La célula como unidad de vida

LA CÉLULA COMO UNIDAD DE VIDA

DESCUBRIENDO LA CÉLULA • • • •

Fueron observadas por primera vez en 1665 Por Rober Hooke Mediante un microscopio compuesto Observó cavidades en cortes de corcho y hojas • Las llamó “celdillas” o “células”

Escalas microscópicas Qué vemos a simple vista · De gran tamaño: kilómetros de montañas o de mar. · De tamaño humano: una persona, un animal... · De 1 centímetro: moscas, abejas... · De 1 milímetro: garrapatas, pulgas y otros insectos.

Qué vemos al microscopio óptico · Amebas y protozoos: Una décima de milímetro. · Glóbulos rojos y otras células: Una centésima de milímetro. · Bacterias: Milésimas de milímetro.

Qué vemos con el microscopio electrónico · Cromosomas: décimas de micra o diezmilésimas de milímetro · Virus: centésimas de micra · Moléculas: milésimas de micra, o nanómetros

Tamaños relativos de las células y sus componentes - El ojo humano tiene una resolución de cerca de 100 µm.

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Muchas de las estructuras y eventos biológicos son más pequeños de lo que el ojo humano puede ver sin ayuda.

EL MICROSCOPIO • El microscopio es una de las principales herramientas para el estudio de la célula.

• Abrió al ojo humano una nueva dimensión, en la que nadie sospechaba que pudiera haber seres vivos con capacidad para enfermarnos o matarnos.

• Hoy, el concepto de microscopio se ha ampliado de manera extraordinaria, uniéndonos con el propio corazón de la materia: los átomos.

Historia del estudio celular Se descubre el Leeuwenhoek Retículo Observa protozoos endoplasmático Schleiden y Hermanos Jansen Schwann Inventan microscopio establecen la compuesto L. Pasteur Teoría Celular Microorganismos 1674

1650

1655

1673

1822

Observa Células sanguíneas

Robert Hooke Observa células de corcho

1833

1683

Leeuwenhoek

1838

1840

Ruska y Knoll Primer construye el microscopio de primer barrido microscopio electrónico de transmisión Se descubren los Ribosomas

1897

1857

1879

1931

1898

Se descubren los Lisosomas

Kolliker Purkinje descubre las introduce el Mitocóndrias Golgi descubre el término Aparato de Golgi Protoplasma

Observa bacterias

1965

1937 1951

R. Brown Descubre el Núcleo celular

Leeuwenhoek

1956

Comportamiento de cromosomas en mitosis

Hillier perfecciona el MET consiguiendo 7000 aumentos

La cadena de inventos y acontecimientos en biología celular 1. El microscopio compuesto es inventado por los hermanos Jansen en 1650.

• Constaba de un tubo con dos lentes convexas en cada extremo • Ampliaba más que las lupas, que existían desde la Edad Media • Daba una borrosa.

imagen

La cadena de inventos y acontecimientos en biología celular 2. En 1665 Robert Hooke publica su obra “Micrografía”, con reproducciones de sus observaciones hechas con microscopio compuesto.

La cadena de inventos y acontecimientos en biología celular 3. Antony van Leeuwenhoek,

conserje que en su tiempo libre se dedicaba a pulir lentes y ponerlas en soportes, consigue hacer del microscopio una herramienta útil.

-

En 1673 observa células sanguineas

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En 1674 descubre los primeros seres unicelulares (protozoos)

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Más tarde, en 1683, va a ser el primero en ver bacterias A estos organismos los llamo "animáculos" o pequeños animales.

Escribió más de 300 cartas a la Royal Society de Londres y recibió la visita de Leibniz, que también creía en la vida microscópica.

La cadena de inventos y acontecimientos en biología celular 4. Louis Pasteur (1822-95) se ayuda del microscopio para demostrar que las infecciones son producidas por microbios.

Impulsó el concepto de vacunación preventiva Estudió los microorganismos positivos para la vida humana.

5. Robert Brown en 1833 va a descubrir el núcleo al observar células vegetales

La cadena de inventos y acontecimientos en biología celular 6. En 1838 los alemanes Matthias J. Schleiden y Theodor Schwann establecen la Teoría celular, que puede resumirse en tres puntos: • Todos los seres vivos están formados por células.

• La célula es la unidad anatómica y funcional de los seres vivos.

• Toda célula procede de la división de otra célula.

La cadena de inventos y acontecimientos en biología celular 7. A partir de aquí los descubrimientos se van a suceder rápidamente: - en 1840 J Purkinje introduce el término protoplasma para describir el contenido celular - en 1857 Kolliker descubre las mitocondrias - en 1879 es observado el comportamiento de los mitosis - en el año

cromosomas en la

1897 el retículo endoplasmático

- en 1898 Golgi al teñir las células con nitrato de plata descubre el

aparato de Golgi

La cadena de inventos y acontecimientos en biología celular 8. Santiago Ramón y Cajal y Camilo Golgi reciben el premio Nobel en 1906 por trabajos científicos fundamentados en observaciones microscópicas realizadas mediante el teñido de muestras.

La cadena de inventos y acontecimientos en biología celular 9.

Ernst Ruska y Max Knoll construyen en 1931 el primer microscopio electrónico.

Funciona mediante bombardeo de electrones sobre la muestra.

La imagen resultante aún es inferior a la que ofrecen los microscopios convencionales.

10.

James Hillier consigue un microscopio electrónico que supera a los convencionales en 1937.

Se pasa de 2000 aumentos a 7000.

Con los años, el propio Hillier contribuiría a construir aparatos con una capacidad de 2 millones de aumentos.

Una dimensión totalmente fuera de las posibilidades de los microscopios tradicionales.

La cadena de inventos y acontecimientos en biologĂ­a celular 11. en 1951 los lisosomas

12. en el aĂąo 1956 son descubiertos los ribosomas...

13. 1965. Se desarrolla el microscopio electrĂłnico de barrido.

COMO SE ESTUDIAN LAS CÉLULAS Microscopio óptico

Microscopios electrónicos

Técnicas de estudio en las células

Tinciones

Nuevos métodos de preparación de tejidos

Fragmentación por ultrasonido

Centrifugación diferencial

Microradioautografía Inmunofluorescencia

TIPOS DE MICROSCOPIOS UTILIZADOS EN BIOLOGÍA CELULAR 1. Microscopio óptico.

2. Microscopio electrónico: - de transmisión (MET) - de barrido (MEB) -

de barrido ambiental

Microscopio óptico.

Está formado por muchas lentes y generalmente dispone de un "revólver de objetivos", que le permite cambiar la ampliación.

Tiene un limite resolución de cerca de 200 nm (0.2 µm) debido a la longitud de onda de la luz (0.4-0.7 µm ).

Las células pueden estar vivas o fijadas y teñidas.

Microscopio electrónico Funciona mediante bombardeo de electrones sobre la muestra.

La imagen se proyecta sobre una pantalla.

En 1933, el canadiense Ernst Ruska (premio Nobel de Medicina en 1986) creó el microscopio electrónico, que ampliaba un objeto 7.000 veces.

El microscopio electrónico de transmisión (MET) tiene un limite de resolución de cerca de 2 nm.

Esto es debido a limitaciones del lente usado para enfocar electrones hacia la muestra.

Un MET mira a replicas de células muertas , después de haber sido fijadas y teñidas con iones de metales pesados.

Los electrones son dispersados cuando pasan a través de una fina sección del espécimen, y luego detectados y proyectados hacia una imagen sobre una pantalla fluorescente.

El microscopio elctrónico de barrido (MEB) también tiene un limite de 2nm.

Al igual que el MET, el MEB permite mirar a células muertas, después de haber sido fijadas y teñidas con iones de metales pesados.

Con esta técnica los electrones son reflectados sobre la superficie del espécimen.

Microscopio electrónico de barrido ambiental Esta herramienta permite realizar observaciones en 3 modos distintos: • Alto vacío, como un scanning convencional.

• Bajo vacío, soportando una presión de máximo 2 Torr.

• Presión ambiental, resistiendo una presión máxima de 50 Torr.

El microscopio se denomina «ambiental» debido a que la muestra se encuentra dentro de la cámara a temperatura ambiental.

Este nuevo avance tecnológico tiene como ventaja respecto del scanning convencional que, en los 2 últimos modos, no es necesario recubrir o metalizar las muestras.

En el modo ambiental se puede observar muestras húmedas, sustancias orgánicas o inorgánicas.

ESTRUCTURA CELULAR COMPONENTES ESENCIALES DE LAS CÉLULAS

CITOPLASMA (Solución acuosa con orgánulos)

MATERIAL GENÉTICO

MEMBRANA PLASMÁTICA

ORGÁNULOS SUBCELULARES

(Separa el citoplasma del medio)

(Estructuras con diferentes funciones)

ORGANIZACIÓN CELULAR CÉLULA PROCARIOTA - DEL GRIEGO: PRO = ANTES DE KARYON = NÚCLEO

CÉLULA EUCARIOTA - DEL GRIEGO: -

EU = VERDADERO KARYON = NUCLEO

genoma no separado del resto del citoplasma

genoma organizado en cromosomas rodeados de una membrana que delimita el núcleo

- CON RIBOSOMAS

- CON MUCHOS ORGÁNULOS - EN EL RESTO DE LOS

- EN BACTERIAS

ORGANISMOS

COMPONENTES DE LA CÉLULA EUCARIOTA - MEMBRANA PLASMÁTICA que separa el citoplasma del medio extracelular - CITOPLASMA en el que se encuentran: • ORGÁNULOS CELULARES (muchos delimitados por membranas) • CITOESQUELETO entramado de fibras de proteínas, cuyas funciones son: • soporte • facilitar el tráfico de moléculas - NÚCLEO material genético limitado por una membrana

MEMBRANA PLASMÁTICA

MEMBRANA PLASMÁTICA

- Es la capa más externa de la célula

- Define su extensión - Controla el contenido químico de la célula

COMPOSICIÓN QUÍMICA DA LA MEMBRANA . LÍPIDOS: 40% forman una doble capa Fosfolípidos Colesterol

. PROTEÍNAS: 50% dispuestas de una forma irregular y asimétrica entre los lípidos

. GLÚCIDOS 10%: Unidos a los lípidos -- Glucolípidos Unidos a las proteínas -- Glucoproteínas

ESTRUCTURA DE LAS MEMBRANAS UNA DOBLE CAPA DE FOSFOLÍPIDOS CON: - GRUPOS HIDROFÍLICOS ( afines al agua ) orientados hacia las superficies interna y externa - GRUPOS HIDROFÓBOS( no afines al agua ) dirigidos hacia el centro de la bicapa

MOLÉCULAS DE PROTEÍNAS de dos tipos - PROTEÍNAS EXTRÍNSECAS (periféricas) Localizadas en la superficie exterior o interior

- PROTEÍNAS INTRÍNSECAS (integrales) Locallizadas en la matriz fosfolipídica asomando al interior, al exterior o a ambos lados (canales proteicos)

MODELO DEL MOSAICO FLUIDO propuesto por Singer y Nicolson( 1972 ) Este modelo explica mejor la naturaleza dinámica de las proteínas de la membrana Las estructuras primaria y terciaria de las proteínas son congruentes con la posición de éstas dentro de la membrana o sobre ella.

Según este modelo, es posible cierta circulación lateral de los fosfolípidos y las proteínas.

UNIDAD DE MEMBRANA Las membranas poseen la propiedad de ser selectivas, lo que indica que cada tipo de membrana tiene características moleculares particulares, que les permite funcionar bajo sus propias condiciones.

Pero todas muestran el mismo aspecto al ser observadas al microscópio electrónico (UNIDAD DE MEMBRANA) las capas de proteínas se observan como dos líneas densas ( oscuras) con un espesor de aproximadamente 2,5 a 3,5 nm con un espacio claro entre ellas que tiene aproximadamente 3,5 nm, para un grosor de aproximadamente 10 nm o100 Å.

6. Glicoproteína 1. Modelo de mosaico fluido de la membrana plasmática (bicapa de fosfolípidos)

7. Moléculas de fosfolípidos organizadas en bicapa 8. Moléculas de colesterol

2. Lado externo de la membrana

9. Cadenas de carbohidratos

3. Lado interno de la membrana

10. Glicolípidos

4. Proteína intrínseca de la membrana

11. Región polar (hidrofílica) de la molécula de fosfolípido

5. Proteína canal iónico de la membrana

12.Región hidrofólica de la molécula de fosfolípido

FUNCION DE LA MEMBRANA

PERMITE EL INTERCAMBIO DE SUSTANCIAS CON EL MEDIO EXTERNO

INTERCAMBIO DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA I 1. TRANSPORTE PASIVO – Sin gasto de energía (a favor del gradiente de concentración). Tipos: DIFUSIÓN SIMPLE DIFUSIÓN FACILITADA

2. TRANSPORTE ACTIVO – Con gasto de energía (en contra del gradiente de concentración)

INTERCAMBIO DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA II

Estructura molecular de la membrana plasmática I a. ¿ Como se llaman las moléculas señaladas con los números (1,2,3) b. ¿Dónde se localiza el citoplasma en el esquema?.

Estructura molecular de la membrana plasmática II

c. ¿Por qué se dice que la membrana es asimétrica? d. ¿Qué significa las expresiones mosaico fluido y membrana unitaria?

PARED CELULAR Plantas, algas y hongos poseen pared celular En plantas se trata de una cubierta r铆gida compuesta de polisac谩ridos: celulosa y pectina Mantiene la forma celular y previene de la presi贸n osm贸tica

PARED CELULAR

ORGÁNULOS CELULARES

RIBOSOMAS Globulares diminutos Formados por: ARN r y Proteínas Pueden aparecer: LIBRES: en el citoplasma en la matriz de: mitocondrias cloroplastos ADOSADOS A MEMBRANAS: retículo endoplasmático núcleo

RIBOSOMAS

ESTRUCTURA Formados por dos subunidades esféricas: MAYOR y MENOR

RIBOSOMAS Se pueden unir formando una fibra de ARN m y forman los polisomas o polirribosomas

RIBOSOMAS

FUNCIÓN: SÍNTESIS DE PROTEINAS

- Leen el mensaje del ARN m

- Unen los aminoácidos transportados por el ARN t según el orden determinado por el ARN m

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO del inglés endoplasmic reticulum Retículo

R. Endoplasmático

Endoplasmático Liso

Rugoso

Sistema multirramificado de sacos membranosos planos ( cisternas) con estructura de unidad de membrana.

El RE es continuo con la membrana externa de la envoltura nuclear, a la que se une en las cercanías del núcleo

Aspectos: -Retículo Endoplasmático rugoso: Con ribosomas adosados a la cara externa de sus membranas.

- Retículo Endoplasmático liso: Sin ribosomas.

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

Aspectos: - RUGOSO(a) : Con ribosomas adosados a la cara externa de sus membranas.

- LISO (b): Sin ribosomas

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO Funciones: - R. E. rugoso sintetiza: . lípidos de membrana . proteínas que son: liberadas en el citoplasma distribuidas a distintas partes de la célula por sus canales - R. E. liso está implicado en la síntesis de: glucógeno, lípidos y esteroides Sus canales sirven para la distribución de las sustancias

APARATO DE GOLGI Sistema de membranas aplanadas superpuestas (CISTERNAS) Cada Aparato de Golgi o DICTIOSOMA tiene de 4 a 6 cisternas con una separación de 10 nm Emiten pequeñas vesículas de secreción Función fundamentalmente secretora

No son estructuras permanentes en caso de necesidad se forman por el retículo endoplasmático.

APARATO DE GOLGI

LISOSOMAS

VesĂ­culas cargadas de enzimas digestivas Estructuras membranosas cerradas, constituidas por una sola membrana.

Se forman a partir del Aparato de Golgi

LISOSOMAS FUNCIÓNES: - Digerir las partículas fagocitadas por la célula - Degradan compuestos intracelulares (en caso necesario)

MITOCONDRIAS I Orgánulos rodeados por una doble membrana Forma, tamaño y número varían según actividad

MITOCONDRIAS II ESTRUCTURA: Presentan dos membranas y una matriz mitocondrial

MITOCONDRIAS III MEMBRANAS separadas por un espacio intermembrana - MEMBRANA EXTERNA LISA - MEMBRANA INTERNA con prolongaciones (crestas mitocondriales) que dividen la matriz en cรกmaras comunicadas En la cara que conecta con la matriz se adosan OXISOMAS, donde se forma ATP

MITOCONDRIAS IV

MATRIZ MITOCONDRIAL

En ella aparecen: -Grรกnulos -ADN mitocondrial (escaso) - Ribosomas (mitorribosomas) -Enzimas

MITOCONDRIAS V

MITOCONDRIA VI

FUNCIÓN Realizan la RESPIRACIÓN CELULAR Cuya finalidad es obtener la energía necesaria para realizar las actividades celulares

ESQUEMA DE LA RESPIRACIÓN CELULAR

MITOCONDRIAS

PLASTOS

Orgánulos delimitados por una doble membrana Exclusivos de células vegetales En función de su contenido se diferencian: - Leucoplastos (con sustancias de reserva) – Amiloplastos (almidón) - Cromoplastos (con pigmentos) – Cloroplastos (clorofila)

CLOROPLASTOS Forma lenticular Pigmento - clorofila - da color verde Exclusivo de las cĂŠlulas vegetales

Exclusivo de cĂŠlulas vegetales

ESTRUCTURA DE LOS CLOROPLASTOS 1. DOBLE MEMBRANA: -externa lisa - interna replegada

Separadas por un espacio intermembrana

ESTRUCTURA DE LOS CLOROPLASTOS II 2. ESTROMA o sustancia de relleno donde se encuentran: A- TILACOIDES sรกculos aplanados que se apilan formando granas Cada sรกculo estรก rodeado por dos membranas, las lamelas

ESTRUCTURA DE LOS CLOROPLASTOS III - LAMELA EXTERNA con cuantosomas (partículas fotosintéticas que contienen clorofila)

- LAMELA INTERNA con partículas plurienzimáticas que contienen las enzimas que intervienen en la fotosíntesis

ESTRUCTURA DE LOS CLOROPLASTOS IV

B- ADN plastidial

C- RIBOSOMAS

FUNCIÓN DE LOS CLOROPLASTOS

FOTOSÍNTESIS Transformación de energía solar en energía química útil para la célula

ESQUEMA DE LA FOTOSÍNTESIS

ESQUEMA DE LA FOTOSÍNTESIS

CITOCENTRO Exclusivo de las células animales

ESTRUCTURA - 2 CENTRIOLOS: Cilindros dispuestos perpendicularmente - CENTROSFERA: Espacio sitoplasmático alrededor de los centriolos - ÁSTER: Fibras que rodean a la centrosfera

CENTRIOLOS CENTRIOLOS: Formados por microtĂşbulos agrupados de 3 en 3 (tripletes)

Cada centriolo: - posee 9 tripletes - dispuestos de manera radial - unidos por unos puentes

CITOCENTRO FUNCIÓN - Formación del huso mitótico durante la mitosis - Formación de microtúbulos del citoesqueleto - Formación de cilios y flagelos

MICROTÚBULOS Y MICROFILAMENTOS Formaciones tubulares o filamentosas situadas en el citoplasma de casi todas las células Aparecen aislados o asociados con centriolos, cilios y flagelos

Compuestos por proteínas (tubulinas) que tienen la capacidad de contraerse

MICROTÚBULOS Y MICROFILAMENTOS FUNCIONES - Intervienen en el movimiento: celular primitivo del citoplasma celular de sustancias de vesículas dentro de las células - Soporte esquelético

MICROTÚBULOS Y MICROFILAMENTOS Los MICROFILAMENTOS son estructuras semejantes a los microtúbulos Formados por distintos tipos de proteínas, de las cuales las más conocidas son la actina y la miosina, que se encuentran en el músculo.

Estas estructuras son las responsables de la contracción muscular.

Las fibras de actina y de miosina se deslizan unas sobre otras, al tiempo que rompen al ATP, y con su energía producen el acortamiento de las fibras y de las células que las contienen.

CILIOS Y FLAGELOS Orgรกnulos vibrรกtiles permanentes Se forman a partir de los centriolos

CILIOS Y FLAGELOS

Estructura similar: 9 pares de microtĂşbulos que rodean a un par central, todo ello rodeado por una membrana

CILIOS Y FLAGELOS

CILIOS – cortos y numerosos FLAGELOS – Largos y escasos

CILIOS Y FLAGELOS FUNCIÓN En las células móviles - permiten el desplazamiento de las células en el medio en el que viven En las células fijas - provocan corrientes a su alrededor

VACUOLAS

Vesículas bastante grandes

En células vegetales pueden ocupar más del 90% del volumen celular

VACUOLAS Almacenan sustancias Algunas tienen funciones digestivas, de transporte o de reserva

EL NÚCLEO Es el centro de control de la célula

Consta de: •Membrana nuclear •Nucleoplasma •Nucleolo •Cromatina

MEMBRANA NUCLEAR Doble y atravesada por poros La membrana externa se contin煤a con algunas membranas del citoplasma Los poros son grandes y permiten la comunicaci贸n del interior con el citoplasma Pueden existir desde unos pocos a miles

El Nucleoplasma es el líquido interno del núcleo

NUCLEOLO

Intervienen en la producción de ribosomas

Son masas densas y esféricas Pueden existir uno o varios

formados por dos zonas: una fibrilar y otra granular - La fibrilar es interna y contiene ADN - La granular rodea a la anterior y contiene ARN y proteínas

CROMATINA Y CROMOSOMAS Cromatina se observa en la interfase Durante la división celular se organiza en cromosomas

CROMATINA - Masa granulosa dispersa en el nucleoplasma Formada por ADN y proteínas Contiene la información genética de la célula

ESTRUCTURA DE UN CROMOSOMA A. Cromosoma antes de la replicación B. Cromosoma después de la replicación C. Disposición de la doble cadena en un cromosoma 1. Brazo corto 2. Centrómero 3. Brazo largo

CROMOSOMA Es una molécula de ADN muy larga que contiene una serie de genes.

Un cromosoma metafásico está formado por dos cromátidas idénticas en sentido longitudinal.

Están unidas a través del centrómero.

En cada una de ellas hay un nucleofilamento de ADN replegado idéntico en ambas cromátidas.

También se aprecia un cinetócoro (centro organizador de microtúbulos) formados durante la mitosis que ayudan a unir los cromosomas con el huso mitótico.

DEL ADN AL CROMOSOMA • 1 : molécula de ADN, • 2 : ADN unido a proteínas globulares formando una estructura "collar de perlas", formado por la repetición de unidades (nucleosomas).

• 3 : Estructura de orden superior (solenoide).

• 4 : aumenta el empaquetamiento formándose la fibra de cromatina.

• 5 : mayor espiralización y compactación se forman un denso paquete de cromatina, que es en realidad, un cromosoma.

El total de la información genética contenida en los cromosomas de un organismo constituye su genoma.

- Todas las especies de seres vivos tienen un número fijo de cromosomas que los caracterizan.

- En el hombre existen 23 parejas de cromosomas (46 en total) - Todas las células del hombre (excepto las reproductoras) tienen 2 juegos de 23 cromosomas cada uno (2n cromosomas) (son diploides) - Cada juego contiene toda la información necesaria para formar las biomoléculas que forman parte de su cuerpo

DIFERENCIAS ENTRE CÉLULA ANIMAL Y VEGETAL

CÉLULA VEGETAL

- Formas prismáticas - Además de membrana plasmática PARED CELULAR de celulosa

- Con PLASTOS entre los que destacan los cloroplastos donde se realiza la fotosíntesis

CÉLULA ANIMAL

- Formas muy diversas: alargadas globulares, etc.

- Sólo membrana plasmática

- Sin Plastos

CÉLULA VEGETAL

CÉLULA ANIMAL

- No posen centriolos

- Con CENTRIOLOS, por lo que pueden presentar cilios y flagelos

- Una gran vacuola central

- Si existen vacuolas son pequeñas

- Núcleo, citoplasma y orgánulos en la periferia

- Núcleo central