BIOLOGÍA CELULAR

La célula

Paula Cueto 2ºB

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Indice

1. La célula

3. Célula procariota

2. Tipos de microscopios

5. Célula eucariótica

4. Célula eucariota

1. La célula. Unidad de estructura y función

La célula es la unidad estructural y funcional de vida. En ella se realizan todos los procesos que hacen posible la constitución de las transformaciones vitales. Es una unidad que se repite en todos los seres vivos.

El cuerpo humano está compuesto por billones de células. Le brindan estructura al cuerpo, absorben los nutrientes de los alimentos, convierten estos nutrientes en energía y realizan funciones especializadas.

2. Microscopio óptico y microscopio electrónico: herramientas para el estudio de las células

Ó P T I C O

El instrumento idóneo, aunque no el único, para el estudio de la célula y de los tejidos es el microscopio, por lo que se inicia este capítulo tratando de hacer comprensible qué es y para qué sirve, así como los diferentes tipos de microscopio y las diversas técnicas que se realizan con ellos. En este caso voy a hablar del microscopio óptico y el electrónico.

El principio de funcionamiento de un microscopio óptico se basa en la propiedad de algunos materiales que permiten cambiar la dirección de los rayos de luz. Con este fin, se fabrican lentes capaces de hacer converger o divergir los rayos de luz, generando así la imagen aumentada a partir de distintas lentes.

E L E C T R Ó N I C O

El microscopio electrónico de transmisión utiliza un fino haz de electrones acelerados a gran velocidad como fuente de iluminación. Dichos electrones atraviesan la muestra, produciéndose la dispersión de los mismos en diferentes trayectorias características de la ultraestructura del material observado.

3. Célula procarióta: componentes estructurales y funciones

Las células procariotas poseen la organización celular más simple; sin embargo, los organismos procariotas, a menudo unicelulares, presentan una gran variedad de estrategias metabólicas y fisiológicas.

Componentes estructurales y funciones

• Pared celular: proporciona soporte estructural, protección contra cambios osmóticos, facilita el intercambio de materiales, ayuda en la adhesión y colonización, y protege contra agentes externos.
• Citoplasma: sostiene orgánulos, facilita reacciones bioquímicas, almacena nutrientes y desechos, y permite el transporte intracelular.
• Nucleoide: contiene el ADN bacteriano (ahí se lleva a cabo la replicación y transcripción del material genético).
• Flagelos: permiten el movimiento celular, ayudan a la célula a desplazarse.
• Fimbrias y pelos: se utilizan para la adherencia a superficies, colonización de ambientes y formación de biofilms.
• Ribosomas: son responsables de la síntesis de proteínas.

4. Célula eucariótica: componentes estructurales y funciones

Una célula eucariota es una entidad fundamental en los organismos multicelulares, caracterizada por tener un núcleo celular claramente definido, rodeado por una membrana nuclear que lo separa del citoplasma. Su función principal es coordinar y llevar a cabo una amplia gama de procesos vitales para el organismo, incluida la replicación y expresión del ADN, la síntesis de proteínas, la regulación metabólica y la comunicación celular.

Componentes estructurales y funciones

• Retículo endoplasmático: responsable de la síntesis de proteínas y lípidos, así como del transporte de materiales dentro de la célula. (Existe el retículo endoplasmático liso y rugoso).
• Complejo de Golgi: procesa, empaca y distrubuye proteínas y lípidos producidos en el retículo endoplasmático.
• Lisosomas: contienes enzimas digestivas, y están involucrados en la degradación de desechos celulares, la digestión de nutrientes y la eliminación de patógenos invasores.
• Vacuolas: almacenan agua, nutrientes, desechos y pigmentos. Pueden desempeñar funciones en la regulación osmótica, el mantenimiento de la tugencia celular y la degradación de macromoléculas.

• Mitocondrias: producen energía en forma de ATP a través de la respiración celular. Contienen su propio ADN y ribosomas.
• Cloroplastos: donde se lleva a cabo la fotosíntesis.

Importancia de la compartimentación celular

La compartimentación celular en células eucariotas es fundamental por varias razones: Organización estructural: Permite la separación de diferentes procesos celulares en compartimentos especializados, lo que facilita la coordinación y regulación de las actividades celulares. Protección de reacciones: Los compartimentos celulares proporcionan entornos específicos para procesos bioquímicos particulares, protegiendo las reacciones sensibles de interferencias externas y permitiendo condiciones óptimas para su funcionamiento. Optimización de funciones: Cada orgánulo tiene funciones específicas, lo que permite una división del trabajo dentro de la célula, optimizando la eficiencia y aumentando la productividad celular. Segregación de desechos: Almacenamiento de productos de desecho y su segregación en compartimentos como los lisosomas, minimizando el riesgo de daño celular y facilitando su eliminación. Regulación espacial de señalización: Los compartimentos celulares ayudan a controlar la ubicación y el alcance de las señales celulares, permitiendo una regulación espacial precisa de procesos como la comunicación celular y la respuesta a estímulos ambientales.

4.1. Células eucarióticas animal y vegetal.

4.2. Pared celular en células vegetales.

La pared celular es una estructura característica de las células vegetales que brinda soporte y protección. Se encuentra fuera de la membrana plasmática y es esencial para la integridad y la forma de la célula.Composición: Principalmente compuesta por celulosa, una fibra de carbohidrato que proporciona resistencia y rigidez. También contiene otras moléculas como hemicelulosa, pectina y proteínas estructurales. Funciones: - Soporte estructural: La pared celular confiere resistencia y rigidez a la célula, proporcionando una estructura rígida que ayuda a mantener la forma de la planta. - Protección: Actúa como una barrera física que protege a la célula vegetal de daños mecánicos, patógenos y deshidratación. - Regulación del crecimiento: La elasticidad de la pared celular permite el crecimiento y la expansión de la célula vegetal, regulando su tamaño y forma. - Intercambio de nutrientes: A través de los poros de la pared celular, las células vegetales pueden intercambiar nutrientes, agua y productos metabólicos con las células vecinas. Variaciones en la Pared Celular: La composición y estructura de la pared celular pueden variar según el tipo de célula y el tejido vegetal. Por ejemplo, en células de tejidos de sostén, la pared celular puede ser más gruesa y rígida, proporcionando mayor resistencia mecánica. La pared celular es una característica distintiva de las células vegetales que desempeña un papel crucial en su estructura, función y adaptación al ambiente. Su composición y funciones hacen que sea una estructura fundamental para la salud y el crecimiento de las plantas.

4.3. Membranas celulares.

- La membrana celular es una estructura que rodea y limita la célula, actuando como una barrera selectiva que controla el intercambio de sustancias entre los medios externo e interno de la célula. - Está compuesta principalmente por una bicapa lipídica con proteínas incrustadas. - Su composición incluye un 40% de lípidos y un 60% de proteínas, con glúcidos en la cara externa. - El modelo actualmente aceptado es el modelo del mosaico fluido, donde la membrana es una bicapa lipídica con proteínas incrustadas. - Desempeña diversas funciones, como limitar la célula, actuar como barrera selectiva, controlar gradientes electroquímicos, comunicarse con el medio externo, participar en la división celular y en la captación y secreción de sustancias. - El transporte de moléculas a través de la membrana puede ser pasivo o activo. - El transporte pasivo ocurre a favor del gradiente de concentración y no requiere energía, mientras que el transporte activo ocurre en contra del gradiente y requiere energía en forma de ATP. - Los mecanismos de transporte pasivo incluyen la difusión simple y la difusión facilitada, mientras que el transporte activo implica el uso de proteínas transportadoras o bombas ATPasas que utilizan ATP para transportar sustancias en contra del gradiente de concentración.

Los ribosomas son orgánulos no membranosos presentes tanto en células procariotas como eucariotas, responsables de la síntesis de proteínas. Están compuestos por ARN ribosómico (ARNr) y proteínas, y se pueden encontrar tanto flotando libremente en el citosol como unidos al retículo endoplasmático rugoso. Durante la síntesis de proteínas, los ribosomas leen la información genética del ARN mensajero (ARNm) y ensamblan las cadenas de aminoácidos para formar proteínas específicas. Los ribosomas libres en el citosol sintetizan proteínas que se utilizarán dentro de la célula, mientras que los ribosomas asociados al retículo endoplasmático rugoso producen proteínas destinadas a ser secretadas fuera de la célula o a ser incorporadas en la membrana celular.

4.4. Citosol y ribosomas

El citosol es el fluido gelatinoso y semifluido que llena el interior de la célula eucariota, excluyendo los orgánulos membranosos. Constituye la mayor parte del citoplasma celular y es el lugar donde ocurren numerosas reacciones metabólicas esenciales para la vida de la célula. Dentro del citosol, se llevan a cabo procesos como la glucólisis, la síntesis de aminoácidos y el metabolismo de lípidos. También alberga enzimas, proteínas y otras moléculas necesarias para el funcionamiento celular, así como componentes subcelulares como los ribosomas libres.

4.4. Citoesqueleto. Centrosoma

El centrosoma es una región cercana al núcleo en las células animales que contiene un par de centriolos y material pericentriolar. Los centriolos son estructuras cilíndricas compuestas por microtúbulos organizados en un arreglo específico de nueve tripletes. Durante la división celular, el centrosoma coordina la formación del huso mitótico, una estructura compuesta por microtúbulos que ayuda a separar los cromosomas durante la mitosis y la meiosis.

El citoesqueleto es un entramado de estructuras proteicas que se extiende por el citoplasma de las células eucariotas, proporcionando soporte estructural y organización interna. Está compuesto por tres tipos principales de filamentos proteicos: microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios. Los microtúbulos son estructuras tubulares formadas por la proteína tubulina y proporcionan soporte estructural, así como un sistema de vías para el transporte intracelular y la separación de cromosomas durante la división celular.

Los cilios son estructuras celulares delgadas y móviles que se encuentran en la superficie de muchas células eucariotas. Están compuestos principalmente por microtúbulos y están envueltos por la membrana plasmática de la célula. Los cilios se organizan en patrones específicos en la superficie celular y pueden ser cortos y numerosos o largos y menos numerosos, dependiendo del tipo celular. La función principal de los cilios es generar movimientos coordinados que impulsan fluidos o partículas a lo largo de la superficie celular.

4.4. Cilios y flagelos.

Los flagelos son estructuras similares a los cilios pero generalmente más largas y menos numerosas. Al igual que los cilios, los flagelos están compuestos principalmente por microtúbulos y están envueltos por la membrana plasmática. Los flagelos suelen tener una función locomotora y se utilizan para propulsar la célula a través de un medio líquido.

4.5. Orgánulos celulares

Peroxisomas

Cloroplastos

Retículo endoplasmático

Mitocrondria

Lisosomas

Aparato de Golgi

Vacuolas

4.6 Núcleo

Envoltura nuclear: es una estructura membranosa que rodea el núcleo de las células eucariotas. Está formada por dos membranas concéntricas, la membrana externa y la membrana interna, que están separadas por un espacio llamado espacio perinuclear. La envoltura nuclear contiene poros nucleares que regulan el transporte de moléculas entre el núcleo y el citoplasma. Además, está asociada con el citoesqueleto y desempeña un papel crucial en la organización y protección del material genético dentro del núcleo.

Nucleoplasma: también conocido como el nucleoide, es el área del núcleo celular donde se encuentran dispersos los componentes nucleares, como el ADN, ARN, nucleoproteínas y algunas enzimas. Es una matriz semifluida que proporciona soporte estructural a los componentes nucleares y facilita procesos como la replicación del ADN, la transcripción y la traducción del ARN. Además, el nucleoplasma también puede contener nucleolos, que son regiones especializadas en la síntesis y ensamblaje de ribosomas.

Cromatina: es una estructura compleja compuesta principalmente de ADN, proteínas histonas y proteínas no histonas. Se encuentra dentro del núcleo de las células eucariotas y es la forma en la que el ADN se organiza y compacta para caber dentro del núcleo. La cromatina se presenta en dos formas principales: la cromatina condensada, que se observa durante la división celular y se conoce como cromosomas, y la cromatina descondensada, que se observa durante la interfase y permite la transcripción y replicación del ADN. La organización de la cromatina es fundamental para regular la expresión génica y mantener la integridad del genoma.

Nucleolo: es una región dentro del núcleo celular donde se fabrican los componentes de los ribosomas, las estructuras que producen proteínas en la célula. Es esencial para la síntesis proteica y se desintegra durante la división celular para luego rearmarse.

Nucleoplasma

Nucleolo

Envoltura nuclear

Cromatina

Niveles de organización y compactación del ADN.

El ADN se organiza y compacta en varios niveles para caber dentro del núcleo de la célula y regular la expresión génica. Estos niveles incluyen: Doble hélice: El ADN se enrolla en una estructura de doble hélice, lo que constituye el nivel más básico de organización. Nucleosomas: El ADN se envuelve alrededor de proteínas histonas para formar nucleosomas. Cada nucleosoma consiste en aproximadamente 147 pares de bases de ADN enrollados alrededor de un núcleo de histonas. Fibras de cromatina: Los nucleosomas se empaquetan más estrechamente para formar fibras de cromatina, que pueden observarse en microscopía como grumos densos bajo la forma de cromatina. Cromosomas: Durante la división celular y en situaciones de alta actividad transcripcional, la cromatina se compacta aún más para formar cromosomas visibles bajo el microscopio. En esta etapa, la cromatina aparece altamente condensada y organizada en estructuras visibles.

5. Célula eucariótica: función de reproducción

5.1.El ciclo celular: interfase y división celular.

El ciclo celular es el proceso mediante el cual una célula crece, se replica su ADN y se divide para formar células hijas. Consta de dos principales etapas: la interfase y la división celular. Interfase: Es la fase en la que la célula se prepara para la división. Se divide en tres subfases: Fase G1 (Gap 1): La célula crece y realiza sus funciones normales. Durante esta fase, la célula sintetiza proteínas y acumula energía. Fase S (Síntesis): Durante esta fase, el ADN nuclear se replica. Al final de la fase S, la célula contiene el doble de ADN. Fase G2 (Gap 2): La célula continúa su crecimiento y se prepara para la división. Se sintetizan proteínas y orgánulos necesarios para la próxima división celular. División Celular: La célula se divide en dos células hijas idénticas. Se divide en dos procesos principales: Mitosis: Es el proceso de división nuclear que produce dos núcleos genéticamente idénticos en las células hijas. Citocinesis: Es el proceso de división del citoplasma, que sigue a la mitosis y resulta en dos células hijas separadas físicamente. Después de la división celular, las nuevas células pasan por la interfase y pueden iniciar un nuevo ciclo celular. Este ciclo se repite continuamente en células que están activamente creciendo y dividiéndose, mientras que las células en estado quiescente o diferenciadas pueden permanecer en interfase de manera prolongada o de forma permanente. El ciclo celular está cuidadosamente regulado por una serie de mecanismos de control para garantizar la precisión en la duplicación y división celular.

5.2. Mitosis: etapas e importancia biológica.

La mitosis es el proceso de división celular que se encarga de generar dos células hijas genéticamente idénticas a partir de una célula madre. Se compone de varias etapas distintas, cada una con su propia función específica: Profase: Durante esta etapa, la cromatina se condensa en cromosomas visibles. La envoltura nuclear se desintegra, y los centrosomas migran a los polos opuestos de la célula. Los microtúbulos del huso mitótico comienzan a formarse. Prometafase: Los microtúbulos del huso mitótico se unen a los cinetocoros en los centrómeros de los cromosomas. Los cromosomas comienzan a moverse hacia el centro de la célula. Metafase: Los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial de la célula, formando la placa metafásica. Anafase: Los cromosomas se separan en cromátidas hermanas, que son arrastradas hacia los polos opuestos de la célula por los microtúbulos del huso mitótico. Telofase: Los cromosomas llegan a los polos opuestos de la célula y se descondensan nuevamente en cromatina. La envoltura nuclear se reorganiza alrededor de cada conjunto de cromosomas, formando dos núcleos hijos. Citocinesis: Es el proceso de división del citoplasma, que ocurre después de la mitosis y produce dos células hijas separadas.

La mitosis es crucial para el crecimiento y la reparación de tejidos en organismos multicelulares, ya que garantiza que cada célula hija reciba una copia completa y precisa del material genético de la célula madre. Además, en organismos unicelulares, la mitosis es el proceso por el cual se reproducen asexualmente, generando células hijas idénticas a la célula madre. La regulación precisa de la mitosis es esencial para mantener la integridad del genoma y prevenir anomalías cromosómicas que puedan conducir a enfermedades como el cáncer.

5.4. Meiosis: etapas e importancia biológica.

La meiosis es un proceso de división celular especializado que ocurre en células germinales para producir gametos con la mitad del número de cromosomas de la célula madre. Esto es crucial para mantener el número de cromosomas en una especie y permitir la variabilidad genética en la descendencia. La meiosis consta de dos divisiones celulares consecutivas, llamadas meiosis I y meiosis II, cada una con sus propias etapas específicas: Meiosis I: Profase I: La cromatina se condensa en cromosomas visibles y los cromosomas homólogos se aparean en un proceso llamado sinapsis. Durante la sinapsis, se forman estructuras llamadas bivalentes o tétradas. También se produce recombinación genética entre los cromosomas homólogos. Metafase I: Los bivalentes se alinean en el plano ecuatorial de la célula. Anafase I: Los cromosomas homólogos se separan y se mueven hacia polos opuestos de la célula. Telofase I: Se forma una nueva envoltura nuclear alrededor de los cromosomas, y la célula se divide en dos células hijas, cada una con la mitad del número de cromosomas de la célula madre. Meiosis II: Profase II: Los cromosomas se condensan nuevamente y la envoltura nuclear se desintegra. Metafase II: Los cromosomas se alinean en el plano ecuatorial de la célula. Anafase II: Las cromátidas hermanas se separan y se mueven hacia polos opuestos de la célula. Telofase II: Se forma una nueva envoltura nuclear alrededor de los cromosomas en cada célula hija, y la célula se divide en dos células hijas adicionales. La importancia biológica de la meiosis radica en su papel en la producción de gametos con la mitad del número de cromosomas de la célula madre, lo que garantiza que, cuando se unen durante la fertilización, el número cromosómico se restablezca en la descendencia. Además, la meiosis introduce variabilidad genética en la descendencia a través de la recombinación genética y la distribución aleatoria de los cromosomas homólogos durante la división celular. Esto aumenta la diversidad genética dentro de una población, lo que puede ser crucial para la evolución y la adaptación a los cambios ambientales.

5.3.Citocinesis en células animales y vegetales.

La citocinesis es el proceso de división del citoplasma que ocurre al final de la mitosis o la meiosis y resulta en la formación de dos células hijas separadas. En células animales y vegetales, la citocinesis se lleva a cabo de manera ligeramente diferente debido a las diferencias en la estructura celular:

En células vegetales

En células animales

Durante la telofase de la mitosis o meiosis, se forma un surco de citocinesis en la región ecuatorial de la célula, donde la membrana plasmática comienza a invaginarse hacia el interior de la célula. A medida que el surco de citocinesis se estrecha, los microfilamentos de actina y miosina forman un anillo contráctil alrededor del equador de la célula, conocido como el anillo contráctil. La contracción del anillo contráctil, mediada por la miosina, estrangula progresivamente la célula madre hasta que se produce su separación en dos células hijas completamente separadas. Esto resulta en la formación de dos células hijas con membranas plasmáticas independientes.

Durante la telofase de la mitosis o meiosis, en lugar de formarse un surco de citocinesis, se forma una placa celular en la región ecuatorial de la célula. Esta placa está compuesta principalmente de glucanos y otras sustancias. La placa celular se desarrolla gradualmente hacia el exterior a medida que vesículas llenas de materiales de la pared celular se fusionan con ella. A medida que la placa celular se expande y se fusiona completamente con la membrana plasmática, se forma la nueva pared celular entre las células hijas. Esta pared celular se compone principalmente de celulosa y proporciona soporte estructural a la célula. Finalmente, se forman dos células hijas separadas, cada una con su propia pared celular y membrana plasmática independiente.

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