Profesora: María Antonia Rojas Serrano

LA TEORÍA CELULAR

En la segunda mitad del siglo XIX se propuso la teoría celular, desarrollada por Schleiden y Schwann y posteriormente Virchow.

La cual se basa en los siguientes principios:

Todos los seres vivos están formados por células.

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

Toda célula procede de otra célula preexistente.

Para llevar a cabo estudios celulares es imprescindible el empleo de técnicas de observación mediante el manejo del microscopio.

El nombre de célula fue dado en 1665 por Robert Hooke cuando observó las paredes celulares de las células vegetales en una lámina de corcho.

EL MICROSCOPIO ELECTRÓNICO

Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) construyó el primer microscopio óptico, que posteriormente fue perfeccionado y con el que se pudieron realizar multitud de observaciones interesantes.

Sin embargo, con estos aparatos no se puede lograr una resolución, superior a la mitad de la longitud de onda de la luz. Esta característica sitúa el límite de resolución del microscopio óptico en torno a 0,25 mm y, por tanto, impide la observación de la estructura fina de la célula.

La construcción en la década de 1930 de los primeros microscopios electrónicos permitió superar esta limitación dado que utilizan, en lugar de una haz de luz, un haz de electrones, cuya longitud de onda es mucho menor. Su límite de resolución se sitúa entre 0,5 y 1 nm y permite estudiar la estructura subcelular.

El microscopio electrónico utiliza magnetos (que crean campos magnéticos) para enfocar un haz de electrones, de la misma manera que el microscopio óptico emplea lentes para enfocar un haz de luz.

Como no se pueden ver los electrones, el microscopio electrónico los dirige a una pantalla fluorescente o a una película fotográfica para crear una imagen visible que siempre es en blanco y negro, aunque para resaltar algunas estructuras pueden ser coloreadas posteriormente.

Los microscopios electrónicos que más se utilizan son:

MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE TRANSMISIÓN (MET)

MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO (MEB)

Microscopio electrónico de transmisión

En este caso el haz de electrones atraviesa la muestra que debe ser muy fina debido al poco poder de penetración de los electrones; por lo que no pueden observarse células completas sino cortes de célula.

Cuando la imagen aparece más oscura se debe a aquellos elementos que absorben electrones, las zonas claras se deben a los electrones que atraviesan la muestra e inciden sobre la pantalla.

Microscopio electrónico de barrido

En este caso los electrones “rebotan” en la muestra antes de ser recogidos. Ya que, previamente, se ha recubierto la superficie celular con metales.

Con el MEB se observan células enteras y las imágenes reproducen la forma tridimensional de su superficie.

TIPOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR

Todas las células tienen una estructura básica común, que consta de:

Una membrana, que rodea la célula y es el límite con el exterior.

Un citoplasma, que es el medio donde se realizan los procesos celulares.

Un material genético encargado de proporcionar las características propias de cada célula, del control del funcionamiento celular y de transmitir la información genética de unas células a otras.

Existen dos tipos diferentes de organización celular:

Organización celular procariota (del griego pro, “antes” y karyon, “núcleo”): carecen de compartimentos internos rodeados por membranas, por lo que no tienen núcleo.

Organización celular eucariota (eu, “verdadero” y karyon, “núcleo”): poseen en su citoplasma compartimentos rodeados por membranas. El material hereditario está contenido en un compartimento especial denominado núcleo. Dentro de esta organización se diferencian dos tipos de células: animales y vegetales.

LA CÉLULA PROCARIOTATodas la células procariotas poseen la misma estructura básica:

Membrana plasmática, que limita la célula y la separa del medio. Con frecuencia, esta membrana forma repliegues hacia el interior que se denominan mesosomas.

Nucleoide, o región del interior de la célula que contiene el material hereditario, normalmente una única molécula de ADN. A veces, aparecen otras moléculas pequeñas circulares de ADN denominas plásmidos.

Citoplasma: constituido por el resto del material incluido en la membrana plasmática. Está compuesto por:

• El citosol o hialoplasma formado por agua que contiene sales disueltas, moléculas orgánicas pequeñas y macromoléculas dispersas, como proteínas.

• Los ribosomas, que son orgánulos formados por ARN y proteínas en los que se realiza la fabricación o síntesis de proteínas.

Algunas células procariotas poseen otras estructuras especializadas como pared celular o flagelos.

A pesar de que las células procariotas poseen una estructura muy sencilla, disponen de la maquinaria necesaria para su automantenimiento y reproducción.

LA CÉLULA EUCARIOTA

Presenta un tamaño considerablemente mayor y una estructura interna mucho más compleja que la de la célula procariota.

Pueden ser de dos tipos: animales y vegetales. Ambas son muy parecidas; se diferencian en la presencia o ausencia de determinadas estructuras celulares.

PARED CELULAR

CLOROPLASTOS (PLASTOS)

VACUOLAS CETRIOLOS

CÉLULAS ANIMALES

No NoEscasas y de pequeño tamaño

Sí

CÉLULASVEGETALES

Sí SíAbundantes y de gran tamaño

No

En la célula eucariota, las membranas limitan tanto a la célula como a muchas estructuras internas.

Membrana plasmática: es el límite externo de la célula; controla el intercambio de sustancias entre el exterior y el interior celular.

Citoplasma: está formado por el citosol o hialoplasma, que es una disolución acuosa donde se encuentran inmersos los orgánulos celulares, que a su vez se diferencian en membranosos o no membranosos; en función de si presentan o no una membrana que los envuelva.

Núcleo: es una estructura membranosa donde se sitúa el material genético.

Membrana plasmática Es una lámina fina que separa la célula del exterior. A través

de ella, entran las sustancias necesarias para la nutrición y salen los productos de desecho.

Está formada por una bicapa continua de lípidos (fosfolípidos) entre los que se intercalan proteínas.

Debido a su pequeño grosor, unos 7 nm, sólo es visible al microscopio electrónico.

CitoplasmaEn el citoplasma celular se diferencian una serie de estructuras denominadas orgánulos.

Los orgánulos se dividen en dos grupos:

Orgánulos membranosos, son compartimentos rodeados por una membrana.

Dentro de estos están: retículo endoplasmático (liso y rugoso), aparato de Golgi, lisosomas, vacuolas, mitocondrias y cloroplastos.

Orgánulos no membranosos, no se encuentran rodeados por una membrana.

Y son: ribosomas, citoesqueleto y centrosoma.

Orgánulos membranosos

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO: conjunto de túbulos y sacos aplanados, comunicados entre sí, que se extienden por todo el citoplasma celular. Se diferencia en:

Retículo endoplasmático rugoso (RER): está formado por sacos aplanados cubiertos externamente por ribosomas (los ribosomas son estructuras no membranosas encargadas de la síntesis de proteínas).

Retículo endoplasmático liso (REL): carece de ribosomas y está formado sólo por túbulos. Se encarga de fabricar los lípidos de membrana.

APARATO DE GOLGI: conjunto de pilas de sacos membranosos que se encuentran rodeados de vesículas. Su función es almacenar, en el interior de las vesículas, moléculas sintetizadas en el retículo endoplasmático para expulsarlas al exterior celular (exocitosis) o transportarlas a otros orgánulos.

LISOSOMAS: son vesículas membranosas que contienen enzimas digestivas (hidrolasas) fabricadas en el RER.

Son las responsables de la digestión en el interior de la célula. Se fusionan a otras vesículas cargadas de materia orgánica procedente del exterior o del interior celular, y transforman las macromoléculas en moléculas orgánicas sencillas.

MITOCONDRIAS: suelen tener forma cilíndrica, son orgánulos de gran tamaño y pueden aparecer en número elevado, esto depende del tipo de célula y de su actividad. Están compuestas por una doble membrana, la membrana interna se repliega hacia el interior formando las crestasmitocondriales y el espacio que constituye el interior mitocondrial se denomina matriz.

En las mitocondrias se lleva a cabo el proceso de respiración celular mediante el cual se obtiene la energía que necesitan las células para su mantenimiento; para lo que se necesita oxígeno.

Además, la matriz contiene ribosomas y pequeñas moléculas de ADN, por lo que puede fabricar alguna de sus proteínas.

CLOROPLASTOS: son orgánulos de mayor tamaño que las mitocondrias y al igual que estas también son muy numerosos.

Están rodeados de una doble membrana que delimita un espacio interior llamado estroma. En el estroma aparecen formaciones membranosas en sacos llamados tilacoides, estos puede aparecer aislados o apilados unos sobre otros, recibiendo el nombre de grana.

En los cloroplastos se realiza la fotosíntesis, que es un proceso en donde se sintetiza materia orgánica a partir de materia inorgánica empleando la energía solar.

Los cloroplastos también pueden fabricar algunas de sus proteínas utilizando las pequeñas moléculas de ADN y los ribosomas que poseen en su citoplasma.

VACUOLAS: son características de las células vegetales, suelen ser de gran tamaño, pudiendo llegar a ocupar el 90% del volumen celular.

Realizan funciones de almacenamiento de sustancias y ayudan a mantener la forma celular, debido a la presión que ejercen sobre la pared celular (turgencia).

Orgánulos no membranosos

RIBOSOMAS: Los ribosomas son orgánulos no membranosos, observables únicamente con el microscopio electrónico.

Son partículas compactas, formadas por ARNr y proteínas. Se encargan de la síntesis de proteínas.

CITOESQUELETO: conjunto de filamentos proteicos (microfilamentos, microtúbulos y filamentos intermedios) que se distribuyen en forma de red, en el citosol. El citoesqueleto da forma a la célula y es responsable de sus movimientos.

CENTROSOMA: constituye una zona cercana al núcleo a partir de la que surgen los filamentos proteicos del citoesqueleto. En las células animales contiene en su interior una pareja de estructuras cilíndricas huecas, dispuestas perpendicularmente entre sí, denominadas centriolos.

El centrosoma se encarga de organizar los filamentos del citoesqueleto, de la división celular y del movimiento celular.

Núcleo

Separado del citoplasma por la membrana nuclear, que es una doble membrana que se continúa con el RER. Esta membrana nuclear presenta poros, lo que permite el intercambio de moléculas entre el interior del núcleo y el citoplasma.

Dentro del núcleo se encuentran:

La cromatina: formada por fibrillas enmarañadas de ADN unido a proteínas que se encuentran en forma dispersa. Cuando la célula inicia su división, estas fibrillas se condensan y dan lugar a los cromosomas. El ADN del núcleo controla y regula las funciones vitales de la célula.

Los nucleolos: son una o varias esferas dentro del núcleo, formadas por ARN, aquí se forman los ARNr que originan los ribosomas.

METABOLISMO CELULAR

Se denomina metabolismo al conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior celular y que son responsables de su funcionamiento.

El metabolismo lo podemos diferenciar en:

Catabolismo: es el conjunto de reacciones químicas mediante las cuales las células degradan moléculas complejas, liberándose energía que será utilizada por la célula.

Anabolismo: es el conjunto de reacciones mediante las cuales las células sintetizan sus componentes a partir de moléculas sencillas mediante el consumo de energía.

METABOLISMO = CATABOLISMO + ANABOLISMO

El ATP es la “moneda energética” de las células. Es la principal molécula que lleva a cabo el intercambio energético entre unos compuestos y otros.

El ATP (adenosín trifosfato) es un nucleótido formado por una base nitrogenada (adenina), un monosacárido (ribosa) y un grupo de tres fosfatos. Los enlaces que unen entre sí los grupos fosfatos son enlaces de alta energía ( ); estos enlaces cuando se rompen liberan gran cantidad de energía.

TEORÍA DE LA ENDOSIMBIOSIS

Esta teoría fue propuesta en 1967 por la bióloga norteamericana Lynn Margulis.

Postula que las células eucariotas se han originado mediante relaciones de simbiosis entre células procariotas; la más grande habría rodeado y englobado a otras que con el tiempo habrían pasado a formar parte de la primera.

De esta manera se explica la aparición de mitocondrias y cloroplastos, puesto que estos orgánulos presentan un tamaño considerable y poseen ADN y proteínas propias, así como una doble membrana que les rodea.

HACIA LA PLURICELULARIDADLa agrupación de las células para originar organismos pluricelulares aportó una serie de ventajas:

- En los organismos unicelulares, cada célula realiza todas las funciones; mientras que en los organismos pluricelulares estas células se especializan en realizar un función determinada que desempeñan de manera más eficiente.

- La pluricelularidad supone un ahorro de energía y nutrientes ya que requiere de un funcionamiento coordinado.

- Las células de los organismos pluricelulares están en contacto con un medio interno que permite la comunicación entre todos las células que lo componen. Se denomina homeostasis al conjunto de mecanismos que poseen los seres pluricelulares que permiten que las características del medio interno permanezcan constantes.

¿SON LOS VIRUS CÉLULAS?

Los virus se definen como parásitos intracelulares obligados.

Presentan tamaños muy pequeños y están constituidos por:

Un ácido nucleico: puede ser ADN o ARN, pero nunca ambos.

Una cápsida: estructura proteica que recubre el ácido nucleico. Esta estructura está constituida por unidades más pequeñas llamadas capsómeros.

Una envoltura: es una membrana que rodea la cápsida. No está presente en todos los virus y procede de la membrana de la célula a la que parasita el virus cuando sale.

Aunque los virus poseen su propia información genética (ADN o ARN) carecen de estructuras celulares para llevar a cabo un metabolismo propio, por lo que utilizan el metabolismo de las células a las que infectan para reproducirse.

Los virus parasitan tanto células procariotas (bacteriófagos) como eucariotas y su mecanismo de infección puede ser de dos maneras:

Ciclo lítico, en este caso el virus destruye la célula hospedadora. El proceso se desarrolla en cinco pasos:

1. El bacteriófago se ancla a la bacteria.

2. Inyecta su ácido nucleico al interior celular.

3. El ácido nucleico altera el metabolismo normal de la célula, modificándolo para la fabricación de componentes víricos.

4. Una vez formadas las estructuras del virus, estas se reúnen y se ensamblan formando nuevos virus.

5. Se rompe la membrana y la pared bacteriana liberándose los virus formados, los cuales infectarán a otras bacterias.

- Ciclo lisogénico: el virus inserta su ácido nucleico en el de la célula hospedadora, sin destruirla. Cada vez que la célula duplica su ADN, el ADN vírico será replicado y transmitido a la nueva célula. Hasta que algún desencadenante externo (rayos X o radiación ultravioleta) origine la separación del ADN vírico del ADN celular, iniciando un ciclo lítico. A veces esto ocurre de manera espontánea.