Fisiología celular

Una vez conocidos en profundidad los principios inmediatos orgánicos que forman parte de la materia viva y después de estudiada la morfología de células animales y vegetales, hay que ver cómo se desarrollan las principales funciones comunes a todo ser vivo: metabolismo, relación y reproducción. Hablamos de la fisiología celular.

Metabolismo

Conjunto de reacciones multienzimáticas que tienen como finalidad el intercambio de materia y energía entre la célula y su entorno. El proceso general se desarrolla en dos fases: una de anabolismo, en la que se sintetizan los grandes componentes moleculares de la célula, y otra de catabolismo, en la que se degradan enzimáticamente las moléculas nutritivas de la célula o las procedentes del entorno.

Para la realización de todos estos procesos se necesita energía y una fuente de carbono. Atendiendo a ello los organismos se pueden dividir en:

* Autótrofos:
La fuente de carbono la constituye el dióxido de carbono.
- Fotosintéticos: el dióxido de carbono es transformado empleando la luz como única fuente de energía.
- Quimiosintéticos: el dióxido de carbono se transforma a partir de la energia obtenida en las reacciones de oxidación-reducción.

* Heterótrofos:
La fuente de carbono son moléculas orgánicas complejas.
- Aerobios: la energía para la transformación de los compuestos orgánicos la obtienen del oxígeno molecular.
- Anaerobios: la energía para la transformación la obtienen de moléculas distintas al oxígeno molecular.

Fases del catabolismo y anabolismo

El catabolismo o degradación enzimática de los principales elementos nutritivos tiene lugar en tres fases consecutivas, al final de las cuales se libera una gran cantidad de energía que es con servada por la célula en forma de ATP.

Fases del catabolismo y anabolismo. Fisiología celular.

Fases del catabolismo y anabolismo. Fisiología celular.


- Fase I:
Las grandes moléculas, es decir, lípidos, polisacáridos y proteínas se degradan hasta sus primeros constituyentes.
- Fase II:
Los productos de la fase I se convierten en unas moléculas más sencillas.
- Fase III: todos los productos formados en la fase anterior se oxidan a dióxido de carbono y agua.

Por su parte, el anabolismo o sintesis de los componentes celulares también se desarrolla en tres fases sucesivas, que comienzan con los productos originados en la fase III del catabolismo.

Funciones de relación

Bajo este término se agrupan tanto el movimiento como la sensibilidad celular, funciones ambas en las que se gasta parte de la energía obtenida en el metabolismo.

* Movimiento celular: incluye los desplazamientos internos y externos de la célula.
- Intracelular:
Desplazamiento de los orgánulos celulares por el citoplasma. También recibe el nombre de ciclosis.
- Extracelular:
Suponen un desplazamiento real de todo el conjunto de la célula en el medio.
1. Ameboide: el desplazamiento se consigue por deformaciones citoplásmicas denominadas pseudópodos.
2. Ciliar: el desplazamiento se consigue por la vibración de unas estructuras especiales denominadas cilios y flagelos.
3. Contráctil: desplazamientos provocados por la contracción de la célula, provocada por la presencia de unas fibrillas de naturaleza proteica.

* Sensibilidad celular: facultad de reacción de la célula frente a un estímulo interno o externo. Gracias a esta propiedad las células pueden adaptarse a las variaciones del ambiente. En los organismos más complejos, algunas células se especializan en captar los estímulos, mientras que otras se especializan en transmitir las respuestas.

Funciones de reproducción

Son aquellas mediante las cuales la célula se perpetúa, dando lugar a una célula hija con la misma información genética que su progenitora. Existen dos procesos de división, la mitosis y la meiosis.

Funciones de reproducción. Fisiología celular.

Funciones de reproducción. Fisiología celular.

Antes de comenzar con la descripción de cada uno de estos dos procesos, conviene observar la estructura de un cromosoma, es decir, la forma en que se organiza el material nuclear. Cada cromosoma está formado por una molécula de ADN envuelta en una estructura gelatinosa o matriz, integrada por proteínas y lípidos.

Al microscopio óptico, los cromosomas están formados por dos brazos o cromátidas con un estrechamiento denominado constricción primaria o centrómero.

Cada especie presenta un número fijo de cromosomas que constituyen el cariotipo. En la mayoría de los casos, cada carácter genético viene determinado por dos cromosomas, iguales morfológicamente, y que reciben el nombre de homólogos; las células y los organismos de este tipo se denominan diploides y se representan como 2n. En otros casos, cada carácter genético viene determinado por un solo juego de cromosomas, denominándose al individuo haploide y representándose como n. Por último, se presentan casos (sobre todo en vegetales) en que cada carácter genético viene determinado por tres o más cromosomas homólogos, denominándose entonces al individuo como poliploide y representándose como 3n, 4n, etc.

Mitosis

La célula madre se divide en dos células hijas, cada una de las cuales tiene el mismo número de cromosomas que su progenitora. Es el mecanismo de división que presentan todas las célu las de un organismo, excepto las implicadas en la reproducción sexual. Se desarrolla en varias fases:

* Profase: empiezan a hacerse visibles los dos filamentos o cromátidas que forman cada cromosoma, los cuales se van acortando al sufrir un proceso de espiralización. Van desapareciendo progresivamente el nucleolo y la membrana nuclear y comienza a formarse el huso acromático, en el que se insertan los cromosomas por el centrómero. Al final de la profase todos se encuentran en la placa ecuatorial.

Mitosis. Fisiología celular

Mitosis. Fisiología celular

* Metafase: los cromosomas, totalmente espiralizados, se disponen en la placa ecuatorial formando un círculo.

* Anafase: se separan las cromátidas de cada cromosoma, emigrando cada una de ellas a un polo de la célula. Si ésta al principio tenía 2n cromosomas, ahora tiene 2n cromátidas en cada polo.

* Telofase: reaparece el nucleolo y la membrana celular. Las cromátidas comienzan a desespiralizarse y la membrana celular va originando un tabique en la región central, que separa a las dos células hijas.

* Interfase: cada cromátida de las células hijas reproduce la cromátida que le falta para tener los cromosomas completos.

Meiosis

División de una célula progenitora en cuatro células hijas, de forma que cada una posee la mitad del número de cromosomas de la madre. Este tipo de división se da en las células implicadas en la reproducción sexual y se desarrolla en las siguientes fases:

* Profase I: período largo que a su vez se subdivide en:
- Leptotena:
Los cromosomas, en principio muy filamentosos y enmarañados, comienzan a hacerse más nítidos.
- Cigotena:
Los cromosomas se espiralizan y se aparean los homólogos o bivalentes.
- Paquitena:
Continúa la espiralización y se aprecian claramente los cromosomas bivalentes de la célula. En esta fase se producen los sobrecruzamientos o intercambios de segmentos entre las cromátidas de cada cromosoma.
- Diplotena:
Las parejas de cromosomas homólogos se empiezan a separar, aunque todavía quedan unidas por los puntos en que tuvieron lugar los sobrecruzamientos (quiasmas).
- Diacinesis:
La espiralización de los cromosomas es máxima y los homólogos se separan tendiendo a situarse a ambos lados de la placa ecuatorial. El nucleolo y la membrana nuclear desaparecen. El huso está casi formado.

* Metafase I: la disposición de los cromosomas en el huso es similar a la que tenían en la metafase mitótica.

* Anafase I: emigran n cromosomas a cada polo y no 2n cromátidas como ocurría en la anafase mitótica. Por supuesto, los homólogos no van juntos, sino uno a cada extremo.

* Telofase I: los cromosomas se desespiralizan, reaparece el nucleolo y la membrana nuclear. Como resultado se obtienen dos células hijas con la mitad del número de cromosomas que la progenitora.

* Interfase: período de reposo que puede faltar en muchos organismos.

* Profase II: las cromátidas de cada cromosoma divergen formando un aspa.

* Metafase II: se disponen los n cromosomas en la placa ecuatorial.

* Anafase II: se separan n cromátidas a cada polo.

* Telofase II: cada célula hija ha dado lugar a dos nuevas células con n cromátidas, que sintetizarán la que les falta para tener el cromosoma completo. De esta manera, el resultado final de la meiosis son cuatro células con la mitad de cromosomas que su progenitora.

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