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Ficha temática

Moléculas de la vida - La célula

Todos los organismos están constituidos por una o más células. El siguiente recurso trata acerca de esta unidad estructural y funcional. Contiene ilustraciones.

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.


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 (H2O) 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:

tabla sales

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 célula procarionte

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. 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. 

Esquema membrana plasmática

 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

Consiste            en       un        sistema            de       sacos    aplanados, implicados         en

La modificación,     selección          y empaquetamiento de macromoléculas para la secreción o exportación a otros organelos.

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO (RE):

Sistema de membranas que se halla en continuidad estructural con la membrana externa del núcleo y ocupa un amplio espacio intracelular. Se divide en: RE rugoso (RER): asociado a ribosomas, dedicados a la síntesis de proteínas.

RE liso (REL): carece de ribosomas y su función se centra en el metabolismo de lípidos.

MITOCRONDRIAS

Podríamos decir que son las centrales energéticas de todas  las células eucariotas: sintetizan ATP a partir de moléculas orgánicas como la glucosa.

LISOSOMAS Y PEROXI OMAS

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.

CLOROPLASTOS

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.

VACUOLA

Es       una       vesícula          muy        grande         limitada           por       una membrana y puede ocupar hasta el 90% del volumen celular. Su función es actuar en la regulación de la presión osmótica y en la digestión intracelular.

PARED CELULAR

Las células vegetales están rodeadas por una pared rígida formada por fibrillas 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). 

Esquema de diferentes tipos de transporte a través de la membrana

 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 denominado OSMOSIS. 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). 

Esquema de osmosis

 Fig. 5: Osmosis.

Ejercicios:

Ahora que hemos aprendido sobre la célula, reflexiona y responde las siguientes preguntas y ejercicios:

  1. Realiza un mapa conceptual con los tipos celulares que existen indicando las principales diferencias.
  2. En nuestro cuerpo existen varios tipos de células (todas eucariontes) con distintas formas y funciones. Nombra tres, asociando forma y función.
  3. Explica cuál es el efecto de la osmosis en las células cuando se colocan en un medio:

a. Hipertónico.
b. Hipotónico.
c. Isotónico.

 

LA CÉLULA

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Moléculas de la vida - La célula

 

Es muy importante que el alumno sepa que la célula es la unidad estructural y funcional de todos los seres vivos, que conozca

 

·        Cuáles son sus elementos fundamentales: membrana plasmática, citoplasma y centro de control celular (ADN).

·        Las características principales de los dos grandes tipos de célula: procariontes y eucariontes, y las  diferencias entre éstos.

·        Que sepa las funciones principales de los organelos eucariontes, incluyendo las diferencias entre una célula animal típica y una vegetal.

 

 

Con respecto a la membrana plasmática, el alumno debe saber que son estructuras complejas y dinámicas compuestas por moléculas que poseen características especiales, y que tales características hacen posible la existencia de interacciones selectivas entre los sistemas de membrana internos en la célula, así como de la célula con el medio que la rodea. Además debe conocer que entre otras funciones de la membrana celular, destacan la regulación del transporte de moléculas hacia adentro y afuera de la célula, la transmisión de señales e información entre el medio y el interior de la célula y la capacidad de actuar como sistema de transferencia y almacenamiento de energía y el reconocimiento del entorno celular. Especial atención merece el transporte celular a través de membrana. Resumiendo los conocimientos que debe dominar el alumno con respecto a la membrana plasmática son:

 

·        Su estructura y composición fundamental

·        Sus funciones principales

·        Tipos de transporte: pasivo y activo,  características y diferencias. Haciendo hincapié en el transporte de agua (osmosis), y la bomba de Na+/K+ ATPasa como ejemplos de transporte pasivo y activo respectivamente.

 

Sobre esta base expuesta, pedir a los alumnos que confeccionen cuadros resumen o mapas conceptuales, en donde se revisen cada uno de los puntos anteriores. Pueden hacerlo primero en forma individual, y luego organizar grupos de trabajo en donde ellos contrasten lo que han realizado.

Información

Técnica

Descripción BreveTodos los organismos están constituidos por una o más células. El siguiente recurso trata acerca de esta unidad estructural y funcional. Contiene ilustraciones.
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IdiomaEspañol (ES)
Autoreducarchile
Fuenteeducarchile
Clasificación Curricular
NivelSectorUnidad o eje
1° medioBiologíaEstructura y función de los seres vivos

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