Las Células: Unidades Básicas de la Vida

Células: las unidades básicas de la vida

• Todos los seres vivos están compuestos por células, marcando una revolución en el pensamiento científico hace más de 175 años.
• Las células son unidades delimitadas por membranas que contienen una solución acuosa concentrada de sustancias químicas.
• Tienen la capacidad de crear copias de sí mismas a través del crecimiento y la división.
• Los organismos superiores, incluidos los humanos, son comunidades de células derivadas de una célula fundadora.
• Cada célula individual en un organismo multicelular desempeña una función especializada coordinada por comunicación intercelular.
• El estudio biológico de las células, su estructura, función y comportamiento, busca responder los interrogantes de qué es la vida y cómo funciona.
• El conocimiento celular permite abordar problemas sobre orígenes, diversidad y la ocupación de hábitats en la Tierra.
• La biología celular puede proporcionar respuestas sobre existencia, origen, desarrollo y salud.
• Se consideran la variedad de formas celulares y se analiza la maquinaria química común.
• Se analiza la visibilidad de las células con microscopios y el interior de las mismas.
• Las similitudes de los seres vivos permiten una comprensión coherente de la vida, desde bacterias hasta robles.

Unidad y Diversidad de las Células

• Se estima que existen hasta 100 millones de especies distintas de seres vivos.
• Los organismos varían drásticamente, desde bacterias hasta delfines y rosas.
• Las células difieren en forma y función, incluso dentro de un mismo organismo multicelular.
• Todas las células comparten una química fundamental y características comunes a pesar de sus diferencias.

PCB Preparatoria

• Se comparan las semejanzas y diferencias entre las células, analizando cómo las células actuales evolucionaron de un ancestro común.

Las Células varían enormemente en Aspecto y Función

• El tamaño es una de las características más obvias al comparar células.
• Una célula bacteriana (Lactobacillus) mide unos pocos micrómetros, mientras que un huevo de rana mide alrededor de 1 milímetro.
• La variación en forma es amplia, como se observa en células nerviosas (axones largos) y Paramecium (forma de submarino con cilios).
• Las células varían en requerimientos químicos.
• Algunas dependen del oxígeno, mientras que otras usan dióxido de carbono, luz solar y agua.

Diversidad y Función Celular

• Las diferencias de tamaño, forma y requerimientos químicos reflejan diferencias en la función celular.
• Algunas células son fábricas especializadas en hormonas, almidón, grasas, látex o pigmentos.
• Las células musculares son motores que queman combustible, y algunas células musculares modificadas generan electricidad.
• La especialización extrema de una célula puede llevar a la pérdida de la capacidad de multiplicarse.
• En organismos multicelulares, existe una división del trabajo que permite una especialización en tareas.
• La transmisión de información genética a la siguiente generación se delega a especialistas como el óvulo y el espermatozoide.

Todas las Células Vivas tienen una Química Básica Similar

• A pesar de la diversidad, los organismos tienen algo en común que permite llamarlos seres vivos.
• La vida se define en términos abstractos como crecimiento, reproducción y respuesta al ambiente.
• La bioquímica y biología molecular han revelado similitudes internas en las células de todos los seres vivos.
• Las células están compuestas por las mismas clases de moléculas involucradas en los mismos tipos de reacciones químicas.
• La información genética se transporta en moléculas de ADN con un código químico universal.

Las células vivas son colecciones de catalizadores que se autorreplican

• Una propiedad fundamental de los organismos vivos es la capacidad de reproducirse.
• En las células, la replicación implica la duplicación del material genético y la división celular.
• La autorreplicación se basa en la relación entre ADN, ARN y proteínas.
• El ADN codifica la información que dirige el ensamblado de proteínas, y las proteínas catalizan el proceso.

Replicación y Variabilidad

• Una célula viva degrada nutrientes para sintetizar y generar energía para procesos biosintéticos.
• Solo las células vivas pueden autorreplicarse.
• Los virus, aunque tienen información genética, dependen de la maquinaria reproductiva de las células que invaden.
• Todas las células vivas han evolucionado aparentemente de la misma célula ancestral.
• Las mutaciones alteran las instrucciones del ADN durante la replicación, generando descendientes diferentes.
• Algunas mutaciones reducen la capacidad de supervivencia, otras la mejoran y algunas son neutras.
• La supervivencia favorece la transmisión de los genes de los sobrevivientes.
• La reproducción sexual complica la herencia al fusionar material genético de dos células.
• Estos principios, aplicados por generaciones, dan origen a la evolución y adaptación de las especies.
• La evolución explica la similitud fundamental de las células modernas, heredadas de un ancestro común.
• Se estima que la célula ancestral existió hace tres mil quinientos a tres mil ochocientos millones de años y contenía un prototipo de la maquinaria universal de la vida.

Microscopios y Teoría Celular

• El microscopio óptico permitió el descubrimiento de las células en el siglo XVII.
• Robert Hooke observó cámaras en corcho y las llamó "celdas".
• Antoni van Leeuwenhoek observó células vivas y organismos microscópicos móviles.
• En el siglo XIX, Schleiden y Schwann documentaron que las células son los componentes universales de los tejidos vivos.
• Se advirtió que todas las células vivas se forman por crecimiento y división de células preexistentes, principio de la teoría celular.
• La idea de que la vida solo puede surgir de organismos existentes fue resistida, pero finalmente confirmada.

Principios Fundamentales

• Las células solo se generan a partir de células preexistentes, transmitiendo características hereditarias.
• La teoría de la evolución de Darwin explica cómo la variación y la selección natural dan origen a la diversidad.
• La teoría celular y la evolución llevan a considerar la vida como un vasto árbol genealógico de células individuales.

El Microscopio Óptico

• El microscopio óptico puede revelar algunos componentes de la célula.
• Los tejidos están divididos en miles de células y pueden tener una matriz extracelular.
• Las células suelen medir de 5 a 20 μm de diámetro.

Dificultades y Anatomía

• Es difícil distinguir la estructura interna de una célula debido a su tamaño pequeño y transparencia.
• La tinción de las células con colorantes ayuda a superar este problema.
• Las pequeñas diferencias en el índice de refracción se visualizan mediante técnicas ópticas especializadas.
• Las células animales típicas presentan una membrana plasmática, un núcleo prominente y citoplasma.
• No es posible resolver estructuras menores de 0,2 μm con un microscopio óptico convencional.

Microscopios de Fluorescencia

• Los microscopios de fluorescencia utilizan métodos complejos de iluminación y visualizan componentes celulares marcados con fluorescencia.
• Los microscopios de superresolución más recientes pueden alcanzar límites de resolución de hasta 20 nanómetros.

Microscopía Electrónica

• Para el máximo aumento y resolución, se recurre a la microscopía electrónica.
• Las muestras celulares deben ser cuidadosamente preparadas y teñidas.
• La microscopía electrónica revela la fina estructura de la célula, incluyendo orgánulos subestructuras, funciones especializadas y membranas.
• El microscopio electrónico de transmisión transmite un haz de electrones a través de la muestra.
• El microscopio electrónico de barrido dispersa electrones sobre la superficie de la muestra, permitiendo observar la superficie de células y otras estructuras.
• Ni siquiera el microscopio electrónico más poderoso puede visualizar los átomos individuales que forman las moléculas biológicas.

La Célula procarionte

• Las bacterias tienen la estructura más simple, sin orgánulos o núcleo.
• La presencia o ausencia del núcleo es la base para clasificar organismos vivos.
• Los eucariontes tienen células con núcleo, mientras que los procariontes no.
• Los procariontes suelen ser esféricos, bacilos o con forma de tirabuzón, midiendo solo micrómetros.
• Una pared celular protectora rodea la membrana plasmática.
• En la microscopía electrónica, el interior celular parece una matriz de textura variable, sin estructura interna organizada.
• Se multiplican rápidamente, dividiéndose en dos en condiciones óptimas.
• La rápida proliferación y la capacidad de intercambiar material genético permiten una rápida evolución y la adquisición de capacidades.

Diversidad y Clasificación

• Los procariontes son las células más diversas y numerosas de la Tierra.
• Son organismos unicelulares, pero pueden formar cadenas o grupos.
• Químicamente, son la clase más diversa de células, aprovechando una amplia gama de hábitats.
• Se dividen en bacterias y arqueas, que solo guardan una relación distante aunque sean indistinguibles estructuralmente.
• Algunas bacterias son fotosintéticas y pueden fijar nitrógeno.
• Algunos procariontes tienen membranas intracelulares para los fotosíntesis.
• Algunos son aerobios y otros anaerobios estrictos.
• Las mitocondrias en células eucariontes evolucionaron de bacterias aerobias.
• Las bacterias pueden utilizar casi cualquier material orgánico como alimento.
• Algunos procariontes pueden vivir de sustancias inorgánicas, obteniendo su carbono del CO2 atmosférico y su nitrógeno del N2.

Procariontes y Eucariontes

• Los procariontes realizan fotosíntesis y utilizan energía de la reactividad química.
• Desempeñan un papel fundamental en la economía de la vida y son la base para organismos que dependen de compuestos orgánicos.
• Las plantas dependen de las bacterias para la fotosíntesis, y los orgánulos de la célula vegetal (cloroplastos) evolucionaron de bacterias fotosintéticas.

Clasificación de los Procariontes

• Tradicionalmente, los procariontes se clasificaban juntos, pero estudios moleculares revelan una división entre bacterias y arqueas.
• Los miembros de estos dos dominios difieren tanto como los eucariontes.
• La mayoría de los procariontes familiares son bacterias, mientras que las arqueas se encuentran en ambientes hostiles.

La Célula Eucarionte

• Generalmente de mayor tamaño y elaboración en comparación con las bacterias y las arqueas.
• Algunas eucariontes viven independientes como organismos unicelulares.
• Organismos multicelulares más complejos - incluidos los animales, las plantas y los hongos - se forman a partir de células eucariontes.
• Por definición, todas las células eucariontes tienen un núcleo.
• Poseen una variedad de orgánulos dentro de un núcleo.
• También tienen orgánulos como la mitocondria delimitados por membranas a todas los organismos eucariontes.

Características Eucariontes

• Tiene orgánulos delimitados por membranas
• Núcleo es su depósito de información
• Se encuentra encerrado dentro de dos membranas concéntricas (envoltura nuclear).
• Cromosomas se tornan visibles por divisiónes.
• Su tamaño de la longitud del ADN (varios metros) hace que deba estar altamente compactado.
• Se compactan los cromosones durante la división celular (condensan) formando cromosomas verseiformes
• La envoltura nuclear contiene moléculas de ADN, polímeros extremadamente largos que codifican la información genética del organismo.
• En las células procariontes, se carece de nucleo, pero igualmente portan DNA
• El DNA transmite la información genética.

Creación de Energía en Eucariontes

• Se da energía utilizable a partir de moléculas.
• Las mitocondrias están presentes en la mayoría de las células Eucariontes.
• Son conspicuas en el citoplasma Con microscopio de fluorescencia, se observan como estructura vermiforme (en forma de gusano).
• Presenta membranas que se proyectan en el interior del organulo (forman pliegues).
• Mitocondrias utilizan energía de la oxidación de moléculas alimenticias (azúcares) para producir trifosfato de adenosina o combustible químico básico que impulsa las actividades celulares.
• El proceso se llama respiración celular (consume oxigeno, libera CO2).
• Hongos y animales requieren de las mitocondrias

Filamentos proteicos

• Contienen su propio ADN y se reproducen por división.
• se considera que derivan de aquellas devoradas por algún antepasado de las células eucariontes actuales.
• Primeros pasos de la degradación de moléculas de nutrientes tienen lugar en el citosol (donde están los ribosomas).

Citoesqueleto

• No solo es una sopa de sustancias químicas y orgánulos
• En células eucariontes el citoplasma es cruzado por filamentos finos
• Filamentos están atancados (anclados) en la membrana plasmática о SE irradian desde un sitio central
• Sistema de filamentos proteicos denominado citoesqueleto comprende 3 tipos principales de filamentos.

Tipos de Filamentos

• Los más delgados con filamentos de actina abrundantes
• Filamentos más gruesos (microtubos) tienen forma de tubos, en la célula ayudan a separar en división
• Filamentos intermedios son de grosor intermedio.

Organismos Modelo

• En terminos moleculares, se conoce el funcionamiento de la bacteria Escheri chie (E Coli)
• Es pequeña, baciliforme, vive en el intestino pero crece en caldo nutriente.
• la levadura Saccharomyces Cerevisite es eucoriante modelo y se conoce para muchos de los mecanismos eucariontes (incluso la replicación de ADN).
• Ocasionalmente se confunde con la levadura para elaborar cerveza y hornear pan.

Arabidopsis

• Ha sido elegida como modelo para la planta al ser los organismos multicelulares tanto animales como plantas.
• Permite la obtención de información sobre su la biologia celular molecular solo en algunas especies convenientes para el análisis detallado.
• El estudio puede aportar a datos sobre desarrollo y la feologia plantas.

Los modelos animales comprenden

• Moscas
• Helmintos (gusanos)
• Peces
• Ratones son usados recurrentemente por similitud en relación al humano.
• Los modelos animales multicolulares representan la mayoría de especies y son insectos.
• Lo anterior hace apropiado que un insecto (la mosca de la fruta Drosophila) ocupe un lugar central en la investigación biológica.
• Drosophola y estudios de genética molecular han abierto cleves sobre su desarrollo.
• En contraparte, Caenorhabditis eleguros se desarrolla a partir de exactamente 959 células (sin contar óvulos y espermatozoides).

Los mecanismos habituales de la vida

• Con los datos a la mano, se dice que todos los organismos estan compuestos por células similares en su interior por el DNA
• Todas las estructuras que provengn del DNA son equivalentes según el organismo (sea uno simple cómo la levadura y otros más complejos cómo un ser humano). en terminos proteinas, son igual de procesados

División celular

• La manera en que los tipos de células provienen através en a través de su división de un antecesor.
• Proceso de realizar replicación de una célula.
• Ha permito descubrimientos de estudiar organismos de con "defectos" y partes únicas.

Organismos modelo

• Son el centro de gran parte de la investigación para estudiar su funcionalidad.

Conhecimento

• La investigación de cellules con levatura ofrece información de biomedicina
• Ofrece atajos para mejorar la salud humana (cómo estudios bioquímicos en modelos simples y la administración).
  • Se cuenta con abbundantes materiales para manipular genéticamente y entender la función (aunque es difícil de creer la similitud).
• Se estudió el esqueleto del citoesqueleto.
• Organismos modelo suelen ser estudiados por un largo momento
• Algunos sirven para analizar procesos del desarrollo
• Sirven modelos médicos
• En ocasiones requieren examinación directa, como un análisis para resolver mutaciones genéticos.

Genomas y Organísmos

• Proporciona información en la bioloia molecular
• Hay un origen evolutivo (bajo la superficie).

Estudios

• Se centran mas en la secuanci genomica
• Muestran que hay más que ADN solo de un organismo, si el ADN tiene la capacidad de programar organismos complejos cómo la reproducción.