La célulaLa célula

Departamento de BiologíaDepartamento de Biología

CONTENIDOS DEL TEMA

• Concepto de célula• Teoría celular• Organización celular• Partes de una célula y sus respectivas funciones.• Mecanismos de transporte celular• Componentes del cuerpo• Moléculas orgánicas• Actividad 1• Actividad 2• Actividad 3• Actividad 4

Niveles de Organización celular

LAS MEDIDAS DE LA MATERIA VIVA

1 km = 1 000 m 1 m = 1 000 mm1 mm = 1 000 micres 1 micra = 1 000 nm (nanómetros)1 nm = 10 angstroms 

Los niveles de organización de la materia son:

•Nivel subatómico. Comprende las partículas subatómicas. •Nivel atómico. Comprende los átomos. •Nivel molecular. Comprende las moléculas que son la unión de dos o más átomos. Por ejemplo las moléculas de agua, glucosa, etc. •Nivel celular. Comprende las células Por ejemplo células nerviosas, células musculares, etc •Nivel pluricelular. Comprende los tejidos, órganos, los sistemas y los aparatos.

¿QUÉ ES LA CÉLULA?

• Las células son estructuras altamente organizadas en su interior, constituidas por diferentes orgánulos implicados, cada uno de ellos en diferentes funciones. Gracias a los avances tecnológicos posteriores a la invención del microscopio, los científicos pudieron comprobar que todos los seres vivos están formados por pequeñas celdas unidas unas a otras. Estas celdas, llamadas células, son la mínima unidad del ser vivo que puede realizar las funciones de nutrición, relación y reproducción.

(1) Membrana plasmática o celular(2) Citoplasma(3-4) Retículo endoplasmático rugoso y liso(5) núcleo celular(6) nucléolo(7) ribosoma(8) mitocondria(9) lisosoma(10) aparato de Golgi(11) microcuerpo o peroxisoma(12) centríolo(13) microtúbulo

LA CÉLULA

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LA MEMBRANA CELULAR

• La membrana celular es la parte externa de la célula que envuelve el citoplasma. Permite el intercambio entre la célula y el medio que la rodea. Intercambia agua, gases y nutrientes, y elimina elementos de desecho. La célula está rodeada por una membrana, denominada "membrana plasmática". La membrana delimita el territorio de la célula y controla el contenido químico de la célula.

• En la composición química de la membrana entran a formar parte lípidos, proteínas y glúcidos en proporciones aproximadas de 40%, 50% y 10%, respectivamente. Los lípidos forman una doble capa y las proteínas se disponen de una forma irregular y asimétrica entre ellos. Estos componentes presentan movilidad, lo que confiere a la membrana un elevado grado de fluidez.

CITOPLASMA

El citoplasma es un medio acuoso, de apariencia viscosa, en donde están disueltas muchas sustancias alimenticias. En este medio encontramos pequeñas estructuras que se comportan como órganos de la célula, y que se llaman organelos. Algunos de éstos son: •Los ribosomas, las mitocondrias, los lisosomas, las vacuolas y los cloroplastos.

Toda la porción citoplasmática que carece de estructura y constituye la parte líquida del citoplasma, recibe el nombre de citosol por su aspecto fluido. En él se encuentran las moléculas necesarias para el mantenimiento celular. El citoesqueleto , consiste en una serie de fibras que da forma a la célula, y conecta distintas partes celulares, como si se tratara de vías de comunicación celulares. Es una estructura en continuo cambio. Formado por tres tipos de componentes: •Microtúbulos

–Son filamentos largos, formados por la proteína tubulina. Son los componentes más importantes del citoesqueleto y pueden formar asociaciones estables, como: Centríolos y centrosoma

NÚCLEOEl núcleo es el centro de control de la célula, pues contiene toda la información sobre su funcionamiento y el de todos los organismos a los que ésta pertenece. El núcleo es característico de células eucariotas, está rodeado por una membrana nuclear que es porosa por donde se comunica con el citoplasma, generalmente está situado en la parte central y presenta forma esférica u oval. En el interior se encuentran los cromosomas.

Los cromosomas son una serie de largos filamentos que llevan toda la información de lo que la célula tiene que hacer, y cómo debe hacerlo. Son el "cerebro celular".

El núcleo dirige las actividades de la célula y en él tienen lugar procesos tan importantes como la auto duplicación del ADN o replicación, antes de comenzar la división celular, y la transcripción o producción de los distintos tipos de ARN, que servirán para la síntesis de proteínas. El núcleo se compone de:•envoltura nuclear: formada por dos membranas concéntricas perforadas por poros nucleares. A través de éstos se produce el transporte de moléculas entre el núcleo y el citoplasma.

•el nucleoplasma, que es el medio interno del núcleo donde se encuentran el resto de los componentes nucleares. •nucléolo, o nucléolos que son masas densas y esféricas, formados por dos zonas: una fibrilar y otra granular. La fibrilar es interna y contiene ADN, la granular rodea a la anterior y contiene ARN y proteínas. •la cromatina, constituida por ADN y proteínas, aparece durante la interfase; pero cuando la célula entra en división la cromatina se organiza en estructuras individuales que son los cromosomas.

TIPOS DE CÉLULAS

• Células Procariontes

• Células Eucariontes

• Célula animal

• Célula Vegetal

Célula Procarionte• Las células procariontes no poseen un núcleo

celular delimitado por una membrana. Los organismos procariontes son las células más simples que se conocen. En este grupo se incluyen las algas azul-verdosas y las bacterias.

Célula Eucarionte

• Las células eucariontes poseen un núcleo celular delimitado por una membrana. Estas células forman parte de los tejidos de organismos multicelulares como nosotros.

Célula AnimalLas células de los integrantes del reino Animal pueden ser geométrica, como las células planas del epitelio; esféricas, como los glóbulos rojos; estrelladas, como las células nerviosas, o alargadas, como las células musculares. La diversidad también se extiende a los tamaños: varían entre los 7,5 micrómetros de un glóbulo rojo humano, hasta unos 50 centímetros, como ocurre con las células musculares.

Célula Vegetal

Estas células forman parte de los tejidos y órganos vegetales. La presencia de los cloroplastos, de grandes vacuolas y de una pared celular que protege la membrana celular son tres las características que diferencian una célula vegetal de una animal. La pared celular de las células vegetales es rígida, lo que determina las formas geométricas que encontramos en los tejidos vegetales, como el hexagonal observado en las células de la cubierta de las cebollas. VACUOLAS: son bolsas usadas por la célula para almacenar agua y otras sustancias que toma del medio o que produce ella misma.CLOROPLASTOS: son típicos de las células vegetales y que llevan a cabo el proceso de la fotosíntesisPARED CELULAR: estructura rígida

Organización de una célula Eucarionte

• Todas las células eucariotas, que son las de todos los seres vivos con la excepción de las bacterias cuyas células son mucho más sencillas, comparten un plan general de organización:

• Una MEMBRANA – que determina su individualidad

• Un NÚCLEO– Que contiene el material genético y ejerce el control de la célula

• Un CITOPLASMA– Lleno de orgánulos, dónde se ejecutan prácticamente todas las

funciones.

Lisosomas• Los lisosomas tienen una estructura muy

sencilla, semejantes a vacuolas, rodeados solamente por una membrana, contienen gran cantidad de enzimas digestivas que degradan todas las moléculas inservibles para la célula.

• Los lisosomas se forman a partir del Retículo endoplásmico rugoso (número 1)y posteriormente las enzimas son empaquetadas por el Complejo de Golgi (número 2)

• Funcionan como "estómagos" de la célula y además de digerir cualquier sustancia que ingrese del exterior,vacuolas digestivas (figura, números 4 y 5 ), ingieren restos celulares viejos para digerirlos también (número 3), llamados entonces vacuolas autofágicas

• Los lisosomas contienen un gran número de enzimas digestivas (hidrolíticas y proteolíticas) capaces de romper una gran variedad de moléculas. La carencia de algunas de estas enzimas puede ocasionar enfermedades metabólicas como la enfermedad de Tay-Sachs

• Las enzimas lisosomales son capaces de digerir bacterias y otras sustancias que entran en la célula por fagocitosis, u otros procesos de endocitosis. Eventualmente, los productos de la digestión son tan pequeños que pueden pasar la membrana del lisosoma volviendo al citosol donde son recicladas

Retículo Endoplasmático• Está formado por una red de membranas

que forman cisternas, sáculos y tubos aplanados.  Delimita un espacio interno llamado lúmen del retículo y se halla en continuidad estructural con la membrana externa de la envoltura nuclear.

• Se pueden distinguir dos tipos de retículo:

• El Retículo endoplasmático rugoso (R.E.R.), presenta ribosomas unidos a su membrana. En él se realiza la síntesis protéica. Las proteínas sintetizadas por los ribosomas, pasan al lúmen del retículo y aquí maduran hasta ser exportadas a su destino definitivo.

• El Retículo endoplasmático liso (R.E.L.), carece de ribosomas y está formado por túbulos ramificados y pequeñas vesículas esféricas.   En este retículo se realiza la síntesis de lípidos. En el reticulo de las células del hígado tiene lugar la detoxificación, que consiste en modificar a una droga o metabolito insoluble en agua,en soluble en agua, para así eliminar dichas sustancias por la orina.

MITOCONDRIA• Las mitocondrias son los orgánulos

celulares encargados de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular, actúan por tanto, como centrales energéticas de la célula y sintetizan ATP a expensas de los carburantes metabólicos (glucosa, ácidos grasos y aminoácidos). La ultra estructura mitocondrial está en relación con las funciones que desempeña: en la matriz se localizan los enzimas responsables de la oxidación de los ácidos grasos, los aminoácidos, el ácido pirúvico y el ciclo de Krebs.

• En la membrana interna están los sistemas dedicados al transporte de electrones que se desprenden en las oxidaciones anteriores y un conjunto de proteínas encargadas de acoplar la energía liberada del transporte electrónico con la síntesis de ATP, estas proteínas le dan un aspecto granuloso a la cara interna de la membrana mitocondrial.

• También se encuentran dispersas por la matriz una molécula de ADN circular y unos pequeños ribosomas implicados en la síntesis de un pequeño número de proteínas mitocondriales.

Aparato de GolgiConjunto de estructuras de membrana que forma parte del elaborado sistema de membranas interno de las células. Se encuentra más desarrollado cuanto mayor es la actividad celular.

La unidad básica del orgánulo es el sáculo, que consiste en una vesícula o cisterna aplanada. Cuando una serie de sáculos se apilan, forman un dictiosoma. El conjunto de todos los dictiosomas y vesículas constituye el aparato de Golgi.

Este sistema membranoso, se encuentra en íntima relación con el retículo endoplasmático y que en conjunto permiten varios mecanismos que dan sentido funcional al aparato de Golgi:

•Maduración de las glicoproteínas provenientes del retículo. •Intervenir en los procesos de secreción, almacenamiento , transporte y transferencia de glicoproteínas. •Formación de membranas: plasmática, del retículo, nuclear.. •Participa en la síntesis de polisacáridos, como la celulosa •Intervienen también en la formación de los lisosomas.

CENTRÍOLOS• Son dos pequeños cilindros

localizados en el interior del centrosoma, exclusivos de células animales. Con el microscopio electrónico se observa que la parte externa de los centríolos está formada por nueve tripletes de microtúbulos Figura 3 . Los centríolos se cruzan formando un ángulo de 90.

Nucléolo

• Es el lugar donde se sintetizan, procesan y ensamblan los ARNr.

Nucléolo

Ribosomas• Los ribosomas intervienen en la

síntesis proteica. No están rodeados por membrana y se los encuentra tanto en eucariotas como en procariotas. Los ribosomas de los eucariotas son ligeramente mas grandes que los de los procariotas. Estructuralmente consisten en una subunidad larga y otra pequeña. Bioquímicamente están formados por ARN ribosómico (rARN) y cerca de 50 proteínas estructurales. A menudo los ribosomas se encuentran asociados al retículo endoplasmático que, en ese caso, toma el nombre de rugoso.

Peroxisoma

• Los peroxisomas son orgánulos citoplasmáticos muy comunes en forma de vesículas que contienen oxidasas y catalasas. Estos enzimas cumplen funciones de detoxificacion celular y asientan algunas vías del metabolismo lipídico y de algunos aminoácidos. Como todos los orgánulos estos se encuentran solo en

células eucariontes.

Transporte PasivoEl transporte pasivo. Es un proceso de difusión de sustancias a través de la membrana. Se produce siempre a favor del gradiente, es decir, de donde hay más hacia el medio donde hay menos. Este transporte puede darse por: Difusión simple: Es el paso de pequeñas moléculas a favor del gradiente; puede realizarse a través de la bicapa lipídica o a través de canales proteicos.

• Difusión simple a través de la bicapa (1). Así entran moléculas lipídicas como las hormonas esteroideas, anestésicos como el éter y fármacos liposolubles. Y sustancias apolares como el oxígeno y el nitrógeno atmosférico. Algunas moléculas polares de muy pequeño tamaño, como el agua, el CO2, el etanol y la glicerina, también atraviesan la membrana por difusión simple. La difusión del agua recibe el nombre de ósmosis

• Difusión simple a través de canales (2).Se realiza mediante las denominadas proteínas de canal. Así entran iones como el Na+, K+, Ca2+, Cl-. Las proteínas de canal son proteínas con un orificio o canal interno, cuya apertura está regulada, por ejemplo por ligando, como ocurre con neurotransmisores u hormonas, que se unen a una determinada región, el receptor de la proteína de canal, que sufre una transformación estructural que induce la apertura del canal.

1. Difusión simple a través de la bicapa lipídica2. Difusión simple a través de canales3. Difusión facilitada mediada por canales proteicos4. Transporte activo

Difusión facilitada (3). Permite el transporte de pequeñas moléculas polares, como los aminoácidos, monosacáridos, etc, que al no poder, que al no poder atravesar la bicapa lipídica, requieren que proteínas trasmembranosas faciliten su paso. Estas proteínass reciben el nombre de proteínas transportadoras o permeasas que, al unirse a la molécula a transportar sufren un cambio en su estructura que arrastra a dicha molécula hacia el interior de la célula.

Transporte Activo• El transporte activo (4). En este proceso también

actúan proteínas de membrana, pero éstas requieren energía, en forma de ATP, para transportar las moléculas al otro lado de la membrana. Se produce cuando el transporte se realiza en contra del gradiente electroquímico. Son ejemplos de transporte activo la bomba de Na/K, y la bomba de Ca.

• La bomba de Na+/K+ Requiere una proteína transmembranosa que bombea Na+ hacia el exterior de la membrana y K+ hacia el interior. Esta proteína actúa contra el gradiente gracias a su actividad como ATP-asa, ya que rompe el ATP para obtener la energía necesaria para el transporte.

MECANISMOS DE TRANSPORTE DE MEMBRANA

Transporte Activo

Por este mecanismo, se bombea 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior, con la hidrólisis acoplada de ATP. El transporte activo de Na+ y K+ tiene una gran importancia fisiológica. De hecho todas las células animales gastan más del 30% del ATP que producen ( y las células nerviosas más del 70%) para bombear estos iones.

EndocitosisEs el proceso por el que la célula capta partículas del medio externo mediante una invaginación de la membrana en la que se engloba la partícula a ingerir. Se produce la estrangulación de la invaginación originándose una vesícula que encierra el material ingerido. Según la naturaleza de las partículas englobadas, se distinguen diversos tipos de endocitosis.

Pinocitosis. Implica la ingestión de líquidos y partículas en disolución por pequeñas vesículas revestidas de clatrina.

Fagocitosis. Se forman grandes vesículas revestidas o fagosomas que ingieren microorganismos y restos celulares.

Mecanismos de transporte de moléculas de elevado peso molecular

PINOCITOSIS FAGOCITOSIS

ExocitosisEs el mecanismo por el cual las macromoléculas contenidas en vesículas citoplasmáticas son transportadas desde el interior celular hasta la membrana plasmática, para ser vertidas al medio extracelular. Esto requiere que la membrana de la vesícula y la membrana plasmática se fusionen para que pueda ser vertido el contenido de la vesícula al medio. Mediante este mecanismo, las células son capaces de eliminar sustancias sintetizadas por la célula, o bien sustancias de desecho. En toda célula existe un equilibrio entre la exocitosis y la endocitosis, para mantener la membrana plasmática y que quede asegurado el mantenimiento del volumen celular.

Animaciones donde puedes ver como se deforma la membrana en los procesos de

endocitosis y exocitosis

ACTIVIDAD 1• Completa el siguiente esquema con el nombre de las

estructuras y su respectiva función.

CÉLULA

RIBOSOMAS

FORMACIÓN DE LISOSOMAS

SÍNTESIS DEATP

CONTIENE LOS GENES

DOBLE MEMBRANA CON PRESENCIA

DE POROS

En la figura se esquematiza una célula eucarionte, con toda su variedad de organelos. Tu tarea es rotular (poner los nombres) el esquema de la célula tras compararlo con las fotografías que aparecen en la actividad “PARTES DE UNA CÉLULA”.

ACTIVIDAD 2

ACTIVIDAD 31. Rotula los siguientes esquemas y decide cuál

corresponde a una célula animal y cuál a una célula vegetal y fundamenta el por qué de tu elección.

Producir energía para la célula (ATP) . ________________________________

Fabricar proteínas . ________________________________

Realizar la fotosíntesis . ________________________________

Fabricar lisosomas . ________________________________

Digerir moléculas en el interior de la célula . ________________________________

Reproducción celular . ________________________________

ACTIVIDAD 4

COLOCA EL NOMBRE DE LA ESTRUCTURA CELULAR FRENTE A SU FUNCIÓN

El agua• Es la más abundante de

las moléculas que conforman los seres vivos.– Constituye entre el

50 y el 95% del peso de cualquier sistema vivo.

• La vida comenzó en el agua, y en la actualidad, dondequiera que haya agua líquida, hay vida.

El agua como solvente

• Dentro de los sistemas vivos, muchas sustancias se encuentran en solución acuosa.

• Una solución es una mezcla uniforme de moléculas de dos o más sustancias (solvente y solutos).

• La polaridad de las moléculas de agua es la responsable de la capacidad solvente del agua.– Las moléculas polares de

agua tienden a separar sustancias iónicas, como el NaCl.

Acción capilar e imbibición• La acción capilar o capilaridad es

la combinación de la cohesión y la adhesión que hacen que el agua ascienda entre dos láminas, por tubos muy finos, en un papel secante, o que atraviese lentamente los pequeños espacios entre las partículas del suelo.

Resistencia a los cambios de temperatura

• El alto calor específico del agua es una consecuencia de los puentes de hidrógeno.– Estos tienden a restringir el movimiento de las moléculas.

• Para que la energía cinética de las moléculas de agua aumente suficientemente como para elevar la temperatura de ésta en un grado centígrado, primero es necesario romper cierto número de sus puentes de hidrógeno.

Representación esquemática de la composición elemental del cuerpo humano  (% del peso corporal). La tabla amplía el segmento indicado por las flechas. 

Carbohidratos• Normalmente contienen

carbono, oxígeno e hidrógeno y tienen la fórmula aproximada (CH2O)n.– Monosacáridos: azúcar simple:

• Glucosa: importante fuente de energía para las células; subunidad con la que se hacen casi todos los polisacáridos.

– Disacáridos: dos monosacáridos enlazados:

• Sacarosa: principal azúcar transportado dentro del cuerpo de las plantas terrestres.

Carbohidratos

– Polisacáridos: muchos monosacáridos (normalmente glucosa) enlazados:

• Almidón, glucógeno, celulosa: almacén de energía en plantas, animales y material estructural de plantas, respectivamente.

Lípidos• Contienen una proporción elevada

de carbono e hidrógeno, suelen ser no polares e insolubles en agua.– Triglicéridos: 3 ácidos grasos

unidos a un glicerol:• Aceite, grasa: almacén de

energía en animales y algunas plantas.

– Ceras: número variable de ácidos grasos unidos a un alcohol de cadena larga.

• Cubierta impermeable de las hojas y tallos de plantas terrestres.

– Fosfolípidos: grupo fosfato polar y dos ácidos grasos unidos a glicerol:

• Fosfatidilcolina: componente común de las membranas celulares.

Lípidos

– Esteroides: cuatro anillos fusionados de átomos de carbono, con grupos funcionales unidos:

• Colesterol: componente común de las membranas de las células eucariotas; precursor de otros esteroides como testosterona, sales biliares.

Proteínas• Son las moléculas más abundantes en las células (+50% peso seco), se

encuentran distribuidas por toda la célula y son fundamentales tanto estructural como funcionalmente. Están formadas por cadenas de aminoácidos y contienen principalmente C, H, O, N y S. Adicionalmente pueden tener P, Fe, Cu, Mg, Zn o I.

Aminoácidos• Son compuestos orgánicos sencillos de bajo peso molecular

que al unirse entre sí forman las proteínas. Están compuestos por C, H, O y N. Poseen en su molécula un grupo carboxilo (-COOH), un grupo amino (-NH2) y una cadena lateral o grupo R, todos ellos unidos covalentemente a un átomo de carbono denominado Cα (carbono alfa).

• Todos los aminoácidos responden a esta fórmula general: H2N-CHR-COOH

Enlace peptídico

Proteína = más de 50 aminoácidos (residuos)

Función Estructural: citoesqueleto, ribosomas y membranas.  Enzimáticas: transformaciones químicas; síntesis de nuevas moléculas; ruptura de moléculas durante la digestión y procesamiento de la energía.  Transporte: en la sangre y a través de membranas en la célula.  Defensa: anticuerpos.  Hormonal: señales entre células en el organismo.  Receptora: detección de estímulos en la superficie celular.

PROTEÍNAS

GLÚCIDOS Energética: fuentes rápidas de energía. Movilización de la energía entre células y entre organismos.  Reservorio de energía de uso rápido en plantas (almidón).  Reservorio de energía (hígado y músculo) de uso rápido en organismos animales, incluyendo el hombre (glicógeno).  Estructural: pared de células vegetales (celulosa). 

BIOMOLÉCULAS

LÍPIDOSEnergética: reservorios de energía de uso más lento.  Térmica: aislante térmico.  Estructural: membranas celulares forman una bicapa impermeable a sustancias solubles en agua. 

AC. NUCLEICOS Almacenamiento, transmisión (herencia) y expresión de la información genética (ADN) en el núcleo.  Control de la síntesis y la secuencia de todas las proteínas, enviando un mensaje desde el núcleo al citoplasma (ARN).  Moneda de cambio de la energía celular (ATP). 

BIOMOLÉCULAS

Modelo de la membrana plasmática formada por proteínas flotando en una bicapa fluida de lípidos