la celula , organelos y sus funciones

>

LA MEMBRANA CELULAR O PLASMÁTICA

Desde comienzos de este siglo, se han planteado diversos modelos, tendientes a explicar tanto la organización de los diferentes compo­nentes de la membrana celular, así como la función específica que rea­lizan.

* Estructura de la membrana celular. En la actualidad, el mode­lo de membrana más aceptado es el propuesto por S. J. Singer y G. L. Nicolson en la década de los setenta. Los estudios realiza­dos por ambos investigadores los llevaron a suponer que la mem­brana estaba formada por una doble capa lipídica, en la cual se encuentran inmersas diferentes proteínas formando una especie de mosaico.

El modelo reconoce dos tipos básicos de proteínas: las que están totalmente incluidas en el componente lipídico y las que sólo lo están parcialmente. Las primeras corresponden a las proteínas inte­grales o intrínsecas y las segundas a las proteínas periféricas o extrínsecas.

Además, observaron que los componentes de la membrana no eran estáticos; podían moverse sin alterar la organización estructural de la membrana. Por estos hallazgos se conoce este modelo como el modelo de mosaico fluido (fig. 3).

* Funciones de la membrana celular. Una de las funciones más importantes de la membrana es la de transporte, que consiste en controlar la incorporación o eliminación de diferentes sustancias químicas a través de la membrana. Recuerda que las células dis­ponen de dos mecanismos básicos de transporte: el pasivo y el acti­vo (fig. 4).

- El transporte pasivo. Es el mecanismo que permite el ingreso o salida de sustancias a través de la membrana plasmática. El proceso no requiere un gasto de energía por parte de la célula, pues las sustancias se mueven desde una zona de mayor con­centración a otra de menor concentración. Este transporte puede darse por difusión y por osmosis.

- El transporte activo. Es el mecanismo por medio del cual se incorporan sustancias a la célula a través de proteínas transpor­tadoras. Esto implica un gasto de energía para la célula, pues las sustancias deben desplazarse desde una zona de menor concen­tración a otra de mayor concentración.

LA PARED CELULAR

La pared celular es una estructura común en organismos como bac­terias, hongos y plantas. Sin embargo, su análisis químico ha permiti­do a los científicos comprobar que existen diferencias. Por ejemplo:

• En las bacterias, la pared celular está constituida por peptidogli-clán, un compuesto químico que resulta de la unión de hidratos de carbono y proteínas complejas.

• En los hongos hay una pared celular compuesta de quitina. Este es un compuesto complejo, que también se encuentra en los insectos y los crustáceos.

• En las plantas, la pared celular está formada fundamentalmente por celulosa (fig. 5), un compuesto que se forma por la unión de muchas moléculas de glucosa.

Aunque existen diferencias desde el punto de vista químico, entre las paredes celulares de bacterias, hongos y plantas, todas com­parten una función común: proteger a la célula y determinar su forma.

EL CITOPLASMA

El citoplasma es la porción interna de la célula que se encuentra entre la membrana y el núcleo celular. En él se encuentra agua, sales, enzi­mas, proteínas y una gran variedad de organelos o estructuras cito-plasmáticas, las cuales se encargan de realizar tareas específicas.

EL CITOESQUELETO

Inicialmente se pensó que el citoplasma era una solución viscosa y homogénea en la cual flotaban los organelos. Las investigaciones pos­teriores demostraron la existencia de una red de filamentos (microfila-mentos, filamentos intermedios y microtúbulos) de naturaleza proteica, que corresponden a un verdadero esqueleto interno de la célula: el ci-toesqueleto (fig. 6). El citoesqueleto cumple las siguientes funciones:

• Se encarga de darle forma a la célula.

• Interviene en el movimiento celular, producido por un acomoda­miento entre los microfilamentos y los microtúbulos.

• Es el punto de soporte de los organelos y el responsable de su movi­miento al interior del citoplasma.

• Interviene en la división celular. Los microtúbulos y los microfila mentos son esenciales para la división celular, pues ellos ayudan a

"mover" los cromosomas en el momento de su distribución.Las funciones del citoesqueleto dependen de tres clases de haces pro­teicos: los microfilamentos, los filamentos intermedios y los microtú­bulos.

• Los microfilamentos pueden estar constituidos por dos tipos de proteínas: la actina y la núocña. Estos microfilamentos son los responsables del movimiento de contracción muscular. En orga­nismos unicelulares, su acción se verifica en el movimiento reali­zado por los pseudópodos o falsos pies, presentes en las amebas.

• Los filamentos intermedios están constituidos por varias proteí­nas que se unen para conformar el armazón celular. Por ejemplo,el axón de una neurona, debe su forma a este tipo de filamentos. En algunos casos estos filamentos intermedios actúan conjunta­mente con los microfilamentos para que en caso de una contracción muy fuerte, las células no se separen. '

Los microtúbulos corresponden a otro tipo de proteínas que toman la forma de tubo hueco. Varios de estos microtúbulos conforman los cilios y los flagelos, estructuras que utilizan algunas células para desplazarse; otros se localizan en diversos sitios de la célula, para ayudar a los cromosomas a trasladarse durante la división celular.

organelos citoplasmáticos

Los organelos citoplasmáticos son pequeños cuerpos delimitados por una o dos membranas. Los organelos más importantes de las células eucariotas son:

• Mitocondrias

Estos organelos, generalmente de forma ovalada o esférica (fig, 7), poseen material genético propio (ADN mitocondrial) y están delimita­dos por una doble membrana. La membrana externa es lisa y la inter­na se dobla formando una serie de pliegues, llamados crestas. Esta disposición de las membranas crea dos espacios llenos de líquido: el espacio intermembranal (entre la membrana interna y la membrana externa) y la matriz (espacio interior de la membrana interna).

A las mitocondrias comúnmente se les llama "centrales energéticas" puesto que producen la mayor parte de energía útil para el trabajo celu­lar: liberan la energía contenida en nutrientes como la glucosa y la alma­cenan en un compuesto denominado adenosín trifosfato (ATP). Esta energía es utilizada por la célula para su crecimiento, reparación y desa­rrollo,

» Cloroplastos

Los cloroplastos, al igual que las mitocondrias, se encuentran deli­mitados por una doble membrana (fig. 8) y poseen su propio material genético (ADN plastidial).

Los cloroplastos son exclusivos de las células autótrofas. Estos orga­nelos se encargan de realizar el proceso fotosintético.

* Retículo endoplasmático

El retículo endoplasmático esta constituido por un sistema de sacos aplanados y túbulos que comunican el núcleo con el medio extracelular (fig. 9). El retículo endoplasmático puede ser rugoso o liso.

El retículo endoplasmático rugoso (RER) presenta sobre su superficie externa los ribosomas, pequeños organelos que le con­fieren su apariencia rugosa. Hacia el exterior, produce las proteí­nas que serán secretadas por la célula, así como las proteínas que irán a conformar parte de las membranas plasmáticas, del aparato de Golgi, de los lisosomas y del propio retículo. Hacia el interior, sintetiza las proteínas que formarán y reemplazarán la membra­na nuclear.

El retículo endoplasmático rugoso se encuentra particularmente desarrollado en células que sintetizan proteínas que son enviadas fuera de la célula, como las células del estómago y algunas célu­las del páncreas, encargadas de producir enzimas digestivas.

El retículo endoplasmático liso (REL) carece de ribosomas, por lo que su superficie tiene una apariencia lisa. Participa en la sín­tesis de ácidos grasos y fosfolípidos y en la reducción del efecto nocivo de sustancias como los barbitúricos, el alcohol, los pesticidas y otros compuestos químicos. El retículo endoplasmático liso es abundante en las células de órganos relacionados con el í. r metabolismo de lípidos, como las células

• Ribosomas

Los ribosomas son pequeños organelos constituidos por ARN y pro­teínas que carecen de membranas. Estos organelos se encuentran en forma libre dentro del citoplasma o adheridos al retículo endoplasmático. Cuando están libres pueden agruparse, en cuyo caso se les denomi­na polirribosomas. Los ribosomas libres se encargan de sintetizar cualquiera de los diferentes tipos de proteínas que se utilizan en la célu­la, en tanto que los ribosomas adheridos al retículo endoplasmático pro­ducen enzimas digestivas, hormonas y las proteínas que expulsan las células secretoras.

» Los lisosomas

Los lisosomas son pequeños organelos que se encuentran delimita­dos por una membrana. Estas estructuras son las responsables de los procesos de digestión intracelular.

En el interior de los lisosomas se encuentra un grupo de enzimas que llevan a cabo la degradación de proteínas, lípidos y carbohidratos. El mecanismo de acción de un lisosoma es el siguiente: las partículas que ingresan a la célula se mueven por el citoplasma, dentro de vesículas membranosas. Los lisosomas reconocen estas vesículas y se fusionan con ellas, vertiendo su contenido enzimático, y transformando los nutrientes en unidades más sencillas. Estas unidades pasan por difusión al citoplasma para nutrir la célula.

En condiciones normales los lisosomas también degradan membra­nas, organelos que han dejado de ser útiles para la célula e incluso microorganismos que representan peligro para la salud de la célula.

• Aparato de Golgi

Está delimitado por una sola membrana. Lo constituyen una serie de sacos membranosos apilados unos sobre otros (fig. 10). De estos sacos se desprende una serie de vesículas que transportan diversas sustancias desde el aparato de Golgi al resto del citoplasma o al exterior.

El aparato de Golgi actúa estrechamente relacionado con el retículo endoplasmático rugoso. Sus funciones tienen que ver con la distribu­ción de las proteínas formadas en éste. El aparato de Golgi agrega seña­les químicas a estas proteínas. La señal incorporada a la proteína determina el lugar al cual será enviada. .Algunos de sus destinos finales pueden ser los lisosomas, la membrana plasmática o el medio extracelular. Así mismo, el aparato de Golgi modifica algunas de las moléculas que recibe y las empaca en vesículas para enviarlas a otros lugares de la célula o fuera de ella. Este organelo se ha desarrollado especialmen­te en las células que cumplen funciones relacionadas con la secreción. Por ejemplo, las células de la glándula mamaria, durante el período de lactancia, presentan un aparato de Golgi muy desarrollado.

• La vacuola

Las vacuolas son organelos que están presentes en casi todas las célu­las vegetales y protistas. Presentan una forma de saco y su tamaño es variado, dependiendo de la función que realizan.

Algunas células vegetales presentan una vacuola central que ocupa un amplio espacio del citoplasma, esta vacuola además de dar soporte a la célula, sirve como sitio de almacenamiento para desechos que las célu­las vegetales no pueden excretar.

Los protistas unicelulares como el paramecio, poseen vacuolas con­tráctiles, gracias a las cuales pueden mantener más o menos constante la cantidad de agua a escala intracelular.

celula vegetal y celula animal

ACTIVIDAD DE LA CELULA

ALTERACIONES DE LOS ECOSISTEMAS

ALTERACIONES EN LOS ECOSISTEMAS

LA CONTAMINACIÓN ES LA ALTERACIÓN DEL ESTAdo óptimo del ambiente como consecuencia de la adición de sustancias que en condiciones normales no se encuentran pre­sentes o que si lo están, han aumentado o disminuido significa­tivamente su cantidad normal. Algunas formas de contaminación pueden ser: la contaminación del aire, la contaminación del agua y la contaminación del suelo.

• contaminación del aire

El aire que respiramos es una mezcla de gases imprescindibles para el desarrollo de la vida.

contaminación natural del aire

Bajo condiciones naturales, el aire puede contaminarse debido a fenómenos naturales, como incendios forestales, comentes de vientos y erupciones volcánicas.

• Los incendios forestales. Los incendios que se producen en forma natural son causa de contaminación del aire, especialmente por las altas concentraciones de monóxido y dióxido de carbono, humo, polvo y cenizas.

* Las corrientes de viento. Diseminan en el aire diversos tipos de materiales. Las tormentas, por ejemplo, movilizan grandes canti­dades de polvo que se mantiene suspendido en el aire.

• Las erupciones volcánicas. Son una de las principales causas naturales de contaminación del aire. Los materiales que son expe­lidos a la atmósfera durante la erupción, pueden ser gaseosos, líquidos y sólidos.

Entre los productos gaseosos arrojados, los más importantes son el hidrógeno, el dióxido de carbono, el metano y vapores que con­tienen azufre, cloro y flúor.

También son lanzadas grandes cantidades de vapor de agua que, al condensarse, originan precipitaciones que se mezclan con los demás gases y se distribuyen sobre el suelo. Esta agua de lluvia, altamente contaminada, arrasa con toda la vegetación existente y deja estériles los suelos.

Los materiales líquidos, que alcanzan temperaturas hasta de 1.500°C, corresponden a productos sólidos en estado de fusión y reciben el nombre de lava. La lava desciende por laderas y valles formando verdaderos ríos que se solidifican en su recorrido. Entre los materiales sólidos expulsados durante la erupción, se destacan las grandes cantidades de cenizas que se esparcen por el aire y que cubren importantes extensiones de suelo, con lo cual dañan seria­mente los cultivos y la vegetación en general.

contaminación artificial del aire

Se distinguen dos niveles de contaminación artificial del aire: con­taminación primaria y contaminación secundaria.

* Contaminación primaria. Es la contaminación de la atmósfera por fuentes directas, como las industrias, los hogares y el trans­porte.

La contaminación primaria se produce por los procesos de combus­tión del carbón, la madera, el gas metano y de derivados del petró­leo, como la bencina y la parafina, en que se liberan gases y pequeñas partículas sólidas que se mezclan con los gases atmosféricos. * La contaminación secundaria. Es el cambio de la composición natural de la atmósfera, debido a las transformaciones físicas y quí­micas que experimentan los contaminantes primarios al reaccionar con los gases presentes en el aire.

El smog fotoquímico, el efecto invernadero, la lluvia acida y el dete­rioro de la capa de ozono son tipos de contaminación secundaria.

- El smog fotoquímico se forma por la reacción entre los hidro­carburos parcialmente quemados y los óxidos de nitrógeno en pre­sencia de la radiación solar. Un producto de esta transformación es el ozono que a nivel terrestre, resulta bastante tóxico.

- El efecto invernadero es el aumento de la temperatura promedio de la superficie de la Tierra y en la parte más baja de la atmósfera. Se produce por la dificultad de expandirse el calor en forma natu­ral hacia las esferas más altas debido a una capa de gases conta­minantes que lo impide, formando una barrera que hace de techo a la normal expansión del calor. Esa misma barrera de aire conta­minado, impide también que el calor se irradie hacia la Tierra, con lo cual se forma otra capa de aire a mayor temperatura sobre la barrera fría de gases contaminantes, es decir, se produce la llama­da inversión térmica de las capas de aire.

Entre los gases de invernadero, el más importante es el dióxido de carbono.

- La lluvia acida corresponde a la presencia de ácidos en las preci­pitaciones, como producto de la reacción entre los óxidos de azu­fre y de nitrógeno contaminantes con el agua de lluvia.

- El deterioro de la capa de ozono es también el resultado de la transformación de los contaminantes del aire. El ozono se forma naturalmente en las capas altas de la atmósfera y protege el planeta de la acción directa del Sol. Debido a un proceso natural de des­trucción y regeneración, su concentración se mantiene constante en circunstancias normales.

Sin embargo, los clorofluorocarbonos (CFCs) que se utilizan como propulsantes en aerosoles y en la tecnología de la refrigeración, aceleran el proceso de descomposición del ozono y dificultan su regeneración.

• contaminación del agua

Existen dos tipos de contaminación hídrica: contaminación natural y contaminación artificial.

contaminación natural del agua

Entre los factores que causan la contaminación natural del agua se encuentran: las corrientes marinas y las mareas rojas.

• Las corrientes marinas. Son los movimientos de masas de agua que siguen un recorrido geográfico permanente y se caracterizan por tener una temperatura y una salinidad determinadas. Alteran las cadenas tróficas de la vida acuática.

Cuando las capas superficiales del océano se calientan más de lo normal, el plancton muere y las sustancias nutritivas se agotan. Los peces, por lo tanto, mueren y.se afectan además las aves que viven de ellos.

• Las mareas rojas. Se producen en todos los mares y corresponden a un incremento súbito de enormes masas de plancton. El agua toma un color rojizo, debido al aumento excesivo de unos peque­ños organismos llamados dinoflagelados. Algunas especies de estos organismos producen toxinas que se fijan a los tejidos de los molus­cos que se alimentan del plancton, y resultan venenosas para muchas especies. Al consumir estos moluscos contaminados, el hombre puede sufrir una grave intoxicación.

contaminación artificial del agua

La contaminación artificial del agua corresponde a las alteraciones de la calidad de este líquido como producto de las actividades huma­nas. Las ciudades con un alto grado de urbanización arrojan a ríos, lagunas y mares, grandes volúmenes de aguas residuales, debido al uso doméstico, industrial y agrícola que se hace del agua.

Los agentes contaminantes del agua son de tipo biológico, químico y físico.

• Los contaminantes biológicos corresponden a los desechos orgá­nicos, tales como materia fecal y restos de alimentos. Estos tienen la propiedad de fermentar, es decir, se descomponen utilizando el oxígeno disuelto en el agua, a la cual llegan principalmente por los alcantarillados de las ciudades.

Otros contaminantes biológicos son las evacuaciones de desechos industriales provenientes del procesamiento de los alimentos y de los mataderos.

La mayoría de los desechos orgánicos de tipo biológico son biodegradables, es decir, las bacterias que normalmente viven en el agua degradan o descomponen esta materia en sustancias más sim­ples haciendo uso del oxígeno presente en el agua.

• Los contaminantes químicos son los compuestos químicos, orgá­nicos e inorgánicos que llegan al agua provenientes de las activi­dades domésticas, industriales y agropecuarias. Entre los de tipo orgánico se destacan los hidrocarburos deriva­dos del petróleo y los compuestos sintéticos o creados por el hom­bre, tales como plaguicidas, disolventes industriales, aceites, ^: detergentes y plásticos. Estos no suelen ser generalmente biodegradables, razón por la que se mantienen en el agua por mucho tiempo.

Entre las sustancias inorgánicas están las de origen mineral: sales de metales de mercurio y de arsénico, ácidos, álcalis y abonos sin­téticos.

• Los contaminantes físicos son los materiales sólidos e inertes que afectan la transparencia de las aguas (flg. 8), como basura, polvo y arcilla. También son contaminantes físicos, por una parte, los ver­tidos de líquidos calientes, que modifican la temperatura del agua de los ríos y lagos, y ponen en peligro la vida de la flora y fauna acuá­ticas, y por otro, las sustancias radiactivas provenientes de hospi­tales, laboratorios y centrales nucleares.

• contaminación del suelo

Al igual que el aire y el agua, el suelo también puede contaminarse por causas naturales o artificiales.

contaminación natural del suelo

Bajo condiciones naturales, el deterioro del suelo es un proceso extremadamente lento. Este proceso, denominado erosión, implica el desgaste continuo de la superficie terrestre, especialmente la capa vege­tal, que es rica en sustancias nutritivas.

Los principales agentes erosivos naturales del suelo son: el viento, las corrientes de agua y los cambios de temperatura.

« El viento. Su acción continua, modela y transforma el relieve de la corteza terrestre. Arrastra pequeñas partículas de suelo, con lo cual altera su composición y lo empobrece en sustancias nutritivas, ' como el humus.

El viento arrastra también las arenas costeras hacia el interior y se forman las dunas (fig. 10). Este fenómeno inutiliza tierras de cul­tivo al quedar cubiertas de arena.

Las corrientes de agua. Las corrientes de agua arrastran los mine­rales y sustancias nutritivas que el suelo posee. Por ejemplo, el agua de lluvia desgasta la superficie del suelo y lo empobrece (erosión pluvial); el agua de ríos y de torrentes desgastan las rocas y las ori­llas de los cauces de agua, con lo cual "lava" y hace más estéril esazona (erosión fluvial); los glaciares localizados en zonas montaño­sas que se desplazan muy lentamente valle abajo, erosionan elsuelo y arrasan la flora y fauna del lugar
Los cambios de temperatura. Los cambios de temperatura pro­ducen bruscas dilataciones y contracciones de las rocas. Esto les ocasiona rompimientos y destrucción.

• La energía del agua. El agua es un recurso necesario para la vida. Además, pueden utilizarse sus corrientes y sus movimientos para producir energía aprovechable para las personas.

- En las centrales hidroeléctricas, la caída del agua debido a la fuerza de la gravedad se aprovecha para producir electricidad.

- En las centrales mareomotrices se aprovecha el movimiento de ascenso y descenso del agua del mar durante las mareas para pro­ducir electricidad. En este caso se obtiene menos energía que en las centrales hidroeléctricas y, además, se necesitan mareas pro­nunciadas para que la obtención de energía sea rentable.

• La energía del viento. El aire en movimiento tiene energía cinéti­ca que puede ser aprovechada. Los molinos de viento empleados desde hace siglos son un ejemplo. En las centrales cólicas actua­les se emplea la energía del viento para producir energía eléctrica.

• La energía geotérmica. En las centrales geotérmicas se aprove­cha el calor del interior de la Tierra. Se usa, por ejemplo, para calen­tar agua de una instalación de calefacción. Pero esta energía está limitada geográficamente a unas pocas zonas del planeta.

reforestación y reciclaje

En el mundo, muchas especies de árboles se emplean para elaborar productos como papel, muebles y sustancias químicas de interés indus­trial. La explotación inadecuada de dicho recurso lo expone a la extin­ción. Para resolver este problema, es necesario reforestar las áreas dañadas por la tala.

• La reforestación consiste en plantar árboles y otros tipos de vege­tación en terrenos talados. Se efectúa para conservar el equilibrio ecológico, evitar la erosión provocada por el agua y el viento y para mantener la disponibilidad de los recursos forestales.

« El reciclaje es una actividad consciente y responsable de las per­sonas para reducir los problemas de contaminación. Consiste en someter materiales, considerados como basura, a un proceso para que puedan reutilizarse en la elaboración de otros pro­ductos.

Entre los materiales que pueden reciclarse se encuentran el vidrio, el papel, el cartón, los metales, los plásticos y la materia orgánica.