Las Células
La Célula •
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La célula es una unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no consta al menos de una célula. Algunos organismos microscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas, mientras que los animales y plantas están formados por muchos millones de células organizadas en tejidos y órganos. Aunque los virus y los extractos acelulares realizan muchas de las funciones propias de la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad de crecimiento y reproducción propias de las células y, por tanto, no se consideran seres vivos
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La biología estudia las células en función de su constitución molecular y la forma en que cooperan entre sí para constituir organismos muy complejos, como el ser humano. Para poder comprender cómo funciona el cuerpo humano sano, cómo se desarrolla y envejece y qué falla en caso de enfermedad, es imprescindible conocer las células que lo constituyen.
Características generales de las células • Hay células de formas y tamaños muy variados. Algunas de las células bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica de menos de una micra o µm (1 µm es igual a una millonésima de metro) de longitud. • En el extremo opuesto se encuentran las células nerviosas, corpúsculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metros de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular). • Casi todas las células vegetales tienen entre 20 y 30 µm de longitud, forma poligonal y pared celular rígida. • Las células de los tejidos animales suelen ser compactas, entre 10 y 20 µm de diámetro y con una membrana superficial deformable y casi siempre muy plegada.
• Pese a las muchas diferencias de aspecto y función, todas las células están envueltas en una membrana — llamada membrana plasmática— que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma. • En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar residuos. El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (término que proviene de una palabra griega que significa cambio). • Todas las células contienen información hereditaria codificada en moléculas de ácido desoxirribonucleico ( ADN); esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a la descendencia. • Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas moléculas idénticas o casi idénticas) demuestran que hay una relación evolutiva entre las células actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra.
Células procarióticas y eucarióticas • Entre las células procarióticas y eucarióticas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna. • Las procarióticas, que comprenden bacterias y cianobacterias (antes llamadas algas verdeazuladas), son células pequeñas, entre 1 y 5 µm de diámetro, y de estructura sencilla; el material genético (ADN) está concentrado en una región, pero no hay ninguna membrana que separe esta región del resto de la célula. • Las células eucarióticas, que forman todos los demás organismos vivos, incluidos protozoos, plantas, hongos y animales, son mucho mayores (entre 10 y 50 µm de longitud) y tienen el material genético envuelto por una membrana que forma un órgano esférico conspicuo llamado núcleo. De hecho, el término eucariótico deriva del griego ‘núcleo verdadero’, mientras que procariótico significa ‘antes del núcleo’
Fuentes bibliográficas: • Hipertexto del área de Biología. Recuperado el 2 de febrero de 2018. • http://www.biologia.edu.ar/celulamit/structu2.htm •
Célula Procariótica
Imágenes de células Eucarióticas
Comparación de una célula Procariótica y una célula Eucariótica
A reflexionar: • Si el material genético de las células se localiza en el núcleo y si hay células desnucleadas, ¿por qué se afirma que todas las células tienen información hereditarias?
Complete el cuadro trabajando en pareja Tipo de célula
Procariota
Eucariota
Núcleo
Pared celular membranas
Otros orgánulos
Estructura de la Célula Eucariótica • • • • • •
El Núcleo El Citoplasma o Citosol Citoesqueleto Mitocondrias y cloroplastos Membranas internas La Membrana Citoplasmática
El Núcleo • El órgano más conspicuo en casi todas las células animales y vegetales es el núcleo; está rodeado de forma característica por una membrana, es esférico y mide unas 5 µm de diámetro. • Dentro del núcleo, las moléculas de ADN y proteínas están organizadas en cromosomas que suelen aparecer dispuestos en pares idénticos. Los cromosomas están muy retorcidos y enmarañados y es difícil identificarlos por separado. Pero justo antes de que la célula se divida, se condensan y adquieren grosor suficiente para ser detectables como estructuras independientes. • El ADN del interior de cada cromosoma es una molécula única muy larga y arrollada que contiene secuencias lineales de genes. Éstos encierran a su vez instrucciones codificadas para la construcción de las moléculas de proteínas y ARN necesarias para producir una copia funcional de la célula.
El Núcleo (cont.) • El ADN del interior de cada cromosoma es una molécula única muy larga y arrollada que contiene secuencias lineales de genes. Éstos encierran a su vez instrucciones codificadas para la construcción de las moléculas de proteínas y ARN necesarias para producir una copia funcional de la célula.
Citoplasma y citosol • •
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El citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo. Engloba numerosas estructuras especializadas y orgánulos, como se describirá más adelante. La solución acuosa concentrada en la que están suspendidos los orgánulos se llama citosol. Es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de moléculas grandes y pequeñas, y en la mayor parte de las células es, con diferencia, el compartimiento más voluminoso (en las bacterias es el único compartimiento intracelular). En el citosol se producen muchas de las funciones más importantes de mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposición de moléculas nutritivas y la síntesis de muchas de las grandes moléculas que constituyen la célula. Aunque muchas moléculas del citosol se encuentran en estado de solución verdadera y se desplazan con rapidez de un lugar a otro por difusión libre, otras están ordenadas de forma rigurosa. Estas estructuras ordenadas confieren al citosol una organización interna que actúa como marco para la fabricación y descomposición de grandes moléculas y canaliza muchas de las reacciones químicas celulares a lo largo de vías restringidas.
Composición del Citoplasma • Compuestos Inorgánicos: • Agua, disolvente universal (disociación), reacciones • *Si el compuesto libera (H)+ la sustancia tendrá sabor agrio, ej. HCl del estómago. • *Si la sustancia libera (OH)- es una base o álcali. • *Los Minerales: Sales de calcio, fosfatos, cloruro de sodio, de potasio, de floruro, yoduro.
Compuestos Orgánicos • El Carbono y sus características • Elementos biogénicos o bioelementos, • Enlaces biológicos • Moléculas y Micromoléculas (ternarias y cuaternarias).
Las Proteínas • Son vitales para la estructura, función y reproducción de la materia. • Se componen con más de 2000 aminoácidos, de los cuales solo 20 son esenciales. C=O + NH2 • OH • Para formarse proteínas se necesitan de 50 o más aminoácidos.
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Las proteínas se obtienen por deshidratación y formación de enlace peptídico con pérdida de agua. N-C-C=O + H-N –C-C=O OH OH O O N-C-C -N –C-C + H2O OH Enlace peptídico
Carbohidratos • La función es proveer energía inmediata, participar en el metabolismo y formar estructura, ej. La pared celular. Se clasifican en: • Monosácaridos, triosas, tetrosas, pentosas, hexosas… • Disacáridos, sacarosa (glucosa + fructosa), maltosa (dos glucosa), lactosa (glucosa + galactosa). • Polisacáridos, almidón, fécula.
Lípidos • La función es ser utilizado como almacén de energía, formar estructura, ya que los fosfolípidos son constituyentes de las membranas biológicas. Se clasifican en: • • • • •
Saturadas, las grasas sólidas Insaturadas, aceites líquidos Tejido adiposo Esteroides humanos Vitaminas.
Citoesqueleto • El citoesqueleto es una red de filamentos proteicos del citosol que ocupa el interior de todas las células animales y vegetales. Adquiere una relevancia especial en las animales, que carecen de pared celular rígida, pues el citoesqueleto mantiene la estructura y la forma de la célula. Actúa como bastidor para la organización de la célula y la fijación de orgánulos y enzimas. También es responsable de muchos de los movimientos celulares. En muchas células, el citoesqueleto no es una estructura permanente, sino que se desmantela y se reconstruye sin cesar. Se forma a partir de tres tipos principales de filamentos proteicos: microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios, unidos entre sí y a otras estructuras celulares por diversas proteínas.
Citoesqueleto (cont.) • Los movimientos de las células eucarióticas están casi siempre mediatizados por los filamentos de actina o los microtúbulos. Muchas células tienen en la superficie pelos flexibles llamados cilios o flagelos, que contienen un núcleo formado por un haz de microtúbulos capaz de desarrollar movimientos de flexión regulares que requieren energía. Los espermatozoides nadan con ayuda de flagelos, por ejemplo, y las células que revisten el intestino y otros conductos del cuerpo de los vertebrados tienen en la superficie numerososcilios que impulsan líquidos y partículas en una dirección determinada. Se encuentran grandes haces de filamentos de actina en las células musculares donde, junto con una proteína llamada miosina, generan contracciones poderosas. Los movimientos asociados con la división celular dependen en animales y plantas de los filamentos de actina y los microtúbulos, que distribuyen los cromosomas y otros componentes celulares entre las dos células hijas en fase de segregación. Las células animales y vegetales realizan muchos otros movimientos para adquirir una forma determinada o para conservar su compleja estructura interna.
Ribosomas • Los ribosomas son gránulos. citoplasmáticos encontrados en todas las células, y miden alrededor de 20 nm. Son portadores, además, de ARN ribosómico. • La síntesis de proteínas tiene lugar en los ribosomas del citoplasma8. Los ARN mensajeros (ARNm) y los ARN de transferencia (ARNt) se sintetizan en el núcleo, y luego se transmiten al citoplasma como moléculas independientes. El ARN ribosómico (ARNr) entra en el citoplasma en forma de una subunidad ribosomal. Ya que existen dos tipos de subunidades, en el citoplasma se unen las dos subunidades con moléculas ARNm para formar ribosomas completos activos.
Diagrama de una célula animal típica: 1. Nucléolo 2. Núcleo celular 3. Ribosoma 4. Vesículas de secreción 5. Retículo endoplasmático rugoso 6. Aparato de Golgi 7. Citoesqueleto 8. Retículo endoplasmático liso 9. Mitocondria 10. Vacuola 11. Citoplasma 12. Lisosoma 13. Centríolo
Lisosomas • Los lisosomas son vesículas esféricas12, de entre 0,1 y 1 μm de diámetro. Contienen alrededor de 50 enzimas, generalmente hidrolíticas, en solución ácida; las enzimas necesitan esta solución ácida para un funcionamiento óptimo.13 Los lisosomas mantienen separadas a estas enzimas del resto de la célula, y así previenen que reaccionen químicamente con elementos y orgánulos de la célula. • Los lisosomas utilizan sus enzimas para reciclar las diferentes organelas de la célula13, englobándolos, digiriéndoles y liberando sus componentes en el citosol. Este proceso se denomina autofagia, y la célula digiere estructuras propias que no son necesarias. El material queda englobado por vesículas que provienen del retículo endoplásmico y del aparato de Golgi formando un autofagosoma. Al unirse al lisosoma primario forma un autofagolisosoma y sigue el mismo proceso que en el anterior caso.
Vacuolas • La vacuola es un saco de fluidos rodeado de una membrana. En la célula vegetal, la vacuola es una sola y de tamaño mayor; en cambio, en la célula animal, son varias y de tamaño reducido. La membrana que la rodea se denomina tonoplasto. La vacuola de la célula vegetal tiene una solución de sales minerales, azúcares, aminoácidos y a veces pigmentos como la antocianina. • La vacuola vegetal tiene diversas funciones: • Los azúcares y aminoácidos pueden actuar como un depósito temporal de alimento. • Las antocianinas tienen pigmentación que da color a los pétalos. • Generalmente poseen enzimas y pueden tomar la función de los lisosomas
Vacuolas • La función de las vacuolas en la célula animal es actuar como un lugar donde se alamacenan proteínas14; estas proteínas son guardadas para su uso posterior, o más bien para su exportación fuera de la célula mediante el proceso de exocitosis. En este proceso, las vacuolas se funden con la membrana y su contenido es trasladado hacia afuera de la célula. La vacuola, además, puede ser usada para el proceso de endocitosis; este proceso consiste en trasportar materiales externos de la célula, que no son capaces de pasar por la membrana, dentro de la célula.15.
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Aparato de Golgi Sus funciones son variadas: Modificación de sustancias sintetizadas en el RER22: en el aparato de Golgi se transforman las sustancias procedentes del RER. Estas transformaciones pueden ser agregaciones de restos de carbohidratos para conseguir la estructura definitiva o para ser proteolizados y así adquirir su conformación activa. Por ejemplo, en el RER de las células acinosas del páncreas se sintetiza la proinsulina que debido a las transformaciones que sufre en el aparato de Golgi, adquirirá la forma o conformación definitiva de la insulina. Las enzimas que se encuentran en el interior de los dictiosomas son capaces de modificar las macromoléculas mediante glicosilación (adición de carbohidratos) y fosforilación (adición de fosfatos). Para ello, el aparato de Golgi transporta ciertas sustancias como nucleótidos y azúcares al interior del orgánulo desde el citoplasma. Las proteínas también son marcadas con secuencias señal que determinan su destino final, como por ejemplo, la manosa-6-fosfato que se añade a las proteínas destinadas a los lisosomas. Producir glicoproteínas requeridas en la secreción al añadir un carbohidrato a la proteína. Producir enzimas secretoras, como enzimas digestivas del páncreas: las sustancias atraviesan todos los sáculos del aparato de Golgi y cuando llegan a la cara trans del dictiosoma, en forma de vesículas de secreción, son transportadas a su destino fuera de la célula, atravesando la membrana citoplasmática por exocitosis. Un ejemplo de esto son los proteoglicanos que conforman la matriz extracelular de los animales
Mitocondria • La mitocondria es un orgánulo que puede ser hallado todas las células eucariotas, aunque en célula muy especializadas pueden estar ausentes. Su tamaño es generalmente de entre 5 μm de largo y 0,2 μm de ancho. Están rodeadas de una membrana doble. • La más externa es la que controla la entrada y salida de sustancias dentro y fuera de la célula y separa a la organela del hialoplasma. La membrana externa contiene proteínas de transporte especializadas que permiten el paso de moléculas desde el citosol hacia el interior del espacio intermembranoso.24
Esquema de una mitocondria. (1) membrana interna (2) membrana externa (3) espacio entre membranas (4) matriz
Esquema de una mitocondria. (1) membrana interna (2) membrana externa (3) espacio entre membranas (4) matriz
La Membrana Biológica • Las membranas biológicas son bicapas lipídicas. En una célula real los fosfolípidos de membrana se disponen una bicapa lipídica y conforman espacialmente una estructura tridimensional esférica, que la rodea. Se representa, comúnmente en dos dimensiones como:
• La bicapa lipídica es semipermeable, es decir que algunas moléculas pasan libremente (difunden) a través de ella. Es virtualmente impermeable a las grandes moléculas, relativamente impermeable a moléculas pequeñas como los iones cargados y muy permeable a las moléculas pequeñas liposolubles.
Preparación para próxima clase • • • • • •
Traer para la próxima clase: Vejigas, una por persona Bicarbonato de sodio (soda) Vinagre Velas, una por dos o tres personas Cebolla, una por cada 5 personas.
La fotosíntesis en células de productores (autótrofas) • La Fotosíntesis es un proceso mediante el cual las plantas producen sustancias orgánicas a partir de: dióxido de carbono y agua en presencia de clorofila (captadora de la energía solar). • El proceso de fotosíntesis como tal, lo descubrieron los científicos hace más de 200 años. Joseph Priestly (químico, físico y teólogo británico) publicó en 1772 un trabajo donde hace referencia al papel depurador de la vegetación en la naturaleza: • “Por estos descubrimientos estamos seguros de que los vegetales no crecen en vano sino que limpian y purifican nuestra atmósfera”.
La FotosĂntesis