Estudios experimentales modernos han establecido que la célula es la unidad estructural y funcional más compleja de casi todos los organismos vivos, con la excepción de los virus, que son formas de vida no celulares. La citología estudia la estructura, así como la actividad vital de la célula: respiración, nutrición, reproducción, crecimiento. Estos procesos serán considerados en este documento.
Estructura celular
Mediante el uso de un microscopio óptico y electrónico, los biólogos han establecido que las células vegetales y animales contienen un aparato de superficie (complejos supramembrana y submembrana), citoplasma y orgánulos. En las células animales, por encima de la membrana se encuentra un glucocáliz que contiene enzimas y proporciona nutrición a la célula fuera del citoplasma. En las células vegetales, procariotas (bacterias y cianobacterias), así como hongos, se forma una pared celular por encima de la membrana, que consiste en celulosa, lignina o mureína.
El núcleo es un orgánulo esencialeucariotas. Contiene material hereditario - ADN, que se parece a los cromosomas. Las bacterias y las cianobacterias contienen un nucleoide que actúa como transportador de ácido desoxirribonucleico. Todos ellos realizan funciones estrictamente específicas que determinan los procesos metabólicos celulares.
¿Qué entendemos por nutrición celular?
Las manifestaciones vitales de una célula no son más que la transferencia de energía y su transformación de una forma a otra (según la primera ley de la termodinámica). La energía que se encuentra en los nutrientes en estado latente, es decir, unido, pasa a las moléculas de ATP. A la pregunta de qué es la nutrición celular en biología, hay una respuesta que tiene en cuenta los siguientes postulados:
- La célula, al ser un biosistema abierto, requiere un suministro constante de energía del entorno externo.
- Sustancias orgánicas necesarias para la nutrición, la célula puede obtenerlas de dos formas:
a) del medio intercelular, en forma de compuestos preparados;
b) sintetizar de forma independiente proteínas, carbohidratos y grasas a partir de dióxido de carbono, amoníaco, etc.
Por lo tanto, todos los organismos se dividen en heterótrofos y autótrofos, cuyas características metabólicas se estudian mediante bioquímica.
Metabolismo y energía
Las sustancias orgánicas que ingresan a la célula se dividen, como resultado de lo cual se libera energía en forma de moléculas de ATP o NADP-H2. Todo el conjunto de reacciones de asimilación y disimilación es el metabolismo. A continuación, consideraremos las etapas del metabolismo energético que proporcionan nutrición a las células heterótrofas. Primeras proteínas, carbohidratos y lípidosse descomponen en sus monómeros: aminoácidos, glucosa, glicerol y ácidos grasos. Luego, durante la digestión sin oxígeno, se degradan más (digestión anaeróbica).
Así se alimentan los parásitos intracelulares: rickettsia, clamidia y bacterias patógenas, como el clostridium. Los hongos de levadura unicelulares descomponen la glucosa en alcohol etílico, las bacterias del ácido láctico en ácido láctico. Así, la glucólisis, la fermentación del alcohol, butírico y ácido láctico son ejemplos de nutrición celular debido a la digestión anaeróbica en heterótrofos.
Autotrofia y características de los procesos metabólicos
Para los organismos que viven en la Tierra, la principal fuente de energía es el Sol. Gracias a él, se satisfacen las necesidades de los habitantes de nuestro planeta. Algunos de ellos sintetizan nutrientes debido a la energía de la luz, se les llama fotótrofos. Otros, con la ayuda de la energía de las reacciones redox, se llaman quimiotrofos. En las algas unicelulares, la nutrición de la célula, cuya foto se presenta a continuación, se lleva a cabo fotosintéticamente.
Las plantas verdes contienen clorofila, que forma parte de los cloroplastos. Desempeña el papel de una antena que capta cuantos de luz. En las fases clara y oscura de la fotosíntesis, ocurren reacciones enzimáticas (el ciclo de Calvin), que resultan en la formación de todas las sustancias orgánicas utilizadas para la nutrición a partir del dióxido de carbono. Por lo tanto, la célula, que se nutredebido al uso de la energía de la luz, se denomina autotrófico o fototrófico.
Los organismos unicelulares, llamados quimiosintéticos, utilizan la energía liberada como resultado de reacciones químicas para formar sustancias orgánicas, por ejemplo, las bacterias del hierro oxidan compuestos ferrosos a hierro férrico, y la energía liberada se destina a la síntesis de glucosa moléculas.
Así, los organismos fotosintéticos capturan la energía de la luz y la convierten en energía de enlaces covalentes de monosacáridos y polisacáridos. Luego, a lo largo de los eslabones de las cadenas alimenticias, la energía se transfiere a las células de los organismos heterótrofos. En otras palabras, gracias a la fotosíntesis, existen todos los elementos estructurales de la biosfera. Se puede decir que una célula, cuya nutrición ocurre de forma autótrofa, se “alimenta” no solo a sí misma, sino también a todo lo que vive en el planeta Tierra.
Cómo comen los organismos heterótrofos
Una célula cuya nutrición depende de la ingesta de sustancias orgánicas del medio externo se denomina heterótrofa. Organismos como hongos, animales, humanos y bacterias parásitas descomponen los carbohidratos, las proteínas y las grasas mediante enzimas digestivas.
Luego, la célula absorbe los monómeros resultantes y los utiliza para construir sus orgánulos y vida. Los nutrientes disueltos ingresan a la célula por pinocitosis, mientras que las partículas sólidas de alimentos ingresan a la célula por fagocitosis. Los organismos heterótrofos se pueden dividir en saprotrofos y parásitos. Las primeras (por ejemplo, bacterias del suelo, hongos, algunos insectos) se alimentan de materia orgánica muerta, las segundas (bacterias patógenas, helmintos, hongos parásitos) se alimentan de células y tejidos de organismos vivos.
Mixótrofos, su distribución en la naturaleza
El tipo mixto de nutrición en la naturaleza es bastante raro y es una forma de adaptación (idioadaptación) a varios factores ambientales. La condición principal para la mixotrofia es la presencia en la célula de orgánulos que contienen clorofila para la fotosíntesis y un sistema de enzimas que descomponen los nutrientes preparados que provienen del medio ambiente. Por ejemplo, el animal unicelular Euglena green contiene cromatóforos con clorofila en el hialoplasma.
Cuando el reservorio en el que vive la euglena está bien iluminado, se alimenta como una planta, es decir, de forma autotrófica, a través de la fotosíntesis. Como resultado, la glucosa se sintetiza a partir del dióxido de carbono, que la célula utiliza como alimento. Euglena se alimenta heterótrofamente por la noche, descomponiendo la materia orgánica con la ayuda de enzimas ubicadas en las vacuolas digestivas. Por lo tanto, los científicos consideran que la nutrición mixotrófica de la célula es una prueba de la unidad del origen de las plantas y los animales.
Crecimiento celular y su relación con el trofismo
Un aumento en la longitud, la masa y el volumen tanto de todo el organismo como de sus órganos y tejidos individuales se denomina crecimiento. Es imposible sin un suministro constante de nutrientes a las células, que sirven como material de construcción. Para obtener una respuesta a la pregunta de cómo crece una célula, cuya nutriciónocurre de forma autotrófica, es necesario aclarar si se trata de un organismo independiente o si forma parte de un individuo pluricelular como unidad estructural. En el primer caso, el crecimiento se llevará a cabo durante la interfase del ciclo celular. En él se desarrollan intensamente los procesos de intercambio plástico. La nutrición de los organismos heterótrofos está correlacionada con la presencia de alimentos provenientes del ambiente externo. El crecimiento de un organismo multicelular ocurre debido a la activación de la biosíntesis en los tejidos educativos, así como al predominio de las reacciones anabólicas sobre los procesos de catabolismo.
El papel del oxígeno en la nutrición de las células heterótrofas
Organismos aeróbicos: algunas bacterias, hongos, animales y humanos usan oxígeno para descomponer completamente nutrientes como la glucosa en dióxido de carbono y agua (el ciclo de Krebs). Ocurre en la matriz de las mitocondrias que contienen el sistema enzimático H + -ATP-asa, que sintetiza moléculas de ATP a partir de ADP. En los organismos procarióticos, como las bacterias aeróbicas y las cianobacterias, el paso de disimilación de oxígeno se produce en la membrana plasmática de las células.
Nutrición específica de los gametos
En biología molecular y citología, la nutrición celular se puede describir brevemente como el proceso de entrada de nutrientes, su división y la síntesis de una cierta porción de energía en forma de moléculas de ATP. El trofismo de los gametos: óvulos y espermatozoides tiene algunas características asociadas a la alta especificidad de sus funciones. Esto es especialmente cierto en el caso de la célula germinal femenina, que se ve obligada a acumular una gran cantidad de nutrientes, principalmente en forma deyema.
Después de la fertilización, los usará para triturar y formar un embrión. Los espermatozoides en proceso de maduración (espermatogénesis) reciben sustancias orgánicas de las células de Sertoli ubicadas en los túbulos seminíferos. Por lo tanto, ambos tipos de gametos tienen un alto nivel de metabolismo, lo cual es posible debido al trofismo celular activo.
El papel de la nutrición mineral
Los procesos metabólicos son imposibles sin la afluencia de cationes y aniones que forman parte de las sales minerales. Por ejemplo, los iones de magnesio son necesarios para la fotosíntesis, los iones de potasio y calcio son necesarios para el funcionamiento de los sistemas enzimáticos mitocondriales, y la presencia de iones de sodio, así como de aniones de carbonato, es necesaria para mantener las propiedades amortiguadoras del hialoplasma. Las soluciones de sales minerales entran en la célula por pinocitosis o difusión a través de la membrana celular. La nutrición mineral es inherente tanto a las células autótrofas como a las heterótrofas.
Resumiendo, estamos convencidos de que la importancia de la nutrición celular es realmente grande, ya que este proceso conduce a la formación de material de construcción (carbohidratos, proteínas y grasas) a partir del dióxido de carbono en los organismos autótrofos. Las células heterótrofas se alimentan de sustancias orgánicas formadas como resultado de la actividad vital de los autótrofos. Utilizan la energía recibida para la reproducción, el crecimiento, el movimiento y otros procesos vitales.
