ESTRUCTURA Y FISIOLOGIA MOLECULAR

CITOLOGIA O BIOLOGIA CELULAR

Citología viene del griego kytos que significa cavidad.La citología o biología celular es la rama de la biología que estudia las células en lo que concierne a su estructura, sus funciones y su importancia en la complejidad de los seres vivos.La biología celular se centra en la comprensión del funcionamiento de los sistemas celulares, de cómo estas células se regulan y la compresión del funcionamiento de sus estructuras.

RESEÑA HISTORICA Y APORTES

En el siglo XVII, el inglés Robert Hooke, utilizó el término “célula” para referirse a los pequeños huecos poliédricos que constituían la estructura de ciertos tejidos vegetales como el corcho. Las llamo células por su parecido a las habitaciones de los sacerdotes llamados “celdas”.

En el siglo XIX, se desarrolla la “teoría celular”, que reconoce a la célula como la unidad básica de estructura y función de todos los seres vivos.

Descubrimiento de la estructura celular interna incluyendo el núcleo, el aparato de Golgi y otros orgánulos celulares.

En el siglo XX, la introducción del microscopio electrónico, reveló detalles de la estructura celular.

Se descubrió la base material de la herencia con los cromosomas y el ADN con la aparición de la citogenética.

TEORÍA CELULAR

La teoría celular es una parte fundamental de la Biología que explica la constitución de la materia viva a base de células y el papel que éstas juegan en la constitución de la vida.

Robert Hooke (1635-1703) científico inglés , había observado ya en el siglo XVII que el corcho y otras materias celulares aparecen constituidas de células (literalmente, celdillas).

Dos científicos alemanes, Theodor Schwann, histólogo y fisiólogo, y Jakob Schleiden, botánico, se

percataron de cierta comunidad fundamental en la estructura microscópica de animales y plantas. Asentaron el primer principio de la teoría celular histórica:“Todo en los seres vivos está formado por células o productos secretados por las células”.

El médico Rudolf Virchow (1821-1902), explico lo que debemos considerar el segundo principio:“Toda célula se ha originado a partir de otra célula, por división de esta”

El concepto moderno de teoría celular se puede resumir en los siguientes principios:

1. Todo en los seres vivos está formado por células o por sus productos de secreción.2. Todas las células proceden de células preexistentes.3. Las funciones vitales de los organismos ocurren dentro de las células.4. Cada célula contiene toda la información hereditaria. Así que la célula también es

la unidad genética.

LA CÉLULA

La célula es la unidad básica de todo ser vivo. Es además es la estructura funcional fundamental de la materia viva. El concepto de célula como unidad de los organismos surgió en los años 1830 y 1880.La célula presenta dos modelos básicos: la procarionte y eucarionte.

Las células procariotas son estructuralmente simples. Conformaron a los primeros organismos del tipo unicelular. Citoplasma ausente de núcleo, organelos (a excepción de ribosomas).

Las eucariotas son más complejas que las eucariotas. Surgieron de las células procariontes. Tienen mayor tamaño y su organización es más compleja, con presencia de organelos.

Diferencias entre una célula Eucariota y Procariota

ESTRUCTURA

PROCESOSEUCARIOTAS PROCARIOTAS

NúcleoVerdadero o definido Falso, primitivo o no definido.

Membrana Nuclear Presente Ausente

ADN Combinado con proteínas(histonas) forman la cromatina

Desnudo y circular. Ubicado en la región nuclear o nucleoide.

Cromosomas Múltiples Único

División Celular Mitosis o meiosis Fisión binaria

Mitocondria Presentes(con ribosomas) Ausentes:Los procesos bioquímicos equivalentes tienen lugar en la membrana citoplasmática.

Cloroplasto Presentes en células vegetales(con ribosomas 70S)

Ribosomas 80S (a 60S y 40S sus subunidades)

70S (a 50S y 30S sus subunidades)

Pared Celular Presente:Vegetales(por celulosa)Hongos(quitina, mananos y glucanos)Artrópodos(exoesqueleto: quitina)

Presente, constituida por mureina o péptidoglicano)

Nucleolos Presentes Ausentes

Retículo Endoplasmático

Presente Ausente

Órganos de Locomoción

Cilios y flagelos que al corte transversal presentan una distribución característica de microtubulos: 9+2

Flagelos sin estructura 9+2

Forma y Tamaño

La forma y tamaño de la célula es variada y relacionada a la función que realizaban en los diferentes tejidos. Las células varían notablemente en cuanto a su forma, la que de una manera general, puede producirse a dos tipos:

Célula de Forma Variable o Regular.- son células que constantemente cambian de forma, según se cumplan sus diversos estados fisiológicos. Por ejemplo, los leucocitos en la sangre son esféricos y en los tejidos toman diversas formas.Células de Forma Estable, Regular o Típica.- la forma estable que forman las células en los organismos multicelulares se debe a la forma en que se han adaptado para cumplir ciertas funciones en determinados tejidos u órganos. Son de las siguientes clases:a) Isopiamétrica.- son las que tienen sus tres dimensiones iguales casi iguales. Pueden ser: - Esféricas: como óvulos y los cocos (bacterias) - Ovoides: como las levaduras - Cúbicas: como en el folículo tiroideo.b) Aplanadas.- sus dimensiones son mayores que su grosor. Generalmente forman tejidos

de revestimiento, como las células epiteliales.c) Alargadas.-en las cuales un eje es mayor que los otros dos. Estas células forman parte de

ciertas mucosas que tapizan el tubo digestivo; otro ejemplo tenemos en las fibras musculares.

d) Estrelladas.- como las neuronas, dotados de varios apéndices o prolongaciones que le dan un aspecto estrellado.

El tamaño de la célula esta en relación con su función.La unidad utilizada es el micrómetro (µm), existiendo células entre 2 y 20 µm.Las células son, generalmente de tamaño variable; por tal motivo la podemos dividir en tres grupos: Macroscópicas, microscópicas, y ultramicroscópicas.a) Células macroscópicas: Son las células observadas a simple vista, cuyo tamaño se expresa en cm como por ejemplo: La yema del huevo de las aves y reptiles y las fibras musculares estriadas.b) Células microscópicas: Se observan únicamente con el microscopio, y cuyo tamaño se expresa en µ (milésima parte del mm). Ejemplo: Los glóbulos rojos o hematíes, que no pasan de 7 µ, los cocos, las amebas, etc.c) Células ultramicroscópicas: Son sumamente pequeñas y únicamente observables con el microscopio electrónico. Su unidad de medida es el milimicrón (mµ) y el angstrom(A°). Ejemplo: los virus de la poliomielitis de la viruela, del sarampión, hepatitis, etc.

Origen de las Células

Se cree que todos los organismos que viven sobre la tierra, proceden de una única célula primitiva nacida hace varios miles de millones de años.Las células vivas probablemente surgieron en la Tierra gracias a la agregación espontanea de las moléculas, hace aproximadamente 3500 millones de años.Hace unos 1500 millones de años se produjo la transición desde células pequeñas con una estructura internamente sencilla (células procariotas), hasta células más grandes, más complejas como las que componen los animales y las plantas (células eucariotas).

o Diferencias entre animales y vegetales

Vegetales Animales

Poseen un pigmento verde, que constituye la clorofila indispensable para la fotosíntesis.

Como nutrientes utilizan el dióxido de carbono, agua con sales disueltas y energía solar para que por medio de la fotosíntesis puedan sintetizar compuestos orgánicos.

Por realizar la fotosíntesis tienen nutrición autótrofa, al elaborar sus propios alimentos.

Almacenan almidón. En cuanto a la célula:

Membrana celular con pared celulósica, que es de naturaleza rígida.

Carecen de lisosomas (vegetales superiores).

Carecen de centrosomas. Las células de los tejidos se

comunican mediante aberturas finísimas denominadas plasmodesmos.

Los vegetales son seres fijos. La irritabilidad(sensibilidad) es

respondida con mucha lentitud y a través de simples movimientos de orientación(tropismos)

El crecimiento en longitud es ilimitado, teniendo lugar en el ápice y en los extremos de los órganos(yemas y raíces), durante la vida del organismo)

Los principales órganos de las plantas son externos (raíz, tallo, hoja, etc.) y de una organización simple.

La conformación externa de los vegetales es muy ramificada.

Carecen de clorofila.

Los animales y los hongos utilizan como alimento compuestos orgánicos portadores de energía química elaborados por las plantas.

Por los compuestos orgánicos ya preparados que utilizan, tienen nutrición heterótrofa.

Almacenan glucógeno. En cuanto a la célula:

Solo con membrana celular.

Poseen lisosomas para secreción de enzimas digestivas.

Poseen centrosomas para la reproducción de la célula.

Las células en los tejidos se relacionan mediante barreras intracelulares para la difusión, denominadas desmosomas.

Los animales tienen movimiento espontaneo al desplazarse en la búsqueda del alimento; a excepción de esponjas y corales.

Los animales responden con mayor rapidez, con respuestas mas complicadas y visibles, por que la mayoría tiene sistema nervioso.

El crecimiento es ilimitado. Los principales órganos son internos y

protegidos dentro de cavidades. Estos órganos son de estructura compleja.

En los animales la ramificación de los órganos es interna, y es entre la masa orgánica del cuerpo.

Estructura de las Células

No todas las células son idénticas, pero la membrana, el núcleo y el citoplasma, son comunes a la mayor parte de las células.

La Membrana CitoplasmáticaLa membrana celular, citoplasmática o plasmática es una estructura laminar que envuelve el citoplasma de todas y cada una de las células, además de los orgánulos. Es una bicapa lipídica que sirve de “contenedor” para los contenidos de la célula, así como protección mecánica. Esta barrera presenta una impermeabilidad que le permite “seleccionar” las moléculas que entran y salen de las células. Tiene un grosor aproximado a 75 A°.En las células procariotas y en las de eucarionte osmótrofos como plantas y hongos, se sitúa bajo otra capa, denominada pared celular.

Funciones: La función básica reside en mantener el medio intracelular diferenciado

del entorno, gracias a la naturaleza aislante. La combinación de transporte activo y transporte pasivo hacen de la

membrana una barrera selectiva que permite a la célula diferenciarse del medio.

a) Transporte activo: se produce sin consumo de energía y a favor de gradiente electroquímico.

b) Transporte pasivo: se produce con consumo de energía y en contra de gradiente electroquímico.

El CitoplasmaEs la parte del protoplasma que en una célula eucariota se encuentra entre el núcleo celular y la membrana plasmática.

El citoplasma se divide en ocasiones en una región externa gelatinosa e implicada en el movimiento celular, que se denomina ectoplasma; y una parte interna más fluida que recibe el nombre de endoplasma, donde se encuentran la mayoría de los orgánulos.

Funciones: Su función es mantener flotando los organelos celulares y al mismo tiempo

ayuda al movimiento de los mismos.

Citoesqueleto Es un entramado tridimensional de microtúbulos y microfilamentos que proveen el soporte interno para las células.Las células eucariotas tienen tres tipos de filamentos citoesqueléticos:

Microfilamentos (actina y miosina) De unos 7-5 nm de diámetro. Están formadas por una proteína globular llamada actina que puede presentarse en dos formas: -Actina no polimerizada - Actina polimerizada Filamentos intermedios

Son de proteína fibrosa de unos 12 nm de diámetro, son los componentes del citoesqueleto más estables, dando soporte a los orgánulos.

Microtúbulos Son estructuras tubulares de 25 nm de diámetro que se originan en los centros organizadores.

Organelos CelularesSe denominan orgánulos llamados también organelas o elementos celulares, a las diferentes estructuras suspendidas en el citoplasma de una célula eucariótica, que tienen una forma y unas funciones especializadas bien definidas y diferenciadas.

o Principales organelos eucarioticós

Orgánulo Función estructura organismos NotasCloroplasto Fotosíntesis Posee doble

membranaPlantas, protistas

Contiene algunos genes

Retículo endoplasmático

Síntesis y embalaje de proteínas y ciertos lípidos

Puede asociarse con ribosomas en su membrana

eucariotes

Aparato de Golgi

Transporte y embalaje de proteínas

Sacos aplanados rodeados por membrana citoplasmática

La mayoría de eucariotes

En las plantas se conocen como dictiosomas

Mitocondria Producción de energía

Compartimiento de doble membrana

La mayoría de eucariotes

Contiene algunos genes

Vacuolas Almacenamiento, transporte y homeostasis

Sacos de membrana vesicular

Plantas y hongos

núcleo Mantenimiento de ADN y ARN, y expresión genética

Rodeado por membrana doble

Todos los eucariotes

Contiene el genoma

Atendiendo a su génesis, los orgánulos se clasifican en dos grupos:1. Orgánulos autogenéticos :

Desarrollados filogenética y ontogenéticamente de la complejización de estructuras previas.

2. Orgánulos endosimbióticos: Proceden de la simbiosis con otros organismos.

Retículo endoplasmático

Es una red de membranas interconectadas que forman sistemas, tubos aplanados y sáculos comunicados entre sí, que intervienen en funciones relacionadas con la síntesis proteica, metabolismo de lípidos y algunos esteroides, así como el transporte intracelular.Funciones

Síntesis de proteínas. Metabolismo de lípidos. Detoxificación. Glucoxilacion. Retículo Endoplasmático Rugoso(RER):

También llamado Retículo Endoplasmático Granular, es un orgánulo que se encarga de la síntesis y transporte de proteínas en general.

Funciones del RER Circulación de sustancias que no se liberan al citoplasma. Síntesis de transporte de proteínas producidas por los ribosomas adosados a sus

membranas. Glicosilacion de proteínas.

Retículo Endoplasmático Liso(REL): Conjunto de membranas que participan en el transporte celular y síntesis de triglicéridos, fosfolípidos y esteroides. En realidad los REL tienen diferentes variantes funcionales que solo tienen en común su aspecto.

Funciones del RE En gónadas y corteza suprarrenal realizan la síntesis de hormonas esteroideas. En el hígado detoxifican varios tipos de compuestos orgánicos como barbitúricos o etanol. Liberación de glucosa a partir de Glucosa 6-fosfato vía Glucosa 6-fosfatasa. Secuestran los iones de calcio y lo liberan regularmente en algunas células.

Aparato de Golgi

Es un conjunto de dictiosomas. Funciona como una planta empaquetadora, modificando vesículas del RER. El material nuevo de las membranas se forma en varias cisternas del Golgi.Debe su nombre a Camilo Golgi, Premio Nobel de Medicina en 1906 junto a Santiago Ramón y Cajal. Se pueden diferenciar diferentes partes:- Cara externa, proximal o cis: Es la más próxima al retículo. De él recibe las vesículas de transición.- Cara interna, distante o trans: Es la que se encuentra mas cerca de la membrana citoplasmática.

Funciones Modifica sustancias sintetizadas en el RER. Secrecion celular. Producción de membrana citoplasmática. Participa en la síntesis de carbohidratos, como la celulosa. Forma los lisosomas primarios. Forma el acrosoma de los espermios.

Lisosoma

Los lisosomas son vesículas relativamente grandes formadas por el RER y luego empaquetadas por el complejo de Golgi. El pH en los lisosomas es de 4,8. La membrana del lisosoma estabiliza el pH bajo bombeando protones (H+) desde el citosol.Enzimas más importantes en el lisosoma: Lipasa, Glucosilasas, Proteasas y Nucleasas.

Funciones Proceso de digestión celular:

-Endocitosis.-Los materiales son recogidos del exterior celular y englobados por la membrana plasmática que forma un fagosoma.-Autofagia.-La celula digiere estructuras propias que no es necesario.

Protege al citosol y al resto de la celula de las enzimas degradantes que hay en el interior del lisosoma.

Dirigen bacterias y otras sustancias que entran en la celula. Utilizan sus enzimas para reciclar las diferentes organelas de la celula, englobándolos,

digiriéndolos y liberando sus componentes en el citosol.

Peroxisomas

Son orgánulos muy comunes en forma de vesículas que contienen oxidasas y catalasas. Los Peroxisomas están envueltos por una membrana citoplasmática semipermeable. Se forman por gemación al desprenderse el REL.

Funciones Cumplen una función protectora, encargadas de degradar el agua oxigenada o peróxido de

hidrogeno (H2O2) formados durante el metabolismo celular. También cumplen funciones de detoxificación celular gracias a las enzimas que posee.

Mitocondrias

Son los organelos que se encuentran en prácticamente todas las células eucariotas, encargadas de suministrar la energía necesaria para la actividad celular. La mitocondria presenta una membrana exterior permeables a iones, metabolitos y muchos polipéptidos; la membrana mitocondrial interna presenta pliegues dirigidos hacia el interior llamadas crestas.

Funciones Su principal función es la oxidación de metabolitos (glucolisis, ciclo de Krebs,

oxidación de ácidos grasos) y la obtención de ATP. Tambien sirve de almacen de sustancias como iones, agua y algunas partículas como

restos de virus y proteínas.

Ribosomas

Son orgánulos sin membrana, están en todas las células vivas excepto en el espermatozoide. El ribosoma consta de dos partes: la subunidad mayor y una menor, estas salen del nucleo por separado.

Funciones Ensamblar proteínas a partir de la información genética del ADN transcrita en forma

de ARN mensajero. Lee el ARN mensajero y ensambla la proteína con los aminoácidos suministrados por

el ARN de la transferencia, a este proceso se le denomina síntesis de proteínas.

Vacuola

Es una cavidad rodeada por una membrana que se encuentra en el citoplasma de las células, principalmente de los vegetales. Se forman por fusión de las vesículas procedentes de RE y el aparato de Golgi. Las vacuolas están relacionadas con los lisosomas secundarios, ya que estos engloban dos tipos de vacuolas; las heterofágicas, aquí los sustratos son de origen externo y son capturados por endositosis; y las autofágicas, lo que se digieren son constituyentes de la célula.

Funciones Sirven para almacenar sustancias de desecho o de reserva (agua con varios azucares,

sales, proteínas y otros nutrientes disueltos con ella).

Vesícula

En biología celular, una vesícula es un orgánulo que forma un comportamiento pequeño y cerrado, separado del citoplasma por una bicapa lipidíca igual que la membrana celular.Muchas vesículas se crean en el aparato de Golgi, o en el RE, o se forman a partir de partes de la membrana plasmática.

Funciones Almacenan, transportan o dirigen productos y residuos celulares. Son una herramienta fundamental de la celula para la organización del metabolismo.

Cilio

Se llama cilio a cada uno de los pequeños apéndices motiles que descubren total o parcialmente la superficie de muchas células desnudas (sin pared). Se mueven de forma rítmica y de forma coordinada.

Funciones Se flexionan para causar movimiento a la célula o a los alrededores.

Flagelo

Un flagelo es un apéndice con forma de latigo que usan muchos organismos unicelulares y unos pocos pluricelulares. Son mucho menos numerosos que los cilios en las células que los poseen.

Funciones Su principal misión es desplazar a la célula.

Núcleo Celular

Es la estructura más característica de las células eucariotas. Se rodea de una cubierta propia, llamada envoltura nuclear y contiene el material hereditario, que es la base del desarrollo y el funcionamiento de cada organismo, y cuya composición se basa en el acido desoxirribonucleico (ADN).El núcleo es una estructura dinámica, con mitosis abierta, se deshace durante el reparto cromosómico.El núcleo es casi siempre esferoidal, en términos absolutos puede medir menos desde 1 µm hasta 20 µm; su volumen guarda cierta proporcionalidad con el citoplasma. Lo típico es que cada célula contenga 1 núcleo, sin embrago son frecuentes e importantes las excepciones. En hongos es normal la condición dicariótica(dos núcleos).

Estructura

El núcleo interfásico presenta al menos las siguientes partes diferenciadas: Envoltura nuclear.- Se basa en una doble membrana (2 bicapas lipídicas).

Esta perforada por poros nucleares, a través de los cuales el interior del núcleo se comunica con el citosol. Las perforaciones o poros facilitan y regulan los intercambios entre el núcleo y el citoplasma, llamada complejo del poro.

Cromatina.- Es el conjunto de ADN, histonas y proteínas no histónicas que se encuentra en el núcleo de las células eucariotas y que constituyen el cromosoma eucariótico.

Nucleoplasma.- Llamado también carioplasma o cariolinfa, es el medio interno del núcleo celular, en el se encuentran las fibras de ADN, que asociadas con proteínas denominadas histonas forman hebras llamadas cromatinas y ARN conocidos como nucléolos.

Nucléolo.- Es un suborgánulo del nucleo que tiene como principal función la sistesis de los ARNr.

Funciones Dirigir la actividad celular. Es la sede de la replicación(duplicación del ADN) y la transcripción(síntesis de ARN).