofas
Algas y protistas mixótrofos |
Bacterias
heterotrofas
Protistas protozoos
Hongos
Animales
Plantas (cél no fotosintéticas) |
Los fotolitotrofos
toman energía de la luz y materia inorgánica
Son las bacterias fotosintéticas (que realizan fotosíntesis
sin despremndimiento de oxígeno), las cianobacterias algas
y plantas que reducen materia inorgánica a partir del agua
con desprendimiento de O2
Los quimiolitotrofos
sacan su energía de reacciones químicas (generalmente
oxidaciones de determinadas moléculas) y toman materia inorgánica
para formar sus compuestos
Son pocos organismos procariotas los que poseen este tipo de metabolismo.
Los fotoorganotrofos
toman energía de la luz y materia orgánica
Lo tienen algunas bacterias oceánicas muy abundantes (roseobacter)
y algunas algas y protistas mixótrofos que son capaces de tomar
materia orgánica y realizar foto´sintesis por si mismas
o utilizando los orgámulos fotosintéticos de organismos
depredados.
Los quimioorganotrofos
toman materia orgánica, parte la usan para sintetizar sus componentes
y parte para obtener energía.
Es un tipo de metabolismo muy frecuente: Todos los animales y hongos
además de muchos protistas, bacterias y arquéas y las
células no fotosintéticas de las plantas.
|
Rutas metabólicas
 |
Anabolismo
Conjunto
de reacciones que va de moléculas sencillas a moléculas
más complejas
Consume energía
pues las moléculas mayores tienen más enlaces ricos
en energía
|
 |
Catabolismo
Conjunto
de reacciones que va de moléculas complejas a moléculas
más sencillas
Produce energía
pues se rompen enlaces ricos en energía
La energía
útil obtenida es siempre menor que la misma ruta anabólica.
|
|
Ejemplos
de nutrición de células
Célula
Fotolitotofa o Fotoautótrofa
- Obtiene
energía de la luz
- Con esta
energía es capaz de reducir CO2
a compuestos orgánicos. Los H necesarios los obtiene
del H2O desprendiendo O2
- Con los
compuestos orgánicos sencillos y la energía de
la fotosíntesis obtienen compuestos celulares más
complejos
|
 |
Célula
Quimioorganotrofa aerobia
Fuente limitada de carbono
- Toman
alguna materia orgánica, en el ejemplo glicerina, un
compuesto orgánico sencillo.
- Parte
de estos compuestos los emplean en obtener energía quemándolos
con oxígeno y desprendiendo CO2
y H2O
- El resto
los emplea para fabricar sus propios compuestos
|
 |
Célula
Qimioorganotrofa aerobia
Fuente amplia de carbono
- Como en
el caso anterior, pero al disponer de elementos más complejos
los toma para ahorrar en fabricarlos
|
 |
Célula
Qimioorganotrofa anaerobia
- Al no
disponer de oxígeno los compuestos orgánicos no
pueden degradarse completamente, han de excretarse compestos
orgánicos sencillos y se obtiene menos energía
|
 |
Célula
Qimioorganotrofa sin fuente de carbono
- Recurre
a sus reservas energéticas en forma de polisacáridos
triglicéridos
|
 |
Estos esquemas
de metabolismo son aplicables
a células individuales o a organismos pluricelulares completos.
Las plantas y algunas
algas tienen células fotolitotrofas, las que hacen las fotosíntesis,
y quimioorganotrofas , el resto. Por ello tiene que transportar sustancias
de unas a otras.
Las células
animales son todas quimioorganotrofas pero se especializan en diferentes
funciones
|
| Orgánulos
implicados en la nutrición celular |
Entrada de sustancias
en la célula
Sustancias de tamaño
pequeño
compuestos inorgánicos, monómeros de macromoléculas...
Lo hacen a
través de proteínas de membrana específicas
Si es a favor de gradiente sin gasto de energía si es en
contra de gradiente de concentración por transporte activo
y con gasto energético.
La pared celular
no impide su acceso a la membrana
Todos lo litotrofos
y células con pared solo pueden tomar sustancias de pequeño
tamaño
Sustancias de gran tamaño
Macromoléculas,
fragmentos celulares, células...
Han de digerirse
para obtener moléculas de pequeño tamaño (nutrientes)
Puede ser digestión
extracelular:
- Se vierten
enzimas digestivos formados en el interior celular
(En eucariotas REPg -> Golgi -> Lisosomas -> membrana)
- Se digiere el cuerpo exteriormente
- Se absorben los nutrientes
Lo hacen
muchas células heterotrofas. Bacterias. Hongos. Animales
con digestión extracelular
Puede ser digestión
intracelular:
Fagocitosis.
- Se fija cuerpo a dsigerir a la mambrana.
- Se invagina la membrana. Se forma una vacuola dfigestiva
- Se vierten lisosomas con enzimas digestivos y proteínas
de membrana
- Se realiza la digestión.
- Se absorben los nutrientes
- Se vierten los reestos no digeridos por fusión de vacuola
cxon membrana plasmática
Lo hacen
muchas células heterotrofas sin pared. Protistas
|
Obtención
de energía por la célula
Fototrofos
Obtienen energía
captando luz en lamelas fotosintéticas
- Lamelas de procariotas
- Cloroplastos de eucariotas
Quimiolitotrofos
Obtienen energía
de reacciones químicas. Muchas veces inorgánicas
- Generalmente en lamelas de procariotas (no hay eucariotas quimiolitotrofos)
Quimiorganotrofos
Obtienen energía
de reacciones químicas generalmente a partir de moléculas
orgánicas
Fermentación
Toman una
molécula orgánica y la convierten en otra de menor
energía.
Es un proceso citoplásmico
Lo realizan muchas bacterias, arquea y eucariotas.
Respiración
Toman una
molécula orgánica y la oxidan con O2 produciendo
CO2 y H2O. Se realiza en la membrana de bacterias respiradoras
o en mitocondrias de eucariotas.
|
| Relación
celular
Las cálulas
deben informarse del medio en el que se encuentran, tanto interno como
externo, y reaccionar en consecuencia.
|
Las funciones de
relación consisten en cambios que se producen en las célula
o los organismos en respuesta a los cambios en el medio en que viven.
Son una adaptación
fundamental para competir con otros seres vivos.
Intentan mantener un medio ambiente constante. Homeostasis
Para que se pruduzacan
estos cambios es importante la obtención de información
:
- del ambiente exterior
a la célula
- del medio interno
(estado de la célula).
Es importante la
forma del organismo para poder captar estímulos y elaborar y
ejecutar las respuestas adecuadas.
Dentro de las funciones
de relación se pueden incluir mecanismos muy variados como por
ejemplo:
- La forma del organismo o la célula
- La obtención de información
- Los movimientos
- La comunicación
- La defensa interna
|
|
Información
del medio
Los
seres vivos han de detectar los cambios tanto externos como internos
para reaccionar en consecuencia
-
-
Elaboración
de una respuesta interna
-
La célula
tiene proteínas receptoras de membrana capaces
de cambiar como consecuencia de una variable del medio
Estas proteínas suelen localizarse en la membrana plasmática
Cada proteína responde a un solo factor (Ej sustancia química,
temperatura, determinada radiación electromagnética, contacto...)
La proteína
manda al interior celular sustancias químicas denominadas genéricamennte
mensajeros intracelulares
Los mensajeros intracelulares puede fabricarlos la misma proteína
o dejarlos pasas desde el exterior
Cambio celular
El citoplasma celular, en presencia de los mensajeros intracelulares
cambia de funcionamiento y de igual manera la célula
Ejemplo
Célula con movimientos por pseudópodos
Célula muscular
Célula en respuesta a una hormona
Tipo de información
obtenida
Las
células pueden ser sensibles a cambios de muy diversos factores
del medio
Receptores
químicos
Son los más frecuentes. Las sustancias químicas pueden
estar disueltas en agua, aire o ser los parte del medio interno
Ejemplos Órganos gustativos y olfatorios, quimiotaxias hidrotaxia
de plantas
Receptores
mecánicos
Detectan presiones, aceleraciones, gravedad, tensión, vibración
....
Ejemplos en ´rganos complejos: Oído. equilibrio, receptores
de tensión musculates ...
Receptores
térmicos
Detectan cambios de temperaturas
Ejemplo de órgano complejo termoreceptores de las serpientes
Receptores
eléctricos
Detectan el campo eléctrico
Ejemplo peces de zonas fangosas. A veces el campo eléctrico
generado para la detección sirve de defensa o como medio de
caza.
Receptores
magnéticos
Detectan el campo magnético terrestre
Orgánulos de algunas bacterias. Se sabe que existen en muchos
animales pero no cómo funcionan
Receptores
electromagnéticos
Detectan la luz. A veces son sensibles a varis frecuencias independientemente;
color
Pueden tenerlo las células como manchas pigmentarias
Pueden formar órganos complejos; los ojos
|
|
Forma
de las células
Los seres vivos
adquieren formas determinadas .
Algunos tienen formas muy laxas y cambiantes (Ej ameba), otros formas
muy estables (Ej diatomea)
Algunos adquieren una forma definitiva que no se modifica (Ej algunos
protistas, bacterias...), en otros su forma depende de los cambios
del medio (Ej micelio de hongos, protistas...)
En general
las formas son más estables en orgánulos u órganos
más especilizados
Células
con pared.
La estructura de la pared da la forma a la célula
Hongos, algas, bacterias
Es sencillo desarrollar formas pluricelulares
Células
sin pared
La forma celular es determinada por sistemas internos de fibras
proteínicas conocidos colectivamente como citoesqueleto;
microtúbulos, microfilamentos, ....
El comportamiento del citoesqueleto está determinadop
por sustancias químicas del interior celular
Protistas y células animales
|
| |
|
Célula
de una diatoméa con pared celulósica |
Células
animales con citoesqueleto interno |
|
Movimientos
Las
células necesitan cambiar de localización o reorientarse
en el medio. .
En ocasiones lo hacen de manera pasiva aprovechando las condiciones
adecuadas, pero también pueden generar sus propios mivimientos.
Las células
tiene diversos tipos de movimientos
Movimientos
citoplásmicos
El citoplasma
fluye modificando la forma de la célula.
Común en células sin membrana: moviminetos ameboides
Ejemplo: Amebas. Diatomeas
Cilios
y flagelos
Expansiones
externas a las células.
Son filamentos con capacidad de movimiento.
La
organización es muy diferente en células eucariotas
y procariotas
|
 |
Orgánulos
formados por microtúbulos unidos por proteínas y
la membrana plasmática.
Se
mueven batiendo por desplazamineto de unos microtúbulos
respeto a otros
Formados por proteína y un anclaje a la membrana
Se mueven por rotación en la base
Crecimiento
Las células
pueden moverse por crecimiento de hecho el crecimineto implica movimiento.
El movimiento es lento pero es una manera efectiva en células
con pared como las plantas y hongos
Entrada y salida
de líquidos
Las células
pueden dejar entrar o salir líquidos del citoplasma controlando
la concentración de sales (ósmosis). La entrada de
líquidos aumenta la presión interna, la salida la
disminuye.
Este mecanismo es utilizado por células con pared para realizar
movimientos (turgencia)
|
Las células
son capaces de mandar y recibir información de otras células.
Este intercambio
de información ha evolucionado porque permite una mayor supervivencia
de los individuos que tienen en cueta la presencia y estado de otros
individuos.
Como en cualquier
intercambio de información los mensajes pueden ser informar
de la condición real de un organismo o intentar simular otra.
Tipos
de comunicación
Interespecífica
Entre individuos de diferente especie
Informan de identidad para simbiosis o competencia
Intraespecífica.
Entre individuos de la misma especie
Información de identidad para reproducción y organizaciones
sociale
La
comunicación precisa de la emisión de un estímulo
por un organismo y la recepción del mensaje por otro.
Recepción:
Se aprovecha la sensibilidad celular (fundamentralmente receptores
químicos)
Emisión:
Se desarrollan oegánulos para emitir señales
|
Defensa
interna
Los
seres vivos han de poseer mecanismos defensivos frente a organismos
de menor tamaño. Estos organismos patógenos pueden penetrar
en el medio interno celular y aprovechar los nutrientes celulares en
su beneficio.
Principales tipos
de organismos infecciosos:
-
Virus
Son parásitos intracelulares obligados. Muy frecuentes y
variados
Afectan a todo tipo de células. están muy especializados
en el tipo celular al que parasitan
-
Bacterias
Mayoría no causan problemas pero hay muchas parásitas
-
Protistas
Abundan los protistas parásitos.
Algunos grupos son enteramente endoparásitos. (Malaria)
-
Hongos
Principalmente parásitos de plantas pero algunos afectan
también a animales
Al iguan que las bacterias los hay especializados y oportunistas
Mecanismos
de defensa
Sustancias
tóxicas frente a microorganismos
Se segrega
una sustancia tóxica afecte al parásito y no al
emisor.
Por
ejemplo: Antibióticos frente a bacterias, lisozima y
otras sustancia en animales, muchísimas sustancias microbicidas
en plantas....
Este mecanismo
de defensa tien varioos problemas
- Existen muchísimos microbios diferentes y muy variados.
Las sustancias son específicas y no sirven para todos
-
Los microorganismos al tener una reproducción más
rápida que el huesped evolucinan mucho más rapidamente.
Por
ejemplo la resistencia a los antibióticos tas unos
pocos decenios de utilización generalizada
Sistema
de defensa inducible
-
Responde a cualquier tipo de agente externo o modificación
celular interna.
-
Respuesta específica contra un solo agente.
De
este tipo es el sistema inmunitario de los vertebrados,
bien conocido.
Muy
interesante el de bacterias CRISPr
Otros
grupos de seres vivos también tienen sistemas inducibles
pero su mecanismo de acción es mucho menos conocido.
|
|
|
Inducción
a la apoptosis de una célula infectada por un linfocito
T |
Son
erraminetas muy interesantes en ingeniería genética
pues permiten manejar genes y células.
marcaje de células y orgánulos, edición genética
...
|
