Células y Teoría Celular

Concepto de célula. Historia

• La célula es la unidad fundamental de la vida.
• La historia de la célula comienza con el descubrimiento de la célula por Robert Hooke en 1665, al observar una lámina de corcho a través de un microscopio.
• Antonie van Leeuwenhoek, utilizando microscopios simples, descubrió el mundo microscópico, observando bacterias, protozoos y espermatozoides.
• El desarrollo de la teoría celular se basó en los estudios de Matthias Schleiden y Theodor Schwann, quienes propusieron que todos los organismos vivos están compuestos por células.
• Rudolf Virchow, a través de la frase "Omnis cellula e cellula", concluyó que todas las células provienen de células preexistentes.

Postulados de la teoría celular

• Todos los organismos vivos están compuestos por una o más células.
• La célula es la unidad básica de la vida.
• Todas las células provienen de otras preexistentes.

Formas acelulares

• No son células, pero pueden considerarse estructuras pre-celulares o "protocélulas".
• Carecen de la capacidad de autoreplicarse, por lo que necesitan de una célula huésped para reproducirse.
• Son los virus y los viroides.

Virus

• Son los agentes infecciosos más simples.
• No son células, ya que no tienen una estructura celular organizada.
• Están formados por un núcleo de ácido nucleico (ADN o ARN) rodeado por una cubierta proteica llamada cápside.
• Algunos virus tienen una envoltura adicional de membrana lipídica, que se deriva de la célula huésped.
• Requieren de una célula huésped para replicarse.
• Ejemplos: Virus del mosaico del tabaco (sin envoltura), virus de la gripe (con envoltura).
• Ejemplos de virus con ADN: Virus del papiloma humano (HPV), virus de la hepatitis B.
• Ejemplos de virus con ARN: Virus del VIH, virus del Ébola.

Viroides

• Son moléculas de ARN circular sin cubierta proteica.
• Infectan plantas y causan enfermedades.
• Son más pequeños que los virus.
• Requieren de una célula huésped para replicarse.

Célula Procariota

• Son células simples, sin núcleo definido ni orgánulos membranosos.
• Presentan ADN en un nucleoide, que es una región del citoplasma donde se encuentra el material genético.
• Se encuentran bacterias y arqueas.

Partes de las células procariotas:

• Pared celular: Capa rígida que rodea a la célula, brindando protección y soporte.
• Membrana plasmática: Membrana externa que regula el flujo de sustancias hacia el interior y exterior de la célula.
• Citoplasma: El espacio interno de la célula que contiene el material genético y los orgánulos.
• Ribosomas: orgánulos responsables de la síntesis de proteínas.
• Nucleoide: Región del citoplasma donde se encuentra el ADN en forma circular.
• Flagelos: Estructuras filamentosas que permiten el movimiento de la célula.
• Fimbrias: Estructuras cortas y numerosas que ayudan a la célula a adherirse a las superficies.

Célula eucariota

• Son células complejas, con un núcleo definido y orgánulos membranosos.
• Son más grandes que las procariotas.
• Presentan un núcleo que contiene el ADN.
• Se encuentran en animales, plantas, hongos y protistas.

Características generales:

• Núcleo: Orgánulo que contiene el ADN de la célula, rodeado por una membrana nuclear.
• Citoplasma: Espacio interno que alberga a los orgánulos y estructuras de la célula.
• Ribosomas: Orgánulos compuestos de ARN y proteínas, responsables de la síntesis de proteínas.
• Retículo endoplásmico (RE): Red de membranas que se extiende por todo el citoplasma, participa en la síntesis y transporte de proteínas y lípidos.
• Aparato de Golgi: Orgánulo formado por sacos aplanados que procesan, modifican y empacan moléculas.
• Lisosomas: Vesículas que contienen enzimas digestivas, descomponen sustancias y organelos dañados.
• Mitocondrias: Orgánulos que producen energía para la célula, mediante la respiración celular.
• Cloroplastos: Orgánulos presentes en las células vegetales, responsables de la fotosíntesis.

Microscopios

• El microscopio de contraste de fases permite observar células sin teñir, contrastar y observar células vivas.
• Dos anillos: condensador y objetivo.
• El microscopio de Nomarsky permite observarlas en 3D.
• El microscopio de fluorescencia utiliza sondas de fluorescencia que emiten longitudes de ondas, de excitación o de emisión (nanómetros), diferentes entre sí.
• Las de emisión son mayor que las de excitación.
• La luz incidente atraviesa filtros:
  • Filtro de excitación: Selecciona la longitud de onda de excitación.
  • Filtro de emisión: Bloquea la luz de excitación y permite el paso de la luz de emisión.
• Se utiliza principalmente para la detección de proteínas mediante el uso de anticuerpos.
• El azul dapi presenta afinidad por el ADN bicatenario y es la única sonda que no requiere anticuerpos.
• El microscopio confocal es el mejor para ver células vivas.
• Imágenes de muy buena definición.
• Observa células vivas mediante sondas de fluorescencia, además de trabajar a mayor profundidad.
• Su fuente de luz es un láser.
• Selecciona la fluorescencia emitida en el plano de estudio.
• Se utiliza para seguir el curso de las proteínas en el interior de la célula.
• El microscopio electrónico utiliza un haz de electrones y ha evolucionado de la siguiente manera:
  • microscopio electrónico de transmisión (MET)
  • Microscopio electrónico de barrido (MEB)
  • Microscopio electrónico de alta resolución (MEAR)
  • Microscopio electrónico de transmisión de alta resolución (METAR)

Microscopio electrónico de transmisión (MET)

• Observa la estructura interna de la muestra.
• Se obtiene una imagen bidimensional a través de una sección muy fina de la muestra.
• El haz de electrones atraviesa la muestra y forma una imagen en una pantalla fluorescente.

Microscopio electrónico de barrido (MEB)

• Observa la superficie de la muestra.
• Utiliza un haz de electrones móvil que rastrea superficies, acelerado y enfocado sobre la muestra.
• Los electrones son emitidos por el cañón.

Preparación de muestras para microscopio electrónico

• Fijación: conserva la estructura de la muestra y evita la degradación.
• Inclusión: la muestra se incluye en una resina para obtener cortes finos.
• Corte: la muestra se corta en secciones finas con un ultramicrotomo.

CHONPS

• Dispersan los electrones, por lo que la observación directa de estas muestras daría imágenes poco contrastadas.
• Para facilitar su visualización hay que aumentar el contraste aumentando la densidad electrónica con elementos de elevado peso molecular.

Lípidos

• Moléculas orgánicas insolubles en agua.
• Compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno.
• Se clasifican en:
  • Lípidos simples: grasa (triglicéridos), ceras.
  • Lípidos complejos: fosfolípidos, glucolípidos.
  • Esteroides: colesterol, hormonas sexuales.
• Componentes principales de las membranas celulares.
• Función de reserva energética, protección y aislamiento.

Proteínas

• Moléculas orgánicas formadas por aminoácidos, unidos por enlaces peptídicos.
• Función estructural, enzimática, hormonal, de transporte, etc.
• Se sintetizan en los ribosomas del citosol.
• El proceso de síntesis de proteínas se llama traducción.
• Requieren de aminoácidos, ARN mensajero (ARNm) y ARN de transferencia (ARNt).
• Se ensamblan en ribosomas, donde se ensamblan los aminoácidos en una cadena.
• El ARNm contiene el código genético para la síntesis de la proteína.
• El ARNt transporta los aminoácidos a los ribosomas.

Propiedades de la membrana

• Fluidez: proporcionada por los lípidos y permite una rápida difusión.
• Presenta distintos tipos de movimientos:
  • Movimiento lateral: desplazamiento de lípidos y proteínas dentro de la misma capa.
  • Rotación: giro sobre su eje de los lípidos y proteínas.
  • Flip-flop: intercambio de lípidos entre capas.
• El movimiento flip-flop es menos frecuente.
• Fluidez influenciada por:
  • Temperatura: a mayor temperatura, mayor fluidez.
  • Tipos de lípidos: los lípidos insaturados son más fluidos que los saturados.
  • Presencia de colesterol: modula la fluidez de la membrana.
• Asimetría: encontramos dos tipos de composiciones lipídicas distintas en ambas capas:
  • Cara externa: rico en fosfatidilcolina y esfingomielina.
  • Cara interna: rico en fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina y fosfatidilinositol.

Renovación de la membrana

• Las proteínas se renuevan entre 2 y 13 días.
• Los lípidos se renuevan entre 3-5 días.
• Debido:
  • Degradación de componentes de la membrana. inserción de nuevos componentes de la membrana.
• Los lugares de producción de los componentes para la membrana:
  • Retículo endoplásmico
  • Aparato de Golgi
  • Citosol
• Para explicar la renovación es necesario saber:
  • Síntesis de nuevos componentes.
  • Transporte de nuevos componentes a la membrana.
  • Inserción en la membrana.
  • Degradación de componentes viejos.

Reparación de Membranas

• Tejidos que más tienden a romperse son aquellos sometidos a tensiones mecánicas repetitivas.
• Para evitar la muerte celular, se disponen de mecanismos de reparación.
• Las células presentan mecanismos de adaptación que implican:
  • Sellado de lesiones.
  • Reparación de la estructura de la membrana.
  • Síntesis de nuevos componentes.

Glucocáliz

• Capa de carbohidratos unida a las proteínas y lípidos de la membrana.
• Presenta las siguientes características:
  • Estructura: capa externa amorfa e hidratada de membrana.
  • Composición: glicoproteínas y glucolípidos.
  • Función:
    • Protección de la membrana plasmática.
    • Reconocimiento celular.
    • Adhesión celular.

Comunicación celular I

• La proporción de cationes y aniones en el interior y exterior de la célula es muy distinta.
• Si la célula no está en contacto con otras células, morirá por anoikis/apoptosis por falta de adhesión.
• Las moléculas de adhesión molecular (CAM) permiten que la célula se mantenga viva.
• Tipos de moléculas de adhesión molecular:
  • Selectinas
  • Integrinas
  • Cadherinas
• La adhesión celular mediada por selectinas, integrinas y cadherinas son dependientes de cationes divalentes como Ca2+, Mg2+ o Mn2+.

Integrinas

• Son proteínas heterodiméricas receptoras de transmembrana.
• Actúan como receptores de la matriz extracelular.
• Asisten en la adherencia de células con la matriz extracelular.

Selectinas

• Son proteínas transmembranas que intervienen en la adherencia de leucocitos a las células endoteliales.
• Participan en la inmunidad mediada por células.

Diapédesis

• Es el movimiento de los leucocitos desde los vasos sanguíneos hasta los tejidos.
• Participa en la respuesta inflamatoria.
• Las selectinas ayudan a los leucocitos a unirse a la pared de los vasos sanguíneos.
• Este fenómeno, llamado diapédesis, es un paso esencial de la inmunidad.

Cadherinas

• Son proteínas de adhesión celular, que permiten la adherencia entre dos células.
• Contribuyen a la formación de tejidos y órganos.

Uniones de anclaje célula-matriz

• Las uniones de anclaje célula-matriz conectan las células con la matriz extracelular.
• Ejemplos de uniones de anclaje célula-matriz:
  • Hemidesmosomas

Hemidesmosomas

• Conectan la membrana plasmática de las células epiteliales con la lámina basal.
• Están formadas por integrinas que se unen a proteínas de la lámina basal.
• Ayudan a mantener la adhesión de las células epiteliales a la matriz extracelular.

Adhesión focal/contacto focal

• Conectan la actina del citosol con la matriz extracelular.
• Contribuyen a la adherencia de las células a la matriz extracelular.
• Función: permiten cambios en la forma de la célula.

Uniones de anclaje célula-célula

• Las uniones de anclaje célula-célula conectan dos células adjacentes.
• Ejemplos de uniones de anclaje célula-célula:
  • Uniones adherentes
  • Desmosomas

Uniones adherentes

• Conectan los filamentos de actina de células adjacentes.
• Ayudan a mantener la adhesión entre células epiteliales.

Desmosomas

• Conectan los filamentos intermedios de células adjacentes.
• Ayudan a mantener la adhesión entre las células epiteliales, y a resistir las tensiones mecánicas.
• Están formadas por caderinas, las cuales se unen a proteínas de la membrana de la célula adjacente.
• Son más resistentes que las uniones adherentes, y se encuentran en tejidos que estan sometidos a tensiones mecánicas.

Uniones de oclusión/uniones estrechas

• Siempre se encuentran en la parte más apical entre dos células.
• Sellan los espacios entre células epiteliales.
• Barrea impermeable - ni los iones pueden pasar.
• Proteínas transmembranas (claudina y ocludina) intervienen en este tipo de unión.
• Uniones muy limitantes.
• La composición de proteínas de la parte apical no se parece en nada a la composición del dominio basolateral.
• Proteínas transmembrana que forman hebras, dando lugar a una red, cinturón a lo largo de toda la célula.
• Interaccionan con los filamentos de actina y mantienen su localización en la membrana plasmática.
• Sellan el espacio entre las membranas plasmáticas - estructura en forma de red.

Uniones formadoras de canal / Uniones GAP

• Forman grandes canales que conectan citoplasmas y permiten el intercambio de pequeñas moléculas e iones, entre células adyacentes.
• Solo se encuentras en animales.
• Formados por diferentes proteínas que se expresan en distintos tipos de células.
• Se extienden a modo de red desde el núcleo hasta la periferia, donde contactan con proteínas integrales: desmosomas y hemidesmosomas
• Función estructural.

Citoesqueleto

• Constituye el andamiaje y por tanto integra los componentes del citoesqueleto.
• Esencial en células que están sujetas a tensiones mecánicas repetitivas ( musculares, epiteliales, células nerviosas...).
• Contiene mayor cantidad de filamentos.
• Hay un filamento especial, TIPO 5, que forma parte de la lámina nuclear, fundamental para la forma y cohesión de la envuelta nuclear.

Estructura de los filamentos intermedios

• Subunidad básica:
  • Monómero (cadena polipeptídica)
  • Dimeros ( dos monómeros)

Tipos de filamentos intermedios

• Filamentos de queratina:
  • Estructura: formados por queratina, proteína fibrosa.
  • Función: proporcionan resistencia y flexibilidad a las células.
• Filamentos de vimentina:
  • Estructura: formados por vimentina, proteína fibrosa.
  • Función: proporcionan resistencia y flexibilidad a las células, mantienen el núcleo en el centro de la célula.
• Filamentos de neurofilamentos:
  • Estructura: formados por neurofilamentos, proteínas fibrosas
  • Función: proporcionan soporte estructural a las neuronas.

Queratina ácida

• El monómero de queratina ácida se asocia con la queratina neutra, formando un dímero.
• Ambos son distintos entre sí, formando un heteropolímero.
• Forman parte de queratinas duras (pelo, uñas, cuernos) y queratinas blandas (desmosomas y hemidesmosomas).

Filamentos de laminina

• Forma parte de la envoltura nuclear.
• Estructura: formados por lamininas, proteínas fibrosas.
• Función: proporcionan soporte estructural al núcleo, y regulan la replicación del ADN.

Tema 9: Microtúbulos

Introducción

• Estructuras alargadas, rígidas y huecas de 25 nm de diámetro.
• Dinámicas: aparecen y desaparecen continuamente.
• Compuestas de un único tipo de subunidad (tubulina).
• Intervienen en la forma, transporte de orgánulos, separación de los cromosomas durante la mitosis y diversos movimientos celulares (forman parte de los cilios y flagelos cuando están estables)

Estructura

• Tubulina: dímero formado por alfa-tubulina y beta-tubulina.
• Gamma-tubulina: lugar de inicio de los microtúbulos, esencial para la nucleación e inicio de la polimerización y ensamblaje de los microtúbulos.
• Dímeros alfa y beta se alinean ordenadamente en filas, denominados protofilamentos (presentan extremos diferenciados por lo que son polares).

Dinámica

• Los dímeros están unidos a GDP.
• Intercambio de GDP por GTP para la formación del dímero de GTP (listo para unirse al filamento).
• Dímero de GTP se unirá al extremo + y empieza a crecer al mismo tiempo que se produce la hidrólisis de tubulina GTP a GDP.
• Si la velocidad de adición de tubulina GTP es mayor que la velocidad de hidrólisis, se da lugar a un extremo + rico en dímeros de tubulina-GTP llamado casquete de GTPs (+), el cual se encarga de estabilizar el microtúbulo.
• Si la velocidad de polimerización es menor que la velocidad de hidrólisis de GTP, el frente de hidrólisis alcanza todo el casquete GTPs (+), provocando la desaparición del casquete, dejando solo dímeros GDP en extremo +, provocando el acortamiento del microtúbulo.

Centrosoma

• Lugar de polimerización de los microtúbulos.
• Interfase: hay 1 centrosoma cerca del núcleo.
• Mitosis: se produce la duplicación del centrosoma, después migran a los polos opuestos de la célula, a partir de los cuales surgen otros tipos de microtúbulos y se forma el huso mitótico.

Estructura del centriolo

• Cilindro hueco formado por 9 tripletes de microtúbulos
• Estructura en forma de estrella, adyacente a los centriolos, llamada material pericentriolar.

Clasificación de los centriolos

• Centriolos madre: centriolo más antiguo y, normalmente, más largo, que se duplica durante la mitosis.
• Centriolos hijos: centriolo recientemente formado, llamado centriolo hijo.

Proteínas Motoras

• Se mueven a lo largo de los microtúbulos.
• Responsable del transporte de orgánulos.

Kinesina

• Movimiento anterógrado
• Se mueve del extremo - al extremo + de los microtúbulos.
• Transporta orgánulos desde el cuerpo celular hasta las periferias de la célula.

Dineína

• Movimiento retrógrado
• Se mueve del extremo + al extremo - de los microtúbulos.
• Transporta vesículas y orgánulos desde las periferias de la célula hasta el cuerpo celular.

Funciones de los microtúbulos

• Mantenimiento de la forma de la célula.
• Función durante la división celular.
• Transporte intracelular de orgánulos y vesículas.
• Movilidad celular (cilios y flagelos).

Transporte de orgánulos

• Transporta vesículas de secreción, lípidos y proteínas.

Posicionamiento de los orgánulos

• Microtúbulos son los responsables de la localización de los orgánulos en la célula.
• Pertenecen a un determinado lugar de la célula.

Separación de los cromosomas mitóticos

• Se forman microtúbulos que se unen a los cromosomas y los separan durante la mitosis.

Movimiento de los cilios y flagelos

• El movimiento de los cilios y los flagelos depende de los microtúbulos.

Cilios y flagelos

• Extensiones de la membrana plasmática,
• Cubiertos por una membrana plasmática y poseen un axonema interno.

Estructura de los cilios y flagelos

• Axonema: estructura interna de los cilios y los flagelos.
• Formado por 9 parejas de microtúbulos periféricos y 2 microtúbulos centrales.

Función de los cilios y flagelos

• Movimientos de fluidos (limpiar las vías respiratorias).
• Movilidad celular.

Tema 10: Ribosomas

Características de los ribosomas

• Complejos de ARN ribosómico (ARNr) y proteínas
• Se sintetizan en el núcleolo (lugar donde se ensambla todo).
• Las proteínas se forman a partir de los ribosomas.

Este cuestionario explora el concepto de célula y su historia, desde los primeros descubrimientos hasta los postulados de la teoría celular. Conoce a los pioneros como Robert Hooke y Antonie van Leeuwenhoek, y cómo sus investigaciones sentaron las bases para entender que todos los organismos vivos están compuestos por células.