resumen de célula

Colegio Claretiano Área curricular Ciencia, Tecnología y Ambiente

Profesor: César Ramírez Gálvez 1

A comienzos del siglo XVII, un estudioso llamado Galileo Galilei colocó dos lentes de vidrio dentro de un cilindro. Con este instrumento miró por casualidad a un insecto, y posteriormente describió los sorprendentes patrones geométricos de sus diminutos ojos. De este modo Galileo, a pesar de no ser biólogo, fue el primero que efectuó una observación biológica a través de un microscopio. El estudio de las bases celulares de la vida estaba a punto de iniciarse. Primero en Italia, después en Francia e Inglaterra, los estudiosos comenzaron la exploración de un mundo cuya existencia había sido insospechada. A mediados de ese siglo, Robert Hooke, curador de instrumentos de la Real Sociedad de Inglaterra, se encontraba a la cabeza de esos estudios. Cuando Hooke usó por primera vez el microscopio para ver los delgados cortes de un árbol de corcho, observó diminutos compartimentos, a los cuales les dio más tarde el nombre en latín cellulae, diminutivo de cella, que significa hueco; de allí el origen del término biológico “célula”. Tales compartimentos eran en realidad paredes interconectadas de las células vegetales muertas, que constituyen el corcho, pero Hooke no pensaba que fueran eso, y nadie en la época sabía que las células podían estar vivas. En otros tejidos vegetales, observó células “rellenas de jugo” y, sin embargo, no tenía ni la más remota idea de los que ellas representaban. Dada la simplicidad de los instrumentos, resulta sorprendente que los pioneros de la microscopía hayan observado tantas cosas como reportaron. Anthony Van Leeuwenhoek, un tendero danés, tuvo excepcional destreza para construir lentes, siendo quizá, el más agudo observador de todos ellos. A fines de la década de 1600, él descubrió maravillas naturales en todos los sitios, incluyendo “muchos “animáculos” muy pequeños, cuyos movimientos eran muy agradables de observar”, en el sarro de sus dientes. En otros sitios observó protistas, espermatozoides, e inclusive una bacteria: un organismo tan pequeño que no fue observado de nuevo durante dos siglos más. En 1820, las mejorías en este tipo de lentes permitieron enfocar mejor las células. Robert Brown, un botánico, observó una mancha opaca en diversas células y la llamó núcleo. En 1838 otro botánico, Matthias Schleiden, se preguntó si el núcleo se relacionaba del algún modo con el desarrollo y propuso la hipótesis de que cada célula vegetal se desarrollaba como una unidad independiente, aunque formaba parte de la planta. En 1839, tras años de estudiar tejidos animales, el zoólogo Theodor Schwann afirmó lo siguiente: los animales y plantas están formados de células y productos celulares, e inclusive aunque las células forman parte de un organismo completo, tienen en cierto grado vida propia e individualizada. Para mediados del siglo XIX, el botánico alemán Mathias Schleiden refinó aún más la perspectiva científica de las células cuando escribió: “es fácil percibir que el proceso vital de las células individuales debe constituir la primera y absolutamente indispensable base fundamental para la vida”. En pocos años, varios microscopistas habían observado que las células vivas podían crecer y dividirse en células más pequeñas. Sin embargo tuvo que transcurrir otra década para resolver la interrogante: ¿de dónde provienen las células? Un fisiólogo, Rudolf Virchow, completó sus propios estudios sobre el desarrollo y la reproducción de las células; es decir, su división en dos células hijas. El razonó que toda célula proviene de otra preexistente. De este modo, a mediados del siglo XIX, el análisis microscópico permitió llegar a tres generalizaciones que en conjunto constituyen la teoría celular. Primero, todo organismo está formado por una o más células. Segundo, la célula es la unidad más pequeña que tiene las propiedades de la vida. Tercero, la continuidad de la vida se deriva directamente del desarrollo y división de células individuales. Todas estas propuestas aún son válidas en la actualidad.

Fue enunciada inicialmente por M. Schleiden (1838) y T. Schwann (1839), y completada por R. Wirchow (1855). Sus principios básicos son: - La célula es la unidad estructural de los organismos. - La célula es la unidad funcional de los organismos. - La célula es la unidad genética de los organismos. Estos tres principios se pueden resumir en uno sólo: La célula es la unidad vital de la materia viva, quiere decir que la célula es la estructura organizada más sencilla con propiedades y funciones vitales.

1. Elabora una línea temporal y ubica en ella los principales acontecimientos que aportaron a la

construcción de la teoría celular.



TIPOS DE CÉLULAS SEGÚN EL GRADO DE EVOLUCIÓN - C. Procariotas. (del griego pros = antes y karion = núcleo) Es una célula sin núcleo celular

diferenciado, es decir, su ADN no está confinado en el interior de un núcleo, sino libremente en el citoplasma. Procarionte es un organismo formado por células procariotas. En contraposición los organismos eucariotas, presentan un núcleo verdadero y rodeado de membrana nuclear (carioteca). Además, el término procariota hace referencia a los organismos conocidos como móneras que se incluyen en el reino mónera. Entre las características de las células procariotas que las diferencia de las eucariotas, podemos señalar: ADN desnudo ( no hay envoltura protectora). División celular por fisión binaria. Carencia de organelos, excepto los ribosomas. Poseen pared celular. Pueden soportar ambientes extremos. Son más pequeñas que las células eucariotas. Posee material genético disperso en el citoplasma. Entre los organismo procariontes tenemos a las bacterias, micoplasmas, ricketsias,

cianobacterias, también conocidas como algas verdeazuladas. Se alimentan universalmente por absorción (osmótrofos), sin tener en general la capacidad de

ingerir partículas u otras células.

Fig. 6: ESTRUCTURA DE UNA BACTERIA (CÉLULA PROCARIOTA)

- C. Eucariotas (eu = verdadero, karion = núcleo). Las células eucariotas forman a organismos

superiores como las plantas, animales, hongos, protozoos, levaduras y algunas algas. Las células eucariotas difieren de las células procariotas en muchos aspectos. Además de ser más grandes que la célula procariota (con frecuencia más de 10 micrómetros de diámetro), las células eucariotas se caracterizan por poseer núcleo y una gran variedad de organelos membranosos que le proporcionan a la célula una organización estructural y funcional. Las células animales y vegetales se diferencian por la ausencia de centriolo en las células eucariotas vegetales, la carencia de plastidios y pared celular en las células eucariotas animales.

CITOPLASMA

FLAGELO

RIBOSOMAS PARED

CELULAR

CÁPSULA

DNA

MEMBRANA

CELULAR

MESOSOMA

CÉLULA BACTERIANA

POR SU EVOULUCIÓN: PROCARIOTA



MEMBRANA CELULAR, MEMBRANA PLASMÁTICA O PLASMALEMA

Cada célula está rodeada por una delgada membrana plasmática que podemos considerar una especie de portero que sólo permite la entrada o salida de sustancias específicas y que transmite mensajes químicos del ambiente externo al interior de la célula. Las principales funciones de la membrana plasmática son: - Aislar selectivamente el contenido de la célula del ambiente externo. - Regular el intercambio de sustancias indispensables entre el interior del la célula y el ambiente

externo. - Comunicarse con otras células. Características:

Grosor: tiene un grosor de unos 75 ångström (1 Å= 1m x 10-10 = 0,1 nm). Estructura: Las membranas son “mosaicos fluidos” en los que las proteínas se mueven

dentro de capas de lípidos. El modelo de mosaico fluido para las membranas celulares fue desarrollado en 1972 por los biólogos celulares S.J. Singer y G.L. Nicolson. Según este modelo, una membrana, vista desde arriba, semeja un mosaico grumoso de azulejos en constante movimiento. Una doble capa de fosfolípidos forma una matriz fluida y viscosa para el mosaico, mientras que una variedad de proteínas pueden desplazarse dentro de las capas fosfolipídicas. La bicapa de fosfolípidos es la porción fluida de la membrana. Un fosfolípido tienen dos partes muy distintas: una cabeza polar hidrofílica (que siente atracción por el agua) y un par de colas no polares hidrofóbicas (que son repelidas por el agua). Todas las células están rodeadas por un medio acuoso. Los organismos unicelulares viven en agua dulce o en el océano, mientras que las células de los animales están bañadas por un fluido extracelular ligeramente salino que se filtra de la sangre. El citoplasma consta de todo el contenido de la célula (que comprende a los organelos, con excepción del núcleo, en las células eucarióticas) en su mayor parte es agua. Las membranas plasmáticas separan un citoplasma acuoso de un ambiente externo acuoso y membranas similares rodean compartimentos acuosos dentro de la célula. En estas condiciones, los fosfolípidos se disponen de forma espontánea en una doble capa llamada bicapa fosfolipídica, en la que las cabezas hidrofílicas constituyen las caras exteriores y las colas hidrofóbicas se esconden en el interior. En la mayor parte de las células, la bicapa fosfolipídica de las membranas también contiene colesterol. Algunas membranas celulares tienen solo unas cuantas moléculas de colesterol; otras tienen tantas moléculas de colesterol como de fosfolípido. El colesterol afecta la estructura y la función de la membrana de varias maneras, hace a la bicapa más resistente y flexible, pero menos fluida y menos permeable a sustancias solubles en agua como iones o monosacáridos (componentes de los carbohidratos). Hay un mosaico proteico incrustado en la membrana. Miles de proteínas están incrustadas en la superficie de la bicapa fosfolipídica de la membrana o unidas a ella. En conjunto, estas proteínas regulan el movimiento de sustancias a través de la membrana y se comunican con el ambiente. Muchas de las proteínas de las membranas plasmáticas tienen pegados grupos de carbohidratos, sobre todo en las partes que sobresalen de la célula. Estas proteínas de membrana con sus carbohidratos pegados se llaman glucoproteínas. Muchas proteínas de membrana se pueden desplazar dentro de la relativamente fluida bicapa fosfolipídica. Otras están ancladas en una red de filamentos proteicos dentro del citoplasma. Hay tres categorías principales de proteínas de membrana, cada una de las cuales desempeña una función distinta: Proteínas de transporte, regulan el movimiento de sustancias hidrofílicas (solubles en agua) a través

de la membrana plasmática. Algunas proteínas de transporte, se denominan proteínas de canal, las cuales forman poros o canales que permiten a pequeñas moléculas solubles en agua atravesar la membrana. Otras se denominan proteínas portadoras, que pueden sujetar moléculas por un lado de la membrana y llevarlo hacia el otro lado realizando un cambio en su forma.

Proteínas receptoras, activan respuestas celulares cuando se unen a ellas moléculas específicas del fluido extracelular, como hormonas o nutrimentos.

Fig. 7: ORDENACIÓN DE LOS FOSFOLÍPIDOS EN LA MEMBRANA CELULAR



Proteínas de reconocimiento, muchas de las cuales son glucoproteínas, sirven como etiquetas de identificación. Por ejemplo las células del sistema inmunológico reconocen a una bacteria como un invasor ajeno e inician su destrucción.

Fig. 8: ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA CELULAR

Las moléculas de los fluidos se mueven respondiendo a gradientes. Puesto que la membrana plasmática separa al fluido del citoplasma celular del fluido del ambiente extracelular, iniciaremos nuestro estudio de transporte por las membranas con un breve repaso de las características de los fluidos. a) Un fluido es un líquido o un gas; es decir, cualquier sustancia que puede moverse o cambiar de forma,

en respuesta a fuerzas externas, sin desintegrarse. b) La concentración de moléculas en un fluido es el número de moléculas en una unidad de volumen

dada. c) Un gradiente es una diferencia física entre dos regiones del espacio que hace que se muevan

moléculas de una región a la otra. Para ejemplificar estos conceptos, podemos plantear que cuando se deja caer una gota de colorante en un vaso con agua y lo examinamos por unos minutos, con el tiempo parecerá que la gota se extiende y se vuelve más pálida hasta que en algún momento, aún sin agitación, todo el vaso de agua tenga un color uniforme. En este caso las moléculas del colorante, a través de un movimiento aleatorio, se han desplazado desde la región de alta concentración hasta el agua circundante donde la concentración del colorante es baja.

Fig. 18: COMPORTAMIENTO DE UNA GOTA DE COLORANTE EN AGUA PURA



I. Transporte a través de la membrana celular. La célula necesita expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del líquido extracelular, gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias. Las vías de transporte a través de la membrana celular y los mecanismos básicos para las moléculas de pequeño tamaño son: 1. Transporte pasivo o difusión. El transporte pasivo es el intercambio simple de moléculas de una

sustancia a través de la membrana plasmática, durante el cual no hay gasto de energía (de parte de la célula), debido a que va a favor del gradiente de concentración o a favor de gradiente de carga eléctrica, es decir, de un lugar donde hay una concentración mayor a otro de menor concentración. El proceso celular pasivo se realiza por difusión.

A) Difusión simple: algunas sustancias pasan al interior o al exterior de las células a través de

una membrana semipermeable, y se mueven dentro de éstas por difusión simple, siendo un proceso físico basado en el movimiento al azar. La difusión es el movimiento de átomos, moléculas o iones de una región de mayor concentración a una de menor concentración sin requerir gasto de energía. La difusión implica, no sólo el movimiento al azar de las partículas hasta lograr la homogénea distribución de las mismas.

B) Difusión facilitada: es el movimiento de moléculas más grandes que no pueden pasar a través

de la membrana plasmática y necesita ayuda de una proteína para pasar al otro lado. También se llama difusión mediada por portador porque la sustancia transportada de esta manera no puede poder atravesar la membrana sin una proteína portadora específica que le yude.

Fig. 19: TIPOS DE MECANISMOS DE TRANSPORTE DE NUTRIENTES

C) Ósmosis: es un tipo especial de transporte pasivo en el cual sólo las moléculas de agua son

transportadas a través de la membrana. De acuerdo al medio en que se encuentre una célula, la ósmosis varía. La función de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular. Dicho proceso no requiere gasto de energía. En otras palabras la ósmosis u osmosis es un fenómeno consistente en el paso del solvente de una disolución desde una zona de baja concentración de soluto a una de alta concentración del soluto, separadas por una membrana semipermeable. Ósmosis en una célula animal: en un medio isotónico, hay un equilibrio dinámico, es decir, el paso constante de agua. En un medio hipotónico, la célula absorbe agua hinchándose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citólisis o hemólisis en células sanguíneas. En un medio hipertónico, la célula elimina agua y se arruga llegando a deshidratarse y se muere, esto se llama crenación o deshidratación. - Isotónico: es aquél en el cual la concentración de soluto está en iguales cantidades, tanto

fuera como dentro de una célula. En hematología, se dice de las soluciones que tienen la misma concentración de sales que el suero de la sangre son isotónicas.

- Hipertónico: si una célula se encuentra en un medio hipertónico, sale agua de la célula

(medio intracelular) hacia el exterior (medio extracelular), a causa de esto la se contrae y puede llegar a morir por deshidratación. La salida del agua de la célula continúa hasta que la presión osmótica del medio y de la célula sean iguales. Fenómenos similares ocurren al conservar alimentos en salmueras o jarabes concentrados de azúcar. La célula animal sufre el fenómeno de crenación como consecuencia de la salida de agua. A su vez, en las células vegetales se produce la plasmólisis: cuando el agua sale del medio intracelular, el protoplasma se retrae, produciéndose un espacio entre la membrana plasmática y la pared celular.



Fig. 20: COMPORTAMIENTO DE LOS ERITROCITOS EN SOLUCIONES DE DISTINTA CONCENTRACIÓN

- Hipotónico: es una solución con baja concentración de soluto. En biología, una solución hipotónica es aquella que tiene menor concentración de soluto en el medio externo en relación al medio citoplasmático de la célula. Una célula sumergida en una solución con una concentración más baja de materiales disueltos, está en un ambiente hipotónico; la concentración de agua es más alta fuera de la célula que dentro. Bajo estas condiciones, el agua se difunde a la célula, es decir, se produce ósmosis de líquido hacia el interior de la célula. Una célula en ambiente hipotónico se hincha con el agua y puede explotar; cuando se da este caso en los glóbulos rojos de la sangre, se denomina hemólisis. Los organismos que viven en suelos de arroyos y lagos habitan en agua de lluvia modificada, que es un ambiente hipotónico. El resto de células animales sufren el fenómeno de citólisis, que lleva a la destrucción de la célula, debido al paso del agua al interior de ella. Por otro lado, en las células vegetales ocurre el fenómeno de presión de turgencia: cuando entra agua, la célula se hincha pero no se destruye debido a la gran resistencia de la pared celular.

2. Transporte activo. Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentración, para lo cual se requiere un gasto energético. A) Transporte activo: bomba de sodio y potasio: 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.

Fig. 21: BOMBA DE SODIO-POTASIO. Nótese la diferencia de gradiente a ambos lados de la membrana celular.

II. Transporte de macromoléculas o partículas. Las macromoléculas o partículas grandes se

introducen o expulsan de la célula por dos mecanismos:

1. Endocitosis: es un proceso celular, por el que la célula introduce en su interior moléculas grandes o partículas, y lo hace englobándolas en una invaginación de la membrana citoplasmática, formando una vesícula que termina por desprenderse e incorporarse al citoplasma. Cuando la endocitosis da lugar a la captura de partículas se denomina fagocitosis, y cuando son capturadas porciones de líquido, se denomina pinocitosis. La pinocitosis atrapa sustancias de forma indiscriminada, mientras que la endocitosis mediada por receptores sólo incluye al receptor y a aquellas moléculas que se unen a dicho receptor, es decir, es un tipo de endocitosis muy selectivo.



La endocitosis es por ejemplo el método que utilizan las neuronas para recuperar un neurotransmisor liberado en el espacio sináptico, para ser reutilizado. Sin este proceso, se produciría un fracaso en la transmisión del impulso nervioso entre neuronas. El proceso contrario a la endocitosis es la exocitosis. Endocitosis y exocitosis son dos procesos que están regulados por la célula para mantener constante la membrana plasmática, ya que permiten su regeneración pues los fagosomas que contienen las moléculas fagocitadas se forman a partir de la membrana plasmática y cuando el proceso de digestión celular llevado a cabo por los lisosomas finaliza se lleva a cabo la excreción celular por exocitosis recuperándose la membrana utilizada para la formación del fagosoma. La vesícula formada se llama endosoma que se fusionará con un lisosoma, luego de esto se produce la digestión intracelular del contenido de ésta.

Fig. 22: TIPOS DE ENDOCITOSIS

Las células fagocíticas especializadas presentan receptores de membrana que cuando contactan con fragmentos celulares inducen la formación de pseudópodos que las recubren, formando los fagosomas. Posteriormente los lisosomas se fusionan con la pared de los fagosomas vertiendo sus enzimas hidrolíticas que actúan a pH ácido (próximo a 5) y llevan a cabo la degradación de los fragmentos celulares. Aquella parte que no puede ser digerida se eliminará al exterior mediante exocitosis.

Fig. 23: FAGOCITOSIS DE UN GLÓBULO BLANCO



2. Exocitosis: es la expulsión de sustancias, como la insulina, a través de la fusión de vesículas

con la membrana celular. Es el proceso celular por el cual las vesículas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmática, liberando su contenido.

Relaciona por medio de flechas, cada una de las etapas de la exocitosis con las partes de la imagen donde se aprecian estas.

Fig. 24: EXOCITOSIS EN UNA SINAPSIS NEURONAL

La exocitosis se observa en muy diversas células secretoras, tanto en la función de excreción como en la función endocrina. También interviene la exocitosis en la secreción de un neurotransmisor en el espacio sináptico, para posibilitar la propagación del impulso nervioso entre neuronas. La secreción química desencadena una despolarización del potencial de membrana, desde el axón de la célula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la célula receptora. Este neurotransmisor será luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado. Sin este proceso, se produciría un fracaso en la transmisión del impulso nervioso entre neuronas.



ORGANELOS U ORGÁNULOS CITOPLASMÁTICOS

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