Estructura celular del cuerpo. Lecciones completas - Hipermercado del conocimiento. Estructura y funciones de la célula Estructura y funciones de las estructuras celulares

Divide todas las células (o organismos vivos) en dos tipos: procariotas Y eucariotas. Los procariotas son células u organismos libres de armas nucleares, que incluyen virus, bacterias procarióticas y algas verdiazules, en los que la célula está formada directamente por un citoplasma, en el que se encuentra un cromosoma. molécula de ADN(a veces ARN).

Células eucariotas tener un núcleo que contiene nucleoproteínas (proteína histona + complejo de ADN), así como otras organoides. Los eucariotas incluyen la mayoría de los organismos vivos unicelulares y multicelulares modernos conocidos por la ciencia (incluidas las plantas).

La estructura de los granoides eucariotas.

nombre organoide	estructura organoide	Funciones del organoide
Citoplasma	El ambiente interno de una célula en el que se encuentran el núcleo y otros orgánulos. Tiene una estructura semilíquida de grano fino.	Realiza una función de transporte. Regula la velocidad de los procesos bioquímicos metabólicos. Proporciona interacción entre orgánulos.
ribosomas	Pequeños organoides de forma esférica o elipsoidal con un diámetro de 15 a 30 nanómetros.	Proporcionan el proceso de síntesis de moléculas de proteínas y su ensamblaje a partir de aminoácidos.
mitocondrias	Organelos que tienen una amplia variedad de formas, desde esféricas hasta filamentosas. En el interior de las mitocondrias hay pliegues de 0,2 a 0,7 µm. La capa exterior de las mitocondrias tiene una estructura de doble membrana. La membrana exterior es lisa y en la interior hay excrecencias en forma de cruz con enzimas respiratorias.	Las enzimas de las membranas proporcionan la síntesis de ATP (ácido adenosina trifosfórico). Función energética. Las mitocondrias proporcionan energía a la célula liberándola durante la descomposición del ATP.
Retículo endoplásmico (RE)	Un sistema de membranas en el citoplasma que forma canales y cavidades. Hay dos tipos: granular, que tiene ribosomas, y lisa.	Proporciona procesos para la síntesis de nutrientes (proteínas, grasas, carbohidratos). Las proteínas se sintetizan en EPS granulares, mientras que las grasas y los carbohidratos se sintetizan en EPS lisos. Proporciona circulación y entrega de nutrientes dentro de la célula.
plastidios(orgánulos característicos únicamente de las células vegetales) son de tres tipos:	Organelos de doble membrana
Leucoplastos	Plástidos incoloros que se encuentran en tubérculos, raíces y bulbos de plantas.	Son un reservorio adicional para almacenar nutrientes.
cloroplastos	Los orgánulos tienen forma ovalada y color verde. Están separados del citoplasma por dos membranas de tres capas. Los cloroplastos contienen clorofila.	Convierten sustancias orgánicas de inorgánicas utilizando energía solar.
Cromoplastos	Organelos, de color amarillo a marrón, en los que se acumula el caroteno.	Promueve la aparición de partes de color amarillo, naranja y rojo en las plantas.
lisosomas	Los orgánulos tienen forma redonda con un diámetro de aproximadamente 1 micrón, tienen una membrana en la superficie y un complejo de enzimas en el interior.	Función digestiva. Digieren partículas de nutrientes y eliminan partes muertas de la célula.
complejo de Golgi	Puede ser de diferentes formas. Consta de cavidades delimitadas por membranas. Desde las cavidades se extienden formaciones tubulares con burbujas en los extremos.	Forma lisosomas. Recoge y elimina sustancias orgánicas sintetizadas en EPS.
centro celular	Consiste en una centrosfera (una sección densa del citoplasma) y centriolos, dos cuerpos pequeños.	Realiza una función importante para la división celular.
Inclusiones celulares	Carbohidratos, grasas y proteínas, que son componentes no permanentes de la célula.	Nutrientes de repuesto que se utilizan para el funcionamiento celular.
organoides de movimiento	Flagelos y cilios (excrecencias y células), miofibrillas (formaciones en forma de hilos) y pseudópodos (o pseudópodos).	Realizan una función motora y también proporcionan el proceso de contracción muscular.

Nucleo celular es el orgánulo principal y más complejo de la célula, por eso lo consideraremos

Lo más valioso que tiene una persona es su propia vida y la vida de sus seres queridos. Lo más valioso de la Tierra es la vida en general. Y en la base de la vida, en la base de todos los organismos vivos, están las células. Podemos decir que la vida en la Tierra tiene una estructura celular. Por eso es tan importante saber cómo se estructuran las células. La estructura de las células se estudia mediante citología, la ciencia de las células. Pero la idea de células es necesaria para todas las disciplinas biológicas.

¿Qué es una célula?

Definición del concepto

Celúla es una unidad estructural, funcional y genética de todos los seres vivos, que contiene información hereditaria, formada por una membrana, citoplasma y orgánulos, capaces de mantenimiento, intercambio, reproducción y desarrollo. © Sazonov V.F., 2015. © kineziolog.bodhy.ru, 2015..

Esta definición de célula, aunque breve, es bastante completa. Refleja 3 lados de la universalidad de la célula: 1) estructural, es decir como unidad estructural, 2) funcional, es decir. como unidad de actividad, 3) genética, es decir. como unidad de herencia y relevo generacional. Una característica importante de una célula es la presencia de información hereditaria en forma de ácido nucleico: ADN. La definición también refleja la característica más importante de la estructura celular: la presencia de una membrana externa (plasmolema) que separa la célula de su entorno. Y, finalmente, 4 signos de vida más importantes: 1) mantener la homeostasis, es decir constancia del entorno interno en condiciones de su constante renovación, 2) intercambio con el entorno externo de materia, energía e información, 3) la capacidad de reproducirse, es decir a la autorreproducción, reproducción, 4) capacidad de desarrollo, es decir al crecimiento, diferenciación y morfogénesis.

Una definición más corta pero incompleta: Celúla es la unidad de vida elemental (la más pequeña y simple).

Una definición más completa de una celda:

Celúla es un sistema ordenado y estructurado de biopolímeros unidos por una membrana activa, formando el citoplasma, el núcleo y los orgánulos. Este sistema de biopolímeros participa en un único conjunto de procesos metabólicos, energéticos e informativos que mantienen y reproducen todo el sistema en su conjunto.

Textil es un conjunto de células similares en estructura, función y origen, que realizan conjuntamente funciones comunes. En los seres humanos, dentro de los cuatro grupos principales de tejidos (epitelial, conectivo, muscular y nervioso), existen alrededor de 200 tipos diferentes de células especializadas [Faler D.M., Shields D. Molecular biology of the cell: A Guide for Doctors. / por. De inglés - M.: BINOM-Press, 2004. - 272 p.].

Los tejidos, a su vez, forman órganos y los órganos forman sistemas de órganos.

Un organismo vivo comienza a partir de una célula. Fuera de la célula no hay vida; fuera de la célula sólo es posible la existencia temporal de moléculas de vida, por ejemplo en forma de virus. Pero para una existencia y reproducción activas, incluso los virus necesitan células, incluso las extrañas.

Estructura celular

La siguiente figura muestra los diagramas de estructura de 6 objetos biológicos. Analiza cuáles de ellas pueden considerarse células y cuáles no, según dos opciones de definición del concepto “célula”. Presente su respuesta en forma de tabla:

Estructura celular bajo un microscopio electrónico.

Membrana

La estructura universal más importante de la célula es membrana celular (sinónimo: plasmalema), cubriendo la célula en forma de una fina película. La membrana regula la relación entre la célula y su entorno, a saber: 1) separa parcialmente el contenido de la célula del entorno externo, 2) conecta el contenido de la célula con el entorno externo.

Centro

La segunda estructura celular más importante y universal es el núcleo. No está presente en todas las células, a diferencia de la membrana celular, por eso lo ponemos en segundo lugar. El núcleo contiene cromosomas que contienen dobles hebras de ADN (ácido desoxirribonucleico). Las secciones de ADN son plantillas para la construcción del ARN mensajero, que a su vez sirven como plantillas para la construcción de todas las proteínas celulares del citoplasma. Así, el núcleo contiene, por así decirlo, “modelos” de la estructura de todas las proteínas de la célula.

Citoplasma

Este es el ambiente interno semilíquido de la célula, dividido en compartimentos por membranas intracelulares. Suele tener un citoesqueleto para mantener una determinada forma y está en constante movimiento. El citoplasma contiene orgánulos e inclusiones.

En tercer lugar podemos poner todas las demás estructuras celulares que pueden tener membrana propia y se denominan orgánulos.

Los orgánulos son estructuras celulares permanentes, necesariamente presentes, que realizan funciones específicas y tienen una estructura específica. Según su estructura, los orgánulos se pueden dividir en dos grupos: orgánulos de membrana, que necesariamente incluyen membranas, y orgánulos sin membrana. A su vez, los orgánulos de membrana pueden ser de una sola membrana, si están formados por una membrana, y de doble membrana, si la capa de los orgánulos es doble y consta de dos membranas.

Inclusiones

Las inclusiones son estructuras no permanentes de la célula que aparecen en ella y desaparecen durante el proceso de metabolismo. Hay 4 tipos de inclusiones: tróficas (con aporte de nutrientes), secretoras (que contienen secreciones), excretoras (que contienen sustancias “para ser liberadas”) y pigmentarias (que contienen pigmentos - sustancias colorantes).

Estructuras celulares, incluidos orgánulos ( )

Inclusiones . No están clasificados como orgánulos. Las inclusiones son estructuras no permanentes de la célula que aparecen en ella y desaparecen durante el proceso de metabolismo. Hay 4 tipos de inclusiones: tróficas (con aporte de nutrientes), secretoras (que contienen secreciones), excretoras (que contienen sustancias “para ser liberadas”) y pigmentarias (que contienen pigmentos - sustancias colorantes).

(plasmolema).
Núcleo con nucléolo .
Retículo endoplásmico : rugoso (granular) y liso (agranular).
Complejo de Golgi (aparato) .
mitocondrias .
ribosomas .
lisosomas . Los lisosomas (del gr. lisis - "descomposición, disolución, desintegración" y soma - "cuerpo") son vesículas con un diámetro de 200 a 400 micrones.
peroxisomas . Los peroxisomas son microcuerpos (vesículas) de 0,1 a 1,5 µm de diámetro, rodeados por una membrana.
proteosomas . Los proteosomas son orgánulos especiales para descomponer proteínas.
fagosomas .
Microfilamentos . Cada microfilamento es una doble hélice de moléculas globulares de proteína actina. Por lo tanto, el contenido de actina incluso en células no musculares alcanza el 10% de todas las proteínas.
Filamentos intermedios . Son un componente del citoesqueleto. Son más gruesos que los microfilamentos y tienen una naturaleza específica de tejido:
microtúbulos . Los microtúbulos forman una densa red en la célula. La pared de los microtúbulos consta de una sola capa de subunidades globulares de la proteína tubulina. Una sección transversal muestra 13 de estas subunidades formando un anillo.
centro celular .
plastidios .
vacuolas . Las vacuolas son orgánulos de una sola membrana. Son “contenedores” de membrana, burbujas llenas de soluciones acuosas de sustancias orgánicas e inorgánicas.
Cilios y flagelos (orgánulos especiales) . Consisten en 2 partes: un cuerpo basal ubicado en el citoplasma y un axonema, un crecimiento sobre la superficie de la célula, que está cubierto por fuera con una membrana. Proporcionar movimiento celular o movimiento del entorno encima de la célula.

La célula consta de: aparato de superficie, citoplasma, núcleo.

Aparato de superficie tiene: una membrana, un complejo supramembrana, un complejo submembrana.

Según el modelo de mosaico fluido. membrana comprende doble capa moléculas lípidos, en el que están incrustadas las moléculas de proteínas.

complejo supramembrana - Glycocalyx contiene carbohidratos y proteínas.

Complejo submembrana representado por microfibrillas y microtúbulos.

En el citoplasma se encuentran: hialoplasma, orgánulos de propósito general, orgánulos de propósito especial, inclusiones.

hialoplasmaEs una solución coloidal con sistemas enzimáticos.

organelos- partes vitales de la célula. Están constantemente presentes en la célula, tienen una determinada estructura y realizan determinadas funciones.

Organelos de propósito general: retículo endoplásmico: liso, rugoso; complejo de Golgi, mitocondrias, ribosomas, lisosomas (primarios, secundarios), centro celular, plastidios (cloroplastos, cromoplastos, leucoplastos);

Organelos para fines especiales: flagelos, cilios, miofibrillas, neurofibrillas; inclusión(componentes no permanentes de la célula): repuesto, secretor, específico.

CentroConsiste en una cáscara, nucleolo, carioplasma, estructuras de cromatina.

Arroz. 4.La estructura de una célula animal y sus componentes.

Mesa 1.Estructura y funciones de una célula eucariota.

Continuación de la mesa. 1

Preguntas para el autocontrol

1. ¿Qué es una célula?

2. ¿Qué son los orgánulos celulares?

3. ¿Qué son las inclusiones?

4. ¿Cuáles son los componentes de una célula?

5. ¿En qué consiste el aparato de la superficie celular?

6. ¿Qué estructura tiene la membrana celular?

7. ¿Qué está incluido en el citoplasma?

8. ¿Qué orgánulos de uso general están presentes en las células vegetales y animales?

Las células que forman los tejidos de plantas y animales varían significativamente en forma, tamaño y estructura interna. Sin embargo, todos revelan similitudes en las características principales de los procesos vitales, el metabolismo, la irritabilidad, el crecimiento, el desarrollo y la capacidad de cambiar.

Las transformaciones biológicas que ocurren en una célula están indisolublemente ligadas a aquellas estructuras de una célula viva que son responsables de realizar una u otra función. Estas estructuras se denominan orgánulos.

Las células de todo tipo contienen tres componentes principales, inextricablemente vinculados:

estructuras que forman su superficie: la membrana externa de la célula, o la membrana celular, o la membrana citoplasmática;
citoplasma con todo un complejo de estructuras especializadas: orgánulos (retículo endoplásmico, ribosomas, mitocondrias y plastidios, complejo de Golgi y lisosomas, centro celular), constantemente presentes en la célula, y formaciones temporales llamadas inclusiones;
núcleo: separado del citoplasma por una membrana porosa y contiene savia nuclear, cromatina y nucléolo.

Estructura celular

El aparato de superficie de la célula (membrana citoplasmática) de plantas y animales tiene algunas características.

En los organismos unicelulares y los leucocitos, la membrana externa asegura la penetración de iones, agua y pequeñas moléculas de otras sustancias en la célula. El proceso de penetración de partículas sólidas en una célula se llama fagocitosis y la entrada de gotas de sustancias líquidas se llama pinocitosis.

La membrana plasmática externa regula el intercambio de sustancias entre la célula y el entorno externo.

Las células eucariotas contienen orgánulos cubiertos por una doble membrana: mitocondrias y plastidios. Contienen su propio ADN y aparato de síntesis de proteínas, se reproducen por división, es decir, tienen cierta autonomía en la célula. Además del ATP, en las mitocondrias se sintetizan pequeñas cantidades de proteínas. Los plástidos son característicos de las células vegetales y se reproducen por división.

Estructura de la membrana celular.

tipos de células	Estructura y funciones de las capas externa e interna de la membrana celular.
	capa exterior (composición química, funciones)	capa interna - membrana plasmática
	capa exterior (composición química, funciones)	composición química	funciones
Células vegetales	Consiste en fibra. Esta capa sirve como marco de la célula y realiza una función protectora.	Dos capas de proteínas, entre ellas hay una capa de lípidos.	Limita el ambiente interno de la célula del externo y mantiene estas diferencias.
Células animales	La capa exterior (glucocáliz) es muy fina y elástica. Se compone de polisacáridos y proteínas. Realiza una función protectora.	Mismo	Enzimas especiales de la membrana plasmática regulan la penetración de muchos iones y moléculas en la célula y su liberación al ambiente externo.

Los orgánulos de membrana única incluyen el retículo endoplásmico, el complejo de Golgi, los lisosomas y varios tipos de vacuolas.

Las herramientas de investigación modernas han permitido a los biólogos establecer que, según la estructura de la célula, todos los seres vivos deben dividirse en organismos "no nucleares": procariotas y "nucleares", eucariotas.

Las bacterias procariotas y las algas verdiazules, así como los virus, tienen un solo cromosoma, representado por una molécula de ADN (con menos frecuencia ARN), ubicada directamente en el citoplasma de la célula.

La estructura de los orgánulos del citoplasma celular y sus funciones.

Organoides principales	Estructura	Funciones
Citoplasma	Medio interno semilíquido de estructura de grano fino. Contiene núcleo y orgánulos.	Proporciona interacción entre el núcleo y los orgánulos. Regula la velocidad de los procesos bioquímicos. Realiza una función de transporte.
ER - retículo endoplásmico	Un sistema de membranas en el citoplasma que forma canales y cavidades más grandes; el EPS es de 2 tipos: granular (rugoso), en el que se ubican muchos ribosomas, y liso.	Realiza reacciones asociadas a la síntesis de proteínas, carbohidratos, grasas. Promueve el transporte y circulación de nutrientes dentro de la célula. Las proteínas se sintetizan en EPS granulares, los carbohidratos y las grasas se sintetizan en EPS lisos.
ribosomas	Cuerpos pequeños con un diámetro de 15-20 mm.	Realizar la síntesis de moléculas de proteínas y su ensamblaje a partir de aminoácidos.
mitocondrias	Tienen formas esféricas, filiformes, ovaladas y otras. Dentro de las mitocondrias hay pliegues (de 0,2 a 0,7 µm de longitud). La cubierta exterior de las mitocondrias consta de 2 membranas: la exterior es lisa y la interior forma excrecencias en forma de cruz en las que se encuentran las enzimas respiratorias.	Proporciona energía a la célula. La energía se libera mediante la descomposición del ácido adenosín trifosfórico (ATP) La síntesis de ATP se lleva a cabo mediante enzimas en las membranas mitocondriales.
Los plastidios son característicos únicamente de las células vegetales y son de tres tipos:	Organelos celulares de doble membrana
cloroplastos	Son de color verde, de forma ovalada y están delimitados desde el citoplasma por dos membranas de tres capas. Dentro del cloroplasto hay caras donde se concentra toda la clorofila.	Utiliza la energía luminosa del sol y crea sustancias orgánicas a partir de inorgánicas.
cromoplastos	Amarillo, naranja, rojo o marrón, formado como resultado de la acumulación de caroteno.	Da colores rojo y amarillo a diferentes partes de las plantas.
leucoplastos	Plastidos incoloros (que se encuentran en raíces, tubérculos y bulbos)	Almacenan nutrientes de reserva.
complejo de Golgi	Puede tener diferentes formas y está formado por cavidades delimitadas por membranas y de ellas salen tubos con burbujas al final.	Acumula y elimina sustancias orgánicas sintetizadas en el retículo endoplásmico. Forma lisosomas
lisosomas	Cuerpos redondos con un diámetro de aproximadamente 1 micrón. Tienen una membrana (piel) en la superficie, en cuyo interior se encuentra un complejo de enzimas.	Realizar una función digestiva: digerir partículas de alimentos y eliminar orgánulos muertos.
Organelos de movimiento celular.	Flagelos y cilios, que son excrecencias celulares y tienen la misma estructura en animales y plantas. Miofibrillas: filamentos delgados de más de 1 cm de largo y 1 micrón de diámetro, ubicados en haces a lo largo de la fibra muscular. seudópodos	Realizar la función de movimiento. Provocan contracción muscular. Locomoción debida a la contracción de una proteína contráctil especial.
Inclusiones celulares	Estos son los componentes inestables de la célula: carbohidratos, grasas y proteínas.	Nutrientes de repuesto utilizados durante la vida celular.
centro celular	Consta de dos cuerpos pequeños: centríolos y centrosfera, una sección densa del citoplasma.	Desempeña un papel importante en la división celular.

Los eucariotas tienen una gran riqueza de orgánulos y tienen núcleos que contienen cromosomas en forma de nucleoproteínas (un complejo de ADN con la proteína histona). Los eucariotas incluyen la mayoría de las plantas y animales modernos, tanto unicelulares como multicelulares.

Hay dos niveles de organización celular:

procarióticos: sus organismos tienen una estructura muy simple: son formas unicelulares o coloniales que forman el reino de las escopetas, las algas verdiazules y los virus.
eucariotas: formas unicelulares coloniales y multicelulares, desde las más simples (rizomas, flagelados, ciliados) hasta plantas y animales superiores, que constituyen el reino vegetal, el reino fúngico y el reino animal.

Estructura y funciones del núcleo celular.

Organelos principales	Estructura	Funciones
Núcleo de células vegetales y animales.	Forma redonda u ovalada
	La envoltura nuclear consta de 2 membranas con poros.	Separa el núcleo del citoplasma. Hay un intercambio entre el núcleo y el citoplasma.
	Jugo nuclear (carioplasma) - sustancia semilíquida	Entorno en el que se encuentran los nucléolos y los cromosomas.
	Los nucléolos son de forma esférica o irregular.	Sintetizan ARN, que forma parte del ribosoma.
	Los cromosomas son estructuras densas, alargadas o en forma de hilos visibles sólo durante la división celular.	Contienen ADN, que contiene información hereditaria que se transmite de generación en generación.

Todos los orgánulos celulares, a pesar de las peculiaridades de su estructura y funciones, están interconectados y "funcionan" para la célula como un sistema único en el que el citoplasma es el eslabón de conexión.

Los objetos biológicos especiales que ocupan una posición intermedia entre la naturaleza viva y la inanimada son los virus, descubiertos en 1892 por D.I Ivanovsky y actualmente constituyen el objeto de una ciencia especial: la virología.

Los virus se reproducen únicamente en las células de plantas, animales y humanos, causando diversas enfermedades. Los virus tienen una estructura muy estratificada y están formados por ácido nucleico (ADN o ARN) y una cubierta proteica. Fuera de las células huésped, la partícula viral no presenta ninguna función vital: no se alimenta, no respira, no crece, no se reproduce.

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Plan

1. Célula, su estructura y funciones.

2. El agua en la vida de la célula.

3. Metabolismo y energía en la célula.

4. Nutrición celular. Fotosíntesis y quimiosíntesis.

5. Código genético. Síntesis de proteínas en la célula.

6. Regulación de la transcripción y traducción en la célula y el cuerpo.

Bibliografía

1. Célula, su estructura y funciones.

Las células están ubicadas en la sustancia intercelular, que les proporciona fuerza mecánica, nutrición y respiración. Las partes principales de cualquier célula son el citoplasma y el núcleo.

La célula está cubierta por una membrana que consta de varias capas de moléculas, lo que proporciona una permeabilidad selectiva a las sustancias. El citoplasma contiene las estructuras más pequeñas: los orgánulos. Los orgánulos celulares incluyen: retículo endoplasmático, ribosomas, mitocondrias, lisosomas, complejo de Golgi, centro celular.

La célula consta de: aparato de superficie, citoplasma, núcleo.

La estructura de una célula animal.

Membrana externa o plasmática- delimita el contenido de la célula del medio ambiente (otras células, sustancia intercelular), está formado por moléculas de lípidos y proteínas, asegura la comunicación entre las células, el transporte de sustancias dentro de la célula (pinocitosis, fagocitosis) y fuera de la célula.

Citoplasma- el ambiente interno semilíquido de la célula, que proporciona comunicación entre el núcleo y los orgánulos ubicados en él. Los principales procesos de la vida tienen lugar en el citoplasma.

Orgánulos celulares:

1) retículo endoplasmático (RE)- un sistema de túbulos ramificados, participa en la síntesis de proteínas, lípidos y carbohidratos, en el transporte de sustancias en la célula;

2) ribosomas- Los cuerpos que contienen ARNr se encuentran en el RE y en el citoplasma y participan en la síntesis de proteínas. Los EPS y los ribosomas son un único aparato para la síntesis y el transporte de proteínas;

3) mitocondrias- “centrales eléctricas” de la célula, delimitadas del citoplasma por dos membranas. El interior forma crestas (pliegues), aumentando su superficie. Las enzimas de las crestas aceleran la oxidación de sustancias orgánicas y la síntesis de moléculas de ATP ricas en energía;

4) complejo de Golgi- un grupo de cavidades delimitadas por una membrana del citoplasma, llenas de proteínas, grasas y carbohidratos, que se utilizan en procesos vitales o se eliminan de la célula. Las membranas del complejo realizan la síntesis de grasas y carbohidratos;

5) lisosomas- Los cuerpos llenos de enzimas aceleran la descomposición de las proteínas en aminoácidos, de los lípidos en glicerol y ácidos grasos y de los polisacáridos en monosacáridos. En los lisosomas, se destruyen las partes muertas de la célula, células enteras.

Inclusiones celulares- acumulaciones de nutrientes de reserva: proteínas, grasas e hidratos de carbono.

Centro- la parte más importante de la célula.

Está cubierto por una capa de dos membranas con poros, a través de los cuales algunas sustancias penetran en el núcleo y otras en el citoplasma.

Los cromosomas son las principales estructuras del núcleo, portadores de información hereditaria sobre las características del organismo. Se transmite durante la división de la célula madre a las células hijas y de las células germinales a los organismos hijos.

El núcleo es el sitio de síntesis de ADN, ARNm y ARNr.

Composición química de la célula.

La célula es la unidad elemental de la vida en la Tierra. Tiene todas las características de un organismo vivo: crece, se reproduce, intercambia sustancias y energía con el medio ambiente y reacciona a estímulos externos. El comienzo de la evolución biológica está asociado con la aparición de formas de vida celular en la Tierra. Los organismos unicelulares son células que existen separadas unas de otras. El cuerpo de todos los organismos multicelulares (animales y plantas) está formado por un número mayor o menor de células, que son una especie de bloques que forman un organismo complejo. Independientemente de si una célula es un sistema vivo integral, un organismo separado o constituye solo una parte de él, está dotada de un conjunto de características y propiedades comunes a todas las células.

En las células se encontraron alrededor de 60 elementos de la tabla periódica de Mendeleev, que también se encuentran en la naturaleza inanimada. Ésta es una de las pruebas de la similitud de la naturaleza viva e inanimada. En los organismos vivos, los más abundantes son el hidrógeno, el oxígeno, el carbono y el nitrógeno, que constituyen aproximadamente el 98% de la masa de las células. Esto se debe a las peculiares propiedades químicas del hidrógeno, el oxígeno, el carbono y el nitrógeno, por lo que resultaron ser los más adecuados para la formación de moléculas que realizan funciones biológicas. Estos cuatro elementos son capaces de formar enlaces covalentes muy fuertes mediante el emparejamiento de electrones pertenecientes a dos átomos. Los átomos de carbono unidos covalentemente pueden formar las estructuras de innumerables moléculas orgánicas diferentes. Dado que los átomos de carbono forman fácilmente enlaces covalentes con oxígeno, hidrógeno, nitrógeno y azufre, las moléculas orgánicas alcanzan una complejidad y diversidad estructural excepcionales.

Además de los cuatro elementos principales, la célula contiene cantidades notables (10 y 100 por ciento) de hierro, potasio, sodio, calcio, magnesio, cloro, fósforo y azufre. Todos los demás elementos (zinc, cobre, yodo, flúor, cobalto, manganeso, etc.) se encuentran en la célula en cantidades muy pequeñas y, por tanto, se denominan oligoelementos.

Los elementos químicos forman parte de compuestos inorgánicos y orgánicos. Los compuestos inorgánicos incluyen agua, sales minerales, dióxido de carbono, ácidos y bases. Los compuestos orgánicos son proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, grasas (lípidos) y lipoides. Además de oxígeno, hidrógeno, carbono y nitrógeno, pueden contener otros elementos. Algunas proteínas contienen azufre. El fósforo es un componente de los ácidos nucleicos. La molécula de hemoglobina incluye hierro, el magnesio participa en la construcción de la molécula de clorofila. Los microelementos, a pesar de su contenido extremadamente bajo en los organismos vivos, desempeñan un papel importante en los procesos vitales. El yodo es parte de la hormona tiroidea (tiroxina), el cobalto es parte de la vitamina B 12, la hormona de los islotes del páncreas (insulina) contiene zinc.

Materia celular orgánica

Ardillas.

Entre las sustancias orgánicas de la célula, las proteínas ocupan el primer lugar tanto en cantidad (10 - 12% de la masa total de la célula) como en importancia. Las proteínas son polímeros de alto peso molecular (con un peso molecular de 6000 a 1 millón y más), cuyos monómeros son aminoácidos. Los organismos vivos utilizan 20 aminoácidos, aunque existen muchos más. Cualquier aminoácido contiene un grupo amino (-NH2), que tiene propiedades básicas, y un grupo carboxilo (-COOH), que tiene propiedades ácidas. Dos aminoácidos se combinan en una molécula estableciendo un enlace HN-CO, liberando una molécula de agua. El enlace entre el grupo amino de un aminoácido y el grupo carboxilo de otro se llama enlace peptídico.

Las proteínas son polipéptidos que contienen decenas y cientos de aminoácidos. Las moléculas de varias proteínas se diferencian entre sí en el peso molecular, el número, la composición de los aminoácidos y la secuencia de su ubicación en la cadena polipeptídica. Por tanto, está claro que las proteínas son extremadamente diversas; su número en todos los tipos de organismos vivos se estima en 1010 - 1012.

Una cadena de unidades de aminoácidos conectadas covalentemente por enlaces peptídicos en una secuencia específica se denomina estructura primaria de la proteína.

En las células, las proteínas parecen fibras o bolas (glóbulos) retorcidas en espiral. Esto se explica por el hecho de que en las proteínas naturales la cadena polipeptídica está dispuesta de forma estrictamente definida, dependiendo de la estructura química de los aminoácidos que la componen.

Primero, la cadena polipeptídica se pliega formando una espiral. La atracción se produce entre átomos de espiras vecinas y se forman enlaces de hidrógeno, en particular, entre grupos NH y CO ubicados en espiras adyacentes. Una cadena de aminoácidos, retorcida en forma de espiral, forma la estructura secundaria de la proteína. Como resultado de un mayor plegamiento de la hélice, surge una configuración específica de cada proteína, llamada estructura terciaria. La estructura terciaria se debe a la acción de fuerzas de cohesión entre radicales hidrofóbicos presentes en algunos aminoácidos y enlaces covalentes entre los grupos SH del aminoácido cisteína (enlaces S-S). El número de aminoácidos con radicales hidrófobos y cisteína, así como el orden de su disposición en la cadena polipeptídica, son específicos de cada proteína. En consecuencia, las características de la estructura terciaria de una proteína están determinadas por su estructura primaria. La proteína exhibe actividad biológica solo en forma de estructura terciaria. Por tanto, sustituir incluso un aminoácido en una cadena polipeptídica puede provocar un cambio en la configuración de la proteína y una disminución o pérdida de su actividad biológica.

En algunos casos, las moléculas de proteínas se combinan entre sí y sólo pueden realizar su función en forma de complejos. Por tanto, la hemoglobina es un complejo de cuatro moléculas y sólo de esta forma es capaz de unir y transportar oxígeno. Dichos agregados representan la estructura cuaternaria de la proteína. Según su composición, las proteínas se dividen en dos clases principales: simples y complejas. Las proteínas simples consisten únicamente en aminoácidos, ácidos nucleicos (nucleótidos), lípidos (lipoproteínas), Me (metaloproteínas), P (fosfoproteínas).

Las funciones de las proteínas en una célula son extremadamente diversas..

Una de las más importantes es la función constructiva: las proteínas participan en la formación de todas las membranas celulares y orgánulos celulares, así como de las estructuras intracelulares. El papel enzimático (catalítico) de las proteínas es extremadamente importante. Las enzimas aceleran las reacciones químicas que ocurren en la célula entre 10 y 100 millones de veces. La función motora la proporcionan proteínas contráctiles especiales. Estas proteínas intervienen en todo tipo de movimientos que las células y los organismos son capaces de realizar: el parpadeo de los cilios y el batir de los flagelos en los protozoos, la contracción muscular en los animales, el movimiento de las hojas en las plantas, etc.

La función de transporte de las proteínas es unir elementos químicos (por ejemplo, la hemoglobina añade O) o sustancias biológicamente activas (hormonas) y transportarlos a los tejidos y órganos del cuerpo. La función protectora se expresa en forma de producción de proteínas especiales, llamadas anticuerpos, en respuesta a la penetración de proteínas o células extrañas en el cuerpo. Los anticuerpos se unen y neutralizan sustancias extrañas. Las proteínas juegan un papel importante como fuentes de energía. Con división completa 1g. Se liberan 17,6 kJ (~4,2 kcal) de proteínas. cromosoma de la membrana celular

carbohidratos.

Los carbohidratos o sacáridos son sustancias orgánicas con la fórmula general (CH2O)n. La mayoría de los carbohidratos tienen el doble de átomos de H que de átomos de O, como en las moléculas de agua. Por eso estas sustancias se llamaron carbohidratos. En una célula viva, los carbohidratos se encuentran en cantidades que no superan el 1-2, a veces el 5% (en el hígado, en los músculos). Las células vegetales son las más ricas en carbohidratos, donde su contenido alcanza en algunos casos el 90% de la masa de materia seca (semillas, tubérculos de patata, etc.).

Los carbohidratos son simples y complejos..

Los carbohidratos simples se llaman monosacáridos. Dependiendo del número de átomos de carbohidratos en la molécula, los monosacáridos se denominan triosas, tetrosas, pentosas o hexosas. De los monosacáridos de seis carbonos (hexosas), los más importantes son la glucosa, la fructosa y la galactosa. La glucosa está contenida en la sangre (0,1-0,12%). Las pentosas ribosa y desoxirribosa se encuentran en los ácidos nucleicos y el ATP. Si dos monosacáridos se combinan en una molécula, el compuesto se llama disacárido. El azúcar de mesa, obtenido de la caña o de la remolacha azucarera, se compone de una molécula de glucosa y una molécula de fructosa, el azúcar de la leche, de glucosa y galactosa.

Los carbohidratos complejos formados a partir de muchos monosacáridos se denominan polisacáridos. El monómero de polisacáridos como el almidón, el glucógeno y la celulosa es la glucosa. Los carbohidratos realizan dos funciones principales: construcción y energía. La celulosa forma las paredes de las células vegetales. El complejo polisacárido quitina sirve como principal componente estructural del exoesqueleto de los artrópodos. La quitina también desempeña una función constructora en los hongos.

Los carbohidratos desempeñan el papel de principal fuente de energía en la célula. Durante la oxidación de 1 g de carbohidratos, se liberan 17,6 kJ (~4,2 kcal). El almidón en las plantas y el glucógeno en los animales se depositan en las células y sirven como reserva de energía.

Ácidos nucleicos.

La importancia de los ácidos nucleicos en una célula es muy grande. Las peculiaridades de su estructura química brindan la posibilidad de almacenar, transferir y heredar a las células hijas información sobre la estructura de las moléculas proteicas que se sintetizan en cada tejido en una determinada etapa del desarrollo individual.

Dado que la mayoría de las propiedades y características de las células están determinadas por las proteínas, está claro que la estabilidad de los ácidos nucleicos es la condición más importante para el funcionamiento normal de las células y de organismos completos. Cualquier cambio en la estructura de las células o en la actividad de los procesos fisiológicos en ellas, que afecte así la actividad vital. El estudio de la estructura de los ácidos nucleicos es extremadamente importante para comprender la herencia de rasgos en los organismos y los patrones de funcionamiento tanto de las células individuales como de los sistemas celulares: tejidos y órganos.

Hay 2 tipos de ácidos nucleicos: ADN y ARN..

El ADN es un polímero que consta de dos hélices de nucleótidos dispuestas para formar una doble hélice. Los monómeros de las moléculas de ADN son nucleótidos que constan de una base nitrogenada (adenina, timina, guanina o citosina), un carbohidrato (desoxirribosa) y un residuo de ácido fosfórico. Las bases nitrogenadas de la molécula de ADN están conectadas entre sí por un número desigual de enlaces H y están dispuestas en pares: la adenina (A) siempre frente a la timina (T), la guanina (G) frente a la citosina (C). Esquemáticamente, la disposición de los nucleótidos en una molécula de ADN se puede representar de la siguiente manera:

Fig. 1. Ubicación de los nucleótidos en una molécula de ADN.

De la Fig.1. Está claro que los nucleótidos están conectados entre sí no de forma aleatoria, sino selectiva. La capacidad de interacción selectiva de la adenina con la timina y la guanina con la citosina se denomina complementariedad. La interacción complementaria de ciertos nucleótidos se explica por las peculiaridades de la disposición espacial de los átomos en sus moléculas, que les permite acercarse y formar enlaces H.

En una cadena de polinucleótidos, los nucleótidos vecinos están unidos entre sí mediante un azúcar (desoxirribosa) y un residuo de ácido fosfórico. El ARN, al igual que el ADN, es un polímero cuyos monómeros son nucleótidos.

Las bases nitrogenadas de tres nucleótidos son las mismas que forman el ADN (A, G, C); el cuarto, el uracilo (U), está presente en la molécula de ARN en lugar de timina. Los nucleótidos de ARN se diferencian de los nucleótidos de ADN en la estructura de los carbohidratos que contienen (ribosa en lugar de desoxirribosa).

En una cadena de ARN, los nucleótidos se unen formando enlaces covalentes entre la ribosa de un nucleótido y el residuo de ácido fosfórico de otro. La estructura difiere entre el ARN de dos cadenas. Los ARN de doble cadena son los guardianes de la información genética en varios virus, es decir, Realizan las funciones de los cromosomas. El ARN monocatenario transfiere información sobre la estructura de las proteínas desde el cromosoma al lugar de su síntesis y participa en la síntesis de proteínas.

Existen varios tipos de ARN monocatenario. Sus nombres están determinados por su función o ubicación en la célula. La mayor parte del ARN del citoplasma (hasta un 80-90%) es ARN ribosómico (ARNr), contenido en los ribosomas. Las moléculas de ARNr son relativamente pequeñas y constan de un promedio de 10 nucleótidos.

Otro tipo de ARN (ARNm) que transporta información sobre la secuencia de aminoácidos en las proteínas que deben sintetizarse en ribosomas. El tamaño de estos ARN depende de la longitud de la región del ADN a partir de la cual fueron sintetizados.

Los ARN de transferencia realizan varias funciones. Entregan aminoácidos al sitio de síntesis de proteínas, "reconocen" (según el principio de complementariedad) el triplete y el ARN correspondiente al aminoácido transferido y llevan a cabo la orientación precisa del aminoácido en el ribosoma.

Grasas y lipoides.

Las grasas son compuestos de ácidos grasos de alto peso molecular y glicerol de alcohol trihídrico. Las grasas no se disuelven en agua, son hidrófobas.

Siempre hay otras sustancias complejas hidrofóbicas parecidas a grasas llamadas lipoides en la célula. Una de las principales funciones de las grasas es la energía. Durante la descomposición de 1 g de grasas en CO 2 y H 2O, se libera una gran cantidad de energía: 38,9 kJ (~ 9,3 kcal).

La función principal de las grasas en el mundo animal (y en parte vegetal) es el almacenamiento.

Las grasas y los lípidos también cumplen una función constructora: forman parte de las membranas celulares. Debido a la mala conductividad térmica, la grasa es capaz de realizar una función protectora. En algunos animales (focas, ballenas) se deposita en el tejido adiposo subcutáneo, formando una capa de hasta 1 m de espesor. La formación de algunos lipoides precede a la síntesis de varias hormonas. En consecuencia, estas sustancias también tienen la función de regular los procesos metabólicos.

2. El agua en la vida de la célula.

Sustancias químicas que forman la célula: inorgánicas (agua, sales minerales)

Asegurando la elasticidad celular.

Las consecuencias de la pérdida de agua por parte de las células son el marchitamiento de las hojas y la desecación de los frutos.

Aceleración de reacciones químicas al disolver sustancias en agua.

Asegurar el movimiento de sustancias: la entrada de la mayoría de sustancias a la célula y su eliminación de la célula en forma de soluciones.

Asegurar la disolución de muchos productos químicos (varias sales, azúcares).

Participación en una serie de reacciones químicas.

Participación en el proceso de termorregulación debido a la capacidad de calentarse y enfriarse lentamente.

Agua. H2ACERCA DE - el compuesto más común en los organismos vivos. Su contenido en diferentes celdas varía dentro de límites bastante amplios.

El papel extremadamente importante del agua en el apoyo a los procesos vitales se debe a sus propiedades fisicoquímicas.

La polaridad de las moléculas y la capacidad de formar enlaces de hidrógeno hacen del agua un buen disolvente para una gran cantidad de sustancias. La mayoría de las reacciones químicas que ocurren en una célula solo pueden ocurrir en una solución acuosa.

El agua también participa en muchas transformaciones químicas.

El número total de enlaces de hidrógeno entre moléculas de agua varía dependiendo de t °. en t ° Cuando el hielo se derrite, aproximadamente el 15% de los enlaces de hidrógeno se destruyen, a una temperatura de 40°C, la mitad. Al pasar al estado gaseoso, se destruyen todos los enlaces de hidrógeno. Esto explica la alta capacidad calorífica específica del agua. Cuando cambia la temperatura del ambiente externo, el agua absorbe o libera calor debido a la ruptura o nueva formación de enlaces de hidrógeno.

De esta forma, las fluctuaciones de temperatura dentro de la célula resultan ser menores que en el medio ambiente. El alto calor de evaporación es la base del eficaz mecanismo de transferencia de calor en plantas y animales.

El agua como disolvente participa en los fenómenos de ósmosis, que desempeña un papel importante en la vida de las células del organismo. La ósmosis es la penetración de moléculas de disolvente a través de una membrana semipermeable en una solución de una sustancia.

Las membranas semipermeables son aquellas que permiten el paso de las moléculas de disolvente, pero no dejan pasar las moléculas de soluto (o iones). Por tanto, la ósmosis es la difusión unidireccional de moléculas de agua en la dirección de la solución.

Sales minerales.

La mayoría de las sustancias inorgánicas de las células se encuentran en forma de sales en estado disociado o sólido.

La concentración de cationes y aniones en la célula y en su entorno no es la misma. La presión osmótica en la célula y sus propiedades amortiguadoras dependen en gran medida de la concentración de sales.

El buffering es la capacidad de una célula para mantener la reacción ligeramente alcalina de su contenido a un nivel constante. El contenido de sales minerales en la célula en forma de cationes (K+, Na+, Ca2+, Mg2+) y aniones (--HPO|~, - H 2PC>4, -SG, -NSS*z). El equilibrio del contenido de cationes y aniones en la célula, asegurando la constancia del ambiente interno del cuerpo. Ejemplos: en la célula el ambiente es ligeramente alcalino, dentro de la célula hay una alta concentración de iones K+ y en el ambiente que rodea la célula hay una alta concentración de iones Na+. Participación de las sales minerales en el metabolismo.

3 . ACERCA DEMetabolismo y energía en la célula.

Metabolismo energético en la célula.

Trifosfato de adenosina (abr. atp, Inglés Asia-Pacífico) - nucleótido, juega un papel extremadamente importante en el intercambio de energía y sustancias en los organismos; En primer lugar, el compuesto es conocido como una fuente universal de energía para todos los procesos bioquímicos que ocurren en los sistemas vivos.

El ATP proporciona energía para todas las funciones celulares: trabajo mecánico, biosíntesis, división, etc. En promedio, el contenido de ATP en una célula es aproximadamente el 0,05% de su masa, pero en aquellas células donde los costos de ATP son altos (por ejemplo, en las células del hígado , músculos transversos-estriados), su contenido puede alcanzar hasta el 0,5%. La síntesis de ATP en las células ocurre principalmente en las mitocondrias. Como recuerda (ver 1.7), es necesario gastar 40 kJ para sintetizar 1 mol de ATP a partir de ADP.

El metabolismo energético en la célula se divide en tres etapas.

La primera etapa es preparatoria.

Durante este proceso, las moléculas grandes de polímeros alimentarios se descomponen en fragmentos más pequeños. Los polisacáridos se descomponen en di y monosacáridos, las proteínas en aminoácidos, las grasas en glicerol y ácidos grasos. Durante estas transformaciones, se libera poca energía, se disipa en forma de calor y no se forma ATP.

La segunda etapa es la descomposición de sustancias incompleta y sin oxígeno.

En esta etapa, las sustancias formadas durante la etapa preparatoria son descompuestas por enzimas en ausencia de oxígeno.

Veamos esta etapa usando el ejemplo de la glucólisis: la degradación enzimática de la glucosa. La glucólisis ocurre en células animales y en algunos microorganismos. En total, este proceso se puede representar como la siguiente ecuación:

C 6H 12O 6 + 2H 3P 04 + 2ADP > 2C 3H 603 + 2ATP + 2H 2O

Así, durante la glucólisis, a partir de una molécula de glucosa se forman dos moléculas de ácido pirúvico de tres carbonos (C 3H 4O 3), que en muchas células, por ejemplo, las células musculares, se convierte en ácido láctico (C 3H 6O 3). y la energía liberada en este caso es suficiente para convertir dos moléculas de ADP en dos moléculas de ATP.

A pesar de su aparente simplicidad, la glucólisis es un proceso de múltiples etapas, con más de diez etapas, catalizadas por diferentes enzimas. Sólo el 40% de la energía liberada es almacenada por la célula en forma de ATP y el 60% restante se disipa en forma de calor. Debido a las numerosas etapas de la glucólisis, las pequeñas porciones de calor liberadas no tienen tiempo de calentar la célula a un nivel peligroso.

La glucólisis ocurre en el citoplasma de las células.

En la mayoría de las células vegetales y en algunos hongos, la segunda etapa del metabolismo energético está representada por la fermentación alcohólica:

C 6H 12O 6 + 2H 3PO 4 + 2ADP>2C 2H 5OH + 2C 02 + 2ATP + 2H2O

Los productos iniciales de la fermentación alcohólica son los mismos que los de la glucólisis, pero el resultado es la formación de alcohol etílico, dióxido de carbono, agua y dos moléculas de ATP. Hay microorganismos que descomponen la glucosa en acetona, ácido acético y otras sustancias, pero en cualquier caso la “ganancia de energía” de la célula son dos moléculas de ATP.

La tercera etapa del metabolismo energético es la degradación completa del oxígeno o respiración celular.

En este caso, las sustancias formadas en la segunda etapa se destruyen hasta obtener los productos finales: CO 2 y H 2O. Esta etapa se puede imaginar de la siguiente manera:

2C 3H 6O 3 + 6O 2 + 36H 3PO 4 + 36 ADP > 6CO 2 + 42 H 2O + 36ATP.

Así, la oxidación de dos moléculas de ácido de tres carbonos, formada durante la descomposición enzimática de la glucosa en CO 2 y H 2O, conduce a la liberación de una gran cantidad de energía, suficiente para la formación de 36 moléculas de ATP.

La respiración celular ocurre en las crestas de las mitocondrias. La eficiencia de este proceso es mayor que la de la glucólisis y es aproximadamente del 55%. Como resultado de la descomposición completa de una molécula de glucosa, se forman 38 moléculas de ATP.

Para obtener energía en las células, además de la glucosa, se pueden utilizar otras sustancias: lípidos, proteínas. Sin embargo, el papel principal en el metabolismo energético de la mayoría de los organismos corresponde a los azúcares.

4 . PAGalimentocélulas. Fotosíntesis y quimiosíntesis.

La nutrición celular se produce como resultado de una serie de reacciones químicas complejas, durante las cuales las sustancias que ingresan a la célula desde el ambiente externo (dióxido de carbono, sales minerales, agua) ingresan al cuerpo de la propia célula en forma de proteínas, azúcares y grasas. , aceites, compuestos de nitrógeno y fósforo.

Todos los organismos vivos que habitan la Tierra se pueden dividir en dos grupos según cómo obtienen las sustancias orgánicas que necesitan.

Primer grupo - autótrofos, que traducido del griego significa "autoalimentación". Son capaces de crear de forma independiente todas las sustancias orgánicas que necesitan para construir células y procesos vitales a partir de sustancias inorgánicas: agua, dióxido de carbono y otros. Reciben energía para transformaciones tan complejas de la luz solar y se denominan fotótrofos, o de la energía de transformaciones químicas de compuestos minerales, en cuyo caso se denominan quimiotrofos. Pero tanto los organismos fototróficos como los quimiotróficos no necesitan sustancias orgánicas del exterior. Los autótrofos incluyen todas las plantas verdes y muchas bacterias.

Una forma fundamentalmente diferente de obtener los compuestos orgánicos necesarios a partir de heterótrofos. Los heterótrofos no pueden sintetizar de forma independiente tales sustancias a partir de compuestos inorgánicos y requieren una absorción constante de sustancias orgánicas preparadas del exterior. Luego “reordenan” las moléculas obtenidas del exterior para adaptarlas a sus necesidades.

Organismos heterótrofos dependen directamente de los productos de la fotosíntesis producidos por las plantas verdes. Por ejemplo, al comer repollo o patatas, recibimos sustancias sintetizadas en las células vegetales utilizando la energía de la luz solar. Si comemos carne de animales domésticos, debemos recordar que estos animales comen alimentos vegetales: pasto, cereales, etc. Por tanto, su carne se construye a partir de moléculas obtenidas de alimentos vegetales.

Los heterótrofos incluyen hongos, animales y muchas bacterias. Algunas células de una planta verde también son heterótrofas: cambium y células de la raíz. El caso es que las células de estas partes de la planta no son capaces de realizar la fotosíntesis y se nutren de sustancias orgánicas sintetizadas por las partes verdes de la planta.

Nutrición celular: lisosomas y digestión intracelular.

Los lisosomas, cuyo número en una célula alcanza varios cientos, forman un espacio típico.

Los lisosomas vienen en varias formas y tamaños; Su estructura interna es particularmente diversa. Esta diversidad se refleja en la terminología morfológica. Existen muchos términos para las partículas que ahora conocemos como lisosomas. Entre ellos: cuerpos densos, cuerpos residuales, citosomas, citosegresomas y muchos otros.

Desde un punto de vista químico, digerir los alimentos significa someterlos a hidrólisis, es decir, utilizar agua para romper los diversos enlaces a través de los cuales se conectan los componentes básicos de las macromoléculas naturales. Por ejemplo, enlaces peptídicos que conectan aminoácidos en proteínas, enlaces glicolíticos que conectan azúcares en polisacáridos y enlaces éster entre ácidos y alcoholes. En su mayor parte, estos enlaces son muy estables y se rompen sólo en condiciones severas de temperatura y pH (ácidas o alcalinas).

Los organismos vivos son incapaces de crear o soportar tales condiciones, pero digieren los alimentos sin dificultad. Y lo hacen con la ayuda de catalizadores especiales: enzimas hidrolíticas o hidrolasas, que se secretan en el sistema digestivo. Las hidrolasas son catalizadores específicos. Cada uno de ellos rompe sólo un tipo de enlace químico estrictamente definido. Dado que los alimentos suelen constar de muchos componentes con diversos enlaces químicos, la digestión requiere la participación simultánea, coordinada o secuencial de varias enzimas. De hecho, los jugos digestivos secretados en el tracto gastrointestinal contienen una gran cantidad de hidrolasas diferentes, lo que permite al cuerpo humano absorber muchos alimentos complejos de origen vegetal y animal. Sin embargo, esta capacidad es limitada y el cuerpo humano no puede digerir la celulosa.

Estos principios básicos se aplican esencialmente a los lisosomas. En cada lisosoma encontramos toda una colección de diferentes hidrolasas -se han identificado más de 50 especies- que en conjunto son capaces de digerir completa o casi completamente muchas de las principales sustancias naturales, incluidas proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos, combinaciones y derivados de los mismos. Sin embargo, al igual que el tracto gastrointestinal humano, los lisosomas se caracterizan por algunas limitaciones en su capacidad digestiva.

En el intestino, los productos finales de la digestión (digeridos) se "limpian" como resultado de la absorción intestinal: son eliminados por las células de la mucosa, generalmente con la ayuda de bombas activas, y ingresan al torrente sanguíneo. Algo similar ocurre en los lisosomas.

Varias moléculas pequeñas formadas durante la digestión se transportan a través de la membrana lisosomal hasta el citoplasma, donde son utilizadas por los sistemas metabólicos de la célula.

Pero a veces la digestión no se produce o es incompleta y no llega al estado en el que sus productos pueden ser purificados. En la mayoría de los organismos simples e invertebrados inferiores, tales situaciones no causan consecuencias especiales, porque sus células tienen la capacidad de deshacerse del contenido de sus viejos lisosomas, simplemente arrojándolos al medio ambiente.

En los animales superiores, muchas células no pueden vaciar sus lisosomas de esta forma. Se encuentran en un estado de estreñimiento crónico. Es esta grave deficiencia la que subyace a numerosas condiciones patológicas asociadas con la sobrecarga de lisosomas. Dispepsia, hiperacidez, estreñimiento y otros trastornos digestivos.

Nutrición aftotrófica

La vida en la Tierra depende de organismos autótrofos. Casi todas las sustancias orgánicas que necesitan las células vivas se producen mediante el proceso de fotosíntesis.

Fotosíntesis(de las fotos griegas - luz y síntesis - conexión, combinación) - la transformación por parte de plantas verdes y microorganismos fotosintéticos de sustancias inorgánicas (agua y dióxido de carbono) en orgánicas debido a la energía solar, que se convierte en energía de enlaces químicos en las moléculas de sustancias orgánicas.

Fases de la fotosíntesis.

Durante el proceso de fotosíntesis, el agua y el dióxido de carbono, pobres en energía, se convierten en materia orgánica que consume mucha energía: la glucosa. En este caso, la energía solar se acumula en los enlaces químicos de esta sustancia. Además, durante el proceso de fotosíntesis, se libera oxígeno a la atmósfera, que los organismos utilizan para respirar.

Ahora se ha establecido que la fotosíntesis se produce en dos fases: clara y oscura.

Durante la fase luminosa, debido a la energía solar, se excitan las moléculas de clorofila y se sintetiza ATP.

Simultáneamente a esta reacción, el agua (H 20) se descompone bajo la influencia de la luz, liberando oxígeno libre (02). Este proceso se llamó fotólisis (del griego foto - luz y lisis - disolución). Los iones de hidrógeno resultantes se unen a una sustancia especial: el transportador de iones de hidrógeno (NADP) y se utilizan en la siguiente fase.

La presencia de luz no es necesaria para que se produzcan reacciones de fase de tempo. La fuente de energía aquí son las moléculas de ATP sintetizadas en la fase ligera. En la fase de tempo, el dióxido de carbono se absorbe del aire, se reduce con iones de hidrógeno y se forma glucosa mediante el uso de energía ATP.

La influencia de las condiciones ambientales en la fotosíntesis.

La fotosíntesis utiliza sólo el 1% de la energía solar que incide sobre la hoja. La fotosíntesis depende de una serie de condiciones ambientales. En primer lugar, este proceso se produce de forma más intensa bajo la influencia de los rayos rojos del espectro solar (Fig. 58). La intensidad de la fotosíntesis está determinada por la cantidad de oxígeno liberado, que desplaza el agua del cilindro. La tasa de fotosíntesis también depende del grado de iluminación de la planta. Un aumento de las horas de luz conduce a un aumento de la productividad de la fotosíntesis, es decir, de la cantidad de sustancias orgánicas producidas por la planta.

El significado de la fotosíntesis.

Se utilizan productos de la fotosíntesis:

· organismos como nutrientes, fuente de energía y oxígeno para procesos vitales;

· en la producción de alimentos humanos;

· como material de construcción para la construcción de viviendas, en la producción de muebles, etc.

La humanidad debe su existencia a la fotosíntesis.

Todas las reservas de combustible de la Tierra son productos formados como resultado de la fotosíntesis. Utilizando carbón y madera obtenemos energía que se almacenó en la materia orgánica durante la fotosíntesis. Al mismo tiempo, se libera oxígeno a la atmósfera.

Los científicos estiman que sin la fotosíntesis, todo el suministro de oxígeno se consumiría en 3.000 años.

Quimiosíntesis.

Además de la fotosíntesis, existe otro método conocido para obtener energía y sintetizar sustancias orgánicas a partir de inorgánicas. Algunas bacterias son capaces de extraer energía oxidando diversas sustancias inorgánicas. No necesitan luz para crear sustancias orgánicas. El proceso de síntesis de sustancias orgánicas a partir de inorgánicas, que se produce gracias a la energía de oxidación de sustancias inorgánicas, se llama quimiosíntesis (del latín química - química y del griego síntesis - conexión, combinación).

Las bacterias quimiosintéticas fueron descubiertas por el científico ruso S.N. Vinogradsky. Dependiendo de la oxidación de qué sustancia libera energía, se distinguen las bacterias quimiosintetizadoras del hierro, las bacterias del azufre y las azotobacterias.

5 . GRAMOgenéticocódigo de señal. Síntesis de proteínas en la célula.

Codigo genetico- un sistema unificado para registrar información hereditaria en moléculas de ácido nucleico en forma de secuencia de nucleótidos. El código genético se basa en el uso de un alfabeto que consta de sólo cuatro letras-nucleótidos, diferenciadas por bases nitrogenadas: A, T, G, C.

Las principales propiedades del código genético son las siguientes:

1. El código genético es triplete. Un triplete (codón) es una secuencia de tres nucleótidos que codifican un aminoácido. Dado que las proteínas contienen 20 aminoácidos, es obvio que cada uno de ellos no puede ser codificado por un nucleótido (dado que en el ADN solo hay cuatro tipos de nucleótidos, en este caso quedan 16 aminoácidos sin codificar). Dos nucleótidos tampoco son suficientes para codificar aminoácidos, ya que en este caso sólo se pueden codificar 16 aminoácidos. Esto significa que el número más pequeño de nucleótidos que codifican un aminoácido es tres. (En este caso, el número de posibles tripletes de nucleótidos es 43 = 64).

2. La redundancia (degeneración) del código es consecuencia de su naturaleza triplete y significa que un aminoácido puede ser codificado por varios tripletes (ya que hay 20 aminoácidos y 64 tripletes). Las excepciones son la metionina y el triptófano, que están codificados por un solo triplete. Además, algunos trillizos realizan funciones específicas.

Entonces, en la molécula de ARNm, tres de ellos UAA, UAG, UGA son codones de parada, es decir, señales de parada que detienen la síntesis de una cadena polipeptídica. El triplete correspondiente a la metionina (AUG), situado al inicio de la cadena de ADN, no codifica ningún aminoácido, pero cumple la función de iniciar (excitar) la lectura.

3. Junto con la redundancia, el código se caracteriza por la propiedad de no ambigüedad, lo que significa que cada codón corresponde a un solo aminoácido específico.

4. El código es colineal, es decir la secuencia de nucleótidos de un gen coincide exactamente con la secuencia de aminoácidos de una proteína.

5. El código genético no se superpone y es compacto, es decir, no contiene "signos de puntuación". Esto significa que el proceso de lectura no permite la posibilidad de superposición de columnas (tripletes) y, comenzando en un determinado codón, la lectura continúa continuamente, triplete tras triplete, hasta las señales de parada (codones de terminación). Por ejemplo, en el ARNm, la siguiente secuencia de bases nitrogenadas AUGGGUGTSUAAUUGUG será leída únicamente por estos tripletes: AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG, y no AUG, UGG, GGU, GUG, etc. o AUG, GGU, UGC, CUU. , etc. etc. o de alguna otra forma (por ejemplo, codón AUG, signo de puntuación G, codón UGC, signo de puntuación U, etc.).

6. El código genético es universal, es decir, los genes nucleares de todos los organismos codifican información sobre proteínas de la misma forma, independientemente del nivel de organización y posición sistemática de estos organismos.

Síntesis de proteínas en la célula.

La biosíntesis de proteínas ocurre en cada célula viva. Es más activo en células jóvenes en crecimiento, donde se sintetizan proteínas para construir sus orgánulos, así como en células secretoras, donde se sintetizan proteínas enzimáticas y proteínas hormonales.

El papel principal en la determinación de la estructura de las proteínas pertenece al ADN. Un fragmento de ADN que contiene información sobre la estructura de una proteína se llama gen. Una molécula de ADN contiene varios cientos de genes. La molécula de ADN contiene un código para la secuencia de aminoácidos de una proteína en forma de nucleótidos específicamente combinados. El código de ADN fue descifrado casi por completo. Su esencia es la siguiente. Cada aminoácido corresponde a una sección de una cadena de ADN que consta de tres nucleótidos adyacentes.

Por ejemplo, la sección T--T--T corresponde al aminoácido lisina, la sección A--C--A - cistina, C--A--A - valina, etc. Hay 20 aminoácidos diferentes, el número de combinaciones posibles de 4 nucleótidos, 3 cada uno, es 64. En consecuencia, hay tripletes más que suficientes para codificar todos los aminoácidos.

La síntesis de proteínas es un proceso complejo de varias etapas que representa una cadena de reacciones sintéticas que se desarrollan según el principio de síntesis de matrices.

Dado que el ADN se encuentra en el núcleo celular y la síntesis de proteínas se produce en el citoplasma, existe un intermediario que transfiere información del ADN a los ribosomas. Este mensajero es ARNm. :

En la biosíntesis de proteínas se determinan las siguientes etapas, que ocurren en diferentes partes de la célula:

1. La primera etapa: la síntesis de ARNm se produce en el núcleo, durante la cual la información contenida en el gen del ADN se transcribe en ARNm. Este proceso se llama transcripción (del latín "transcripción" - reescritura).

2. En la segunda etapa, los aminoácidos se combinan con moléculas de ARNt, que constan secuencialmente de tres nucleótidos: anticodones, con la ayuda de los cuales se determina su codón triplete.

3. La tercera etapa es el proceso de síntesis directa de enlaces polipeptídicos, llamado traducción. Ocurre en los ribosomas.

4. En la cuarta etapa se produce la formación de la estructura secundaria y terciaria de la proteína, es decir, la formación de la estructura final de la proteína.

Así, en el proceso de biosíntesis de proteínas, se forman nuevas moléculas de proteínas de acuerdo con la información exacta contenida en el ADN. Este proceso asegura la renovación de proteínas, procesos metabólicos, crecimiento y desarrollo celular, es decir, todos los procesos vitales de la célula.

cromosomas (del griego “croma” - color, “soma” - cuerpo) - estructuras muy importantes del núcleo celular. Desempeñan un papel importante en el proceso de división celular, asegurando la transmisión de información hereditaria de una generación a otra. Son finas hebras de ADN unidas a proteínas. Los hilos se llaman cromátidas formado por ADN, proteínas básicas (histonas) y proteínas ácidas.

En una célula que no se divide, los cromosomas llenan todo el volumen del núcleo y no son visibles al microscopio. Antes de que comience la división, se produce la espiralización del ADN y cada cromosoma se vuelve visible bajo un microscopio.

Durante la espiralización, los cromosomas se acortan decenas de miles de veces. En este estado, los cromosomas parecen dos hebras idénticas (cromátidas) una al lado de la otra, conectadas por una sección común: el centrómero.

Cada organismo se caracteriza por un número y una estructura constantes de cromosomas. En las células somáticas los cromosomas siempre están apareados, es decir, en el núcleo hay dos cromosomas idénticos que forman un par. Estos cromosomas se denominan homólogos y los conjuntos pares de cromosomas en las células somáticas se denominan diploides.

Así, el conjunto diploide de cromosomas humanos consta de 46 cromosomas, formando 23 pares. Cada par consta de dos cromosomas idénticos (homólogos).

Las características estructurales de los cromosomas permiten distinguirlos en 7 grupos, que se designan con las letras latinas A, B, C, D, E, F, G. Todos los pares de cromosomas tienen números de serie.

Hombres y mujeres tienen 22 pares de cromosomas idénticos. Se llaman autosomas. Un hombre y una mujer se diferencian en un par de cromosomas, que se denominan cromosomas sexuales. Están designados por letras: X grande (grupo C) e Y pequeña (grupo C). En el cuerpo femenino hay 22 pares de autosomas y un par (XX) de cromosomas sexuales. Los hombres tienen 22 pares de autosomas y un par (XY) de cromosomas sexuales.

A diferencia de las células somáticas, las células germinales contienen la mitad del conjunto de cromosomas, es decir, ¡contienen un cromosoma de cada par! Este conjunto se llama haploide. El conjunto haploide de cromosomas surge durante la maduración celular.

6 . Rregulación de la transcripción y traducción en la célula ycuerpo

Operon y represor.

Se sabe que el conjunto de cromosomas, es decir, el conjunto de moléculas de ADN, es el mismo en todas las células de un organismo.

En consecuencia, cada célula del cuerpo es capaz de sintetizar cualquier cantidad de cada proteína característica de un determinado organismo. Afortunadamente, esto nunca sucede, ya que las células de un tejido en particular deben tener un determinado conjunto de proteínas necesarias para realizar su función en un organismo multicelular, y en ningún caso sintetizar proteínas "extrañas" que sean características de las células de otros tejidos.

Por ejemplo, en las células de la raíz es necesario sintetizar hormonas vegetales y en las células de las hojas, enzimas para garantizar la fotosíntesis. ¿Por qué todas las proteínas, cuya información está contenida en sus cromosomas, no se sintetizan en una célula a la vez?

Estos mecanismos se estudian mejor en células procarióticas. A pesar de que los procariotas son organismos unicelulares, su transcripción y traducción también están reguladas, ya que en un momento una célula puede necesitar una determinada proteína, y en otro momento la misma proteína puede volverse dañina para ella.

La unidad genética del mecanismo para regular la síntesis de proteínas debe considerarse un operón, que incluye uno o más genes estructurales, es decir, genes que transportan información sobre la estructura del ARNm, que, a su vez, transporta información sobre la estructura de la proteína. Antes de estos genes, al comienzo del operón, hay un promotor, un "lugar de aterrizaje" para la enzima ARN polimerasa. Entre el promotor y los genes estructurales del operón hay una sección de ADN llamada operador. Si una proteína especial, un represor, está asociada con el operador, entonces la ARN polimerasa no puede comenzar la síntesis de ARNm.

El mecanismo de regulación de la síntesis de proteínas en eucariotas.

La regulación de la función genética en eucariotas, especialmente si hablamos de un organismo multicelular, es mucho más compleja. En primer lugar, las proteínas necesarias para proporcionar cualquier función pueden codificarse en genes de diferentes cromosomas (recordemos que en los procariotas, el ADN de la célula está representado por una sola molécula). En segundo lugar, en los eucariotas los genes mismos son más complejos que en los procariotas; Tienen regiones "silenciosas" de las que no se lee el ARNm, pero que son capaces de regular el funcionamiento de secciones de ADN vecinas. En tercer lugar, en un organismo multicelular es necesario regular y coordinar con precisión el trabajo de los genes en las células de diferentes tejidos.

Esta coordinación se lleva a cabo a nivel de todo el organismo y principalmente con la ayuda de hormonas. Se producen tanto en las células de las glándulas endocrinas como en las células de muchos otros tejidos, como el nervioso. Estas hormonas se unen a receptores especiales ubicados en la membrana celular o dentro de la célula. Como resultado de la interacción del receptor con la hormona en la célula, ciertos genes se activan o, por el contrario, se reprimen y la síntesis de proteínas en una célula determinada cambia su carácter. Por ejemplo, la hormona suprarrenal adrenalina activa la descomposición del glucógeno en glucosa en las células musculares, lo que conduce a una mejora en el suministro de energía de estas células. Otra hormona, la insulina, secretada por el páncreas, por el contrario, favorece la formación de glucógeno a partir de la glucosa y su almacenamiento en las células del hígado.

También hay que tener en cuenta que el 99,9% del ADN en todas las personas es igual y sólo el 0,1% restante determina la individualidad única de cada persona: apariencia, rasgos de carácter, metabolismo, susceptibilidad a determinadas enfermedades, reacción individual a los medicamentos y mucho más. más. .

Se podría suponer que algunos de los genes “no funcionales” de determinadas células se pierden y destruyen. Sin embargo, varios experimentos han demostrado que esto no es así. A partir de una célula intestinal de renacuajo, bajo ciertas condiciones, es posible desarrollar una rana entera, lo cual sólo es posible si toda la información genética se conserva en el núcleo de esta célula, aunque parte de ella no se expresó en forma de proteínas, mientras que la célula era parte de la pared intestinal. En consecuencia, en cada célula de un organismo multicelular se utiliza sólo una parte de la información genética contenida en su ADN. Esto significa que deben existir mecanismos que “enciendan” o “apaguen” el trabajo de un gen en particular en diferentes células.

La longitud total de las moléculas de ADN contenidas en los 46 cromosomas humanos es de casi 2 metros. Si las letras del alfabeto estuvieran codificadas con un código triplete genético, ¡entonces el ADN de una célula humana sería suficiente para cifrar 1000 gruesos volúmenes de texto!

Todos los organismos de la Tierra están formados por células. Hay organismos unicelulares y multicelulares.

Los organismos sin células nucleares se llaman procariotas y los que tienen núcleos en sus células se llaman eucariotas. Por fuera, cada célula está cubierta por una membrana biológica. Dentro de la célula hay un citoplasma en el que se ubican el núcleo (en eucariotas) y otros orgánulos. El núcleo está lleno de carioplasma, en el que se encuentran la cromatina y los nucléolos. La cromatina es ADN unido a proteínas que forma los cromosomas durante la división celular.

El conjunto de cromosomas de una célula se llama cariotipo.

En el citoplasma de las células eucariotas hay un citoesqueleto, un sistema complejo que realiza funciones de soporte, motoras y de transporte. Los orgánulos más importantes de la célula: núcleo, retículo endoplásmico, complejo de Golgi, ribosomas, mitocondrias, lisosomas, plastidios. Algunas células tienen orgánulos de movimiento: flagelos, cilios.

Existen diferencias estructurales significativas entre las células procariotas y eucariotas.

Los virus son formas de vida no celulares.

Para el funcionamiento normal de una célula y de todo un organismo multicelular, es necesario un ambiente interno constante, llamado homeostasis.

La homeostasis se mantiene mediante reacciones metabólicas, que se dividen en asimilación (anabolismo) y disimilación (catabolismo). Todas las reacciones metabólicas ocurren con la participación de catalizadores biológicos: enzimas. Cada enzima es específica, es decir, participa en la regulación de procesos vitales estrictamente definidos. Por tanto, muchas enzimas “trabajan” en cada célula.

Todos los costos de energía de cualquier célula son proporcionados por la sustancia energética universal: ATP. El ATP se forma a partir de la energía liberada durante la oxidación de sustancias orgánicas. Este proceso consta de varias etapas y la descomposición del oxígeno más eficaz se produce en las mitocondrias.

Según el método de obtención de sustancias orgánicas necesarias para la vida, todas las células se dividen en autótrofas y heterótrofas. Los autótrofos se dividen en fotosintéticos y quimiosintéticos, y todos ellos son capaces de sintetizar de forma independiente las sustancias orgánicas que necesitan. Los heterótrofos obtienen la mayoría de los compuestos orgánicos del exterior.

La fotosíntesis es el proceso más importante que subyace al surgimiento y existencia de la gran mayoría de organismos en la Tierra. Como resultado de la fotosíntesis, se sintetizan compuestos orgánicos complejos utilizando la energía de la radiación solar. Con excepción de los quimiosintéticos, todos los organismos de la Tierra dependen directa o indirectamente de los fotosintéticos.

El proceso más importante que ocurre en todas las células (a excepción de las células que han perdido ADN durante el desarrollo) es la síntesis de proteínas. La información sobre la secuencia de aminoácidos que forman la estructura primaria de una proteína está contenida en la secuencia de combinaciones tripletes de nucleótidos de ADN. Un gen es una sección de ADN que codifica información sobre la estructura de una proteína. La transcripción es el proceso de síntesis de ARNm que codifica la secuencia de aminoácidos de una proteína. El ARNm sale del núcleo (en eucariotas) hacia el citoplasma, donde se forma la cadena de aminoácidos de la proteína en los ribosomas. Este proceso se llama traducción. Cada célula contiene muchos genes, pero la célula utiliza solo una parte estrictamente definida de la información genética, que está garantizada por la presencia en los genes de mecanismos especiales que activan o desactivan la síntesis de una proteína particular en la célula.

Bibliografía

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