La organización celular

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Todos los sistemas biológicos interaccionan con su entorno intercambiando materia y energía; son sistemas abiertos. También hay sistemas aislados, los cuales se desorganizan con el tiempo, y cerrados, donde se intercambia energía pero no materia.

Los sistemas abiertos tienden siempre a un estado estacionario, el estado más compatible con las condiciones en que se encuentran. En este estado, sus propiedades se mantienen constantes, y si hay una perturbación, la revierte. Cuando cambian las condiciones externas de un sistema en estado estacionario, las consecuencias dependen de la magnitud del cambio y de cada caso particular. El estado estacionario está alejado del equilibrio, pero también hay estados de equilibrio. Por ejemplo, si no hay intercambio con el ambiente, se tiende al estado más estable, el equilibrio interno. Y si hay equilibrio entre el organismo y el ambiente que lo rodea, se dice que hay un equilibrio con el entorno. Sin embargo, en un sistema abierto no todas las variables se encuentran en equilibrio o en estado estacionario, se pueden dar combinaciones. Para mantener constantes las variables en estado estacionario, es muy importante el intercambio de sustancias con el medio.

Por otro lado, es muy necesario medir la velocidad a la que se producen los intercambios. Los resultados a estas mediciones se expresan en diversas magnitudes. Un flujo es la cantidad de materia o energía transportada por unidad de área y de tiempo. Hace años, se hizo un experimento mediante el cual se estudiaron fluidos de diferentes flujos y las condiciones en que estos se producían. Se observó que a veces se producían y a veces no, y que variaba la magnitud de los flujos. Así se llegó a la conclusión de que todo flujo se produce por acción de una fuerza que lo impulsa.

Siguiendo con las magnitudes en que se expresan los resultados de las mediciones de la velocidad a la que se producen los intercambios, otro concepto es el de potencial o energía potencial, que es la capacidad de la materia de desplazarse en determinadas condiciones. A su vez, la energía potencial inicial depende exclusivamente de la altura. Además, el gradiente aporta la información de cuan rápido varia el potencial entre un punto y otro y la dirección en que se produce el cambio más brusco. Hay muchas variables a la hora de estudiarlo, como por ejemplo de que sustancia se trata, la altura, etc. De estos conceptos surge el planteo de que la magnitud de un flujo depende de la magnitud del gradiente que lo impulsa.

Además, un flujo se produce siempre desde las regiones donde el potencial es mayor a las regiones donde el potencial es menor, de donde está muy concentrado a menos concentrado. Y solo se detiene cuando el potencial se iguala en todos los puntos del espacio, donde el gradiente y el flujo se vuelven nulos. A raíz de esto, se llega a otra conclusión que es que los flujos tienden a disipar las fuerzas impulsoras que los generan. En los procesos de transporte de la célula, la fuerza impulsora natural es un gradiente de potencial químico. El potencial químico de una sustancia es una magnitud cuyo valor depende de la especie química, su concentración en el sistema, la temperatura y la presión. Cuanto mayor es la concentración, mayor es el potencial químico. En el caso de que las especies químicas posean carga eléctrica, el responsable del movimiento es el potencial electroquímico.

El intercambio de materia y energía entre la célula y su entorno se puede dar mediante transportes pasivos o activos, a través de la membrana. El transporte pasivo siempre ocurre de forma espontánea y siempre sigue la ley del gradiente, es decir que va de estados de mayor concentración a estados de menor concentración. No requiere aporte externo de energía y mediante este tipo de transporte no entra cualquier sustancia a la célula, ya que es muy selectivo. Por otro lado, el transporte activo va de estados de menor concentración a estados de mayor concentración (en contra de la ley del gradiente). Al contrario del transporte pasivo, no ocurre de forma espontánea, sino que hay sistemas específicos que promueven sus movimientos. En este tipo de transporte se ejerce la fuerza mediante el gasto de energía, necesita un aporte externo. Las proteínas que transportan sustancias de forma activa se llaman bombas.

Uno de los tipos más importantes de transporte pasivo es la difusión facilitada, donde justamente el transporte esta facilitado por canales, que son las proteínas integrales de la membrana celular. Como no pueden atravesar los lípidos, atraviesan estas proteínas, que actúan como canales y facilitan el movimiento de moléculas, a pesar de que son altamente específicos. Va de estados de mayor a menor concentración y no requiere aporte de energía, ya que las sustancias se mueven impulsadas por el gradiente de potencial químico.

Por último, se pueden intercambiar sustancias a través de vesículas, que son bilipídicas al igual que la membrana, mediante endocitosis o exocitosis. En la endocitosis, una porción de la membrana plasmática se repliega y genera una depresión, que se profundiza rodeando a la sustancia que ingresa y termina por incorporarla. Se forma una vesícula intracelular donde el material esta internalizado, el endosoma. Gran parte del material que ingresa es degradado en los lisosomas. Este proceso esta mediado por un receptor: las sustancias deben primero acoplarse a moléculas receptoras específicas. Y en la exocitosis, ciertas vesículas intracelulares se fusionan con la membrana plasmática, y el contenido de la vesícula se libera. Este proceso es mediado por proteínas de fusión, y contribuye al reciclado de componentes de la membrana.

- Glucolisis y respiración celular

La glucolisis es una de las vías centrales en el metabolismo de la mayoría de los

organismos vivos.

La oxidación de la gluscosa consiste en la perdida de electrones por parte de un átomo o molécula y la reducción, en la ganancia de electrones.

En los sistemas vivos aeróbicos, la oxidación de la glucosa se desarrolla en dos etapas principales. La primera se conoce como "glucolisis", es un proceso en el cual ocurre una serie de nueve reacciones, cada una catalizada por una enzima especifica. Durante este proceso, la molécula de glucosa se divide en dos moléculas de un compuesto tricarbonado llamado acido piruvico.

Los primeros pasos en la glucolisis requieren energía: en los pasos 1 y 3 se generan enlaces de alta energía por transferencia de un grupo fosfato desde una molécula de ATP a una molécula de azúcar.

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