Transporte Activo

El transporte activo es un mecanismo celular por medio del cual algunas moléculas atraviesan la membrana celular contra un gradiente de concentración, es decir, desde una zona de baja concentración a otra de alta concentración con el consecuente gasto de energía. Los ejemplos típicos son la bomba de sodio-potasio, la bomba de calcio o simplemente el transporte de glucosa.
¿Cómo pasa la membrana a las macromoléculas como proteínas, virus, ácido nucleico, bacterias, etcétera? Este mecanismo de transporte se denomina transporte en masa. Las macromoléculas se engloban en una vesícula que entra en la célula sin atravesar la membrana. Este sistema se llama endocitosis. Si la membrana sufre una invaginación que envuelve a la macromolécula y la introduce en la célula, hablamos de pinocitosis.

PINOCITOSIS

Si la célula repliega su membrana para englobar a la macromolécula, entonces el mecanismo se denomina fagocitosis .

Fagocitosis

El proceso inverso también existe. Se envuelve la macromolécula, se aproxima a la membrana celular, y luego de fusionarse la envoltura con la membrana celular, la macromolécula es expulsada de la célula. Este proceso se denomina exocitosis.

En la sangre circulan hormonas que llegan a la sangre por exocitosis igual que los anticuerpos y los lípidos que circulan también. Tanto para la endocitosis como para la exocitosis, se gasta energía, porque hay movimiento de moléculas

Transporte de sustancias a través de las membranas celulares

El transporte celular es un mecanismo mediante el cual entran sustancias que la célula necesita y salen de ella las sustancias de desecho y también productos útiles. Existen dos tipos de transporte: pasivo y activo

El transporte pasivo es el que se lleva a cabo sin gasto de energía por parte de la célula, como la difusión simple (únicamente de gases), la difusión facilitada y la ósmosis; todos ellos a favor de un gradiente de concentración.

El transporte activo es el que necesita energía celular para llevarse a cabo, pues es en contra de un gradiente de concentración.

Transporte PASIVO
La difusión es el paso de átomos, moléculas o iones de una región de mayor concentración a otra de menor concentración, es decir, a favor de un gradiente de concentración. Un gradiente es la medida de la diferencia de concentraciones de una sustancia dada en dos regiones diferentes. En la difusión las moléculas se seguirán moviendo hasta que se alcance un equilibrio dinámico.
En la difusión facilitada el transporte de iones y moléculas se lleva a cabo por proteínas de membranas transportadoras. Puede ocurrir a favor de un gradiente de concentración que no requiere de gasto o con gasto de energía. La ósmosis es el paso del agua a través de una membrana semipermeable de una región de mayor concentración de agua (solución hipotónica) a otra de menor concentración de agua (solución hipertónica); es decir, es la difusión del agua. En las células vivas el agua entra y sale por ósmosis. Una célula mantiene su forma cuando la concentración interior es igual a la concentración exterior de la célula (isotónica)

MEMBRANA CELULAR

En la década de 1950 se observaron por primera vez al microscopio electrónico las membranas celulares. Químicamente están constituidas por una doble capa de lípidos, carbohidratos y proteínas. Para explicar su estructura, los biólogos S.J. Singer y G.L. Nicholson, en 1972, elaboraron un modelo llamado mosaico fluido, en el cual la doble capa de fosfolípidos constituía el armazón fluido y viscoso para el mosaico donde se deslizan las distintas proteínas lentamente dentro de la bicapa.
Lo importante de este modelo es que denota la calidad dinámica de la membrana celular.

La célula está rodeada por una membrana, denominada "membrana plasmática“ también llamada membrana celular.
La membrana delimita el territorio de la célula y controla el contenido químico de la célula.
En la composición química de la membrana forman parte:
• lípidos 40%
• proteínas 50%
• carbohidratos 10%
Los lípidos forman una doble capa, contienen fósforo (y nitrógeno) por lo que son llamados “fosfolípidos”.
Las proteínas se disponen de una forma irregular y asimétrica entre los fosfolípidos.
Todas las células vivas están rodeadas por agua; el citoplasma celular casi en su mayor parte está formado por agua. Las membranas plasmáticas, por lo tanto, separan a un citoplasma acuoso de un medio externo acuoso. Bajo tales condiciones, los fosfolípidos se ordenan espontáneamente en doble capa llamada bicapa fosfolipídica.
La bicapa fosfolipídica de las membranas también contiene colesterol, el cual afecta de diversas formas la estructura de la membrana y su función. Hace que la bicapa sea más fuerte y flexible, pero menos fluida y permeable a sustancias solubles en el agua como los iones o los monosacáridos.
La membrana plasmática realiza las siguientes funciones:
1) Aísla al citoplasma del medio externo.
2) Regula el flujo de materiales entre el citoplasma y su medio (adquisición de nutrientes y eliminación de desechos).
3) Permite la interacción con otras células.
4) Identifica a las células como pertenecientes a una especie y como miembros particulares de estas especies.

ESTRUCTURA Y FISIOLOGÍA CELULAR

Entre las propiedades que comparten las células y que a la vez pueden considerarse como propiedades de los seres vivos, se encuentra su complejidad, el intercambio de materia, la energía con el medio, el mantenimiento de su medio interno, la capacidad de autorregularse, el que tienen ácido desoxirribonucleico (ADN) necesario para la reproducción, el crecimiento y el desarrollo, así como la especialización celular y la capacidad de responder a estímulos.
Las células son entidades complejas y organizadas en términos de orden y regularidad. Esta estructura está basada en moléculas orgánicas e inorgánicas.
La complejidad de la vida va desde las partículas subatómicas y los átomos; la organización de estos átomos en moléculas de pequeño y gran tamaño como agua, proteínas y ácidos nucleicos a su vez se organizan en estructuras subcelulares que constituyen las células.
Las células intercambian materia y energía con el medio, esto se refiere a que las células incorporan nutrientes para transformarlos a partir de una serie de reacciones químicas que realizan el metabolismo y con ello obtienen la energía útil a la célula para realizar todas sus actividades, como el movimiento, la reproducción, el crecimiento, etc. Esta energía se encuentra almacenada en una molécula altamente energética denominada ATP (adenosíntrifosfato), la cual pertenece al grupo bioquímico de los nucleótidos.
Todos los seres vivos se alimentan, esto es, toman del medio las sustancias necesarias para obtener energía. Los autótrofos transforman la energía solar en energía química; en cambio, los heterótrofos tienen que transformar los alimentos en otros más sencillos y a partir de éstos sus células se encargan de sintetizar otros compuestos más complejos que utilizan para reparar tejidos y llevar a cabo todas sus actividades. Toda esta serie de reacciones que se realizan en el interior de la célula en conjunto se llama metabolismo. Éste consta de dos fases: una fase de degradación de moléculas grandes en moléculas pequeñas llamada catabolismo y una fase de síntesis de moléculas grandes a partir de moléculas pequeñas llamada anabolismo. Un ejemplo es el metabolismo de una proteína. La célula incorpora la proteína, ésta es desintegrada en los aminoácidos que la constituyen y la célula a través de procesos enzimáticos elabora sus propias proteínas a partir de los aminoácidos obtenidos previamente.
Las células mantienen constante su medio interno a través de un proceso de equilibrio fisiológico denominado homeostasis, propiedad importante para el funcionamiento celular, ya que si falla se presentan alteraciones que pueden ser determinantes y causar la muerte celular. La célula, por tanto, posee mecanismos reguladores de todo su funcionamiento, como la reproducción, la síntesis de proteínas, la cantidad de electrólitos, la cantidad de agua, etcétera.
Las células tienen una molécula llamada ADN o ácido desoxirribonucleico que identifica a cada ser vivo. Esta asombrosa molécula contiene las instrucciones para todo el funcionamiento celular. La información para la reproducción, el desarrollo, crecimiento y funcionamiento de la célula se encuentra contenida en la secuencia de los nucleótidos del ADN. Los mecanismos reguladores de la célula son tan importantes que un cambio en la secuencia del ADN debe ser identificado por la célula y corregido, si no se presentará una mutación. Algunas mutaciones son tan severas que causan la muerte del organismo. Sin embargo, las mutaciones no letales y no dañinas producen la variabilidad genética que permite que los seres vivos evolucionen.
Las células responden a los estímulos del medio como el alimento, la luz, las hormonas, los factores de crecimiento, las sustancias químicas, la presión o la cantidad de agua. Todas las células responden de manera específica para cada sustancia o agente externo o interno. Esto permite a las células sobrevivir, moverse, iniciar la división celular, modificar su actividad metabólica, etc. A esta capacidad de respuesta celular se le denomina irritabilidad.

TIPOS CELULARES: PROCARIONTES Y EUCARIONTES

Existen dos tipos de células clasificadas con base en su organización y complejidad estructural: la célula procarionte y la célula eucarionte.

Las células procariontes no tienen núcleo verdadero, el ADN se encuentra disperso en el citoplasma constituyendo un solo cromosoma o unido a la membrana citoplásmica; mientras que las células eucariontes tienen un núcleo verdadero. El ADN se localiza dentro de una membrana nuclear que lo separa del resto del citoplasma. La complejidad de las células eucariontes se basa en el desarrollo de compartimentos internos (separaciones parciales del citoplasma), que originan diversas estructuras subcelulares denominadas organelos y, por tanto, las funciones de éstas son propias de cada tipo de organelo.
Esta característica es la que marca la diferencia entre los dos tipos de células: procarionte (pro, antes y carion, núcleo) y eucarionte (eu, verdadero y carion, núcleo).
Las células procariontes son de menor tamaño que las eucariontes, los ejemplos característicos de las primeras son las bacterias, que tienen su ADN (material genético, cromosoma) disperso en el citoplasma, sin envoltura nuclear.
Al igual que las células eucariontes, tienen membrana celular que delimitan al medio intracelular (citoplasma) del medio extracelular. Las células procariontes presentan como característica una pared celular que rodea completamente a la membrana celular, protegiéndola de las agresiones del medio externo y da forma a la célula. En las células eucariontes, el material hereditario se encuentra dentro de un núcleo bien definido y delimitado por una doble membrana llamada envoltura nuclear, la cual es altamente especializada en el transporte de moléculas hacia él y del citoplasma. Los dos tipos celulares poseen ribosomas encargados de la síntesis de proteínas, sin embargo, presentan una diferencia sustancial en cuanto al tipo de ARN ribosomal que lo forman. De aquí que los ribosomas procariontes se denominen 70s y los eucariontes 80s por su coeficiente de sedimentación.

DESARROLLO HISTÓRICO DEL CONCEPTO DE CÉLULA:

TEORÍA CELULAR

Las células son la unidad fundamental, estructural y funcional de los seres vivos. Una definición sencilla de las células es que son la parte más pequeña de los seres vivos, esto se sabe porque desde mediados del siglo XIX fue vista por primera vez. Las células son comparadas con una fábrica porque en ellas se requiere de materia prima para la producción de sustancias útiles y los obreros son las enzimas. Algunas moléculas reguladoras hacen las veces de capataces, ya que vigilan que las actividades se realicen de acuerdo con las indicaciones contenidas en el centro de control o núcleo, que se encuentra dentro de la molécula de ADN.

Descubrimiento de las células

En 1665 el científico inglés Robert Hooke al observar un corte fino de corcho (corteza del árbol del alcornoque), identificó una serie de estructuras parecidas a un panal de abejas. A estos espacios los llamó celdillas debido a que se parecían mucho a las celdas que ocupaban los monjes en el monasterio, de ahí derivó el término de célula. Sin embargo, a pesar de que es a Hooke a quien se le da el crédito de descubrir las células, no fue el primero en observarlas; ya que en el siglo XVII el holandés llamado Anton van Leeuwenhoek, quien no era una persona de ciencias, fue el primero en observar bacterias, glóbulos rojos, protozoarios y espermatozoides

En sus ratos libres se dedicaba al tallado de lentes y observaba a través de ellos todo lo que llegaba a sus manos; agua de estanque, el sarro de sus dientes, agua de lluvia, barro, sangre, etc. Durante 50 años mandó cartas a la Royal Society, una sociedad científica de Inglaterra, describiendo la serie de animáculos (como él los llamaba) que había observado con sus lentes.
A partir del descubrimiento de Hooke, una serie de naturalistas y científicos iniciaron la búsqueda de células en tejidos animales y vegetales, entre ellos se encuentran los alemanes Friedrich Theodor Schwann y Matthias Jakob Schleiden, zoólogo y botánico, respectivamente, quienes en 1838 y 1839 descubrieron que todos los animales y vegetales están formados de células.

Con ello se formulan los dos primeros postulados de la teoría celular:

1. Todos los seres vivos están compuestos de una o más células.
2. La célula es la unidad estructural de la vida.

Aún no se reconocía a la célula como la unidad de origen de todos los seres vivos. Fue en 1855 que el patólogo alemán Rudolf Virchow concluyó que las células proceden de otras células semejantes, su hipótesis dio lugar al tercer postulado de la teoría celular:

3. Las células sólo pueden originarse por división de una célula preexistente.

Estos tres postulados de la teoría celular se encuentran reunidos en la siguiente definición:
La célula es la unidad funcional, estructural y de origen de todos los seres vivos.
· Es la unidad funcional porque las células realizan una serie de reacciones y procesos químicos y biológicos que mantienen con vida a los organismos.
· Es la unidad estructural porque todos los seres vivos están formados de células y
· Es la unidad de origen debido a que todos los seres vivos proceden de células preexistentes.

DE LA PLURICELULARIDAD A LA CÉLULA

Tamaño de las células, forma y función
Casi todas las células son microscópicas. Las células se miden en micras (µm), es decir, la milésima parte de un milímetro, por tanto las células procariontes miden entre 1-5 µm y las eucariontes de 10 a 30 µm en animales y hasta 100 µm en vegetales. Se considera a los protozoarios como los paramecios y las amibas organismos unicelulares complejos, ya que todas las actividades celulares que realizan, como responder ante estímulos del ambiente, procurarse alimento, excretar el exceso de líquido y evadir a los depredadores, las lleva a cabo cada célula.
Las células presentan formas diversas que en general se relacionan con su función. Por ejemplo, los espermatozoides poseen un flagelo que les da una gran movilidad, pues su función reproductora así lo requiere; las células del músculo esquelético contienen una red de filamentos alineados con precisión y compuestos de proteínas contráctiles; las células del cartílago se rodean de una matriz característica que contiene polisacáridos y la proteína colágeno, que juntos suministran apoyo mecánico; los eritrocitos se convierten en sacos de forma discoidal llenos de hemoglobina, que transporta oxígeno.
Célula procarionte. El núcleo carece de membrana nuclear, por lo que se encuentra disperso en el citoplasma; son más pequeñas.
Célula eucarionte animal. Son más complejas y organizadas, contienen una serie de estructuras donde se realizan las diferentes actividades celulares. Posee un núcleo delimitado por una membrana.
Célula eucarionte vegetal. Son autótrofas, poseen cloroplastos y pared celular.