T7 – LA CÉLULA. EL NÚCLEO.

1. Concepto de célula. Teoría celular.2. Origen y evolución celular.3. Tipos de organización celular.4. Forma y tamaño de las células.5. El núcleo y la envoltura nuclear.6. La cromatina.7. El nucleoplasma y el nucleolo.8. Los cromosomas.

ANTECEDENTES PAU:

2002 – Junio: principios de la Teoría Celular;diferencias estructurales entre células Procariotas y Eucariotas;

2002 – Septiembre: diferencias estructurales entre células animales y vegetales;2003 – Junio: niveles de organización de la cromatina, morfología del cromosoma y papel de los centriolos;

diferencias entre célula bacteriana y eucariota;2004 – Junio: estructura del cromosoma metafásico, cariotipo y características del

síndrome de Down; 2005 – Junio: relación entre cromatina, cromosoma y cromátida;

morfología del cromosoma metafásico, diferencias con el anafásico;2006 – Junio: definición de cromátida, cromosoma y centrómero;2006 – Septiembre: principios de la Teoría Celular;

diferencias estructurales entre células Procariotas y Eucariotas;niveles de organización de la cromatina;morfología del cromosoma metafásico;papel de los centriolos en la división celular;

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2007 – Junio: células procariotas y eucariotas, diferencias;2007 – Septiembre: características de la célula animal y vegetal, identificación de estructuras;

cromatina, niveles de organización;2008 – Junio: función del nucleolo;2008 – Septiembre: principios de la Teoría Celular;

diferencias entre célula bacteriana y eucariota;definición de cromátida, cromosoma, centrómero y cinetocoro;

2010 – Junio: identificar partes del cromosoma metafásico;diferenciar cromosomas homólogos de cromátidas hermanas;diferenciar entre células procariotas y eucariotas;

2010 – Septiembre: niveles de organización de la cromatina;diferencias entre cromatina interfásica y cromosoma metafásico;diferencias entre células animales y vegetales;

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1632-1723. Anton Van Leeuwenhoek. Construyó el primer microscopio óptico y realiza las primeras observaciones.

1635-1702. Robert Hooke. Describe una lámina de corcho y utiliza por primera vez el término célula para referirse a las celdillas que observa.

1 – Concepto de célula. Teoría Celular.

SIGLO XVII

SIGLO XX

SIGLO XIX

1. Todos los organismos se encuentran formados por una o más células.

2. La célula es la unidad anatómica y fisiológica de los seres vivos.

3. Toda célula procede por división de otra ya existente.

4. El material hereditario conteniendo las características genéticas de

una célula pasa de la célula madre a la hija.

J.M. Schleiden, T. Schwann y R. Virchow

1933. Santiago Ramón y Cajal. Demuestra definitivamente la individualidad celular en el tejido nervioso concediendo validez universal a la teoría celular.

ENUNCIADOS DE LA TEORÍA CELULAR

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2 – Origen y evolución celular.

Datos de interés:Datos de interés:

• Hace unos 13.000 millones de años se originó el Universo.• Hace 4.600 m.a. se originaron el Sistema Solar y la Tierra.

• Hace unos 3.800 m.a. se consolidó la corteza sólida de la Tierra y se formaron la atmósfera y los océanos y mares.

• Hace 3.600 m.a. se originó la vida sobre la Tierra.

A. Oparin y J. B. S. Haldane, 1922 Stanley L. Miller, 1953

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2 – Origen y evolución celular.

A. Oparin y J. B. S. Haldane

1) El punto de partida hace 3.800 m.a. La atmósfera primitiva estaba formada por: metano (CH4), amoniaco (NH3), hidrógeno (H2) y vapor de agua (H2O), era reductora y anaerobia. No obstante en estas sustancias estaban los principales bioelementos que forman la materia viva: carbono (C), nitrógeno (N), hidrógeno (H) y oxígeno (O).

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2 – Origen y evolución celular.

2) ¿Cómo se formaron las biomoléculas? Las radiaciones solares y las descargas eléctricas proporcionaron la energía suficiente para que los componentes de la atmósfera reaccionasen y se formasen las biomoléculas, compuestos orgánicos sencillos como los que ahora forman los principales compuestos de los seres vivos.

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2 – Origen y evolución celular.

3) ¿Cuáles fueron estas biomoléculas? Se formaron así, azúcares, grasas simples, aminoácidos y otras moléculas sencillas que reaccionaron entre sí para dar lugar a moléculas más complejas.

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2 – Origen y evolución celular.

4) ¿Cómo se formó el “caldo primitivo”? Según Oparin, los compuestos orgánicos que se formaron en la atmósfera fueron arrastrados hacia los mares por las lluvias y allí, a lo largo de millones de años, se concentraron formando una disolución espesa de agua y moléculas orgánicas e inorgánicas que él llamó “caldo primitivo”.

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2 – Origen y evolución celular.

5) Los precursores de las bacterias. En este “caldo primitivo” algunas moléculas formaron membranas, originándose unas estructuras esféricas llamadas coacervados. Algunos coacervados pudieron concentrar en su interior enzimas con las que fabricar sus propias moléculas y obtener energía. Por último, algunos pudieron adquirir su propio material genético y así la capacidad de replicarse (reproducirse). Se formaron así los primitivos procariotas..

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2 – Origen y evolución celular.

Stanley L. Miller, 1953

EL EXPERIMENTO DE MILLER.

En 1953 Miller hizo una experiencia de gran importancia. Construyó un dispositivo como el de la figura. En él, el agua del matraz se calentaba y los vapores circulaban por el circuito. Introdujo una mezcla de gases como la que pudo haber en la primitiva atmósfera de la Tierra. Las descargas eléctricas de los electrodos hicieron reaccionar la mezcla. Ésta era enfriada por el condensador y los compuestos producidos se disolvían en el agua del matraz. Después de cierto tiempo, a través de la llave sacó parte del líquido para analizarlo y descubrió que se habían formado muchas biomoléculas: azúcares sencillos, aminoácidos,… de gran importancia en la constitución de los seres vivos.

De esta manera Miller demostró que las primeras etapas de la teoría de Oparin eran posibles.

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2 – Origen y evolución celular.

• OBJECIONES A OPARIN Y MILLER:

• La composición supuesta de la atmósfera pudo no ser tan reductora.

N2, CO2, H2O e H2 (<1%) en lugar de NH3, H2O, CH4 y H2

• OTRAS TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DE LA VIDA.

• Panspermia (Hoyle):

La vida en la Tierra procede de moléculas orgánicas procedentes del polvo interestelar de meteoritos.

• Microesferas protenoides (Fox et al.):

En lugar de los coacervados de Oparin, propone la formación de microesferas autónomas formadas por aminoácidos.

• Arcillas catalizadoras (Cairns-Smith):

Superficies de arcillas con capacidad autorreplicativa habrían ayudado en el crecimiento de las primeras moléculas orgánicas

• Hierro-sulfuro (Wachterhaüser):

La vida habría surgido en aguas profundas hidrotermales a elevadas temperaturas, donde abundan los sulfuros de Fe y Ni que catalizaron la formación de las primeras biomoléculas.

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2 – Origen y evolución celular.

Evolución de la clasificación de la vida.

Carl von Linné, 1758Carl von Linné, 1758• Propuso el actual sistema binomial de nomenclatura.• Se reconocen 2 reinos: VEGETAL, ANIMAL.

Erns Haeckel, finales XIXErns Haeckel, finales XIX• Propone el reino PROTISTAS (con microorganismos).

Herbert Copeland, 1956Herbert Copeland, 1956• Propone el reino MONERA (con bacterias)..

R. Whittaker, 1959R. Whittaker, 1959• Propone el reino FUNGI (con hongos)..• Se reconocen 5 reinos: MONERA, PROTISTA, FUNGI, ANIMALIA, PLANTAE.

Whittaker y Margulis 1978Whittaker y Margulis 1978• Incluyeron las algas dentro de PROTISTAS.• Se siguen reconociendo 5 reinos: MONERA(bacterias), PROTOCTISTA (protozoos, algas),FUNGI (hongos y líquenes), ANIMALIA (vertebrados e invertebrados), PLANTAE (musgos, helechos coníferas, con flores).

Microscopio

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2 – Origen y evolución celular.Carl Woese (1980)Carl Woese (1980)(Análisis de ARNr)

PROGENOTEPROGENOTEPROTOBIONTEPROTOBIONTE• Antepasado común de todos los organismos.• Con mecanismos de transcripción y traducción genética.

Células PROCARIOTASCélulas PROCARIOTAS• Sin núcleo diferenciado.

ArchaeobacteriasArchaeobacterias• Bacterias de ambientes extremos..

EUBACTERIASEUBACTERIAS• Bacterias verdaderas.

Células EUCARIOTASCélulas EUCARIOTAS• Con núcleo diferenciado..

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2 – Origen y evolución celular.

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2 – Origen y evolución celular.

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2 – Origen y evolución celular.Lynn Margulis (1967)Lynn Margulis (1967)

La teoría endosimbiótica de Lynn Margulis propone que las células eucarióticas se originaron a partir de unaprimitiva célula urcariota que en un momento determinado englobaría a otras células u organismosprocarióticos, estableciéndose entre ambos una relación endosimbionte.

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3 – Tipos de organización celular.

• CÉLULAS PROCARIOTAS (Arqueobacterias y Eubacterias)CÉLULAS PROCARIOTAS (Arqueobacterias y Eubacterias)

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3 – Tipos de organización celular.

• CÉLULAS EUCARIOTASCÉLULAS EUCARIOTAS

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4 – Forma y tamaño de las células.• FORMA: depende de la función celular.

Durante el desarrollo embrionario se produce la DIFERENCIACIÓN CELULAR que da lugar a los diversos tejidos, propios de cada especie.

También influye la edad, la situación y el momento funcional.

• TAMAÑO: generalmente es microscópicos aunque hay excepciones como el caso de los ovocitos.

El tamaño celular se mide respecto al soma o territorio que contiene al núcleo.

Diámetro medio: 10 – 100 µm (micras: 1 mm = 106 µm).

Ley de Driesch de la magnitud celular constante:

“las diferencias de tamaño entre organismos vegetales y animales no dependen del tamaño de sus células, que es prácticamente constante, sino de número de estas”.

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4 – Forma y tamaño de las células.

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5 – El núcleo y la envoltura nuclear.• Alberga en su interior la información genética.

• Es el lugar donde se realiza:

• Replicación del ADN.

• Síntesis de todos los ARN.

• Su aspecto depende del ciclo celular:

• NÚCLEO INTERFÁSICO: cuando la célula no está en fase de división.

• NÚCLEO MITÓTICO: cuando la célula se va a dividir y se ven los cromosomas.

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5 – El núcleo y la envoltura nuclear.

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5 – El núcleo y la envoltura nuclear.

Núcleo esférico Núcleo ovalado Núcleo polilobulado

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5 – El núcleo y la envoltura nuclear.

• Es una doble membrana con un espacio intermembranoso.

• Membrana nuclear externa (7-8 nm):

con ribosomas en la cara externa y unida

al R. E.

• Espacio perinuclear o intermembranoso

(10-20 nm):

Con múltiples dilataciones de hasta 70 nm.

• Membrana nuclear interna.

Asociado a la cara interna tiene una red de

proteínas (lámina fibrosa o nuclear). Tiene

la función de anclar la cromatina.

ENVOLTURA NUCLEAR:

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5 – El núcleo y la envoltura nuclear.

COMPLEJO DE PORO NUCLEAR:

Son perforaciones circulares que se forman y desaparecen según el estado funcional de la célula.

Los poros nucleares regulan el intercambio de moléculas entre el núcleo y el citosol:

• Moléculas hidrosolubles → libre circulación.

• Moléculas no hidrosolubles → transporte activo (con gasto de energía).

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6 – La cromatina.

CROMATINA: ADN empaquetado y compactado asociado a proteínas, que pueden ser:

• PROTEÍNAS HISTONAS: con ↑ Arg y Lys (proteínas con carga +).

5 tipos: H1, H2A, H2B, H3 y H4.

• PROTEÍNAS NO HISTONAS: enzimas de regulación del ADN.

TIPOS DE CROMATINA (en función de la

tinción):

• EUCROMATINA: cromatina menos

condensada. Se tiñe débilmente.

• HETEROCROMATINA: cromatina más

condensada. Se tiñe fuertemente.

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6 – La cromatina.

• NIVEL 1. NUCLEOSOMA: unidad de empaquetamiento fundamental de la cromatina:– Es un núcleo central formado por 2 moléculas de H2A, H2B, H3 y H4.– El ADN da 2 vueltas alrededor de estas 8 moléculas (≈ 83 pares de bases/vuelta).– La H1 está fuera de la parte central del nucleosoma.

ULTRAESTRUCTURA DE LA CROMATINA:

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6 – La cromatina.

• NIVEL 2. COLLAR DE CUENTAS de 10 nm:

– Cada nucleosoma está unido a su vecino por una cadena “al descubierto” de ADN espaciador.

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6 – La cromatina.

• NIVEL 3. FIBRA de 30 nm EN SOLENOIDE:

– Los nucleosomas se empaquetan unos sobre otros formando fibras de 30 nm.

– Es una estructura enrollada de ≈ 6 nucleosomas/giro

– H1 es necesaria para este empaquetamiento.

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6 – La cromatina.

• NIVEL 4. FIBRA DE 300 nm de DOMINIOS EN BUCLE:

– El solenoide de 30 nm forma “loops” (bucles).

•NIVEL 5. FIBRA DE 700 nm de ESPIRALES CONDENSADAS:

– Enrollamiento de los dominios en bucle formando ramilletes de dominios en bucle.

•NIVEL 6. CROMOSOMAS de 1400 nm :

– Condensación de dominios en bucle.

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6 – La cromatina.

NÚCLEO METAFÁSICO: DE CROMATINA A CROMOSOMA:

• EUCROMATINA: Poco compactada y muy abundante.

• HETEROCROMATINA: Muy compactada y aparece formando los cromocentros.

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7 – El nucleoplasma y el nucleolo.

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8 – Los cromosomas.

El cromosoma metafásico está constituido por dos cromátidas unidas por el centrómero que divide al cromosoma en dos brazos.

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8 – Los cromosomas.

• Es el conjunto de cromosomas de una célula representado fotomicrográficamente.

• Es constante en todas las células que pertenecen a un mismo organismo, excepto en las células reproductoras o gametos, que contienen la mitad de cromosomas que una célula normal.

• No guarda relación con el nivel evolutivo alcanzado por la especie.

• CARIOTIPO HUMANO: 23 pares de cromosomas.

• Cromosomas somáticos o autosomas (del 1 al 22)

comunes en los dos sexos

• Cromosomas sexuales o gonosomas (23, X o Y)

responsables de la determinación del sexo

XX = ♀ XY = ♂

• Número de cromosomas:

• Células haploides (n): 1 juego de cromosomas.

• Células diploides (2n): aparecen en la mayoría de los organismos y tienen dos juegos de cromosomas. Se dice que son cromosomas homólogos porque contienen información genética para los mismos caracteres.

• Células poliploides (Xn): 3, 4 o más juegos de cromosomas.

CARIOTIPO Y NÚMERO DE CROMOSOMAS:

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