Tema 2 Niveles de organizacin Nivel celular LA

Tema 2: Niveles de organización: Nivel celular LA CÉLULA. Todos los seres vivos están constituidos por una célula o por un número muy variable de ellas que actúan en funcionamiento conjunto. Las diferencias entre los seres vivos, surgen de la organización y complejidad de las células de cada uno. El nivel celular es el primer nivel de organización biótico de la materia viva. La rama de la Biología que estudia las células se denomina Citología.

LA TEORÍA CELULAR • La primera descripción de célula la realiza Robert Hooke en 1665 al observar al microscopio una lámina de corcho. Las llamó células =celdillas de panal. • En 1838/1839 Schleiden y Schwann formulan la teoría celular. • La teoría celular se fundamenta en: La célula es la unidad anatómica y funcional de todos los organismos. Es el organismo más pequeño dotado de vida propia. Existencia de organismos pluricelulares (varias células) y unicelulares (una célula que realiza todas las funciones vitales. ). Toda célula procede de otra célula originándose por reproducción celular.

CÉLULAS EUCARIOTAS Y PROCARIOTAS. En función de la complejidad de su estructura se distinguen dos tipos de células: • Célula eucariota: Estructuras muy diferenciadas. Núcleo rodeado por membrana nuclear. Diversidad de orgánulos celulares Células más evolucionadas • Célula procariota: Más pequeñas y menos evolucionadas Estructuras poco diferenciadas Núcleo sin membrana. Carece de la mayoría de orgánulos citoplasmáticos (solo ribosomas).

Estos dos tipos de estructuras determinan dos niveles de organización celular: Organización procariótica (bacterias). Organización eucariótica (pluricelulares y mayoría de unicelulares).

Célula Procariota

• Los virus no son organismos celulares sino estructuras más sencillas.

EL NÚCLEO El núcleo es la estructura más destacada de la célula pues contiene el ADN que a demás de almacenar la información genética dirige el funcionamiento celular. Todas las células tienen núcleo; la eucariotas claramente delimitado y las procariotas disperso por el citoplasma.

CONSTITUCIÓN DEL NÚCLEO Está constituido por: • Membrana nuclear. • Nucleoplasma. • Nucléolos (uno o varios) • Cromatina( o cromosomas según el momento del ciclo vital de la célula)

Membrana nuclear: Es la envoltura que delimita el núcleo en las células eucariotas. Su función es la de regular el intercambio de sustancias entre el núcleo y el citoplasma. Es doble y posee poros que comunican el núcleo con el hialoplasma. su espesor varía entre los 250 y 450 Å.

El nucleoplasma o jugo nuclear: Es el medio en el que se hallan inmersos los nucléolos y la cromatina (cromosomas). Está constituido por: agua, sales minerales, nucleótidos, ARN, proteínas, lípidos y glúcidos formando una disolución coloidal.

Los nucléolos: Masas esféricas que contienen concentraciones elevadas de ARN y proteínas. La función principal del nucléolo es la producción y ensamblaje de los componentes ribosómicos. Desaparecen al principio de la división celular y aparecen al final. La cromatina y los cromosomas: Son dos denominaciones correspondientes a la misma estructura en diferentes momentos de la célula. Formados por la asociación del ADN con proteínas ( histonas y otras proteínas). La cromatina cuando el núcleo está en reposo y los cromosomas se forman cuando se inicia el proceso de división celular.

Las moléculas de ADN son muy largas; así en las células superiores (eucarióticas), el conjunto de las moléculas de ADN que hay en el núcleo puede medir más de 1 m de longitud. Lógicamente, para que estas moléculas puedan caber en un núcleo cuyo diámetro es de 10 μm tienen que estar muy replegadas o empaquetadas. El ADN consigue una elevada condensación gracias a los diferentes niveles estructurales que presenta, aunque en todas las células eucariotas, el ADN se empaqueta aún más, gracias a su unión con las histonas. Gracias a esta asociación podemos distinguir distintos niveles de empaquetamiento:

• Primer nivel de empaquetamiento o fibra de cromatina de 100 Å. Es conocido como <<collar de perlas >>. Está constituida por la fibra de ADN de 20 Å (doble hélice) asociada a histonas, las cuales son proteínas básicas de baja masa molecular. • Este collar de perlas se encuentra en el núcleo durante la interfase del ciclo celular de todas las células eucariotas. Estructuralmente esta fibra de cromatina está constituida por una sucesión de nucleosomas. Cada uno de estos está formado por un octámero de histonas y por una fibra de ADN de 200 pares de bases de longitud. El ADN que hay entre un octámero y el siguiente se denomina ADN espaciador.

• Segundo nivel de empaquetamiento o fibra de cromatina de 300 Å. El collar de perlas se repliega sobre sí mismo, adoptando la forma de un solenoide, con 6 nucleosomas por vuelta; este nuevo enrollamiento supone una mayor compactación del ADN, que reduce su longitud unas 100 veces respecto al ADN desplegado. Es la forma en que se presentan las moléculas de ADN cuando la célula no está en división.

• Tercer nivel de empaquetamiento. Cuando se inicia la división celular las fibras cromatínicas plegadas en grandes bucles radiales, se enrollan en espiral para formar los cromosomas; los cromosomas metafásicos representan la máxima condensación de las moléculas de ADN (su longitud queda reducida aproximadamente 10. 000 veces).

Los cromosomas. Son estructuras de forma diversa que presentan un estrangulamiento llamado constricción primaria¸ con un gránulo en su interior, el centrómero , el cual divide al cromosoma en dos parte o brazos. Desde el punto de vista estructural los cromosomas están formados por una matriz en cuyo interior se encuentran dos filamentos arrollados en hélice llamados cromonemas. Los cromosomas son los componentes más importantes de las células ya que contienen ADN con la información genética del organismo.

Características: • Las células de cada especie animal tienen un número de cromosomas fijo. (Ley de la constancia numérica de los cromosomas). El hombre posee 46. • En especies con reproducción sexual el número de cromosomas en cada célula es par (dotación diploide). Cada pareja de cromosomas con la misma información se denomina pareja de cromosomas homólogos. • Los cromosomas son estructuras permanentes de la célula que se conservan individualmente a través de generaciones (teoría de la individualidad de los cromosomas). Se forman por replicación de otro ya existente. • En el proceso de mitosis se duplican los cromosomas y cada dotación va completa a la nueva célula. • En la células sexuales (gametos) el proceso que se produce es la meiosis, no hay duplicación sino que se reparten los cromosomas homólogos, una serie completa a cada una de las dos nuevas células. (número haploide de cromosomas)

EL CITOPLASMA: HIALOPLASMA Y MORFOPLASMA El citoplasma es la parte de la célula comprendido entre la membrana plasmática y el núcleo. Esta formado por: • Citoplasma fundamental o hialoplasma. • Orgánulos citoplasmáticos o morfoplasma.

El hialoplasma o citosol es el medio intracelular, es decir el medio acuoso del citoplasma en el que se encuentran inmersos los orgánulos celulares. Representa entre el 50 y el 80 % del volumen celular. Esta comunicado con el nucleoplasma mediante los poros de la membrana nuclear. Es una disolución coloidal con una viscosidad que va desde la de gel a la de sol. Se distinguen dos zonas: la interior o endoplasma y la exterior o ectoplasma. Los cambios de viscosidad producen corrientes o ciclosis que facilitan el transporte de diferentes sustancias.

El morfoplasma. Las formaciones más importantes que se encuentran en él son: • El retículo endoplasmático. • Ribosomas. • El complejo o aparato de Golgi. • Lisosomas. • Mitocondrias. • Plastos. • Citocentro.

El retículo endoplasmático: Es una red de túbulos y vesículas aplanadas llamadas cisternas y que están intercomunicadas formando capas concéntricas al núcleo y protegido por una membrana de la misma estructura que la membrana plasmática que permiten el intercambio con el núcleo a través de la membrana nuclear. El espacio interior se llama lumen.

Se pueden distinguir dos tipos de retículo: 1. El Retículo endoplasmático rugoso (R. E. R. ), presenta ribosomas unidos a su membrana. En el se realiza la síntesis proteica. Las proteínas sintetizadas por los ribosomas, pasan al lumen del retículo y aquí maduran hasta ser exportadas a su destino definitivo. 2. El retículo endoplásmico liso (R. E. L. ), carece de ribosomas y esta formado por túbulos ramificados y pequeñas vesículas esféricas. En este retículo se realiza la síntesis de lípidos.

Los ribosomas: Son orgánulos no membranosos constituidos por proteínas asociadas al ARN-r que se encuentran dispersos por el hialoplasma o ados al retículo endoplasmático. Cada uno está formado por dos subunidades adosadas y de diferente tamaño. Intervienen en la síntesis de las proteínas asociándose a la molécula de ARN-m (mensajero) y traduciendo su secuencia de nucleótidos en una secuencia de aminoácidos.

El complejo o aparato de Golgi: es un conjunto de unidades estructurales denominadas dictiosomas que se encuentran próximas al núcleo. Cada uno de ellos está formado por el apilamiento de varios sacos llamados cisternas de Golgi. Del exterior de estos sacos se desprenden, por gemación una serie de gránulos llamados vesículas de Golgi. El dictiosoma se encuentra en íntima relación con el retículo endoplásmico, lo que permite diferenciar dos caras: la cara cis, más próxima al retículo, y la cara trans, más alejada. En la cara cis se encuentran las vesículas de transición , mientras que en la cara trans, se localizan las vesículas de secreción. La adquisición de sustancias se lleva a cabo por endocitosis, mecanismo que consiste en englobar sustancias con la membrana plasmática para su posterior internalización. La expulsión de sustancias se realiza por exocitosis , mecanismo que, en último término, consiste en la fusión con la membrana celular de las vesículas que contienen la sustancia a exportar.

Funciones del aparato de Golgi: • Maduración de las glucoproteínas provenientes del retículo. • Intervenir en los procesos de secreción, almacenamiento, transporte y transferencia de glucoproteínas. • Formación de membranas: plasmática, del retículo, nuclear. . • Formación de la pared celular vegetal. • Interviene también en la formación de los lisosomas.

Los lisosomas: Son pequeños orgánulos que se encuentran dispersos por el hialoplasma de las células. Los lisosomas tienen una estructura muy sencilla, semejantes a vacuolas, rodeados solamente por una membrana, contienen gran cantidad de enzimas digestivas (estómagos de la célula) que degradan todas las moléculas que penetran en su interior procedentes del exterior o del interior celular.

Las mitocondrias: Su conjunto se llama Condrioma. Cada mitocondria está compuesta por una envoltura compuesta por una membrana (doble). En la membrana interna se observa unas prolongaciones denominadas crestas mitocondriales. El espacio interior se denomina matriz. En su interior podemos encontrar ADN mitocondrial y ribosomas mitocondriales. Las mitocondrias son los orgánulos celulares encargados de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular, actúan por tanto, como centrales energéticas de la célula y sintetizan ATP a expensas de los carburantes metabólicos (glucosa, ácidos grasos y aminoácidos).

Los plastos: Existen tres tipos: Leucoplastos: se encuentran en células privadas de luz. Acumulan almidón. Cromoplastos: son los que contienen determinados pigmentos de las plantas. Cloroplastos: son orgánulos exclusivos de las células vegetales. En ellos tiene lugar la fotosíntesis, proceso en el que se transforma la energía lumínica en energía química, almacenada en moléculas de ATP y moléculas reductoras (NADPH), que se utilizarán posteriormente para sintetizar moléculas orgánicas.

Un cloroplasto tiene tres membranas y presenta tres compartimentos. La membrana externa es muy permeable, la membrana interna es menos permeable, no presenta pliegues. Entre ambas membranas queda un primer compartimento que es el espacio intermembrana. La membrana interna delimita un espacio que es el estroma, dónde se encuentran ribosomas plastidiales, ADN plastidial, distintos tipos de ARN, gránulos de almidón y gotas de lípidos. La membrana tilacoidal, es el tercer tipo de membrana, aparece formando unos sacos aplanados denominados tilacoides o lamelas, y forman unas agrupaciones llamadas grana. Los tilacoides están interconectados y delimitan una tercera cavidad que es el espacio tilacoidal.

Sistema vacuolar • • Vesículas rodeadas de membrana Almacena productos celulares diversos: – – Agua y sales para el control osmótico Taninos Pigmentos colorantes en flores Etc…

El citocentro: También llamado centrosoma es un orgánulo exclusivo de las células animales; suele estar cerca del núcleo. Está formado por un cilindro denominado centriolo, aunque suelen ser dos orientados perpendicularmente formando el llamado diplosoma. A su alrededor está la centrosfera o esfera atractiva rodeada por una corona de filamentos radiales llamada aster o astrosfera. Tiene importancia en la función de reproducción celular pues guía el movimiento de los cromosomas.

LA MEMBRANA PLASMÁTICA La membrana plasmática es una delgada lámina de 75 Å (1 Å= 1 x 10 -10 m = 0, 1 nm) que envuelve a la célula y la separa del medio externo. Puede variar su forma permitiendo movimientos y desplazamientos de la célula. Su estructura es igual en todas las células y en todos los orgánulos citoplasmáticos, por lo que se llama membrana unitaria. Según Singer y Nicholson (1972) es una bicapa lipídica, asociada con moléculas de proteínas, formando la estructura de mosaico fluido. Posee una composición química de 52% de proteínas, 40% de lípidos y 8% de azúcares.

La función es fundamentalmente mantener estable el medio intracelular, regulando el paso de agua, moléculas y elementos, mantener la diferencia de potencial iónico y realizar los procesos de endocitosis y exocitosis.

El glucocálix (conjunto de cadenas de oligosacáridos) aparece en la cara externa de la membrana celular de muchas células animales. Tiene funciones de reconocimiento celular indispensables para la fecundación, reconocimiento de la célula a parasitar de virus y bacterias, adhesión de células para formación de tejidos y recepción de antígenos específicos para cada célula.

Paso de las sustancias a través de la membrana A través de la membrana se realizan intercambios de materia entre el exterior y el interior de la célula. Este paso se lleva a cabo mediante dos mecanismos: Transporte pasivo: Se basa en el fenómeno de la difusión y no necesita aporte de energía por parte de la célula. Consiste en el movimiento de las moléculas a favor del gradiente de concentración. Es decir las moléculas van de donde se encuentran más concentradas a la zona de menos concentración. Las moléculas que estén más concentradas en el exterior de la célula tenderán a entrar y en caso contrario a salir. Algunas moléculas son demasiado grandes como para difundir a través de los canales de la membrana y demasiado hidrofílicas para poder difundir a través de la capa de fosfolípidos y colesterol. Tal es el caso de la glucosa y algunos otros monosacáridos. Estas sustancias, pueden sin embargo cruzar la membrana plasmática mediante el proceso de difusión facilitada, con la ayuda de una proteína transportadora.

Transporte activo. En este tipo de transporte las sustancias a traviesan la membrana en contra del gradiente de concentración. Las moléculas unidas a proteínas transportadoras, se mueven en contra del gradiente gracias al aporte de energía por parte de la célula mediante el ATP (Adenosín Trifosfato).

ENDOCITOSIS

EXOCITOSIS

LA PARED CELULAR Las células vegetales, además de la membrana plasmática presentan un sistema de cubiertas, segregadas por la célula y excretadas al exterior de la membrana plasmática, llamado pared celular que se caracteriza por su alto contenido en celulosa, lo que la hace ser gruesa, rígida y organizada.

La pared celular está formada por celulosa, y contiene una alta proporción de agua (80%). En ella podemos distinguir como máximo tres capas; comenzando desde el exterior y hacia el interior de la célula, estas capas se llaman: lámina media, pared primaria y pared secundaria. Lamina media: se forma como placa celular en el momento de la división celular y puede ser compartida por varias células. Es una capa muy fina formada principalmente por pectinas y proteínas. Pared primaria: capa más gruesa que la lámina media. Se forma inmediatamente después de la división celular, antes de que la célula complete su crecimiento. Se encuentra formada por microfibrillas de celulosa entrecruzadas, como si formaran una malla poco densa. También hay hemicelulosa y pectina. En algunas células es la única capa que existe, pudiendo variar de grosor e impregnarse de lignina, que proporciona rigidez a la planta. Pared secundaria: aparece sólo en algunos tipos celulares. Está formada por celulosa y lignina (o suberina) y en ella podemos distinguir las capas S 1 (externa), S 2 (capa medial o central) y S 3 (interna).

EXCEPCIONES A LA TEORÍA CELULAR VIRUS: Los virus son partículas microscópicas constituidas por un ácido nucleico (A. D. N. o A. R. N. ) envuelto por una cápsula proteíca y, en ocasiones, una envoltura membranosa. Cuando se encuentra fuera de las células son totalmente inertes , sin embargo, contienen toda la información necesaria para su ciclo reproductor. Los virus son capaces de adherirse a la superficie de las células (bacterias, vegetales, animales), introduciendo en ellas su material genético (genoma vírico) y de reproducirse utilizando la materia, la energía y el sistema enzimático de la célula en la que se encuentran. Los virus son, por tanto, parásitos intracelulares obligados. Son muy diminutos, de 20 a 500 milimicras, y muchos de ellos no se han podido ver ni en el microscopio electrónico… pero vemos sus efectos: poliomielitis, sida, rabia, sarampión, varicela, viruela, herpes, gripe…

Cápsida • Cubierta protéica que envuelve al genoma. • Formada por capsómeros. Icosaédrica Compleja n Cápsidas Helicoidal

PRIONES: Es un agente infeccioso que no contiene ácidos nucleicos, sino una forma anormal de glicoproteína. Tiene una estructura más elemental que los virus y causa enfermedades en el hombre y en los animales. Las más conocidas son: Encefalopatía Espongiforme Bovina, Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob y el Scrapie. Todas ellas cursan con degeneración del cerebro. Los priones se identificaron en la década de 1970. Se observó que a diferencia de otras infecciones, esta se debía a la intervención de un agente compuesto únicamente de proteínas, que normalmente se encuentran en el organismo huésped. (En el hombre la proteína prion se codifica en el brazo corto del cromosoma 20). No se sabe con exactitud como afecta al hospedante, pero puede replicarse, transformando la proteína prion normal sintetizada por el hospedante en proteína prion anormal. En 1997 el bioquímico estadounidense Stanley B. Prusiner recibió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina por sus estudios sobre los priones, un trabajo revolucionario y nuevo pero todavía inacabado.

CICLO VITAL DE LOS VIRUS Los virus una vez infectan a una célula, pueden desarrollar dos tipos de comportamiento, es decir, poseen dos tipos de ciclos vitales: 1. - Ciclo lítico. Se reproducen en el interior de la célula infectada, utilizando todo el material y la maquinaria de la célula hospedante, actúan como agentes infecciosos produciendo la lisis o muerte de la célula. 2. - Ciclo lisogénico. Se unen al material genético de la célula en la que se aloja, produciendo cambios genéticos en ella, se les denomina virus atenuados o profagos y no destruyen a la célula huesped.