d) Las reacciones químicas que constituyen el metabolismo tienen lugar en las células. UNIDAD 3: LA CÉLULA: BASE DE LA VIDA

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1 UNIDAD 3: LA CÉLULA: BASE DE LA VIDA Todos los seres vivos están formados por células, unidades con los componentes necesarios para realizar las tres funciones que caracterizan la vida: nutrición (toma materia del medio y la transforma en materia propia y en energía), relación (detecta cambios ambientales y elabora respuestas adecuadas) y reproducción (formación de nuevas células). Todas las células tienen la misma estructura base que les permite conseguir energía, reproducirse, etc. pero cada célula debe afrontar los problemas específicos que surgen en el ambiente que les rodea. Por ello hay muchos tipos de células, con distintos tamaños y formas. d) Las reacciones químicas que constituyen el metabolismo tienen lugar en las células. 1. LA CÉLULA ES UNA UNIDAD DE ORGANIZACIÓN Como hemos dicho, existe una gran variedad de células, pero éstas se pueden clasificar por su estructura base y por la forma en que obtienen materia y energía. Según su estructura, las células se clasifican en: procariotas o eucariotas. Tienen célula procariota, los seres más primitivos y que se incluyen en el reino Monera (bacterias). La célula eucariota, mucho más compleja, la encontramos en los seres pertenecientes a los reinos Protoctista, Hongos, Vegetal y Animal. De acuerdo a la forma en que cubren su necesidad de materia y energía, las células pueden ser: autótrofas o heterótrofas. Las células autótrofas sintetizan la materia orgánica que necesitan, usando materia inorgánica del medio y luz o energía química (algunas bacterias, algas y vegetales). En contraste, las células heterótrofas obtienen la materia orgánica de otros autótrofos o heterótrofos. (muchas bacterias, protozoos, hongos y animales). 2. CARACTERÍSTICAS DE LAS CÉLULAS PROCARIOTAS Los estudios sucesivos de la célula han permitido establecer la llamada teoría celular que se puede resumir en: a) La célula es la unidad anatómica y fisiológica de todos los seres vivos. Todos los organismos están formados por una o varias células. b) Toda célula proviene de otra predecesora por división de ella. c) La información genética necesaria para el mantenimiento de la existencia de la célula y la producción de nuevas células se transmite de generación en generación. Las células procarióticas(del griego pro = primitivo, y carios = núcleo) tienen múltiples formas: cocos (redonda), bacilos (bastones), espiralazas, etc. Están formadas por un citoplasma donde casi no se observan orgánulos celulares ni un núcleo. Por tanto, su estructura es muy sencilla: Una pared celular, que le protege de la desecación, mantiene su forma y puede desarrollar estructuras como flagelos (móviles) y fimbrias o pelos. Una membrana plasmática, verdadera frontera o límite celular que controla la entrada y salida de sustancias de la célula, y realiza gran

2 cantidad de reacciones del metabolismo bacteriano en unas prolongaciones internas de distintas formas denominadas mesosomas. Un citoplasma, formado por una disolución de agua y biomoléculas (sales, glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos), que sirve de medio de reacción a numerosos procesos metabólicos y que sólo contiene un tipo de orgánulo: los ribosomas, cuya función es la síntesis de proteínas. La información genética que consiste en un cromosoma de ADN doble y circula. Algunas células procarióticas pueden tener pigmentos fotosintéticos, flagelos externos en forma de látigo para la locomoción o pili, como pelos para adherirse. 3. CARACTERÍSTICAS DE LAS CÉLULAS EUCARIOTAS La célula eucariótica (del griego eu = verdadero, bueno) está mucho más difundida entre los seres vivos y es la única que presentan los seres pluricelulares. Aunque hay particularidades que diferencian las células de cada Reino, todas tienen en común: 1. Membrana plasmática, capa que separa el contenido celular del medio que la rodea y que controla el intercambio de sustancias. 2. Citoplasma formado por una solución acuosa o hialoplasma, un citoesqueleto que sostiene los orgánulos, da forma y permite el movimiento y unas estructuras rodeadas de membranas, conocidas como orgánulos celulares, cada uno con una función (reparto del trabajo). 3. Núcleo, estructura más grande y visible con su contenido separado del citoplasma por una doble membrana que protege el material genético. Es el centro de control de la célula. ACTIVIDAD 1: Teniendo en cuenta esta información, identifica en el siguiente dibujo modelo de una célula procariota cada una de las partes. Las células eucariotas presentan diversas ventajas frente a las células procariotas, por varios motivos: El material genético está protegido dentro del núcleo, lo que le permite mayor estabilidad. Cada uno de los orgánulos del citoplasma realiza funciones específicas, lo que supone mayor eficacia. Se distinguen dos modelos de células eucariotas, la célula animal y la célula vegetal. Las principales diferencias entre ellas son:

3 Las células animales presentan un centrosoma, formado por dos centriolos que dirigen el movimiento de los filamentos del citoesqueleto. Las células vegetales tiene una pared celular que rodea externamente la membrana plasmática, protegiendo la célula y manteniendo su forma; tienen grandes vacuolas, donde almacenan sustancias como por ejemplo, agua y cloroplastos, orgánulos donde realizan la fotosíntesis. Cuando una célula no muere, tal y como está prescrito y continúa dividiéndose de forma incontrolada, el resultado es el cáncer. Identifica los distintos orgánulos y partes de la célula eucariota y averigua la función de cada una de ellas. ACTIVIDAD 2: Qué ocurriría en una célula en estas situaciones? a) Si no tuviera material genético. b) Si se rompiera su membrana celular. c) Si la membrana celular la aislara totalmente. La muerte celular Muchas células de nuestro organismo se multiplican y originan nuevas células. Mientras tanto otras células mueren y lo hacen de distinta manera. Las células pueden morir de forma violenta, por ejemplo cuando resultan infectadas por un virus. Su membrana se destruye y permite que escapen al exterior sus restos que, tras provocar la inflamación de la zona, atraen a los glóbulos blancos encargados de digerirlos. Pero existe otra forma de muerte celular que sucede cuando las células ya no son necesarias. Una muerte que se puede llamar digna. Las células innecesarias desmantelan todas sus estructuras y se autodigieren todas las moléculas que la constituyen. El proceso se denomina apoptosis o muerte programada. Miles de millones de células mueren cada día en nuestro organismo y otros miles de millones limpian los desechos.

4 4. EL NÚCLEO Y EL CICLO CELULAR Las células, como los seres vivos, crecen y se multiplican. Se le llama ciclo celular al periodo que va desde que una célula nace hasta que se originan sus células hijas. En este ciclo se distingue entre: a) Interfase, en la que la célula crece y se hace adulta y b) Fase de División o Fase M, la célula se divide y origina dos células, o sea, se reproduce. Comprende la división del núcleo o mitosis y la división del citoplasma o citocinesis. Interfase Fase M En las células eucariotas, el núcleo contiene la información que controla el funcionamiento de la célula y su aspecto va a ser distinto según la célula se encuentre en interfase o en fase de división. Cuando la célula está en interfase, el núcleo tiene forma esférica y en él se pueden distinguir: a) Una envoltura nuclear doble con poros que permiten intercambios entre el interior nuclear y el citoplasma. b) Nucleoplasma, medio acuoso

5 c) Cromatina, maraña de fibras de ADN, de aspecto grumoso. d) Nucleolo, de forma esférica donde se fabrican ribosomas cromosoma cromatina 5. REPRODUCCIÓN CELULAR Cuando la célula está en fase de división, el núcleo cambia de aspecto, se desintegra su membrana, dispersándose el contenido por toda la célula, desaparece el nucleolo y los filamentos que formaban una maraña (cromatina), se engrosan y acortan, recibiendo el nombre de cromosomas. Además los cromosomas aparecen duplicados (para poder repartir el material genético a dos células hijas, la célula madre debe disponer de dos copias; por eso antes de comenzar la división, o sea al final de la interfase, la información genética se duplica). Los cromosomas de todas las células de un organismo (salvo las reproductoras) son idénticos en forma, tamaño y número y además, todos los individuos de una misma especie tienen el mismo número de cromosomas. Así, por ejemplo, todos los individuos de la especie humana tenemos 46 cromosomas. Todos los seres vivos unicelulares y la mayoría de las células de los seres pluricelulares pueden dividirse. En los primeros, esa división tiene como objetivo la reproducción del organismo. En los pluricelulares, sirve para que el organismo crezca y para sustituir a las células que mueren. En todas las células, salvo en las células sexuales, es fundamental que las dos células hijas obtenidas a partir de una célula inicial sean iguales. Para ello, es imprescindible que la información genética se transmita a cada una de ellas de forma exacta. Como el material genético está en el núcleo, el proceso más importante de la reproducción de una célula es la que afecta a la división del núcleo que se denomina mitosis. En la división del citoplasma o citocinesis, el reparto no tiene que ser equitativo pues aunque una célula reciba menos citoplasma, éste podrá aumentar de tamaño y fabricar todos los orgánulos que necesite hasta transformarse en una célula adulta.

6 5.1. MITOSIS O DIVISIÓN DEL NÚCLEO La mitosis asegura que los núcleos de las células hijas reciban un conjunto de cromosomas idéntico al que llevaba la célula madre. Para facilitar la comprensión de los cambios que se van produciendo en la mitosis y que se pueden observar a través del microscopio, se agrupan en cuatro etapas: PROFASE: La cromatina en el núcleo comienza a condensarse y forma los cromosomas. El nucleolo desaparece. Los centríolos comienzan a moverse a polos opuestos de la célula y unas fibras se extienden desde los centrómeros, formando el huso mitótico. METAFASE: los cromosomas comienzan a moverse y se colocan en el centro de la célula, formando la placa ecuatorial. ANAFASE: Los pares de cromosomas se separan y se mueven a lados opuestos de la célula, arrastrados por los filamentos del huso acromático. TELOFASE: se empiezan a formar nuevas membranas nucleares, desaparecen las fibras del huso y los cromosomas se descondensan para convertirse de nuevo en cromatina. Ya puede empezar la citocinesis o la partición de la célula, que originará dos células hijas con idéntico número de cromosomas que la progenitora. Estrangulamiento 5.2. MEIOSIS O FORMACIÓN DE CÉLULAS REPRODUCTORAS Las células sexuales o gametos (óvulos y espermatozoides) se deben unir para originar una célula huevo que, por mitosis produce todas las células de nuestro organismo. Si los gametos tuvieran una dotación cromosómica completa, 46 cromosomas en el caso de nuestra especie, el número de cromosomas se duplicaría generación tras generación. Por tanto, es absolutamente necesario que los gametos sexuales solo tengan ½ del número de cromosomas para mantener constante el número de cromosomas de las especies de reproducción sexual. Esto es posible porque los gametos son las únicas células que se originan mediante una forma especial de división denominada meiosis. Con ella de cada célula madre, tras producirse dos divisiones sucesivas del núcleo, se obtienen cuatros células hijas con la mitad de cromosomas, genéticamente distintas entre sí y distintas a la célula madre. PROFASE METAFASE ANAFASE TELOFASE División del citoplasma (citocinesis)

7 3. ANAFASE I (Separación de los cromosomas) INTERFASE (duplicación del ADN) MEIOSIS 1. PROFASE I (Condensación de los cromosomas y sobrecruzamiento con intercambio de fragmentos de ADN, entre ellos) 2. METAFASE I (Los cromosomas se disponen en parejas en el centro de la célula) 4. TELOFASE I y CITOCINESIS 8. TELOFASE II y CITOCINESIS 7. ANAFASE II 6. METAFASE II 5. PROFASE II (se vuelve a formar el huso) En la meiosis, cada gameto recibe al azar un cromosoma de cada una de las parejas de cromosomas. Esos cromosomas diferentes (ha habido sobrecruzamiento) llevan información para todos los caracteres hereditarios. Durante la fecundación, los cromosomas aportados por los espermatozoides se reúnen con los aportados por el óvulo en un único núcleo, el de la célula huevo, que en el caso de nuestra especie llevará 23 pares de cromosomas. Así, cada célula huevo llevará una combinación de cromosomas diferentes y cada una de las células del nuevo organismo llevará dos informaciones para cada carácter hereditario: una aportada por el gameto masculino y otra por el femenino SEMEJANZAS Y DIFERENCIAS Una especie es un grupo de organismos que pueden reproducirse entre sí y cuyos descendientes son fértiles, o sea, que también pueden reproducirse. Los organismos que pertenecen a una misma especie tienen un aspecto similar pero no son idénticos. Todas las personas pertenecen a la misma especie y tienen en común características que le diferencian de otras especies, son las características específicas pero cada persona tiene características que le son propias, son las variaciones individuales que hacen de cada individuo, un ser único, diferente a todos los demás. Las características que nos permiten distinguir a un individuo de otro reciben el nombre de caracteres. Todas las características que nos diferencian como especie y una gran parte de las variaciones individuales se transmiten de los progenitores a sus descendientes pero algunos caracteres de los progenitores no se transmiten a los descendientes. Así se distingue entre: Caracteres hereditarios, se transmiten generación tras generación, aunque no aparecen necesariamente en todas las generaciones. Ej.: color de la piel, del pelo, altura, etc. Caracteres adquiridos, no se transmiten a la descendencia, Son caracteres que aparecen durante la vida del individuo como consecuencia de las condiciones de vida, de una enfermedad u otra influencia ambiental. Ej.: oscurecimiento de la piel por permanecer habitualmente al sol, desarrollo muscular debido a entrenamiento continuado, etc CROMOSOMAS Y CARIOTIPO Un cromosoma está formado por un único filamento muy largo de cromatina. El conjunto de cromosomas de una célula o de un individuo se denomina cariotipo. Al construir el cariotipo de la célula de

8 un organismo se observa que sus cromosomas son morfológicamente similares dos a dos y se van agrupando por parejas. A los cromosomas de la pareja 23 se les denomina cromosomas sexuales, mientras que los de las 22 parejas restantes reciben el nombre de autosomas. Cada cromosoma lleva información para muchos caracteres diferentes. La porción de cromosoma que lleva la información para un carácter recibe el nombre de gen y el conjunto de genes de un individuo o de una especie se denomina genoma. Todas las células contienen dos juegos de cromosomas, son los cromosomas homólogos. Llevan los mismos genes, aunque cada uno puede llevar alternativas para ese gen (alelos). INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA En las células humanas, el cariotipo está formado por 23 pares de cromosomas pero los cariotipos de un hombre y una mujer no son exactamente iguales: En los hombres, hay 22 pares de cromosomas homólogos y una pareja 23 formada por dos cromosomas muy diferentes entre sí: uno es grande, con forma de X y el otro es pequeño, en forma de Y. En las mujeres, todas las parejas están formadas por dos cromosomas homólogos, la pareja 23 la forman dos cromosomas X. El cromosoma Y lleva la información que hace masculino a un embrión; en ausencia de este cromosoma, el embrión se desarrolla como mujer. Célula madre en Interfase Material hereditario en forma de cadenas aisladas que constituyen la CROMATINA. En la especie humana: 2n = 46 cadenas Célula madre al final de la Interfase Material hereditario se duplica por la REPLICACIÓN, cada cadena está dos veces; la cromatina está formada por pares de cadenas IDÉNTICAS. En la especie humana: 2n = 92 cadenas (iguales dos a dos) Célula madre en división Las dos cadenas de ADN idénticas se espiralizan y se convierten en CROMOSOMAS. En la especie humana 2n = 46 cromosomas (formados por dos cadenas idénticas cada uno) La célula siente y se mueve: todas las células notan los cambios que se producen a su alrededor, pero hay células que se especializan en recibir

9 algunos estímulos (luz, olor,..) como las células de los órganos sensitivos de los animales. Muchas células pueden moverse como respuesta a los estímulos que reciben, por ejemplo las células musculares se contraen y relajan y se alargan, aunque sin moverse de su sitio.. Los desplazamientos de las células son más frecuentes cuando tiene vida libre como muchos microorganismos. En el cuerpo humano, hay unos 300 tipos distintos de células, cada una de ellas con una función específica. La mayoría de las células son tan pequeñas que no resultan visibles a simple vista. Una excepción la constituyen los huevos de los vertebrados: uno de avestruz puede alcanzar un diámetro de 25 cm. Si pusiéramos en fila todas las moléculas de ADN contenidas en una sola de las células de nuestro cuerpo se obtendría un filamento de unos 186 cm de longitud. El dilema entre la reproducción sexual y asexual En general, puede decirse que las especies que se reproducen asexualmente pueden multiplicarse más rápidamente que las que lo hacen sexualmente, pues no han de perder tiempo en la maduración de órganos sexuales ni en desarrollar comportamientos que permitan el encuentro de los individuos de diferente sexo, el apareamiento, la fecundación. Sin embargo, si exceptuamos a los microorganismos, la reproducción sexual es un procedimiento más generalizado en la naturaleza que la asexual. Alguna ventaja habrá de tener el sexo cuando ha sido adoptado por mayor número de especies. Las ventajas de la reproducción sexual están relacionadas con las condiciones que favorecen la evolución de las especies. En primer lugar, todos los descendientes de un ser vivo asexuado son iguales a la madre e iguales entre sí, pues sus células se han producido por sucesivas mitosis; así no cabe selección de caracteres aptos para la supervivencia: o todos mueren, o todos sobreviven, o los que sobreviven lo hacen por casualidad. En cambio, los descendientes de la reproducción sexual presentan diferencias entre ellos y con sus progenitores, pues sus caracteres resultan de la combinación al azar de los genes de sus padres. Aquí, si cabe una selección de los individuos más aptos para sobrevivir en un ambiente determinado. En segundo lugar, si un individuo sufre una mutación perjudicial y se reproduce asexualmente, toda su descendencia heredará esa mutación, mientras que si se reproduce sexualmente, puede que la mutación no pase a la descendencia, o que si pasa, no se note en la descendencia porque se expresa con más fuerza el gen normal procedente del otro progenitor. Por eso se ha comparado el dilema entre reproducción asexual y sexual a la carrera entre la tortuga y la liebre: la liebre como la reproducción asexual, corre más pero comete más errores; la tortuga, como la reproducción sexual es más lenta pero sus pasos son más seguros y acaba ganando la carrera. ACTIVIDADES 3. De dónde piensas que obtendrán la energía para moverse las células musculares? 4. Para que se realice la fotosíntesis hace falta luz. Incluso para que se desarrollen los cloroplastos hace falta luz. Según esto, te parece que las células de todas las partes de una planta son capaces de realizar la fotosíntesis? 5. Qué tipo de célula te parece que tendrá el aparato de Golgi más desarrollado, una de la planta del pie, o una de las glándulas salivares?

10 6. Cómo obtiene energía para su vida las células de las plantas cuando no tienen luz? Relaciona tu respuesta con el hecho de que las células vegetales también poseen mitocondrias 15. Explica las diferencias que observas entre estos dos esquemas. Qué procesos representan? 7. Si nos dicen que las células de un determinado animal tiene 20 cromosomas Cuántos cromosomas tendrá una célula de esa especie que está comenzando su mitosis? Y al acabar la mitosis? Y en la interfase? 8. Las células de una determinada especie presentan un ciclo celular que dura dos horas; si las condiciones ambientales y de alimentación son favorables. Cuántas células habrá producido una célula de esa especie al cabo de un día? 9. Qué se consigue durante la interfase para que la célula pueda reproducirse? 10. Cómo se reproducen las células de nuestro cuerpo, sexual o asexualmente? Los individuos de nuestra especie se reproducen sexual o asexualmente? Puedes explicar la razón de las diferencias entre la reproducción de nuestras células y la de los individuos de nuestra especie? 11. Qué diferencias encuentras entre la mitosis y la meiosis? 12. Crees que todas las células hijas que se formen por meiosis serán iguales? 13. Crees que en la reproducción asexual las células reproductoras se podrían formar por meiosis? Justifica tu respuesta. 14. Un determinado organismo posee seis cromosomas en sus células somáticas. Dibuja una célula de dicha especie en anafase. 16. Ordena cronológicamente los siguientes acontecimientos de la mitosis: Los cromosomas se rompen por el centrómero. Cada pareja de centriolos emigra a un polo de la célula. Los cromosomas se despiralizan. Aparece el huso acromático.

11 17. Señala las partes que puedes diferenciar en las siguientes células: Señala con una X si las siguientes afirmaciones referidas al proceso de mitosis son verdaderas (V) o falsas (F): El núcleo de una célula se divide en cuatro núcleos hijos. La anafase se inicia con la formación del huso. Los cromosomas sólo son visibles en anafase y telofase. Los cromosomas son visibles durante la interfase. En la interfase se produce la desaparición del nucleolo. Las células hijas formadas tras la mitosis son cromosómicamente idénticas. La citocinesis en las células vegetales se realiza por estrangulamiento. 19. Reflexiona sobre los siguientes procesos biológicos, señalando con una cruz si pertenecen al proceso celular de mitosis o al de meiosis: Proceso Mitosis Meiosis El crecimiento de los huesos en un niño. La formación de los espermatozoides. El aumento del tamaño de la hoja de un vegetal. La regeneración de la piel tras una quemadura. La formación de gametos.