La célula

• Es la unidad elemental de estructura y función de todos los seres vivos

– Es la unidad más pequeña que manifiesta todas las propiedades de la vida

– Todos los seres vivos están compuestos de células

– Todo organismo vivo ha sido alguna vez una célula

La célula es la unidad funcional de los seres vivos

• Seres unicelulares y pluricelulares (células especializadas)

• En ambos casos la célula crece y se reproduce individualmente

• Todas las células proceden de un antecesor común (variación al azar y selección natural)

• La vida no existe en unidades más pequeñas que la célula

• 1 mililitro de sangre: 5.000.000.000 de C

• 1cm cúbico de tierra 100.000.000.000 de bacterias

• Cuerpo humano: 100 billones de C

Células procariotas y eucariotas

• Eucariotas:• Núcleo diferenciado. Mayor tamaño. Plantas,

hongos y animales. Células “modernas”

• Procariotas:• Núcleo no diferenciado. Menor tamaño. Bacterias.

Células “primitivas”

• Dentro de una célula eucariota cabrían hasta 10000 bacterias

Estructura de las células eucariotas

Célula con microscopio óptico (2500 aumentos)

1 Nucleo

2 cromatina

3 nucleolo

4 Citoplasma

5 Vacuolas

6 mitocondrias

1 2

3

4 5 6

Membranas celulares• Plasmática• Nuclear• De orgánulos

Núcleo• Genoma

Citoplasma(citosol + orgánulos)

• Retículo endoplasmático• Aparato de Golgi• Lisosomas• Mitocondrias

Citoesqueleto• Microtúbulos• Microfilamentos• Filamentos intermedios

Con microscopio electrónico 250000 aumentos

Membrana plasmática(Membrana celular)

Teoría de la bicapa lipídica de la membrana (mosaico fluído)

Bicapa fosfolipídica de naturaleza semimpermeable que separa el interior celular del medio (función de protección), pero que permite el traspaso de sustancia en ambos sentidos (función de comunicación)

El intercambio de materia entre el interior y el exterior está controlado por procesos bioquímicos en la membrana (liposolubilidad)

Características funcionales de las membranas biológicas. Fisiología

• Estas características se fundamentan en la naturaleza fluida de los componentes lipídicos (desplazamiento lateral, no de una capa a otra)

• La fisiología de la membrana depende de la fluídez y viscosidad, a más fluídez mayor actividad

• Ciertos procesos de transporte a través de la membrana y de actividad encimática cesan cuando aumenta la viscosidad

• La viscosidad depende de la temperatura y la composición del fosfolípido

• Transición de fase (temperatura crítica de congelación) la membrana se vuelve rígida

• Longitud de la cadena hidrocarbonada (cuanto más corta, mas baja la temperatura de congelación

• Doble enlace tipo cis (cuando está presente, baja la temperatura de congelación)

La naturaleza lipídica de la membrana plasmática eucariótica es variada:

• Fosfolípidos: (fosfotidilcolina, esfingomielina, fosfatildilcerina)

• Otros lípidos:

• Colesterol

• Glucolípidos: (gangliósidos)

La membrana plasmática también tiene una naturaleza proteica con un importante papel a nivel funcional

Proteínas en la membrana plasmática

Proteínas intrínsecas (integrales, estructurales): atraviesan completamente la membrana

Proteínas polares: presentan una región hidrofóbica que se une a los grupos lipídicos y una región hidrofílica que evita a estos grupos

Proteínas extrínsecas o periféricas: asociadas a la membrana sin atravesarla

Son proteínas hidrofílicas• Unidas a lípidos

• Unidas a proteínas intrínsecas

P. periféricas externas• Comunicación e interacción entre células (matriz extracelular)

P. Periféricas internas• Citoesqueleto celular

Mecanismos para traspasar la membrana

• Pasivo (difusión facilitada)

• Trasporte activo (requiere gasto de energía)

• Las disoluciones extra e intracelular están separadas por la membrana plasmática

• Naturaleza semipermeable de la membrana: el H2O, O2 y CO2 atraviesan la membrana por difusión simple

• También influye la carga eléctrica de uno u otro lado de la membrana

• Los nutrientes, iones, deshechos no la atraviesan por difusión simple, utilizan canales, bombas y proteínas transportadoras

Difusión

• Ósmosis: difusión exclusiva de H2O a través de membrana

• Presión osmótica• Equilibrio de concentración (Hipertónico – Isotónico

– Hipotónico)

• Trasporte activo

• Tránsito de moléculas hidrosolubles necesarias para la supervivencia y crecimiento (azúcares, aminoácidos, etc)

• Tránsito de iones necesarios para el funcionamiento celular (ej. neuronas)

Proteínas transmembranales de transporte

• Proteínas transportadoras

• Proteínas formadoras de canales

Proteínas transportadoras

• Casi todas las pequeñas moléculas necesarias para la vida de las células, salvo el H2O, O2, CO2 y los ácidos grasos, son transportadas por proteínas especializadas

• Especificidad de la proteína transportadora

• Transporte pasivo (difusión facilitada): movimiento de la molécula a favor de los gradientes de concentración y eléctrico

• Transporte activo: movimiento de la molécula en contra de los gradientes de concentración y eléctrico. Empleo de energía (Adenosín trifosfato: ATP)

Canales iónicos

• Canales: medio de comunicación transmembranal de elementos hidrófilos

• Naturaleza proteica

• Canales iónicos

• Estrechos y selectivos

• Conformaciones estructurales

• Tipología

• Dependientes de voltaje (por despolarización)

• Dependientes de ligando (si se les une una molécula específica

• Activados por fuerzas mecánicas

El núcleo celular

Centro de control de la célula

Almacena toda la información genética en sus moléculas de DNA

Sólo las células eucariotas tienen núcleo

Rodeado por una doble membrana que contiene poros para el transporte de macromoléculas

El ARN es sintetizado en el núcleo y lleva la información genética al citoplasma

Las proteínas se sintetizan en el citoplasma y entran en el núcleo para realizar su función enzimática, estructural o reguladora

ARN

Citoplasma

Proteínas

En el núcleo hay uno o más nucleolos

En el nucleolo se sintetiza el ARN que constituye los ribosomas

El ADN se encuentra en el núcleo unido a proteínas formando la cromatina

Cuando la célula se va a dividir, la cromatina se condensa y se individualizan los cromosomas

Orgánulos citoplasmáticos

Citoplasma:

• Retículo endoplasmático• Aparato de Golgi• Mitocondrias• Vacuolas• Lisosomas

Retículo endoplasmático

• Estructura en forma de laberinto formado por membranas y que forma canales y vesículas interrelacionadas

• RE Liso y RE Rugoso (con ribosomas)

Aparato o Complejo de Golgi

• Pequeños sacos apilados rodeados por una membrana

• Abundante en células secretoras

• Relacionado estructural y funcionalmente al RE

• Síntesis de polisacáridos

• Modificación, transporte y almacenamiento de sustancias sintetizadas en otras partes de la célula

• Lípidos y proteínas se transforman en glucolípidos y glucoproteínas

Existen dos direcciones en el tráfico de las vesículas de transporte del AG

• Hacia la membrana plasmática (glucolípidos y glucoproteinas)

• Hacia los lisosomas

Mitocondrias

• Membrana externa e interna; matriz mitocondrial

• Pliegues llamados crestas

• Centrales energéticas de la célula

• Contienen enzimas implicadas en la degradación de moléculas

• Funcionan en presencia de oxígeno

• En su interior las moléculas (glucosa pej) se oxidan, pierden electrones que pasan al O2 liberando energía que se almacena en moléculas de ATP

• Esta energía se emplea en todos los procesos de síntesis o movimiento

Cloroplastos

• Específicos de las células vegetales

• En su interior ocurre la fotosíntesis

• Contienen clorofila, que capta la luz solar y la transforma en energía química para sintetizar moléculas orgánicas a partir del CO2 de la atmósfera

Vacuolas

• Orgánulos muy sencillos rodeados por una membrana

• Algunas degradan moléculas (vacuolas digestivas) otras almacenan sustancias (grasa, proteínas, almidón, pigmentos, etc)

Lisosomas

• Semejantes a las vacuolas• Contienen enzimas que degradan las moléculas

inservibles para la célula

Citoesqueleto

• Da consitencia y forma a la célula y está implicado en sus movimientos

• Formado por • Microtúbulos (formados por la proteína tubulina)

• Filamentos intermedios

• Microfilamentos (formados por la proteína actina)

La tubulina y la actina son proteínas globulares que pueden ensamblarse y desensamblarse produciendo cambios de forma

• Pueden formar estructuras superiores (orgánulos)• Centriolo: formado por microtúbulos.

Relacionado con la aparición del huso mitótico, que interviene en la separación de cromosomas en la división de la célula

• Cilios y flagelos: se forman en la periferia de la célula y están relacionadas con el movimiento de esta en medios líquidos

Multicelularidad• Organismos pluricelulares• Formados por células especializadas

– División del trabajo– Diferenciación celular

• Estas células no pueden vivir aisladas– Cooperación e interdependencia

• Un conjunto de células adyacentes y del mismo tipo constituye un Tejido

• Los diferentes tejidos que cooperan para realizar una función constituyen un Órgano

• Un conjunto de órganos con función compartida constituyen un Sistema

• Célula, tejido, órgano y sistema constituyen los distintos Niveles de Organización de los organismos pluricelulares

• Reproducción: en los OP sólo hay unas pocas células diferenciadas para la reproducción de todo el organismo– Proceso de desarrollo: una única célula debe dar lugar a

todo un organismo pluricelular

• Sistemas digestivos, excretores, esqueléticos, de defensa etc.

• Todas estas funciones deben estar coordinadas

Reproducción celular

Mecanismo capaz de prolongar lo viviente en el espacio y el tiempo

Para que la célula se divida también se han de multiplicar las moléculas que la constituyen

Niveles de organización de la reproducción

Molecular CelularOrganismos

Para la reproducción hacen falta nutrientes

Nivel molecularLa multiplicacíón de las moléculas dentro de la célula está en función de la complejidad de la molécula

• Sustancias inorgánicas: tomadas directamente de los nutrientes

• Hidratos de carbono, lípidos y aminoácidos: síntesis enzimática de las sustancias aportadas por la nutrición

• Moléculas proteínicas: síntesis dependiente de los genes

• ADN: Autorreplicado. Es la base de la reproducción de un organismo

Así, la célula incorpora moléculas y consigue el crecimiento celular que necesita para la reproducción

La reproducción celular es el mecanismo universal de transmisión de la información que existe en la célula madre a las células hijas

Ciclo celular:

• Interfase (G1, S y G2)• Crecimiento citoplasmático

• Duplicación del centrosoma (G1, S y G2)

• Duplicación de ADN (S)

• Mitosis• División celular

Nivel Celular

G1: Primera fase de crecimiento. La célula va aumentando de tamaño y sintetiza proteínas y ARN

S: Síntesis. El ADN se duplica en el núcleo

G2: segunda fase de crecimiento. Se siguen sintetizando ARN y proteínas, al final cambia la estructura celular

Este periodo (entre dos mitosis) se llama interfase y la actividad metabólica es máxima

En los seres pluricelulares, son los factores de crecimiento los responsables de coordinar la reproducción celular

Mitosis o división celular

División de una célula en dos células hijas

Se generan células iguales a la original (con el mismo DNA)

Mitosis: Varias etapas

• División nuclear

• Profase

• Metafase

• Anafase

• Telofase

• Cinocitosis (división del citoplasma)

Profase

• Se hacen patentes los cromosomas (constituídos por dos cromátidas unidas por el centrómero, cada cromátida corresponde a una cadena de ADN)

• El cromosoma se acorta y engrosa porque se condensa la cromatina

• La membrana nuclear y el nucleolo desaparecen y dejan libres a los cromosomas por el citoplasma

Metafase

• Aparece el huso

• Los cromosomas se insertan en las fibras del huso por el centrómero

• Se desplazan hasta el ecuador del huso formando la placa metafásica o ecuatorial

Anafase

• El centrómero se divide

• Cada cromosoma se separa en sus dos cromátidas

• Los centrómeros emigran por las fibras del huso en direcciones opuestas arrastrando cada uno a una cromátida

• Termina con la separación completa de las cromátidas hermanas

Es la fase crucial de la mitosis porque distribuye las dos copias de la información genética original

Telofase• Los dos grupos de cromátidas se descondensan y se

hacen menos patentes

• Se reconstruye la membrana celular alrededor de cada conjunto cromosómico, lo cual define los nuevos núcleos hijos

• Reorganización del nucleolo que desapareció en la profase

Citocinesis

• División del citoplasma

• Membrana nuclear completa

• Por estrangulación (animales)

• Por tabicación (vegetales)

• Quedan dos células idénticas a la madre excepto en tamaño