Estructura y Funcionamiento Celular: De Moléculas a Organismos

Niveles de Organización de la Materia

La materia se organiza en diferentes grados de complejidad, desde átomos hasta la biosfera: átomos, moléculas, macromoléculas, orgánulos, células, tejidos, órganos, sistemas o aparatos, organismos, poblaciones, comunidades, ecosistemas y biosfera.

Propiedades Emergentes

Son propiedades que surgen al ascender de nivel de organización. Por ejemplo, el cloruro de sodio (NaCl) tiene propiedades diferentes al sodio (Na) y al cloro (Cl) por separado.

Bioelementos

Son los elementos químicos que componen los seres vivos. Los más abundantes son O (oxígeno), C (carbono), H (hidrógeno) y N (nitrógeno).

Oligoelementos

Elementos presentes en proporciones menores al 0.1%.

Biomoléculas Inorgánicas

Agua

Funciones:

• Excelente disolvente, permitiendo reacciones en medio acuoso dentro de la célula.
• Facilita el intercambio de sustancias entre células y el medio.
• Amortiguador térmico, evitando cambios bruscos de temperatura.

Puentes de Hidrógeno

Atracción entre un átomo de hidrógeno con carga parcial positiva y un átomo electronegativo como el oxígeno de otra molécula de agua.

Sales Minerales

Funciones:

1. Formación de estructuras esqueléticas (conchas, huesos).
2. Participación de iones en procesos fisiológicos.

El Átomo de Carbono

Puede formar cuatro enlaces covalentes, permitiendo la formación de cadenas carbonadas. Los hidrocarburos son cadenas de carbono saturadas con hidrógeno. Las moléculas orgánicas, base de las células, contienen carbono.

Biomoléculas Orgánicas

Se clasifican en: glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Las macromoléculas son biomoléculas orgánicas con alta masa molecular.

Glúcidos

Hidratos de carbono (CH₂O). Funciones energéticas y estructurales.

• Monosacáridos: Ribosa, desoxirribosa, glucosa, fructosa, galactosa.
• Disacáridos: Sacarosa (glucosa + fructosa), maltosa (glucosa + glucosa), lactosa (galactosa + glucosa).
• Polisacáridos: Almacenamiento (glucógeno en animales, almidón en vegetales) y estructurales (celulosa en vegetales, quitina en animales y hongos).

Lípidos

Insolubles en agua, solubles en disolventes orgánicos. Formados por C, H, O y a veces N, P.

• Lípidos Simples: Grasas o triglicéridos (reserva energética, aislante térmico). Ácidos grasos saturados, monoinsaturados y poliinsaturados (linoleico, linolénico, araquidónico).
• Lípidos Complejos: Ceras, terpenos, esteroides (colesterol, vitamina D, hormonas).
• Lípidos de Membrana: Fosfolípidos (parte polar hidrofílica y parte apolar hidrofóbica).

Proteínas

Formadas por aminoácidos unidos por enlaces peptídicos.

Funciones:

• Catalizadoras (enzimas).
• Estructurales (membranas, orgánulos).
• Reguladoras (hormonas como la insulina).
• Defensa (anticuerpos).
• Contráctiles (actina, miosina).
• Transporte (hemoglobina).

Estructura:

• Primaria: Secuencia de aminoácidos.
• Secundaria: Hélice alfa o lámina plegada.
• Terciaria: Conformación tridimensional (fibrilar o globular).
• Cuaternaria: Asociación de varias cadenas polipeptídicas.

Ácidos Nucleicos

Responsables de la información genética. ADN (conserva y transmite información) y ARN (ejecuta instrucciones).

Formados por nucleótidos (pentosa, fosfato, base nitrogenada: A, G, T, C, U).

Replicación del ADN

Duplicación del ADN durante la interfase del ciclo celular. Posibilidad de mutaciones.

Expresión de la Información Genética

Transcripción (ADN a ARNm) y traducción (ARNm a proteínas). Tipos de ARN: ARNm (mensajero), ARNr (ribosómico), ARNt (transferencia).

Teoría Celular

La célula es la unidad anatómica y fisiológica de los seres vivos. Toda célula proviene de otra preexistente.

Célula Procariota

Pared celular, membrana plasmática (mesosomas), ADN circular, citoplasma (ribosomas).

Célula Eucariota

Membrana (bicapa de fosfolípidos, colesterol, proteínas), citoplasma (orgánulos), núcleo (nucleoplasma, cromatina, nucleolo, membrana nuclear).

Orgánulos Limitados por Membrana:

• R.E. rugoso (síntesis de proteínas).
• R.E. liso (síntesis de lípidos, detoxificación).
• Mitocondrias (respiración celular).
• Aparato de Golgi (modificación y secreción de proteínas).
• Lisosomas (digestión celular).
• Vacuolas (almacenamiento).
• Plastos (leucoplastos, cromoplastos, cloroplastos).

Orgánulos No Limitados por Membrana:

• Ribosomas (síntesis de proteínas).
• Citoesqueleto (microfilamentos, microtúbulos).
• Centrosoma (organización del citoesqueleto).
• Cilios y flagelos (movimiento).

Virus

Formados por ácido nucleico y cápsida proteica.

Viroides

Filamentos de ARN sin cápsida.

Priones

Proteínas infectantes.

Metabolismo

Anabolismo

Síntesis de moléculas complejas (ej. fotosíntesis: CO₂ + H₂O → Glucosa).

Catabolismo

Degradación de moléculas complejas (ej. respiración: C₆H₁₂O₆ + O₂ → CO₂ + H₂O + ATP).

Intercambios a Través de la Membrana

Sin Deformación de Membrana:

• Sin gasto de energía: Transporte pasivo (difusión simple, difusión facilitada).
• Con gasto de energía: Transporte activo.

Con Deformación de Membrana:

• Endocitosis (pinocitosis, fagocitosis).
• Exocitosis.

Osmosis

Difusión de agua a través de una membrana semipermeable.

Ciclo Celular

Interfase:

• G1: Crecimiento celular.
• S: Replicación del ADN.
• G2: Preparación para la división.

División Celular:

• Mitosis: Profase, metafase, anafase, telofase.
• Citocinesis: División del citoplasma (estrangulación en células animales, formación de pared en vegetales).

En la anafase de la mitosis, las cromátidas hermanas se separan. En la anafase I de la meiosis, los cromosomas homólogos se separan.