BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA. 4º ESO

TEMA 4 (1)

LA CÉLULA

TEORÍA CELULAR

La Teoría Celular, propuesta por Schleiden & Scwann en 1838, a partir de sus observaciones al microscopio, se resume en que:

La célula es la unidad FUNCIONAL y ESTRUCTURAL de los seres vivos.

La primera persona en observar células fue Robert Hooke, que analizó una finísima lámina de corcho mediante un microscopio rudimentario de su propia invención.

La teoría celular quiere decir:

a) Todos los seres vivos están formados por células, aunque sólo sea por una.Para que un ser se considere que está vivo, debe de estar formado por células.En el caso de microorganismos, se trataría de una única célula, aún así capaz de realizar las tres funciones vitales.

SIGNIFICADO DE LA TEORÍA CELULAR

b) La célula es la unidad más pequeña y sencilla capaz de realizar las tres funiones vitales.

c) Toda ceĺula procede, por división, de una célula anterior.

Y entonces, ¿de dónde surgió la primera célula...?

FUNCIONES CELULARESSon las mismas funciones vitales que desarrolla cualquier ser vivo:

a) NUTRICIÓN:

Consiste en la obtención de MATERIA y ENERGÍA del medio para realizar las funciones vitales o para reponer su propia materia perdida por el desgaste.

Estas transformaciones se realizan en el interior celular y reciben el nombre de METABOLISMO.

Al final del proceso de nutrición se generan SUSTANCIAS DE DESECHO que deben ser expulsadas (EXCRETADAS) hacia el exterior de la célula.

b) RELACIÓN:Consiste en la capacidad de las células para RESPONDER a los CAMBIOS en el medio ambiente (ESTÍMULOS).Esta capacidad es la que permite a los organismos ADAPTARSE a los cambios ocurridos en su entorno y sobrevivir.

c) REPRODUCCIÓN:

Consiste en la capacidad de las células para GENERAR copias más o menos exáctas de sí mismas.En organismos unicelulares esta capacidad origina nuevos seres; en organismos pluricelulares, la reproducción produce células nuevas en el crecimiento y repone aquellas que han muerto o se han perdido.

FUNCIONES CELULARES (2)

ESTRUCTURA CELULAR

1. TAMAÑO DE LAS CÉLULAS:

El tamaño de las células se mide en MICRÓMETROS (μm), o de forma abreviada, MICRAS.Un micrómetro es la millonésima parte de un metro (0,000001 m) o la milésima parte de un milímetro (0,001 mm).

TAMAÑOS CELULARESTipo de célula Longitud o diámetro (μ)

Óvulo humano 100Paramecio 50Espermatozoide humano 53Hepatocito humano 20Levadura 8Glóbulo rojo humano 7Bacteria (media) 3

2. FORMA DE LAS CÉLULAS:

Generalmente, las células vegetales tienden a tener formas regulares, ya que están encerradas en la Pared Celular vegetal, mientras que las células animales tienen formas más variadas.

ESTRUCTURA CELULAR (2)

La forma de las células es muy variada y se relaciona con la función concreta que desempeñan dentro de un organismo.

Este proceso de transformación de la célula para adaptarse a una función se denomina ESPECIALIZACIÓN CELULAR, y en la mayoría de casos es irreversible.

ESTRUCTURA CELULAR (3)

2 GRANDES TIPOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR.CÉLULAS PROCARIOTAS CÉLULAS EUCARIOTAS

Menor tamaño (0,3-3 μm) Mayor tamaño (5-20 μm)Menor complejidad. Mayor complejidad.Material genético disperso por el citoplasma.

Material genético encerrado en una estructura especializada (núcleo).

No posee orgánulos. Posee orgánulos que realizan funciones específicas.

Sólo las bacterias poseen células procariotas.

Protistas, hongos, plantas y animales, sus células son eucariotas.

LA CÉLULA EUCARIOTAUna célula eucariota típica presenta una estructura básica compuesta por:

a) La MEMBRANA PLASMÁTICA: es una fina capa con dos funciones:

1. Delimita la célula, es decir separa el contenido de la misma del medio ambiente.2. Regula el intercambio de sustancias con el exterior: lo que tiene que entrar y lo que tiene que salir

b) El CITOPLASMA: es el interior celular, donde se encuentran los ORGÁNULOS, estructuras encargadas de realizar las funciones celulares.

c) El NÚCLEO: considerado por algunos como un orgánulo más, es la estructura que contiene al material genético (ADN), encargado de:

1. controlar el funcionamiento celular.2. transmitir la información genética (genes).

ORGÁNULOS CELULARESLos orgánulos celulares se pueden clasificar en tres grupos: los que están cubiertos por una membrana simple, los que están cubiertos por una membrana doble y los que no están recubiertos por membrana (son simples partículas).ORGÁNULOS CON MEMBRANA SIMPLE

VACUOLAS Vesículas membranosas encargadas de almacenar sustancias.

LISOSOMAS Vesículas membranosas que contienen enzimas digestivas. Realizan la digestión de partículas de alimento.

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

Sistema de membranas y túbulos que ocupa casi todo el citoplasma. Fabrican proteínas y grasas.

APARATO DE GOLGI Orgánulo membranoso formado por la agrupación de vesículas. Distribuye por la célula las sustancias producidas por el retículo endoplásmico.

ORGÁNULOS CON MEMBRANA DOBLE

MITOCONDRIA Orgánulo alargado, en formade habichuela. Su función es obtener energía para la célula mediante la respiración celular.En la respiración celular, los nutrientes provinientes de los alimentos son oxidados con el oxígeno obtenido en la respiración, dando como resultado energía química con la que la célula realiza todas sus funciones.

CLOROPLASTO Orgánulo exclusivo de células vegetales.Es donde se realiza la forosíntesis.

ORGÁNULOS SIN MEMEBRANA (PARTÍCULAS)

RIBOSOMAS Pequeños orgánulos carentes de membrana, constituidos por ARN y proteínas.Pueden estar dispersos por el citoplasma o asociados al retículo endoplásmico (rugoso).Su función es la síntesis de proteínas.

CITOESQUELETO Conjunto de filamentos de proteína que forman redes dentro de la célula, a modo de andamios.Mantienen la forma de la célula e intervienen en el movimiento celular y la división celular.

CENTRIOLOS Cilindros formados por proteínas que dirigen el movimiento de cilios y flagelos, y en el reparto de ADN durante la división celular.

ORGÁNULOS CELULARES (2)

2 MODELOS DE CÉLULAS EUCARIOTASPodemos distinguir dos modelos de células eucariotas: células ANIMALES y células VEGETALES.

Las principales diferencias entre ambas son:

a) las células vegetales tienen grandes vacuolas que ocupan casi la totalidad del citoplasma.b) las células tienen centrosomas bien organizados, por parejas.c) las células vegetales tienen una pared celular rígida, atravesada por plasmodesmos para conectar unas células con otras.d) las células vegetales tienen cloroplastos para hacer la fotosíntesis.

EL NÚCLEO CELULAREl núcleo es generalmente la estructura más voluminosa de las células eucariotas.

En él se encuentra la gran mayoría del ADN celular, que contiene la información genética.

En las células animales suele ocupar una posición central, pero en las células vegetales se encuentra desplazado hacia la periferia debido al gran tamaño de las vacuolas.Las células suelen tener un solo núcleo, pero existen células polinucladas, como las células musculares estriadas, o células carentes de núcleo, como los glóbulos rojos.

Un núcleo habitualmente consta de:

a) la MEMBRANA NUCLEAR, que es doble, y que está surcada por poros hechos de proteínas, que regulan el intercambio de sustancias.

b) el NUCLEOPLASMA, medio interno similar al citoplasma.

c) el NUCLEOLO, que solo puede verse si la célula no está en división. Es donde se producen los ribosomas.

d) la CROMATINA, un filamento de ADN asociado a proteínas. Cuando se condensa, forma los cromosomas.

LOS CROMOSOMASLos CROMOSOMAS son estructuras de forma filamentosa que aparecen durante la división celular. Reparten la información genética contenida en el ADN de la célula

madre hacia las células hijas.

Químicamente, los cromosomas están formados por una larguísima cadena de ADN (lo que antes hemos llamado cromatina) muy enrollada, a la que se unen diferentes proteínas que mantienen su estructura.

Un cromosoma está formado por:

1. dos CROMÁTIDAS unidas por un punto denominado CENTRÓMERO o CONSTRICCIÓN PRIMARIA.Cada cromática es identica a la otra (tienen el mismo ADN) por lo que se llaman cromátidas HERMANAS.

2. cada cromátida suele presentar 2 BRAZOS, de tamaño irregular.

3. el extremo final de cada cromátida se denomina TELÓMERO.

4. puede haber CONSTRICCIONES SECUNDARIAS que hagan aparecer fragmentos SATÉLITES.

LOS CROMOSOMAS (2)NÚMERO DE CROMOSOMAS:Cada especie tiene un número de cromosomas característico. Puede haber:

a) organismos HAPLOIDES:

b) organismos DIPLOIDES:

Poseen un solo juego de cromosomas en sus células.Se representan por la letra n, que indica que el número de tipos diferentes de cromosomas presentes en cada célula.Algunos organismos pasan por fases haploides en su ciclo vital, como los hongos, o pueden ser hapolides durante toda su vida, como las levaduras.

Poseen un número par de cromosomas en sus células somáticas (no reproductoras).Estos cromosomas se denominan cromosomas homólogos y cada uno procede del gameto de un progenitor.Se representan por la letra 2n.La gran mayoría de organismos superiores (plantas y animales) son diploides.

c) organismos POLIPLOIDES:Poseen un gran número de cromosomas homólogos en sus células .Se representan por la letra n precedida de un número que indica el número de copias (3n, 4n, 16n, etc).Muchas plantas y algunos insectos son poliploides.

LOS CROMOSOMAS (3)

TIPOS DE CROMOSOMAS:Dependiendo de la posición del centrómero podemos distinguir:

a) Metacéntrico: el centrómero está en el centro y los brazos son iguales.

b) Submetacéntrico: el centrómero está desplazado, los brazos son desiguales.

c) Acrocéntricos: el centrómero se acerca mucho a los telómeros.

d) Telocéntricos: el centrómero se localiza en el extremo del cromosoma y solo se puede observar un brazo.

EL CARIOTIPOEl CARIOTIPO es el conjunto de los cromosomas de una especie.

En el cariotipo se distinguen dos tipos de cromosomas:

a) HETEROCROMOSOMAS o CROMOSMAS SEXUALES:Intervienen en la determinación del sexo.En la especie humana hay dos: X e Y.En las mujeres se encuentran dos copias del cromosoma X. En los hombres hay una copia del cromosoma X y otra del cromosoma Y.

b) AUTOSOMAS:Constituyen el resto de los cromosomas y son iguales en ambos sexos.

Las células somáticas (no reproductoras) del ser humano poseen 46 cromosomas distribuidos en 23 parejas homólogas.

EL CICLO CELULAREl CICLO CELULAR es la secuencia de modificaciones que sufre una célula

desde su formación hasta que se divide originando dos células hijas.

La duración del ciclo celular depende del tipo de célula y de las condiciones ambientales (temperatura, nutrientes. Luz, etc) y puede variar de unas pocas horas a algunos días.

El ciclo celular en eucariotas se divide en las siguientes fases:a) INTERFASE (G): es la fase que ocupa el 95% del tiempo de vida de la célula, cuando no se está dividiendo.A su vez se divide en:

1) G1: es la fase en la que la célula recién formada crece de tamaño y desarrolla todos sus orgánulos.2) S: en esta fase la célula sintetiza una copia de su ADN en previsión de una nueva división.3) G2: en esta fase la célula se dispone a dividirse, por lo que tiene que duplicar todo su citoplasma.

b) MITOSIS (M): es la fase en la que la célula se divide, dando lugar a dos células hijas, que retoman la fase G...

LA DIVISIÓN CELULAR o MITOSISEn la fase de división o FASE M, a partir de una célula madre se originan

dos células hijas con idéntico número de cromosomas que la progenitora.

En las células eucariotas, esta división presenta dos fases:

a) división del núcleo, denominada generalmente MITOSIS.b) división del resto de la célula, del citoplasma, denominada CITOCINESIS.

La mitosis es un proceso contínuo, pero para poder estudiarlo mejor se ha dividido en 4 fases: PROFASE, METAFASE, ANAFASE y TELOFASE.

En la profase:

El ADN se condensa, se pueden ver claramente los cromosomas. El nucleolo desaparece. Aparecen unas fibras de proteínas entre los polos de la célula, llamadas huso acromático. En ambos extremos del huso están los centriolos, que controlan todo el proceso.La membrana nuclear desaparece y los cromosomas quedan libres en el citoplasma.

MITOSIS (1): PROFASE

MITOSIS (2): METAFASE

En la metafase:

Los cromosomas se unen por el centrómero al huso acromático. Esta unión se produce en el llamado PLANO ECUATORIAL de la célula.

Esto es FUNDAMENTAL: si los cromosomas se unieran en otro punto de la célula el reparto de información genética entre las células hijas no seria equitativo.

Las cromátidas hermanas de capa cromosoma están orientadas hacia los polos opuestos de la célula.

MITOSIS (3): ANAFASE

En la anafase:

Los cromosomas se rompen por el centrómero. Las cromátidas se separan. Las fibras del uso acromático empiezan a acortarse, controladas por los centriolos. Las cromátidas hermanas se desplazan hacia cada uno de los polos de la célula. A partir de este momento se convierten en cromátidas independientes.

En la telofase:

Una vez terminada la migración de las cromátidas, desaparece el huso acromático. Se reconstruye una nueva membrana nuclear alrededor de cada grupo de cromátidas. Esto dará lugar a los núcleos de las células hijas. Las cromátidas se descondensan progresivamente, volviendo a convertirse en simple cromatina. Reaparece el nucleolo en cada nuevo núcleo.

MITOSIS (4): TELOFASE

CITOCINESISSi la mitosis ha transcurrido sin problemas, cada célula recibirá una copia del material genético de la célula madre. Por tanto, serán genéticamente idénticas.

Pero, una vez concluida la división del núcleo, tiene que dividirse sel resto de la célula, el citoplasma, y hay que repartir los orgánulos entre ambas células hijas.

Este proceso de CITOCINESIS es diferente si se trata de células vegetales o animales.

En células ANIMALES se produce el reparto de los orgánulos y posteriormente la célula sufre una estrangulación a nivel del plano ecuatorial.

En células VEGETALES se tiene que formar una pared celular nueva que separe a las nuevas células hijas. Esta pared celular se denomina fragmoplasto.

MEIOSISLa MEIOSIS es un tipo de división reduccional, ya que a partir de una célula madre diploide (2n) se forman cuatro células hijas haploides (n), es decir,

con la mitad del contenido de ADN que la célula progenitora.

En todos los vertebrados, esta división reduccional tiene lugar en las gónadas, y las células que se forman son los gametos.

¿Qué ocurriría si los gametos se formaran por simple mitosis y tuvieran la misma información genética que el resto de las células?

MEIOSIS (2)La meiosis a veces se compara con 2 mitosis consecutivas: una es reduccional (origina células con la mitad de cromosomas) y la otra es ecuacional (la célula se divide como una célula normal).

Ambas divisiones también se dividen en profase, metafase, anafase y telofase.

En la profase 1 aparecen los cromosomas, como el profase normal, pero se asocian en parejas de homólogos. Cuando están juntos, los cromosomas intercambian material genético. Este fenómeno natural se conoce como RECOMBINACIÓN.

MEIOSIS (2)

En las siguientes fases de la meiosis ocurre:

● En la metafase 1 las fibrillas del huso acromático unen parejas de cromosomas homólogos, aún unidos por la recombinación, no cromosomas individuales.

● En la anafase 1 a cada polo celular se dirige un cromosoma completo, no medio cromosoma.

● En la telofase 1 se forman dos células hijas haploides (n) con la mitad de cromosomas que la célula madre.

● Finalmente, tiene lugar una citocinesis.

Después de completar la mitosis reduccional, las dos células hijas se preparan para entrar en la meitosis ecuacional, para obtener finalmente 4 células haploides.

MEIOSIS (3)

La mitosis ecuacional es muy parecida a una mitosis normal:

● En la profase 2, sin pasar por interfase, se vuelve a formar un huso acromático y a condensar los cromosomas, constituidos por dos cromátidas.

● En la metafase 2 los cromosomas se disponen en la placa ecuatorial de la célula.

● En la anafase 2 se separan las cromátidas hermanas y cada una se dirige a un extremo de la célula.

● En la telofase 2 y citocinesis se obtienen en total 4 células hijas haploides (n) distintas, cada una con la mitad de cromosomas que la célula madre

MITOSIS vs. MEIOSISMITOSIS MEIOSIS

Duplicación del ADN Duplicación del ADN

No se produce recombinación

Se produce recombinación de cromosomas homólogos

Se separan cromosomas homólogos

Se separan cromátidas hermanas

Se separan cromátidas hermanas

Se obtienen 2 células hijas diploides iguales entre sí y a la célula madre.

Se obtienen 4 células hijas haploides distintas entre sí y de la célula madre

SIGNIFICADO BIOLÓGICO DE LA MITOSISY LA MEIOSIS

La mitosis y la meiosis son dos mecanismos de división celular con un significado biológico diferente.

En los organismos pluricelulares, la mitosis supone el crecimiento del individuo mediante sucesivas divisiones a partir de una única célula inicial, además de una forma de renovación de las células del cuerpo.

En organismos unicelulares, la mitosis es la forma de reproducción asexual.

Mediante la meiosis se originan gametos haploides, indispensables para asegurar un número constante de cromosomas en la especie.

Además, la meiosis asegura la variabilidad genética gracias a la recombinación, que hace que cada gameto lleve información diferente.