Funciones celulares: nutrición, respiración y transporte

Funciones celulares: nutrición, respiración y transporte

Una célula viva trabaja sin pausa. Mientras intercambia gases con el medio, gasta energía para conservar una composición interna distinta de la de afuera.

Ese trabajo se organiza en tres procesos que suelen explicarse por separado: nutrición, respiración y transporte. Conviene estudiarlos como una cadena, porque ninguno funciona solo.

Lo que vas a encontrar aquí son los criterios para reconocer cada proceso en un caso de examen. Los organelos aparecen como escenario y no como protagonistas.

Antes de seguir, tené presente una idea que ordena todo el tema: la membrana plasmática decide qué pasa y qué no. Casi todos los ejemplos que vienen dependen de esa decisión.

Qué hace una célula para seguir viva

La célula es la unidad más pequeña que cumple todas las funciones vitales por su cuenta. Para lograrlo necesita materia, energía y un intercambio permanente con el medio.

La nutrición consigue esa materia. La respiración libera la energía guardada en ella y el transporte reparte lo obtenido por todo el volumen celular.

Cuando uno de los tres procesos falla, los otros dos lo notan. Una célula sin oxígeno produce menos energía y, con menos energía, la bomba de la membrana se detiene.

Por eso el examen presenta los procesos juntos. Un mismo caso puede pedirte el mecanismo de entrada de una sustancia y, a la vez, la razón por la cual ese paso consume energía.

El interior de la célula no es una copia del exterior. Tiene más potasio, menos sodio y una concentración propia de azúcares y proteínas.

Mantener esa diferencia cuesta energía y explica buena parte de lo que sigue. Si la membrana dejara de seleccionar, el interior se igualaría con el medio y la célula perdería su identidad química.

• La nutrición aporta materia y energía.
• La respiración transforma esa materia en ATP.
• El transporte mueve sustancias a favor o en contra del gradiente.
• La membrana controla los tres procesos a la vez.

Para repasar la idea general de la célula podés consultar la célula como unidad estructural, funcional y reproductiva.

Nutrición celular: de dónde sale la materia

Nutrirse, en el lenguaje de la biología celular, es conseguir los materiales con los que la célula se construye y se mantiene. No es lo mismo que alimentarse: una célula no come, incorpora moléculas.

Las células autótrofas fabrican su propia materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas. Las plantas, las algas y algunas bacterias usan la luz solar, el agua y el dióxido de carbono para producir carbohidratos.

Las células heterótrofas no pueden hacer esa síntesis. Toman materia orgánica ya elaborada, que llega desde otros organismos en forma de azúcares, aminoácidos o lípidos.

En los dos casos el resultado final se parece: la célula obtiene moléculas con las que arma sus estructuras y guarda energía en sus enlaces.

De la degradación de esas moléculas quedan desechos. Uno de ellos es el dióxido de carbono, que abandona la célula por difusión simple, sin bomba y sin gasto de ATP.

El origen de la materia no cambia el destino. Tanto en una célula vegetal como en una animal, los nutrientes terminan en las mismas rutas de degradación y de síntesis.

El agua y las sales minerales también entran en el balance. Sin agua no hay disolvente donde ocurran las reacciones y sin iones no funcionan las proteínas de la membrana.

Conviene separar dos momentos que los enunciados mezclan. Primero entra la materia y después se transforma; si confundís el orden, las preguntas sobre nutrición y respiración se vuelven indistinguibles.

Hay un detalle que suele pasar inadvertido. La célula no guarda la glucosa tal como llega: la convierte en moléculas propias o la degrada para obtener energía de uso inmediato.

La membrana plasmática y su permeabilidad selectiva

La membrana plasmática es una lámina delgada que separa el citoplasma del medio externo. Aunque parece una película simple, está formada por una doble capa de fosfolípidos con proteínas incrustadas.

Las colas de los fosfolípidos son apolares y se orientan hacia el centro de la bicapa, lejos del agua. Las cabezas, que sí son polares, quedan en contacto con los líquidos de ambos lados.

Ese arreglo recibe el nombre de modelo de mosaico fluido. Las proteínas se desplazan dentro de la capa y cambian de lugar según la actividad de la célula.

La membrana es semipermeable o, con más precisión, de permeabilidad selectiva. Deja pasar gases pequeños como el oxígeno y el dióxido de carbono, y frena iones o moléculas grandes.

Las proteínas de membrana resuelven ese problema. Unas forman canales por donde pasan iones y otras funcionan como bombas que mueven sustancias en contra del gradiente.

Además, la membrana se repara sola si sufre una rotura pequeña. Esa propiedad, junto con su flexibilidad, permite que la célula conserve su contenido mientras se deforma o se divide.

La membrana es asimétrica: la cara interna y la externa no tienen la misma composición ni las mismas proteínas. Esa diferencia orienta el paso de sustancias y permite que la célula reconozca lo que la rodea.

La selectividad no es un capricho de la célula. Gracias a ella puede acumular nutrientes, expulsar desechos y mantener las condiciones que necesitan sus enzimas.

Transporte pasivo: difusión simple, difusión facilitada y ósmosis

El transporte pasivo no gasta energía. Las sustancias se mueven a favor de su gradiente de concentración, o sea, desde donde están más concentradas hacia donde están menos.

En la difusión simple la molécula atraviesa la bicapa sin ayuda. Así entra el oxígeno que la célula consume y sale el dióxido de carbono que produce.

En la difusión facilitada la sustancia necesita una proteína que le abra el paso. La glucosa y los aminoácidos entran en muchas células por esta vía.

No todas las proteínas de membrana funcionan igual. Los canales abren un poro por el que atraviesa el ion y las transportadoras cambian de forma para llevar la molécula de un lado al otro.

Aunque use proteína, la difusión facilitada sigue siendo pasiva. No consume ATP y se detiene cuando las concentraciones se igualan a ambos lados de la membrana.

Ese detalle tiene consecuencias prácticas. En el riñón, la glucosa se reabsorbe con proteínas transportadoras y, si hay más glucosa de la que esas proteínas pueden manejar, el exceso se elimina con la orina.

La velocidad del movimiento depende de la diferencia de concentración, del tamaño de las partículas y de la temperatura. Cuanto mayor es la diferencia entre los dos lados, más rápido avanza la sustancia.

La ósmosis es un caso particular de difusión: solo se mueve el agua. El agua pasa de donde hay menos soluto disuelto hacia donde hay más, y en muchas células lo hace por canales proteicos llamados acuaporinas.

El resultado depende de la tonicidad del medio, es decir, de su concentración de solutos comparada con la del interior celular. La tabla siguiente resume los tres casos posibles.

En las plantas el efecto se ve a simple vista. Cuando el agua entra, la vacuola empuja la membrana contra la pared y el tejido se sostiene; cuando sale, la planta se marchita.

Con el microscopio se observa el mismo fenómeno en una hoja. Al añadir una disolución salina concentrada, el contenido celular se separa de la pared: eso es la plasmólisis.

Si después se agrega agua destilada, el contenido vuelve a ocupar su lugar. Ese regreso demuestra que la membrana estaba intacta y que el movimiento era reversible.

Transporte activo y la bomba de sodio-potasio

El transporte activo mueve sustancias en contra del gradiente. Para eso la célula paga con ATP, porque el desplazamiento no ocurre solo.

La bomba de sodio-potasio es el ejemplo clásico. En cada ciclo expulsa tres iones de sodio, hace entrar dos de potasio e hidroliza una molécula de ATP.

El resultado es una distribución desigual: más sodio fuera y más potasio dentro. Esa diferencia sostiene el potencial de membrana que necesitan las neuronas y las células musculares.

Existen también transportes activos secundarios. Aprovechan el gradiente de sodio que la bomba ya creó para arrastrar glucosa o aminoácidos hacia el interior, como ocurre en el intestino.

Como todo depende del ATP, el sistema se frena cuando falta energía. Si se interrumpe la respiración, la bomba deja de trabajar y el gradiente se pierde.

La siguiente tabla compara los mecanismos revisados hasta aquí. Fijate en la dirección del movimiento y en lo que cada uno necesita para funcionar.

Respiración celular y el papel del ATP

La respiración celular es el conjunto de reacciones que extrae energía de la glucosa. El proceso tiene tres etapas y no todas ocurren en el mismo lugar de la célula.

La glucólisis se realiza en el citoplasma. Allí la glucosa, de seis carbonos, se divide en dos moléculas de tres carbonos llamadas piruvato.

Después el piruvato entra en la mitocondria. En la matriz de ese organelo se oxida por completo y libera dióxido de carbono durante el ciclo de Krebs.

La tercera etapa es la fosforilación oxidativa. Los electrones recorren la cadena transportadora de la membrana interna y la energía liberada se guarda en ATP.

El oxígeno participa al final de esa cadena. Sin él, el proceso aeróbico no se completa y la célula obtiene mucho menos ATP de la misma cantidad de glucosa.

La mitocondria no es la respiración: es el organelo donde ocurre la respiración aeróbica. Esa distinción aparece seguido en las preguntas de opción múltiple.

El ATP funciona como moneda de cambio energético. La energía se libera cuando la molécula se hidroliza y el ADP que queda vuelve a cargarse con la energía de la respiración.

La bomba de sodio-potasio y la contracción muscular consumen ese ATP. Cuando la producción se detiene, las proteínas contráctiles no logran separarse y el músculo queda rígido.

El dióxido de carbono que sale por difusión es el mismo que se libera en el ciclo de Krebs. Entra y sale sin transportador porque es una molécula pequeña y apolar.

Cada etapa requiere enzimas propias y ocurre en un compartimento distinto, y esa separación permite regular el proceso por partes.

El detalle del ATP conviene repasarlo en la molécula de energía de uso inmediato, porque el tema se evalúa junto con este.

Las funciones celulares en el organismo completo

Lo que ocurre en una célula se repite en millones de células a la vez. Por eso los cambios del medio interno se notan en todo el cuerpo.

Una pérdida de agua y de sales altera la concentración de los líquidos corporales. Si el sodio del líquido extracelular baja, el agua entra en las células y estas se hinchan.

Ese es el mecanismo que describe la hiponatremia. Las células del cerebro son especialmente sensibles a la hinchazón y de ahí provienen muchos de sus síntomas.

El riñón participa en ese equilibrio. Filtra agua, sales e iones y reabsorbe lo que el organismo necesita conservar.

Durante el ejercicio intenso los músculos consumen ATP a gran velocidad. La bomba de sodio-potasio trabaja más y el aporte de oxígeno tiene que sostenerse.

Si a una planta le falta agua, sus células pierden turgencia y las hojas se inclinan. Al regar, el agua vuelve a entrar en las células y el tejido se recupera.

Los tejidos con mayor actividad necesitan más oxígeno y más ATP. Esa demanda explica por qué la respiración celular y el transporte activo se estudian como un solo sistema.

Un último caso sirve para repasar. Beber mucha agua sin reponer sales diluye los líquidos del cuerpo, las células se hinchan y su funcionamiento se altera, igual que en el vaso con agua destilada del ejemplo anterior.

Conclusión

Nutrición, respiración y transporte forman un circuito. La primera aporta materia, la segunda la convierte en energía útil y el tercero reparte lo que se obtiene.

La membrana plasmática gobierna el intercambio gracias a su permeabilidad selectiva. El transporte pasivo aprovecha el gradiente y el activo lo corrige con ATP.

La bomba de sodio-potasio resume el costo de mantener el desequilibrio interno. La mitocondria, en cambio, es la fuente de la energía que paga ese costo.

Si tenés claro qué entra, qué sale y qué se gasta en cada caso, podés resolver las preguntas del tema sin memorizar listas.