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Célula
Las células son estructuras altamente organizadas en su interior, constituidas por diferentes orgánulos implicados, cada uno de ellos en diferentes funciones. Es la unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma
Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no consta al menos de una célula. Algunos organismos microscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas, mientras que los animales y plantas están formados por muchos millones de células organizadas en tejidos y órganos. Aunque los virus y los extractos acelulares realizan muchas de las funciones propias de la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad de crecimiento y reproducción propias de las células y, por tanto, no se consideran seres vivos. La biología estudia las células en función de su constitución molecular y la forma en que cooperan entre sí para constituir organismos muy complejos, como el ser humano. Para poder comprender cómo funciona el cuerpo humano sano, cómo se desarrolla y envejece y qué falla en caso de enfermedad, es imprescindible conocer las células que lo constituyen.
Características generales de las células
Hay células de formas y tamaños muy variados. Algunas de las células bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica de menos de una micra o µm (1 µm es igual a una millonésima de metro) de longitud. En el extremo opuesto se encuentran las células nerviosas, corpúsculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metros de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular). Casi todas las células vegetales tienen entre 20 y 30 µm de longitud, forma poligonal y pared celular rígida. Las células de los tejidos animales suelen ser compactas, entre 10 y 20 µm de diámetro y con una membrana superficial deformable y casi siempre muy plegada.
Pese a las muchas diferencias de aspecto y función, todas las células están envueltas en una membrana —llamada membrana plasmática— que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma. En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar residuos. El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (término que proviene de una palabra griega que significa cambio). Todas las células contienen información hereditaria codificada en moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN); esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a la descendencia. Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas moléculas idénticas o casi idénticas) demuestran que hay una relación evolutiva entre las células actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra.
Composición química
En los organismos vivos no hay nada que contradiga las leyes de la química y la física. La química de los seres vivos, objeto de estudio de la bioquímica, está dominada por compuestos de carbono y se caracteriza por reacciones acaecidas en solución acuosa y en un intervalo de temperaturas pequeño. La química de los organismos vivientes es muy compleja, más que la de cualquier otro sistema químico conocido. Está dominada y coordinada por polímeros de gran tamaño, moléculas formadas por encadenamiento de subunidades químicas; las propiedades únicas de estos compuestos permiten a células y organismos crecer y reproducirse. Los tipos principales de macromoléculas son las proteínas, formadas por cadenas lineales de aminoácidos; los ácidos nucleicos, ADN y ARN, formados por bases nucleotídicas, y los polisacáridos, formados por subunidades de azúcares.
Células procarióticas y eucarióticas
Entre las células procarióticas y eucarióticas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna. Las procarióticas, que comprenden bacterias y cianobacterias (antes llamadas algas verdeazuladas), son células pequeñas, entre 1 y 5 µm de diámetro, y de estructura sencilla; el material genético (ADN) está concentrado en una región, pero no hay ninguna membrana que separe esta región del resto de la célula. Las células eucarióticas, que forman todos los demás organismos vivos, incluidos protozoos, plantas, hongos y animales, son mucho mayores (entre 10 y 50 µm de longitud) y tienen el material genético envuelto por una membrana que forma un órgano esférico conspicuo llamado núcleo. De hecho, el término eucariótico deriva del griego ‘núcleo verdadero', mientras que procariótico significa ‘antes del núcleo'.
Partes de la célula
El núcleo
El órgano más conspicuo en casi todas las células animales y vegetales es el núcleo; está rodeado de forma característica por una membrana, es esférico y mide unas 5 µm de diámetro. Dentro del núcleo, las moléculas de ADN y proteínas están organizadas en cromosomas que suelen aparecer dispuestos en pares idénticos. Los cromosomas están muy retorcidos y enmarañados y es difícil identificarlos por separado. Pero justo antes de que la célula se divida, se condensan y adquieren grosor suficiente para ser detectables como estructuras independientes. El ADN del interior de cada cromosoma es una molécula única muy larga y arrollada que contiene secuencias lineales de genes. Éstos encierran a su vez instrucciones codificadas para la construcción de las moléculas de proteínas y ARN necesarias para producir una copia funcional de la célula.
El núcleo está rodeado por una membrana doble, y la interacción con el resto de la célula (es decir, con el citoplasma) tiene lugar a través de unos orificios llamados poros nucleares. El nucleolo es una región especial en la que se sintetizan partículas que contienen ARN y proteína que migran al citoplasma a través de los poros nucleares y a continuación se modifican para transformarse en ribosomas.
El núcleo controla la síntesis de proteínas en el citoplasma enviando mensajeros moleculares. El ARN mensajero (ARNm) se sintetiza de acuerdo con las instrucciones contenidas en el ADN y abandona el núcleo a través de los poros. Una vez en el citoplasma, el ARNm se acopla a los ribosomas y codifica la estructura primaria de una proteína específica.
Citoplasma y citosol
El citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo. Engloba numerosas estructuras especializadas y orgánulos, como se describirá más adelante.
La solución acuosa concentrada en la que están suspendidos los orgánulos se llama citosol. Es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de moléculas grandes y pequeñas, y en la mayor parte de las células es, con diferencia, el compartimiento más voluminoso (en las bacterias es el único compartimiento intracelular). En el citosol se producen muchas de las funciones más importantes de mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposición de moléculas nutritivas y la síntesis de muchas de las grandes moléculas que constituyen la célula.
Aunque muchas moléculas del citosol se encuentran en estado de solución verdadera y se desplazan con rapidez de un lugar a otro por difusión libre, otras están ordenadas de forma rigurosa. Estas estructuras ordenadas confieren al citosol una organización interna que actúa como marco para la fabricación y descomposición de grandes moléculas y canaliza muchas de las reacciones químicas celulares a lo largo de vías restringidas.
Citoesqueleto
El citoesqueleto es una red de filamentos proteicos del citosol que ocupa el interior de todas las células animales y vegetales. Adquiere una relevancia especial en las animales, que carecen de pared celular rígida, pues el citoesqueleto mantiene la estructura y la forma de la célula. Actúa como bastidor para la organización de la célula y la fijación de orgánulos y enzimas. También es responsable de muchos de los movimientos celulares. En muchas células, el citoesqueleto no es una estructura permanente, sino que se desmantela y se reconstruye sin cesar. Se forma a partir de tres tipos principales de filamentos proteicos: microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios, unidos entre sí y a otras estructuras celulares por diversas proteínas.
Los movimientos de las células eucarióticas están casi siempre mediatizados por los filamentos de actina o los microtúbulos. Muchas células tienen en la superficie pelos flexibles llamados cilios o flagelos, que contienen un núcleo formado por un haz de microtúbulos capaz de desarrollar movimientos de flexión regulares que requieren energía. Los espermatozoides nadan con ayuda de flagelos, por ejemplo, y las células que revisten el intestino y otros conductos del cuerpo de los vertebrados tienen en la superficie numerososcilios que impulsan líquidos y partículas en una dirección determinada. Se encuentran grandes haces de filamentos de actina en las células musculares donde, junto con una proteína llamada miosina, generan contracciones poderosas. Los movimientos asociados con la división celular dependen en animales y plantas de los filamentos de actina y los microtúbulos, que distribuyen los cromosomas y otros componentes celulares entre las dos células hijas en fase de segregación. Las células animales y vegetales realizan muchos otros movimientos para adquirir una forma determinada o para conservar su compleja estructura interna.
Mitocondrias y cloroplastos
Las mitocondrias son uno de los orgánulos más conspicuos del citoplasma y se encuentran en casi todas las células eucarióticas. Observadas al microscopio, presentan una estructura característica: la mitocondria tiene forma alargada u oval de varias micras de longitud y está envuelta por dos membranas distintas, una externa y otra interna, muy replegada.
Las mitocondrias son los orgánulos productores de energía. La célula necesita energía para crecer y multiplicarse, y las mitocondrias aportan casi toda esta energía realizando las últimas etapas de la descomposición de las moléculas de los alimentos. Estas etapas finales consisten en el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono, proceso llamado respiración, por su similitud con la respiración pulmonar. Sin mitocondrias, los animales y hongos no serían capaces de utilizar oxígeno para extraer toda la energía de los alimentos y mantener con ella el crecimiento y la capacidad de reproducirse. Los organismos llamados anaerobios viven en medios sin oxígeno, y todos ellos carecen de mitocondrias.
Los cloroplastos son orgánulos aún mayores y se encuentran en las células de plantas y algas, pero no en las de animales y hongos. Su estructura es aún más compleja que la mitocondrial: además de las dos membranas de la envoltura, tienen numerosos sacos internos formados por membrana que encierran el pigmento verde llamado clorofila. Desde el punto de vista de la vida terrestre, los cloroplastos desempeñan una función aún más esencial que la de las mitocondrias: en ellos ocurre la fotosíntesis; esta función consiste en utilizar la energía de la luz solar para activar la síntesis de moléculas de carbono pequeñas y ricas en energía, y va acompañado de liberación de oxígeno. Los cloroplastos producen tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno que utilizan las mitocondrias.
Membranas internas
Núcleos, mitocondrias y cloroplastos no son los únicos orgánulos internos de las células eucarióticas delimitados por membranas. El citoplasma contiene también muchos otros orgánulos envueltos por una membrana única que desempeñan funciones diversas. Casi todas guardan relación con la introducción de materias primas y la expulsión de sustancias elaboradas y productos de desecho por parte de la célula. Por ello, en las células especializadas en la secreción de proteínas, por ejemplo, determinados orgánulos están muy atrofiados; en cambio, los orgánulos son muy numerosos en las células de los vertebrados superiores especializadas en capturar y digerir los virus y bacterias que invaden el organismo.
La mayor parte de los componentes de la membrana celular se forman en una red tridimensional irregular de espacios rodeada a su vez por una membrana y llamada retículo endoplasmático (RE), en el cual se forman también los materiales que son expulsados por la célula. El aparato de Golgi está formado por pilas de sacos aplanados envueltos en membrana; este aparato recibe las moléculas formadas en el retículo endoplasmático, las transforma y las dirige hacia distintos lugares de la célula.
Los lisosomas son pequeños orgánulos de forma irregular que contienen reservas de enzimas necesarias para la digestión celular de numerosas moléculas indeseables. Los peroxisomas son vesículas pequeñas envueltas en membrana que proporcionan un sustrato delimitado para reacciones en las cuales se genera y degrada peróxido de hidrógeno, un compuesto reactivo que puede ser peligroso para la célula. Las membranas forman muchas otras vesículas pequeñas encargadas de transportar materiales entre orgánulos. En una célula animal típica, los orgánulos limitados por membrana pueden ocupar hasta la mitad del volumen celular total.
División celular
Las plantas y los animales están formados por miles de millones de células individuales organizadas en tejidos y órganos que cumplen funciones específicas. Todas las células de cualquier planta o animal han surgido a partir de una única célula inicial —el óvulo fecundado— por un proceso de división. El óvulo fecundado se divide y forma dos células hijas idénticas, cada una de las cuales contiene un juego de cromosomas idéntico al de la célula parental. Después cada una de las células hijas vuelve a dividirse de nuevo, y así continúa el proceso. Salvo en la primera división del óvulo, todas las células crecen hasta alcanzar un tamaño aproximado al doble del inicial antes de dividirse. En este proceso, llamado mitosis, se duplica el número de cromosomas (es decir, el ADN) y cada uno de los juegos duplicados se desplaza sobre una matriz de microtúbulos hacia un polo de la célula en división, y constituirá la dotación cromosómica de cada una de las dos células hijas que se forman.
Pasos para la realización de la división de las células
TALLER 1 DE BIOLOGÍA
RTAS: 1: A, 2: C, 3: D, 4: C, 5: C, 6: A, 7: C
ECOSISTEMA
Se define de forma muy simple como los sistemas de la vida.
Los físicos dicen que un conjunto de partes forman un sistema cuando funcionan de forma integrada, no siendo esto posible considerando cada parte independientemente. Otra forma de considerar los ecosistemas es analizar cada una de sus partes: biotopo (lugar de la vida) o componentes abióticos y biocenosis (bios = vida; cenosis = comunidad), literalmente, el conjunto de todos los seres vivos que se desarrollan en un área, o sea, el componente vivo del ecosistema. El concepto actual destaca, además especialmente, las relaciones que se establecen entre los componentes y dentro de estos mismos componentes; es decir, consideraría los ecosistemas como auténticos sistemas desde el punto de vista físico.
BIOTOPO: Se define como el conjunto de componentes no vivos del ecosistema que condicionan el desarrollo de los organismos. Son muy variados: físicos, químicos, climáticos, edáficos (suelo).
BIOCENOSIS: Es el conjunto de organismos del ecosistema; desde los más sencillos, como las bacterias, hasta los animales y plantas. Generalmente, se consideran dividió en dos grupos: 1--- Los productores: organismos capaces de sintetizar materia orgánica a parir de compuestos inorgánicos sencillos. Son autótrofos.
2--- Los consumidores: organismos que necesitan consumir los compuestos elaborados por los anteriores. Su nutrición es heterótrofa.
Es muy difícil representar un ecosistema de forma sencilla debido a la gran cantidad de relaciones que se establecen entre sus componentes. Una forma es seguir un determinado elemento o un compuesto como el agua, o el flujo de la energía a lo largo del ecosistema. De esta forma, se obtendrían una serie de ciclos que su ventaja sería la consideración del ecosistema como un todo integrado.
CADENA TRÓFICA: En la que cada eslabón utiliza recursos del anterior y es utilizado por el siguiente. De manera gráfica, se alimenta de otros y es comido por el siguiente. En la realidad, más que de cadenas, sería preciso considera complejas redes.
PIRÁMIDE ECOLÓGICA: Se basa en la representación del ecosistema considerando distintos niveles en los que se incluirían las especies más significativas. Cada nivel se desarrolla a partir del inferior y conseguiría acumular siempre una cantidad de biomasa inferior, dado que parte de la energía se pierde en las transferencias o en las relaciones que se establecen. Por ejemplo: siempre existirá mayor biomasa de herbívoros que de carnívoros puesto que estos aprovechan menos de la mitad de la energía que almacena la carne que consume.
Las relaciones interespecíficas son aquellas que se establecen entre distintas especies del ecosistema. Realmente, son complejas y difíciles de catalogar.
SIMBIOSIS MUTUALISTA: Es aquella relación en la que las dos especies que participan se benefician. El ejemplo típico es el del cangrejo ermitaño que coloca sobre su dorso una actinia; o los grandes mamíferos que llevan pequeños pájaros que los limpian de parásitos; o los líquenes, que son asociaciones de un alga y un hongo.
COMENSALISMO: Es la relación en la que una especie se beneficia y la otra es neutral ( no se ve perjudicada). Por ejemplo, los líquenes que crecen sobre el tronco de una encina; o los pececillos que se refugian entre los tentáculos de las actinias.
PARASITISMO: Es la relación ínter específica en la que una especia se beneficia, el parásito, que se alimenta o desarrolla a partir de otra especie, el hospedador, que sale perjudicado. Existen parásitos internos como los gusanos intestinales (tenias, áscaris) y parásitos que se desarrollan sobre la superficie exterior de los organismos, como por ejemplo, pulgas o garrapatas.
DEPREDACIÓN: Es la relación que se establece entre una especie, el depredador, que mata a otra especie, la presa, que le sirve de alimento. Por ejemplo, el león y las cebras.
COMPETENCIA: Es la relación que se establece entre dos especies que luchan por conseguir un recurso limitado del medio. En principio, se puede decir que ambas especies se perjudican. En general, a nivel del ecosistema, la biomasa que se produce, es mayor cuando son varias especies las que se desarrollan en el medio.
El flujo de la energía en un ecosistema.
Solo la porción correspondiente a las radiaciones luminosas es utilizada por las plantas verdes y por algunas bacterias, es la complicada e importantísima transformación energética que es la fotosíntesis, cuya reacción química global, recordemos que es:
CO2 + H2O + energía luminosa ---> glucosa + O2
La energía es transformada en energía química y almacenada en la estructura de las sustancias orgánicas sintetizadas.
Mediante la respiración en la que las células liberan energía a partir de la glucosa y del oxígeno atmosférico, produciendo dióxido de carbono y agua como productos de desecho.
Glucosa + O2 ---> CO2 + H2O + energía
Las transferencias de energía de un nivel alimenticio a otro se realiza mediante la nutrición heterótrofa que se desarrolla en diversas fases; capturas de alimentos, digestión, respiración, síntesis de nuevas sustancias y excreción.
El ciclo de la materia en el ecosistema.
Mientras que desde el punto de vista energético el planeta tierra constituye un ecosistema abierto, desde el punto de vista de la materia, él nuestro es un ecosistema cerrado.
Los ciclos del carbono biogeoquímico.
El ciclo del carbono .
El dióxido de carbono atmosférico y disuelto en el agua es utilizado por las plantas verdes para sintetizar la materia orgánica vegetal, que tras diversas transferencias, es transformada de nuevo, parcialmente en dióxido de carbono por la respiración.
El ciclo del nitrógeno .
El nitrógeno atmosférico es transformado en amoniaco mediante una serie de bacterias del suelo. Otras bacterias transforman el amoniaco en nitrito y nitratos, y estos últimos disueltos en el agua, son absorbidos por las plantas, que los incorporan a la cadena alimenticia.
El ciclo del fósforo.
El fósforo se presenta en la naturaleza de forma de fosfatos, ya sea como las rocas fosfatada. Disueltos en el agua se incorporan a las plantas y posteriormente al resto de la cadena alimenticia.
Cambios naturales en los ecosistemas; sucesiones y fluctuaciones.
Si se observa con detenimiento un ecosistema a lo largo de un año, podemos advertir en él, cambios importantes, tanto en las poblaciones que constituyen su biocenosis, como en las condiciones fisico-químicas de su biótopo.
Sucesiones .
Las comunidades se van sucediendo hasta que uno se consigue un tipo de biocenosis capaz de conservarse indefinidamente estable en ese biotopo; es la denominada comunidad clímax.
Se denomina sucesión primaria la que se inicia en un área despoblada donde no ha existido anteriormente la vida, o donde está ha sido totalmente destruida.
Llamamos sucesión secundaria a la que se establece en un biotopo que ha quedado parcialmente arrasado por un detalle ecológico.
Fluctuaciones .
Muchas poblaciones de los ecosistemas, incluso de aquellos que han alcanzado su equilibrio, presentan a lo largo del tiempo importantes oscilaciones numéricas que denominamos fluctuaciones. Las oscilaciones periódicas de las poblaciones se denominan fluctuaciones cíclicas.
Otro tipo de variaciones bruscas de una población no presenta periodicidad en sus incrementos.
Las oscilaciones de la población se denominan fluctuaciones irregulares.
El ciclo del nitrógeno
En un proceso cíclico el nitrógeno, componente elemental de la materia orgánica, circula a través de los seres vivos. Al morir estos el nitrógeno orgánico se convierte en amoníaco, por acción de bacterias de putrefacción y pasando a la atmósfera. El nitrógeno atmosférico es transformado en amoniaco mediante una serie de bacterias del suelo y posteriormente se transforma en nitritos y nitratos estos últimos disueltos en el agua están disponibles en el ambiente gracias a bacterias nitrificantes que fijan el nitrógeno disponible por las plantas (son absorbidos por las plantas), que los incorporan a la cadena alimenticia. De esta forma queda cerrado el ciclo.
1. Para completar el ciclo del nitrógeno las plantas utilizan iones nitrato del suelo, también los animales al consumir plantas. Los dos tipos de organismos obtienen ganancia al:
2. Si las bacterias que intervienen en el ciclo, sean de carácter nitrificante o desnitrificante, disminuyen al máximo su actividad, el nitrógeno disponible disminuye y esto trae como consecuencia
A. se interrumpe el ciclo del nitrógeno
B. las plantas mueren y se extinguen
C. los animales mueren y se extinguen
D. la proteína disponible para consumidores también.
3. Teniendo en cuenta que durante las cosechas se sustraen materias minerales del suelo aminorando su capacidad y ante la necesidad de aumentar la productividad agrícola es recomendable producir fertilizantes a partir de:
A. residuos animales.
B. residuos vegetales
C. nitrogenados de la atmósfera
D. minerales del suelo
4. Mendel empezó en sus experimentos con dos grupos de plantas, unas que producían únicamente semillas amarillas y otras que producían exclusivamente semillas verdes. Cuando fueron cruzados los dos grupos de plantas, el resultado fue plantas con semillas amarillas. De esto es posible deducir que el genotipo de la primera generación resultante del cruce es:
A. AA
B. AA + aa
C. Aa
D. aa
5. Las raíces y las hojas jóvenes son los principales sitios de producción de giberilina, hormona vegetal que estimula el crecimiento de las hojas y el tallo. Si en un cultivo de arroz algunas plantas muestran mayor crecimiento de sus tallos que otras, podría suponerse que las primeras:
A. Están infectadas por un hongo que secreta giberilina.
B. Tienen sus raíces atrofiadas.
C. Poseían una baja concentración de giberilina en sus semillas.
D. Sufrieron la inhibición de la producción de giberilina.
6. Si un individuo A sufre deficiencias en células del tejido linfoide y un individuo B sufre regresión funcional en el timo se puede afirmar que
A. A y B mueren
B. A y B disminuyen su potencial de defensas
C. A aumenta la producción de linfocitos B
D. B aumenta la producción de linfocitos T
7. La célula es la unidad anatómica, fisiológica y genética de los seres vivos; su núcleo cumple las siguientes funciones que garantizan el crecimiento y desarrollo generacional de la misma, excepto
A. dirigir la reproducción celular
B. efectuar la síntesis de alimentos
C. producir la formación para la síntesis proteica
D. controlar el crecimiento celular.
8. Los ribosomas pueden hallarse aislados formando grupos libres en el citoplasma o estar fijos a las membranas en el retículo endoplasmatico, en ellos tiene lugar la síntesis de proteínas. Su actividad guarda correspondencia con y depende de:
A. la respiración celular y del ARN(m)
B. el crecimiento celular y del ADN nuclear
C. el intercambio osmótico y del ARN (t)
D. el crecimiento celular y del ADN, ARN (t) y ARN (m)
9. Durante el proceso de división celular, en la mitosis al producirse dos células hijas finalizada la telofase, se espera que las nuevas células actúen antes de la profase (siguiente etapa)
A. aumentando los procesos de secreción
B. disminuyendo su actividad nuclear
C. aumentando su actividad citoplasmatica
D. aumentando su actividad nuclear
10. Todos los organismos vivos necesitan energía para mantener su integridad. Los autótrofos no necesitan materia orgánica como fuente de energía. Por lo tanto las fuentes más probables son:
A. combustibles orgánicos y luz
B. luz y reacciones químico-inorgánico
C. luz y radiación electromagnética
D. el sol y reacciones calóricas.
11. La información genética se expresa mediante la síntesis de proteínas, que durante el ciclo de vida del organismo confiere características estructurales y funcionales. Así, es posible que los cambios ocurridos en las etapas de crecimiento y desarrollo se deban a:
A. Intercambio de información entre genes y proteínas.
B. Modificaciones en la información genética.
C. Mezcla de materiales genéticos de diferentes células.
D. Elaboración de distintos tipos de proteínas.
12. Es el proceso que favorece la supervivencia de organismos que poseen mejores adaptaciones a un ambiente dado:
A. Selección natural.
B. Genoma
C. Mutación.
D.Especiación.