Fundamentos de la Célula y el Equilibrio Interno del Organismo

La Célula: Unidad Fundamental de la Vida

La célula es la unidad estructural y funcional básica de todos los seres vivos.

Organización de los Seres Vivos

Los seres vivos se organizan en diferentes niveles de complejidad, estudiados por disciplinas como la ecología, la fisiología y la química.

Niveles Químicos y Biológicos

• Átomo
• Molécula
• Célula
• Tejido
• Órgano
• Sistema de órganos
• Organismo
• Población (de una especie)
• Ecosistema (comunidad de varias especies y su entorno)
• Biosfera

Procesos Vitales Básicos

Todos los organismos vivos llevan a cabo ciertos procesos esenciales:

• Metabolismo: Conjunto de reacciones químicas celulares. Incluye:
  • Catabolismo: Degradación de moléculas complejas para obtener energía.
  • Anabolismo: Síntesis de moléculas complejas utilizando energía.
• Respuesta (o Irritabilidad): Capacidad de detectar y reaccionar a cambios (estímulos) internos o externos.
• Movimiento: Incluye el desplazamiento del organismo completo, de órganos individuales, de células o de estructuras intracelulares.
• Crecimiento: Aumento del tamaño corporal debido al incremento del tamaño celular, del número de células o de ambos.
• Diferenciación: Proceso por el cual las células no especializadas se transforman en especializadas.
• Reproducción: Formación de nuevas células (para crecimiento, reparación o reemplazo) o la producción de un nuevo individuo.

Composición del Medio Interno y Líquidos Corporales

El cuerpo humano está compuesto aproximadamente por un 60% de agua. Esta agua se distribuye en dos compartimentos principales:

• Líquido Intracelular (LIC): Constituye aproximadamente el 65% del agua corporal total. Es el líquido contenido dentro de las células.
• Líquido Extracelular (LEC): Representa cerca del 35% del agua corporal total. Es el líquido fuera de las células y se considera el medio interno del organismo. Se subdivide en:
  • Líquido intersticial: Líquido que baña directamente las células de los tejidos.
  • Plasma sanguíneo: Componente líquido de la sangre.

El Concepto de Claude Bernard

El fisiólogo francés Claude Bernard (siglo XIX) fue pionero al observar que, a pesar de las fluctuaciones del ambiente externo, el medio interno (milieu intérieur) del organismo se mantiene en condiciones notablemente constantes. Esta constancia es esencial para la vida celular.

Composición Elemental del Organismo

Aunque el agua es el componente más abundante, el cuerpo está formado por diversos elementos químicos, siendo los principales:

• Oxígeno (O)
• Carbono (C)
• Hidrógeno (H)
• Nitrógeno (N)
• Calcio (Ca)
• Fósforo (P)
• Potasio (K)
• Azufre (S)
• Sodio (Na)
• Cloro (Cl)
• Magnesio (Mg)

Homeostasis: El Equilibrio Dinámico Interno

Definición de Walter Cannon

El término homeostasis fue acuñado por el fisiólogo estadounidense Walter Cannon (principios del siglo XX) para describir el mantenimiento de condiciones relativamente estables (equilibrio dinámico) en el medio interno del cuerpo.

Principios de la Homeostasis

• La clave de la homeostasis es la capacidad del organismo para regular y ajustar continuamente las condiciones internas, equilibrando las entradas y salidas de materia y energía.
• Se trata de una constancia dinámica, lo que significa que las condiciones internas fluctúan dentro de un rango estrecho compatible con la vida, no son absolutamente fijas. Un nivel se mantiene constante cuando la tasa de entrada es igual a la tasa de salida.

Ejemplo de Respuesta Homeostática: Regulación Hídrica

Un ejemplo de cómo funciona la homeostasis es la respuesta a la deshidratación:

1. La pérdida excesiva de agua (por sudoración, baja ingesta, etc.) aumenta la concentración de solutos en los líquidos corporales (LEC).
2. Receptores especializados en el cerebro (osmorreceptores) detectan este aumento de concentración.
3. Se desencadena la sensación de sed.
4. El individuo busca e ingiere agua.
5. El agua absorbida diluye los líquidos corporales, disminuyendo su concentración y restaurando el equilibrio hídrico.

Mecanismos de Retroalimentación (Feedback)

La homeostasis se mantiene principalmente mediante sistemas de retroalimentación:

• Retroalimentación Negativa: Es el mecanismo más común. La respuesta del sistema revierte o disminuye el estímulo original, devolviendo la variable a su rango normal. (Ej: regulación de la glucosa, temperatura corporal, presión arterial).
• Retroalimentación Positiva: La respuesta del sistema amplifica o refuerza el estímulo original. Es menos frecuente y suele formar parte de procesos que deben completarse rápidamente hasta un punto final. (Ej: coagulación sanguínea, contracciones del parto).

Sistemas de Control Homeostático

Los mecanismos reguladores pueden operar a diferentes niveles:

• Control Intrínseco (o Local): Regulaciones que ocurren dentro de un tejido u órgano específico en respuesta a cambios locales.
• Control Extrínseco: Regulaciones coordinadas por sistemas que actúan a distancia, principalmente el sistema nervioso y el sistema endocrino (hormonal), para mantener la homeostasis de todo el organismo.

La Membrana Celular: Barrera Selectiva y Reguladora

La membrana plasmática es fundamental para la vida celular y la homeostasis:

• Actúa como una barrera física que separa el contenido celular (LIC) del entorno (LEC).
• Regula selectivamente el paso de sustancias hacia dentro y fuera de la célula.
• Participa en la comunicación celular y en la respuesta a señales externas.
• Contribuye directamente al mantenimiento de la homeostasis celular y, por extensión, del organismo.

Proteínas de Membrana

Las proteínas son componentes clave de la membrana, desempeñando funciones de transporte, señalización, anclaje, etc. Se clasifican según su asociación con la bicapa lipídica:

• Proteínas Periféricas: No penetran en la bicapa lipídica; se unen a la superficie interna o externa de la membrana o a proteínas integrales.
• Proteínas Integrales: Están parcial o totalmente embebidas en la bicapa lipídica. Aquellas que atraviesan completamente la membrana se denominan proteínas transmembrana.

Transporte a Través de la Membrana

El movimiento de sustancias a través de la membrana celular es esencial y se clasifica en dos grandes categorías:

• Transporte Pasivo:
  • No requiere que la célula gaste energía metabólica (ATP).
  • Ocurre a favor de un gradiente de concentración (de mayor a menor concentración) o de un gradiente electroquímico.
• Transporte Activo:
  • Requiere que la célula gaste energía (generalmente hidrólisis de ATP).
  • Permite mover sustancias en contra de su gradiente de concentración o electroquímico.

Tipos de Transporte Pasivo

• Difusión Simple: Movimiento neto de moléculas pequeñas y liposolubles (ej. O₂, CO₂, esteroides) directamente a través de la bicapa lipídica, a favor de su gradiente de concentración.
• Ósmosis: Movimiento neto de agua a través de una membrana semipermeable (permeable al agua pero no a ciertos solutos), desde una zona con mayor concentración de agua (menor concentración de solutos) hacia una zona con menor concentración de agua (mayor concentración de solutos).
• Difusión Facilitada: Movimiento de sustancias (ej. glucosa, aminoácidos, iones) a favor de su gradiente, pero con la ayuda de proteínas de membrana (canales o transportadores/permeasa). No requiere ATP.
• Diálisis: Aunque a menudo se refiere a un proceso artificial de separación de solutos por tamaño a través de una membrana, en biología puede entenderse como la difusión de solutos a través de una membrana semipermeable.