biología 5-teoría wohler

Estructura y fisiología celularLa célula es la unidad fundamental tanto en la estructura y como en la función de toda la materia viva. La palabra célula fue planteada por Robert Hooke en 1665. Hooke, modificó un microscopio compuesto y logró observar pequeñas celdillas similares a un panal de abejas, a las que denominó células.

Teoría celularEs una de las teorías unificadoras mas importantes de la Biología. En 1838 el botánico alemán Mathias Schleiden propuso que todas las plantas estaban formados por células. Poco tiempo después el zoólogo alemán Theodor Schwan planteó que los animales también estaban formados por células.Unificando ambas propuestas se formuló lo siguiente: “Todas las plantas y animales están formados por células”. En 1855 el médico patólogo Rudolph Virchow propuso que solo pueden aparecer nuevas células a partir de las preexistentes.Weismann, alrededor de 1880, complementó: “Todas las células que viven actualmente, se remontan a los tiempos antiguos”.Aparte de las teorías celulares más importantes, hubo descubrimientos que fundamentaron estas teorías.• Brown, en 1831, descubrió el núcleo celular.• Purkinje, en 1838, descubrió el protoplasma o contenido celular.• Fleming, en 1880, descubrió el mecanismo de la mitosis.• Waldeyer, en 1890, descubrió la división exacta de los cromosomas.• Watson y Crick, en 1953, descubrieron el modelo de doble hélice del ADN.

ADN

célulaprocariota

invaginación de la membrana

formación de la carioteca

núcleoBacteriaparásita

bacteria autótrofa

cloroplastoparedcelular

citoplasma

membranamitocondria

núcleo

célulaeucariota

célula parasitadacélula vegetal

Evolución celular

5 Citología

Biología

San Marcos41Colegio FRIEDRICH WÖHLER

centriolo

vesícula

citosol

retículoendoplásmico

rugosoretículo

endoplásmicorugoso

ribosomas

membranaplasmática

flagelo

aparato deGolgi

lisosoma

núcl

eo

nucleoloporo nuclear

envoltura nuclear

cromatinamitocondria

microtúbulos(parte del citoesqueleto)

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microtúbulos(parte del citoesqueleto) plástido

cloropasto

Aparatode

Golgi

retículoendoplasmático

liso


rugoso

nucleolo

núc

leo poro nuclear

cromatina

envoltura nuclear

ribosomas

citosol

membranaplasmática

paredcelular

plasmodesmo

vacuolacentral

vesícula

mitocondria

Biología


La célulaLa célula es la unidad de vida, capaz de realizar todos los procesos vitales. Es la unidad biológica, morfológica, funcional y genética de todos los seres vivos.

ClasificaciónExisten dos formas básicas de arquitectura celular, las cuales difieren en varios aspectos fundamentales. Estos dos tipos son la célula procariota y la célula eucariota.

a. La célula procariotaEstá representada mayoritariamente por las bacterias. Estos son seres de una gran complejidad, pues tienen la capacidad de adaptarse a ambientes adversos. La célula procariota presenta un citoplasma cubierto por una membrana plasmática, sobre la que se encuentra la pared celular, y sobre esta pared celular se encuentra la cápsula.La célula procariota no tiene núcleo verdadero, pues su material genético o ADN se encuentra en una zona sin envoltura denominada nucleoide, también existen estructuras como flagelos y fimbrias con función de movimiento e intercambio genético.El tamaño varía de 1 a 10 micrómetros por 0,5 a 2 micrómetros de ancho.

flagelo

cápsulamembranaexterna

capa depeptidoglucano

membrana interna(plasmática)

pared celular

nucleoide

cromatina

Las bacterias se encuentran de dos formas:

• forma vegetativa (activa). • forma de espora o esporulada (inactiva) “resistencia”.

b. La célula eucariotaEstas células presentan un núcleo verdadero, es decir, que su material genético se encuentra en un núcleo formado por membranas. A continuación se mencionarán todas las estructuras que caracterizan a las células eucariotas.

Estructuras de las células eucariotasa. La envoltura o cubierta celulares

— La pared celularEs considerada la matriz extracelular de la célula y se encuentra solo en las células de plantas, hongos y algas. Esta estructura es responsable de los procesos vitales, principalmente de protección o defensa, por la rigidez que presenta.Su estructura está constituida por dos paredes: la pared primaria originada en la división celular y formada principalmente de hemicelulosa y pectina; la pared secundaria es mas gruesa y está constituida por celulosa y hemicelulosa principalmente, también tiene una lámina media (pectato de calcio y magnesio) cuya función es unir a las células vegetales formando tejidos.Las células vegetales presentan comunicación física entre ellas. A estos tubos se les denomina plasmodesmos (puentes intercelulares).

— El glucocálixEs una capa constituida por carbohidratos (oligosacáridos) que se depositan sobre la membrana plasmática, éstos están unidos por enlaces covalentes a las proteínas de la membrana.La función más importante es el reconocimiento celular. Se ha demostrado que reconocen oligosacáridos específicos de la superficie celular mediante procesos de adhesión, entre los cuales tenemos interacciones como las que ocurren entre un esperma y un óvulo o como las de la coagulación sanguínea, además funciona como receptor químico.

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rugoso


liso

ribosomas

vacuolo central

tonoplasto

cloroplasto

pared de la célula adyacente

pared celular

membrana plasmática

peroxisoma

mitocondria

aparatode Golgi

cromatina

nucléolo

membrana nuclear

centrosoma

núcl

eo

microfilamentos

filamentosintermédios

microtúbulos cito

esqu

elet

o

S1 S2 S3

capas depared secundaria

laminillamedia compuesta

paredesprimarias

volumencelular

volumencelular

laminillamedia

plasmodesmos

b. La membrana plasmáticaEs una lámina muy delgada que rodea la célula. Todas las membranas biológicas, incluyendo la membrana plasmática o celular y las de organelas tienen una estructura general constituida por lípidos y proteínas.

proteína de membrana

colesterol

(exterior de la célula)

glucoproteína

memebrana plasmática

fosfolípidos concarbohidratosagregados

fosfolípidos

(citoplasma dentro de la célula)

Actualmente el modelo estructural lleva de nombre “mosaico fluido”, propuesto por Singer y Nicholson en 1972.Estructuralmente, la membrana plasmática está formada por una bicapa lipídica que consiste en dos láminas de fosfolípidos (lípido complejo).El fosfolípido se representa como un círculo y dos palitos; los palitos de ambas láminas siempre están opuestos, pues es la parte hidrófoba del fosfolípido.

Biología


Existen dos tipos de proteínas, la proteína integral es aquella que traspasa toda la bicapa lipídica, (forman “poros hidrófilos”) y las proteínas periféricas son aquellas proteínas que se encuentran insertadas en ambas capas de fosfolípidos.Una de las funciones más importantes de la membrana es el transporte, que se lleva a cabo mediante los siguientes procesos:

— La difusiónLos solutos y los gases disueltos en el agua están en continuo movimiento de una región de mayor concentración a otra de menor concentración. Las moléculas liposolubles pasan a través de la membrana. Ejemplos: O2, CO2, úrea y alcohol.

— La ósmosisEl agua se difunde de una región de alto potencial (agua pura o solución hipotónica) a otra de menor potencial (solución hipertónica).

— El transporte de solutosLas moléculas polares (solutos o iones) no pueden atravesar la bicapa de lípidos. Sin embrago, lo hacen a través de proteínas integrales de transporte. El trasporte puede ser pasivo (a favor de la gradiente y sin gasto de energía) o activo (en contra de la gradiente y con gasto de energía: ATP).Difusión facilitada: se dirige de un lugar de mayor concentración a otro de menor concentración a través de proteínas (trasporte pasivo). Ejemplos: glucosa, aminoácido.Transporte activo, se dirige en contra de la gradiente de concentración (de menor a mayor). Demanda gasto de energía. Ejemplo: bomba de Na+ y K+

— El transporte en masaLos endocitos: fagocitosis y pinocitosis.Los exocitosis: egestión y secreción.

c. El citoplasmaEstá comprendido entre la membrana plasmática y la membrana nuclear. El citoplasma es de naturaleza coloidal y constituye, en casi todas las células, la mayor parte de su volumen.

— La estructura citoplasmática

— el citosol — el citoesqueleto — las organelas y los organoides (sin membrana)

• El citosolTambién es llamado matriz citoplasmática o hialoplasma. En ella se encuentran iones, minerales, enzimas, proteínas, oxígeno, aminoácidos, nucleótidos y cientos de pequeñas moléculas orgánicas. Está constituida por un 85% de agua.El citosol es un coloide que se cambia de sol a gel constantemente; a este proceso se le denomina tixotropía.El movimiento browniano es el movimiento de las moléculas suspendidas al nivel de la matriz citoplasmática y el efecto Tyndall es la refracción de la luz a través del citosol, la misma que es una propiedad física.

• El citoesqueletoEs el esqueleto de la célula, que confiere forma y movimiento. Este armazón permite distribuir las organelas y moverlas de un lugar a otro. Este citoesqueleto está conformado por tres tipos de filamentos.

— Los microfilamentos: son los mas delgados, formados por la proteína actina. Estas proteínas son responsables de la ciclosis y el movimiento ameboideo.

— Los filamentos intermedios: son de tamaño intermedio y rígidos; su función es estructural y están constituidos por las proteínas colágeno y queratina.

— Los microtúbulos: están compuestos principalmente por la proteína tubulina. Estos mantienen en posición a las organelas, estabiliza la forma de la célula, proporcionan al citosol una estructura más organizada y forman parte de los cilios, flagelos y centriolos.

• Las organelas citoplasmáticasSon estructuras celulares que cumplen funciones específicas en la célula. Se clasifican según la presencia o ausencia de membrana.

• Los organoidesSon estructuras que no presentan membrana.

— El ribosomaEs un organoide, pues no contiene membrana, constituido por ARN ribosomal y proteínas. Estos ribosomas

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se forman en el nucleolo.Su función es básicamente la síntesis de proteínas en un proceso denominado traducción. Los ribosomas pueden estar libremente en el citoplasma, adheridos al retículo endoplasmático rugoso en grupos denomina dos polirribosomas o polisomas.

+ P A

subnidad pequeña subnidad grande ribosoma completo

sitio de unióndel RNAm

sitio de unióndel RNAt

unión peptídicasitio catalítico

— El centrioloEste organoide está constituido por microtúbulos formados por la proteína tubulina, cada centriolo posee 27 microtúbulos agrupados en 9 grupos de 3.Cada célula posee dos centriolos, uno de ellos heredado por la célula madre y el otro formado por una autoduplicación.Su función consiste en formar los microtúbulos del huso acromático, los cuales sirven para la correcta separación de la carga cromosómica durante la división celular.Nota: Las células vegetales carecen de centriolo, a cambio presentan casquete polar.

— El flageloUn flagelo es un apéndice con forma de látigo que usan muchos organismos unicelulares y algunos pluricelulares. Sin embargo, estos apéndices también pueden estar implicados en otros procesos.Los flagelos más estudiados son los de espermatozoides. En el espermatozoide de mamíferos, el flagelo (cola) está constituido por un axonema (9 pares de microtúbulos periféricos y un par central) rodeado por las fibras externas densas y 9 cilindros proteicos (uno por cada doblete), que intervienen en el movimiento del flagelo.

par fusionado demicrotúbulos

“brazos”proteicos

par central demicrotúbulos nofusionados

membrana plasmática

cuerpo basal

0.1 micrómetro

0.1 micrómetro

cilio

Biología


Los lisosomasLas lisosomas son vesículas relativamente grandes, formadas por el retículo endoplasmático rugoso y luego empaquetadas por el complejo de Golgi que contiene enzimas hidrolíticas y proteolíticas que sirven para digerir los materiales de origen externo o interno. Las enzimas lisosomales son capaces de digerir bacterias y otras sustancias que entran en la célula por fagocitosis u otros procesos de endocitosis. Los lisosomas utilizan sus enzimas para reciclar los diferentes organelos de la célula, englobándolos, digiriéndolos y liberando sus componentes en el citosol. Las enzimas más importantes en el lisosoma son las siguientes:• la lipasa (digiere lípidos)• la glucosilasa (digiere carbohidratos: azúcares)• la proteasa (digiere proteínas)• la nucleasa (digiere ácidos nucleicos)Las moléculas fagocitadas son encerradas en fagosomas. La unión del fagosoma con el lisosoma primario forma el lisosoma secundario (vacuola digestiva). Las sustancias no digeridas constituyen el cuerpo residual, que puede ser eliminadas por exocitosis o permanecer dentro de la célula.Los lisosomas también pueden degradar material intracelular como ribosomas, mitocondrias, etc.; proceso que se denomina autofagia; solo están presentes en las células animales.

Los peroxisomasLos peroxisomas son orgánulos citoplasmáticos muy comunes, en forma de vesículas, que contienen oxidasas y catalasas. Estas enzimas cumplen funciones de detoxificación celular. Como todos los orgánulos, los peroxisomas solo se encuentran en células eucariontes. Fueron descubiertos en 1965 por Christian de Duve y sus colaboradores. inicialmente recibieron el nombre de microcuerpos. Estos están presentes en todas las células eucariotas. La enzima catalasa degrada al H2O2 hasta O2 y H2O.

Los glioxisomasLos glioxisomas son orgánulos que se encuentran en las células vegetales, particularmente en los tejidos de almacenaje de los lípidos de las semillas y también en los hongos filamentosos. Los glioxisomas son peroxisomas especializados que convierten los lípidos en carbohidratos durante la germinación de las semillas. La plántula utiliza estos azúcares sintetizados hasta que pueda producirlos por fotosíntesis. En los glioxisomas, los ácidos grasos se hidrolizan a acetil–CoA mediante las enzimas b–oxidación peroxisomiales. Además, contienen las enzimas clave del ciclo del glioxilato (isocitrato liasa y malato sintasa). Así realizan la ruptura de los ácidos grasos y se producen los productos intermedios para la síntesis de azúcares por gluconeogénesis.

Las vacuolasUna vacuola es una cavidad rodeada por una membrana (tonoplasto) que se encuentra en el citoplasma de las células, principalmente de las vegetales.Se forman por fusión de las vesículas procedentes del retículo endoplasmático y del aparato de Golgi. En general, sirven para almacenar sustancias de desecho o de reserva (agua con varios azúcares, sales, proteínas y otros nutrientes disueltos en ella).En las células vegetales, las vacuolas ocupan gran parte del volumen celular, y en ocasiones, pueden llegar hasta casi la totalidad (Entre el 30% y el 90%. También, aumentan el tamaño de la célula por acumulación de agua (regula la presión osmótica). Acumula sustancias de reserva.Hay otro tipo de vacuolas: las pulsátiles o contráctiles que aparecen en muchos protozoos, especialmente en los dulceacuícolas. Se llenan de sustancias de desecho que van eliminando de forma periódica y además bombean el exceso de agua al exterior.

MitocondriaLas mitocondrias son orgánulos, presentes en prácticamente todas las células eucariotas, encargadas de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular; actúan, por tanto, como centrales energéticas de la célula y sintetizan el ATP por medio de la fosforilación oxidativa. Realizan, además, muchas otras reacciones del metabolismo intermediario, como la síntesis de algunas coenzimas. Es notable la enorme diversidad, morfológica y metabólica, que se pueden presentar en distintos organismos.Intervienen en la oxidación de moléculas combustibles (azúcares, aminoácidos y ácidos grasos).

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compartimientointermenbranoso

matriz

crestas

membranainterna

membranaexterna

Los cloroplastosLos cloroplastos son los orgánulos de las células vegetales y otros organismos fotosintetizadores donde se realiza la fotosíntesis. Estos están formados por un sistema de membranas interno donde se ubican las partes del proceso fotosintético.En los organismos procariontes fotosintéticos, el proceso se lleva a cabo asociado a ciertas prolongaciones de la membrana plasmática hacia el interior de la célula.Los plastidios o plastos son de tres tipos: cloroplasto (fotosíntesis), cromoplastos (almacena pigmentos) y leucoplastos (almacenan sustancias de reserva).

membrana externa

membrana interna

estroma

tilacoide

grana(pila de tilacoides)

canal deinterconexiónde tilacoides

El aparato de GolgiEl aparato de Golgi es un organelo presente en las células eucariotas y pertenece al sistema de endomembranas del citoplasma celular. Está formado por unos 4 a 8 dictiosomas, que son sáculos aplanados rodeados de membrana y apilados unos sobre otros. Funciona como una planta empaquetadora, que modifica las vesículas del retículo endoplasmático rugoso. El material nuevo de las membranas se forma en varias cisternas del Golgi. Dentro de las funciones que posee el aparato de Golgi, se encuentran la glicosilación de proteínas, selección, destinación, glicosilación de lípidos y la síntesis de polisacáridos de la matriz extracelular. Debe su nombre a Camilo Golgi, Premio Nobel de Medicina en 1906 junto a Santiago Ramón y Cajal.Su función es la secreción, glucosidación y formación de lisosomas y vacuolas.

Biología


Cis

VesículasVesículasRE

Vesículasque se separan del aparatode Golgi

El retículo endoplasmáticoEl retículo endoplasmático es una red de membranas interconectadas que forman cisternas, tubos aplanados y sáculos comunicados entre sí, que intervienen en funciones relacionadas con la síntesis proteica, metabolismo de lípidos y algunos esteroides, así como en el transporte intracelular. Se encuentran en la célula animal y vegetal, pero no en la célula procariota.El retículo endoplasmático rugoso se encuentra unido a la membrana nuclear externa, mientras que el retículo endoplasmático liso es una prolongación del retículo endoplasmático rugoso.• El retículo endoplasmático rugoso tiene esa apariencia debido a los numerosos ribosomas adheridos a su

membrana, mediante unas proteínas denominadas riboforinas. Tiene los sáculos más redondeados, cuyo interior se conoce como “luz del retículo” o “lumen”, en donde caen las proteínas sintetizadas en él. Está muy desarrollado en las células que por su función deben realizar una activa labor de síntesis, como las células hepáticas o las células del páncreas.

• El retículo endoplasmático liso no tiene ribosomas y participa en el metabolismo de los lípidos.

El núcleoEs una estructura presente en las células eucariotas, tanto en animales como en vegetales. El núcleo celular es una estructura que controla todas las actividades celulares.

a. Importancia — El núcleo contiene el material genético en el ADN. — Es el centro de regulación de la célula. Durante la división celular se desorganiza.

b. Estructura — La membrana nuclear (carioteca)

Contiene doble membrana: a membrana externa, rugosa debido a la presencia de ribosomas, y la capa interna, completamente lisa.Esta membrana presenta poros (complejo del poro). A través de estos poros es donde se produce los intercambios entre el núcleo y el citoplasma.

— El núcleo plasma (cariolinfa o carioplasma)Es la matriz interna del núcleo (sustancia fundamental, hialina y coloidal). En la que se realiza la síntesis de ácidos nucleicos porque contiene enzimas y nucleótidos libres.

— La cromatinaEstá formada por el ADN y las proteínas básicas (histonas). Cuando la célula no está en división, se encuentra en filamentos muy delgados y largos (eucromatina) o formando zonas de condensación temprana (heterocromatina). Cuando la célula se divide, la cromatina se condensa y forma los cromosomas.

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300 nm de fibra de cromatina en espiral

11 nm de diámetro de fibra de histonas

2 nm de diámetro dúplex de ADN

30 nm de fibrade cromatina

700 nm de diámetroen espiral de bobina

1400 nm de diámetrometafase comátidas

H3H2A

H4H2B

Histonas

— Los nucleolosSon cuerpos esféricos que se encuentran en el interior del núcleo. Están constituidos por ADN, ARN y proteínas. La función de los nucleolos interviene en la formación de los ribosomas.

— La replicación del ADNLa replicación del ADN ocurre en la interfase, en el periodo denominado “S” (síntesis). La replicación se produce en el núcleo.

— La transcripciónSe realiza en el núcleo.Consiste en la síntesis de una molécula de ARN a partir de la información de un gen de la molécula de ADN.Una enzima, la ARN polimerasa, recorre el ADN formando una cadena complementaria. La molécula sintetizada es el ARN mensajero.

— TraducciónSe realiza en el citoplasma (ribosomas).Consiste en el paso de la información del ARN a una proteína (que se caracteriza por una secuencia de aminoácidos). Para ello se requiere una clave denominada código genético.

Biología


ACodon 1 Methiotine

Cadena deaminoácidos

TraducciónTranscripción

UG

Codon 2

Codon 3

Codon 4

Codon 5

Codon 6

Codon 7

ARNmensajero

Hebrade ADN

ADNdoble hélice

ADNabierto

ARNmensajero

GGCUCCGCAACGGCAGGC

Glycine

Serine

Alanine

Threonine

Alanine

Glycine

AUG

GGCUCC

TAC

CCGAGGA

a

a

a

a

a

a

a

Las funciones fundamentales del ADN son la replicación y transcripción. La traducción está a cargo del ARN.

Flujo de información genética

íADN ARN Enzimas y prote nas estructuralesó

.

ó

.

Transcripci n

ADN pol

Traducci n

ARN pol

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