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Caractersticas generales de los seres vivos: el nivel celularLa teora celular es uno de los paradigmas bsicos de la biologa. Su idea bsica es que todos los organismos estnconstituidos por clulas, pero este concepto central se precisa en varios postulados relacionados entre s:

La clula es la unidad estructural de la materia viva, y una clula puede ser suficiente para constituir unorganismo.Todas las clulas proceden de clulas preexistentes, por divisin de stas (Omnis cellula e cellula).Las funciones vitales de los organismos ocurren dentro de las clulas, o en su entorno inmediato, controladaspor sustancias que ellas secretan.Cada clula contiene toda la informacin hereditaria necesaria para el control de su propio ciclo y deldesarrollo y el funcionamiento de un organismo de su especie, as como para la transmisin de esainformacin a la siguiente generacin celular.

Las clulas son entidades complejas, que pueden presentar estructuras muy diferentes segn el tipo de organismo alque pertenezcan. Sin embargo, todas las clulas presentes en cualquier organismo poseen unos elementoscomunes:

La membrana celular o membrana plasmtica sirve de lmite a la clula, regula el intercambio de sustanciascon el entorno y recibe la informacin del exterior.El citoplasma es el medio interno de la clula. Est formado fundamentalmente por agua, y contiene lamaquinaria celular y los elementos estructurales de la clula.En el interior de la clula siempre hay ADN, que contiene toda la informacin necesaria para que lleve a cabosus funciones.Los ribosomas, necesarios para la sntesis de protenas, son tambin elementos comunes a todas las clulas.

Tambin tienen en comn su composicin qumica: el agua esel componente mayoritario de todas las clulas,representando aproximadamente el 70% de su contenido. Elsiguiente componente en abundancia son las protenas, loque da una idea de su importancia en el funcionamientocelular. Tambin aparecen siempre en las clulas cidosnucleicos, pequeas molculas orgnicas y fosfolpidos ypolisacridos.

Tipos de clulas y complejidad

Segn su grado de complejidad, se diferencian dos grandestipos de clulas: el nivel de organizacin procariota, quecaracteriza a las bacterias pero que tambin corresponde a la organizacin de algunos orgnulos como mitocondriasy cloroplastos y el nivel de organizacin eucariota, que se presenta en protistas, hongos, plantas y animales, condiferencias significativas entre los distintos grupos pero con caractersticas comunes a todos ellos.

La diferencia ms significativa entre las clulasprocariotas y las eucariotas es que stas poseenun sistema de membranas en el interior de laclula. Es un conjunto de membranasrelacionadas entre s que divide el interior de laclula en dos compartimentos separados.Tambin poseen orgnulos complejos, como lasmitocondrias, y un citoesqueleto que mantiene suforma y acta como sistema de transporteintracelular.

La clula como unidad funcional de los seres vivos

La nutricin celular

Todas las clulas de un organismo necesitan realizar las funciones de nutricin, lo que incluye tres procesosfundamentales:

Entrada de los nutrientes a la clulaUtilizacin de los nutrientes, que se produce mediante el metabolismo, conjunto de reacciones qumicas quetienen lugar en el interior de la clula y que supone la transformacin de los nutrientes en los componenteshabituales de la clula, y su utilizacin para cubrir las necesidades celulares. El metabolismo est organizadoen rutas metablicas, series de reacciones qumicas coordinadas en las que cada producto se usa comosustrato de la siguiente reaccin.Eliminacin de los residuos

La clula necesita oxgeno, agua, iones minerales, monosacridos, aminocidos, nucletidos, cidos orgnicos ylpidos. Para que la clula pueda utilizarlos estas sustancias tienen que atravesar la membrana plasmtica, pero lamembrana presenta permeabilidad selectiva: permite el paso de algunas sustancias, pero no de otras.

Los gases y los lpidos pueden atravesar la membrana libremente, pasando de donde estn ms concentrados adonde estn menos concentrados. Este proceso se denomina difusin.

Las sustancias hidrfilas no pueden atravesar la membrana hidrfoba libremente. Necesitan protenastransportadoras especficas. Si el paso se produce a favor de gradiente de concentracin (de ms concentrado amenos concentrado), el movimiento no necesita que la clula gaste energa, y el medio de transporte se denominadifusin facilitada.

Por el contrario, si las sustancias deben moverse de donde estn menos concentradas a donde estn msconcentradas es necesario gastar energa para permitir el paso y el mecanismo de transporte se denominatransporte activo.

Metabolismo celular

Las clulas utilizan los nutrientes que consiguen del exterior mediante un conjunto regulado de reacciones qumicas,catalizadas por enzimas especficas, que reciben el nombre global de metabolismo. Un grupo de esastransformaciones qumicas consiste en romper los nutrientes para formar los constituyentes bsicos de la clula. Engeneral, esas reacciones producen energa y reciben el nombre de reacciones catablicas. Los constituyentescelulares de pequeo tamao se utilizan para producir las macromolculas que utiliza la clula. En general, en estasreacciones, denominadas anablicas, se consume energa.

El catabolismo tiene dos objetivos fundamentales:

Obtener la energa que las clulas necesitan para seguir funcionando. La energa se obtienefundamentalmente a partir de los glcidos, tanto monosacridos como polisacridos, y de los lpidos presentesen la clula. Como resultado de su degradacin se producen molculas de pequeo tamao.Producir las molculas que las clulas utilizan. Las molculas producidas en la degradacin de los nutrientesse utilizan para producir los componentes celulares.

Si la clula almacena glucgeno, el primer paso del catabolismo es convertirlo en glucosa. Sin embargo, la mayorade las clulas consiguen su glucosa directamente del exterior. La glucosa celular se transforma en cido pirvicosiguiendo una ruta metablica llamada glucolisis, en la que se produce una pequea cantidad de ATP y deNADH+H+. Esta parte del catabolismo ocurre en el citoplasma y es anaerobio, es decir, en ella no se utiliza oxgeno.

El resto del catabolismo ocurre en el interior de la mitocondria. El cido pirvico pasa a su interior y se transforma encido actico. En este caso la molcula obtenida emplea parte de la energa liberada en la reaccin en unirse a otramolcula mediante un enlace de alta energa, dando lugar a un compuesto llamado acetil coenzima A. Los cidosgrasos tambin son degradados en la mitocondria, produciendo NADH+H+ y acetil-CoA.

El acetil-CoA se incorpora a una ruta metablica llamada ciclo de Krebs, que produce energa (ATP) y, sobre todo,poder reductor, que puede transformarse en energa de enlace mediante el proceso de fosforilacin oxidativa, quetiene lugar a travs de la membrana interna de la mitocondria.

El ciclo de Krebs es la ruta central del metabolismo celular. Al van a parar los productos del catabolismo de glcidos,lpidos y protenas y en l se produce energa de enlace (ATP)y poder reductor que la clula puede utilizar en otrasreacciones, pero tambin se forman molculas que la clulanecesita para otras rutas, incluyendo la formacin de suspropios componentes.

El anabolismo celularLos organismos hetertrofos pueden construir susmacromolculas a partir de sus constituyentes bsicos. Sinembargo, algunos de los compuestos necesarios no puedenser producidos por la propia clula, y deben ser tomados delexterior. Esas sustancias reciben el nombre de vitaminas o, deforma ms correcta, de compuestos esenciales. Finalmente,las macromolculas se utilizan para construir las estructuras y los orgnulos celulares. En general, todos estosprocesos necesitan aporte de energa en forma de ATP y de NADH+H+.

Los organismos auttrofos son los que tienencapacidad para:

Producir energa qumica en forma de ATP yNADH a partir de otras formas de energa.Utilizar la energa qumica obtenida paraproducir compuestos orgnicos a partir desustancias inorgnicas.

Sin embargo, no todos los organismos auttrofospueden producir todas las sustancias quenecesitan. La mayora, entre ellos las plantas,producen compuestos carbonados(monosacridos), pero los compuestosnitrogenados, como los aminocidos, solo sesintetizan mediante la fijacin de nitrgeno, unproceso fundamental para la vida en la Tierra,que solo es realizado por unos pocos tipos deorganismos.

Las funciones de relacin en las clulas

La comunicacin de las clulas con el resto delorganismo tiene lugar a travs de la membranaplasmtica. En general, la informacin llega enforma de molculas producidas por otras clulas:el sistema nervioso enva neurotransmisores, elsistema endocrino hormonas y las clulasvecinas ciertas sustancias que reciben el nombrede mensajeros paracrinos.

Algunas de estas sustancias son liposolubles, encuyo caso atraviesan libremente la membrana yllegan hasta el ncleo, pero las hormonashidrosolubles tienen que unirse a protenasespecficas, que atraviesan la membrana. Estashormonas no atraviesan la membrana, sino queprovocan la formacin de un segundomensajero en el interior de la clula, quedesencadena el efecto provocado por lahormona.

La llegada a la clula de un mensajero qumico desencadena varios procesos en su interior:

La produccin de segundos mensajeros, molculas pequeas que activan o inactivan diferentes protenascelulares.Los segundos mensajeros activan o inactivan protenas de sealizacin intracelular. Estas sustancias suelenestar relacionadas formando una cascada de regulacin.Las protenas de sealizacin intracelular modifican la actividad de protenas efectoras.

Funciones de reproduccin celular

Todas las clulas tienen la capacidad de dividirsepara dar lugar a otras semejantes a ellas. Sinembargo, en un organismo pluricelular estacapacidad est controlada por seales qumicasque regulan la divisin, el crecimiento y la muertede las clulas.

Mitgenos: Inducen la divisin celular.Factores de crecimiento: Estimulan elaumento de tamao celular mediantesntesis de protenas.Factores de supervivencia: Evitan la muerte programada de las clulas (apoptosis).Factores supresores: Detienen el crecimiento celular o inducen la muerte celular programada.

La mayora de las clulas de un organismo pluricelular se encuentran habitualmente en un estado no proliferativollamado G0. En algunas clulas ese estado es irreversible, y no pueden volver a dividirse: neuronas, msculoesqueltico... Otras clulas pueden empezar a dividirse cuando reciben del exterior los estmulos adecuados. Lasclulas tambin pueden morir de forma programada si reciben el estmulo correspondiente.

Para poder reproducirse, una clula necesita realizar una serie de procesos que, en su conjunto, constituyen el ciclocelular.

1. Crecimiento celular y funcionamiento normal (periodoG1). La clula pasa en esta fase un tiempo indefinido. Esel estado en el que se encuentran las clulas que no sedividen, aunque en ese caso se denomina G0.

2. Duplicacin del material gentico (periodo S). Esnecesaria para poder repartirlo entre las clulas hijas.

3. Control de que el material gentico se ha copiadocorrectamente (fase G2)

4. Reparto del material gentico (mitosis).5. Divisin de citoplasma y orgnulos (citocinesis).

La mitosis es el proceso mediante el cual las clulaseucariotas reparten su material gentico, previamenteduplicado, entre las clulas hijas. Tras ella se divide elcitoplasma y se reparten los orgnulos (citocinesis).

La muerte celular es un proceso que, finalmente,sufren todas las clulas de un organismo. Esteproceso puede ocurrir de formas diferentes:

La apoptosis es un mecanismo de muerteprogramada que los organismos utilizan paraeliminar estructuras innecesarias o paraequilibrar la proliferacin.La necrosis es un proceso de muerte enrespuesta a un dao celular. La necrosis deuna clula daa a las que la rodean yproduce inflamacin.

Caractersticas generales de los seres vivos: el nivel celular