TEMA 5: ORGANIZACIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS SERES VIVOS. LA CÉLULA.

Llamamos vida a la capacidad que tienen algunos seres vivos de realizar una serie de actividades, llamadas funciones vitales, que son posibles gracias a un determinado modo de organización de la materia.

Un ser vivo es una estructura capaz de realizar todas las funciones vitales.

Estado de actividad de un ser orgánico.

Llamamos funciones vitales al conjunto de actividades (o procesos) que pueden realzar todos los seres vivos.

2.2 Funciones de nutrición.

Permiten al individuo obtener la materia necesaria para crecer y reponer las estructuras que van degenerando, y la energía con la que mantener su actividad vital. Estas funciones únicamente pueden ser realizadas por seres altamente organizados como son los seres vivos, razón por la cual reciben el nombre de organismos.

2.3 Funciones de relación.

Que ponen al individuo en contacto con el medio y le permiten reaccionar frente a los cambios, coordina la organización interna.

2.4 Funciones de reproducción.

Que permiten al individuo producir nuevos individuos semejantes a sí mismos, de forma que se garantice la continuidad de la especie.

En la constitución de los seres vivos entran los mismos elementos químicos que en la Tierra o los demás astros del universo éstos elementos se agrupan formando moléculas algunas de las cuales poseen propiedades muy diferentes a las que encontramos en los seres inanimados.

La diferencia entre los seres vivos y no vivos se encuentra en su grado de organización que en los rimeros es especial y característica como consecuencia del modo en que se combinan sus átomos. El primer nivel de organización en el que aparecen todas las características de los seres vivos es la célula.

• PARTÍCULAS ELEMENTALES

(protones, electrones,...)

• ÁTOMOS

(C, H, N, O...)

• MOLÉCULAS SENCILLAS

(glucosa, aminoácidos,...)

• MACROMOLÉCULAS

(almidón, proteínas,...)

• ORGÁNULOS

(mitocondrias,...) SERES VIVOS

• CÉLULAS UNICELULARES

• TEJIDOS

• ÓRGANOS

• APARATOS

• SERES VIVOS PLURICELULARES INDIVIDUO

POBLACIÓN

COMUNIDAD

BIOSFERA

VOCABULARIO:

• Partículas elementales: partes pequeñas necesarias para constituir el átomo.

• Átomos: parte más pequeña que podemos descomponer sin que pierda las características químicas y físicas.

• Moléculas sencillas: agrupación indefinida de átomos considerada como primer elemento de la composición física de los cuerpos.

• Macromoléculas: agrupaciones moleculares de grandes números de átomos.

• Orgánulos: estructuras o partes de una célula que en ésta cumple la función de órgano. Conjunto de macromoléculas.

• Células: elementos atómicos microscópicos primordiales en los seres vivos. Unidad elemental de la vida.

• Tejidos: agregados de células de la misma estructura y análoga función.

• Órganos: estructura formada por una asociación de tejidos que realizan una función.

• Aparatos: instrumentos o conjunto de instrumentos que ejercen una función.

• Unicelular: que consta de una sola célula.

• Pluricelular: que consta de dos o más células.

• Sistema: todo el conjunto de órganos está constituido por el mismo elemento.

• Individuo: ser organizado respecto de su especie.

• Población: conjunto de individuos de la misma especie.

• Comunidad: conjunto de individuos de todas las especies que viven en una zona determinada.

• Biosfera: conjunto de seres vivos que habitan la tierra.

El nivel celular es el nivel estructural más sencillo que puede realizar las funciones de la vida, pero si la célula es un ser vivo se debe a que en ella se están produciendo continuamente numerosas reacciones químicas entre la gran variedad de moléculas que la forman.

Los compuestos que caracterizan a los seres vivos son las moléculas orgánicas, que reciben este nombre porque en un principio sólo se podían obtener a partir de los organismos (salvo alguna excepción como el metano: CH4)

4.1 Los bioelementos.

Las moléculas orgánicas están formadas por una serie de elementos que, aunque también forman parte de la materia no viva, son particularmente abundantes en los seres vivos, de ahí que se les llamen bioelementos

4.2 Materia orgánica e inorgánica.

El elemento fundamental de la materia orgánica es el carbono (C.) Pero además para que una molécula pueda ser considerada molécula orgánica, el carbono debe estar unido directamente con el hidrógeno (H) Además en estas moléculas el carbono se combina consigo mismo, lo que puede dar lugar a largas cadenas hidrocarbonatadas que pueden ramificarse e incluso cerrarse formando anillos.

En general las moléculas orgánicas son más grandes que las inorgánicas.

En las moléculas orgánicas el carbono puede unirse también al oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P) y algunos más, con lo cual la diversidad de las moléculas orgánicas es casi infinita. Esta variedad no se refiere sólo a su diferente tamaño y estructura sino a la diversidad de funciones que realizan.

Un aspecto fundamental que diferencia a las moléculas orgánicas de las inorgánicas es su contenido energético. Para mantener unidos los átomos en las moléculas orgánicas se necesita una energía que queda almacenada en los enlaces. Cuando se rompen estos enlaces se libera la energía.

4.3 Concepto de macromolécula.

Las macromoléculas se forman por la unión de moléculas sencillas que podemos considerar como las unidades de éstas grandes moléculas.

Una macromolécula puede estar formada por unidades sencillas todas iguales, como es el caso del almidón formado por cientos o miles de moléculas de glucosa. Pero otras veces las macromoléculas están formadas por distintos tipos de unidades que pueden repetirse en determinado orden, tal es el caso de las proteínas formadas por la unión de una treintena de aminoácidos distintos y de los ácidos nucleicos, formados por la unión de cuatro nucleótidos distintos.

4.4 Principales moléculas orgánicas: glúcidos, lípidos, prótidos y ácidos nucleicos.

Los glúcidos son, en su mayoría, utilizados por los seres vivos como fuente de energía. Algunos de ellos son pequeñas moléculas de sabor dulce, razón por la cual se les llama azúcares, como, por ejemplo la glucosa, mientras que otros son grandes moléculas formadas por la unión de unidades menores, como es el caso del almidón o la celulosa.

Los lípidos incluyen una gran variedad de moléculas que tienen en común ser insolubles en agua. Entre los más frecuentes y conocidos están las grasas que actúan como reserva de energía.

Los prótidos realizan una gran variedad de funciones debido a que las proteínas pueden ser muy diversas entre sí. Destacaremos su importancia como constituyentes estructurales fundamentales de los seres vivos.

Los ácidos nucleicos (ADN y ARN) se encuentran en el núcleo de la célula. Podemos decir que son las moléculas más importantes de los seres vivos porque contienen las instrucciones que determinan todo el ser vivo. Son macromoléculas formadas por sólo cuatro unidades (nucleótidos) que se repiten cientos de miles de veces en un cierto orden. El orden en que están colocadas estas unidades determinan el código genético.

4.5 Moléculas inorgánicas presentes en los seres vivos.

Las reacciones químicas propias de la vida que se dan entre las moléculas orgánicas no serían posibles sin la presencia y la participación de una molécula sencilla: el agua (H2O), que además es la molécula más abundante en los seres vivos.

Otro componente inorgánico de los seres vivos, aunque se encuentra en cantidades pequeñas, son las sales minerales. Entre las más importantes podemos citar los cloruros (Cl-), fosfatos (PO4-) y carbonatos (CO3-2) A pesar de su pequeña proporción, su función es muy importante, por lo que son imprescindibles.

El primero en observar células fue el científico inglés Robert Hooke en 1665, al examinar una lámina de corcho en un microscopio que el mismo había construido. El corcho, observado en aumento, parecía estar constituido por pequeñas celdillas rodeadas por una pared rígida por lo que asignó el término célula para referirse a estas estructuras.

Dos siglos después de la primera observación de células (en 1839) dos científicos alemanes (Schleiden y Schwann) elaboraron la teoría celular de los seres vivos.

Hay células de formas y tamaños muy variados. Algunas de las células bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica (la forma de las células está relacionada con la función que desempeñan) 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.

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 llamada 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 (ADN); 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.

Diferentes formas de las células:

Esférica: las no especializadas y libres.

Estrelladas: las neuronas.

Fusiformes: fibras musculares.

Prismáticas: epíteto intestinal.

Se puede resumir en tres principios:

1.- Todos los organismos vivos están constituidos por una o varias células; la célula es, por tanto, la unidad vital de los seres vivos.

2.- Las células son capaces de una existencia independiente; las células son, por tanto, la unidad anatómica y fisiológica de los seres vivos.

3.- Toda nueva célula proviene de otra célula ya existente; la célula es, por tanto, la unidad genética de los seres vivos.

Todos los seres vivos están formados por células, a veces se trata de seres unicelulares (con una sola célula) como una ameba, una bacteria o una levadura. Otras veces, son seres pluricelulares, como un pino, un león o nosotros mismos. Un ser pluricelular puede llegar a tener mucho millones de células.

En todas las células podemos distinguir tres partes: una envoltura o membrana plasmática; un contenido o citoplasma que posee diversos orgánulos y un material hereditario en forma de ADN. Pero con estas características comunes pueden presentarse dos tipos de organización celular: procariota y eucariota.

Las estructuras internas de la célula animal están separadas por membranas. Destacan las mitocondrias, orgánulos productores de energía, así como las membranas apiladas del retículo endoplasmático liso (productor de lípidos) y rugoso (productor de proteínas). El aparato de Golgi agrupa las proteínas para exportarlas a través de la membrana plasmática, mientras que los lisosomas contienen enzimas que descomponen algunas de las moléculas que penetran en la célula. La membrana nuclear envuelve el material genético celular.

Las células vegetales, así como las animales, presentan un alto grado de organización, con numerosas estructuras internas delimitadas por membranas. La membrana nuclear establece una barrera entre la cromatina (material genético) y el citoplasma. Las mitocondrias, de interior sinuoso, convierten los nutrientes en energía que utiliza la planta. A diferencia de la célula animal, la vegetal contiene cloroplastos, unos orgánulos capaces de sintetizar azúcares a partir de dióxido de carbono, agua y luz solar. Otro rasgo diferenciador es la pared celular, formada por celulosa rígida, y la vacuola única y llena de líquido, muy grande en la célula vegetal.

Se caracteriza por su gran simplificación pues en ella faltan muchas de las estructuras que poseen las otras células. El material hereditario se encuentra disperso en el citoplasma, no tienen núcleo. Este tipo de organización las bacterias y otras células procarióticas carecen casi siempre de muchas de las estructuras internas propias de las células eucarióticas. Así, el citoplasma de las procarióticas está rodeado por una membrana plasmática y una pared celular (como en las células vegetales), pero no hay membrana nuclear ni, por tanto, núcleo diferenciado. Las moléculas circulares de ADN están en contacto directo con el citoplasma. Además carecen de mitocondrias, retículo endoplasmático, cloroplastos y aparato de Golgi. Aunque, en general, las células procarióticas carecen de estructuras internas delimitadas por membrana, las cianobacterias, como la ilustrada aquí, sí contienen numerosas membranas llamadas tilacoides, que contienen clorofila y pigmentos fotosintéticos que utilizan para captar la energía de la luz solar y sintetizar azúcares.

Célula Procariota: cianobacteria

En algunos tipos de células, hay una pared celular rodeando externamente la membrana que da protección y rigidez y permite a los seres vivos que las tienen prescindir de un esqueleto.

La membrana celular o citoplasmática, la poseen todas las células. Limita la célula le da forma y regula las sustancia que la atraviesan, tanto hacia el interior como al exterior.

El núcleo es la parte donde se encuentra el ADN en forma de largos filamentos formando un ovillo (cromatina). Dirige toda la actividad celular y ese el responsable de la transmisión de los caracteres hereditarios, gracias a la capacidad que tiene el ADN de autoduplicarse. Esto le permite que las células hijas se parezcan a la célula madre. El material hereditario está envuelto por una membrana nuclear que regula las sustancias que entran y salen del núcleo, y lo separa y delimita claramente del citoplasma. Cuando la célula de divide el ADN adopta la forma de pequeños bastones llamados cromosomas.

El contenido celular es el citoplasma. Se trata de una disolución acuosa llamada hialoplasma en la que se hallan inmersos los orgánulos citoplasmáticos, que son diversas estructuras que cumplen funciones concretas en la célula.

Entre los orgánulos citoplasmáticos más importantes, se pueden destacar: los ribosomas, que intervienen en la síntesis (fabricación) de las proteínas que la célula necesita. Las mitocondrias son las encargadas de llevar a cabo las reacciones químicas destinadas a obtener la energía necesaria para la actividad celular (mediante un proceso llamado “respiración celular”) La red de tubos del retículo endoplasmático sirve para el transporte de diversas sustancias de una parte de la célula a otra.

En relación con el retículo endoplasmático se encuentra en el Aparato de Golgi que se encarga de la secreción de diversos productos celulares.

Para “digerir” las sustancias alimenticias que la célula animal capta, están los lisosomas, estos rompen las moléculas grandes en moléculas pequeñas.

Las células animales poseen además un centrosoma formado por un par de orgánulos cilíndricos llamados centríolos que se encargan del control de los movimientos celulares incluido el movimiento de los cromosomas durante la división celular.

Los cloroplastos, presentes en las células vegetales contienen clorofila y sirven para llevar a cabo la fotosíntesis (síntesis de materia orgánica a partir de materia inorgánica, para lo cual se necesita la energía de la luz) Para almacenar sustancias de cualquier tipo las células vegetales poseen unas vesículas denominadas vacuolas.

Muchas células están dotadas de movimiento, mientras que otras son inmóviles. Para posibilitar el movimiento, pueden aparecer diversas estructuras, como los cilios y los flagelos.