A célula e a materia viva: estrutura, funcións e niveis de organización biolóxica

A Composición da Materia Viva

Os seres vivos están formados por átomos que combinan entre si. A complexidade química e estrutural da materia viva é moito maior debido á gran versatilidade química das biomoléculas e á organización dos seres vivos nunha serie de niveis de diferente complexidade que van máis alá das moléculas.

Niveis de Organización

1. Átomos
2. Moléculas
3. Orgánulos e estruturas celulares
4. Células
5. Tecidos
6. Órganos
7. Aparellos e sistemas
8. Organismos
9. Poboación
10. Ecosistema e biosfera

Cada un destes niveis está formado por elementos do nivel anterior e, á vez, organízase no seguinte nivel. Propiedades emerxentes: con cada nivel, a materia adquire propiedades novas que non estaban presentes no nivel anterior.

• Existen seres vivos que non presentan todos os niveis: por exemplo, os protozoos son unicelulares e só alcanzan o nivel celular; as algas son pluricelulares pero non forman tecidos.

Composición da Materia Viva

Os seres vivos están formados por substancias:

• Inorgánicas: encóntranse na materia viva e inerte (auga e sales minerais).
• Orgánicas ou biomoléculas: tamén denominadas macromoléculas moi complexas. Estas son exclusivas dos seres vivos (glícidos, lípidos, proteínas e ácidos nucleicos).

Auga

Funcións

• Estrutural: compoñente maioritario dos organismos e dá volume á célula.
• Metabólica: nela teñen lugar todas as reaccións químicas celulares.
• Transporte: nela circulan a maioría das substancias no interior dos organismos.
• Termorreguladora: axuda a manter constante a temperatura dos seres vivos.

Sales Minerais

Funcións

• Estrutural: por exemplo, os carbonatos forman cunchas de animais e os fosfatos deposítanse nos ósos.
• Reguladora: por exemplo, algúns sales regulan a transmisión do impulso nervioso (interveñen: calcio, sodio e potasio).

Glícidos

Funcións

• Enerxética: por exemplo, a glicosa é a principal fonte de enerxía para a célula.
• Reserva enerxética: por exemplo, o amidón almacénase nas células vexetais, ou o glicóxeno, que se atopa nas células do fígado e do músculo nos animais.
• Estrutural: por exemplo, a celulosa forma parte das paredes celulares das células vexetais.
• Outras funcións: por exemplo, glícidos unidos a algunhas proteínas das membranas celulares (glicoproteínas) participan no recoñecemento entre células.

Lípidos

Funcións

• Reserva enerxética: por exemplo, os triglicéridos, que se almacenan nas células.
• Estrutural: por exemplo, o colesterol e os fosfolípidos, base das membranas plasmáticas.
• Reguladora: por exemplo, as hormonas sexuais regulan procesos como a reprodución sexual.
• Outras funcións: por exemplo, pigmentos como as xantofilas e os carotenos participan na fotosíntese.

Proteínas

Funcións

• Estrutural: moitas proteínas forman parte das estruturas celulares. Por exemplo, as proteínas da membrana celular.
• Enzimática: os encimas encárganse de acelerar as reaccións químicas do metabolismo. Por exemplo, a amilase degrada o amidón, ou a lipase disgrega lípidos.
• Transporte: por exemplo, a hemoglobina do sangue, que transporta osíxeno.
• Outras funcións: por exemplo, os anticorpos defenden o organismo dos axentes patóxenos; a actina e a miosina son responsables da contracción muscular.

Ácidos Nucleicos

ADN (ácido desoxirribonucleico) e ARN (ácido ribonucleico). Conteñen a información xenética das células, transmítena á descendencia e controlan as funcións celulares.

A Célula

A célula é a unidade máis elemental dun ser vivo capaz de realizar as funcións vitais. As células dos seres vivos non son todas iguais, presentando unha gran variedade de estruturas, tamaños e formas.

A Estrutura das Células

As células posúen estruturas específicas (parede celular, cloroplastos, cilios, flaxelos, etc.) e estruturas comúns (membrana plasmática, citoplasma, ADN e ribosomas).

• Membrana plasmática: envoltura moi delgada e elástica que rodea a célula e separa o seu contido do exterior. Encárgase de regular a entrada e a saída de substancias da célula, detecta estímulos do medio externo e comunica as células entre si.
• Ribosomas: sintetizan as proteínas.
• Citoplasma: substancia xelatinosa que enche a célula e onde se atopa o contido celular. Dependendo do tipo de célula, pódense atopar orgánulos membranosos de diferente tipo.
• ADN (material xenético): biomolécula que contén a información xenética necesaria para regular o funcionamento da célula. Dependendo de onde se localice o ADN na célula, distínguense:
  • Células procariotas: sinxelas, pequenas, non posúen núcleo nin orgánulos membranosos. O seu material xenético atópase disperso no citoplasma.
  • Células eucariotas: complexas, de maior tamaño, cun núcleo que contén o material xenético e unha variedade de orgánulos membranosos.

Tamaño das Células

Utilízase o micrómetro ou micrón (µm). Un micrómetro é a milésima parte dun milímetro.

• As células máis pequenas son as bacterias (entre 1 e 2 micróns).
• As células animais presentan moita variabilidade de tamaños: os óvulos miden uns 150 µm; as células do fígado, 20 µm; os espermatozoides, 53 µm; e os glóbulos vermellos, 7 µm.
• As células vexetais poden variar de 10 a 100 µm.

As Formas das Células

• Comparten características básicas.
• Cada tipo celular dispón dunha estrutura e unhas funcións especializadas que lle permiten realizar a súa actividade coa máxima eficacia.
• Por exemplo: as neuronas son alongadas e con apéndices que elaboran e transmiten impulsos nerviosos; as musculares adoitan ser alongadas para contraerse.

Algúns tipos de células: glóbulos vermellos, espermatozoide, musculares/epiteliais, neurona.

As Células Procariotas

Exclusivas dos seres que constitúen o reino Monera (bacterias). Son organismos unicelulares, moi pequenos, e constitúen o tipo de organización celular máis sinxelo, xa que non posúen núcleo.

Como son as Células Procariotas?

Posúen estruturas comúns a todas as células (membrana plasmática, que é unha dobre capa de lípidos con proteínas inseridas; ADN; citoplasma e ribosomas) e tamén:

• Unha gran molécula de ADN ou cromosoma circular que ocupa o nucleoide, e poden ter pequenos fragmentos circulares de ADN chamados plásmidos.
• O citoplasma non contén orgánulos, só ribosomas (de menor tamaño que os das eucariotas).
• Contan coa parede celular: unha estrutura ríxida que rodea a membrana plasmática e dá forma á bacteria. A súa composición química é diferente á das células vexetais. Algunhas bacterias desenvolven unha cápsula que rodea a parede celular e lles proporciona máis protección.
• Algunhas teñen prolongacións, como os flaxelos, que son longos e serven para a locomoción, ou as fimbrias, que son curtas e serven para fixarse a outras células e a superficies.
• Na superficie dalgunhas bacterias tamén pode haber pili (a súa función é o intercambio de material xenético con outras bacterias).

Funcións Vitais

Nutrición

Todos os procesos da nutrición suceden no citoplasma. As bacterias poden ser:

• Autótrofas: a maioría son fotosintéticas e sintetizan compostos orgánicos a partir da materia inorgánica do medio, utilizando a enerxía da luz solar. Existen bacterias que realizan a quimiosíntese, sintetizando compostos orgánicos e utilizando a enerxía que se libera en reaccións químicas.
• Heterótrofas: aliméntanse da materia orgánica doutros seres vivos; poden ser parasitas, saprófitas ou simbióticas.

Relación

Algunhas desprázanse grazas aos seus flaxelos.

• As bacterias espirais xiran.
• Outras móvense xirando sobre si mesmas.
• Outras desprázanse sobre superficies e outras permanecen inmóbiles.

Normalmente viven illadas, pero en ocasións agrúpanse formando colonias.

Reprodución

Reprodúcense mediante bipartición. As células duplican o seu ADN e escinden o seu citoplasma en dúas metades; cada unha recibe un cromosoma bacteriano e parte do contido celular.

As Células Eucariotas

Os organismos pertencentes aos reinos Protoctista, Fungi, Plantae e Animalia poden ser unicelulares ou pluricelulares. O tamaño das células eucariotas é maior que o das procariotas. Caracterízanse por posuír un núcleo delimitado por unha membrana, que protexe o ADN. A súa forma é moi variable, xa que depende da función, idade e organismo.

Como son as Células Eucariotas?

• Teñen núcleo; o seu ADN atópase rodeado por unha membrana.
• Teñen citoesqueleto: unha rede de filamentos que dá forma á célula e permite o movemento.
• Teñen orgánulos e estruturas; algúns destes orgánulos (mitocondrias, aparello de Golgi, etc.) están presentes nas células eucariotas.

Tipos de Células Eucariotas

• Tipo animal: conforman os animais e algúns organismos unicelulares (protozoos).
• Tipo vexetal: presentes nas plantas e nas algas.

O Núcleo Celular

As células eucariotas teñen núcleo, e o seu ADN atópase rodeado por unha membrana. As súas funcións máis importantes son: conter a información hereditaria, determinar as características das células e dos organismos dos que forman parte, e controlar as actividades celulares.

A Estrutura do Núcleo Interfásico

Cando unha célula non está en división prodúcese a interfase (o núcleo presenta unha forma máis ou menos esférica e sitúase na parte central ou cara á periferia). Estrutura:

• A envoltura nuclear: formada por dúas membranas. Está atravesada por poros nucleares, que permiten o intercambio de substancias entre o núcleo e o citoplasma.
• O nucleoplasma: líquido que enche o núcleo e onde se produce a síntese dos ácidos nucleicos.
• O nucléolo: estrutura esférica, formada por ADN, ARN e proteínas. Nel sintetízanse os compoñentes dos ribosomas.
• A cromatina: material xenético da célula, e o compoñente máis importante do núcleo. Está formada por ADN unido a proteínas chamadas histonas. Ao microscopio, obsérvase como unha maraña de fibras.

A Estrutura do Núcleo en División

• A envoltura nuclear desorganízase, deixando disperso o nucleoplasma.
• O nucléolo desintégrase.
• As fibras de cromatina, tras duplicarse, condénsanse e enrólanse, facéndose máis curtas e anchas ata transformarse en cromosomas. Cada cromosoma está formado por dúas fibras de cromatina, chamadas cromátides irmás, unidas polo centrómero.

Orgánulos Comúns a Todas as Células

Mitocondria

Estrutura

Ovadas, con dobre membrana: a interior prégase formando cristas e a exterior é lisa.

Función

Nela ten lugar a respiración celular, proceso no que se obtén enerxía a partir de nutrientes, con osíxeno.

Ribosomas

Estrutura

Pequenas, adheridas ao RE e dispersas polo citoplasma.

Función

Sintetizan proteínas na célula.

Aparello de Golgi

Estrutura

Conxunto de sacos aplanados e amoreados dos que parten as vesículas.

Función

Modifica substancias, empaquétaas en vesículas e transpórtaas á célula ou ao exterior.

Retículo Endoplasmático

Estrutura

Conxunto de sacos e canles comunicados entre si. O RER (rugoso) ten ribosomas adheridos e o REL (liso) carece deles.

Función

O RER sintetiza proteínas mediante os ribosomas adheridos a el e transpórtaas ao aparello de Golgi; o REL sintetiza lípidos.

Lisosomas e Outras Vesículas

Estrutura

Vesículas procedentes do aparello de Golgi (cheas de encimas). Outras vesículas conteñen distintos tipos de substancias.

Función

Realizan a dixestión celular (descompoñen substancias e obteñen outras máis sinxelas). Outras vesículas almacenan substancias e as transportan.

Centríolos

Estrutura

Dous cilindros ocos formados por filamentos.

Función

Dirixen o movemento do citoesqueleto, a separación dos cromosomas durante a división e interveñen na formación de estruturas que producen movementos celulares.

Cilios e Flaxelos

Estrutura

Prolongacións da membrana. Os cilios son curtos e numerosos; os flaxelos, longos e menos.

Función

Permiten a locomoción da célula e o movemento das partículas que a rodean.

Vacúolos

Estrutura

Presentes nas células vexetais. Son grandes vesículas membranosas cheas de auga e substancias como sales, azucres e proteínas.

Función

Mantemento da rixidez da célula vexetal, xa que o líquido exerce presión no interior da célula.

Cloroplastos

Estrutura

Ovalados, con dobre membrana lisa. No interior teñen sacos aplanados (tilacoides) que conteñen o pigmento de clorofila (que lles dá a cor verde).

Función

Onde ten lugar a fotosíntese.

Parede Celular

Estrutura

Envoltura externa que envolve a membrana plasmática.

Función

Protexe e proporciona rixidez á célula.

A Función de Nutrición nas Células Eucariotas

A nutrición comprende todos os procesos que lle proporcionan á célula materia e enerxía para crecer, repoñer as súas estruturas, dividirse e relacionarse.

O Intercambio de Materia

A membrana plasmática é unha barreira selectiva que deixa pasar certas substancias e facilita ou impide o paso doutras. Este paso realízase de formas diferentes dependendo do tamaño da substancia.

• Por difusión: para substancias pequenas (osíxeno, dióxido de carbono e sales minerais).
• A través de proteínas: para substancias de maior tamaño ou que teñen cargas. As proteínas forman canles ou bombas que "bombean" as substancias, permitindo que as moléculas pasen a través delas.
• Formando vesículas: para substancias moi grandes, a membrana afúndese e engloba a partícula, orixinando unha vesícula que pasa ao citoplasma. Este proceso denomínase endocitose, e o contrario, exocitose.

O Intercambio de Enerxía

As substancias transportadas ao interior da célula transfórmanse (en materia ou estruturas propias das células) ou utilízanse para obter enerxía e realizar as funcións vitais. Na célula teñen lugar moitas reaccións químicas, que constitúen o seu metabolismo. Este pode ser:

• Catabolismo: conxunto de reaccións químicas celulares polas que moléculas complexas se fragmentan e se transforman noutras máis sinxelas. Neste proceso libérase enerxía. Por exemplo: a respiración celular (que ocorre nas mitocondrias das células eucariotas).
• Anabolismo: conxunto de reaccións químicas celulares nas que, a partir de moléculas sinxelas, se fabrican outras máis complexas (proteínas, lípidos). A formación destas necesita enerxía (que procede do catabolismo). Por exemplo: a fotosíntese, nas células autótrofas.

A Función de Relación nas Células Eucariotas

A relación dunha célula é a súa capacidade para responder ante un estímulo do medio.

Estímulos e Respostas

Estímulo: cambios que desencadean unha resposta celular. Poden ser químicos (cambios na composición do medio, etc.) ou físicos (cambios na temperatura, presión, etc.).

Resposta celular: reacción da célula ante os estímulos. Pode ser:

• Estática: non se produce movemento, a célula responde doutra forma.
• Dinámica: responde movéndose. Estes movementos en conxunto denomínanse taxias ou tactismos. Son positivos se a célula se move cara ao estímulo, e negativos se se afasta del.

Movementos Celulares

Relacionado co citoesqueleto, cuxos filamentos forman estruturas contráctiles no citoplasma e prolongacións cara ao exterior que permiten o movemento. Principais movementos:

• Vibrátil: por vibración dos cilios ou dos flaxelos.
• Contráctil: propio das células musculares (que se contraen e relaxan) e dalgúns organismos unicelulares.
• Ameboide: característico das amebas; tamén se desprazan así os glóbulos brancos.

A Función de Reprodución nas Células Eucariotas

A reprodución celular (ou división celular): capacidade dunha célula de dividirse en dúas ou máis células fillas idénticas.

A División Celular

• Nos organismos unicelulares (por exemplo, protozoos), ten como obxectivo a reprodución do organismo.
• Nos organismos pluricelulares: serve para que o organismo creza e rexenere os seus tecidos (repoñendo as células que van morrendo).

Tipos de División Celular

Existen diferentes tipos de división celular en eucariotas:

• A bipartición: a célula duplica o ADN e xera dúas células fillas xeneticamente idénticas e do mesmo tamaño. É característica dos protozoos.
• A xemación: a célula duplica o ADN e xera unha xema que se desenvolve e se separa da célula nai. Fórmanse dúas células fillas, xeneticamente idénticas, pero de diferente tamaño. Así se reproducen os fermentos.
• A esporulación ou división múltiple: a célula xera múltiples copias do ADN, que se rodean dunha porción de citoplasma. A membrana da célula proxenitora rompe, liberando as esporas. Así se reproducen fungos, plantas e protozoos.