T2: ESTRUCTURA Y FUNCIONES CELULARES

Introducción y contextualización práctica

• Los seres vivos están compuestos por biomoléculas, células y tejidos.
• Las biomoléculas son moléculas que forman parte de los seres vivos, como glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
• Las biomoléculas están compuestas por elementos químicos como el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre.
• La célula es la mínima parte en la que puede dividirse un organismo, capaz de nutrirse, relacionarse y dividirse.
• Los tejidos son conjuntos de células organizadas, coordinadas fisiológicamente para realizar una función.

Biomoléculas

• Las biomoléculas, o principios inmediatos, componen la materia de los seres vivos.
• Las biomoléculas se dividen en inorgánicas y orgánicas según su naturaleza química.
• Las moléculas inorgánicas se encuentran en seres vivos e inertes, no siempre con carbono en su estructura molecular como el agua y sales minerales.
• El agua es el principal componente de los seres vivos, compuesto por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.
• El agua cumple funciones como participar en procesos metabólicos y transportar sustancias.
• Las sales minerales son moléculas simples con átomos de carga opuesta, claves en procesos celulares.
• Las moléculas orgánicas se encuentran en seres vivos y son más complejas, con carbono en sus estructuras como hidratos de carbono (glúcidos), lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
• Los glúcidos son una reserva energética y forman estructuras celulares.
• Los lípidos forman las estructuras de las membranas celulares.
• Las proteínas catalizan reacciones celulares, regulan y coordinan procesos y transportan moléculas.
• Los ácidos nucleicos constituyen el material genético de la célula y sintetizan proteínas.

La célula

• La célula es la unidad morfológica y funcional de los seres vivos.
• Tiene la capacidad de autorreproducirse y transmitir información genética.
• Es un sistema abierto que intercambia sustancias y energía con el medio extracelular.
• Existen dos tipos de células: procariotas (más primitivas) y eucariotas (más evolucionadas).
• El organismo humano está formado exclusivamente por células eucariotas, con núcleo rodeado de envoltura nuclear.

Estructura de la célula eucariótica

• Las células poseen orgánulos, estructuras internas que realizan distintas funciones.
• Las células eucariotas tienen tres regiones bien delimitadas: membrana plasmática, citoplasma y núcleo.
• La membrana plasmática rodea y protege la célula, dándole forma y consistencia.
• El citoplasma es el área entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear, albergando el citosol y los orgánulos.
• El núcleo es el orgánulo principal delimitado por la envoltura nuclear, que contiene el material genético celular.
• En citoplasma se pueden diferenciar orgánulos delimitados por membrana (retículo endoplasmático, aparato de Golgi, lisosomas, vacuolas y mitocondrias) y no delimitados por membrana (ribosomas, citoesqueleto y centrosoma).
• La membrana plasmática es una estructura semipermeable que delimita el interior celular del medio externo, formada por lípidos, glúcidos y proteínas.
• La membrana plasmática proporciona fluidez e impermeabilidad frente a moléculas no liposolubles.
• La membrana plasmática controla el transporte de materiales, posee receptores, participa en la generación de corrientes eléctricas y contribuye a la regulación del desarrollo y la proliferación celular.
• Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas que forman la bicapa lipídica, orientando sus cabezas hidrófilas hacia el exterior y sus colas hidrófobas hacia el interior con función estructural.
• El colesterol es un lípido de tipo esterol que concede rigidez y fluidez, permitiendo la permeabilidad a moléculas solubles en agua.
• Las proteínas realizan funciones específicas y se dividen en integrales (transmembrana) y periféricas.
• Las proteínas integrales atraviesan la membrana y transportan moléculas.
• Las proteínas periféricas se unen a una de las caras de la membrana y actúan como receptores o señalización.
• El glucocálix es una capa vellosa en la cara exterior de la membrana, que participa en el reconocimiento de sustancias mediante antígenos de histocompatibilidad.
• El glucocáliz está formado por glucoproteínas y glucolípidos.
• La membrana plasmática está formada por lípidos (40%), proteínas (55%) y glúcidos (5%).

Núcleo celular

• El núcleo celular es el centro de control celular, controlando actividades y custodiando material genético (ADN y ARN).
• El núcleo está rodeado de la envoltura nuclear, protegiéndolo y controlando la entrada y salida de sustancias a través de sus poros.
• El material genético del núcleo puede encontrarse como heterocromatina (forma inactiva, condensada) o eucromatina (forma activa, extendida).
• El ADN es un ácido nucleico de doble cadena compuesto por genes, encargados de transmitir información genética y codificar la síntesis de proteínas.
• El ARN es un ácido nucleico monocatenario, sintetizándose tres tipos en el núcleo: ARNm, ARNr y ARNt.
• El ARNm es el encargado de transferir la información del ADN (transcripción) desde el núcleo al citoplasma para la síntesis de proteínas.
• El ARNr forma parte de los ribosomas y es esencial para la síntesis proteica (traducción).
• El ARNt transporta los aminoácidos hacia el ribosoma para incorporarlos en la formación del péptido (traducción).
• La membrana nuclear es doble, con una membrana externa y una interna unidas por el espacio perinuclear.
• La membrana nuclear cumple funciones de protección y transporte a través de los complejos de poros nucleares, que permiten el paso selectivo de ribosomas, lípidos, proteínas y ARN mensajero.

Orgánulos con membrana

• Se pueden encontrar los siguientes orgánulos con membrana: retículo endoplasmático, aparato de Golgi, lisosomas, vacuolas y mitocondrias.
• El retículo endoplasmático (RE) está formado por cavidades y cisternas comunicadas entre sí y con la membrana nuclear, adopta diferentes formas según el tipo de célula y se divide principalmente en RER y REL.
• El retículo endoplasmático rugoso (RER) tiene ribosomas en su superficie externa, ejerciendo una comunicación directa con la envoltura nuclear para sintetizar proteínas de membrana y de secreción, como los enzimas lisosómicos.
• El retículo endoplasmático liso (REL) no presenta ribosomas en su superficie, su luz se comunica con el RER, participa en funciones celulares y síntesis de lípidos o de hormonas esteroideas.
• El aparato de Golgi forma parte del sistema vacuolar junto al RE, presente en todas las células, menos en los glóbulos rojos.
• El aparato de Golgi tiene una estrecha relación con el RE a través de vesículas de transporte y está formado por sacos aplanados no intercomunicados donde las moléculas sufren modificaciones y son empaquetadas en gránulos secretores.
• Los lisosomas son orgánulos digestivos que contienen enzimas hidrolíticas para la degradación de sustancias formados por endosomas, fagosomas y autofagolisosomas.
• Las vacuolas almacenan sustancias de diversa naturaleza y líquidos.
• Las mitocondrias proporcionan energía a la célula mediante la síntesis de ATP a través del metabolismo aerobio, almacenándola en enlaces fosfato de alta energía.
• El retículo endoplasmático liso es abundante en las células hepáticas y en las musculares esqueléticas.

Orgánulos sin membrana

• Los orgánulos sin membrana son menos numerosos que los membranosos.
• Los orgánulos sin membrana se encuentran en contacto directo con el citoplasma.
• Entre los orgánulos sin membrana, se incluyen los ribosomas y el citoesqueleto.
• Los ribosomas son el único orgánulo presente en todos los tipos celulares.
• Los ribosomas se encuentran libres en el citoplasma o unidos a la membrana del RE.
• Los ribosomas están formados por nucleoproteínas (ARN y proteínas) encargadas del proceso de traducción.
• Los ribosomas pueden separarse en dos subunidades: la mayor (60S) que actúa como ribozima y menor (40S) que se une al ARNm para ser leído por los ARNt.
• El citoesqueleto constituye el armazón de la célula y está formado por una red de filamentos fibrosos.
• Los microtúbulos están formados por tubulina (tipos a y b).
• Los microtúbulos sirven para mantener la forma, transporte intracelular y forman parte de cilios, flagelos y centriolos.
• Los microtúbulos se encuentran en un equilibrio dinámico, acortándose y alargándose según se requiera.
• Los microfilamentos están compuestos por actina (proteína abundante en células eucariotas).
• Los microfilamentos son estructuras dinámicas y polarizadas.
• Los microfilamentos contribuyen a la motilidad celular, la forma celular y al posicionamiento correcto de los orgánulos
• Los filamentos intermedios son exclusivos de las células animales.
• Los filamentos intermedios tienden a situarse alrededor de las membranas del núcleo, extendiéndose hacia la periferia.
• Los filamentos intermedios generan estructuras estables y resistentes.

División celular

• La reproducción celular es el proceso de división por el que una célula madre da lugar a dos células hijas idénticas en carga genética y parte del citoplasma.
• Este proceso se denomina mitosis.
• Para que la mitosis se pueda llevar a cabo es necesario que la célula se prepare siguiendo una serie de pasos durante un periodo que se denomina ciclo celular.
• En el ciclo celular, la célula aumenta su tamaño y duplica sus orgánulos e información genética antes de entrar en mitosis.
• Durante la interfase se producen transformaciones divididas en etapas.
• La célula tiene que cumplir condiciones para poder pasar de una fase a otra y la existencia de puntos de control hace esto posible.
• El ciclo celular se divide en interfase (I) y periodo M (mitosis).
• La interfase (I) es el periodo que transcurre entre una división celular (mitosis) y otra, y se divide en varias etapas: Periodo G1, Periodo S y Periodo G2.
• En el período G1, la célula se prepara realizando su actividad funcional.
• En el período G1, si la célula no cumple las condiciones, la célula pasa a la etapa GO, donde si no puede volver a reincorporarse al ciclo, se le induce la apoptosis (muerte celular).
• El período G1 dura una media de 6-12 horas.
• En el Período S, se produce la replicación del ADN y los centrosomas.
• En el Período S, se producen histonas (proteínas) para que el ADN se vaya empaquetando.
• El Período S dura una media de 8 horas.
• En el Período G2, se finaliza en síntesis de ADN, se transcriben y traducen los ARN y la cromatina termina de condensar.
• En el Período G2, la célula adopta el mayor tamaño del ciclo.
• El Período G2, dura una media de 3-4 horas.
• Antes de entrar en mitosis, existe un punto de control.
• El período M corresponde a la mitosis.
• Durante la mitosis, existe un punto de control.

Tejido

• Un tejido es un conjunto complejo y organizado de células del mismo o diferente tipo.
• Las células que forman los tejidos cumplen una misma función.
• Dependiendo del tipo celular, su matriz extracelular (medio externo) y función, los tejidos se clasifican en: conectivo, muscular, nervioso y epitelial.
• El tejido conectivo tiene una función de sostén y se puede subdividir en conjuntivo, cartilaginoso, óseo, adiposo, sanguíneo, hematopoyético y linfático.
• El tejido muscular tiene células contráctiles y genera movimientos, distinguiéndose tres tipos: estriado, liso y cardíaco.
• El tejido nervioso recibe información, la procesa y emite respuestas ante distintos estímulos.
• El tejido epitelial está compuesto por células adyacentes, es avascular, carece de matriz extracelular, crece sobre un tejido conectivo subjuntivo rico en vasos separado por la membrana basal.
• El tejido epitelial tapiza y protege superficies internas (mesotelio) y externas (epidermis).
• Los epitelios se clasifican en función del número de capas celulares y forma de las células.
  • Epitelio plano simple: células planas y achatadas (cápsulas de Bowman, cavidades internas del coração, vasos sanguíneos y linfáticos).
  • Epitelio cúbico simple: células casi cuadradas (conductos pequeños de glándulas, túbulos renales, superficies de los ovarios).
  • Epitelio cilíndrico simple: células columnares (superficie interna del tubo digestivo y glándulas).
  • Epitelio cilíndrico pseudoestratificado: células cuadradas (conductos grandes de excreción).
  • Epitelio plano estratificado: células gruesas (epidermis).
  • Epitelio cúbico y cilíndrico estratificado: células cúbicas y cilíndricas (conductos de las glándulas sudoríparas).
  • Epitelio de transición: células cilíndricas (conductos de ciertas glándulas).

Tejido muscular

• El movimiento activo es característico de los seres vivos superiores y organismos pluricelulares.
• El tejido muscular es el tejido para poder realizar este movimiento, y está formado por fibras musculares o miocitos.
• Los miocitos pueden ejercer el movimiento gracias a la interacción de las proteínas contráctiles, actina y miosina.
• Los principales tipos de musculatora son: músculo liso, músculo esquelético y músculo cardíaco.
• El músculo liso está compuesto por células ahusadas (con forma de huso).
• El músculo liso es inervado por el sistema nervioso autónomo (involuntario).
• El músculo liso está localizado en las paredes de las vísceras.
• El músculo esquelético posee células muy largas con gran cantidad de núcleos y un estriado característico.
• El músculo esquelético es inervado por el sistema nervioso somático (voluntario) y localizado en los músculos del movimiento.
• El músculo cardíaco tiene células con un núcleo central, un estriado transversal y localizada en el corazón.
• El músculo cardíaco es inervado por el sistema nervioso autónomo.

Tejido nervioso

• El tejido nervioso permite que un organismo se relacione con su medio a través de la recepción de estímulos.
• Tejido nervioso genera posteriormente respuestas y órganos efectores para realizar dichas respuestas.
• El tejido nervioso transmite información gracias a la generación de impulsos nerviosos.
• La transmisión de impulsos nerviosos a través de diferencias de potencial eléctrico progresivo a lo largo de las fibras nerviosas.
• En el sistema nervioso, existen dos tipos de células: Neuronas y Células de la glía.
• La Neurona posee un cuerpo celular, o soma, y una prolongación llamada axón.
• El soma posee núcleo, citoplasma y ramificaciones llamadas dendritas.
• El axón es una parte, prolongada, que estar envuelta o no en mielina.
• Las Células de la glía cumplen una función auxiliar complementando a neuronas.
• Su conjunto forma una red llamada neuroglia entre las neuronas del sistema nervioso central y el epéndimo.

Tejido conectivo

• El tejido conectivo, también denominado tejido de sostén, es conjunto heterogéneo de tejidos orgánicos con origen común en el mesodermo.
• Los tejido conectivos se dividen en tejido conjuntivo denso, tejido conjuntivo laxo, tejido conjuntivo reticular, tejido conjuntivo mesenquimal y tejido conjuntivo mucoso.
• En el tejido conjuntivo denso posee es pobre en células y con una gran proporción de fibras y es: irregular (forma la dermis), elástico (pulmones), o regular (tendones y ligamentos).
• El tejido conjuntivo laxo, es el más abundante del organismo y se presenta fibrilar y mucoso.
• Los tejidos conjuntivos especializados son el óseo, adiposo, hematopoyético y linfático.
• El tejido óseo está compuesto por células y es rígido y resistente a la tracción
• El tejido adiposo está formado por la acumulación de lípidos y es de origen mesenquimal.
• El tejido hematopoyético, está localizado en el timo y produce células sanguíneas.
• El tejido linfático dispone de numerosas células (linfocitos, macrófagos) y se localiza en el bazo.
• El tejido cartilaginoso carece de vasos sanguíneos, sus células se llaman condrocitos y reviste articulaciones.
• El tejido sanguíneo es de naturaleza líquida y está forma por plasma sanguíneo y elementos figurados (células).

Caso práctico 1. “Integración de la función celular”

• Las células requieren un aporte de energía para realizar sus funciones, consiguiéndola a través de rutas metabólicas que degradan biomoléculas.
• La asociación de células para formar tejidos beneficia a todas aquellas que formen parte del complejo.
• Las células están mas protegidas del medio exterior y se da la división del trabajo. Todas colaboran para realizar la misma función requieren menos energía por ella.
• Las células de un mismo tejido están comunicadas través de uniones intercelulares especializadas para el intercambio.

Caso práctico 2. "Embriología general humana”

• La unión de dos células haploides (espermatozoide y óvulo) es la responsable de la fecundación.
• La unión de las células da como resultado una célula diploide.
• El cigoto (blastómero) sufre divisiones sucesivas (mitosis) que dan lugar a cambios característicos.
• Durante este proceso, el blastómero se convierte en mórula, luego en blástula y finalmente gástrula.
• En la cuarta semana de desarrollo embrionario, aparecen los primeros vestigios de futuros órganos y tejidos.
• En la octava semana, aparecen los tejidos verdaderos.
• En el tercer mes, los órganos quedan totalmente formados y deben completarse a lo largo del proceso de desarrollo fetal.

Resumen y resolución del caso práctico de la unidad

• La célula está considerada la unidad anatómica, funcional y genética de los seres vivos.
• El ser humano es un organismo formado por células eucariotas (núcleo y orgánulos).
• Las células se relacionan entre sí y con el entorno por medio la membrana plasmática.
• La membrana plasmática permite el intercambio de sustancias entre la célula y su medio externo.
• Entre las sustancias que intercambia es importante los nutrientes que la celular usar para obtener energía química en forma de ATP.
• Las células que cumple la misma función forman un tejido, siendo los más importantes: epitelial, conjuntivo, muscular y nervioso.
• Todas las células de un conjunto en nuestro cuerpo cooperan entre sí, comunicándose por medio de señales químicas llamadas: ligandos.
• Una célula emisora segrega ligandos
• Los ligandos flotas hacia las células vecinas (dianas) que contienen receptores superficie.
• Los ligandos se unen a los receptores, provocando que se inicie una cascada de señalización hasta provocar una respuesta y convertirla en una intercelular.

Este material educativo aborda los componentes fundamentales de los seres vivos: biomoléculas, células y tejidos. Explora la composición química de las biomoléculas, incluyendo glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Además, define la célula como la unidad básica de la vida y explica la organización de los tejidos.