VISIN GLOBAL DE LA

CLULA E

INVESTIGACIN

CELULAR

Dr. Joaqun Daz Brito, Ph.D.

SUMARIO

ORIGEN Y EVOLUCIN DE LAS CLULAS

CLULAS COMO MODELOS EXPERIMENTALES

TCNICAS E INSTRUMENTOS EN BIOLOGA CELULAR

CLULA

ORGANISMO

Es una unidad del mundo vivo, con estructuras,

funciones y desarrollo propios, que reacciona

como un todo a los cambios del medio ambiente

e intercambia sustancias y energa.

CLULA

UNIDAD BSICA DE TODOS LOS ORGANISMOS, TANTO DE

ESTRUCTURA COMO DE FUNCIN, QUE SE ENCUENTRA EN

CONTINUO MOVIMIENTO Y SUJETA A UNA INTERACCIN

CONSTANTE CON EL MEDIO AMBIENTE

ORGANISMOS

UNICELULARES

MULTICELULARES

Contienen muchos tipos distintos de clulas, que se

diferencian unos de otros en su tamao, forma y funcin.

Independientemente del tamao y la complejidad de un

organismo, cada una de sus clulas retiene un cierto

grado de individualidad y autonoma

Presentan ncleo.

Presentan gran variedad de orgnulos citoplasmticos.

Procariotas:

Eucariotas:

Tipos de clulas

Carecen de ncleo.

Presentan escasos orgnulos.

Tipo de clula que carece de envolturanuclear, por lo cual los componentesnucleares se encuentran localizados enel citoplasma

Tipo de clula que presenta envolturanuclear. Presenta numerosas estructurasen el citoplasma.

EVOLUCIN DE LAS CLULAS

Todos los organismos presentes hoy da en labiosfera han evolucionado a partir de progenitores

ancestrales unicelulares.

Dos grandes grupos de procariotas existentes hoyen da evolucionaron a partir de estas formas

iniciales: ARQUEOBACTERIAS y EUBACTERIAS.

El registro fsil empieza a mostrar evidencias deorganismos mayores y ms complejos hace

aproximadamente 1.500 millones de aos,

probablemente las primeras clulas eucariticas.

MOMENTOS PRINCIPALES EN LA

EVOLUCIN DE LA VIDA EN LA TIERRA

ALGUNAS CLULAS EUCARITICAS PRIMITIVAS

DIERON LUGAR A DIVERSOS PROTISTAS

Los eucariotas unicelulares son muy abundantes, y las clulas de

todos los hongos, plantas y animales multicelulares son eucariticas.

Existen tan slo unos pocos miles de especies procariticas y en

cambio, hay millones de especies de organismos eucariticos.

Despus de la aparicin de las primeras clulas eucariticas, la

evolucin condujo a la formacin de una tremenda diversidad de

organismos unicelulares (PROTISTAS).

Algunos posean cloroplastos y eran parecidos a los modernos

protistas fotosintticos como Euglena y Chlamydomonas.

Otros protistas no fotosintticos eran ms parecidos a Paramecium o

Dictyostelium.

REPRESENTACIN DEL MODO EN QUE LAS PLANTAS MODERNAS,

LOS ANIMALES, LOS HONGOS, LOS PROTISTAS Y LAS BACTERIAS

COMPARTEN UN PRECURSOR EVOLUTIVO COMN

ORGANISMOS VIVOS DIFERENTES COMPARTEN

CARACTERSTICAS COMUNES

Entre un majestuoso roble, un guila que

remonta el vuelo por encima de su copa,

una bacteria del suelo que crece entre sus

races y los seres humanos parece en

principio que debe haber muy pocas cosas

en comn .

Sin embargo, comparten las mismas

unidades estructurales bsicas o sea LAS

CLULAS, y los mismos tipos de

MACROMOLCULAS compuestas por los

mismos tipos de subunidades monomricas.

Adems tienen los mismos ancestros

evolutivos.

UTILIDAD DE LAS CLULAS

Las clulas se consideran excelentes modelos

experimentales para los estudios morfo funcionales.

Todas las clulas vivas comparten ciertas similitudes

fundamentales a causa de haber evolucionado a partir de los

mismos progenitores.

Un cuidadoso anlisis bioqumico de un pequeo nmero de

clulas, independientemente de sus diferencias en detalles

bioqumicos y de variedad de sus apariencias superficiales,

debera permitir deducir principios generales aplicables a

todas las clulas y organismos.

Los conocimientos adquiridos en el campo de la biologa en

los ltimos 150 aos han confirmado una y otra vez estas

proposiciones.

Ciertas clulas, tejidos y organismos han sido de mayor

utilidad que otros en estudios experimentales.

CLULAS COMO MODELO EXPERIMENTAL

Un cultivo masivo de clulas bacterianas o protistas (E. coli,

Saccharomyces o Chlamydomonas), todas ellas derivadas de la

misma clula progenitora por divisin, rene todos los requisitos

que debe cumplir una fuente de material rica y homognea.

La simplicidad de una estructura o funcin hace que una clula en

ocasiones resulte atractiva como sistema experimental. Por

ejemplo: el eritrocito maduro ha sido la clula favorita para estudios

sobre la estructura y funcin de la membrana plasmtica.

DIMENSIONES CELULARES

Las clulas son de tamao microscpico.

El dimetro tpico de las clulas animales y

vegetales es de unos 10 a 30 m.

Muchas bacterias tienen una longitud de tan slo

1 a 2 m.

Existen algunas excepciones interesantes a la

idea general de que las clulas deben ser

pequeas. El alga gigante Nitella tiene clulas que

miden varios centmetros.

TCNICAS E INSTRUMENTOS EN BIOLOGA

CELULAR

MICROSCOPIO PTICO

MICROSCOPA

ELECTRNICA

MICROSCOPIO

ELECTRNICO

FRACCIONAMIENTO

SUBCELULARULTRACENTRIFUGA

MICROSCOPA

PTICA

Los microscopios se utilizan para mejorar la resolucin.

Las clulas son las unidades bsicas de los seres

vivos, y la mayora de ellas son de pequeo tamao por

lo que es indispensable el uso de instrumentos como

los microscopios para su visualizacin.

MICROSCOPA

Microscopa es el conjunto de tcnicas y mtodos

destinados a hacer visible los objetos de estudio que

por su pequeez estn fuera del rango de resolucin del

ojo normal.

Por lo general el poder resolutivo del ojo humano es de

0.2mm (200 m), o sea la menor distancia vista o

resuelta por el ojo humano es de dos lneas separadas

1mm de distancia; si hay dos lneas a 200 m de

distancia, veremos una sola lnea.

La invencin del microscopio en el siglo XVII

El primer microscopio compuesto fue desarrollado por

Robert Hooke. A partir de ste, los avances tecnolgicos

permitieron llegar a los modernos microscopios de

nuestro tiempo, los que existen de varios tipos y son

usados con diferentes fines. Hooke, utiliza un

microscopio compuesto para estudiar cortes de corcho y

describe los pequeos poros en forma de caja a los que

l llam "clulas".

El desarrollo de este aparato suele asociarse con los

trabajos de Anton van Leeuwenhoek. Los microscopios de

Leeuwenhoek constaban de una nica lente pequea y

convexa, montada sobre una plancha, con un mecanismo

para sujetar el material que se iba a examinar.

MICROSCOPIO PTICOOCULAR

OBJETIVO

PORTADOR DEL

OBJETO

LENTES DE LA

ILUMINACIN

SUJECIN

DEL OBJETO

ESPEJO DE LA

ILUMINACIN

Este instrumento ha sido de gran utilidad, sobre todo en los

campos de la ciencia en donde la estructura y la

organizacin microscpica es importante, incorporndose

con xito a investigaciones dentro del rea de la qumica (en

el estudio de cristales), la fsica (en la investigacin de las

propiedades fsicas de los materiales), la geologa (en el

anlisis de la composicin mineralgica y textural de las

rocas) y, por supuesto, en el campo de la biologa (en el

estudio de estructuras microscpicas de la materia viva),

por citar algunas disciplinas de la ciencia.

Hasta ahora se da uso en el laboratorio de HISTOLOGA y

ANATOMA PATOLGICA, donde la microscopa permite

determinadas aplicaciones diagnsticas, entre ellas el

diagnstico de certeza del CNCER, numerosas estructuras

cristalinas, pigmentos, lpidos, protenas, depsitos seos y

depsitos de amiloide, entre otros.

Si bien el microscopio es el elemento central de la

microscopa, el uso de este requiere, para producir las

imgenes adecuadas, de todo un conjunto de mtodos

y tcnicas afines pero extrnsecas al aparato. Algunas

de ellas son, tcnicas de preparacin y manejo de los

objetos de estudio, tcnicas de salida, procesamiento,

interpretacin y registro de imgenes, entre otras.

Un microscopio con iluminacin por lmpara de

mercurio para microscopa de fluorescencia, con

cmara digital acoplada y conectado a un ordenador.

TIPOS DE MICROSCOPA PTICA

MICROSCOPA

PTICA NORMAL

MICROSCOPA DE CAMPO BRILLANTE

MICROSCOPA EN CONTRASTE DE FASE

MICROSCOPA DIFERENCIAL DE

CONTRASTE DE INTERFERENCIA (DIC)

MICROSCOPA DE

FLUORESCENCIA

MICROSCOPA

CONFOCAL

MARCAJES CON MLTIPLES

FLUORFOROS

RECUPERACIN DE LA FLUORESCENCIA

DESPUS DEL PHOTOBLEANCHING

TRANSFERENCIA DE ENERGA DE

RESONANCIA FLUORESCENTE (FRET)

MICROSCOPA DE CAMPO OSCURO

Clula de Pisum,

coloracin:

safranina-fast-

green

Imagen en contraste

de fase de un

cultivo de clulas

epiteliales (20X)

Microscopa diferencial de

contraste de interferencia

(DIC)

Clulas epiteliales 200X

Clulas epiteliales , triple coloracin: ncleo

(azul), microtubulos (verdes), actina (rojo). 200X

(izq.) y 1000X (der.).

MICROSCOPA ELECTRNICA

La potencia amplificadora de un microscopio ptico est

limitada por la longitud de onda de la luz visible. El

microscopio electrnico utiliza electrones para iluminar

un objeto. Dado que los electrones tienen una longitud

de onda mucho menor que la de la luz pueden mostrar

estructuras mucho ms pequeas. La longitud de onda

ms corta de la luz visible es de alrededor de 4.000 (1es 1 X 10 -10 m). La longitud de onda de los electrones

que se utilizan en los microscopios electrnicos es de

alrededor de 0,5 .

MICROSCOPIO ELECTRNICO

Todos los microscopios electrnicos cuentan con varios

elementos bsicos. Disponen de un can de electrones

que emite los electrones que chocan contra el

espcimen, creando una imagen aumentada. Se utilizan

lentes magnticas para crear campos que dirigen y

enfocan el haz de electrones, ya que las lentes

convencionales utilizadas en los microscopios pticos

no funcionan con los electrones. El sistema de vaco es

una parte relevante del microscopio electrnico. Los

electrones pueden ser desviados por las molculas del

aire, de forma que tiene que hacerse un vaco casi total

en el interior de un microscopio de estas caractersticas.

Por ltimo, todos los microscopios electrnicos cuentan

con un sistema que registra o muestra la imagen que

producen los electrones.

TIPOS BSICOS DE

MICROSCOPIOS ELECTRNICOS

Microscopio electrnico de transmisin (MET)

Microscopio electrnico de barrido (MEB)

PERMITE LA OBSERVACIN DE MUESTRA EN CORTES ULTRAFINOS

PUEDEN AUMENTAR UN OBJETO HASTA UN MILLN DE VECES

CREA UNA IMAGEN AMPLIADA DE LA SUPERFICIE DE UN OBJETO

PUEDEN AMPLIAR LOS OBJETOS 200.000 VECES O MS

PRODUCE IMGENES TRIDIMENSIONALES REALISTAS DE LA

SUPERFICIE DEL OBJETO

MICROSCOPIO

ELECTRNICO

DE

TRANSMISIN

(MET)

Mitocondria

MET 60.000X

MICROSCOPIO

ELECTRNICO

DE BARRIDO

(MEB)

MICROSCOPA ELECTRNICA DE

BARRIDO (MEB)

Glbulo rojo Glbulo blanco

CLULA CORTADA TRANSVERSALMENTE

OBSERVADA AL MEB

REL: retculo endoplasmtico rugoso

ILUSTRACIN ESQUEMTICA DE LOS DOS

TIPOS DE CLULAS EUCARITICAS

ANIMAL

VEGETAL

FRACCIONAMIENTO CELULAR

El desarrollo de mtodos de fraccionamiento celular

constituy un importante avance en el estudio

bioqumico de las clulas.

En un experimento tpico, las clulas o tejidos se

rompen mediante homogeneizacin suave en un medio

isotnico (generalmente solucin de sacarosa 0.2

mol/l). Este tratamiento rompe la membrana plasmtica

pero deja intactos la mayora de los orgnulos.

Los orgnulos difieren en tamao y por tanto

sedimentan a diferentes velocidades durante la

centrifugacin. Como tambin difieren en densidad

especfica, pueden flotar a diferentes niveles en un

gradiente de densidad.

Las clulas de un organismo determinan las

caractersticas morfofuncionales del mismo.

Las clulas se originan a partir de otras clulas y

la continuidad se mantiene a travs de la

informacin contenida en el material gentico

celular.