TEMA7-TIPOSCELULARES

7/17/2019 TEMA7-TIPOSCELULARES

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___________________________________________________________Biología. Tipos de organización celular

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TEMA 7: LA CÉLULA. MÉTODOS DE ESTUDIO Y TIPOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR

1. La teoría celular2. Métodos de estudio de la célula

2.1 Microscopía. El microscopio óptico

. El microscopio electrónico2.2 Fraccionamiento celular2.3 Difracción de rayos X2.4 Autorradiografía

3. Forma y tamaño de las células3.1 La forma de las células3.2 El tamaño de las células

4. Tipos de organización celular4.1 Estructura de la célula procariota4.2 Estructura de la célula eucariota

5. Origen y evolución celular

1. LA TEORÍA CELULAR

El término célula fue utilizado por primera vez en 1665, por el científico inglés Robert Hooke, alobservar con un microscopio construido por el mismo, una laminilla de corcho. Describió en su escritosque este tejido estaba formado por una serie de celdillas, similares a las de un panal de abejas, a las quellamó células ("cells").

Las celdillas del corcho sólo están formadas por las paredes de celulosa, de las células vegetalesmuertas, y por un interior lleno de aire.

En 1674, el holandés Leeuwenhoek, comerciante de telas y naturalista aficionado, se dedicó aperfeccionar las lentes de aumento y así fue el primero en observar protozoos, espermatozoides, glóbulosrojos...

Durante el siglo XVIII apenas hubo avances en citología, sin embargo el siglo XIX constituyó elverdadero punto de partida para el estudio de la célula. Así, en 1831, el botánico escocés Brown descubrió en las células vegetales el núcleo. En 1839 Purkinje introduce el término"protoplasma" paradesignar al líquido que llena las células.

En el mismo año, los alemanes Schleiden (botánico) y Schwann (zoólogo) establecieron lateoría celular, según la cual las plantas y los animales están constituidos por células.

Años después, en 1855 esta teoría fue completada por el alemán Virchow cuando dijo que todacélula procede de otra célula preexistente.

Ya a principios del siglo XX, el español Santiago Ramón y Cajal, demostró la individualidad de lasneuronas y puso de manifiesto la universalidad de la teoría celular al aplicarla también al tejido nervioso(algunos científicos sostenían que éste no estaba formado por células independientes).

Actualmente, la teoría celular se resume en los siguientes puntos:

• Todos los organismos están formados por una o más células.

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

• Toda célula procede, por división, de otra ya existente.

2. MÉTODOS DE ESTUDIO DE LA CÉLULA

Debido a su pequeño tamaño, las células no se pueden observar a simple vista, por lo que espreciso emplear una serie de técnicas, algunas de las cuales se describen a continuación.




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2.1 MICROSCOPÍA.

• El microscopio óptico.

El microscopio óptico se compone de un sistema de lentes convexas con el que es posibleampliar el tamaño de cualquier muestra. Los microscopios ópticos constan básicamente de dos

lentes situadas en los extremos de un tubo: el objetivo y el ocular.

La amplificación de un microscopio es el producto de los aumentos del objetivo por los del ocular.Así por ejemplo, si estamos utilizando un objetivo de 10 aumentos y un ocular de 4 aumentos, laimagen observada es 40 veces mayor que la realidad.

Pero la calidad de un microscopio no sólo viene determinada por el número de aumentos, sinotambién por su poder de resolución, que es la distancia mínima para que dos puntos próximos

se vean como puntos diferentes. El microscopio óptico tiene un poder de resolución de 0,2 µm,es decir, no se pueden distinguir puntos separados por una distancia menor de 0,2 µm.

• El microscopio electrónico.

Este instrumento funciona gracias a un haz de electrones (en lugar de haces de luz) procedentedel calentamiento de un filamento de tungsteno, el cátodo. Los electrones viajan hasta el ánodo agran velocidad, a través de una columna hueca en la que se ha hecho el vacío. El haz deelectrones es guiado a la muestra mediante un sistema de lentes que en realidad sonelectroimanes.

Existen dos tipos de microscopio electrónico: el de transmisión y el de barrido.




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- Microscopio electrónico de transmisión (MET).

Su fundamento es el siguiente: loselectrones inciden sobre la muestra y laszonas que permiten el paso de más

electrones (zonas transparentes) se venclaras, mientras que las zonas más densas(dispersan los electrones) se ven oscuras;es decir, se produce una imagen porcontraste que es observada en unapantalla fluorescente monocromática.

Al utilizar rayos de electrones, cuyalongitud de onda es mucho menor que lade la luz, la resolución es mucho mejorque en microscopía óptica: unos 0,2 nm.Pero este tipo de microscopio tambiénpresenta inconvenientes: necesita el vacío,

para que no se altere la trayectoria de loselectrones, y la muestra ha de serextremadamente fina (50-100 nm degrosor), para ello se utiliza un aparatoespecial denominado ultramicrotomo.Lógicamente es imposible la observaciónde muestras "in vivo".

El aumento en condiciones óptimas de este microscopio puede llegar a ser de 500.000.

- Microscopio electrónico de barrido (MEB).

En este caso las muestras serecubren con una fina capa de unmetal pesado, como el oro o elplatino. El haz de electrones eslanzado contra la superficie de lamuestra barriéndola rápidamente yno atravesándola, como ocurre en elmicroscopio electrónico detransmisión. Los electrones sonreflejados y recogidos en la pantallamonocromática de un monitor.

Su poder de resolución es

relativamente alto (unos 10 nm) y suaumento es menor (200.000) que elque se logra con el de transmisión,pero produce espectacularesimágenes en relieve de las células.

2.2 FRACCIONAMIENTO CELULAR.




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Esta técnica consiste en la rotura controlada de tejidos y células para separar los orgánulos ocomponentes intracelulares.

Para ello, en primer lugar se homogeneiza el tejido, por procedimientos mecánicos o químicos(trituración ultrasonido, choque osmótico, etc), con el fin de romper las células y, posteriormente, se

procede a una ultracentrifugación diferencial (centrifugaciones sucesivas a distintas velocidades), quepermite la separación de los distintos componentes estructurales de la célula.

Recuerda : La ultracentrífuga es un aparato que gira a velocidades muy elevadas. Las partículas de la muestra, dediferente densidad, sedimentan a determinadas velocidades, que se miden en unidades Svedberg (S). Los ribosomas y lassubunidades ribosómicas, se definen en función de su coeficiente de sedimentación.

2.3 DIFRACCIÓN DE RAYOS X.




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La difracción de rayos X es una técnica de microscopía electrónica que se utiliza para estudiardetalles de la estructura molecular de los componentes celulares.

Mediante un haz de rayos X se puede determinar la dispersión de los átomos en una molécula enestado cristalino. Los rayos X son dispersados por los electrones de la muestra, de modo que los átomos

grandes con muchos electrones, como el C, el N, el O y el P, se detectan con más facilidad que losátomos pequeños, como el H. El patrón de difracción se recoge en una placa fotográfica. A partir de losresultados se pueden obtener modelos tridimensionales.

2.4 AUTORRADIOGRAFÍA.

La técnica de autorradiografía consiste en suministrar a las células isótopos radiactivos (14

C,32

P,

3H, ...) seleccionados que sólo se incorporen a determinadas moléculas. Estos radioisótopos son

inestables y emiten radiaciones ionizantes capaces de impresionar una emulsión fotográfica.

Mediante las técnicas de autorradiografía es posible seguir el "recorrido" de los radioisótopos porla célula o a través de tejidos.

3. FORMA Y TAMAÑO DE LAS CÉLULAS.

3.1 LA FORMA DE LAS CELULAS.

Las células presentan una gran variabilidad de formas. Por tanto, no es correcta la simplificacióngeneralizada que reduce la morfología celular a una simple forma esférica u ovoidea.

La forma de una célula depende de su función, de si se encuentran libres o formando tejidos, etc.Por ejemplo:

- Las células epiteliales presentan formas aplanadas, prismáticas, caliciformes, ...

- Las células musculares tienen formas alargadas (fibras).

- Las células nerviosas presentan un aspecto estrellado (las neuronas).




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3.2 EL TAMAÑO DE LAS CÉLULAS.

El tamaño celular también varía bastante, pero en general, se puede definir como microscópico.Así, las bacterias suelen medir entre 1 y 2 µm de longitud, la mayoría de las células humanas entre 5 y 20

µm, etc.

Entre las células de mayor tamaño se encuentran los huevos (óvulos) de las aves, en los cualesla yema, que es una sola célula, alcanza un gran tamaño (85 mm en el avestruz) por el extraordinarioacúmulo de sustancias nutritivas que almacenan.

Las neuronas son las de mayor longitud, su cuerpo sólo mide varias decenas de µm, pero susaxones pueden alcanzar metros.

Las diferencias de tamaño existentes entre los organismos vegetales y animales no dependen deltamaño de sus células, que es prácticamente constante, sino del número de éstas.




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4. TIPOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR

Según el grado de complejidad se pueden considerar dos tipos de organización celular: célulasprocariotas y células eucariotas. La diferencia fundamental entre ambos tipos de células es la ausencia opresencia de núcleo.

4.1 ESTRUCTURA DE LA CÉLULA PROCARIOTA.

La estructura procariota es característica y exclusiva del reino moneras formado por bacterias,

algas unicelulares cianofíceas (cianobacterias) y micoplasmas.

La mayoría de las células procariotas son de pequeño tamaño, miden entre 1 y 5 µm, igual altamaño de algunos orgánulos de las células eucariotas.

Básicamente, una célula procariota presenta las siguientes estructuras:

• Una membrana plasmática que delimita el citoplasma celular.

• Rodeando a la membrana existe una pared celular rígida responsable de la forma de la célula.Los micoplasmas carecen de dicha pared.

• El citoplasma está prácticamente desprovisto de estructuras membranosas, con la únicaexcepción de los mesosomas (repliegues de la membrana plasmática). En el citoplasma haygran cantidad de de ribosomas (de 70 S) y algunas inclusiones con sustancias de reserva.

• El material genético está formado por una molécula de ADN circular bicatenario no unida ahistonas y, situada en el centro de la célula, en la zona denominada nucleoide, que no estáseparada del resto del citoplasma por membrana alguna (por ello no se considera un núcleoverdadero).Además hay pequeñas moléculas de ADN circular y de doble hélice denominadas plásmidos.

• Algunas bacterias pueden contener además otros elementos:

- Flagelos: apéndices externos implicados en el movimiento.- Pelos o fimbrias (pili): apéndices tubulares rígidos que permiten el intercambio de

información genética (conjugación) o la adhesión de la bacteria al hospedador.- Cápsulas: envoltura que recubre a la pared celular de algunas bacterias.- Sistemas internos de membranas; los presentan muchas bacterias autótrofas.




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4.2 ESTRUCTURA DE LA CÉLULA EUCARIOTA.

Exceptuando las bacterias, el resto de los seres vivos (reinos protoctistas, hongos, plantas yanimales) presentan una organización celular eucariota.

La célula eucariota consta de:

• La membrana plasmática, que constituye el límite externo de la célula y cuya función principalconsiste en regular el transporte e intercambio de sustancias con el medio exterior.

• En ocasiones, rodeando a la membrana plasmática, existe una pared celular rígida,fundamentalmente de celulosa en las células vegetales y de quitina en el caso de algunoshongos.

• El citoplasma celular contiene los orgánulos celulares y está ocupado por un entramado defilamentos proteicos que forman el citoesqueleto, implicado también en la formación de cilios yflagelos, los movimientos intracelulares y la división celular.

• Los ribosomas presentan un coeficiente de sedimentación de 80 S, mayor que en las célulasprocariotas, y su función, al igual que en éstas, consiste en participar en la síntesis de proteinas.

• Mitocondrias y cloroplastos, orgánulos relacionados con la obtención de energía mediante losprocesos de respiración y fotosíntesis, respectivamente. Ambos orgánulos están rodeados poruna doble membrana.

• Las células eucariotas poseen un complejo sistema interno de membranas constituido por elretículo endoplasmático, conectado con la membrana nuclear y, el complejo de Golgi,orgánulos relacionados con la síntesis de moléculas y su distribución dentro de la célula, asícomo la secreción de sustancias al exterior. Otros orgánulos membranosos son las vacuolas,que alcanzan un gran desarrollo en las células vegetales, y, los lisosomas, relacionados con elcomplejo de Golgi, que contienen enzimas esenciales para la degradación de sustancias en elinterior de vacuolas digestivas.

• Por último, todas las células eucariotas presentan un núcleo delimitado por una doblemembrana. En su interior se encuentra la cromatina, constituida por ADN asociado a proteínas(histonas). La membrana nuclear tiene unos poros que comunican el nucleoplasma y elcitoplasma.

Existen algunas diferencias entre las células eucariotas animales y las vegetales:

- En las células de los vegetales destaca la presencia de una pared de secreción gruesade celulosa, la existencia en general de una vacuola grande que desplaza al núcleodesde el centro hacia un lado y la presencia de plastos (amiloplastos, cloroplastos, ...).

- En las células de los animales no hay pared celular de celulosa, las vacuolas sonpequeñas, el núcleo suele estar en el centro, hay un par de centriolos, puede presentarcilios, o flagelos o emitir pseudópodos.




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6. ORIGEN Y EVOLUCIÓN CELULAR.

Se cree que la Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años. Una vez que se originaron los

primeros compuestos orgánicos y algunas de estas moléculas (probablemente ARN) adquirieroncapacidad de autorreplicación, la vida se inició en el planeta.

Actualmente se piensa que las moléculas de ARN prebióticas se desarrollaron en ambientesmarinos y adquirieron su propia capacidad de replicación. Posteriormente, surgieron moléculas másespecializadas, el ADN y las proteínas, que de un modo aún desconocido se rodearon de una membranacompuesta de fosfolípidos y posibilitaron la aparición de las primeras células.

Los procariotas primitivos evolucionaron desde organismos heterótrofos y anaerobios, queobtenían su alimento y la energía necesaria a partir de moléculas orgánicas, hasta organismosquimioautótrofos capaces de utilizar el CO2 disponible como fuente de carbono y la energía de loscompuestos químicos oxidables.

El paso siguiente fue el desarrollo de formas fotosintéticas que podían utilizar la energía

procedente de la luz y los compuestos químicos inorgánicos para su crecimiento; produciendo oxígeno.

Se acepta en general que las primeras células eucariotas aparecieron en la Tierra hace unos2.500 millones de años, procedentes de algún tipo de procariota heterótrofo.

Estos primeros eucariotas perdieron la pared celular y protegieron su material genético por mediode una doble membrana originada por invaginaciones de la membrana celular, lo que permitió laconstitución de un verdadero núcleo.

Parece suficientemente probada la teoría endosimbiótica de Lynn Margulis (1.970), según lacual los eucariotas se originaron a partir de una primitiva célula eucariota (urcariota) que en un momentodado englobaría otras células u organismos procarióticos, estableciéndose entre ambos una relaciónendosimbionte.

Estas células procariotas serían los precursores de las mitocondrias (que procederían de




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bacterias aerobias) y de los cloroplastos (que serían antiguas bacterias fotosintéticas del tipo de lascianobacterias). De hecho, mitocondrias y cloroplastos son similares a las bacterias en tamaño y, comoellas, se reproducen por división. Pero lo más importante es que tanto mitocondrias como cloroplastostienen su propio ADN. Además, ambos orgánulos presentan ribosomas propios similares a los de lasbacterias (70 S).

ACTIVIDADES

1.- ¿Cuál es la longitud en ángstroms y en nm de una estructura celular de 0,25 µm de largo?

2.- Completa la siguiente tabla comparativa de los distintos tipos de microscopios.

Características MO MET MEB

ortátil

!umento

"ama#o m$nimo observable

%otogra&$a '()* o color+

bservacin in vivo

.- ¿Cuál es la principal di&erencia entre el microscopio electrnico de transmisin y el de barrido?

/.- plica para u3 sirven las siguientes partes del microscopio ptico4 platina, ocular, obetivo, condensador,

dia&ragma, tornillo macrom3trico y tornillo microm3trico.

5.- ¿6u3 se entiende por poder de resolucin? ¿Cuál es el del oo 7umano?

8.- or ultracentri&ugacin se pueden separar los componentes celulares. 9abiendo ue la sedimentacin de los

mismos es más rápida cuanto mayor es su tama#o, ¿en u3 orden sedimentarán estos componentes4 mitocondrias,

lisosomas, ribosomas, n:cleos y prote$nas?

;.- ¿6u3 di&erencias 7ay entre las c3lulas procariotas y las eucariotas?

<.- ¿6u3 orgánulos celulares tienen un origen endosimbitico? ¿=e u3 tipos de bacterias proceden?

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