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2.5. Célula eucariótica. Función de
nutrición.
2.5.1. Concepto de nutrición. Nutrición autótrofa y heterótrofa.
2.5.2. Ingestión.
2.5.2.1. Permeabilidad celular: difusión y transporte.
2.5.2.2. Endocitosis: pinocitosis y fagocitosis.
2.5.3. Digestión celular. Orgánulos implicados.
2.5.4. Excreción: exocitosis.
2.5.1 Concepto de nutrición autótrofa y
heterótrofa.
La nutrición es el proceso biológico en el que los organismos
asimilan y utilizan los alimentos y los líquidos para el funcionamiento,
el crecimiento y el mantenimiento de las funciones normales. La
nutrición también es el estudio de la relación entre los alimentos con
la salud, especialmente en la determinación de una dieta óptima.
Aunque alimentación y nutrición se utilizan frecuentemente como sinónimos, son términos
diferentes ya que:
La nutrición hace referencia a los nutrientes que componen los alimentos y
comprende un conjunto de fenómenos involuntarios que suceden tras la ingestión de los
alimentos, es decir, la digestión, la absorción o paso a la sangre desde el tubo digestivo
de sus componentes o nutrientes, su metabolismo o transformaciones químicas en las
células y excreción o eliminación del organismo.
La alimentación comprende un conjunto de actos voluntarios y conscientes que van
dirigidos a la elección, preparación e ingestión de los alimentos, fenómenos muy
relacionados con el medio sociocultural y económico (medio ambiente) y determinan al
menos en gran parte, los hábitos dietéticos y estilos de vida.
Las células que tienen nutrición autótrofa fabrican materia
orgánica propia a partir de materia inorgánica sencilla. Para realizar
esta transformación, las células de nutrición autótrofa obtienen
energía de la luz procedente del Sol. El término autótrofo procede del
griego y significa "que se alimenta por sí mismo".
La nutrición autótrofa comprende tres fases: el paso de membrana, el
metabolismo y la excreción.
1. Paso de membrana. Es el proceso en el cual las moléculas inorgánicas
sencillas, agua, sales y dióxido de carbono, atraviesan la membrana celular
por absorción directa, sin gasto de energía por parte de la célula.
2. Metabolismo. Es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el
citoplasma celular, y cuyos resultados son la obtención de energía bioquímica
utilizable por la célula, la fabricación por la célula y la fabricación de materia
celular propia.
El metabolismo presenta tres fases:
a. La fotosíntesis, que es el proceso en el que se elabora materia
orgánica, como los azúcares, a partir de materia inorgánica, como el
agua, dióxido de carbono y sales minerales. Para realizar esta reacción
química se requiere la energía bioquímica que la clorofila produce a
partir de la energía solar.
La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos de las células vegetales, y
su reacción general es: luz solar
CO2 + H2O + sales minerales ----------> materia orgánica + O2
La fotosíntesis presenta una fase luminosa, en la que la energía
procedente del Sol es transformada en energía bioquímica, y una fase
oscura, en la que, utilizando esta energía bioquímica, se obtienen
azúcares.
Además de las células vegetales, ciertas bacterias y algas son capaces de
realizar la fotosíntesis.
b. El anabolismo o fase de construcción, en la que, utilizando la energía
bioquímica procedente de la fotosíntesis y del catabolismo, se sintetizan
grandes moléculas ricas en energía.
c. El catabolismo o fase de destrucción, en la que, mediante la
respiración celular que tiene lugar en las mitocondrias, la materia
orgánica es oxidada, obteniéndose energía bioquímica.
3. Excreción.
Es
la
eliminación, a través de la
membrana celular, de los
productos
de
desecho
procedentes
del
metabolismo.
-Los seres autótrofos son una parte esencial
en la cadena alimenticia, ya que absorben la
energía solar o fuentes inorgánicas como el
dióxido de carbono y las convierten en
moléculas orgánicas que son utilizadas para
desarrollar funciones biológicas como su
propio crecimiento celular y la de otros seres
vivos llamados heterótrofos que los utilizan
como alimento. Los seres heterótrofos como
los animales, los hongos, y la mayoría de
bacterias y protozoos, dependen de los
autótrofos ya que aprovechan su energía y la
de la materia que contienen para fabricar
moléculas
orgánicas
complejas.
Los
heterótrofos obtienen la energía rompiendo las
moléculas de los seres autótrofos que han
comido. Incluso los animales carnívoros dependen de los seres autótrofos porque la energía y su
composición orgánica obtenida de sus presas proceden en última instancia de los seres autótrofos que
comieron
sus
presas.
La nutrición heterótrofa se realiza cuando la célula va
consumiendo materia orgánica ya formada. En este tipo de nutrición
no hay, pues, transformación de materia inorgánica en materia
orgánica. Sin embargo, la nutrición heterótrofa permite la
transformación de los alimentos en materia celular propia.
Poseen este tipo de nutrición algunas bacterias, los protozoos, los hongos y
los animales.
El proceso de nutrición heterótrofa de una célula se puede dividir en siete
etapas:
1. Captura. La célula atrae las partículas alimenticias creando torbellinos
mediante sus cilios o flagelos, o emitiendo seudópodos, que engloban el
alimento.
2. Ingestión. La célula introduce el alimento en una vacuola alimenticia o
fagosoma. Algunas células ciliadas, como los paramecios, tienen una
especie de boca, llamada citostoma, por la que fagocitan el alimento.
3. Digestión. Los lisosomas viertes sus enzimas digestivas en el fagosoma,
que así se transformará en vacuola digestiva. Los enzimas descomponen
los alimentos en las pequeñas moléculas que las forman.
4. Paso de membrana. Las pequeñas moléculas liberadas en la digestión
atraviesan la membrana de la vacuola y se difunden por el citoplasma.
5. Defecación o egestión. La célula expulsa al exterior las moléculas que no
le son útiles.
6. Metabolismo. Es el conjunto de reacciones que tienen lugar en el
citoplasma. Su fin es obtener energía para la célula y construir materia
orgánica celular propia. El metabolismo se divide en dos fases:
a. Anabolismo o fase de construcción en la que, utilizando la energía
bioquímica procedente del catabolismo y las pequeñas moléculas
procedentes de la digestión, se sintetizan grandes moléculas
orgánicas.
b. Catabolismo o fase de destrucción, en la que la materia orgánica,
mediante la respiración celular, es oxidada en el interior de las
mitocondrias, obteniéndose energía bioquímica.
7.
Excreción. La excreción es la expulsión al exterior, a través de la
membrana celular, de los productos de desecho del catabolismo. Estos
productos son normalmente el dióxido de carbono (CO2), el agua (H2O) y
el amoniaco (NH3).
2.5.2 La ingestión
Es la incorporación de sustancias desde el exterior de la célula a su interior a través de
la membrana plasmática, que posee la propiedad de la permeabilidad selectiva, es
decir, la facultad para controlar la entrada de los materiales. Este control se lleva a
cabo mediante sistemas de transporte específicos.
Dependiendo del tamaño de las moléculas, podemos distinguir estos sistemas de
transporte de la siguiente manera:
Si las moléculas son pequeñas se presentan dos tipos de sistemas, el PASIVO, donde no
se precisa consumo de energía, y el ACTIVO, donde se requiere una fuente de energía.
2.5.2.1. Permeabilidad celular: difusión y
transporte
SISTEMA PASIVO O DE DIFUSIÓN
Las moléculas se mueven espontáneamente desde el lado de la membrana donde
están más concentradas hasta el lado donde su concentración es menor, es decir, a
favor de su gradiente de concentración.
Puede ser simple o
TRANSPORTE
INESPECÍFICO O
SIMPLE
facilitada.
PASIVO
DIFUSIÓN
Se produce a través
de la bicacapa
lipídica, que es
atravesada
por moléculas no polares, gases, algunas hormonas y partículas polares sin carga.
TRANSPORTE PASIVO ESPECÍFICO O DIFUSIÓN FACILITADA
Es un proceso que permite el paso de las moléculas polares grandes y los iones por
difusión a través dos tipos de proteínas:
Las proteínas transportadoras
Son proteínas de transmembrana que se unen específicamente a la molécula que
transportan desde un lado a otro de la membrana. Esta unión provoca un cambio de
configuración en la proteína durante el transporte, pero que se recupera al finalizar el
proceso.
Este transporte es específico, ya que cada molécula transportada (azúcar,
aminoácido, etc) se une exclusivamente a su correspondiente transportador.
Las proteínas canal o canales iónicos.
Son proteínas de transmembrana que forman en su interior un canal acuoso por el
que pasan los iones. Estos canales están cerrados hasta que reciben un tipo de señal
adecuada. Según el tipo de señal se diferencian en:
Canales iónicos dependientes de ligando: si la señal es una sustancia química
denominada ligando, que pueden ser neurotransmisores, hormonas...
Canales iónicos dependientes de voltaje: se abren en respuesta a los cambios
de potencial de membrana, como por ejemplo, los canales de Na y K localizados
en la membrana plasmática de las neuronas.
SISTEMA ACTIVO
Es un proceso por el que las moléculas atraviesan la membrana plasmática en contra
de su gradiente de concentración. Este proceso se realiza mediante proteínas
transportadoras y consume energía que directa o indirectamente se obtiene del ATP.
Ejemplos de sistemas de transporte activo:
La bomba de Na/K, que consiste en un complejo proteico que extrae de la célula
tres iones positivos e introduce solo dos, con lo que contribuye a controlar la presión
osmótica intracelular y el potencial de membrana (bomba electrógena).
• Los sistemas de cotransporte, que consisten en proteinas de transmembrana
que transportan moleculas en contra de su gradiente de concentración. Para
ellos utilizan la energía potencial almacenada en el graciente iónico de Na, que
se establece entre un lado y otro de la membrana plasmática, creado
previamente por la bomba de Na/K. El cotransporte puede ser en el mismo en
distinto sentido.
Si se trata de macromoléculas y de partículas se realiza mediante la endocitosis.
2.5.2.2. Endocitosis: pinocitosis y
fagocitosis
Endocitosis:
Mecanismo por el cual las células toman partículas del exterior mediante unas
invaginaciones producidas en la membrana, las cuales forman las llamadas vesículas
intracelulares.
Según el tamaño de las partículas endocitadas podemos distinguir dos tipos de
endocitosis:
Fagocitosis: (partículas grandes). La célula extiende unas prolongaciones de
membrana llamadas pseudópodos, que van rodeando progresivamente a la
partícula que va a ser fagocitada hasta formar una vesícula de gran tamaño que
se denomina fagosoma. Los materiales fagocitados acaban siendo digeridos en
los lisosomas.
Pinocitosis: el material ingerido es líquido y queda englobado en pequeñas
vesículas que se forman a partir de pequeñas depresiones de membrana,
llamadas pozos recubiertos. Estas regiones se caracterizan por la presencia de
un armazón proteico formado pro subunidades de una proteína llamada
clatrina. A partir de ella se están formando continuamente vesícula de
pinocitosis. En este caso el material endocitado también acaba en los
lisosomas.
En los dos tipos de endocitosis participan proteínas denominadas receptores de
endocitosis que reconocen específicamente los materiales que van a ser endocitados
uniéndose a ellos. De este modo, las células incorporan solo las sustancias que les
interesan en cada momento.
La endocitosis es un proceso celular que consiste en la invaginación de la membrana
citoplasmática la cual acaban cerrándose y formando una vesícula intracelular cuyo
contenido puede ser muy diverso, es así transportado del exterior de la célula al
interior. Tipos: fagocitosis y pinocitosis.
Fagocitosis:
El material ingerido suele ser partículas relativamente grandes, como microorganismos
Endocitosis:
o restos celulares. La célula extiende unas prolongaciones de membrana llamadas
pseudópodos, que van rodeando progresivamente a la partícula que va a ser
fagocitada hasta formar una vesícula de gran tamaño que se denomina fagosoma. Los
materiales fagocitados acaban siendo digeridos en los lisosomas.
Pinocitosis:
El material ingerido es líquido o está en forma de pequeñas partículas, La cual queda
englobado en pequeñas vesículas que se forman a partir de pequeñas depresiones de
membrana, llamadas pozos recubiertos. Estas regiones, que existen en todas las
células, se caracterizan por la presencia, en la cara citosólica, de un armazón proteico
formado por subunidades de una proteína llamada clatrina. A partir de ellas se están
formando continuamente vesículas de pinocitosis. En este caso, el material endocitado
también acaba en los lisosomas
.
1.
Las lipoproteínas cargadas de colesterol se unen a sus receptores de endocitosis
en los pozos recubiertos.
2.
La acción de la clatrina provoca que los pozos recubiertos se invaginen y formen
vesículas recubiertas que encierran a los receptores unidos a las lipoproteínas.
3. A continuación, las vesículas recubiertas pierden su cubierta de clatrina y se
transforman en vesículas desnudas.
4. Las vesículas desnudas se fusionan con un compartimento membranoso, llamado
endosoma temprano. En este compartimento los receptores y las lipoproteínas se
separan y se reparten en vesículas que siguen caminos diferentes.
5. Por una parte, los receptores se concentran en vesículas de reciclaje que, mediante
un proceso de exocitosis, vuelven a fusionarse con la membrana plasmática. De esta
manera, los receptores de endocitosis son devueltos a la membrana plasmática,
donde son reutilizados.
6. Por otra parte, las lipoproteínas se reúnen en otras vesículas diferentes y son
transportadas a otro compartimento membranoso más interno, denominado
endosoma tardío.
7. Finalmente, el endosoma tardío se fusiona con los lisosomas primarios procedentes
del aparato de Golgi y forma un gran lisosoma secundario. En su interior los enzimas
lisosomales degradan las lipoproteínas y el colesterol sale libre al citosol donde puede
ser utilizado por la célula.
2.5.3. DIGESTIÓN
IMPLICADOS
CELULAR.
ORGÁNULOS
La célula se alimenta de las sustancias que penetran a través de las
membranas. En los animales pluricelulares, los nutrientes llegan disueltos en
agua y atraviesan la membrana por las proteínas reguladoras. Pero los
protozoos de vida libre y los glóbulos blancos, que comen microbios y células
defectuosas, han de ingerir partículas más grandes y digerirlas antes de
incorporar los nutrientes al citosol. Este proceso recibe el nombre de
fagocitosis.
Las células que realizan fagocitosis envuelven las partículas alimenticias con
prolongaciones del citoplasma, y llegan a formar unas vesículas llamadas
fagosomas. Éstos se unen a unos orgánulos llamados lisosomas, que son
vesículas llenas de jugos digestivos, y se forman los fagolisosomas, donde el
alimento es convertido poco a poco en sus componentes más sencillos.
Cuando los productos de la digestión ya son solubles en agua atraviesan la
membrana de la vacuola digestiva y se incorporan al citosol, las sobras
indigeribles son eliminadas porque la vacuola se fusiona con la membrana
plasmática y se abre al exterior. Es la egestión o defecación celular.
- ORGÁNULOS PARA ELABORAR SUSTANCIAS
Los orgánulos del citoplasma que fabrican sustancias a partir de los nutrientes
incorporados son: ribosomas, retículo endoplásmico y aparato de Golgi.
Los ribosomas son pequeños gránulos dispersos por el citosol o adosados a
las paredes del retículo endoplásmico. Elaboran las proteínas que la célula
necesita para crecer y funcionar.
El retículo endoplásmico es una extensa red de sáculos aplanados y túbulos
que llega a envolver el núcleo, formando la membrana nuclear. Una porción del
retículo endoplasmatico lleva ribosomas adosados a sus paredes, y otra no los
lleva; a la primera porción se la denomina retículo endoplasmatico rugoso y a la
segunda, retículo endoplasmatico liso. En el interior de las sáculos y túbulos del
retículo endoplasmatico se transforman las proteínas elaboradas por los
ribosomas de sus paredes, y se distribuyen por toda la célula, para su
distribución, de los sáculos y túbulos del reticulo endoplasmatico surgen
continuamente vesículas llenas de sustancias, la mayoría van a parar al
aparato de Golgi, y algunas van a fundirse con la membrana plasmática.
El aparato de Golgi, está formado por uno o varios conjuntos de sáculos
aplanados y apilados, no comunicados entre sí. A dichos sáculos llegan
vesículas procedentes del retículo endoplasmatico cuyo contenido sigue
sufriendo transformaciones a su paso por los sáculos del aparato de Golgi. Una
vez completada la maduración de las sustancias, éstas salen envueltas en
vesículas. Estas vesículas a veces se abren hacia el exterior de la célula, pues
son sustancias que cumplen allí su función, como la saliva elaborada por las
células de las glándulas salivares; es el proceso denominado secreción
celular
Otras vesículas quedan en el citoplasma para realizar en él su función, como
es el caso de los lisosomas.
Los lisosomas son vesículas membranosas procedentes del aparato de Golgi
que contienen un conjunto de enzimas hidrolíticos que se utilizan para la
digestión intracelular de todo tipo de macromoléculas biológicas.
Todos los encimas de los lisosomas son glucoproteinas que se sintetizan en el
RER y a continuación pasan a la cara cis del AG a través de estas vesículas de
transporte. Desde aquí pasan a la cara trans y se reúnen en vesículas
específicas que se desprenden por gemación de las cisternas del AG. Estas
vesículas son los lisosomas primarios. Los lisosomas son orgánulos muy
heterogéneos morfológicamente debido a la amplia variedad de materiales que
son capaces de digerir.
Los lisosomas que contienen solo enzimas y que aun no han participado
en procesos digestivos, se denominan lisosomas primarios; al
microscopio electrónico se ven como vesículas esféricas de pequeño
tamaño y de contenido homogéneo y electrodenso.
Los lisosomas primarios se unen a los endosomas tardíos y se forman
los lisosomas secundarios que contienen materiales en proceso de
digestión y presentan un tamaño y contenido heterogeneos.
Los lisosomas que han realizado el proceso digestivo y que mantienen
en su interior residuos no digeribles denominados cuerpos residuales.
Los lisosomas que han finalizado el proceso digestivo y que mantienen
en su interior cuerpos residuales no digeribles se denominan cuerpos
residuales.
Los lisosomas pueden considerase en su conjunto como el estomago de la
célula, ya que en ellos tiene lugar la digestión intracelular que se lleva a
cabo por heterofagia o por autofagia, según sea la procedencia del material
que va a sufrir la hidrólisis enzimatica.
-Heterogagia: es un proceso que consiste en la digestión de sustratos de
origen exógeno, que por lo general, son nutrientes. En el transporte de
macromoléculas y de partículas, los materiales voluminosos entran a la
célula por endocitosis (pinocitosis y fagocitosis):
-Autofagia: es un proceso que consiste en la digestión de materiales
procedentes del interior celular. Permite la destrucción de estructuras
celulares sobrantes u obsoletas y la supervivencia en condiciones de ayuno,
en las que la célula debe nutrirse a sus propias expensas. En proceso se
inicia cuando el orgánulo que va a ser destruido es rodeado por membranas
procedentes del RE y se forma un autofagosoma que luego se fusionara
con un lisosoma primario.
2.5.4. Excreción: exocitosis
La exocitosis es la segregación de la macromolécula y partículas hacia el medio
externo de la célula. Al igual que la endocitosis, implica la fusión con la membrana
plasmática de vesículas procedentes del citoplasma celular .
Los fenómenos de exocitosis tienen un papel muy importante en las funciones
celulares:
-
Funciones estructurales y de relación : formación del glucocálix o matriz
celular, intercambio de metabolitos con el exterior o traducción de señales
bioquímicas hacia el interior celular.
La secreción puede ser de dos tipos:
CONSTITUTIVA : SE REALIZA DE UNA FORMA CONTÍNUA A PARTIR DE VESÍCULAS
QUE PROVIENEN DE LAS CISTERNAS DE Golgi y suelen tener una función estructural
( reparar o renovar la membrana o el glucocálix)
REGULADA: Se producen en lugares concretos de la célula cuando recibe estímulos
externos. Es la típica de las glándulas exocrinas o endocrinas: (secreción de
hormonas), también de la liberación de neurotrasmisores en las neuronas. En estos
casos siempre aparecen las bolsas de clatrina recubriendo a la estructura.
FUNCIONES DE EXCRECIÓN. Es la secreción de los productos de desecho que se
produce tras la digestión celular de partículas ingeridas por fagocitosis.