2.5.1 Concepto de nutrición autótrofa y heterótrofa.


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1 2.5. Célula eucariótica. Función de nutrición Concepto de nutrición. Nutrición autótrofa y heterótrofa Ingestión Permeabilidad celular: difusión y transporte Endocitosis: pinocitosis y fagocitosis Digestión celular. Orgánulos implicados Excreción: exocitosis Concepto de nutrición autótrofa y heterótrofa. La nutrición es el proceso biológico en el que los organismos asimilan y utilizan los alimentos y los líquidos para el funcionamiento, el crecimiento y el mantenimiento de las funciones normales. La nutrición también es el estudio de la relación entre los alimentos con la salud, especialmente en la determinación de una dieta óptima. Aunque alimentación y nutrición se utilizan frecuentemente como sinónimos, son términos diferentes ya que: La nutrición hace referencia a los nutrientes que componen los alimentos y comprende un conjunto de fenómenos involuntarios que suceden tras la ingestión de los alimentos, es decir, la digestión, la absorción o paso a la sangre desde el tubo digestivo de sus componentes o nutrientes, su metabolismo o transformaciones químicas en las células y excreción o eliminación del organismo. La alimentación comprende un conjunto de actos voluntarios y conscientes que van dirigidos a la elección, preparación e ingestión de los alimentos, fenómenos muy relacionados con el medio sociocultural y económico (medio ambiente) y determinan al menos en gran parte, los hábitos dietéticos y estilos de vida. Las células que tienen nutrición autótrofa fabrican materia orgánica propia a partir de materia inorgánica sencilla. Para realizar esta transformación, las células de nutrición autótrofa obtienen energía de la luz procedente del Sol. El término autótrofo procede del griego y significa "que se alimenta por sí mismo". La nutrición autótrofa comprende tres fases: el paso de membrana, el metabolismo y la excreción. 1. Paso de membrana. Es el proceso en el cual las moléculas inorgánicas sencillas, agua, sales y dióxido de carbono, atraviesan la membrana celular por absorción directa, sin gasto de energía por parte de la célula. 2. Metabolismo. Es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el citoplasma celular, y cuyos resultados son la obtención de energía bioquímica

2 utilizable por la célula, la fabricación por la célula y la fabricación de materia celular propia. El metabolismo presenta tres fases: a. La fotosíntesis, que es el proceso en el que se elabora materia orgánica, como los azúcares, a partir de materia inorgánica, como el agua, dióxido de carbono y sales minerales. Para realizar esta reacción química se requiere la energía bioquímica que la clorofila produce a partir de la energía solar. La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos de las células vegetales, y su reacción general es: luz solar CO 2 + H 2 O + sales minerales > materia orgánica + O 2 La fotosíntesis presenta una fase luminosa, en la que la energía procedente del Sol es transformada en energía bioquímica, y una fase oscura, en la que, utilizando esta energía bioquímica, se obtienen azúcares. Además de las células vegetales, ciertas bacterias y algas son capaces de realizar la fotosíntesis. b. El anabolismo o fase de construcción, en la que, utilizando la energía bioquímica procedente de la fotosíntesis y del catabolismo, se sintetizan grandes moléculas ricas en energía. c. El catabolismo o fase de destrucción, en la que, mediante la respiración celular que tiene lugar en las mitocondrias, la materia orgánica es oxidada, obteniéndose energía bioquímica. 3. Excreción. Es la eliminación, a través de la membrana celular, de los productos de desecho procedentes del metabolismo. -Los seres autótrofos son una parte esencial en la cadena alimenticia, ya que absorben la energía solar o fuentes inorgánicas como el dióxido de carbono y las convierten en moléculas orgánicas que son utilizadas para desarrollar funciones biológicas como su propio crecimiento celular y la de otros seres vivos llamados heterótrofos que los utilizan como alimento. Los seres heterótrofos como los animales, los hongos, y la mayoría de bacterias y protozoos, dependen de los autótrofos ya que aprovechan su energía y la de la materia que contienen para fabricar moléculas orgánicas complejas. Los heterótrofos obtienen la energía rompiendo las moléculas de los seres autótrofos que han

3 comido. Incluso los animales carnívoros dependen de los seres autótrofos porque la energía y su composición orgánica obtenida de sus presas proceden en última instancia de los seres autótrofos que comieron sus presas. La nutrición heterótrofa se realiza cuando la célula va consumiendo materia orgánica ya formada. En este tipo de nutrición no hay, pues, transformación de materia inorgánica en materia orgánica. Sin embargo, la nutrición heterótrofa permite la transformación de los alimentos en materia celular propia. Poseen este tipo de nutrición algunas bacterias, los protozoos, los hongos y los animales. El proceso de nutrición heterótrofa de una célula se puede dividir en siete etapas: 1. Captura. La célula atrae las partículas alimenticias creando torbellinos mediante sus cilios o flagelos, o emitiendo seudópodos, que engloban el alimento. 2. Ingestión. La célula introduce el alimento en una vacuola alimenticia o fagosoma. Algunas células ciliadas, como los paramecios, tienen una especie de boca, llamada citostoma, por la que fagocitan el alimento. 3. Digestión. Los lisosomas viertes sus enzimas digestivas en el fagosoma, que así se transformará en vacuola digestiva. Los enzimas descomponen los alimentos en las pequeñas moléculas que las forman. 4. Paso de membrana. Las pequeñas moléculas liberadas en la digestión atraviesan la membrana de la vacuola y se difunden por el citoplasma. 5. Defecación o egestión. La célula expulsa al exterior las moléculas que no le son útiles. 6. Metabolismo. Es el conjunto de reacciones que tienen lugar en el citoplasma. Su fin es obtener energía para la célula y construir materia orgánica celular propia. El metabolismo se divide en dos fases: a. Anabolismo o fase de construcción en la que, utilizando la energía bioquímica procedente del catabolismo y las pequeñas moléculas procedentes de la digestión, se sintetizan grandes moléculas orgánicas. b. Catabolismo o fase de destrucción, en la que la materia orgánica, mediante la respiración celular, es oxidada en el interior de las mitocondrias, obteniéndose energía bioquímica.

4 7. Excreción. La excreción es la expulsión al exterior, a través de la membrana celular, de los productos de desecho del catabolismo. Estos productos son normalmente el dióxido de carbono (CO 2 ), el agua (H 2 O) y el amoniaco (NH 3 ).

5 2.5.2 La ingestión Es la incorporación de sustancias desde el exterior de la célula a su interior a través de la membrana plasmática, que posee la propiedad de la permeabilidad selectiva, es decir, la facultad para controlar la entrada de los materiales. Este control se lleva a cabo mediante sistemas de transporte específicos. Dependiendo del tamaño de las moléculas, podemos distinguir estos sistemas de transporte de la siguiente manera: Si las moléculas son pequeñas se presentan dos tipos de sistemas, el PASIVO, donde no se precisa consumo de energía, y el ACTIVO, donde se requiere una fuente de energía Permeabilidad celular: difusión y transporte SISTEMA PASIVO O DE DIFUSIÓN Las moléculas se mueven espontáneamente desde el lado de la membrana donde están más concentradas hasta el lado donde su concentración es menor, es decir, a favor de su gradiente de concentración. Puede ser simple o facilitada. TRANSPORTE INESPECÍFICO O SIMPLE PASIVO DIFUSIÓN Se produce a través de la bicacapa lipídica, que es atravesada por moléculas no polares, gases, algunas hormonas y partículas polares sin carga.

6 TRANSPORTE PASIVO ESPECÍFICO O DIFUSIÓN FACILITADA Es un proceso que permite el paso de las moléculas polares grandes y los iones por difusión a través dos tipos de proteínas: Las proteínas transportadoras Son proteínas de transmembrana que se unen específicamente a la molécula que transportan desde un lado a otro de la membrana. Esta unión provoca un cambio de configuración en la proteína durante el transporte, pero que se recupera al finalizar el proceso. Este transporte es específico, ya que cada molécula transportada (azúcar, aminoácido, etc) se une exclusivamente a su correspondiente transportador. Las proteínas canal o canales iónicos. Son proteínas de transmembrana que forman en su interior un canal acuoso por el que pasan los iones. Estos canales están cerrados hasta que reciben un tipo de señal adecuada. Según el tipo de señal se diferencian en: Canales iónicos dependientes de ligando: si la señal es una sustancia química denominada ligando, que pueden ser neurotransmisores, hormonas... Canales iónicos dependientes de voltaje: se abren en respuesta a los cambios de potencial de membrana, como por ejemplo, los canales de Na y K localizados en la membrana plasmática de las neuronas.

7 SISTEMA ACTIVO Es un proceso por el que las moléculas atraviesan la membrana plasmática en contra de su gradiente de concentración. Este proceso se realiza mediante proteínas transportadoras y consume energía que directa o indirectamente se obtiene del ATP. Ejemplos de sistemas de transporte activo: La bomba de Na/K, que consiste en un complejo proteico que extrae de la célula tres iones positivos e introduce solo dos, con lo que contribuye a controlar la presión osmótica intracelular y el potencial de membrana (bomba electrógena). Los sistemas de cotransporte, que consisten en proteinas de transmembrana que transportan moleculas en contra de su gradiente de concentración. Para ellos utilizan la energía potencial almacenada en el graciente iónico de Na, que se establece entre un lado y otro de la membrana plasmática, creado previamente por la bomba de Na/K. El cotransporte puede ser en el mismo en distinto sentido. Si se trata de macromoléculas y de partículas se realiza mediante la endocitosis.

8 Endocitosis: pinocitosis y fagocitosis Endocitosis: Mecanismo por el cual las células toman partículas del exterior mediante unas invaginaciones producidas en la membrana, las cuales forman las llamadas vesículas intracelulares. Según el tamaño de las partículas endocitadas podemos distinguir dos tipos de endocitosis: Fagocitosis: (partículas grandes). La célula extiende unas prolongaciones de membrana llamadas pseudópodos, que van rodeando progresivamente a la partícula que va a ser fagocitada hasta formar una vesícula de gran tamaño que se denomina fagosoma. Los materiales fagocitados acaban siendo digeridos en los lisosomas. Pinocitosis: el material ingerido es líquido y queda englobado en pequeñas vesículas que se forman a partir de pequeñas depresiones de membrana, llamadas pozos recubiertos. Estas regiones se caracterizan por la presencia de un armazón proteico formado pro subunidades de una proteína llamada clatrina. A partir de ella se están formando continuamente vesícula de pinocitosis. En este caso el material endocitado también acaba en los lisosomas. En los dos tipos de endocitosis participan proteínas denominadas receptores de endocitosis que reconocen específicamente los materiales que van a ser endocitados uniéndose a ellos. De este modo, las células incorporan solo las sustancias que les interesan en cada momento.

9 La endocitosis es un proceso celular que consiste en la invaginación de la membrana citoplasmática la cual acaban cerrándose y formando una vesícula intracelular cuyo contenido puede ser muy diverso, es así transportado del exterior de la célula al interior. Tipos: fagocitosis y pinocitosis. Fagocitosis: El material ingerido suele ser partículas relativamente grandes, como microorganismos Endocitosis: o restos celulares. La célula extiende unas prolongaciones de membrana llamadas pseudópodos, que van rodeando progresivamente a la partícula que va a ser fagocitada hasta formar una vesícula de gran tamaño que se denomina fagosoma. Los materiales fagocitados acaban siendo digeridos en los lisosomas. Pinocitosis: El material ingerido es líquido o está en forma de pequeñas partículas, La cual queda englobado en pequeñas vesículas que se forman a partir de pequeñas depresiones de membrana, llamadas pozos recubiertos. Estas regiones, que existen en todas las células, se caracterizan por la presencia, en la cara citosólica, de un armazón proteico formado por subunidades de una proteína llamada clatrina. A partir de ellas se están formando continuamente vesículas de pinocitosis. En este caso, el material endocitado también acaba en los lisosomas.

10 1. Las lipoproteínas cargadas de colesterol se unen a sus receptores de endocitosis en los pozos recubiertos. 2. La acción de la clatrina provoca que los pozos recubiertos se invaginen y formen

11 vesículas recubiertas que encierran a los receptores unidos a las lipoproteínas. 3. A continuación, las vesículas recubiertas pierden su cubierta de clatrina y se transforman en vesículas desnudas. 4. Las vesículas desnudas se fusionan con un compartimento membranoso, llamado endosoma temprano. En este compartimento los receptores y las lipoproteínas se separan y se reparten en vesículas que siguen caminos diferentes. 5. Por una parte, los receptores se concentran en vesículas de reciclaje que, mediante un proceso de exocitosis, vuelven a fusionarse con la membrana plasmática. De esta manera, los receptores de endocitosis son devueltos a la membrana plasmática, donde son reutilizados. 6. Por otra parte, las lipoproteínas se reúnen en otras vesículas diferentes y son transportadas a otro compartimento membranoso más interno, denominado endosoma tardío. 7. Finalmente, el endosoma tardío se fusiona con los lisosomas primarios procedentes del aparato de Golgi y forma un gran lisosoma secundario. En su interior los enzimas lisosomales degradan las lipoproteínas y el colesterol sale libre al citosol donde puede ser utilizado por la célula.

12 DIGESTIÓN CELULAR. ORGÁNULOS IMPLICADOS La célula se alimenta de las sustancias que penetran a través de las membranas. En los animales pluricelulares, los nutrientes llegan disueltos en agua y atraviesan la membrana por las proteínas reguladoras. Pero los protozoos de vida libre y los glóbulos blancos, que comen microbios y células defectuosas, han de ingerir partículas más grandes y digerirlas antes de incorporar los nutrientes al citosol. Este proceso recibe el nombre de fagocitosis. Las células que realizan fagocitosis envuelven las partículas alimenticias con prolongaciones del citoplasma, y llegan a formar unas vesículas llamadas fagosomas. Éstos se unen a unos orgánulos llamados lisosomas, que son vesículas llenas de jugos digestivos, y se forman los fagolisosomas, donde el alimento es convertido poco a poco en sus componentes más sencillos. Cuando los productos de la digestión ya son solubles en agua atraviesan la membrana de la vacuola digestiva y se incorporan al citosol, las sobras indigeribles son eliminadas porque la vacuola se fusiona con la membrana plasmática y se abre al exterior. Es la egestión o defecación celular.

13 - ORGÁNULOS PARA ELABORAR SUSTANCIAS Los orgánulos del citoplasma que fabrican sustancias a partir de los nutrientes incorporados son: ribosomas, retículo endoplásmico y aparato de Golgi. Los ribosomas son pequeños gránulos dispersos por el citosol o adosados a las paredes del retículo endoplásmico. Elaboran las proteínas que la célula necesita para crecer y funcionar. El retículo endoplásmico es una extensa red de sáculos aplanados y túbulos que llega a envolver el núcleo, formando la membrana nuclear. Una porción del retículo endoplasmatico lleva ribosomas adosados a sus paredes, y otra no los lleva; a la primera porción se la denomina retículo endoplasmatico rugoso y a la segunda, retículo endoplasmatico liso. En el interior de las sáculos y túbulos del retículo endoplasmatico se transforman las proteínas elaboradas por los ribosomas de sus paredes, y se distribuyen por toda la célula, para su distribución, de los sáculos y túbulos del reticulo endoplasmatico surgen continuamente vesículas llenas de sustancias, la mayoría van a parar al aparato de Golgi, y algunas van a fundirse con la membrana plasmática. El aparato de Golgi, está formado por uno o varios conjuntos de sáculos aplanados y apilados, no comunicados entre sí. A dichos sáculos llegan vesículas procedentes del retículo endoplasmatico cuyo contenido sigue sufriendo transformaciones a su paso por los sáculos del aparato de Golgi. Una vez completada la maduración de las sustancias, éstas salen envueltas en vesículas. Estas vesículas a veces se abren hacia el exterior de la célula, pues son sustancias que cumplen allí su función, como la saliva elaborada por las células de las glándulas salivares; es el proceso denominado secreción celular

14 Otras vesículas quedan en el citoplasma para realizar en él su función, como es el caso de los lisosomas. Los lisosomas son vesículas membranosas procedentes del aparato de Golgi que contienen un conjunto de enzimas hidrolíticos que se utilizan para la digestión intracelular de todo tipo de macromoléculas biológicas. Todos los encimas de los lisosomas son glucoproteinas que se sintetizan en el RER y a continuación pasan a la cara cis del AG a través de estas vesículas de transporte. Desde aquí pasan a la cara trans y se reúnen en vesículas específicas que se desprenden por gemación de las cisternas del AG. Estas vesículas son los lisosomas primarios. Los lisosomas son orgánulos muy heterogéneos morfológicamente debido a la amplia variedad de materiales que son capaces de digerir. Los lisosomas que contienen solo enzimas y que aun no han participado en procesos digestivos, se denominan lisosomas primarios; al microscopio electrónico se ven como vesículas esféricas de pequeño tamaño y de contenido homogéneo y electrodenso. Los lisosomas primarios se unen a los endosomas tardíos y se forman los lisosomas secundarios que contienen materiales en proceso de digestión y presentan un tamaño y contenido heterogeneos. Los lisosomas que han realizado el proceso digestivo y que mantienen en su interior residuos no digeribles denominados cuerpos residuales. Los lisosomas que han finalizado el proceso digestivo y que mantienen en su interior cuerpos residuales no digeribles se denominan cuerpos residuales. Los lisosomas pueden considerase en su conjunto como el estomago de la célula, ya que en ellos tiene lugar la digestión intracelular que se lleva a cabo por heterofagia o por autofagia, según sea la procedencia del material que va a sufrir la hidrólisis enzimatica. -Heterogagia: es un proceso que consiste en la digestión de sustratos de origen exógeno, que por lo general, son nutrientes. En el transporte de macromoléculas y de partículas, los materiales voluminosos entran a la célula por endocitosis (pinocitosis y fagocitosis): -Autofagia: es un proceso que consiste en la digestión de materiales procedentes del interior celular. Permite la destrucción de estructuras celulares sobrantes u obsoletas y la supervivencia en condiciones de ayuno, en las que la célula debe nutrirse a sus propias expensas. En proceso se inicia cuando el orgánulo que va a ser destruido es rodeado por membranas procedentes del RE y se forma un autofagosoma que luego se fusionara con un lisosoma primario.

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16 Excreción: exocitosis La exocitosis es la segregación de la macromolécula y partículas hacia el medio externo de la célula. Al igual que la endocitosis, implica la fusión con la membrana plasmática de vesículas procedentes del citoplasma celular. Los fenómenos de exocitosis tienen un papel muy importante en las funciones celulares: - Funciones estructurales y de relación : formación del glucocálix o matriz celular, intercambio de metabolitos con el exterior o traducción de señales bioquímicas hacia el interior celular. La secreción puede ser de dos tipos: CONSTITUTIVA : SE REALIZA DE UNA FORMA CONTÍNUA A PARTIR DE VESÍCULAS QUE PROVIENEN DE LAS CISTERNAS DE Golgi y suelen tener una función estructural ( reparar o renovar la membrana o el glucocálix) REGULADA: Se producen en lugares concretos de la célula cuando recibe estímulos externos. Es la típica de las glándulas exocrinas o endocrinas: (secreción de hormonas), también de la liberación de neurotrasmisores en las neuronas. En estos casos siempre aparecen las bolsas de clatrina recubriendo a la estructura. FUNCIONES DE EXCRECIÓN. Es la secreción de los productos de desecho que se produce tras la digestión celular de partículas ingeridas por fagocitosis.

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