NIVEL DE ORGANIZACION :CELULAR

SECUENCIA 3.-NIVEL DE ORGANIZACIÓN CELULAR

CONTENIDOS: NIVEL CELULAR.

1. CÉLULA EUCARIOTA (ORGANELOS Y FUNCIONES)
2. ESTRUCTURA Y FUNCIONES DEL NÚCLEO CELULAR.
3. ESTRUCTURA Y FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA.

TEMA: NIVEL CELULAR
SUBTEMA: CÉLULA EUCARIOTA.
ACTIVIDADES DE APERTURA:
El alumno traerá diferentes modelos anatómicos (trabajo manual) de células Eucarióticas, para representarlo en forma grupal. Se integraran en equipos para identificar y enlistar cada una de las partes que la
componen.( 10 Minutos)

A) Mediante materiales didácticos se realizaran dibujos, en donde ejemplifique las partes de las células
B) Los alumnos a través de la práctica comprenderán como se encuentra estructurada la célula eucarionte.

ACTIVIDADES DE DESARROLLO
:a) Integración en equipos.
b) Se analizaran las partes de las células.
c) Realizado el análisis se elaborará un cuestionario guiado por el facilitador.
d) Seleccionar un elemento de cada equipo para la discusión del cuestionario.

ACTIVIDAD DE CIERRE:


Se entregara dicho cuestionario al facilitador.
El alumno deberá haber comprendido como esta integrada una célula eucariota.

La célula: unidad básica de la vida

Hoy día la célula se define como "la unidad viva más pequeña capaz de crecimiento autónomo y reproducción, así como de utilizar sustancias alimenticias químicamente diferentes de sí misma".

La teoría de que Ia célula es la unidad fundamental de toda materia viva es una de las ideas unificadoras más importantes de la biología. Una célula sola es una entidad, aislada de otras células por una pared, o membrana, que contiene en su interior diversas estructuras subcelulares, algunas de las cuales se encuentran en todas las células y otras aparecen sólo en ciertas células. Todas las células presentan ciertas características químicas en común, tales como tener proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y polisacáridos. Debido a que esos componentes químicos son comunes a todo el mundo vivo se piensa que todas las células descienden de algún antepasado común, de una célula prìmordial. Las células microbianas muestran una variación de tamaño limitada, aunque grande. Algunas células microbianas son mucho mayores que muchas células humanas. El protozoo unicelular Paramecium tiene 4800 veces el peso de un glóbulo rojo humano.

Si bien cada tipo de célula tiene una estructura y tamaño definidos, las céluIas no deben considerarse cuerpos inalterables: una célula es una unidad dinámica que constantemente sufre cambios y sustituye sus partes. Incluso si no está creciendo, toma continuamente materiales de su medio y los transforma en sustancia propia. A1 mismo tiempo, arroja constantementc a su medio materiales celulares y productos de desecho. Una célula es, por tanto, un sistema abierto siempre cambiante que pérmanece siempre el mismo.

Todas las células vivas son fundamentalmente semejantes. Están constituidas por el protoplasma (del griego 'protos' -primario- y 'plasma' -formación-) que es un complejo orgánico compuesto básicamente de proteínas, grasas y ácidos nucleicos; todas están rodeadas por membranas limitantes o paredes celulares y todas poseen un núcleo o sustancia nuclear equivalente.

Todos los sistemas biológicos tienen una serie de caracteres comunes: capacidad de reproducción; capacidad de absorber sustancias nutritivas y metabolizarlas para obtener energía y desarrollarse; capacidad de expulsar los productos de desecho; capacidad de respuesta a los estímulos del medio externo; capacidad de mutación.

La célula es pues la unidad básica de la vida.

Células Eucariotas versus células Procariotas

Basándonos en la organización de las estructuras celulares, todos las células vivientes pueden ser divididas en dos grandes grupos: Procariotas y Eucariotas (también hay quien escribe prokariota y eukariota). Animales, plantas, hongos, protozoos y algas, todos poseen células de tipo Eucariota. Sólo las bacterias (Eubacterias y Archaebacterias) tienen células de tipo Procariota.

       CÉLULA EUCARIOTA CÉLULA PROCARIOTA

LOS ORGANELOS CELULARES Y SUS FUNCIONES:

Los organelos son pequeñas estructuras dentro de una célula, las que cumplen funciones específicas dentro de esta, tal como para las personas sus órganos internos cumplen diversas funciones necesarias para el cuerpo (esta similitud es la base del nombre de estas estructuras).

En un comienzo se pensó que los organelos sólo estaban presentes en las células eucariotas, pero se han encontrado también al interior de células procariotas.

Enseguida se describe a grandes rasgos las funciones de los organelos celulares.

Glucocalix.-(exclusivo de ecucarionte animal). Es un conjunto de azúcares unidos a las proteínas o lípidos de la membrana celular. Es el sistema receptor de la célula que reconoce el ambiente (virus, bacterias, hormonas), está hecho de carbohidratos.
  


Microtúbulos. Son parte del citoesqueleto, encargados del transporte intracelular. 


Aparato de Golgi. Organelo membranoso, formado por un conjunto de sacos aplanados, sus funciones son: Secreción de proteínas, maduración de proteínas, glucosilación (sulfatación: pega grupos sulfatos y carboxilación: pega azúcares, grupos carbono). 



Mitocondria (sólo eucariontes). Sus funciones son: La respiración celular y la producción de ATP, tienen dos membranas, una interna y otra externa, tiene su material genético propio, tiene enzimas respiratorias.



Lisosoma (sólo eucariontes animales). Son unos sacos esféricos que contienen enzimas hidrolíticas (digestivas), y digieren la materia orgánica. Cuando la célula muere, estos sacos se rompen y las enzimas liberadas, digieren a los componentes celulares. 



Retículo Endoplásmico (R.E.). Este se puede dividir en retículo endoplásmico liso y rugoso, y sus funciones son: servir de transporte irítracelular. Y las funciones particulares son: Retículo endoplásmico liso: Está involucrado en la síntesis de lípidos. Retículo endoplásmico rugoso: Tiene ribosomas que se encargan de la síntesis de proteínas. 



Ribosomas. Son componentes celulares no membranosos. Se pueden encontrar aisladpso en el retículo endoplásmico rugoso, su función en ambos casos es la síntesis de proteínas. 



Mesosoma (exclusivo de procariontes). Son extensiones de la membrana interna, puede contener paquetes de enzimas respiratorias del Ciclo de Krebs (respirosomas). 

Plásmidos (exclusivo de procariontes). Son anillos de DNA de doble hélice con aproximadamente 20 genes, también llamados genes móviles, se deben incorporar al gonóforo para expresarse. Su nombre cambia de plásmido a episoma cuando se incorporan al DNA de gonóforo. 


Pilli (exclusivo de procariontes). Son prolongaciones de la pared celular, permiten la conjugación entre bacterias formando un puente citoplasma-citoplasma, de esta manera, las bacterias intercambian plásmidos. 


Cápsula (exclusivo de procariontes). Es una cubierta tipo musilaginoso, muy blanda, forma de protección, capa aislante, formada por polisacáridos principalmente, es la causa de patogenicidad de la bacteria. 

Flagelo. Son, una especie de organelos pequeños que utilizan moléculas de ATP, para darle movilidad a la célula. 

Cloroplastos (exclusivo de vegetales). Los cloroplastos son receptores de la energía luminosa, que convierten en energía química del ATP para la biosíntesis de la glucosa y otras biomoléculas orgánicas a partir del dióxido de carbono, agua y otros precursores. El oxígeno se genera en las plantas durante la fotosíntesis. Los cloroplastos son la principal fuente de energía de las células fotosintéticas expuestas a la luz. 


Vacuola: Las vacuolas segregan productos de desecho de las células vegetales y eliminan sales y otros solutos cuya concentración aumenta gradualmente durante el tiempo de vida de la célula. A veces algunos solutos cristalizan en el interior de las vacuolas, se encuentran básicamente en vegetales y tienen gran tamaño, en animales son menos frecuentes y tienen menor tamaño. 


NOTA: la membrana plasmática y el núcleo celular serán descritos en los siguientes subtemas.

SUBTEMA: ESTRUCTURA Y FUNCIONES DE: EL NÚCLEO Y LA MEMBRANA CELULAR.

EL NÚCLEO CELULAR: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN.

El núcleo celular es la estructura más característica de las células eucariotas. Se rodea de una cubierta propia, llamada envoltura nuclear y contiene el material hereditario, que es la base del repertorio de instrucciones en que se basa el desarrollo y el funcionamiento de cada organismo, y cuya composición se basa en el ácido desoxirribonucleico (ADN).


El núcleo es casi siempre una estructura esferoidal relativamente grande, cuando se la compara con los orgánulos citoplasmáticos comunes. En términos absolutos, puede medir menos desde 1µm (en los llamados nanoeucariontes) hasta más de 20 µm. Su volumen guarda cierta proporcionalidad con el del citoplasma.



celulas: mononucleadas                 polinucleadas (musculares)     polinucleadas (megacariocito)

El núcleo tiende a ocupar una posición central, pero en las células adultas de las plantas se ve desplazado a la periferia por el importante volumen del vacuoma (conjunto de vacuolas).

Lo típico es que cada célula eucariota contenga un núcleo, sin embargo son frecuentes e importantes las excepciones. En los hongos también es normal la condición dicariótica (dos núcleos) en cierta fase vital, cuando después de la fusión de dos células de individuos distintos compatibles, se forma una célula dicariótica de cuya proliferación procede un micelio dicariótico. La fecundación se produce finalmente por la fusión en células específicas de esos dos núcleos.

En protistas es donde se observa mayor diversidad de casos, en éste como en otros temas básicos de la biología eucariótica. En los ciliados existen regularmente dos núcleos, el macronúcleo y el micronúcleo. En Pelomyxa pueden aparecer hasta 20.000 núcleos en la misma célula
.

Los eritrocitos (glóbulos rojos) maduros de casi todos los mamíferos carecen de núcleo

ESTRUCTURA NUCLEAR

.El núcleo interfásico presenta al menos las siguientes partes diferenciadas:

• Envoltura nuclear]. Se basa en una doble membrana (2 bicapas lipídicas) reforzada por el citoesqueleto. Está perforada por poros nucleares, a través de los cuales el interior del núcleo se comunica con el citosol. La envoltura presenta ribosomas adheridos externamente y es la continuación del retículo endoplasmático rugoso. La envoltura nuclear se halla reforzada por dos armazones de filamentos intermedios, uno adosado a su superficie interna: la lámina nuclear. Y otro situado sobre la cara citosólica de la membrana externa.
• Cromatina. Es la forma que toma el material hereditario durante la interfase del ciclo celular. Consiste en ADN asociado a proteínas.

• Nucleoplasma, también llamado carioplasma o cariolinfa. Se trata del medio interno indiferenciado que llena el núcleo, semejante al citosol o hialoplasma, bañando a sus componentes.
• Nucléolo(s). Una o más estructuras esferoidales, relacionadas con la síntesis de las principales piezas de los ribosomas y con su ensamblaje parcial. Este está conformado por ARN y proteínas básicas. Se distinguen dos porciones del nucléolo, la región granular, formada por granulos de ARN, y la región fibrilar formada por filamentos de ARN. Una tercera región, muy difícil de observar es la denominada porción cromosómica del nucléolo, en esta se encuentran filamentos de DNA.

FUNCIONES

1. Dirige la actividad celular, ya que contiene el programa genético, que dirige el desarrollo y funcionamiento de la célula.
2. Es la sede de la replicación (duplicación del ADN) y la transcripción (síntesis de ARN), mientras que la traducción ocurre en el citoplasma. En las células procariotas todos esos procesos coinciden en el mismo compartimento celular.

MEMBRANA PLASMÁTICA

La membrana plasmática o celular es una estructura laminar formada por lípidos (con cabeza hidrofilica y cola hidrofóbica) y proteínas que engloba a las células, define sus límites y contribuye a mantener el equilibrio entre el interior y el exterior de éstas. Antiguamente se creía que la membrana plasmática era un conjunto estático formado por la sucesión de capas proteínas-lípidos-lípidos-proteínas. Hoy en día se concibe como una estructura dinámica cuyo modelo se conoce como "mosaico fluido", término acuñado por S. J. Singer y G. L. Nicolson en 1972. La principal característica de esta barrera es su permeabilidad selectiva, lo que le permite seleccionar las moléculas que deben entrar y salir de la célula. De esta forma se mantiene estable el medio intracelular, regulando el paso de agua, iones y metabolitos, a la vez que mantiene el potencial electroquímico (haciendo que el medio interno esté cargado negativamente). La membrana plasmática es capaz de recibir señales que permiten el ingreso de partículas a su interior. Cuando una molécula de gran tamaño atraviesa o es expulsada de la célula y se invagina parte de la membrana plasmática para recubrirlas cuando están en el interior ocurren respectivamente los procesos de endocitosis y exocitosis.


ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA CELULAR.
Está compuesta por 4 láminas que sirven de "contenedor" para el citosol y los distintos compartimentos internos de la célula, así como también otorga protección mecánica. Está formada principalmente por:


1) Fosfolípidos.

2) Colesterol.

3) glúcidos

4) proteínas (integrales y periféricas)





1.-Los fosfolípidos


Son un tipo de lípidos anfipáticos compuestos por una molécula de glicerol,que se encuentran en la membrana celular que se unen dos ácidos grasos y un grupo fosfato. Todas las membranas activas de las células poseen una bicapa lipídica, bicapa de fosfolípidos.

El colesterol

Representa un 23% de los lípidos de membrana. Sus moléculas son pequeñas y más anfipáticas en comparación con otros lípidos. Se dispone con el grupo hidroxilo hacia el exterior de la célula (ya que ese hidroxilo interactúa con el agua). El colesterol es un factor importante en la fluidez y permeabilidad de la membrana ya que ocupa los huecos dejados por otras moléculas. A mayor cantidad de colesterol, menos permeable y fluida es la membrana. Se ha postulado que los lípidos de membrana se podrían encontrar en dos formas: como un líquido bidimensional, y de una forma más estructurada, en particular cuando están unidos a algunas proteínas formando las llamadas balsas lipídicas. Se cree que el colesterol podría tener un papel importante en la organización de estas últimas. Su función en la membrana plasmática es evitar que se adhieran las colas de ácido graso de la bicapa, mejorando la fluidez de la membrana. En las membranas de las células vegetales son más abundantes los fitoesteroles.

Componentes glucídicos

Están en la membrana unidos covalentemente a las proteínas o a los lípidos. Pueden ser polisacáridos u oligosacáridos. Se encuentran en el exterior de la membrana formando el glicocalix. Representan el 8% del peso seco de la membrana plasmática. Sus principales funciones son dar soporte a la membrana y el reconocimiento celular (colaboran en la identificación de las señales químicas de la célula).
Las proteínas
Las proteínas de la membrana plasmática se pueden clasificar según cómo se dispongan en la bicapa lipídica:
• Proteínas integrales. Embebidas en la bicapa lipídica, atraviesan la membrana una o varias veces, asomando por una o las dos caras (proteínas transmembrana); o bien mediante enlaces covalentes con un lípido o un glúcido de la membrana. Su aislamiento requiere la ruptura de la bicapa.
• Proteínas periféricas. A un lado u otro de la bicapa lipídica, pueden estar unidas débilmente por enlaces no covalentes. Fácilmente separables de la bicapa, sin provocar su ruptura.

Funciones de la membrana plasmática

• La función básica de la membrana plasmática es mantener el medio intracelular diferenciado del entorno. Esto es posible gracias a la naturaleza aislante en medio acuoso de la bicapa lipídica y a las funciones de transporte que desempeñan las proteínas. La combinación de transporte activo y transporte pasivo hacen de la membrana plasmática una barrera selectiva que permite a la célula diferenciarse del medio.
• Permite a la célula dividir en secciones los distintos organelos y así proteger las reacciones químicas que ocurren en cada uno.
• Crea una barrera selectivamente permeable en donde solo entran o salen las sustancias      estrictamente necesarias.
• Transporta sustancias de un lugar de la membrana a otro, ejemplo, acumulando sustancias en lugares especificos de la célula que le puedan servir para su metabolismo.
• Percibe y reacciona ante estímulos provocados por sustancias externas (ligandos).
• Mide las interacciones que ocurren entre células.

La principal característica de esta barrera es su permeabilidad selectiva, lo que le permite seleccionar las moléculas que deben entrar y salir de la célula. De esta forma se mantiene estable el medio intracelular, regulando el paso de agua, iones y metabolitos, a la vez que mantiene el potencial electroquímico (haciendo que el medio interno esté cargado negativamente). La membrana plasmática es capaz de recibir señales que permiten el ingreso de partículas a su interior.
Cuando una molécula de gran tamaño atraviesa o es expulsada de la célula y se invagina parte de la membrana plasmática para recubrirlas cuando están en el interior ocurren respectivamente los procesos de endocitosis y exocitosis.

TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANA: 

El hecho de que una membrana permita el paso de las moléculas de cierta sustancia depende de la estructura de aquella y el tamaño y carga eléctrica de las moléculas. Se dice que una membrana es permeable para alguna sustancia si permite que ésta la cruce e impermeable si no permite el paso de dicha sustancia. Una membrana selectivamente permeable permite el paso de algunas sustancias pero no el de otras. Todas las membranas biológicas que rodean las células, núcleos, vacuolas, mitocondrias, cloroplastos y otros organelos celulares son selectivamente permeables.

Al reaccionar a las condiciones ambientales cambiantes a las diversas necesidades de la célula, la membrana puede constituir una barrera al paso de un compuesto determinado en cierto momento, mientras promueve activamente su paso en otro momento. Mediante la regulación del tráfico químico de esa manera, la célula controla su propia composición interna de iones y moléculas que puede ser muy diferente a la del exterior. En el mundo abiótico, los materiales se mueven pasivamente por procesos físicos como la difusión. En los seres bióticos, los materiales también se mueven activamente por procesos fisiológicos como transporte activo, exocitosis y endocitosis. Esos procesos fisiológicos activos demandan un gasto de energía por parte de la célula.

Transporte pasivo: Es un proceso de difusión de sustancias a través de la membrana. Se produce siempre a favor del gradiente, es decir, de donde hay más hacia el medio donde hay menos. Este tranporte puede darse por
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.

A Difusión simple a través de la bicapa (1). Así entran moléculas lipídicas como las hormonas esteroideas, anestésicos como el éter y fármacos liposolubles. Y sustancias apolares como eloxígeno 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 delagua recibe el nombre de ósmosis

B Difusión simple a través de canales (2).Se realiza mediante las denominadas proteínas de canal. Así entran iones como el Na+, K+, Ca2+, 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. 

C Difusion 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 transportadora sufren un cambio en su estructura que arrastra a dicha molécula hacia el interior de la célula.

TRANSPORTE ACTIVO.  (4). 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 Ca.

            A   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.

Difusión:

Algunas sustancias se desplazan hacia adentro y afuera de las células, y se mueven dentro de éstas por medio de un proceso llamado difusión simple, el cual se basa en el desplazamiento al azar. A temperaturas mayores al cero absoluto, todos los átomos y moléculas poseen energía cinética, o energía de movimiento. Los tres estados de la materia (sólido, liquido y gaseoso) difieren con respecto a la libertad del movimiento de las moléculas que los constituyen. Las moléculas del estado sólido se encuentran muy cerca una de otra, y las fuerzas de atracción entre ellas les permiten vibrar, pero no desplazarse. Las moléculas de un líquido se encuentran más separadas entre sí, respecto a las de un sólido; las fuerzas intermoleculares son más débiles, y las moléculas se desplazan con relativa libertad; en el estado gaseoso, las moléculas están tan separadas que las fuerzas intermoleculares son mínimas y por tanto el desplazamiento de las moléculas sólo está limitado por las paredes del recipiente que las contiene. Esto significa que los átomos y moléculas de líquidos y gases se separan en una especie de "desplazamiento al azar".


 A este desplazamiento se atribuye el proceso de difusión, movimiento neto de partículas (átomos, iones, moléculas, etc.) de una región de alta concentración a una de concentración más baja, de manera que las partículas adquieren una distribución uniforme. Por tanto puede decirse que la difusión implica el movimiento neto de partículas a favor de un gradiente de concentración. Esto no significa que las partículas no puedan desplazarse en sentido contrario al gradiente de concentración. Sin embargo, si al inicio hay mayor cantidad de partículas en una región de concentración elevada, lógicamente más partículas se desplazarán desde la zona de alta concentración hacia la de baja concentración, que a la inversa. La proporción de difusión está en función del tamaño y forma de las moléculas, de sus cargas eléctricas y de la temperatura, las moléculas se mueven con mayor rapidez y aumenta la proporción de difusión.

Diálisis:

La difusión de un soluto a través de una membrana diferencialmente permeable se llama diálisis. Para demostrar la diálisis se utiliza una bolsa de celofán llena con una solución de azúcar, que luego se sumerge en un matraz que contiene agua pura. Si la membrana de celofán es permeable al azúcar y al agua, las moléculas de azúcar pasarán a través de ella hasta que la concentración de azúcar en el agua de los dos lados de la membrana sea exactamente igual. A partir de ese momento, las moléculas de soluto (así como también las moléculas de agua) seguirán pasando a través de la membrana, pero ya no habrá ningún cambio neto en las concentraciones ya que la velocidad de movimiento será igual en ambos sentidos. La diálisis renal es una aplicación práctica de este proceso; los productos de desecho, que se difunden a través de las membranas artificiales del aparato, pueden retirarse del organismo, pero los eritrocitos, proteínas sanguíneas y otras moléculas grandes, no se difunden a través de la membrana, y por tanto se retendrán en el organismo.

Osmosis:

La ósmosis es una variedad especial de difusión que implica el movimiento de moléculas solventes (p. ej., agua) a través de una membrana de permeabilidad selectiva. Las moléculas de agua pasan libremente en cualquier dirección, pero al igual que en todos los procesos de difusión, el movimiento neto ocurre a partir de la región de mayor concentración a la de menor. La mayor parte de los solutos no puede difundirse libremente a través de la membrana celular de permeabilidad selectiva.

Los principios que intervienen en el proceso de ósmosis se ilustran mediante la utilización de un aparato llamado tubo en U, éste se divide en dos secciones por una membrana de permeabilidad selectiva que permite que las moléculas de soluto (glucosa, sal y otras). En una parte del tubo se coloca una solución de agua y solutos; en la otra se coloca agua pura. La solución de agua y solutos contiene una concentración de agua menor a la del agua pura, porque las moléculas de soluto han diluido las moléculas de agua. Por tanto, hay un movimiento neto de moléculas de agua del lado del agua pura (con mayor concentración de moléculas de agua) hacia el lado del agua con soluto (que tiene menor concentración de moléculas de agua), como resultado de esto el nivel del líquido del lado del agua pura disminuye, mientras que se eleva el del lado del agua con soluto. Sin embargo aún existe una diferencia en la concentración de las moléculas de agua entre ambos lados, debido a que las moléculas de soluto no pueden moverse a través de la membrana. El movimiento neto de agua continuará, y el nivel del líquido del lado del agua con soluto seguirá aumentando.


 En condiciones no sujetas a la gravedad, este proceso continuará indefinidamente, pero en la tierra, el peso de la columna del líquido en aumento finalmente ejercerá una presión suficiente para detener el cambio en los niveles del líquido, aunque las moléculas de agua continuarán pasando a través de la membrana en ambas direcciones.

La presión osmótica de una solución se define como la tendencia que presenta el agua de moverse hacia dicha solución mediante ósmosis.

Soluciones isotónicas, hipertónicas e hipotónicas:

Con frecuencia deseamos comparar las presiones osmóticas de dos soluciones. En todo líquido de los compartimentos de las células vivas se encuentran disueltas sales, azúcares y otras sustancias que le confieren a dicho líquido una determinada presión osmótica. Cuando una célula se coloca en una solución, cuya presión osmótica es igual a la suya, no hay movimiento neto de partículas de agua, ni hacia fuera ni hacia dentro de ella; por tanto la célula no se hincha ni se encoge. Se dice que el líquido en el cual se colocó la célula es un líquido isotónico (es decir que tiene presión osmótica igual) con respecto al líquido interior de la célula.

Si el líquido circundante tiene una concentración de solutos mayor que la del líquido intracelular y, por tanto, una presión osmótica mayor que la de éste se dice que es una solución hipertónica; una célula colocada en una solución hipertónica pierde agua y por tanto, se encoge. Cuando una célula con pared celular se coloca se coloca en un medio hipertónico pierde agua, y entonces su contenido disminuye dentro de la pared celular; este proceso se llama plasmólisis.

Si el líquido circundante posee una concentración de solutos menor que la del líquido intacelular, y por tanto tiene una presión osmótica menor que la de éste, se denomina solución hipotónica; en estas circunstancias, el líquido se desplazará hacia el interior de la célula provocando que ésta se hinche.

Presión de turgencia:

Las paredes celulares rígidas de células vegetales, algas, bacterias y hongos hacen posible que esos organismos vivan sin reventar en un medio externo muy diluido, que contenga una concentración muy baja de solutos. Debido a las sustancias disueltas en el citoplasma, las células son hipertónicas respecto al medio externo. (El medio circundante es hipotónico respecto al citoplasma). El agua tiende a difundirse hacia el interior de las células por ósmosis, llenando sus vacuolas centrales y distendiéndolas. La célula se hincha acumulando presión, llamada presión de turgencia, contra las paredes celulares rígidas de celulosa. La pared celular puede estirarse muy poco, y se alcanza un estado de equilibrio cuando su resistencia impide que la célula se hinche más. Al llegar a este punto ya no hay movimiento neto de moléculas de agua hacia el interior de la célula (aunque desde luego, las moléculas continúan moviéndose hacia dentro y hacia fuera de la membrana).



 La presión de turgencia es un factor importante en el sostén del cuerpo de las plantas herbáceas. Por este motivo, una flor se marchita cuando la presión de turgencia de sus células disminuye (las células han sufrido plasmólisis) por falta de agua.

Transporte mediado de moléculas pequeñas:

La membrana celular es relativamente impermeable a casi todas las grandes moléculas polares. Esto constituye una ventaja biológica para la célula, ya que casi todos los compuestos metabolizados en su interior son polares y la impermeabilidad de la membrana impide su pérdida por difusión. Para transportar nutrientes polares, como glucosa y aminoácidos, a través de la membrana lipídica hacia el interior de la célula, han aparecido por evolución sistemas de proteínas transportadoras que se unen a esas moléculas y las transfieren a través de la membrana. El paso de solutos a través de la membrana celular por el sistema de transporte se llama transporte mediado. La energía que se necesita proviene de dos fuentes: difusión facilitada y transporte activo.

Difusión facilitada:

En los casos más simples, la célula utiliza la energía almacenada por el gradiente de concentración de una sustancia cuya concentración es mayor en el líquido extracelular que el intracelular. En estas circunstancias, mientras la membrana sea permeable a dicha sustancia, ésta se desplazará hacia el interior de la célula. Este tipo de transporte se llama difusión facilitada. La difusión facilitada depende de la existencia de proteínas transportadoras, las cuales se combinan temporalmente con la molécula de soluto para acelerar el paso de ésta a través de la membrana celular. La proteína transportadora no se modifica por ésta acción; después de transportar la molécula de soluto, queda libre para unirse a una nueva molécula.

Transporte activo mediado:

Algunas moléculas se transportan a través de la célula mediante el proceso de difusión; otras las requiere la célula en concentraciones mayores a su concentración extracelular. Estas moléculas se incorporan mediante mecanismos de transporte activo. Este mecanismo exige una fuente de energía debido a que el transporte activo implica el "bombeo" de una molécula en contra de su gradiente de concentración. Por tanto los sistemas de transporte activo utilizan energía generada por el metabolismo celular en forma de trifosfato de adenosina (ATP) o bien utilizan algún otro tipo de energía almacenada, derivada de la hidrólisis del ATP.

Uno de los ejemplos más sorprendentes de los mecanismos de transporte activo es la bomba de sodio y potasio que se observa en todas las células animales.

Sistema de cotransporte:

El gradiente electroquímico generado por la bomba de sodio y potasio también proporciona suficiente energía para propiciar el transporte activo de otras moléculas esenciales. En estas reacciones, el gradiente de concentración de sodio y potasio cotransporta las moléculas requeridas, junto con los iones de sodio y potasio. La energía del ATP se usa en forma indirecta al favorecer el transporte activo de una molécula requerida, cuando une el transporte de dicha molécula en contra de su gradiente de concentración, con el transporte de sodio o potasio, a favor de su gradiente de concentración.

Sistema de transporte múltiple integrado:

En algunas células se observa el funcionamiento de más de un sistema de transporte para una sustancia determinada. Por ejemplo, el transporte de la glucosa del intestino hacia el torrente circulatorio se lleva a cabo a través de una delgada capa de células epiteliales que recubren la luz del intestino y que poseen regiones especializadas, o dominios, en su membrana plasmática. La superficie de éstas células, expuesta en el intestino, posee una gran cantidad de microvellosidades que incrementan con eficacia la superficie de membrana disponible para absorción. El transporte de glucosa en esta zona de la superficie celular es parte de un sistema de transporte activo que se efectúa en cotransporte con el sodio. La concentración intracelular de sodio se mantiene en cifras bajas por función de una bomba de sodio y potasio en la superficie opuesta de la célula, que bombea el sodio hacia el torrente circulatorio. Gracias a su elevada concentración dentro de la célula, la glucosa puede ser transportada hacia el torrente circulatorio mediante difusión facilitada.

Transporte de grandes moléculas a través de las membranas:

En la difusión simple, en la difusión facilitada y en el transporte activo las moléculas individuales y los iones pasan a través de la membrana celular. Sin embargo en ocasiones también es necesario el desplazamiento de cantidades más grandes de material o de partículas de alimento o incluso de células completas, hacia afuera o adentro de una célula. Esto implica un gasto de energía por parte de la célula y en ocasiones conlleva también la fusión de membranas. En la exocitosis una célula expulsa productos de desecho o productos específicos de secreción (como hormonas), mediante la fusión de una vesícula con la membrana plasmática de la célula. La exocitosis consiste en la fusión de la membrana de la vesícula secretora con la membrana plasmática.

En la endocitosis, la célula incorpora materiales hacia su interior. 





En los sistemas biológicos operan varios mecanismos endocitóticos. Por ejemplo en la fagocitosis, la célula ingiere partículas sólidas como bacterias o nutrientes. Durante la ingestión los pliegues de la membrana celular engloban a la partícula, que se ha unido a la superficie celular, y forman una vacuola alrededor de ella. Una vez que la membrana ha encerrado a la partícula en cuestión, se fusiona en el punto de contacto, dejando que la vacuola flote libremente en el citoplasma. Posteriormente la vacuola se fusiona con los lisosomas, donde el material es ingerido y degradado.

En otro tipo de endocitosis llamada pinocitosis, la célula incorpora materiales disueltos. Algunos pliegues de la membrana plasmática engloban gotas de líquido, las cuales emergen en el citoplasma en forma de pequeñas vesículas.

Otro tipo de endocitosis llamado endocitosis mediada por receptor, algunas proteínas específicas de determinadas partículas se unen a proteínas receptoras, localizadas en la membrana plasmática de la célula. Luego, las moléculas ligadas al receptor emigran en placas recubiertas, que son regiones de la superficie citoplasmática de la membrana recubiertas con estructuras en forma de cepillo.