El concepto de derivada de una función matemática se halla íntimamente
relacionado con la noción de límite. Así, la derivada se entiende como
la variación que experimenta la función de forma instantánea, es decir,
entre cada dos puntos de su dominio suficientemente próximos entre sí.
La idea de instantaneidad que transmite la derivada posee múltiples
aplicaciones en la descripción de los fenómenos científicos, tanto
naturales como sociales.
Variación de una función
Dada una función f (x), se define variación de la función entre dos puntos de su dominio x1 y x2, siendo x1 < x2, a la diferencia f (x2) - f (x1). Cuando esta diferencia es positiva, la función es creciente en el punto; si es negativa, la función es decreciente. Relacionada con este concepto, se llama variación media de una función f (x) en un intervalo [a, b] al cociente siguiente:
El valor de este cociente coincide con la pendiente de la recta que pasa por los puntos de coordenadas (a, f (a)) y (b, f (b)). Cuando los dos puntos del intervalo [a,b] están lo suficientemente próximos entre sí, el cociente anterior indica la variación instantánea de la función. En tal caso, el valor de b podría expresarse como b = a + h, siendo h un valor infinitamente pequeño.
Derivada de una función en un punto
Dada una función f (x), y considerado un punto a de su dominio, se llama derivada de la función en ese punto, denotada como f ¿ (a), al siguiente límite:
Este límite también puede expresarse de las dos formas alternativas siguientes:
Apoyo gráfico para la definición de derivada en un punto.
Interpretación geométrica de la derivada
La definición de derivada tiene mucho que ver con el concepto de variación instantánea. Teniendo en cuenta que el cociente:
expresa
la pendiente de la recta que pasa por (a, f (a)) y (b, f(b)), es lógico
pensar que si b y a están muy próximos entre sí, separados por un valor
h que tiende a cero, esta recta se aproximará a la recta tangente a la
función en el punto x = a. Tal es la interpretación geométrica de
la derivada de una función en un punto: coincide con la pendiente de la
recta tangente a la función en dicho punto.
La derivada de una función en un punto coincide con la pendiente de la recta tangente a la función en dicho punto.
Derivadas laterales
Como sucedía con los límites, se pueden definir los conceptos de derivadas laterales de una función en un punto. Dada una función f (x) y considerado un punto a de su dominio de definición, se define su derivada por la derecha, y se denota como f ¿ (a+), al límite siguiente:
Por su parte, la derivada por la izquierda de f (x) en el punto a, denotada por f ¿ (a-), se define como el siguiente límite:
Una función se dice derivable cuando tiene derivadas por la derecha y por la izquierda, y sus valores coinciden.
Pared celular. Se llama a la matriz extracelular de bacterias,
hongos, algas y plantas. La pared celular o matriz extracelular se
localiza fuera de la membrana plasmática
y es el compartimiento celular que media todas las relaciones de la
célula con el entorno. Además, protege los contenidos de la célula, da
rigidez a la estructura celular y en el caso de hongos y plantas, la
pared celular define la estructura y le otorga soporte a los tejidos.
La pared celular de las bacterias
está compuesta principalmente por peptidoglucanos. La composición y
estructura de la pared celular en los procariontes depende de la especie
y de las condiciones de cultivo. La diferencia en la estructura de la
pared celular de las bacterias se usa para su clasificación,
diferenciándolas mediante el uso de la Tinción de Gram.
En las BacteriasGrampositivas
la pared celular contiene una capa gruesa de peptidoglucano además de
ácidos teicoicos, que son polímeros de glicerol o ribitol fosfato. Los
ácidos teicoicos se unen al peptidoglucano o a la membrana
citoplasmática.
En las bacteriasGramnegativas la capa de peptidoglucano es delgada y se encuentra rodeada por a una segunda membrana plasmática exterior. La capa de petidoglucano se une a la membrana externa, por medio de lipoproteínas.
Las bacterias poseen una pared celular rígida de espesor
variable. A través de la denominada tinción Gram se pone de manifiesto
la existencia de dos tipos de paredes: grampositiva y gramnegativa. La
tinción Gram utiliza un colorante llamado violeta cristal y una
disolución de yodo; una vez teñida la muestra, se trata con alcohol o
acetona y puede observarse lo siguiente:
Que el tinte permanece: bacterias grampositivas.
Que el tinte desaparece: bacterias gramnegativas.
La pared gramnegativa
La pared gramnegativa es compleja y se caracteriza por:
es delgada (espesor aproximado de 100 A).
formada por dos constituyentes:
- periplasma: espacio situado inmediatamente después de la membrana
plasmática, ocupado por una capa mono o bimolecular de mureína
(peptidoglicano) y por diversas proteínas.
- fina membrana lipídica: situada por encima del periplasma, posee
muchas porinas (proteínas) que forman canales que pueden ser atravesados
por las mismas proteínas del periplasma.
La pared grampositiva
La pared grampositiva se caracteriza por:
es más gruesa (espesor: 150 a 800 A).
llega a constituir el 10-25% del peso total de la bacteria.
está formada por capas adicionales de peptidoglicanos atravesados por ácidos teicoicos.
no posee ni membrana externa ni periplasma.
al estar en la parte externa, la mureína es la responsable de la rigidez de la pared.
Por otro lado, la pared bacteriana puede encontrase recubierta por una
cápsula (capa mucosa), constituida por polímeros orgánicos complejos y
que varía de grosor, densidad y adherencia según el tipo de bacteria. No
la producen todas las bacterias, y las que la forman pueden perderla
debido a una mutación.
Estas cápsulas funcionan como:
Receptores de virus,
Mediadores en las interacciones celulares,
Elementos de adherencia a otras células o superficies.
En el caso de bacterias patógenas, las cápsulas protegen a éstas del
ataque del sistema inmunitario y de otros agentes antibacterianos
(haciéndolas más resistentes).
Pared celular de hongos
La pared celular de los hongos, en los caso en que existe, está
compuesta celulosa, glucosamina y quitina. La composición, propiedades y
forma de la pared celular de los hongos cambia durante el ciclo celular
y depende de las condiciones de crecimiento
Pared celular vegetal
Artículo Principal Pared celular en plantas
La pared celular vegetal es un órgano complejo, aparte de dar soporte y
estructura a los tejidos vegetales es capaz de condicionar el desarrollo
de las células.
Estructura
La pared celular vegetal tiene tres partes fundamentales:
1. Pared secundaria, cuando existe es la capa más adyacente a la
membrana plasmática, se forma en algunas células una vez se ha detenido
el crecimiento celular y se relaciona con la especialización de cada
tipo celular. A diferencia de la pared primaria, contiene una alta
proporción de celulosa, lignina y/o suberina.
2. La pared primaria está presente en todas las células vegetales,
usualmente mide entre 100 y 200 nm. y es producto de la acumulación de 3
o 4 capas sucesivas de microfibrillas de celulosa. 3. Lámina média, es
la zona en la que se unen una célula con otra, es rica en pectina y
otras sustancias adhesivas.
Composición
La composición de la pared celular vegetal varía en los diferentes
tipos celulares y en los diferentes grupos taxonómicos. En términos
generales la pared celular vegetal está compuesta por una red de
carbohidratos y proteínas estructurales embebidos en una matriz
gelatinosa compuesta por otros carbohidratos y proteínas.
Carbohidratos
El principal componente de la pared celular vegetal es la celulosa. Es un polisacárido fibrilar que se organiza en microfibrillas y representa entre el 15% y el 30% del peso seco de las paredes vegetales.
Las microfibrillas de celulosa se encuentran atadas por
carbohidratos no fibrilares a los que se denomina genéricamente
hemicelulosa. Los componentes mayoritarios de la hemicelulosa son
xiloglicanos (XiGs) glucuronarabinoxilanos (GAXs)
La pectina
es otro componente importante de las paredes celulares. Es un
polisacárido no fibrilar, rico en ácido D-galacturónico,
heterogéneamente ramificado y muy hidratado. Los componentes
mayoritarios de la pectina son: los homogalacturonanos (HGA) y
ramnogalacturonanos I (RG I). La matriz de pectina determina la
porosidad de la pared y proporciona cargas que modulan el pH de la
pared.
Lignina y suberina son polímeros complejos compuestos por
fenilpropanoides y alcoholes aromático. Se acumulan en algunas paredes
secundarias y, en casos excepcionales, en paredes primarias. La lignina,
la suberina y ceras como la cutina, le confieren impermeabilidad al
agua a los tejidos en los que se depositan.
Proteínas
La pared celular vegetal también está compuesta por proteínas
estructurales. Estas proteínas son ricas en uno o dos aminoácidos,
tienen dominios con secuencias repetidas y están glicosiladas en mayor o
menor grado. Para la mayoría de las proteínas estrucurales de la pared
vegetal, se ha propuesto que tienen estructura fibrilar y que se
inmovilzan mediante enlace covalente entre ellas o con carbohidrátos. Se
sabe que estas proteínas se acumulan en la pared en diferentes estapas
del desarrollo y en respuesta a diferntes condiciones de estrés. Se
consideran proteínas estructurales de la pared celular vegetal : Las
extensinas o Proteínas Ricas en Hidroxiprolina (HRGPs), las Proteínas
Ricas en Prolina (PRPs), las Proteínas Ricas en Glicina (GRPs) y las
Arabinogalactanas AGPs.
Incluidas en la red de polisacáridos y proteínas, se encuentran
diversas proteínas solubles, algunas de ellas son enzimas relacionadas
con la producción de nutrientes como la glucosidasa, enzimas
relacionadas con el metabolismo de la pared como las
xiloglucan-transferasas, peroxidasas y lacasas, proteínas relacionadas
con defensa, proteínas de transporte, entre otras.
Biogénesis de la pared celular vegetal
La pared celular vegetal se constituye durante la división celular, a
partir de vesículas que provienen del Aparato de Golgi. Estas
vesículas, llenas de los componentes de la pared celular, se localizan
en el fragmoplasto, que es un arreglo del citoesqueleto propio de las
células en división. En el fragmoplasto se fusionan las vesículas del
Aparato de Golgi y constituyen el plato celular el cual crece desde el
interior de la célula en división, hasta ponerse en contacto con las
paredes laterales.
Una vez formada, la pared celular crece por deposición de capas
sucesivas de celulosa. En cada capa, la orientación de las
microfibrillas de celulosa está guiada por el citoesqueleto, más
exactamente por los microtúbulos corticales, los cuales alinean al
complejo responsable de la síntesis de celulosa, que es la celulosa
sintasa. La elongación celular ocurre en el eje perpendicular al de las
microfibrillas de la capa de pared que se está depositando, de ahí que
la síntesis de la pared y la orientación de las microfibillas de
celulosa está en directa relación con el tamaño celular.
La pared de las células vegetales es una parte esencial de las
mismas, además de ser un elemento diferenciador respecto a las células
animales.
La pared celular vegetal cumple funciones de protección y sostén.
Aunque está formada por celulosa, en ocasiones, se impregna de una
sustancia más dura, la lignina. Esto es así en las células del tronco de
los árboles, que forman la madera.
Debido a la presencia en la pared de las células vegetales, la
celulosa es, sin duda, el polisacárido más abundante en la Tierra.
Pared celular de algas
Al igual que las paredes celulares de las plantas superiores, la
pared celular de las algas está compuesta por carbohidratos como la
celulosa y glicoproteínas. La presencia de algunos polisacaridos en las
paredes de las algas, es usada como carácter diagnóstico en la taxonomía
de las algas.
Polisacáridos sulfonados como la agarosa, se presentan en las paredes de algas rojas.
Manosyl: Forma microfiblillas en la pared celular de algunas
algas verdes de los géneros Codium, Dasycladus, y Acetabularia entre
otros. También está presente en la pared de algas rojas de los géneros
Porphyra y Bangia entre otros.
Ácido alginílico: es un polisacárido común en la pared celular de algas pardas.
Interacciones de la pared celular de plantas
La pared es el organelo más externo de la célula y de ella
dependen las interacciones entre células y entre tejidos. Al igual que
de la matriz extracelular de animales, de la pared celular de plantas
depende la adhesión al substrato, la cual es determinate en el caso de
algunas órganos vegetales que son móviles como el polen.
De otro lado, la pared se mantiene en constante comunicación con
el interior celular, esta interacción entre la pared y protoplasto es
dinámica y transmite señales hacia el interior de la célula, que dan
cuenta de las condiciones del ambiente extra-citoplasmático. En el otro
sentido, de adentro hacia afuera, el protoplasto regula el estado de la
pared en cada momento, dependiendo del desarrollo del tejido y las
condiciones ambientales.
Durante el fenómeno conocido como plasmólisis, que es la
separación del protoplasto vivo de la pared celular por un efecto
hiperosmótico, la interacción física entre la pared celular y el
protoplasto se hace evidente, cuándo esta interacción física se pierde
la célula es incapáz de reponder al ataque de patógenos y pierde su
diferenciación celular.
Un pluviómetro es un instrumento que mide la cantidad de agua precipitada
de un determinado lugar. La unidad de media es en milímetros (mm).
Una precipitación de 5mm indica que si toda el agua de la lluvia se
acumulará en un terreno plano sin escurrirse ni evaporarse, la altura
de la capa de agua seria de 5mm. Los milímetros (mm) son equivalentes a
los litros por metros cuadrados.
El pluviómetro recoge el agua atmosférica en sus diversos estados. El total se denomina Precipitación.
¿Cómo se utiliza?
El agua recogida
en el depósito se introduce en una probeta graduada, y se determina
entonces la cantidad de lluvia caída, es decir, la altura en mm de la
capa de agua que se habría podido formar sobre la superficie horizontal
e impermeable, de no evaporarse nada.
Historia
El primer
pluviómetro fue inventado en Corea en 1441 durante el reinado del rey
Sejong el grande, aunque otras fuentes atribuyen el invento a Jang
Yeong Sil, un científico que trabaja para el rey.
Esos pluviómetros
consistían de un recipiente de tamaño regulado mas una regla de tamaño
regulado para tomar las medidas. Los pluviómetros era enviado a todos
los lugares del reino Sejong y las medidas eran mas usadas para
planear la agricultura y así ajustar el nivel de impuesto, las
diferentes partes del país, como corea era propensa a sequías, las bajas
precipitaciones significaba que los agricultores no podían permitir
separar mucho, en caso contrario una precipitación alta traería consigo
buenos cultivos y así los agricultores pagaban impuestos mas altos.
El primer pluviómetro
automatizado fue inventado en Inglaterra en 1.662 por Christopher Wron
empleado un diseño de un balde inclinado, cuando el balde se llana, caía
haciendo un hueco en un papel.
Tipos de pluviómetros
Pluviómetro estándar: El
pluviómetro más común, que actualmente usan los aeropuertos y los
meteorólogos oficiales, se invento hace más de 100 años. Es un cilindro
de 50cm de alto con un embudo de 20cm de diámetro. La altura del agua
que se junta en el tubo de medición es precisamente diez veces lo que
seria si se hubiera juntado en el cilindro solo. Esta exageración de la
altura del agua en el tubo permite a los meteorólogos realizado
mediciones mas precisas de las precipitaciones. En el tubo de
mediciones se coloca una vara de medición especial con una escala que
tiene en cuenta la exageneración.
El pluviómetro oficial puede medir hasta 5cm (1,97pulgadas) de lluvia.
Si las precipitaciones
superan los cinco centímetros, el agua se derrama y cae en el cilindro
que rodea al tubo de medición. Para calcular la cantidad total de
precipitaciones, el observador vacía los 5 cm del tubo de medición
lleno, luego toma el agua del cilindro y con mucho cuidado la vierte
en el nuevo tuvo vacío. Esa medición sumada a los 5cm de la cantidad
de precipitación final.
Pluviómetro con tubo de descarga: En
el año 1622, el arquitecto británico Sir Christopher Wren diseñó el
primer pluviómetro con tubo de descarga .El pluviómetro con tubo de
descarga aún se usa mucho, pero utiliza dispositivos de medición
electrónicos en vez de cinta de papel para registrar el volumen y el
tiempo de las precipitaciones. El pluviómetro con tubo de descarga
registra el tiempo cuando uno de los dos cubos esencialmente diseñados
se inclina, lo que sucede cuando un volumen de agua en particular cae
en él (generalmente 0,1cm o 0,1pulgadas) .Cuando uno de los cubos se
inclina, el otro se mueve a su lugar para atrapar la siguiente unidad
de precipitación. Cada vez que un bulbo se inclina, se envía una señal
electrónica al registrador conectado con un reloj. En la mayoría de los
pluviómetros, el agua sale por la parte inferior; no necesita vaciarse
manualmente .Este dispositivo permite determinar cuanta lluvia cayó
durante ciertos periodos sin que nadie este en realidad presente en la
estación meteorológica. Además de saber el volumen de lluvia que ha
caído en el periodo, también es útil conocer la intensidad.
Este pluviómetro es
especialmente bueno para medir de llovizna a precipitaciones medias, la
lluvia que se junta en un cubo es posible que no sea suficiente para
inclinarlo y puede evaporarse antes de que se junte más. Durante una
llovizna fuerte, como las tormentas eléctricas, el agua puede seguir
vertiéndose en el cubo mientras se vacía, antes de que el siguiente
cubo se mueva de su lugar. El pluviómetro con cubo de descarga calcula
las precipitaciones menos de los que corresponde, el granizo, la
nieve, los nidos de pájaros, los insectos, las telañas y las hojas
pueden bloquear el embudo y hacer que se derrame agua. Por eso, los
pluviómetros independientes uno junto al otro, para cualquier error
pueda detectarse rápidamente y corregirse.
El pluviómetro de báscula: Otra
variedad es el pluviómetro de báscula. Consiste en un recipiente
ubicado sobre una balanza que se ajusta al recipiente y calcula el peso
del agua de lluvia que se junta.
Construcción del pluviómetro
Materiales:
Una regla de plástico transparente
Un frasco cilíndrico transparente (por ejemplo, un frasco de aceitunas)
Una liga
En embudo
Cinta adhesiva transparente
Procedimiento:
Quitar la etiqueta del frasco.
Pegar la regla en la parte
de afuera del frasco con una liga; asegurarse de que el extremo
inferior de la regla este alineada con el fondo del frasco. O asegurarla
verticalmente con el extremo en la base del frasco o de la
botella. Pegar la regla con cinta de modo que los números se
puedan leer por fuera del frasco o de la botella.
Nota: en
vez de la regla, puedes usar el marcador permanente para marcar las
pulgadas centímetro en una cinta transparente colocada verticalmente
en la parte de afuera del frasco o de la botella empezando en la base.
Cubre las marcas con un segundo pedazo de la cinta transparente a
prueba de agua.
Colocar y pegar el embudo
en la parte de arriba del frasco. El extremo superior del embudo
debe cubrir completamente la abertura del frasco.
Se puedes practicar llenando el frasco con agua y midiendo la cantidad total.
Flor: eje caulinar con apéndices
laterales. El extremo distal donde se insertan las piezas florales se
llama receptáculo y es el órgano fundamental de la flor.
Las piezas florales se puede disponer sobre el receptáculo del
mismo modo que las hojas, es decir, siguiendo la espiral fundamental,
aunque con las espiras más apretadas (ejemplo: flores de grupos
de plantas relativamente primitivas, como algunas magnoliáceas,
ranunculáceas, flores masculinas de las coníferas, etc.)
Magnolia virginiana
En la mayoría de las angiospermas más
evolucionadas las distintas piezas que forman la flor se disponen en
ciclos o verticilos. Se supone que el pasaje de la flor espiralada a
la cíclica pudo haberse producido por un acortamiento diferencial
de los entrenudos. Normalmente, en la mayoría de las flores hermafroditas
se observan 5 verticilos:
- el caliz formado por los sépalos
- la corola formada por los pétalos
- el androceo formado por dos verticilos de estambres
- el gineceo formado por un verticilo de carpelos
La flor que tiene los cinco verticilos se denomina
completa.
En las monocotiledóneas generalmente encontramos
3 piezas florales en cada verticilo. En dicotiledóneas los números
más frecuentes son 4 o 5 (a veces 2). Existen muchas excepciones.
En muchas gamopétalas generalmente encontramos 4 ciclos ya que
aborta un ciclo de estambres.
Más definiciones:
Perianto: es el conjunto de
sépalos y pétalos.
Los sépalos son generalmente verdes, si son libres se denominan
dialisépalas y si están unidos gamosépalos.
Los pétalos son generalmente de colores vivos distintos del verde,
si son libres se denomina dialipétalos y si
están unidos gamopétalos.
Cuando los pétalos y sépalos son del mismo color (ocurre
en muchas monocotiledóneas) tenemos dos verticilos semejantes,
la flor se llama homoclamídea , y sus piezas
se llaman tépalos.
Cuando falta un verticilo del perianto la flor se llama monoclamídea,
y cuando faltan ambas ciclos la flor se llama desnuda, aclamídea
o aperiantada (no tiene ni caliz ni corola).
Piezas florales fértiles
El androceo está formado por estambres que constan de una parte
estéril (filamento) que lo une al receptáculo
y otra fértil (la antera) donde se forma el
polen. El número de estambres es variable, desde uno a numerosos.
Si hay menos estambres que piezas florales en cada uno de los verticilos
periánticos, se dice que la flor es meyostémona
(meios: del griego: disminuido). Cuando el número es
el mismo se llama isostémona (isos: igual);
si el número de estambres dobla al número de piezas de
cada verticilo periántico la flor será diplostémona
y si son más del doble, polistémona.
Los estambres pueden presentarse libres entre sí o unidos de
manera diversa.
Cuando los estambres son estériles se denominan estaminoideos
y suelen cumplir funciones de atracción.
El androceo puede faltar como en las flores femeninas o neutras.
El gineceo está formado por las hojas carpelares
o carpelos, sobre los cuales se producirán los óvulos
que contendrán los gametos femeninos. Puede estar formado por
una o varias hojas carpelares, libres o unidas entre sí. Cuando
hay un carpelo único o varios libres entre sí, se dice
que el gineceo es dialicarpelar o apocarpico (Kalanchoe,
con 4 carpelos libres, presenta 4 pistilos.). Si hay dos o más
carpelos más o menos unidos entre sí el gineceo se denomina
gamocarpelar o sincarpico (Fouqueria sp; Brachychiton).
En el gineceo, antiguamente llamado pistilo,
se pueden reconocer distintas regiones: el ovario (cavidad
que encierra los óvulos), y una parte estéril donde se
distingue el estilo, más o menos largo y que
sirve como una columnita para proyectar el estigma,
generalmente papiloso, donde se depositarán los granos de polen.
El gineceo puede carecer de estilo y el estigma se dispone directamente
sobre el ovario (estigma sésil). Como en el
caso del androceo, el gineceo puede faltar o estar atrofiado, como en
las flores masculinas o neutras.
Diferencia de procesos de alimentación en los seres autótrofos y heterótrofos.
SERES AUTOTROFOS
Los seres autógrafos (a veces llamados
productores) son organismos capaces de sintetizar todas las sustancias
esenciales para sus mutualismos a partir de sustancias inorgánicas, de
manera que para su nutrición no necesitan de otros seres vivos. El
término autógrafo procede del griego y significa “que se alimenta por sí
mismo”.
POR ESO NO DEBEMOS DE MALTRATAR LAS FLORES NI LOS ARBOLES.
Los organismos autógrafos producen su
masa celular y materia orgánica, a partir del dióxido de carbono, que es
inorgánico, como única fuente de carbono, usando la luz o sustancias
químicas como fuente de energía. Las plantas y otros organismos que
usan la foto síntesis son fotolitoautótrofos; las bacterias que utilizan
la oxidación de compuestos inorgánicos como el anhídrido sulfuroso o
compuestos ferrosos como producción de energía se llaman
quimiolitotróficos.
SERES HETEROTROFOS
Los organismos heterótrofos (del griego
hetero, otro, desigual, diferente y trofo, que se alimenta), en
contraste con los organismos autótrofos, son aquellos que deben
alimentarse con las sustancias orgánicas sintetizadas por otros
organismos, bien autótrofos o heterótrofos a su vez. Entre los
organismos heterótrofos se encuentra multitud de bacterias y
predominantemente los animales.
Un organismo heterótrofo es aquel que
depende de otro, es decir; de una fuente externa de moléculas orgánicas,
en cuanto a su energía. Según el origen de la energía que utilizan los
organismos heterótrofos, pueden dividirse en:
1. Fotorganotrofos: estos organismos
fijan la energía de la luz. Constituyen un grupo muy reducido de
organismos que comprenden la bacteria purpúrea y familia de
seudomonadales. Sólo realizan la síntesis de energía en presencia de luz
y en medios carentes de oxígeno
2. Quimiorganotrofos: utilizan la
energía química extraída directamente de la materia orgánica. A este
grupo pertenecen todos los integrantes del reino animal, todos del reino
de los hongos, gran parte de los móneras y de las arqueobacterias Los
autótrofos y los heterótrofos se necesitan mutuamente para poder
existir.
NUTRICIÓN
Nutrición es el proceso mediante el cual
los alimentos sufren una serie de transformaciones dentro de los seres
vivos para convertirse en nutrientes útiles al organismo para su
crecimiento, desarrollo y mantenimiento.
Existen dos tipos de nutrición en los seres vivos: Nutrición Autótrofa y Nutrición Heterótrofa.
La nutrición autótrofa es
la realizada por las plantas verdes con clorofila, donde la planta
fabrica sus propios alimentos (sustancias orgánicas) a partir del
dióxido de carbono del aire y el agua que absorbe del medio (sustancias
inorgánicas) mediante una serie de reacciones químicas (metabolismo celular) , donde en algunas de ellas es indispensable la luz, llamadas en su conjunto fotosíntesis.
La nutrición heterótrofa es
la realizada por el resto de los seres vivos que no realizamos
fotosíntesis y en la cual requerimos consumir alimentos (materia
orgánica).
Son tejidos encargados de proteger a
la planta, aislándola del exterior. Esta constituida por el tejido epidérmico
o epidermis y el tejido suberoso o súber.
a) Tejido epidérmico:
Recubre los tallos y las hojas. Está formado por una capa de células planas
adosadas unas a otras como un pavimento y con la pared externa cubierta de cutina,
muy impermeable. Para permitir el paso de los gases posee unas estructuras
llamadas estomas, formados por dos células de forma arriñonada. A veces
las células de le epidermis se transforman en pelos, que evitan la pérdida de
agua y protegen a la planta de rozamientos.
b) Tejido suberoso o súber:
También llamado corcho. Reemplaza al epidérmico en tallos y raíces de más de
una año. Presenta varias capas de células con las paredes engrosadas e
impermeabilizadas por la presencia de suberina. Las células están
muertas y llenas de aire. Se permite el paso de gases por unas aberturas
llamadas lenticelas ( poros y grietas).
El desarrollo de la teoría celular es una ilustración de
la interacción entre hechos e ideas. Los avances técnicos
han permitido ir descifrando poco a poco los más intrincados problemas
biológicos, hasta llegar a facilitar en nuestros días una
visión precisa y de gran complejidad de los organismos vivos y en
particular de la célula.
Si retrocedemos al menos unos trescientos años, Robert Hooke,
al describir las "células", y Antonie van Leeuwenhoek, al
observar por vez primera los microorganismos y otras formas celulares,
con sus microscopios rudimentarios, ponían al alcance del hombre
valiosos medios de observación que al ser perfeccionados mas tarde,
servirían para dar pasos de gigantes al asentamiento de los conocimientos
de la célula
Durante el período inicial de desarrollo de la teoría celular,
los científicos acumularon hechos relativos a las células,
con la ayuda de microscopios simples. El período medio de desarrollo
de la teoría celular comprendió no solo la observación,
sino también los intentos de los científicos para llegar
a generalizaciones a partir de sus descubrimientos.
En 1839 ocurrieron dos hechos sobresalientes en conexión con este
tema: Purkinje, en Bohemia, acuña el término "protoplasma"
para significar el contenido vivo de la célula, y los alemanes Schleiden
y Schwann presentan la idea de que todos los seres vivos están
formados por células, provocando así el nacimiento de lo
que mas tarde habría de llamarse "teoría celular", en la
que se define un hecho trascendental: la célula es la unidad fundamental
no solo por lo que respecta a su función, sino también en
cuanto a su estructura.
Este
período terminó con el enunciado de la teoría celular
cuyos postulados pueden resumirse:
Todos
los animales y vegetales están constituidos por células.
La
célula es la unidad básica de estructura y función
en un organismo multicelular.
La
división celular da origen a la continuidad genética entre
células progenitoras y sus descendientes.
La
vida del organismo depende del funcionamiento y control de todas sus células.
La teoría celular, que inicialmente se acogió con bastantes
reservas, produjo un marco apropiado para el progreso posterior de la biología
celular, al presentar a los biólogos algo uniforme y coherente en
donde fundamentar sus estudios de la célula aislados y comparativos.
Ofreció una esperanzadora seguridad de que las variaciones sugeridas
por la teoría de la evolución, tenían un tronco común
y que este estaba constituido por la organización celular de los
sistemas vivientes.
Desde entonces la teoría celular se ha ido desarrollando y expandiendo,
dando un explicación lógica sobre como pueden haber evolucionado
los organismos multicelulares a partir de formas unicelulares.
Los procesos de fermentación, respiración, fotosíntesis
y duplicación de cromosomas son actividades que tienen lugar en
el interior de las células , estos se llevan a cabo tanto en células
de organismos unicelulares o multicelulares. Con la teoría de la
evolución y la teoría genética, la teoría celular
forma parte de la estructura conceptual de todas las Ciencias Biológicas.
Esta idea revolucionaria constituye uno de los pilares fundamentales sobre
los que se apoya la Biología moderna, y sirvió para desplazar
en gran medida el centro de gravedad de las investigaciones hacia el terreno
microscópico. Pronto se descubrieron el núcleo, los cromosomas,
el aparato de Golgi y otros orgánulos celulares, y la introducción
en Biología del microscopio electrónico reveló innumerables
detalles de las ultraestructura celular, poniendo aún en más
de manifiesto esa unidad existente entre todos los seres vivos, a pesar
de la aparente diversidad. Los hallazgos conseguidos por este procedimiento,
junto con los descubrimientos iniciados a finales del siglo XIX sobre la
relación existente entre la estructura y la función de los
orgánulos celulares, resultaron en parte de la unión de técnicas
histológicas, citológicas y químicas, cuyo resultado
fue la aparición de la histoquímica y de la citoquímica.
Al descubrirse que la base material de la herencia son los cromosomas y
que la molécula portadora de la información que se transmite
de una generación a otra es el ADN, se establecieron las bases de
la citogenética. En la actualidad son tantos los campos de la Biología
que han enriquecido a la citología, y han sido tan importantes y
transcendentales las repercusiones de estos conocimientos a todos los niveles
de organización, que la célula ha pasado a ser el centro
de la atención de muchos investigadores y a constituir por sí
sóla un capítulo importante entre las ciencias biológicas,
al que por mérito propio se llama Biología
celular.
3.1.
Células procarioticas y eucarioticas
La célula se define como 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 propios 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. Unidad fundamental
de vida. Es un cuerpo con volumen que transforma energía y es capaz
de transferir información.
El concepto de célula surge en este siglo (en el s. XVIII se estudiaba)
pero se revoluciona con el descubrimiento del microscopio electrónico,
que tiene una gran resolución (puede separar 2 puntos muy cercanos
y así ver con mayor profundidad). La rama que se ocupa de la célula
es la Citología, muy nueva y avanzada.
En los 30 se dudaba de lo que tenía la célula, pero hacen
los postulados de la teoría celular, con Schaum y Swan,
que
dice que la célula es la unidad anatómica, o la unidad
morfológica, o la unidad de origen ( porque si se divide una célula,
ninguna parte podrá sobrevivir por si sola). En 1952 se añade
el postulado de que la célula es la unidad patológica. Todo
ser vivo está formado al menos por una célula. La célula
es una 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.
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. La forma depende de su envoltura externa (membrana plasmática),
que esta en todas las células hay 2 tipos.
Amorfa ( la forma cambia
) ej: glóbulos blancos y amibas. Es mas delgada y elástica.
Forma definida: tiene todo
tipo de formas, como de forma estrelladaà neuronas. Es mas gruesa
y menos elástica.
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 (DNA) está concentrado en una región, pero
no hay ninguna membrana que separe esta región del resto de la célula.El tamaño promedio
en una célula es esde 20 micras hasta 1500 micras.
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.
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 llamadado
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
(DNA); 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.
3.2.
Arquitectura celular
3.2.1.
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.
El citoplasma de las células eucariotas se encuentra atravesado
por un conjunto de tubos, vesículas y cisternas, que presentan la
estructura básica de la membrana citoplásmica. Entre esos
elementos existen frecuentemente intercomunicaciones, y adoptan la forma
de una especie de red, entre cuyas mayas se encuentra el citoplasma. Este
sistema membranoso es llamado en la actualidad sistema vacuolar citoplásmico,
integrándose en él la membrana nuclear, el retículo
endoplásmico y el complejo de Golgi. 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.
3.2.2.
Superficie celular
El contenido de todas las células vivas está rodeado por
una membrana delgada llamada membrana plasmática
o celular, que marca el límite entre el contenido celular y el medio
externo. La membrana plasmática es una película continua
formada por moléculas de lípidos y proteínas, entre
8 y 10 nanómetros (nm) de espesor y actúa como barrera selectiva
reguladora de la composición química de la célula.
La mayor parte de los iones y moléculas solubles en agua son incapaces
de cruzar de forma espontánea esta barrera, y precisan de la concurrencia
de proteínas portadoras especiales o de canales proteicos. De este
modo la célula mantiene concentraciones de iones y moléculas
pequeñas distintas de las imperantes en el medio externo. Otro mecanismo,
que consiste en la formación de pequeñas vesículas
de membrana que se incorporan a la membrana plasmática o se separan
de ella, permite a las células animales transferir macromoléculas
y partículas aún mayores a través de la membrana.
Casi todas las células bacterianas y vegetales están además
encapsuladas en una pared celular gruesa y sólida compuesta de polisacáridos
(el mayoritario en las plantas superiores es la celulosa). La pared celular,
que es externa a la membrana plasmática, mantiene la forma de la
célula y la protege de daños mecánicos, pero también
limita el movimiento celular y la entrada y salida de materiales.
La primera mención de la existencia de una membrana celular se atribuye
generalmente a Schwann, quien en 1839 postula que la membrana célular
no sólo tiene la capacidad de separar los contenidos celulares del
medio externo, sino también "el poder de alterar químicamente
las sustancias con las cuales entra en contacto". En las décadas
siguientes se proponen distintos modelos que tratan de explicar de mejor
manera los resultados experimentales que se obtenían; y no fué
hasta 1972, cuando gracias a observaciones sobre dinámica de proteínas
y lípidos, es propuesto el modelo de Mosaico Fluído de Singer
y Nicholson actualmente aceptado (con algunas modificaciones). De
acuerdo a este modelo la membrana es una solución bidimensional
de lípidos en el cual se encuentran sumergidas las proteínas
globulares que se mueven en el plano de la membrana.
El marco estructural básico de las membranas biológicas está
conformado por lípidos, siendo los componentes mayoritarios los
lípidos anfolíticos conocidos con el nombre de fosfolípidos,
moléculas que presentan una cabeza polar y una cola no polar formada
por 2 ácidos grasos de cadena larga. La tendencia de esta doble
cadena anfolítica de formar una bicapa en soluciones acuosas y a
sellarse formando vesículas es la propiedad física crucial
que determina que se forme una membrana. La principal fuerza impulsora
para la formación de la membrana es el conocido "efecto hidrofóbico",
junto con las interacciones apolares entre las cadenas acil lipídicas
de los fosfolípidos (de Van der Waals), y las interacciones de naturaleza
electrostática entre las cabezas polares (puentes de hidrógeno,
entre otras). El movimiento térmico permite a las moléculas
de fosfolípidos rotar alrededor de ejes y difundir lateralmente
dentro de la bicapa. Se ha calculado que una molécula de fosfolípidos
intercambia lugar con sus vecinas 107 veces y se desplaza varios µm
a 37° C.
Las membranas de las células eucarióticas contienen colesterol,
una molécula determinante en la fluidez de la bicapa. Este esteroide
es bastante hidrofóbico y se inserta entre las moléculas
de fosfolípidos. Su grupo hidroxilo está en contacto con
los grupos polares de los fosfolípidos mientras que los anillos
esteroidales interactúan con las cadenas hidrocarbonadas.
Regiones
especializadas de la membrana
Los hojaldres de las membranas biológicas se diferencian en su composición,
esto es que no es igual a ambos lados de la membrana. Los hojaldres que
estan expuestos hacia el exterior de la membrana plasmática, al
interior de la doble membrana nuclear, al interior del reticulo endoplasmático
y aparato de Golgi, al interior de la membrana externa mitocondrial y al
exterior de la membrana interna mitocondrial se conocen como caras citoplasmicas,
los hojaldres complementarios se conocen como caras exoplasmicas.
Los carbohidratos de las membranas se encuentran asociados a proteínas
(glicoproteinas) y lípidos (glicolípidos). Sin embargo, se
encuentran principalmente en la cara exoplasmica de la membrana plasmática
y donde son sintetizados en la cara endoplasmica del reticulo endoplasmatico
y del aparato de Golgi . Los carbohidratos de membrana pueden tener un
función de reconocimiento celular.
3.2.2.1.
Clasificación de las membranas. 3.2.2.1.1.
Membranas simples. Están compuestas
principalmente por lípidos que funcionan principalmente como aislantes,
con una pequeña actividad bioquímica. Ejemplo: capa de mielina. 3.2.2.1.2.
Membranas compuestas. Estas membranas están
constituidas con alrededor del 50% de proteínas, presentan procesos
enzimáticos, al igual que actividades de transporte. Ejemplo: membrana
plasmática. 3.2.2.1.3.
Membranas que contienen como mayor componente proteínas. Estas membranas contienen
sistemas enzimáticos complejos, que están involucrados en
diversos procesos. Ejemplo: membrana mitocondrial.
3.2.2.2.
Composición de las membranas.
3.2.2.2.1.
Lípidos de membrana.
Las membranas lipidicas estan constituidas
solamente por mono y diacilgliceroles, estos compuestos se caracterizan
por que tienen una cabeza polar y una cola no polar. Estos lípidos
se pueden asociar formando monocapas (hojaldres) y bicapas (dos hojaldres).
Las monocapas pueden formar estrúcturas esféricas conocidas
como micelas y
las monocapas también pueden formar estructuras esféricas
llamadas liposomas. 3.2.2.2.1.1.
Fosfolípidos. Fosfoacilgliceroles. Cardiolipina. Plamalógenos. 3.2.2.2.1.2.
Glucolípidos. Cerebrosidos. Esfingolípidos. Ceramida. Esfingosina.
Esteroles.
3.2.2.2.2.
Proteínas de membrana.
Las membranas plasmáticas presentan
tres tipos de proteínas. Las proteinas integrales, proteinas periféricas
y proteínas estructurales. Las proteínas integrales o particuladas,
presentan un componente hidrofobico que les permite integrarse facilmente
a las membranas, pueden atravezar los dos hojaldres, un hojaldre o colocarse
entre los hojaldres. Las proteinas periféricas son hidrofílicas
y estan ancladas a la membrana por un componente hidrofobico. Las proteinas
estructurales son del tipo integral pero estan unidas al citoesqueleto
de la célula, limitando su movilización de acuerdo al modelo
del mosaico fluido. 3.2.2.2.2.1.
Proteínas periféricas, extrínsecas o unidas laxamente. 3.2.2.2.2.2.
Proteínas particuladas, integrales, intrinsecas o fuertemente
unidas a las membranas. 3.2.2.2.3.
Carbohidratos de membrana
Unidos a glucoproteínas y glucolípidos unicamente en el exterior
de la membrana plasmática y en el interior de algunos organelos.
Entre los principales están galactosa, manosa, fucosa, glucosa,
glucosamina, galactosamina y el ácido siálico.
3.2.2.3.
MEMBRANA PLASMÁTICA.
La célula está rodeada por una membrana, denominada membrana
plasmática. La membrana delimita el territorio de la célula
y controla el contenido químico de la célula. En la composición
química de la membrana entran a formar parte lípidos, proteínas
y glúcidos en proporciones aproximadas de 40%, 50% y 10%, respectivamente.
Los lípidos forman una doble capa y las proteínas se disponen
de una forma irregular y asimétrica entre ellos. Estos componentes
presentan movilidad, lo que confiere a la membrana un elevado grado de
fluidez. Por el aspecto y comportamiento el modelo de membrana se denomina
"modelo de mosaico fluído"
• Represente
el "modelo de mosaico fluído". Como esta incluido el colesterol
en la membrana?
•
Identifique las proteínas integrales y periféricas en el
modelo. En cuales caras se pueden encontrar las glicoproteínas y
los glicolípidos.
Debido al interior hidrofóbico de la membrana, la bicapa lipídica
es una barrera altamente impermeable a la mayoría de las moléculas
polares, esto permite mantener diferencias entre citosol y fluido extracelular.
Las funciones de la membrana podrían resumirse en: transporte, el
intercambio de materia entre el interior de la célula y su ambiente
externo (compartimentación); reconocimiento y comunicación,
gracias a moléculas situadas en la parte externa de la membrana,
que actúan como receptoras de sustancias (señalización).
3.2.2.4.
Transporte a través de membranas.
Debido a su interior hidrofóbico, la bicapa lipídica de una
célula constituye una barrera altamente impermeable a la mayoría
de las moléculas polares. Esta función de barrera tiene gran
importancia ya que le permite a la célula mantener en su citosol
a ciertos solutos a concentraciones diferentes a las que están en
el fluído extracelular; lo mismo ocurre en cada compartimiento intracelular
envuelto por una membrana. Sin embargo, para poder utilizar esta barrera
las células han tenido que desarrollar sistemas para transportar
específicamente moléculas hidrosolubles a través de
sus membranas y así poder captar los nutrientes esenciales, excretar
productos del metabolismo y regular la concentración intracelular
de iones. El transporte de iones inorgánicos y de pequeñas
moléculas orgánicas polares se realiza a través de
proteínas especializadas que son capaces de discriminar entre distintos
solutos. A continuación se describirán los principios generales
que gobiernan el transporte de solutos a través de membranas biológicas.
Puesto que la membrana no es una barrera homogenea sino un mosaico de lípidos
y proteínas, las propiedades de transporte de un soluto dependerán
de la interacción que éste establezca con lípidos
y/o proteínas. Un soluto de baja polaridad podrá atravesar
con facilidad la bicapa lipídica, mientras que uno muy polar sólo
podrá atravesar la membrana si establece interacciones específicas
con proteínas de transporte.
Las células han desarrollado sistemas de transporte específicos
de moléculas hidrosolubles, para nutrirse, excretar y regular concentraciones.Si
la molécula transportada no tiene carga, la dirección del
transporte esta dada por la concentración. Este fenómeno
se conoce como difusión y se entiende como la migración de
un soluto desde una zona de alta concentración a una zona de baja
concentración, como resultado del movimiento al azar de las moléculas
de soluto. El movimiento de un soluto en una solución y la expansión
espontánea de un gas son ejemplos de procesos que ocurren por difusión.
La difusión depende de parámetros como el tamaño y
forma del soluto, la viscosidad del solvente y la temperatura. El aumento
del tamaño del soluto o la viscosidad del solvente dificultan la
difusión, mientras que el aumento de la temperatura la acelera.
A igual peso molecular, los solutos esféricos difunden con más
facilidad en el agua que los solutos alargados.
• De
ejemplos de difusión que se pueden encontrar en el quehacer diario.
La bicapa lipídica de la membrana actúa como una barrera
que separa dos medios acuosos, el medio donde vive la célula (intercelular)
y el medio interno celular (intracelular).
Las células requieren nutrientes del exterior y deben eliminar sustancias
de desecho procedentes del metabolismo y mantener su medio interno estable.
La membrana presenta una permeabilidad selectiva, ya que permite el paso
de pequeñas moléculas, siempre que sean lipófilas,
pero regula el paso de moléculas no lipófilas. El paso a
través de la membrana posee dos modalidades: Una pasiva, sin gasto
de energía, y otra activa, con consumo de energía.
El medio íonico intracelular es diferente en composición
al medio intercelular (líquido intersticial). El medio intracelular
es más rico en iones potasio, mientras que el líquido intersticial
es más rico en iones sodio.
Concentración
iónica y potencial estable en células músculares (según
Woodburry, modificado)
Líquido
intersticial
Líquido
intracelular
Cationes
Na+
145
12
K+
4
155
Aniones
Cl -
120
3,8
HCO3-
27
8
A - y otras
7
155
Potencial
0
-60mV
El transporte de muchas moléculas diferentes a través de
la membrana es altamente específico, es decir, la permeabilidad
de una molécula está relacionada con su estructura química.
En tanto que una molécula puede penetrar con facilidad en la célula,
otra del mismo tamaño pero con una estructura ligeramente diferente
puede ser excluida por completo. Este tipo de selectividad se atribuye
a proteínas permeasas (de transporte o translocadora)
con un sitio capaz de reconocer la molécula que debe
ser transportada. Las permeasas, aceleran el proceso de transporte,
imparten selectividad especial y son recicladas, lo cual significa que
permanecen invariables después de contribuir a la entrada
o salida de la molécula. Algunas permeasas solo pueden transportar
si hay un gradiente de concentración (difusión) mientras
que otras lo hacen aún en contra de una desfavorable (transporte
activo).
3.2.2.4.1.
Transporte pasivo.
Sólo obedece a las leyes físicas
y se produce cuando existe un gradiente de concentración y
ocurre desde un lugar de mayor concentarción hacia el de menor concentración.
Es importante diferenciar la difusión de moléculas
y la de iones. La difusión de moléculas está en función
de volumen molecular y de la solubilidad en lípidos, cuanto más
solubles más rápido penetran y al igual solubilidad en lípidos
las moléculas más pequeñas penetran con más
facilidad.
La difusión de iones depende de su concentración y de la
existencia de gradientes eléctricos a través de la membrana,
que determina un potencial eléctrico específico para la membrana.
Estas dos propiedades se encuentran íntimamente relacionadas, ya
que el potencial eléctrico depende de la distribución desigual
de los iones a ambos lados de la membrana. Es un proceso de difusión
de sustancias a través de la membrana. Se produce siempre a favor
del gradiente, es decir, del medio donde hay más hacia el medio
donde hay menos. Este transporte puede darse por:
3.2.2.4.1.1.
Difusión simple.
Es el paso de pequeñas moléculas a favor del gradiente; puede
realizarse a través de la bicapa lipídica o a través
de canales proteícos.
3.2.2.4.1.1.1.
Difusión simple a través de la bicapa.
Así entran moléculas lipídicas como las hormonas esteroideas,
anestésicos como el éter y fármacos liposolubles.
Y sustancias apolares como el oxígeno y el nitrógeno atmosférico.
Algunas moléculas polares de muy pequeño tamaño, como
el agua, el CO2, el etanol y la glicerina, también atraviesan la
membrana por difusión simple. La difusión del agua recibe
el nombre de ósmosis.
3.2.2.4.1.1.2.
Difusión simple a través de canales.
Se realiza mediante las denominadas proteínas de canal. Así
entran iones como el Na+, K+, Ca+2, Cl-. Las proteínas de canal
son proteínas con un orificio o canal interno, cuya apertura está
regulada, por ejemplo por ligando, como ocurre con neurotransmisores u
hormonas, que se unen a una determinada región, el receptor de la
proteína de canal, que sufre una transformación estructural
que induce la apertura del canal.
3.2.2.4.1.1.3.
Difusión facilitada.
Permite el transporte de pequeñas moléculas polares, como
los aminoácidos, monosacáridos, etc, que al no poder atravesar
la bicapa lipídica, requieren que proteínas trasmembranosas
faciliten su paso. Estas proteínass reciben el nombre de proteínas
transportadoras o permeasas que, al unirse a la molécula a transportar
sufren un cambio en su estructura que arrastra a dicha molécula
hacia el interior de la célula.
• Investigue
sobre ejemplos específicos de cada una de las difusiones discutidas. •
Las sustancias que atraviesan los poros nucleares que tipo de transporte
utilizan. •
En esta siguiente figura explique que mecanismo de transporte utilizan
las proteínas sintetizadas en el citosol para llegar a los diferentes
organelos.
3.2.2.4.1.2.
Transporte activo.
En este proceso también actúan proteínas de membrana,
pero éstas requieren energía, en forma de ATP, para transportar
las moléculas al otro lado de la membrana. Se produce cuando el
transporte se realiza en contra del gradiente electroquímico. Son
ejemplos de transporte activo la bomba de Na/K, y la bomba de Calcio.
La bomba de Na+/K+ requiere una proteína transmembranosa que bombea
Na+ hacia el exterior de la membrana y K+ hacia el interior. Esta proteína
actúa contra el gradiente gracias a su actividad como ATP-asa, ya
que rompe el ATP para obtener la energía necesaria para el transporte.
Por este mecanismo, se bombea 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior,
con la hidrólisis acoplada de ATP. El transporte activo de Na+ y
K+ tiene una gran importancia fisiológica. De hecho todas las células
animales gastan más del 30% del ATP que producen (y las células
nerviosas más del 70%) para bombear estos iones. •
Explique la bomba de sodio y potasio por pasos. Por qué el transporte
activo de Na+ y K+ tiene una gran importancia fisiológica?. •
De donde viene el ATP que requiere esta bomba?.
Como vemos la distribución de los iones y el potencial de la membrana
están determinados tanto por la difusión como por el transporte
de iones independientes de energía (transporte activo) y es evidente
que este último es fundamental para el equilibrio osmótico
celular. Regulando las concentraciones específicas de aniones, cationes
y otros iones especiales necesarios para su metabolismo, la célula
mantiene constante su presión osmótica. La combinación
de una permeabilidad pasiva y un transporte activo genera grandes diferencias
de composición en el citosol/fluido extracelular, generando distintas
composiciones iónicas. La membrana puede almacenar energía
potencial como gradiente electroquímico.
•
Discuta las diferencias en composición intra y extracelular que
aparecen en la tabla anterior. •
En que unidades cree que esta expresada la tabla. Como sustenta su respuesta.
3.2.2.4.1.3.
Movimiento de agua a través de capas celulares (Presión osmótica)
La presión osmótica esta relacionada
con el punto crioscopico, el punto de ebullición y la presión
al vapor. La medida de una sola de estas propiedades permite conocer las
otras y relacionarlas con el denominador común: la concentración
del soluto en la solución, los cambios aún más pequeños
en la concentración de las soluciones se perciben más
fácilmente en la relativa a la presión osmótica.
La presión osmótica es una causa importante del movimiento
de agua a través de las membranas y capas celulares y se define
como la presión hidrostática necesaria para impedir el flujo
neto de agua a través de una membrana que separa soluciones
de diferente concentración.
La presión osmótica reviste gran importancia en los seres
vivos; en sus leyes se basa la distribución de los líquidos
y los solutos. Las membranas celulares son por lo general permeables
al agua y a un grupo de solutos, pero al mismo tiempo y sin perder esa
propiedad, son impermeables a otros; la permeabilidad
es fundamental para la fisiología de la célula y para el
mantenimiento de condiciones fisiológicas intracelulares adecuadas,
pues condiciona la entrada de ciertas sustancias, muchas de las cuales
son necesarias para mantener los procesos vitales y la síntesis
de nuevas sustancias vivas y regula la salida de agua y los productos de
excreción que deben ser eliminados por la célula, por ejemplo
la pared celular de la bacteria determina la forma celular y previene
el rompimiento de la bacteria como resultado de un desequilibrio en la
presión osmótica y en el caso de la pared celular vegetal,
a diferencia de las células animales, las células vegetales
no mantienen un balance osmótico entre su citosis y el fluido extracelular.
Por consiguiente, la presión osmótica continuamente
transporta agua al interior de la célula vegetal. Este influjo
de agua es tolerada por las células vegetales, debido a su rígida
pared celular que previene el estallido celular. Además, existe
una presión hidrostática interna que eventualmente equilibra
la presión osmótica y previene un fuerte influjo de agua.
Entonces, una de las funciones de la membrana celular consiste en
mantener en equilibrio la presión osmótica del líquido
intracelular con la del líquido extracelular.
El líquido extracelular puede ser isotónico,
cuando hay un equilibrio que impide el flujo neto de agua hacia el interior
de la célula y de su interior hacia fuera. Puede ser hipotónico,
cuando el flujo de agua se dirige hacia el interior de la célula,
hasta que la concentración total de iones y moléculas sea
la misma en el interior y en el exterior de la célula. Cuando el
medio es hipertónico, el flujo
de agua es hacia el exterior de la célula hasta que la concentración
de iones es la misma dentro y fuera.
Para esto se necesita que haya un intercambio en la membrana celular ya
sea por difusión pasiva o por transporte activo.
La presión osmótica de una solución diluida viene
expresada en forma aproximada por la ecuación Van´t Hoff.
p
= RT (C1+
C2+ C3+…….
+Cn)
p
: Presión osmótica R:
Constante de gases. T
: Temperatura absoluta C1
: Las concentraciones molares (M) de todos los solutos iones y moléculas
en la solución. La unidad de medición de la actividad osmótica
es el osmol o el miliosmol.
Un osmol representa la fuerza ejercida por el peso de las partículas
y depende del número de partículas por unidad de volumen.
Si deseamos colocar un mol de glucosa en un lado de un recipiente separado
por una membrana semipermeable, debemos poner el peso molecular de la glucosa
expresado en gramos, o sea 180 gramos más la cantidad de
agua necesaria para completar un volumen de 1000 mil. A esta solución
se le denomina molar.
Si en otro lado de nuestro recipiente colocamos el peso molecular en gramos
de otra sustancia, por ejemplo la urea, que es de 60, y también
completamos a 1000 ml, las 2 soluciones, glucosa y urea, son molares
y tienen el mismo número de moléculas por litro,
por lo que tienen la misma presión osmótica (y se llama equimolares).
En el caso de que se trata de una sustancia que en solución
acuosa quede separada en dos o más iones, cada uno funciona con
una partícula y su fuerza osmótica será mayor.
Por ejemplo un mol de NaCl (PM = 58,53) en 1000 ml, al ponerse en el agua
su molecula se separa en los iones Na+
y Cl- que funcionan como dos partículas independientes
y entonces originan una doble fuerza osmótica, por lo que sería
una solución 2 osmolar.
Para cultivar células in vitro, el ambiente debe ser
lo más parecido posible al esperado in vivo. Son factores
ambientales importantes en el sustrato sobre el que crecen las células,
el medio que rodea las células y ala temperatura.
El medio de cultivo está constituido por un medio nutriente tamponado
e isotónico que contiene sales inorgánicas, una fuente de
energía y aminoácidos así como, suplementos que favorezcan
la osmosidad de la célula y sean viables para cualquier estudio.
Literatura
recomendada en esta sección. Laguna, J. y
Piña, E. 1998. Bioquímica. Ediciones Omega Barcelona, España.
pg. 438-439 Cooper, G. 1997. The
cell. London, England. pp. 500-504. Marzan, S. 1995. Cultivo
de células animales. Editorial Acribia. Zaragoza, España.
pg. 94-98 Montgomery, R. 1984.
Bioquímica médica. Salvat Editores. Londres, Inglaterra.
pg. 330-337. De Roberts, E. 1986.
Biología celular y molecular. Editorial El Ateneo. Buenos Aires,
Argentina. pg. 103-110.
3.2.2.5.1.
Acarreadoras o transportadoras (carrier).
Acarreadores, son proteínas de membrana que unen al soluto de un
lado de la membrana y lo sueltan en el otro.
De acuerdo al modo de transporte se clasifican en: uniporte (GLUT2), simporte
(glucosa/Na+) y antiporte o intercambiador (Na+/H+). Poseen partes móviles,
pueden acoplarse a fuentes de energía para producir transporte activo. Tipos de transportadoras:
•Uniport:
transporta soluto de un lado a otro •Simport: Acoplado
unidireccional •Antiport: de
intercambio
3.2.2.5.2.
Canales.
Los canales son proteínas integrales que atraviesan la bicapa lipídica,
contienen un canal acuoso por donde pueden difundir los iones. Forman poros
que permiten desplazamientos pasivos de pequeños iones.
De acuerdo a su mecanismo de activación, los canales se clasifican
en: canales dependientes de voltaje (ejemplo: Na+,
K+ y Ca+2)
y canales operados por receptor (ejemplo: acetilcolina). Si el soluto tiene
carga neta, se transporta dependiendo del gradiente de concentración,
y del gradiente eléctrico de la membrana.
Apoyo gráfico para la definición de derivada en un punto.
La derivada de una función en un punto coincide con la pendiente de la recta tangente a la función en dicho punto.
• Represente
el "modelo de mosaico fluído". Como esta incluido el colesterol
en la membrana?
La presión osmótica esta relacionada
con el punto crioscopico, el punto de ebullición y la presión
al vapor. La medida de una sola de estas propiedades permite conocer las
otras y relacionarlas con el denominador común: la concentración
del soluto en la solución, los cambios aún más pequeños
en la concentración de las soluciones se perciben más
fácilmente en la relativa a la presión osmótica.
Entonces, una de las funciones de la membrana celular consiste en
mantener en equilibrio la presión osmótica del líquido
intracelular con la del líquido extracelular.
3.2.2.5.1.
Acarreadoras o transportadoras (carrier).