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ESCUELA EUROPEA DE LUXEMBURGO I
4º SECUNDARIA
SECCION ESPAÑOLA
BIOLOGÍA
TEMA 4.1. BIOLOGÍA CELULAR
1. ¿QUÉ ES LA BIOLOGÍA?
En cursos anteriores, hemos estudiado Ciencias Integradas. A partir de este curso, esa asignatura se
subdivide en tres: Biología, Física y Química, cada una de ellas con un campo concreto de estudio.
Exactamente, ¿qué es lo que estudia la Biología? De una forma amplia, se puede decir que la Biología
es la Ciencia que estudia la estructura y
funcionamiento de los seres vivos, la Ciencia que
estudia la vida.
Pero, ¿qué es un ser vivo? La pregunta puede
parecer trivial. En algunos casos es muy fácil reconocer
a un ser vivo, como en el caso de los guepardos de aquí
al lado; pero en otros casos, como el de las bacterias,
reconocerlos como seres vivos es algo más difícil. ¿Qué
criterios debemos seguir?
Un ser vivo es un organismo que nace, crece, se nutre (es decir, intercambia materia y energía
con su entorno), se relaciona (es decir, percibe estímulos de su entorno y reacciona frente a ellos) y se
reproduce (es decir, produce descendientes).
Otra característica común a todos los seres vivos es el alto grado de complejidad de su estructura.
Como la Naturaleza tiende de forma espontánea al desorden, el mantenimiento de una estructura
compleja implica un gasto de energía, por lo que los seres vivos tienen también un metabolismo
complejo para, entre otras funciones, producir esa energía que necesitan.
2. NIVELES DE COMPLEJIDAD DE LOS SERES VIVOS
A diferencia de la materia inorgánica, los seres vivos están organizados de una forma muy compleja
en la que se reconocen múltiples niveles de organización, que vamos a resumir.

Un ser vivo está formado por átomos denominados bioelementos. Químicamente son los mismos
que los que forman el resto de la Naturaleza, pero su abundancia y las moléculas que forman son
diferentes. A este nivel lo denominamos nivel atómico.

Los bioelementos se unen para formar biomoléculas sencillas, como los azúcares, los ácidos grasos
o los aminoácidos.

Éstas pueden agruparse para formar biomoléculas grandes (o macromoléculas), como las
proteínas, el ADN o el almidón. Estos dos niveles forman el nivel molecular.

Las moléculas se agrupan para formar estructuras celulares llamadas habitualmente orgánulos
celulares, como el núcleo, los cilios o las mitocondrias.

Los orgánulos celulares se agrupan para formar células. Estos dos últimos niveles constituyen el
nivel celular. Todos los seres vivos llegan hasta el nivel de organización celular, o, dicho de otra
forma, todos los seres vivos están constituidos por células. En algunos de ellos (en los seres
unicelulares), el nivel celular coincide con el de organismo, pero en los seres pluricelulares, la
complejidad puede ir más allá.

Las células pueden agruparse para formar tejidos, que son grupos de células especializadas y con
estructura adaptada para realizar una determinada actividad, como el tejido óseo para sostener, el
tejido muscular para contraerse o el tejido epitelial para proteger.

Los tejidos se agrupan para formar órganos, estructuras capaces de realizar una función (un acto),
como el bíceps, capaz de plegar el brazo, el riñón, capaz de filtrar la sangre, o la tráquea, capaz de
transportar aire a los pulmones.

Los órganos se agrupan para formar aparatos o sistemas, que son capaces de desarrollar una
función compleja, como el aparato digestivo, capaz de hacer la digestión, el aparato reproductor,
capaz de producir descendientes, o el sistema locomotor, capaz de mover el organismo. La diferencia
entre aparato y sistema reside en que en un aparato, los órganos que lo componen actúan todos de
una forma secuencial en cada acto, como en la digestión. En un sistema, no es necesario que todos
los órganos actúen para realizar un acto, como es el caso del sistema nervioso.

Un conjunto de aparatos y sistemas forma un organismo pluricelular. Es el nivel orgánico. En
ocasiones, un organismo pluricelular puede no poseer tejidos como es el caso de seres como las algas
o los hongos, o poseerlos muy elementales como es el caso de las esponjas.
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Biología celular
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BIOLOGÍA

Los organismos pueden agruparse en poblaciones, que son grupos de individuos de la misma
especie que conviven en un área determinada.

Las poblaciones pueden agruparse en comunidades o biocenosis, que son los conjuntos de
poblaciones de distintas especies que conviven en un área determinada.

El conjunto formado por una biocenosis y el medio ambiente en que vive (biotopo) forman un
ecosistema. Estos tres últimos niveles forman el nivel ecológico.
3. LAS RAMAS DE LA BIOLOGÍA
Diversas ramas de la Biología se especializan en distintos aspectos. De una forma esquemática:
Átomos (bioelementos)
Bioquímica
Moléculas (biomoléculas)
Orgánulos celulares
Citología, Fisiología celular
Células
Histología
Tejidos
Órganos
Anatomía, Fisiología
Aparatos y sistemas
Zoología, Botánica, Microbiología, Taxonomía,
Genética, Etología
Individuos
Poblaciones
Ecología, Genética de poblaciones
Comunidades
Ecosistemas
Bioquímica: ciencia que estudia la composición y los procesos químicos que tienen lugar en un ser vivo.
Citología: ciencia que estudia la estructura de las células.
Fisiología celular: ciencia que estudia el funcionamiento de las células y los orgánulos celulares.
Histología: ciencia que estudia la estructura y función de los tejidos.
Anatomía: ciencia que estudia la estructura de órganos, aparatos y sistemas.
Fisiología: ciencia que estudia el funcionamiento de órganos, aparatos y sistemas.
Zoología: ciencia que estudia los animales; hay muchas ramas, como la Entomología (insectos),
Ictiología (peces), Ornitología (aves), etc.
Botánica: ciencia que estudia los vegetales.
Microbiología: ciencia que estudia los microbios.
Taxonomía: ciencia que estudia la clasificación de los seres vivos.
Genética: ciencia que estudia la transmisión de caracteres hereditarios de padres a hijos.
Etología: ciencia que estudia el comportamiento de los seres vivos.
Genética de poblaciones: ciencia que estudia la genética a nivel de grupos de seres vivos.
Ecología: ciencia que estudia las relaciones entre los seres vivos y su medio ambiente y de los seres
vivos entre sí.
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4. ESTUDIO DE LA ESTRUCTURA DE LOS SERES VIVOS
Para los antiguos, los seres vivos estaban formados por masas orgánicas en las que no llegaban a
distinguir más que humores (líquidos), fibras y piezas esqueléticas.
Para que progresara el conocimiento de la estructura de los seres vivos, hubo que esperar a que se
desarrollara el microscopio. En 1655 el inglés Robert Hooke, al observar al microscopio un fragmento de
corcho observó celdillas a las que dio nombre con la palabra latina (células), pero nadie asoció esta
observación a la estructura de los seres vivos.
En 1838 el botánico alemán Matthias Schleiden afirmó que todos los vegetales están formados por
células. El año siguiente, en 1839, el zoólogo, también alemán, Theodor Schwann afirma que todos los
animales también están formados por células. A partir de sus observaciones se desarrolla la llamada
Teoría celular que afirma que la célula es la unidad anatómica y funcional de los seres vivos, es decir que
todos los seres vivos están formados por células y que la célula es la estructura más simple que presenta
las funciones de un ser vivo.
En el siglo XVIII, el italiano Lazzaro Spallanzani y, en el XIX, el francés Louis Pasteur realizaron
experimentos para demostrar que no existe la generación espontánea. Esto, aplicado a las células,
implica que toda célula procede de otra célula.
En 1905, el estadounidense Ross Harrison logra cultivar por primera vez células “in vitro” células
de seres pluricelulares, con lo cual demuestra que las células son capaces de una vida independiente.
En 1926, los trabajos de los estadounidenses Clinton Davisson y Lester Germer llevaron al
desarrollo del microscopio electrónicos, que ha permitido un avance importantísimo en el conocimiento de
la estructura interna de la célula.
5. ESTRUCTURA DE LA CÉLULA
La estructura general de una célula, que se representa en la figura adjunta puede resumirse en las
siguientes partes:

Membrana:
es
la
envoltura de la célula que
cumple,
además,
importantes
funciones
vitales, como el control del
intercambio de sustancias
entre la célula y el medio
que la rodea.

Citoplasma: es la mayor
parte del contenido de la
célula, a excepción del
núcleo.
En
él
pueden
destacarse las siguientes
partes:


Citosol o hialoplasma: es un líquido viscoso formado por agua y sustancias disueltas. En él
existen una serie de proteínas que constituyen el citoesqueleto, que fijan la posición de los
orgánulos y facilitan los movimientos de sustancias y estructuras en el interior de la célula.
También puede haber gotas de grasa u otras sustancias insolubles.

Orgánulos: son estructuras situadas en el citosol que cumplen distintas funciones en la vida de
la célula, como veremos más tarde.
Núcleo: Es el órgano rector de la vida de la célula ya que conserva las instrucciones para su
funcionamiento (genes); su eliminación provoca la muerte celular en poco tiempo.
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Forma y tamaño de la célula
El esquema de célula representado anteriormente responde al tipo más común, pero la célula puede
presentar diversas formas que corresponden muchas veces a
sus funciones o modos de vida: las células que flotan
libremente en los líquidos, como los leucocitos, tienen forma
esférica; las células vegetales o las de los túbulos renales
(tubos microscópicos que componen el riñón) son poliédricas;
las neuronas tienen formas estrelladas, lo que les permite
enviar mensajes nerviosos a otras partes del cuerpo; los
eritrocitos son aplanados para aumentar su superficie y poder
absorber más rápidamente oxígeno.
También es muy variado el tamaño de las células. Las hay
visibles a simple vista, como las yemas de los huevos de las
aves, que están
formadas por una
sola célula. Pero
generalmente son
microscópicas. Al
lado se comparan
los
tamaños
típicos de una
célula
de
una
bacteria, de un
animal y de un
vegetal.
La membrana celular
Es una envoltura finísima, entre 6 y 10 millonésimas de milímetro (nanómetros) de espesor. Está
formada principalmente por una doble capa de fosfolípidos (sustancias insolubles en agua), que la hacen
impermeable para muchas sustancias.
La lámina es interrumpida por proteínas que cumplen diversas funciones, sobre todo, regular el paso
de sustancias a su través, funcionando como poros finísimos de apertura regulable.
La membrana se comporta de forma diferente para cada tipo de sustancia (se dice que tiene
permeabilidad selectiva):

Los gases y lípidos sencillos la atraviesan por difusión, desde el lado con mayor concentración
hacia el de menor concentración.

El agua la atraviesa por ósmosis desde la parte con menos solutos hacia la parte con más solutos.
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
Los iones y moléculas orgánicas sencillas (azúcares simples, aminoácidos) la atraviesan por
transporte facilitado, ayudados por proteínas de membrana llamadas permeasas (para moléculas
sencillas) o poros (para iones), desde la parte de mayor concentración a la de menor.

Algunos iones y moléculas orgánicas sencillas son capaces de atravesar la membrana desde la
parte de menor concentración hacia la de mayor ayudados por proteínas de membrana llamadas
bombas; el proceso se denomina transporte activo. Este proceso requiere gasto de energía, a
diferencia de los anteriores que no lo necesitan.
Otras proteínas se sitúan por dentro o por fuera de la membrana y cumplen otras funciones, como
facilitar reacciones químicas o actuar como puntos de reconocimiento de distintos tipos de células,
pudiendo distinguir si otra célula es del mismo tipo que ella o si es una célula extraña, provocando así
fenómenos de rechazo.
Orgánulos celulares
ENVUELTA
Los orgánulos celulares varían según el tipo de célula de que se trata. En el cuadro siguiente se
resumen los orgánulos que aparecen en los tres principales tipos de célula así como una breve
explicación de la función de cada uno de ellos.
MEMBRANA PLASMÁTICA
Animal Vegetal
SÍ
SÍ
SÍ
NO
SÍ
NO
Pared no celulósica
NO
NO
SÍ
SÍ
SÍ
SÍ
SÍ
SÍ
SÍ
SÍ
SÍ
SÍ
SÍ
NO
NO
Aparato de Golgi
SÍ
SÍ
NO
Lisosomas
SÍ
SÍ
NO
NO
SÍ
SÍ
NO
NO
NO
Centrosoma
SÍ
NO
NO
Cilios y flagelos
Mitocondrias
Cloroplastos
SÍ
SÍ
NO
NO
SÍ
SÍ
SÍ*
NO
NO
MEMBRANA NUCLEAR
SÍ
SÍ
NO
NUCLEOPLASMA
SÍ
SÍ
NO
NUCLEOLOS
SÍ
SÍ
NO
Ribosomas
Retículo
endoplasmático
CITOPLASMA
CÉLULA
PROCARIOTA
Pared celulósica
CITOSOL (HIALOPLASMA)
NÚCLEO
CÉLULA
EUCARIOTA
Vacuolas
- rugoso
- liso
Grande (una/dos)
Pequeña (varias)
FUNCIÓN
Intercambio, adhesión e identidad
Estructural-protectora, intercambio de
sustancias simples inorgánicas
Estructural-protectora, intercambio de
sustancias e identidad
Contiene los orgánulos y en él ocurren las
reacciones metabólicas
Síntesis de proteínas
Transformación de proteínas
Síntesis de lípidos
Formación de vesículas de secreción,
lisosomas, etc.
Digestión celular y procesos de
autohidrólisis
Almacén de sustancias
Digestión celular
Genera el huso mitótico en la división
celular y organiza el citoesqueleto
Locomoción y captura de partículas
Respiración celular (obtiene energía)
Fotosíntesis y almacén de sustancias
Aislamiento del material nuclear e
intercambio con el citoplasma
Medio de los componentes y reacciones
celulares
Síntesis de ARNr para formar los
ribosomas
Material genético
CROMATINA
SÍ
SÍ
SÍ*
(*) Con características estructurales diferentes de sus homólogos en la célula eucariota.
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Biología celular
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La célula vegetal
Forman el cuerpo de las plantas y tiene las siguientes particularidades respecto de las que forman el
cuerpo de los animales (ver esquema en la hoja número 1):
1. Posee una envuelta exterior a la
membrana plasmática que se llama
pared
celular.
Está
formada
principalmente por celulosa y es
interrumpida por unos poros que
facilitan
la
comunicación
entre
células vecinas.
2. Tiene vacuolas que, a medida que la
célula envejece se van reuniendo en
una gran vacuola que ocupa casi
todo el volumen celular y acaba por
ahogar a la célula. Contienen
diversas
en
particular
las
de
desecho.
3. Carece de centrosoma y de cilios y
flagelos, pues las células vegetales
no suelen tener movimiento.
4. Contiene cloroplastos
realizar la fotosíntesis.
capaces
de
La célula procariota
Los organismos con células procariotas más conocidos son las bacterias, que se adaptan a muchos
tipos de vida: las hay parásitas que producen enfermedades en animales y vegetales, otras viven en todo
tipo de medios descomponiendo todo tipo de materia orgánica, otras son fotosintéticas y otras son
utilizadas porque pueden realizar fermentaciones, como las que producen el yogurt o el vinagre.
La estructura procariótica se caracteriza por lo siguiente:
1. Su material genético (ADN) no está
rodeado por una membrana sino que
está disperso en el citoplasma.
2. Apenas
tiene
orgánulos
citoplasmáticos:
ribosomas
o
flagelos, que, además son más
sencillos que los de las células
eucariotas.
3. Suelen tener una pared celular
exterior a la membrana, pero no
está hecha de celulosa.
4. Algunas no pueden hacer ni la
respiración celular ni la fotosíntesis y
tienen que fabricar la energía que
necesitan mediante fermentaciones.
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6. LA VIDA DE LA CÉLULA
Como unidad fisiológica de los seres vivos, la célula realiza las funciones características de éstos:
nutrición, relación y reproducción.
Nutrición celular
Según la naturaleza química de los nutrientes que incorpora la célula podemos distinguir dos tipos:
- Nutrición autótrofa: los nutrientes son sustancias inorgánicas simples (agua, dióxido de carbono,
sales) que la célula transforma en materia orgánica mediante energía luminosa (fotosíntesis) o
química (quimiosíntesis). Es típica de algas, vegetales complejos y algunas bacterias.
- Nutrición heterótrofa: los nutrientes son moléculas orgánicas que contienen energía química. Es
típica de protozoos, animales, hongos y otras bacterias.
La fotosíntesis
Los cloroplastos tienen en su interior laminillas y vesículas apiladas formando granos de color
verde. Están formados por membranas que contienen clorofila, molécula verde que es capaz de
captar la energía de la luz solar y
aprovecharla para formar ATP y otras
sustancias
energéticas.
Este
proceso
consume agua y se denomina fase
luminosa.
El ATP y las otras sustancias energéticas
pasan al espacio interior del cloroplasto,
donde, con ayuda de proteínas, contribuyen a
transformar el dióxido de carbono en
azúcares y otros alimentos. Este proceso se
denomina fase oscura.
En resumen, gracias a la energía de la
luz y al papel de la clorofila y algunas
proteínas, en la fotosíntesis se consume agua
y dióxido de carbono (sustancias inorgánicas)
y se obtienen azúcares (sustancia orgánica
necesaria para la nutrición células) y oxígeno
(también necesario para la respiración
celular).
La digestión celular
Se realiza mediante la formación de
unas vesículas o bolsitas en la membrana
que engloban al alimento. Una vez en el
interior, estas vesículas se unen a orgánulos
llamados lisosomas, que son vesículas
llenas de jugos digestivos, y se forman
vacuolas digestivas, donde el alimento es
convertido poco a poco en componentes
más sencillos.
Cuando el producto ya es soluble en
agua, atraviesa la membrana de la vacuola
y se reparte por la célula. Los restos son
eliminados porque la vacuola se abre
nuevamente al exterior.
El alimento introducido en la célula puede
tener dos destinos:
Tema 1
-
Ser transformado en energía necesaria para el funcionamiento celular.
-
Ser transformado en otras sustancias que la célula necesita para vivir.
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