Tema Vb): LA CÉLULA EUCARIOTA

Descubrimiento y Teoría Celular

Técnicas citológicas

Características generales

Estructura y función:

Membrana

Citoplasma

Núcleo

Pared celular

Membrana (glucocáliz)

hialoplasma microfilamentos

citoesqueleto filamentos intermedios

sin membrana microtúbulos

centríolos y cilios y flagelos

ribosomas

Citoplasma centrosoma

retículo endoplasmático

aparato de Golgi

lisosomas

con membrana vacuolas

peroxisomas

mitocondrias

plastos (cloroplastos)

Núcleo celular:

membrana nuclear

Interfásico nucleoplasma

nucléolo

cromatina

En división: cromosomas

La célulaR. Hooke, 1665 Acuñó el término célula.

A. van Leeuwenhoek, 1673 Primer microscopio

Matthias Schleiden (botánico), 1838 Generación espontánea

Theodor Schwann (zoólogo), 1839

R. Virchow, 1855 “omnis cellula e cellula”

E. Strasburger, 1879 “omnis nucleus e nucleo”

R. Brown, 1883 Observó el núcleo

Santiago Ramón y Cajal, Teoría neuronal

Teoría Celular

1. Todos los organismos están compuestos por una o más células

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

Técnicas citológicas I Microscopía

Óptico (hasta 2000X): poder de resolución 0,2 μm.

Manipulación:

Fijación, inclusión (ceras, criostatos, ...), microtomos, tinción definitiva y montaje.

Tipos: microscopios de contraste de fases, microscopía de fluorescencia, ...

El ojo humano tiene un poder de resolución de 0,1 mm.

Microscopio electrónico (hasta 2.000.000X): la fuente no es luz como en el óptico, sino un haz de electrones.

Manipulación: ver óptico.

Tipos: M. E. de transmisión, de barrido, de efecto túnel y de fuerza atómica.

Técnicas citológicas II

1. Cultivo in vitro.

2. Técnicas inmunocitoquímicas: anticuerpos y marcadores fluorescentes.

3. Fraccionamiento:

• Cultivo o muestra

• Homogeneización: trituración, acción con detergentes, ...

• Centrifugación y ultracentrifugación (S: Svedberg)

La célula. Características Tamaño: vegetales (20 a 50 μm) > animales (10 a 20 μm) > bacterias (5 μm). Existen excepciones, yema de huevo, algunas neuronas, micoplasmas.

Forma: las células libres son normalmente esféricas. En estado natural dependen de las presiones ejercidas por las células colindantes y fundamentalmente de la función.

Los microorganismos unicelulares tienen una gran variedad de formas.

Organización celular:

•Procariótica: sin núcleo y sin orgánulos membranosos. Moneras.

•Eucariótica: en el resto de los seres vivos.

La célula eucariótica. Estructura general

Envueltas Citoplasma Núcleo

Membrana plasmática

Citoesqueleto: microfilamentos,

filamentos intermedios y microtúbulos

Orgánuloscon membrana sin membrana

Membrana nuclear

Cubierta de secreción: glucocáliz,

pared celulósica pared no celulósica

Retículo endoplasmático,

Vacuolas,

Aparato de Golgi,

Lisosomas,

Peroxisomas,

Mitocondrias

Plastos.

Centríolos (cilios y

flagelos), Ribosomas

Nucleoplasma

Nucléolo

Citosol Cromatina (cromosomas)

Membrana plasmática Composición química: varía de unas células a otras e incluso entre la cara interna y externa. Generalidades:

•Lípidos: fosfolípidos, colesterol y glucolípidos.

Todos anfipáticos.

•Proteínas: dominio transmembrana.

•Glúcidos: oligosacáridos (glucolípidos y glucoproteínas).

•Iones y agua.

90%

Estructura: Robertson, 1959 “sandwich”. Unidad de membrana.

Dawson y Danielli sitúan las proteínas al exterior en sendas capas.

Singer y Nicolson, 1971 “modelo del mosaico fluido”.

Membrana plasmática. Características

Fluidez: debido a los lípidos según la longitud de los ácidos grasos y la cantidad de dobles enlaces (saturación). Desplazamiento lateral, giratorio y por el proceso de “flip-flop”. El colesterol interfiere entre las cadenas de ácidos grasos produciendo rigidez e impidiendo la agregación y consiguiente solidificación.

Proteínas:

1. Intrínsecas o integrales (70%): transmembrana. Polaridad de las cadenas. Muchas son glucoproteínas.

2. Extrínsecas o periféricas: hidrosolubles; unidas levemente a las unidades lipídicas.

La membrana plasmática I

Membrana plasmática. Funciones Estructural: aísla del medio. Gran elasticidad. Autosellado. Puede presentar deformaciones temporales (seudópodos) y permanentes (cilios y flagelos, microvellosidades, ...)

Transferencia de información: funciones de relación. Señales hidrosolubles y liposolubles (receptores de membrana y proteínas de transporte, transducción). Secreción.

Intercambio de sustancias (siguiente diapositiva)

Identidad celular: proteínas de histocompatibilidad. Marcadores de membrana responsables de la unión de virus, toxinas, ...

Adhesión celular: más adelante.

Membrana. Intercambio de sustancias ITransporte:

1. Pasivo (no requiere energía, diferencia de concentración o de carga):

• Ósmosis

• Difusión :

simple: sustancias de bajo peso molecular (O2, CO2, ...) o lipófilas.

mediada: requieren la acción de proteínas que reconocen las sustancias específicamente. Se utiliza para moléculas de pequeño tamaño (aminoácidos, azúcares sencillos, iones, ...). Pueden ser de dos

tipos: permeasas y proteínas de canal.

La membrana plasmática II

La membrana plasmática II

La membrana plasmática II

Membrana. Intercambio de sustancias II

La membrana plasmática II

La membrana plasmática II

La membrana plasmática IIFunciones de las vesículas

1. Adquisición de nutrientes de gran tamaño.

2. Almacenamiento de sustancias de reserva.

3. Incorporación de toxinas, virus, bacterias, células viejas o lesionadas y restos celulares.

4. Transcitosis.

5. Defecación celular.

6. Secreción.

7. Regeneración de membranas.

Membrana plasmática. Uniones celulares.

Unión de las células entre sí o entre la célula y la matriz extracelular. Tienen importancia para funcionamiento de tejidos, desarrollo embrionario, coagulación, etc.

Existen muchas proteínas pero las más significativas son las integrinas y las cadherinas, selectinas y homólogas a inmunoglobinas. Se unen al citoesqueleto y a la matriz.

Uniones celulares:

Uniones de oclusión o estancas: entre las dos membranas. Intestino.

Uniones de anclaje:

Bandas de adhesión. actina

Desmosomas

Hemidesmosomas.

Uniones comunicantes: plasmodesmos o uniones tipo “gap”

La membrana plasmática II

Glucocáliz

Pared celular. Sólo en células vegetales.

Hialoplasma o citosolMedio interno de la célula donde se hallan inmersos todos los orgánulos.

Composición: fundamentalmente H2O (85%) como disolvente y todas las demás biomoléculas (orgánicas e inorgánicas) disueltas o en suspensión. La distribución es heterogénea; fases de sol y gel.

Se han detectado dos estructuras:

1. Estructuras granulares: generalmente como almacén de sustancias lipídicas, polisacáridos (glucógeno), etc.

2. Estructuras fibrosas: citoesqueleto.

Citoesqueleto

Citoesqueleto:

Centríolos

Cilios y flagelos

Ribosomas

Retículo endoplasmático

Aparato de Golgi

Aparato de GolgiDescrito por Camilo Golgi en 1898. Técnicas especiales (artefactos).

Estructura: sáculos aplanados (4 o 5 unidades) y vesículas. Dictiosoma: cada grupo de sáculos apilados. El número de dictiosomas varía de unas células a otras. Abundan en células secretoras. Cara “cis” próxima al RER y cara “trans” más cercana al exterior de la célula.

Funciones:

1. fabricación de polisacáridos (hemicelulosa, pectinas, etc.).

2. se realiza o completa la glucosilación de lípidos y proteínas (proceden del RER que entran por la cara cis) que se liberan (por la cara trans) dentro o en la membrana de vesículas.

3. sulfatación y fosforilación de glúcidos.

4. selección, clasificación y distribución de proteínas.

5. reciclado de proteínas que no son de secreción, de aquellas que son del RER que deben recuperarse. Ruta de retorno.

6. renovación y mantenimiento de las membranas.

7. formación del fragmoplasto en la división celular de células vegetales.

Relaciones núcleo, ribosomas, retículo endoplasmático y aparato de Golgi...

Lisosomas

Vacuolas

PeroxisomasDescritas por Rhodin en 1950 y nombradas por de Duve en 1965.

Vesículas que contienen enzimas donde destacan oxidasas y catalasas.

Funciones: oxidación.

1. Reacciones oxidativas (O2 como aceptor de H).

Una de las reacciones más importantes, es la degradación de ácidos grasos (β-oxidación). Sólo producen calor, mientras que la energía en la mitocondria se acumula. Más adelante veremos que se les considera anteriores a mitocondrias.

Reacción de gluconeogénesis: formación de glúcidos a partir de otros productos del metabolismo. Especialmente importante en los glioxisomas, presentes en semillas, que transforman grasas en azúcares para obtener la energía necesaria para germinar.

Mitocondrias

Mitocondrias. Estructura Doble membrana:

Una externa lisa con canales formados por porina para el paso de sustancias y enzimas para sintetizar lípidos.

Otra interna plegada (crestas mitocondriales). Contiene fosfolípidos especiales (cardiolipinas), proteínas transportadoras: cadena respiratoria y partículas F con enzimas ATP sintetasas donde se transforma la energía en ATP.

Entre ambas existe un espacio de 100 A denominado espacio intermembranoso.

El interior se denomina matriz mitocondrial. Donde encontramos: ribosomas 70 S (mitorribosomas); una o varias moléculas de ADN mitocondrial (circular y no asociado a proteínas); gránulos densos (lipoproteínas); todo ello en un medio acuoso donde existen todo tipo de biomoléculas.

Mitocondrias. Funciones 1. Respiración aerobia. Produce energía acumulada en forma de

ATP. “centrales energéticas de la célula”. Para ello se realizan el ciclo de Krebs, la β-oxidación y el transporte de electrones acoplado a la fosforilación oxidativa.

2. Tienen todos los componentes para formar su ADN y sus proteínas, aunque han perdido la capacidad de sintetizar algunas proteínas, debido a que las toman de la célula.

3. Las mitocondrias pueden dividirse por segmentación o por bipartición.

Carácter semiautónomo de las mitocondrias.

“Teoría endosimbionte” de L. Margulis.

Plastos

Cloroplastos. Estructura Doble membrana externa, ambas lisas.

Espacio interior llamado Estroma. Disolución coloidal formado por agua, moléculas orgánicas como ADN circular no unido a proteínas e inorgánicas. Contiene granos de almidón, gotas lipídicas etc. Presenta como únicos orgánulos ribosomas 70 S.

En el estroma hay, además, tres estructuras:

•Lamelas: estructuras membranosas que atraviesan el cloroplasto paralelas al eje mayor.

•Tilacoides: vesículas planas discoidales.

•Grana: apilamientos de tilacoides.

Los plastos son también semiautónomos. No sintetizan todas sus proteínas porque han perdido la capacidad. Se reproducen.

Cloroplasto. Función El tilacoide presenta en su membrana cuantosomas (partículas que sobresalen. Muestra también dos tipos de partículas que contienen pigmentos (clorofilas, carotenos, etc.) y captan la energía lumínica:

1. fotosistema FsI: partícula esférica y pequeña.

2. fotosistema FsII: partícula ovoide mayor.

Función: fotosíntesis. Consta de dos etapas: fase lumínica que ocurre en los tilacoides (membrana) y fase oscura (estroma).

Teoría endosimbionte: plastos, mitocondrias y probablemente peroxisomas (L. Margulis). Originariamente, estos orgánulos fueron seres procariotas

Núcleo

Núcleo interfásicoNormalmente en el centro de la célula.

Generalmente esférico aunque puede presentar otras formas.

Tamaño: es variable. Lo importante es la relación nucleocitoplásmica.

Número: la mayoría de las células son uninucleadas. También existen células plurinucleadas: plasmodios (divisiones sin citocinesis) o sincitios (fusión de células uninucleadas)

El núcleo interfásico consta de:

•Envoltura nuclear.

•Carioplasma.

•Nucléolo.

•Cromatina.

Núcleo: membrana nuclear

Carioplasma y Nucléolo

Carioplasma y NucléoloCarioplasma, también llamado cariolinfa, nucleoplasma y jugo nuclear: Sistema coloidal formado por agua, nucleótidos, ácidos nucleicos, aminoácidos, proteínas y en menor cantidad otras biomoléculas. Aquí se produce la duplicación y la transcripción. Hay autores que afirman que también existe traducción.

Nucléolo: cuerpo esférico. Pueden existir en una célula 1, 2 y excepcionalmente muchos.

Se pueden distinguir tres zonas:

•Centro fibrilar poco denso: cromatina condensada. No hay transcripción.

•Componente fibrilar denso: ADN transcribiéndose a ARNr

•Componente granular: ARNt y proteínas (precursores de ribosomas).

Función: síntesis de ribosomas. Contiene los genes llamados organizadores nucleolares que producen los ARNr 45S.

Cromatina Conjunto de fibrillas de ADN asociado a proteínas (nucleoproteínas)Tipos:

heterocromatina (10%): cromatina condensada (inactiva). Se encuentra próxima al nucléolo y la lámina nuclear.

eucromatina: cromatina difusa (activa, transcribe y replica).

Estructura molecular:

histonas: 4X2 (H2A, H2B, H3 y H4) y ADN helicoidal (dos vueltas) forman el Nucleosoma. Dos nucleosomas se unen por el ADN espaciador. Por este se unen a otras proteínas no histónicas (reguladores, factores de transcripción). Con H1 se pliega más y continúa hasta constituir cromosomas.

Función: duplicar y repartir el material genético (autoperpetuación) y transcribir el ARN para formar proteínas que realizan la función en la célula (dirección)

Cromatina

Núcleo en divisiónDesaparece la estructura nuclear, se condensa la cromatina y se forman los cromosomas (aparecen como entidades separadas).

Cromosomas Forma: se estudia durante la metafase de mitosis.

Cromátidas (también llamadas hermanas): 2 por cromosoma. Ambas tienen idéntica información.

Centrómero: región que mantiene unidas cromátidas hermanas. Cinetócoro: complejo proteico en forma de disco y es donde se une el cromosoma al huso acromático o mitótico.

Constricción secundaria (no siempre): no tienen centrómero ni cinetócoro. Uno corresponde al organizador nucleolar. Puede aparecer, tras estas constricciones una estructura esférica conocida como satélite.

Telómero: extremos de cada cromátida.

Cromosomas. Estudio

Tipos morfológicos de cromosomas (según longitud de los brazos):

Metacéntricos: brazos iguales.

Submetacéntricos: brazos ligeramente desiguales.

Acrocéntricos: brazos diferentes.

Telocéntricos: centrómero casi en el extremo.

Brazos cromosómicos: las dos fracciones en las que divide el centrómero al cromosoma.

Bandeado cromosómico: cada cromosoma presenta un patrón.

G (oscuras): genes facultativos. Se replican temprano en las células donde se activan.

R (claras): genes constitutivos activos. Primeros en duplicarse.

Cariotipo.

Cromosomas

Cromosomas. Leyes 1. Ley de la constancia numérica: todos los individuos de la misma

especie tienen el mismo número de cromosomas.

2. Ley de las parejas de cromosomas homólogos. Haploide (n), diploide (2n). Los gametos son siempre haploides. Hay individuos que tienen un par de cromosomas no homólogos y se conocen como cromosomas sexuales o heterocromosomas; el resto de los cromosomas de estos individuos se denominan autosomas.

3. Ley de la individualidad de los cromosomas. Son individuales durante todo el ciclo celular.