Células

Empecemos por comprender que todos los seres vivos desde los más pequeños hasta los más grandes como la ameba microscópica, hasta las enormes ballenas están constituidos por células. Muchas plantas y animales constan de una célula, que es todo el individuo; otros han avanzado más allá de esta etapa unicelular, es decir de una sola célula; están constituidos por un gran número de células unidas entre sí. A estos plantas y animales se les denomina pluricelulares (dos o más células).

Ideas primitivas

Robert Hooke 1665, experimentador ingles, examinó láminas de corcho con un microscopio que apenas alcanzaba los 100 aumentos, y observo que la estructura de la corteza estaba formada por compartimientos análogos a las celdillas de un panal o a las celdas de una prisión, a las que denomino cells en su idioma (células). Los investigadores posteriores quedaron impresionados por las paredes fuertes y gruesas de las células vegetales, y también porque algunas parecían estar llenas con algo y otras estar vacías. Por consiguiente, arribaron a la conclusión de que la membrana celular era lo importante. No se dieron cuenta de que, si ciertas células aparentaban estar vacías cuando se las veía a través del microscopio, la razón era, simplemente, que el contenido se había escurrido mientras se las preparaba para la investigación microscópica.

Más tare se descubrió que las células también se encontraban en los animales. 

En 1838-1839, dos fisiólogos alemanes, Theodor Schwann y Jakob Schleiden, helaborarón independientemente una teoría nueva y revolucionaria: sostenían que todos los seres, desde el más simple a los más complejos, están constituidos por células, las cuales desempeñan un papel importante en todas las actividades de la vida. Después se descubrió que no soló los cuerpos de todos los animales las plantas superiores están formados por células, sino que cada uno de estos seres ah surgido ineludiblemente de una sola célula.

Las células son protoplasma vivo

La ciencia moderna descarto por así decirlo la antigua idea de que la membrana es la célula, y que el contenido es simplemente relleno. Entonces comprendemos que la parte importante, la vida de cada célula, es el contenido, al que denominamos protoplasma. El protoplasma es el escenario de los cambio químicos que producen digestión, absorción, actividad muscular y demás actividades de la vida. Según el concepto moderno, la célula es una masa de protoplasma encerrada en una membrana, conocida como membrana plasmática. El protoplasma no es constantemente uniforme, sino que muestra ciertas zonas bien definidas; en una posición más o menos central se encuentra un núcleo, o centro. Algunas células tienen más de un núcleo, mientras que otras, maduras, carecen de él. El protoplasma que rodea el núcleo se denomina citoplasma. El núcleo también está rodeado por una membrana denominada membrana nuclear.

Las células del organismo pluricelulares forman tejidos: nervioso, musculas, conjuntivo y demás. Los tejidos se combinan para formar órganos, entre ellos corazón, intestinos y páncreas. Tejidos y órganos simplemente coordinan las diversas actividades de las células individuales de modo que el organismo, como unidad, funcione adecuadamente. Sintetizan o forman sustancias complejas, elaboran y segregan hormonas y enzimas que controlan los procesos orgánicos vitales, eliminan productos de deshecho y de reproducen por división.

Composición del protoplasma

La composición del protoplasma varía considerablemente dependiendo del animal o planta y la clase del tejido. El contenido medio de agua es aproximadamente, del 75%. En una célula soló puede haber una pequeña porción de proteínas, o bien hasta un 30% , como en ciertas células musculares. Los otros constituyentes del protoplasma, incluyendo sustancias grasas carbohidratos y minerales, por lo general solo constituyen una proporción pequeña.

Agua. Parte del agua que se encuentra en el protoplasma esta químicamente ligado con las proteínas de la célula. El resto existe en estado libre como molécula de agua (H2O). El agua libre en protoplasma es un solvente sumamente efectivo; en ella, las sustancias inorgánicas, denominadas sales, se ionizan, esto es se descomponen en átomos, o grupos de átomos, eléctricamente cargados, llamados iones. Las sustancias orgánicas se disuelven o se dispersan en el agua del protoplasma. El resultado es que se aceleran las reacciones químicas. Los intercambio entre moléculas y iones disueltos ocurren más rápidamente que si estas sustancias permanecieran en forma solida. Por lo general, mientras mayor sea el contenido acuoso de las células, más intensas son las actividades vitales que se producen. 

Proteínas. Las proteínas que contiene el protoplasma son elementos esenciales de está sustancia viva. Son constituyentes importantes de las enzimas (sustancias que aceleran las reacciones químicas dentro del cuerpo). Que se asocian con estas proteínas, en está actividad vital están las vitaminas. A partir de combinaciones variadas de sustancias químicas denominadas aminoácidos se forman las proteínas, existen más de 20 combinaciones, y cada uno contiene un grupo amino, -NH2 (un compuesto de nitrógeno e hidrógeno), y un grupo carboxilo -COOH (un compuesto de carbono, oxigeno e hidrógeno). Cada aminoácido constituye un eslabón en la cadena que forma la molécula proteica. Al haber gran cantidad de proteínas, los diferentes tipos de células tienen diferentes clases de proteínas.

Lípidos. Sustancia de la célula del griego lipos (grasa), son parte de la estructura protoplasmática. Sirven también como fuente de reserva energética y forman muchos de los pigmentos celulares. Algunos lipidos son completamente insolubles en el agua del protoplasma. Se dispersan por todas partes en forma de diminutas gotas. Los lípidos pueden ser simples o complejos. El alcohol conocido como glicerina y los llamados ácidos grasos se combinan para constituir los lípidos más simples. A igual relación de peso, los últimos liberán más energía cuando se queman en la célula que cualquier otra sustancia protoplasmática. Empero, como no se queman con la facilidad de los azúcares, los lípidos simples se almacenan en las células como fuentes energeticos de reserva. Los lípidos complejos incluyen los fosfolípidos, esteroides, carotenoides y lipoproteínas. Los fosfolípidos aparecen, principalmente, en el tejido nervioso. El hígado produce algunos esteroides, que son parte de la bilis. Ciertos esteroides (denominados esteroles) actúan como hormonas que regulan varias actividades el cuerpo. Los carotenoides están representados por varios pigmentos celulares importantes, incluyendo los carotenos, que se encuentran en las zanahorias y la hierba. Las lipoproteínas son lípidos unidos a moléculas proteicas; forman parte del núcleo y de las membranas de la célula.

Carbohidratos. Los carbohidratos (o hidratos de carbono) están constituidos por los elementos químicos carbono, hidrógeno y oxígeno. Uno de los carbohidratos más importantes es el azúcar conocido como glucosa, que tiene C6H12O6, se forma en las células de la planta por el proceso de fotosíntesis, y estas células lo usan como fuente energética inmediata. Las células animales también queman glucosa para obtener energía. La glucosa es un monosacárido, o sea la forma más simple del azúcar.
Cuando se unen dos monosacáridos forman un disacárido. Lactosa, sacarosa y maltosa son disacáridos
Cuando varios monosacáridos se combinan químicamente, la sustancia resultante es denominada polisacárido: Almidón y celulosa.
Con frecuencia los carbohidratos se unen con elementos proteínicos o minerales, tales como azufre y fósforo. De esta manera se forman varias sustancias complejas importantes. Las pentosas-azúcares cuyas moléculas contienen cinco átomos de carbono, se unen a un ácido fosfórico y grupos que contienen nitrógeno para formas ácidos nucleicos unos de los cuales, llamado ácido ribonucleico o ARN, participa en la formación de proteínas en la célula.Otro como el ácido desoxirribonucleico o ADN, que aparece en el núcleo, esta asociado con los cromosomas, el material hereditario de las células.
Materiales inorgánicos. Entre las sustancias inorgánicas se incluyen varias sales y elementos minerales. Los iones de sodio son más abundantes que los otros en la célula. Al desempeñar un papel importante en el control de la difusión de sustancias hacia adentro y afuera de la célula a través de la membrana plasmática. El sodio junto al potasio incrementan la viscosidad, o consistencia pegajosa del protoplasma interno.
Los iones de potasio tienen un papel importante en la conducción de los impulsos nerviosos por las células nerviosas y en la contracción de las células musculares, el magnesio que existe en el protoplasma, la cual esta en pequeñas cantidades, forma parte especial del pigmento verde de las plantas, la clorofila. 
La presencia de iones de calcio en la célula disminuye la permeabilidad de la membrana plasmática, de modo que soló pueden pasar a través de ella pequeñas cantidades de agua y unas pocas sustancias disueltas.
Hierro, cobre y cinc aparecen como parte de varias enzimas.

Clasificación de las células

Las células se clasifican básicamente en:

Eucariota. Cuenta con un núcleo definido, estas células a su vez se dividen en animal y vegetal 

La marca "X" indica que cuenta con el orgánulo.

Orgánulos Celulares	Animal	Vegetal	Función
Centriolos	X		Participa en la división celular formando el huso acromático (mitosis y meiosis).
Núcleo	X	X	Contiene el ADN, dirige la síntesis de proteínas y la división celular.
Pared celular		X	Formada de celulosa, protege a la célula.
Nucléolo	X	X	Se encuentre dentro del núcleo, solo puede ser observado en la división celular, sintetiza las subunidades ribosomales.
Retículo endoplasmatico	X	X	RE liso: sintetiza lípidos. RE rugoso: Tiene adheridos a los ribosomas, los cuales sintetizan proteínas.
Vacuola		X	Almacena productos y nutrientes.
Aparato de Golgi	X	X	Transporta, almacena y madura proteínas, elimina sustancias de deshecho.
Cloroplastos		X	Participan en el proceso de la fotosíntesis.
Lisosomas	X	X	Se encargan de la digestión celular porque contiene enzimas digestivas.
Mitocondria	X	X	Son las encargadas de la respiración celular con la que se obtiene energía en forma de ATP.
Membrana celular o plasmática	X	X	Delimita a la célula, permite el intercambio de sustancias y esta formada de una bicapa lipídica
Citoesqueleto	X	X	Son fibras de proteína que le dan forma y movimiento a la célula.

Procariota (bacterias). Se distingue porque, a diferencia de la eucariota no tiene un núcleo definido, al no tener núcleo el ADN se encuentra disperso en el citoplasma, cuenta con membrana plasmática y estructuras ribosomales.

¿Por qué ejerce atracción la Luna sobre las aguas del mar?

La atracción que ejerce la luna sobre las aguas del mar origina las mareas. En cualquier dique, puerto o ensenada podemos observar que el nivel del agua sube y baja dos veces al día: este flujo y reflujo que mantiene el agua en constante movimiento recibe el nombre de marea. las mareas nunca cesan, porque la tierra nunca deja de girar y las mareas están relacionadas con este movimiento de nuestro planeta. En otras palabras: las mareas tienen cierta relación con los días. Desde tiempos muy remotos, aún antes de que los hombres supieran que la tierra gira sobre su eje, observaron que las mareas tenían también cierta relación con la luna. En nuestros días sabemos con toda precisión cuanto se relaciona con las mareas.

¿De que modo se originan las mareas?

Supongamos que la Luna no girase alrededor de la tierra, si no que se limite a acompañarla en su movimiento a través de los espacios. En este caso, la luna aparecería y se ocultaría diariamente siempre a las mismas horas, y así en todos los lugares del mundo habría mareas diarias siempre a las mismas horas. La diferencia entre esto y lo que ocurre realmente es que la Luna se mueve alrededor de la tierra al mismo tiempo que ésta va girando sobre su propio eje. Por eso la Luna sale y se oculta en cada lugar de la tierra aproximadamente media hora más tarde cada día, y está comprobado que las mareas experimentan un retraso semejante.

La Luna, como el agua del mar, es una sustancia material, y es sabido que la materia atrae y, a su vez, es atraída por la materia. Este fenómeno ah recibido el nombre de gravitación universal. Pero como la mayor parte de la tierra está cubierta de agua, y los líquidos no son rígidos, los efectos de está atracción serán especialmente sensibles sobre los mares. Las aguas situadas frente a la luna son atraídas por ella, y como la tierra gira constantemente sobre un eje, se comprende que una ola tremenda debe desplazarse noche y día a través de los diversos océanos, siguiendo los movimientos de nuestro satélite. Sí en la Luna hubiese mares, también habría en ellos mareas debidas a la atracción de la Tierra. Como la Tierra es mucho mayor que la Luna, en esta las mareas serían enormes. Pero en la luna no puede haber mareas, aunque es probable que existan los lechos de ciertos océanos, secos desde hace mucho tiempo.

¿Influye el Sol en las mareas de la misma manera que la Luna?

Del mismo modo y por las mismas razones que la Luna, también el sol origina mareas, pero el efecto de la fuerza atractiva disminuye con mucha rapidez a medida que aumenta la distancia a que esta fuerza se ejerce. Por eso, aunque el Sola es mucho mayor que la Luna, la distancia a que se encuentra de nosotros es tan inmensamente superior a la que nos separa de nuestro satélite, que su influencia sobre nuestros mares es relativamente pequeña.

¿Atraen el Sol y la Luna simultáneamente a la tierra?

La principal consecuencia del movimiento real de la Luna alrededor de la tierra es que en determinado punto del mundo parece que aquélla sale una hora diferente cada día, por lo cual varían de igual modo las horas de las mareas. Además, como nuestro satélite completa una revolución alrededor alrededor de la tierra en poco más de veintisiete días, hay momentos en que la Luna y el Sol se encuentran a un mismo lado de la Tierra, y otros en que, por lo contrario, se hallan el uno a un lado y la otra en el opuesto de nuestro planeta. En cambio, en los intervalos, las líneas que unen dichos astros con el centro de la Tierra forman entre sí un ángulo de casi 90 grados.
Entonces podemos decir cuando el Sol y la Luna ejercen su atracción en mismo sentido, estas fuerzas se suman, como se puede ver en la imagen, durante unos días las aguas subirán y bajarán un poco más de lo normal.

¿Por qué avanzan y se retiran las aguas de los mares?

Se podría comparar la playa con el borde de un plato extendido medio lleno de agua: al añadirle agua la marea subirá. Cuando se eleva el nivel del agua, aumenta la parte del borde que cubre el agua, y viceversa. Así podemos comprender como es que en ciertos lugares las aguas se retiran y avanzan a distintas velocidades.

Por el contrario si vertimos una cucharada de agua en un vaso de paredes verticales solo cubriremos una pequeña parte de dichas paredes; al vaciar la misma cantidad de agua en una mesa es seguro que cubra una mayor porción de superficie.

Esto es lo que ocurre con las mareas. En un dique donde el agua se halla confinada, por decir así, en un vaso de paredes verticales, es preciso añadir una gran cantidad de líquido para que la diferencia de nivel se aprecie y por esta razón la marea parece crecer muy despacio.Por el contrario en una playa con declive suave, el aumento del agua debido a la atracción de la Luna se extiendo sobre una superficie muy amplia, y decimos entonces que la marea crece con rapidez. 

Las tres leyes del movimiento de Newton

Primera ley del movimiento (ley de inercia)

Un cuerpo en reposo continúa en reposo, y un cuerpo en movimiento continua en movimiento a velocidad uniforme y en linea recta, a menos que sobre ellos actúe una fuerza externa que lo modifique.

Para entender mejor esta primera ley del movimiento señalemos que cuando un cuerpo esta en movimiento dos factores hacen que resista un cambio: uno es su velocidad; el otro, su masa. sabemos que es difícil detener el movimiento de una bala a causa de su velocidad. También nos es difícil detener el movimiento de un automóvil que se desplace lentamente, a causa de su masa. Los dos factores de masa y velocidad de un cuerpo, cuando se multiplican entre sí nos dan los que se denomina el momento del cuerpo.

La masa de un cuerpo es siempre constante. Por tanto, para alterar el movimiento es necesario alterar la velocidad; para alterar la velocidad ()ya sea el índice de rapidez, la dirección, o ambos), y así producir una aceleración, se requiere una fuerza. Esto es lo que Newton quiso decir al expresar que un cuerpo en movimiento se desplazará en línea recta  con rapidez uniforme a menos que sobre él actúe una fuerza externa.

Pero, se podría decir, un automóvil puede viajar a velocidad uniforme en línea recta soló porque le aplicamos una fuerza: la suministrada por el motor. ¿Por qué no podría el automóvil viajar a velocidad uniforme en línea recta sin que se le aplique fuerza alguna, si la primera ley de Newton es valida?.

Cuando un automóvil se desplaza, es retenido por las fuerzas
de fricción del camino y de resistencia del aire.

Porque cuando un automóvil se desplaza por una carretera está frenado continuamente por las fuerzas resistentes de la fricción de la carretera y la resistencia del aire. Para contrarrestar estas fuerzas resistentes y permitir que el automóvil mantenga una velocidad uniforme en línea recta debe haber una fuerza externa que se origina en el motor y se aplica a las ruedas. En consecuencia, debemos interpretar la primera ley del movimiento en el sentido de que, cuando las fuerzas que actúan sobre un cuerpo están equilibradas, no hay aceleración. Esta condición se aplicaría igualmente a los cuerpos en reposo y a aquellos que se desplazan a velocidad uniforme.
El enunciado fundamental que podemos extraer de la ley de Newton es que la . Esta expresión es una ecuación vectorial, ya que tanto la fuerza como la aceleración llevan dirección y sentido.
De la ecuación  podemos deducir que si actúan
fuerzas sobre los cuerpos, el cambio que se provoca en sus aceleración es proporcional a la fuerza aplicada y dicho cambio de produce en la dirección sobre la que se aplican dichas fuerzas.

Segunda ley del movimiento (ley fundamental de la dinámica)

La razón de cambio de movimiento de un cuerpo es proporcional a la fuerza aplicada y se produce en dirección en que actúa la fuerza.

Esta ley se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. La aceleración que adquiere un cuerpo es proporcional a la fuerza neta aplicada sobre el mismo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo (que puede ser o no ser constante). Entender la fuerza como causa del cambio de movimiento y la proporcionalidad entre la fuerza impresa y el cambio de la velocidad de un cuerpo es la esencia de esta ley.

Si la masa del cuerpo es constante podemos establecer la siguiente relación, que constituye la ecuación fundamental de la dinámica:

En la cual m es la masa del cuerpo la cual debe ser constante para que pueda expresarse de tal forma. La fuerza neta que actúa sobre un cuerpo, también llamada fuerza resultante, es el vector suma de todas las fuerzas que sobre él actúan.

Entonces:

• La aceleración que adquiere un cuerpo es proporcional a la fuerza aplicada, y la constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo.
• Al actuar varias fuerzas esta ecuación se refiere a la fuerza resultante, suma vectorial de todas ellas.
• Al ser una ecuación vectorial, después se debe cumplir componente por componente.
• En ocasiones sera útil recordar el concepto de componentes intrínsecas: si la trayectoria no es rectilínea es por que hay una aceleración normal, luego habrá también una fuerza normal (en dirección perpendicular a la trayectoria); si el módulo de la velocidad varía es porque hay una aceleración en la dirección de la velocidad (en la misma dirección de la trayectoria). 
• La fuerza y la aceleración son vectores paralelos, pero esto no significa que el vector velocidad sea paralelo a la fuerza. Es decir, la trayectoria no tiene por qué ser tangente a la fuerza aplicada (sólo ocurre si al menos, la dirección de la velocidad es constante).
• Esta ecuación debe cumplirse para todos los cuerpo. Cuando analicemos un problema para varios cuerpos y diferentes fuerzas aplicadas sobre ellos, debemos entonces tener en cuenta las fuerzas que actúan sobre cada uno de ellos y el principio de superposición de fuerzas. Aplicaremos la segunda ley de Newton para cada uno de ellos, teniendo en cuenta las interacciones mutuas y obteniendo la fuerza resultante sobre cada uno de ellos.

El principio de superposición nos dice que si varias fuerzas actúan igual o simultáneamente sobre un cuerpo, la fuerza resultante es igual a la suma vectorial de las fuerzas que actúan independientemente sobre el cuerpo (regla del paralelogramo). Este principio es requisito indispensable para la comprensión y la aplicación de las leyes, así como para la caracterización vectorial de las fuerzas.
La fuerza modificara este movimiento, cambiando la velocidad en modulo o dirección. Las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos. Por lo tanto existe una relación causa-efecto entre la fuerza aplicada y la aceleración que este cuerpo experimenta.
Des esta ecuación se obtiene la unidad de medida de la fuerza en el sistema internaciónal de unidades, en Newton.

Si la masa no es constante Cuando la masa de los cuerpos varia, como por ejemplo un cohete que va quemando combustible, no es valida la relación  y hay que hacer genérica la ley para que incluya el caso de sistemas en los que pueda variar la masa. Para ella primera hay que definir una magnitud física nueva, la cantidad de movimiento, que se representa por la letra p y que se define como el producto de la masa de un cuerpo por su velocidad, es decir: 

                                                                   

Una forma más general sería: 

                                                                 

Pero esta sería la expresión clásica de la segunda ley de Newton.

                                                               

Tercera ley de Newton o principio de acción y reacción 

Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre otro objeto, este ejercerá una fuerza de igual magnitud y dirección en sentido opuesto del primero. Con frecuencia se enuncia así : A cada acción siempre se opone una reacción igual pero en sentido contrario.
Esta tercera ley expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que lo produjo. De otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y dirección, pero con sentido opuesto. El principio relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo cuerpo,

produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas. Un buen ejemplo sería: Cuando una persona rema en un bote empuja el agua con el remo en un sentido y el agua responde empujando el bote en sentido opuesto.
Al disparar una bala, la explosión de la pólvora ejerce una fuerza sobre la pistola (retroceso, que sufren las armas de fuego al ser disparadas), la cual reacciona ejerciendo una fuerza de igual intensidad pero en sentido contrario sobre la bala.