La Celula

Biología Celular Por Alejandro Fatouh

Índice Célula. Definición. Teoría Celular. Teoría Endosimbiótica Célula Procarionte. Características Generales Célula Eucarionte: Características Generales. Diferencias entre Célula animal y vegetal Estructuras Celulares y Sus Funciones *Núcleo: Carioteca, cromosomas, cromatina, nucleolo, cariolinfa. *Membrana plasmática. *Citoplasma: Sistema vacuolar citoplasmático. Lisosomas *Citoesqueleto: Organelos microtubulares. *Respiración celular: mitocondrias. *Fotosíntesis: Cloroplastos Bibliografía

Célula Se denomina célula a la mínima estructura anatómica y fisiológica fundamental de la materia viva, capaz de vivir independientemente como entidad unicelular, o bien, formar parte de una organización mayor, como un organismo pluricelular. La célula presenta dos modelos básicos: procarionte y eucarionte. Su organización general comprende: membrana plasmática, citoplasma y material genético (ADN).

Teoría Celular La teoría celular es la base sobre la que se sustenta gran parte de la biología. Todos los seres vivos que forman los reinos biológicos están formados por células. El concepto de célula como unidad anatómica y funcional de los organismos surgió entre los años 1830 y 1880, aunque fue en el siglo XVII que Robert Hooke (imagen del centro) le dió el nombre de célula. Para 1830 se disponía ya de microscopios con ópticas mas desarrolladas,lo que permitió a investigadores como Theodor Schwann (Imagen derecha) y Mathias Schleiden (imagen izquierda) establecer los postulados de la teoría celular, que afirma, entre otras cosas, que la célula es una unidad morfológica de todo ser vivo.

Teoría Endosimbiótica La teoría endosimbiótica propuesta en el año 1970 por la bióloga estadounidense Lynn Margulis, postula que las organelas de los eucariotas se originaron a partir de algunos procariotas que fueron fagocitados por otros procariotas. En algunos casos, los procariotas fagocitados continuaron viviendo dentro de los procariotas fagocíticos y se estableció una relación endosimbiótica, que es un tipo de simbiosis en la que un organismo vive dentro de otro. Según esta teoría, los procariotas aerobios (que utilizan oxígeno para obtener energía), que vivían simbióticamente dentro de los procariotas fagocíticos, con el paso del tiempo dieron origen a las mitocondrias de los eucariotas. Del mismo modo, los procariotas fotosintetizadores (cianobacterias), que abundaban en ese entonces, pueden haber dado origen a los cloroplastos, las organelas donde se lleva a cabo la fotosíntesis. Actualmente se piensa que otras organelas también pueden haber tenido un origen endosimbiótico, como los flagelos.

Célula Procariota o Procarionte Las células procariotas son estructuralmente mas simples que las eucariotas. Conformaron los primeros organismos del tipo unicelular que aparecieron sobre la tierra hace unos 3500 millones de años. Las células procariotas tienen el material genético concentrado en la región central del citoplasma, pero sin una membrana protectora que defina un núcleo. La célula no tiene orgánulos –a excepción de ribosomas- ni estructuras especializadas. Como no poseen mitocondrias, los procariotas obtienen energía del medio mediante reacciones de glucólisis en los mesosomas o en el citosol. Sus mayores representantes son las bacterias y algas cianofitas.

Modelo de Células Procariontes o Procariotas

Bacteria Escherichia coli (izq.) y Alga cianofita Oscillatoria (der.)

Diferencias y similitudes entre una célula procariótica y una eucariótica

Cuadro Comparativo Entre Procariontes y Eucariontes

Célula Eucariota o Eucarionte Las células eucariotas son más complejas que las procariotas y surgieron a partir de estas por el fenómeno de Endosimbiosis, hace unos 1000 millones de años. Tienen mayor tamaño y su organización es más compleja, con presencia de organelas que le permiten una notable especialización en sus funciones. El ADN está contenido en un núcleo con doble membrana atravesado por poros. Las células eucariotas están presentes en los organismos pertenecientes al Dominio Eukarya (Protistas, Hongos, Plantas y Animales)

Célula Eucariota Animal

Célula Eucariota Vegetal

Organelas Celulares Las células eucariotas están formadas por diferentes estructuras y organelas que desarrollan diversas funciones como son: Membrana Plasmática. Separa la célula del exterior y regula la entrada y salida de compuestos. Citoplasma. Medio hidrosalino donde se llevan a cabo gran parte de las reacciones químicas de la célula. Citoesqueleto. Entramado interno que da soporte estructural a la célula. Núcleo. Contiene la mayor parte del material genético (ADN). Nucleolo. Su función principal es la producción y ensamblaje de ribosomas y la síntesis de ARN Ribosomas. Realizan la síntesis de proteínas a partir de la información genética que llega del núcleo en forma de ARN mensajero. Retículo endoplasmático rugoso. Conjunto de membranas que reciben las proteínas que producen los ribosomas adosados a sus membranas y participan en el transporte intracelular. Retículo endoplasmático liso. Conjunto de membranas que realizan varios procesos metabólicos, incluyendo la síntesis de lípidos: triglicéridos, fosfolípidos y esteroides, participan en el transporte intracelular.

Organelas Celulares Aparato de Golgi. Sintetiza o transforma compuestos previamente sintetizados (carbohidratos, proteínas), ensambla lisosomas y participa en el embalaje y transporte intracelular y la fabricación de membrana plasmática. Mitocondrias. Encargadas de la producción de energía (ATP) a partir de la respiración celular. Vacuolas. Almacenan alimentos o productos de desecho y participan en la homeostasis. Vesículas. Almacenan, transportan o digieren productos y residuos celulares. Lisosomas. Contienen enzimas que digieren materiales de origen externo o interno que llegan a ellos. Centríolos (solo en la célula animal). Estructuras tubulares que ayudan a la separación de los cromosomas durante la división celular. Cloroplastos (solo en la célula autótrofa). Realizan la fotosíntesis. Cromoplastos (solo en la célula aautótrofa). Sintetizan y almacenan pigmentos. Pared celular (solo en la célula vegetal, de algas, hongos y protistas). Capa exterior a la membrana citoplasmática que protege a la célula y le da rigidez.

Diferencias entre Célula Vegetal y Animal Célula animal • No tiene pared celular (membrana celulósica) • Presenta diversas formas de acuerdo con su función. • No tiene plastos • Puede tener vacuolas pero no son muy grandes. • Presenta centríolos que son agregados de microtúbulos cilíndricos que forman los cilios y los flagelos y facilitan la división celular. Célula vegetal •Presentan una pared celular compuesta principalmente de celulosa que da mayor resistencia a la célula. •Disponen de plastos como cloroplastos (orgánulo capaz de realizar la fotosíntesis), cromoplastos (orgánulos que acumulan pigmentos) o leucoplastos (orgánulos que acumulan el almidón fabricado en la fotosíntesis). •Poseen Vacuolas de gran tamaño que acumulan sustancias de reserva o de desecho producidas por la célula. •Presentan Plasmodesmos que son conexiones citoplasmáticas que permiten la circulación directa de las sustancias del citoplasma entre células.

El Núcleo Las células eucariotas separan su ADN del citoplasma mediante la envoltura o membrana nuclear, siendo el medio interno nuclear llamado nucleoplasma y en el cual están el nucleolo y la cromatina (ADN). El núcleo se compone de: -Envoltura nuclear: Es una doble membrana que separa el citoplasma del nucleoplasma y que está en comunicación con el RE rugoso. Esta envoltura está atravesada por un elevado número de poros. La función de la envoltura nuclear es separar el medio nuclear del citoplasma y regular el intercambio de sustancias a través de la membrana interna y los poros. -Nucleoplasma, jugo nuclear, cariolinfa o carioplasma: Es el medio interno del núcleo compuesto por proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, glúcidos, sales minerales e iones, siendo su función la síntesis de ácidos nucleicos.

Núcleo y nucleolo

El Núcleo -Nucleolo: Es un orgánulo esférico sin membrana, pudiendo haber uno o dos en cada núcleo. Está constituido por proteínas, cadenas de ARN y bucles de ADN con genes que dirigen la síntesis del ARNr. Su misión es organizar los componentes de los ribosomas que se crean por separado y salen al citoplasma en dónde se unen con la proteína. -Cromatina: Está constituida por filamentos de ADN que en la fase de reposo aparecen formando condensaciones en forma de ovillo, mientras que en la reproducción celular da lugar a cromosomas. En la fase de reposo su función es la expresión de su información genética dando lugar a ARNm. Otra función es conservar y transmitir la información genética del ADN para lo que se forman dos cromátidas iguales que se organizan en cromosomas. -Cromosomas: Son estructuras con forma de bastoncillo constituidos por ADN e histonas y que se forman por condensación de cromatina durante la meiosis y mitosis, y variando su número según la especie (En individuos de reproducción sexual 2n, formado por dos juegos de cromosomas homólogos). Su función es facilitar el reparto de la información genética contenida en el ADN.

Núcleo mostrando la cromatina

Esquema General de Núcleo

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En verde: Carioteca doble con sus poros. En azul: Nucleolo En violeta: Cariolinfa con la cromatina

Microfotografía de un Núcleo

Microfotografía de los cromosomas sexuales XeY

Cariotipo Humano

Membrana Plasmática La Membrana Plasmática es una delgada lámina que envuelve a la célula y la separa del medio externo, aunque permite el intercambio de materia y energía, así como los movimientos y deformaciones de la célula. Está constituida por una doble capa de lípidos (bicapa) a las que se adosan proteínas y glúcidos que pueden situarse en ambas caras de la superficie o incrustadas en ella. La bicapa lipídica esta constituida por fosfolípidos que se orientan de forma que su parte hidrofílica apuntan al exterior y la hidrofóbica al interior. La membrana actúa como una estructura dinámica en la que las moléculas se desplazan, lo que le permite autorrepararse e incluso perder un sector de la membrana para formar vesículas. Una de sus funciones es mantener estable el medio intracelular mediante la regulación del paso de agua, moléculas y elementos. Otra funciones importantes las realizan las proteínas de membrana como por ejemplo regular el paso de sustancias (ya sea pasiva sin gasto de energía o activa con consumo de energía) y actuar como receptores de señales del medio externo. La membrana puede tener prolongaciones o deformaciones como cilios, pseudópodos, etc.

Modelo de Membrana Plasmática

A Derecha: Esquema de un fosfolípido A Izquierda: Microfotografía de la Membrana Plasmática. En rojo membranas de dos células. En azul, espacio intercelular.

Sistema Vacuolar Citoplasmático (SVC) Se llama Sistema Vacuolar Citoplasmático al conjunto de estructuras membranosas internas formadas por la membrana nuclear, el retículo endoplasmático y el complejo de Golgi. El retículo endoplasmático es un sistema membranoso compuesto por sáculos aplanados,túbulos y cisternas que se extienden por el citoplasma. Su función es sintetizar y transportar diversas biomoléculas. Existen dos tipos: el retículo endoplasmático rugoso o granular (REG) con ribosomas en la cara externa, por lo que sintetizan proteínas y el retículo endoplasmático liso o agranular (REL), sin ribosomas y que intervienen en la síntesis de lípidos. Los ribosomas son orgánulos constituidos por proteínas y ARNr. Están dispersos en el citosol o fijos en la membrana nuclear y REG y se conforman de dos subunidades. Intervienen en la síntesis de proteínas. El Aparato de Golgi desempeña un papel fundamental en el transporte, maduración y acumulación de proteínas, modificación de lípidos y glúcidos para formar la membrana citoplasmática o la formación de lisosomas o la pared celular. Los Lisosomas son vesículas globulares procedentes del aparato de Golgi y que se caracterizan por contener gran cantidad de enzimas hidrolíticas. Su función es digerir materia orgánica rompiéndola en pequeñas moléculas reutilizables por la célula.

SVC y Formación de Vesículas

Retículo Endoplasmático Liso (izquierda) y Rugoso (derecha) visto al microscopio electrónico

Retículo Endoplasmático Rugoso mostrando los ribosomas en esquema y visto al microscopio electrónico

Aparato de Golgi en esquema (izquierda) y visto al microscopio electrónico (derecha)

Ribosomas Eucariotas.

Arriba a izquierda modelo de un ribosoma unido a una secuencia de ARNr en plena síntesis de proteínas. A derecha, microfotografía de un polirribosoma. Abajo: Subunidades de un ribosoma y ribosoma completo

Citoesqueleto El Citoesqueleto aparece en todas las eucariotas y tiene como funciones el mantener la forma y la capacidad de moverse de la célula, y el transporte y organización de las organelas por el citoplasma. Es una red de filamentos proteicos que conforman los microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios, como puede observarse en la imagen de abajo. Estas estructuras forman parte además de el huso mitótico que se forma en la mitosis y de las cilias y los flagelos.

Citoesqueleto. Tipos de filamentos y vista al microscopio

A izquierda el citoesqueleto coloreado. A derecha, células mostrando los husos mitóticos durante la mitosis.

A derecha vista de células con sus cilios y a izquierda un espermatozoide con su flagelo

Mitocondrias Las Mitocondrias (en la imagen teñidas de rosa) son orgánulos polimorfos que aparecen en grandes cantidades en las células eucariotas y forman en su conjunto el condrioma. Poseen una membrana mitocondrial externa y una membrana interna impermeable con crestas interiores que incrementan su superficie, y teniendo en el interior un líquido interno o matriz rico en enzimas y en el que se dan reacciones bioquímicas. Poseen además su propio ADN que recibe el nombre de ADN mitocondrial que es circular como en bacterias. Su actividad principal es oxidar la materia orgánica para obtener energía (Respiración Celular) que se almacena en forma de moléculas de ATP.

Esquema de una mitocondria (izquierda) y microfotografía de mitocondria vista en corte (derecha)

Cloroplasto Los Cloroplastos son orgánulos típicos de las células vegetales fotosintéticas. Presentan una membrana externa permeable, una membrana interna poco permeable con muchas proteínas de transporte, y en el interior un medio interno o estroma en el que aparecen sáculos aplastados o interconectados con pigmentos fotosintéticos llamados tilacoides que pueden formar en conjunto las grana (granum). Su función es la fotosíntesis, proceso en el que la materia inorgánica (agua y dióxido de carbono) es transformada en orgánica (glucosa) utilizando la energía solar capturada mediante los pigmentos fotosintéticos. Otra función es acumular sustancias como el almidón.

Microfotografía Electrónica de dos cloroplastos en corte

Pared Celular La Pared Celular Vegetal: Muchas células eucariontes como las de organismos vegetales, hongos y protistas e incluso las de algunos procariontes están envueltas por fuera de la membrana plasmática por una estructura rígida, porosa y de composición química variable. Esta estructura llamada pared celular es muy diferente a la membrana, tanto en su función como en su estructura. La pared celular cumple funciones de sostén, protección y contención de las células que envuelve y por sus poros pueden pasar todo tipo de sustancias de tamaño regular, ya que esta no es selectiva. A esta característica se la llama Permeabilidad No Selectiva. En las células vegetales la pared celular está compuesta principalmente de hemicelulosa y es doble, con una pared primaria rodeada por una pared secundaria. En los procariotas está compuesta de un polisacárido no hemicelulósico y en los hongos de quitina, otro polisacárido.

Células Vegetales mostrando la pared celular (en amarillo). En celeste una gran vacuola y el citoplasma y en verde los cloroplastos, pegados a la membrana plasmática

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