FUNCIONES DE NUTRICIÓN BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA. 1º BACHILLERATO TEMA 4. LAS FUNCIONES DE LOS SERES VIVOS.

Nutrición celular. Conjunto de procesos por el que los organismos intercambian materia y energía con su entorno, con el fin de mantener su organización interna y realizar sus funciones vitales. TODAS LAS CÉLULAS de cualquier organismo cumplen esta función.

Los procesos de nutrición se desarrollan en tres fases: Entrada de materiales a la célula. Utilización de la materia y de la energía. Excreción de los productos de desecho.

1. Entrada de materiales a la célula. Los nutrientes (moléculas sencillas orgánicas o inorgánicas) entran en las células mediante mecanismos de transporte controlados por la membrana. Las grandes macromoléculas deben ser previamente sometidas a digestión para poder simplificarse y atravesar la membrana. La digestión puede ser intracelular o extracelular.

a. Digestión intracelular La célula engloba una partícula alimenticia y forma un fagosoma. Fagosoma y lisosoma se fusionan formando una vacuola digestiva, donde se digiere el alimento. Los nutrientes pasan al citoplasma a través de la membrana de la vacuola digestiva. Los residuos no digeridos se expulsan al exterior.

b. Digestión extracelular La membrana de un lisosoma se fusiona con la membrana plasmática y vierte sus enzimas al exterior celular. Los enzimas digieren las partículas alimenticias, transformándolas en nutrientes, que ya pueden atravesar la membrana plasmática. Los nutrientes pasan al citoplasma.

2. Utilización de materia y energía. Las células utilizan la materia incorporada en una serie de reacciones químicas que constituyen el metabolismo celular. Éste tiene dos objetivos: La síntesis de sustancias propias para el crecimiento y renovación de estructuras La obtención de energía para llevar a cabo todos los procesos implicados en las funciones vitales.

3. La excreción de los productos de desecho. Las células han de eliminar tanto los nutrientes no utilizados como los desechos del metabolismo. La salida de sustancias se realiza a través de la membrana plasmática mediante mecanismos similares a los de entrada de nutrientes.

Tipos de nutrición celular. Según el tipo de nutrición, distinguimos: a. Células con nutrición autótrofa, capaces de sintetizar materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas. b. Células con nutrición heterótrofa, que obtienen materia orgánica sencilla del medio o por procesos de ingestión y digestión.

Nutrición en pluricelulares. La mayoría de las células de un pluricelular no están en contacto con el medio externo. Para solventar este problema se han desarrollado estrategias distintas que permiten el intercambio de sustancias entre las células y el exterior.

Los seres más sencillos (hongos, algas, musgos y animales sencillos), no están totalmente aislados del exterior y están ligados a medios acuosos, lo que permite la difusión de sustancias entre el medio y las célula. Los seres más complejos cuentan con estructuras especializadas en el intercambio de sustancias, así como sistemas de transporte encargados de conducir estas sustancias al medio interno.

INCORPORACIÓN DE NUTRIENTES A LAS CÉLULAS. Función realizada por la membrana celular, que selecciona las sustancias que entran o salen de la célula. El paso de sustancias se realiza por medio de diversos mecanismos que podemos agrupar en: Transporte de moléculas pequeñas Transporte de grandes partículas

La ósmosis Permite el paso de disolventes pero no de solutos. Membrana semipermeable Membrana semipermeable BAJA CONCENTRACIÓN ALTA CONCENTRACIÓN Medios isotónicos Igual presión osmótica. Medio hipotónico Presión osmótica baja. Medio hipertónico Presión osmótica alta. El disolvente atraviesa la membrana hasta igualar las concentraciones en ambos lados.

Membranas semipermeables MEDIO HIPERTÓNICO El agua sale de la célula. PLASMÓLISIS La membrana plasmática se separa de la pared celular. Disminuye el volumen celular. Aumenta la presión osmótica en el interior. MEDIO HIPOTÓNICO El agua entra en la célula. Aumenta el volumen celular. Disminuye la presión osmótica en el interior. TURGENCIA La célula se hincha hasta el límite de la pared celular.

a. Transporte de moléculas pequeñas. Mecanismos: Transporte pasivo Difusión simple Difusión facilitada Transporte activo

Transporte pasivo Sin consumo de energía. Las sustancias se desplazan desde zonas de mayor concentración a zonas de menor concentración (a favor de gradiente de concentración). Según las moléculas transportadas distinguimos entre: Difusión simple Difusión facilitada

Difusión simple: para sustancias simples, agua y gases, y moléculas hidrófobas, que atraviesan la bicapa lipídica. Los iones utilizan las proteínas canal que actúan a modo de poros.

Difusión facilitada. Para el transporte de moléculas polares Difusión facilitada. Para el transporte de moléculas polares. La realizan proteínas de membrana, carriers, a las que se une la sustancia, provocando un cambio en la forma de las proteínas que permite el paso de la molécula

Transporte activo Cuando las sustancias se mueven en contra de gradiente de concentración. Se necesita energía aportada por el ATP. Se realiza mediante bombas transportadoras, que son proteínas de membrana especializadas. Ejemplo: bomba de sodio-potasio.

b. Transporte de grandes partículas. Implica la formación de vesículas, debido a deformaciones de la membrana plasmática. Estos procesos son de dos tipos: - Exocitosis - Endocitosis

Exocitosis Proceso de expulsión de sustancias. Consta de tres etapas: Las sustancias a expulsar, en vesículas, se acercan a la membrana. La vesícula se fusiona con la membrana El contenido de la vesícula es expulsado al exterior. Implica un aumento de la membrana y su renovación.

Endocitosis Proceso de incorporación de partículas. El material a incorporar se fija a la membrana, que sufre una invaginación. Se produce una vesícula que encierra a la sustancia. La vesícula queda en el citoplasma. Como consecuencia la membrana reduce su tamaño.

Según el tipo de sustancias que la célula incorpora, distinguimos dos tipos de endocitosis: Fagocitosis, cuando se introducen grandes partículas sólidas. Pinocitosis, cuando se introducen disoluciones.

EL METABOLISMO. Conjunto de reacciones químicas, catalizadas por enzimas, que se producen en las células. Características comunes de las reacciones: Están catalizadas por enzimas específicos. Forman reacciones encadenadas: rutas metabólicas. Son procesos de oxidación-reducción (redox).

En la oxidación una sustancia, dador de electrones o agente reductor, pierde electrones; mientras que en la reducción se ganan electrones y la molécula que los acepta es el aceptor de electrones o agente oxidante. Frecuentemente, los electrones están acompañados de átomos de H, por tanto, si se pierden H una sustancia se oxida y si se ganan, se reduce.

Tipos de metabolismo Catabolismo (fase destructiva). Reacciones exergónicas. Las moléculas se oxidan. Por tanto, se liberan: energía, electrones e iones H. Ejemplos: respiración celular y fermentaciones. Anabolismo (fase constructiva). Reacciones endergónicas. Se construyen moléculas complejas y reducidas. Se requiere energía, electrones e iones H. Ejemplos: fotosíntesis, quimiosíntesis y síntesis de proteínas.

Intermediarios del metabolismo Los procesos metabólicos están acoplados: la energía y el poder reductor (e y H) generados en el catabolismo se consumen en el anabolismo. Para ello se precisan unos intermediarios del metabolismo que transporten esa energía y poder reductor a los lugares de la célula que los precisan. Los intermediarios son: ATP y coenzimas transportadores de electrones

ATP Ribonucleótido de adenina con tres grupos fosfato. Se encarga de almacenar la energía, liberada en los procesos catabólicos, en los enlaces rico-energéticos que unen los grupos P, para que sea utilizada en procesos anabólicos.

Transportadores de electrones Son coenzimas que experimentan cambios reversibles en su estado de oxidación. Los más importantes son NADP/NADPH, NAD/NADH y FAD/FADH. Los electrones y el H liberados en el catabolismo son recogidos por los coenzimas, que se reducen. Posteriormente serán cedidos en las reacciones anabólicas.

CATABOLISMO Su objetivo es la obtención de energía. Se utilizan moléculas ricas en energía, como la glucosa, que se van oxidando sucesivamente, obteniéndose electrones e iones H (que se acumulan en un aceptor final) y energía, que se almacena en el ATP.

Oxidación del ácido pirúvico. Puede continuar su oxidación: La glucosa suele ser la molécula de partida y su oxidación transcurre en dos etapas: Glucólisis. Oxidación del ácido pirúvico. Puede continuar su oxidación: Por vía anaerobia: fermentaciones Por vía aerobia: respiración celular

a. Glucólisis Tiene lugar en el citoplasma celular. La glucosa(6 C) se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico (3 C), liberándose: - energía que se almacena en forma de ATP - poder reductor que se concentra en el coenzima NADH

b. Oxidación del ac. pirúvico Puede ocurrir de dos formas: Por vía anaerobia, sin O2, se producen así las fermentaciones. Ocurre en el citoplasma. El aceptor final de electrones es una molécula orgánica que aun contiene energía, por lo que la degradación de la glucosa no es total. Ejemplos: Fermentación láctica Fermentación alcohólica

2. Por vía aerobia, con O2, se produce en la mitocondria 2. Por vía aerobia, con O2, se produce en la mitocondria. Es la respiración celular. En ella el aceptor final de electrones es el O2, que se reduce a H2O. Este proceso se produce en varias etapas, en las que los C del pirúvico se eliminan progresivamente, en forma de CO2, y electrones e iones de H se transfieren a diferentes transportadores, liberando energía que se emplea para sintetizar ATP.

Al finalizar la respiración celular se consigue una oxidación completa de la glucosa que se transforma en moléculas inorgánicas (CO2 y H2O), consiguiendo liberar la energía suficiente para sintetizar 38 moléculas de ATP. C6H12O6 + CO2 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP

ANABOLISMO Es el conjunto de procesos que conducen a la síntesis de moléculas complejas. Existen rutas anabólicas comunes para heterótrofos y autótrofos (p.ej. La síntesis de proteínas), pero las células autótrofas tienen rutas específicas. En función de la fuente de energía utilizada, distinguimos dos tipos de células autótrofas: Fotoautótrofas. Energía de la luz. Quimioautótrofas. Energía de reacciones químicas.

Fotosíntesis Proceso por el que las células fotoautótrofas sintetizan materia orgánica a partir de materia inorgánica, utilizando la energía de la luz. En este proceso los pigmentos fotosintéticos, como la clorofila, consiguen transformar la energía luminosa en energía química (ATP) y, se consigue poder reductor (NADPH) oxidando la molécula de agua.

La fotosíntesis es un proceso redox en el que el agua se oxida y cede los electrones e iones de H al CO2, que se reduce formando glucosa, y produciendo O2 como desecho. Luz 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2

Este proceso redox no se realiza espontánea ni directamente, sino a través de un conjunto de reacciones complejas, que se producen en dos etapas: - fase luminosa, en presencia de luz. En la membrana de los tilacoides de los cloroplastos. Se consigue ATP y NADPH. - fase oscura, no depende de la luz. El proceso constituye el ciclo de Calvin. En el estroma de los cloroplastos. Se sintetiza glucosa a partir de CO2.

La fotosíntesis es fundamental para el mantenimiento de la vida porque: Sintetiza materia orgánica Transforma la energía luminosa en energía química Libera oxígeno (cambió la composición de la atmósfera primitiva)

Quimiosíntesis Proceso con el que los quimioautótrofos sintetizan materia orgánica a partir de materia inorgánica, utilizando como fuente de energía la que se desprende de reacciones exergónicas. Se divide en dos fases: Obtención de energía y poder reductor Síntesis de materia orgánica

a. Obtención de energía y poder reductor Se obtiene energía, en forma de ATP, y coenzimas reducidos (NADH), a partir de la oxidación de compuestos inorgánicos, NH3, H2S… Equivalente a la fase luminosa de la fotosíntesis.

b. Síntesis de materia orgánica Semejante a la fase oscura de la fotosíntesis. Se utilizan la energía y el poder reductor de la fase anterior para reducir CO2 y obtener moléculas orgánicas.

Las transformaciones de los quimioautótrofos, fundamentalmente bacterias, son muy importantes ecológicamente hablando: Permiten la incorporación de muchos elementos químicos (N, S…), comunes en sustancias inorgánicas, a los ciclos de la materia en los ecosistemas.