universidad de puerto rico en aguadilla departamento de ciencias naturales
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UNIVERSIDAD DE PUERTO RICO EN AGUADILLADEPARTAMENTO DE CIENCIAS NATURALES
Organización de la Célula
Dr. Rubén J. Hernández García23 de febrero de 2013
Objetivos
1. Explicar la Teoría Celular .2. Resumir la relación entre organización celular, tamaño celular y
homeostasis3. Describir los métodos que utilizan los biólogos para estudiar las
células.4. Comparar y contrastar las características generales de las células
procariotas y eucarióticas, y contrastar la célula vegetal y animal.5. Describir las funciones de la membrana celular.6. Describir la estructura y función del núcleo.7. Distinguir entre retículo endoplásmico liso y rugoso en términos de
estructura y función
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Objetivos
9. Trazar la ruta de la síntesis de proteínas a través del sistema de membranas internas.
10. Describir la función de los lisosomas, vacuolas y peroxisomas11. Comparar la función de los cloroplastos y mitocondrias.12. Describir la estructura y función del citoesqueleto.13. Relacionar las características estructurales de cilios y flagelos con su
función. 14. Describir el glicocalix, matriz extracelular y pared celular.
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Historia
• 1665 - Robert Hooke descubre la célula • 1673 - Antonie van Leeuwenhoek describe por primera vez
organismos microscópicos • 1838 -1839- Matthias Schleiden y Theodor Schwann proponen
que todas las plantas y animales están compuestos por células (teoría celular)
• 1855 – Virchow observa células dividiéndose en células hijas
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Teoría Celular
•La célula es la unidad básica de la vida.•Todos los organismos estas compuestos por una o más células.•Las células provienen de células preexistentes.
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Célula• La unidad mas pequeña que puede llevar a cabo todas las
actividades asociadas con la vida.• Procariotas y algunos protistas y fungi son unicelulares• Plantas y animales son multicelulares• Células intercambian materiales y energía con el medio ambiente
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Organización Celular• Organización celular y un tamaño pequeño mantienen la
homeostasis• Trabajan constantemente para mantener las condiciones internas
• Similar en todas las células• Delimitadas por membrana celular
• Separa su contenido del medio ambiente que la rodea.• Permite el intercambio de materiales y energía con el exterior.
• Presencia de orgánulos - Estructuras internas especializadas en llevar a cabo funciones vitales en la célula
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Tamaño celular
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Tamaño Celular
• Células procariótas – 0.1 – 10 µm• Células eucariótas – 10 a 100 µm• Algunas células pueden alcanzar una longitud de
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Como aumentar el área de superficie y volumen
• Variaciones en forma celular• Forma fina y alargada de las neuronas.
• Presencia de microvellosidades• Aumentan el área de absorción en ciertas células. v
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Tamaño y forma de la célula relacionados a su función• Amoeba y glóbulos blancos• Espermatozoides• Neuronas• Células epiteliales
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Área de Superficie a Radio de Volumen
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Observación de las células de corcho por R. Hooke
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Microscopio• Dos tipos principales:
• Microscopio de Luz• Fuente de iluminación: luz• Sistema de enfoque: lentes de vidrio
• Microscopio Electrónico:• Fuente de iluminación: haz de electrones• Sistema de enfoque: electroimanes
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Microscopio de luz• Puede ser simple (un solo lente) o compuesto (dos o más
lentes)• Fuente de iluminación
• Luz visible:• Campo claro• Contraste de fase
• Luz ultravioleta:• Microscopio de fluorescencia)
• Magnificación Máxima: 2000X• Resolución: 0.2 µm (1/1000 mm)
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Microscopio compuesto de luz visibleImagen
Aumentada
Lente Ocular
Lente ObjetivoEspécimenCondensador
Fuente de Luz
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Microscopio electrónico de transmisión
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• Produce imagen bidimensional interna del espécimen
• Muestra debe cortarse muy fina con un microtomo
Micrografía electrónica de transmisión mostrando cilios
Microscopio electrónico de rastreo
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• Produce una imagen tridimensional de la superficie del espécimen
• Muestra debe ser cubierta de oro u otros metales conductores
Micrografía electrónica de rastreo mostrando cilios
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Fraccionamiento CelularTécnicas usadas para estudiar función y composición química de orgánulos
• Centrifugación• Diferencial – Se centrifuga la muestra a un número mayor de
revoluciones por minuto sucesivamente.• Gradiente de densidad – Se centrifuga un “pellet” resuspendido
sobre un gradiente de densidad, usualmente una solución de sacarosa.
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Fraccionamiento Celular
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Célula Procariótica
• Más pequeña ( 1 / 10) y simple que la célula eucariótica• No posee núcleo definido
• ADN se encuentra en región nucleoide• No posee orgánulos rodeados de membrana celular• Incluye Dominios Archaea y Eubacteria (arqueobacterias,
bacterias y cianobacterias)
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Célula Procariótica
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Ejemplo de un Organismo Procariótico: Escherichia coli
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Célula Procariótica
• Región Nucleoide• No está delineada por membrana.• ADN está organizado en forma de un cromosoma
circular.• La célula procariótica puede contener material
génetico fuera del cromosoma• Plásmidos
• ADN extracromosomal
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Célula Procariótica• Membrana Plasmática
• Mantiene confinado el contenido de la célula en un compartimiento interno
• Puede formar pliegues donde ocurren algunas reacciones metabólicas (ej. fotosíntesis).
• Mantiene la permeabilidad selectiva de la célula• Citoplasma
• Incluye al citosol y ribosomas (pequeños)• Gránulos de almacenaje: glucógeno, lípidos y compuestos de
fosfato• Citosol : Solución semifluida que baña el interior celular• Compuesto por agua, iones, macromoléculas, y nutrimentos
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Célula Procariótica
• Cápsula• Compuesta usualmente por polisacáridos• Permite a la célula adherirse a superficies• Puede otorgarle a la célula virulencia y resistencia a fagocitosis
• Pared celular• Compuesta por peptidoglucano• Su estructura varía dependiendo del tipo de organismo • Protege y mantiene la forma de la célula
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Célula Procariótica
• Fimbrias • Apéndices finos que se proyectan de la pared celular• Son de naturaleza proteica• Ayudan a la célula a adherirse a superficies
• Flagelos• Estructuras de locomoción, actúan como hélices• Compuestos de flagelina (proteína)• Estructura distinta a los flagelos eucarióticos
• Ribosomas• Formados de RNA y proteínas• Sintetizan poli péptidos• Mas pequeños que los ribosomas de células eucariotas
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Fimbrias de una Célula Procariótica
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Comparación de Tamaño entre Células Procarióticas y Eucarióticas Típicas
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Célula Eucariota
• Nucleo verdadero• Posee orgánulos – Compartimientos rodeados de membrana
celular que llevan a cabo funciones específicas• Posee núcleo definido – Orgánulo rodeado por doble
membrana célular, contiene ADN y ejerce control genético sobre la célula
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Organización de la Célula Eucariota
• Citoplasma – Parte de la célula fuera del núcleo. Incluye el citosol y los organulos excepto el núcleo• Citosol – Componente semifluido del citoplasma
• Nucleoplasma – Parte de la célula dentro del núcleo
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Membrana Plasmática• Compuesta por bicapa de fosfolípidos y proteínas
asociadas, además de otras sustancias. Rodea a la célula y a ciertos orgánulos.
• Funciones• Funciona como barrera selectivamente permeable• Permite que diferentes reacciones químicas procedan
sin que interfieran unas con otras• Sirve para generar energía potencial que es usada para
sintetizar ATP• Muchas reacciones químicas son mediadas por enzimas
asociadas a membranas
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Membrana Plasmática
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Diferencias entre la Célula Animal y Vegetal
• Célula animal• Presencia de centriolos• Presencia de flagelos (sólo algunas células reproductivas vegetales
poseen flagelos)• Presencia de lisosomas
• Célula vegetal • Posee pared celular• Posee cloroplastos (en células fotosintéticas)• Presencia de vacuola central
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Diagrama de una celula vegetal
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Organización de una Célula Animal
Nucleolo
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Organización de una Célula Vegetal
Aparato deGolgi
VacuolaCentral
Cloroplasto
Pared celular
Mitocondria
Peroxisoma
Membrana plasmática
Ribosomas
Retículo endoplásmico liso
Citoesqueleto
Microtúbulos
Filamentointermedio
Microfilamento
Retículo endoplásmico rugoso
Sólo en células vegetales
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Células de Elodea sp.
Cloroplastos Pared celular
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Núcleo
• Centro de control genético de la célula eucariota• El ADN se encuentra en su interior en forma de
cromatina compuesta de:• ADN y Proteínas• ADN pasa por el proceso de replicacion• Genes: secuencias de nucleótidos del ADN,
contienen el código para producir proteínas• Control de síntesis de proteínas por el RNAm
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Núcleo• Envoltura nuclear- Doble membranas concéntricas que
rodean el núcleo.• Poros nucleares - Complejos de proteínas (30) que regulan el
paso de materiales entre el citoplasma y el nucleoplasma.• Laminas nucleares – Estructuras proteícas que sirven de anclaje
al núcleo. Importantes en la ruptura y formación de la envoltura nuclear durante la división celular.
• Distrofia muscular y progeria
• Nucleolo – Masa de fibras y gránulos que consiste de ARN ribosomal y proteínas• Función: Síntesis de ribosomas
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Diagrama del Núcleo
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Estructura del Núcleo Celular
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J. Hämmerling & J. Brachet
• Trabajaron de los 1930’s a los 1940’s• Llevaron a cabo experimentos de regeneración usando el alga
verde unicelular llamada Acetabularia• Basándose en los resultados que obtuvieron llegaron a la
conclusión de que el núcleo ejerce control sobre la célula
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Acetabularia
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Ribosomas
• Orgánulos que contienen las enzimas necesarias para formar enlaces péptidos y producir polipéptidos
• Compuestos de proteínas y ARN ribosomal (rARN)• Dos sub-unidades ribosomales• Contienen enzimas para formar enlaces peptídicos• Suspendidos en el citosol o asociados a membrana celular de
ciertos orgánulos• Células con gran producción de proteínas poseen gran cantidad
de ribosomas
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Estructura de un Ribosoma
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Sistema Interno de Membranas
• Orgánulos que trabajan en la síntesis, almacenaje y transporte de moléculas biológicas. Se compone de:• Núcleo• Retículo endoplásmico • Aparato de Golgi• Lisosomas• Vesículas• Vacuolas
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Retículo Endoplásmico Rugoso• Conjunto de sacos membranosos planos interconectados• Nombrado por su apariencia en micrografías electrónicas• La apariencia áspera es resultado de ribosomas adheridos
a sus paredes• Lumen: espacio interno rodeado de membrana• Función principal:
• Síntesis de proteínas a ser usadas por la célula o a ser secretadas
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Retículo Endoplásmico Liso
• Continuo con el retículo endoplásmico rugoso• Apariencia tubular• Funciones
• Enzimas catalizan síntesis de lípidos (fosfolípidos , colesterol) y carbohidratos
• Células del hígado juegan un papel enzimático importante al degradar el glucógeno
• Almacena iones de calcio• Detoxificación de drogas y otras toxinas (células
hepáticas)• Alcohol y drogas aumentan la cantidad de RE en células
hepáticas
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Retículo Endoplásmico
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Modificación de Proteínas por el Retículo Endoplásmico Rugoso• Polipéptidos son sintetizados por ribosomas asociados al RE
rugoso• Cadenas cortas de azúcares o lípidos son enlazadas al
polipéptido • Chaperones moleculares: enzimas en el lumen del RE que
catalizan la conformación apropiada de la proteína• Proteínas dobladas incorrectamente pasan al citosol para ser
degradas por proteosomas (complejo de proteínas que dirigen la destrucción de proteínas defectuosas)
• Las glicoproteínas o glicolipidos son empacadas en vesículas de transporte para ser exportadas.
• Las vesículas de transporte se desprenden del RE y viajan al aparato de Golgi para ser convertidas a su forma final.
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Aparato de Golgi• Descrito por Camillo Golgi en 1898• Complejo de sacos aplanadas llamadas cisternas• Posee compartimientos separados y otros interconectados• Posee espacio interno llamado lumen• Posee tres áreas: cis, trans, región media• Plantas: produce polisacáridos extracelulares (pared celular)• Animales: manufactura lisosomas• Almacenaje y transporte de moléculas de importancia biológica
• Proteínas sintetizadas en RE son transportadas en vesículas al aparato de Golgi
• Clasifica, modifica, almacena y distribuye proteínas• ¿Que es un “Zip code” celular?
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Transporte de proteínas
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Lisosomas
• Vesículas rodeadas de membrana especializadas en la digestión
• Contienen enzimas hidrolíticas con un pH de 5 (40 enzimas aprox.)• Sintetizadas en el RE donde se le añade un azúcar para indicarle a
Golgi que van hacia los lisosomas
• Producidos por el aparato de Golgi• Presentes en las células animales• Funciones – Digestión de partículas de alimento, reciclaje
de orgánulos, autodestrucción• Enfermedades de almacenaje por lisosomas
• Enfermedad de Tay – Sachs
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Vacuolas
• Compartimientos rodeados de membrana• Rodeados de membrana llamada tonoplasto• Son de mayor tamaño que los lisosomas• Toman parte en la digestión y almacenaje de sustancias en la
célula (H20, nutrimentos, desperdicios y otros)
• Mantiene la homeostais (pH: almacenando exceso de H+)• Presentes en células vegetales, prostistas unicelulares y
animales• En plantas llevan función de los lisosomas
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Tipos De Vacuolas
• Vacuolas alimentarias – Asociadas al proceso de fagocitosis y pinocitosis
• Vacuolas Centrales – Sirven como almacén de agua, compuestos o desechos en la célula vegetal. También pueden ayudar a la célula vegetal a aumentar de tamaño.
• Vacuolas Contráctiles – Presentes en protistos. Mecanismo de expulsión de agua en los protistos de agua dulce.
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Peroxisomas
• Orgánulos que contienen enzimas que catalizan reacciones donde H de varios compuestos es transferido a O.
• Dichas reacciones resultan en la formación de H2O2, el cual es degradado a H20 y O2 gracias a la catalasa
• Se encuentran en grandes cantidades en células que sintetizan, almacenan o degradan lípidos.
• Sintetizan fosfolípidos que forman parte de la capa aislante de las células nerviosas (mutación: retardación mental)
• Peroxisomas en células del hígado y riñones humanos detoxifican el etanol.
• Glioxisomas: peroxisomas especializados localizados en plantas, contienen enzimas que convierten grasas en azucares
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Orgánulos Transductores de Energía
• Cloroplastos• Orgánulo donde ocurre la fotosíntesis en la células eucariótas que
la llevan a cabo (plantas, algas y algunos protistos)• Mitocondria
• Orgánulo donde ocurre la respiración celular en las célula eucariótas
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Mitocondria
• Orgánulos rodeados de doble membrana. Esta forma 2 compartimientos:• Espacio intermembranoso – Espacio entre membrana interna y
externa. • Crestas – Formadas por la membrana interna. Lugar donde ocurre la
síntesis de ATP
• Matriz• ADN• Ribosomas • Enzimas
• Respiración Celular ocurre en las crestas y la matriz• Apoptosis: muerte celular programada
• Mitocondrio interfiere con el metabolismo energético o activa enzimas que participan en la destrucción celular
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Estructura de una Mitocondria
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Cloroplastos
• Orgánulos rodeados por doble membrana.• Membrana externa• Membrana interna• Espacio intermembranoso• Estroma – Espacio interno lleno de solución semifluida de
naturaleza proteíca.• Tilacoides – Estructuras en forma de discos que contienen la
clorofila.• Granas – Conjunto de tilacoides agrupados unos encima de otros.
• La fotosíntesis ocurre tanto en las granas como en el estroma.
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Cloroplastos• Contienen clorofila: pigmento verde que atrapa la energía• Carotenoides: pigmentos accesorios• Plastidios: producen y almacenan alimento en células de
plantas y algas• Se desarrollan a partir de proplastidios: precursores de
orgánulos que se encuentran en células vegetales menos especializadas
• Cloroplastos se producen cuando los proplastidios están expuestos a la luz
• Cromoplastos contienen pigmentos que le dan color a flores y frutas
• Leucoplastos son plastidios sin pigmentación• Amiloplastos: almacenan almidón semillas, raíces y tubérculos
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Estructura Básica de un Cloroplasto
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Comparación entre mitocondrio y cloroplasto
MITOCONDRIO CLOROPLASTO
Presente Eucariótica: animal y vegetal
Eucariótica: vegetal
Presencia de membrana externa, interna y espacio intermembranoso
Sí Sí
Presencia de DNA y ribosomas Sí Sí
Ambiente acuoso interno Matriz Estroma
Dobleces de la membrana interna
Crestas Tilacoides -> grana
Reacción de transformación energética
Respiración celular Fotosíntesis
Capacidad de auto replicación Sí Sí
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Citoesqueleto
• Microfilamentos• Estructuras helicoidales sólidas• Proteína globular (Actina)• Movimiento, soporte, división celular
• Filamentos Intermedios• Estructura similar a una soga• Proteínas fibrosas• Anclaje de ciertos orgánulos
• Microtúbulos• Tubos rectos, huecos• Proteína globular (tubulina), 2 tipos: y - tubulina• Anclaje de orgánulos, sirven de vía para el movimiento de
orgánulos en el citoplasma
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Citoesqueleto
7 nm 10 nm25 nm
Microfilamentos Filamentos intermedios Microtúbulos
Actina
ProteínasFibrosas
Tubulina
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Cilios y Flagelos• Estructuras de compuestas por microtúbulos y cubiertas de membrana
celular.• Funciones: Locomoción y movimiento de fluidos . • Constan de dos partes
• Flagelo o cilio – Arreglo 9 + 2• Cuerpo Basal – Arreglo 9 x 3, idéntico a un centriolo
• Difieren en su longitud y funcionamiento• Cilios – Cortos (2 - 10 m) – funcionan como remos
• Localizados en superficie de células que recubren ductos• Mueven líquidos y partículas a través de superficie celular• Sirven como antena (primary cilium)
• Mal funcionamiento puede causar degeneración de la retina y riñones poli quísticos
• Flagelos – Largos (~ 200 m) – movimiento ondulante
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Corte Transversal de un Cilio
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Estructura de un Flagelo
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Mecanismo de Movimiento de Cilios y Flagelos
Par de microtúbulos
Brazo de dineina
Fuerza deslizante
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Centros de Organización de Microtúbulos
• Regiones en las cuales se anclan los extremos de los microtúbulos.
• En células animales el principal es el centrosoma• En el centrosoma se encuentran los centriolos
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Centrosoma y centriolos• Micro túbulos actúan como parte de la estructura celular y
participan en el movimiento celular y se anclan a otras partes de la célula
• El área de los micro túbulos denominada como “minus end” esta anclada al Centro de Organización Microtubular (MTOCs) cuando las células no se están dividiendo.
• En células animales el MTOC es el centrosoma e incluye un par de centriolos• Se duplican antes de la división celular• Papel importante en la organización de micro túbulos• Fibras del huso mitótico: guían a los cromosomas durante la
división celular 89
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Centriolos
•Solo se encuentran en la célula animal•Pequeños cilindros arreglados en ángulo de 90º•Estructura: nueve tripletes de microtúbulos•Función: relacionados al proceso de división celular
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Matriz Extracelular• Glucocaliz
• Formado por polisácaridos y lípidos asociados a proteínas de la membrana celular
• Relacionado a comunicación y adhesión intercelular• Matriz Extracelular (Células Animales)
• Colágeno – Proteína estructural principal• Fibronectinas – Glucoproteínas que se enlazan a receptores en la
membrana• Integrinas – Principales receptores en la membrana. Importantes
en la transducción de señales, en la organización del citoesqueleto y movimiento celular.
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Matriz Extracelular
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Pared Celular• Rodea las células de bacterias, archea, hongos y plantas• La pared celular vegetal está compuesta por celulosa
• Pared celular primaria – Fina y flexible, presente en células en desarrollo
• Pared celular secundaria – Múltiples capas entre la pared celular primaria y la membrana celular.
• madera
• Lámina media • Cubierta externa de pectina (polisacarido) que sirve de pegamento
intercelular
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Pared Celular
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Asignación• Existen enfermedades severas en los seres humanos causadas por
mutaciones que codifican para genes que sintetizan proteínas que forman parte de la lamina nuclear. • Discuta las causas de la progeria y de la distrofia muscular.
• La ausencia de enzimas digestivas en los lisosomas esta asociado a una condición conocida como Tay-Sachs. • Discuta las causas de Tay- Sachs a nivel celular y cuales son las
consecuencias.
• Discuta que condiciones o enfermedades se pueden desarrollar por una apoptosis inhibida o con demasiada frecuencia.
• Discuta que condiciones genéticas se pueden desarrollar a causa de una mutación en el ADN mitocondrial.
• Prepare una tabla comparativa que muestre los orgánulos o estructuras presentes en una célula animal , célula vegetal o ambos.
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