Post on 28-Oct-2015
Biologa Celular
Unidad 3. Dominio Eukarya
Ingeniera en:
Biotecnologa
Programa de la asignatura:
Biologa Celular
Clave:
200920415
ESAD
Biologa Celular
Unidad 3. Dominio Eukarya
Unidad 3. Dominio Eukarya
Presentacin de la unidad
Como resultado de un largo y complejo proceso, la seleccin natural tom a una pequea
y sencilla clula procarionte, una bacteria tal vez, y la condujo por el sendero de la
evolucin ganando experiencia a cada paso, aprendi nuevas rutas metablicas, de
repente ya era capaz de vivir en ambientes nuevos, diferentes a su lecho original, su
cuerpo se modific, desarroll nuevas estructuras (conocidas ahora como organelos) o
form alianzas estratgicas con otras bacterias que le permitieron dominar nuevos
procesos, se hizo ms grande y ms fuerte, antes contaba con unos cuantos genes en su
genoma, ahora su acervo gentico se conformaba por una enorme biblioteca de genes
con la informacin para crear protenas poderosas que le permitieron diferenciarse,
especializarse y agregarse con otras clulas parecidas a ella, con esto descubri que la
unin hace la fuerza.
Esta nueva clula grande y poderosa se convirti en la consentida de la evolucin, que
como a su hija prdiga la tom como modelo, como materia prima, como los ladrillos de
una construccin con los cuales a partir de un proceso evolutivo de especiacin se
construyeron diversas formas de vida, conocidas como especies, esta clula descubri
que su fortaleza resida en el trabajo en equipo, en la divisin de las tareas, en la
coordinacin, sin darse cuenta haba dejado atrs su primitiva condicin procarionte
dando paso a una nueva era, la era de la clula eucarionte, que con su estructura y
metabolismo mejorados fue capaz de diversificarse abriendo los horizontes de la vida y de
la especiacin permitiendo la aparicin de miles de organismos nuevos organismos
pluricelulares (algunos unicelulares tambin) que conquistaron nuevos ambientes
continuando su camino por la evolucin conformando el dominio Eukarya, conformado por
los reinos: Protista, Fungi, Plantae y Animalia.
En esta unidad podrs conocer la anatoma y funcionamiento de una clula eucarionte,
as como los procesos evolutivos que condujeron a su desarrollo.
Propsitos
Que conozcas y comprendas las principales caractersticas a nivel metablico, estructural
y evolutivo de una clula eucarionte y seas capaz de establecer diferencias entre sta y
una clula procarionte.
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3.1. Caractersticas estructurales
La forma de una estructura anatmica, est relacionada cercanamente con la funcin,
est relacin estructura-funcin es vital para que una clula pueda llevar a cabo sus
procesos metablicos de la manera ms eficiente y coordinada, en la primera unidad
abordamos los conceptos bsicos sobre la anatoma de la clula eucarionte, conocimos
las principales caractersticas de los organelos as como su funcin, ahora tendremos la
oportunidad de integrar la informacin analizando la relacin de estructura-funcin para
comprender mejor algunos procesos metablicos de la clula eucarionte.
3.1.1. Estructura celular
Imagina que le encargan a un ingeniero civil la construccin de una mega torre con
muchos pisos, cada uno destinado a albergar ocupantes diferentes como centros
comerciales, restaurantes, oficinas diversas, salas de cine, jardines, en fin. Para que este
mega edificio sea funcional debe ser pensado a conciencia desde el principio, planear la
ubicacin de los puntos de acceso, escaleras, elevadores, servicios, salidas de
emergencia, sistemas de iluminacin como ventanas e iluminacin elctrica y las vas de
comunicacin como el telfono, radio, internet, TV, correos, pero sobre todo se debe
pensar en la forma de construir los cimientos, muros de carga, pilares, en fin. El xito y
durabilidad del edificio depende de su esqueleto, de su estructura.
Igual pasa con la clula eucarionte, para que esta sepa que hacer y donde est (con
relacin a las otras clulas que la rodean) necesita tener estos dos sistemas a punto:
cimientos y estructura firmes y resistentes que le permitan interactuar con su medio y sus
vecinas as como un sistema de comunicacin rpido y eficaz que le permita responder a
sus necesidades, iniciaremos con el estudio de los pilares, trabes, muros y lozas de esta
construccin llamada clula eucarionte.
Para poder construir las columnas es necesario contar con varillas, el constructor debe
emplear varillas diferentes de acuerdo a lo que va a construir, unas varillas gruesas y
resistentes para el alma de las columnas, otras varillas ms delgadas para los castillos y
trabes y otras para colar las lozas. En la construccin de la clula tambin se emplean
tres tipos de varillas: microtbulos, microfilamentos y filamentos intermedios, estas tres
estructuras conforman en citoesqueleto de la clula.
El primer paso en la construccin de un edificio es la cimentacin, los cimientos le
proporcionan a todo el edificio una superficie de contacto estable y dinmica con el suelo,
visto desde otro ngulo, los cimientos son el punto de comunicacin entre el suelo y el
edificio, los cimientos le permiten a un edificio amortiguar los movimientos terrestres y
responder a ellos de una manera uniforme y controlada sin colapsarse. Buenos cimientos
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son sinnimo de buen edificio, la clula, como toda construccin, tambin tiene cimientos
que la mantienen unida a su suelo, conocido como matriz extracelular y adems le
permite mantener comunicacin con las clulas que la rodean. Para estudiar la estructura
celular lo lgico sera iniciar pos sus cimientos, sin embargo, para comprender mejor la
relacin estructura funcin estudiaremos primero la estructura, y despus sus cimientos.
Imagen de la cimentacin de una
construccin, se pueden apreciar los
diferentes tipos de varillas destinadas a
formar parte de los cimientos y de los
castillo que darn sostn, estabilidad y
dinamismo a la construccin.
http://imageshack.us/photo/my-
images/261/s6301433gx6.jpg/sr=1
Es fcil identificar el esqueleto de un edificio, las columnas, trabes, pisos, techos y muros
de carga resultan evidentes a simple vista, y sabemos que todas estas estructuras estn
compuestas principalmente por varillas de acero fuerte y resistente, pero tambin flexible.
Del mismo modo, la forma y estructura de una clula est dada por el citoesqueleto, el
cual consiste en una serie de varillas moleculares responsables del sostn, la forma y
funcionamiento de la clula. A continuacin se te presenta un esquema que ejemplifica los
componentes del citoesqueleto, as como de la funcin que cumplen dentro de la clula.
Esquema de la disposicin del
citoesqueleto en una clula eucarionte,
Se pueden apreciar los componentes
del citoesqueleto y su interaccin entre
ellos, as como con el ncleo, retculo
endoplsmico, y otros organelos.
Tomado de: www.nature.com/reviews/molcellbio.
http://imageshack.us/photo/my-images/261/s6301433gx6.jpg/sr=1http://imageshack.us/photo/my-images/261/s6301433gx6.jpg/sr=1http://www.nature.com/reviews/molcellbioBiologa Celular
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Componentes del citoesqueleto de una clula eucarionte Estructura Nombre Funcin
Protenas de la
membrana
nuclear externa
Protenas de membrana ubicadas en la parte externa del
ncleo, interactan con las protenas de la membrana
nuclear interna y sirve como punto de anclaje entre el
ncleo y los microtbulos, microfilamentos y filamentos
intermedios.
Protenas de la
membrana
nuclear interna
Protenas de membrana ubicadas en la parte interna de la
membrana nuclear, su funcin es interactuar con las
protenas de la membrana nuclear externa para llevar al
interior del ncleo los mensajes provenientes del exterior
que son transportados por el citoesqueleto
Protenas de
andamiaje tipo
Plaquina
Su funcin es interconectar diferentes elementos del
citoesqueleto, como si fuera un punto de soldadura
molecular.
Nesprina Protena de andamiaje que interconecta a las protenas de
la membrana nuclear con elementos del citoesqueleto,
como filamentos intermedios entre otros
Placas de anclaje
de filamentos
intermedios
Estructuras proteicas que sirven como punto de anclaje
para los filamentos intermedios, proporcionan puntos de
apoyo al citoesqueleto
Placas de anclaje
de actina
Estructuras proteicas que sirven como punto de anclaje
para los filamentos de actina, proporcionan puntos de
apoyo al citoesqueleto
Ribosoma Estructura celular encargada de la sntesis de protenas, se
encuentra por lo general asociada a la membrana del
retculo endoplsmico rugoso
Microfilamento Varilla molecular componente del citoesqueleto, forma parte de la estructura de sostn y transporte global de la
clula, est compuesto por una protena estructural
conocida como actina.
Filamento
intermedio
Varilla molcula de dimetro superior al microfilamento, al
ser ms gruesa proporciona soporte y resistencia contra la
tensin a la que se somete a la membrana celular, est
compuesto por actina
Microtbulo Es la varilla molecular ms gruesa y resistente del
citoesqueleto, Su principal funcin es la de mantener la
forma de la clula
Integrinas Protenas que fungen como parte de la cimentacin celular,
sirven como base para las placas de anclaje de filamentos
intermedios y microtbulos y a su vez mantienen adherida
a la clula con su base como un cimiento molecular.
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Lminas Protenas en forma de lmina ubicadas en la cara interna
de la membrana nuclear, su funcin es dar estabilidad y
forma a la membrana nuclear
Uniones
adherentes
Protenas de membrana cuya funcin es mantener unidas
lateralmente a dos clulas, sirven como punto de anclaje
para los Microfilamentos de actina. Como si fuera una
especie de grapa molecular que mantiene unidas a dos
clulas
Desmosomas Otro tipo de grapa molecular, su funcin es mantener
unidas a dos clulas y servir como punto de anclaje para
los filamentos intermedios de actina
Hemidesmosomas Al igual que los desmosomas, sirven como punto de anclaje
para los filamentos intermedios, adems mantienen a la
clula adherida a su base, fungiendo como los cimientos de
un edificio
Adhesiones focales
Es otro tipo de cimiento celular similar al hemidesmosoma,
manteniendo a la clula adherida a su base, tambin sirve
como punto de anclaje para los microfilamentos.
3.1.2. Estructura del genoma
Una biblioteca es un espacio destinado al almacn de libros (principalmente) para que
estos sean consultados en el momento que se requieran, para que su consulta sea fcil y
sobre todo gil, los libros deben ser ordenados de acuerdo a ciertos criterios, puede ser
por su ttulo, por el tema que tocan, por el autor que los escribi, entre otros, as, si
queremos consultar un libro en particular, y si conocemos el criterio por el cual estn
organizados los libros, fcilmente podemos identificar la ubicacin del libro y acceder a l.
El genoma es una biblioteca de genes, como ya sabes un gen contiene las instrucciones
para sintetizar una protena. La clula cuenta con un criterio de organizacin de sus genes
basados en etiquetas ubicadas al inicio de cada gen, as, si la clula requiere un gen en
particular, simplemente busca la etiqueta correcta y puede acceder al gen que necesita.
Por ejemplo, imagina que te acabas de comer un caramelo, los caramelos estn hechos
de azcar. Tu sistema digestivo transportar la glucosa hacia la sangre para que esta, a
su vez, la transporte hacia cada clula de tu cuerpo para ser transformada en energa,
para que este azcar pueda entrar a la clula necesita de una protena que le ayude a
ingresar, la insulina, entonces, cuando el sistema digestivo est digiriendo el azcar se
manda una seal, un mensaje a las clulas que les indica que deben producir insulina
para poder ingresar el azcar, una vez recibido este mensaje, la clula busca en el
genoma el gen de la insulina y la fabrica.
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Los genes estn ubicados en el DNA, son secuencias que contienen las instrucciones
para hacer una protena. Luego entonces, el genoma es la totalidad de los genes que
tiene una especie y est incluido en el DNA. Los seres humanos por ejemplo, tenemos
entre 25000 y 30000 genes que componen nuestro genoma, y estn almacenados en el
DNA que compone a nuestros cromosomas, nuestra especie contiene 23 pares de
cromosomas, un par heredado de nuestro padre y el otro de nuestra madre, por lo tanto
tenemos 2 copias de cada gen, uno de pap y otro de mam. Uno de esos 23 pares de
cromosomas se conoce como par sexual, en las mujeres est compuesto por dos
cromosomas X igualmente heredados de cada uno de nuestros padres, mientras que en
los hombres el par sexual se compone de un cromosoma X heredado de la madre y un
cromosoma Y heredado del padre.
Si pudiramos extender un cromosoma como si extendiramos una hebra de hilo, nos
daramos cuenta de que mide alrededor de un metro, entonces tenemos 46 hebras de
DNA que miden aproximadamente de un metro cada una y todas deben caber dentro del
ncleo que es una organelo extremadamente pequeo. Es como si quisieras introducir 46
carretes de hilo dentro de una cpsula de medicamento, para nosotros puede representar
una tarea imposible, sin embargo, la clula eucarionte cuenta con una increble sistema
de empaquetamiento de DNA que permite que todo el genoma quepa dentro del ncleo.
La clave est en el sper enrollamiento y consta de 6 estados.
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Esquema de los estados de sper enrollamiento del DNA en clulas eucariontes
1) El primer estado es la doble cadena de DNA de
doble hlice, cuyo dimetro es de 2nm.
2) El DNA comienza a empaquetarse asocindose
a unas protenas llamadas histonas, las
histonas son parecidas a un yoyo, o un carrete
sobre el cual se enrollan dos vueltas de DNA, a
la asociacin de DNA mas histonas se le
conoce como cromatina, la cromatina (DNA +
histonas) parece un rosario donde cada cuanta
del rosario es una histona y mide 11 nm.
3) El sper enrollamiento contina torciendo a la
cromatina para forzar su empaquetamiento,
formando una estructura conocida como
solenoide, a cada vuelta corresponden 3
histonas haciendo una estructura ms
compacta y gruesa de 30 nm.
4) La cromatina en forma de solenoide se arregla
formando bucles o lazos. Esta estructura tiene
un dimetro de 300 nm.
5) Los bucles continan sper enrollndose para
formar una hebra de 700 nm, ms gruesa y
compacta
6) Finalmente, esta estructura de 700 nm sufre
una condensacin final para formar el
cromosoma que mide 1400 nm, que es la
estructura de mxima condensacin del DNA.
Solo de esta forma es posible introducir 46
carretes de hilo dentro de una cpsula de
medicina.
Imagen extrada y modificada de Alberts, 2002.
Es importante mencionar que no todos los organismos eucariontes tenemos la misma
cantidad de DNA, por ejemplo, el perro tiene 78 cromosomas, el caballo 64, el maz tiene
20, por mencionar algunos, sin embargo, a pesar de estas diferencias en la cantidad de
cromosomas, todas las especies eucariontes empaquetan sus cromosomas de esta
forma, es un proceso altamente conservado por la evolucin gracias a su alta eficacia.
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3.1.3. Estructura extracelular
En este apartado, al hablar de estructura extracelular nos referiremos a las interacciones
que tiene la clula con su exterior, en concreto, estudiaremos a la matriz extracelular, que
corresponde al suelo de las clulas, la estructura donde se construyen los cimientos de
nuestro edificio.
La matriz extracelular es todo aquello que rodea a la clula, su ambiente externo, que
comprende el espacio entre las clulas y las sustancias que las rodean, en buena medida
la matriz extracelular contribuye a darle ciertas caractersticas anatmicas y fisiolgicas a
un tejido en particular, por ejemplo el cartlago, la piel, el hueso, la sangre tienen matriz
extracelular, estn compuestas por los mismos elementos, la diferencia es la proporcin.
La matriz est conformada por un conjunto de protenas que forman fibras (fibrilares)
entrelazadas, esta asociacin de protenas, minerales y en conjunto con los
glucosaminoglucanos (GAGs) que retienen agua, y minerales principalmente forman un
gel. Que determina las propiedades de cada tejido.
Los GAGs estn formados por largas cadenas de polisacridos (un polisacrido es una
cadena de azucares) que por los elementos qumicos que los forman tienen carga
negativa, esta carga les permite unirse de manera covalente a protenas, formado
macromolculas llamadas proteoglucanos, el GAG que se encuentra presente en mayor
cantidad en la matriz extracelular es el cido hialurnico. Los proteoglucanos, gracias a su
capacidad de hidratarse y formar geles, son capaces de expandirse ocupando un volumen
considerable dentro de la matriz. Otra caracterstica de los proteoglucanos es que tambin
pueden agregarse para formar molculas an ms grandes, a estas molculas se les
conoce como agrecanos. Estos agrecanos pueden interactuar con molculas como el
cido hialurnico para formar agregados altamente hidroflicos.
Representacin del cido hialurnico, uno
de los principales GAGs que componen a
la matriz extracelular, se puede apreciar el
tipo de azcares que componen a este
polisacrido. Alberts 2002.
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Imagen de un agregado de agrecanos, en
esta estructura parecida a un escobilln, las
cerdas corresponden a molculas de
agrecano, al ampliar la imagen (b) puede
observarse que los agrecanos est unidos a
una protena central formando una molcula
tambin parecida a un escobilln donde las
cerdas estn formadas ya sea por
condroitn sulfato o queratn sulfato
(GAGs), estos escobillones se agregan a
una cadena de cido hialurnico y se
mantienen anclados por medio de protenas
de unin. Formando un escobilln ms
grande que es un agregado de agrecanos.
Alberts 2002.
Para su estudio, las protenas fibrilares pueden dividirse en dos grupos, aquellas con
funcin estructural como el colgeno y la elastina y las adhesivas como la fibronectina y la
laminina.
Colgeno: Son protenas fibrilares alargadas semejantes a una trenza, estn formadas
por tres hebras llamadas cadenas alfa que se polimerizan entre s formando largas
cadenas y estas a su vez se entrelazan formado un red extremadamente ordenada.
Diagrama de la sntesis de
colgeno. Alberts 2002
Elastina: Son protenas que tienden a formar extensas redes fibrilares y laminares, estas
fibras estn unidas entre si por puentes cruzados, su principal caracterstica es la de
estirarse, de manera semejante a como lo hace una liga, esta molcula es la responsable