¿Qué es una célula? Tipos y organización

¿Qué es una célula?

• La célula es la unidad más pequeña capaz de realizar todas las actividades asociadas a la vida.
• Las células son las unidades básicas de organización y función en todos los organismos.
• Todas las células provienen de otras células.

Organización Celular

• La organización y el tamaño reducido de las células les permite mantener la homeostasis, es decir, un entorno interno apropiado.
• La membrana plasmática es una estructura distintiva que rodea la superficie celular, creando un compartimento cerrado.
• Los orgánulos son estructuras internas especializadas en actividades metabólicas, que convierten la energía en formas utilizables.

Microscopios

• El microscopio electrónico de barrido permite ver ultraestructuras, pero no el interior de los objetos.
• El microscopio electrónico de transmisión permite ver ultraestructuras con una resolución de 1 nm.
• El microscopio óptico tiene una resolución de 200 nm.

Tipos de células

• Células procariotas: El ADN está en una región limitada llamada área nuclear o nucleoide.
• La membrana plasmática delimita el contenido de la célula en un compartimento interno.
• Las células procariotas tienen paredes celulares, estructuras extracelulares que las rodean completamente.
• Biofilm: comunidad de microorganismos que viven dentro de una masa compartida de limo secretado.
• Células eucariotas: parte de la célula fuera del núcleo (citoplasma) y parte dentro del núcleo (nucleoplasma).
• Las células eucariotas tienen orgánulos (membrana bicapa lipídica): núcleo, RE, AG, cloroplastos, mitocondrias.

Núcleo Celular

• Contiene material genético y lo protege de daños.
• La membrana nuclear regula la entrada de sustancias.
• La envoltura nuclear consta de dos membranas concéntricas que separan el contenido nuclear del citoplasma circundante.
• El ADN se asocia con el ARN y ciertas proteínas, formando cromatina.
• Cada nucleolo contiene un organizador nucleolar con regiones cromosómicas que indican cómo sintetizar el ARN ribosómico.

Orgánulos del citoplasma

• Ribosomas: Partículas que se encuentran libres en el citoplasma o adheridas a ciertas membranas, formadas por ARN y proteínas sintetizadas en el nucleolo, que forman enlaces peptídicos para producir polipéptidos.
• Retículo endoplásmico (RE): Red que constituye una parte del volumen total del citoplasma; el espacio interno se denomina luz del RE.
• El RE liso tiene apariencia tubular y enzimas que catalizan la síntesis de lípidos y carbohidratos.
• El RE rugoso está salpicado de ribosomas y desempeña un papel central en la síntesis y el ensamblaje de proteínas.
• Complejo de Golgi: pilas de sacos membranosos y aplanados (cisternas) con un espacio interno; procesa, clasifica y modifica proteínas.
• La cara cis se orienta hacia el núcleo y recibe materiales de las vesículas de transporte del RE.
• La cara trans se orienta hacia la membrana plasmática, empaqueta moléculas en vesículas y las transporta fuera del complejo de Golgi.
• Lisosomas: Sacos de enzimas digestivas dispersos en el citoplasma de células animales.
• Los lisosomas primarios se forman mediante la gemación a partir del complejo de Golgi.
• Los lisosomas secundarios se forman cuando uno o más lisosomas primarios se fusionan con una vesícula que contiene material ingerido.
• Vacuolas: Sacos grandes aislados y rodeados de membrana; la falta de estructura interna justifica su nombre ("vacío").
• Peroxisomas: Orgánulos rodeados de membrana que contienen enzimas que catalizan diversas reacciones metabólicas en las que el hidrógeno se oxida.
• Mitocondrias: Orgánulos complejos presentes en células eucariotas donde ocurre la respiración aeróbica.
• El espacio intermembrana es el compartimento entre las membranas mitocondriales externa e interna.
• La matriz mitocondrial, limitada por la membrana mitocondrial interna, contiene enzimas que degradan moléculas alimenticias y convierten su energía en otras formas de energía química.
• Plastidios: Producen y almacenan materiales alimenticios en las células y se desarrollan a partir de proplastidios en células vegetales, siendo orgánulos versátiles que cambian de forma bajo ciertas condiciones.
• Citoesqueleto: Red de fibras proteicas que da resistencia mecánica, forma y capacidad de movimiento a las células.
• Microtúbulos: Filamentos proteicos adaptables en el citoesqueleto, implicados en el movimiento cromosómico durante la división celular, que regulan el ensamblaje y enlazan con otros polímeros del citoesqueleto.
• Kinesina: Se mueve hacia el extremo más del microtúbulo.
• Dineína: Se mueve hacia el extremo menos del microtúbulo.
• Centrosomas y centriolos: En células sin división, el extremo menos de los microtúbulos está anclado a centros organizadores de microtúbulos (MTOC).
• Cilios y flagelos: Estructuras móviles importantes para el movimiento celular proyectadas desde la superficie de muchas células.
• Si una célula tiene pocos apéndices largos en relación con su tamaño, se llaman flagelos.
• Si una célula tiene muchos apéndices cortos, se llaman cilios.
• Microfilamentos: Cadenas poliméricas entrelazadas de actina que ayudan a determinar la forma de la célula.
• Filamentos intermedios: Dan resistencia mecánica, estabilizan la forma celular y evitan el estiramiento excesivo.
• Cubiertas celulares: La mayoría de las células eucariotas están rodeadas por un glucocálix que protege y ayuda a separar las células.
• Las células animales también están rodeadas por una matriz extracelular (ECM) que ellas mismas secretan.
• Glucoproteínas como las fibronectinas organizan la matriz y permiten que las células se adhieran a ella.
• Las integrinas son proteínas receptoras de la membrana plasmática.
• Las integrinas mantienen la adhesión entre la ECM, filamentos intermedios y microfilamentos dentro de la célula.

Membranas

• Algunas proteínas en la membrana plasmática transportan materiales, otras transmiten información o actúan como enzimas. Las moléculas de adhesión celular conectan células para formar tejidos (cadherinas).
• Estructura: Cada célula está rodeada por una membrana plasmática que la define y separa físicamente del mundo exterior.
• Los fosfolípidos forman bicapas debido a su estructura (región hidrofóbica y otra hidrofílica) y forma cilíndrica, lo que facilita su asociación con el agua.
• Modelo de mosaico fluido: La membrana celular consta de una bicapa fluida de fosfolípidos con proteínas incrustadas o asociadas, similar a un mosaico.
• Fluidos bidimensionales: Para que una membrana funcione, los lípidos deben estar en un estado de fluidez óptimo; la estructura se debilita si son demasiado fluidos.
• Fusión de membranas: En condiciones apropiadas, las bicapas de lípidos se fusionan.
• Cuando una vesícula se fusiona con una membrana, ambas bicapas se hacen continuas. Las vesículas de transporte se forman y fusionan con las membranas del RE y del complejo de Golgi, facilitando la transferencia de materiales. Una vesícula se fusiona con la membrana plasmática cuando la célula segrega un producto.
• Proteínas integrales: Están unidas con firmeza a la membrana.
• Proteínas transmembrana: Atraviesan totalmente la membrana; algunas lo hacen una vez, otras hasta 24 veces.
• Proteínas periféricas: No se incrustan en la bicapa de lípidos, sino que se encuentran en la superficie interior o exterior de la membrana plasmática, unidas a proteínas integrales mediante interacciones no covalentes.
• Las proteínas destinadas a la superficie externa se sintetizan en los ribosomas del RE rugoso y luego pasan a través de la membrana al lumen del RE, donde se les añaden azúcares, convirtiéndose en glicoproteínas.
• Anclaje: Algunas proteínas de membrana, como las integrinas, anclan la célula a la matriz extracelular y se unen a los microfilamentos intracelulares.
• Transporte pasivo: Ciertas proteínas forman canales que permiten el paso selectivo de iones o moléculas.
• Transporte activo: Algunas proteínas transportadoras bombean solutos a través de la membrana, requiriendo energía.
• Transducción de señales: Algunos receptores se unen a moléculas de señalización como hormonas y transmiten información al interior de la célula.
• Actividad enzimática: Muchas enzimas unidas a la membrana catalizan reacciones dentro o en la superficie de la membrana.
• Reconocimiento celular: Algunas glicoproteínas sirven como etiquetas de identificación.
• Unión intercelular: Las proteínas de adhesión celular unen las membranas de las células adyacentes.
• Estructura y permeabilidad: Una membrana es permeable a una sustancia si permite su paso a través de ella, e impermeable si no lo hace.
• Las proteínas de transporte, que mueven iones, aminoácidos, azúcares y otras moléculas polares a través de las membranas, aparentemente evolucionaron temprano en el origen de las células.
• Las transportadoras se unen a iones o moléculas, provocando cambios de forma que mueven las moléculas a través de la membrana (transporte mediado por transportador).
• Canal: Forman túneles a través de la membrana; muchos están bloqueados y regulados por la célula mediante la apertura y el cierre de puertas.
• Transporte Pasivo: No requiere gasto de energía metabólica.
• Difusión: Movimiento aleatorio; si las partículas no están distribuidas uniformemente, hay regiones de alta y baja concentración que establecen un gradiente.
• Difusión simple: Moléculas pequeñas de soluto, no polares, se mueven directamente a través de la membrana a favor del gradiente.
• Ósmosis: Movimiento neto de agua a través de una membrana semipermeable, desde una región de mayor concentración a una de menor concentración.
• Presión de turgencia: presión ejercida por el agua sobre la pared celular al llenar la vacuola.
• Difusión facilitada: Proteína transportadora específica que hace que la membrana sea permeable a un soluto concreto.
• La glucosa se une a GLUT I.
• GLUT I cambia de forma y la glucosa se libera en el interior de la célula.
• GLUT I regresa a su forma original.
• Transporte Activo:
• Puede bombear materiales desde regiones de baja concentración a regiones de alta concentración, requiriendo una fuente de energía adicional.
• Bomba de sodio-potasio:
• Utiliza la energía del ATP para bombear iones de sodio fuera de la célula e iones de potasio dentro. El intercambio es desigual; en general, se importan solo dos iones de potasio por cada tres iones de sodio exportados.
• Bombear materiales de baja a alta concentración requiere energía.
• Uniportadores: Transportan un tipo de sustancia en una sola dirección.
• Simportadores: Mueven dos tipos de sustancias en una misma dirección.
• Antiportadores: Transportan dos sustancias en direcciones opuestas.
• Un sistema de cotransporte mueve solutos a través de una membrana mediante transporte activo indirecto.
• Los iones de sodio y glucosa se unen a la proteína transportadora y se liberan en el interior celular.
• EXOCITOSIS: Una célula secreta productos de desecho o secreciones como las hormonas.
• La vesícula se acerca a la membrana plasmática, se fusiona y libera su contenido.
• FAGOCITOSIS: ("Células comiendo"), la célula ingiere partículas grandes de sólidos como alimento o bacterias.
• Los pliegues de la membrana plasmática rodean las partículas, formando una vacuola alrededor, que luego se separa dentro de la célula.
• Los lisosomas se fusionan con la vacuola liberando enzimas hidrolíticas sobre el material ingerido.
• PINOCITOSIS: ("Célula bebiendo"), la célula toma materiales disueltos.
• Pequeñas gotas de líquido son atrapadas en los pliegues de la membrana plasmática, se desprenden como vesículas llenas de líquido y el contenido se transfiere lentamente al citosol.
• La endocitosis mediada por receptores permite la combinación específica de moléculas con proteínas receptoras en la membrana plasmática.
• El LDL se une a receptores específicos en fosas revestidas de la membrana.
• La endocitosis forma una fosa/pozo revestido que luego pierde el revestimiento.
• La vesícula resultante se fusiona con el endosoma.
• Los receptores regresan a la membrana plasmática y se reciclan.
• La vesícula con LDL se fusiona con un lisosoma, formando un lisosoma secundario donde se digiere el colesterol de las LDL.
• Estructuras como uniones celulares permiten conexiones fuertes, impiden el paso de materiales o establecen comunicación entre células adyacentes.
• Las células epiteliales adyacentes crean conexiones fuertes llamadas uniones de anclaje, membranas de células unidas estrechamente con proteínas de unión estrechas.
• Las uniones adherentes actúan como pegamento, manteniendo las células juntas mediante cadherinas que forman una banda continua conectada a los microfilamentos del citoesqueleto.
• Una unión en hendidura o gap une estrechamente los espacios entre las células como si fueran un puente.

Fundamentos del metabolismo

• Energía: Capacidad para hacer trabajo, cualquier cambio de estado o movimiento de la materia.
• Leyes de la termodinámica:
• La primera ley indica que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
• La segunda ley establece que cuando la energía se convierte, parte se transforma en calor que se dispersa.
• Entropía: Medida del desorden; la energía utilizable tiene baja entropía, mientras que la energía desorganizada (como el calor) tiene alta entropía.
• Metabolismo: Suma de las actividades químicas en un organismo.
• Anabolismo: Rutas que sintetizan moléculas complejas a partir de sustancias más simples.
• Catabolismo: Rutas que dividen moléculas grandes en moléculas más pequeñas.
• Reacción exergónica: Libera energía y es espontánea, pasando de alta a baja energía libre.
• Reacción endergónica: Requiere ganancia de energía de los alrededores.
• Un gradiente de concentración es un estado ordenado con regiones de alta y baja concentración.
• En reacciones acopladas, la reacción exergónica proporciona la energía para la reacción endergónica.
• ATP: La moneda energética temporalmente almacena energía en forma de trifosfato de adenosina (ATP).
• Transferencia de energía: La oxidación es la pérdida de electrones, mientras que la reducción es la ganancia de electrones.
• En la transferencia de electrones, un electrón pierde energía al ser transportado de un aceptor a otro.
• Enzimas
• Las células regulan las reacciones químicas con enzimas, que actúan como catalizadores biológicos sin consumirse.
• Las enzimas permiten la catalización de reacciones bioquímicas específicas, disminuyen la energía de activación en reacciones endergónicas y controlan la energía liberada y capturada por el ATP.
• La energía de activación (EA) es la energía necesaria para romper enlaces existentes e iniciar una reacción.
• La enzima se une al sustrato para formar un complejo intermedio inestable.
• Después de la descomposición, se libera el producto y la enzima se regenera para formar un nuevo complejo.
• Principales Características:
• La mayoría son proteínas (excepto los ribosomas).
• Son altamente específicas.
• Requieren un ion metálico para catalizar.
• Pueden formarse por una apoenzima y un cofactor (ión metálico) o una coenzima (orgánica).
• Enzima alostérica:
• En su forma inactiva, una proteína quinasa se inhibe por una proteína reguladora que se une reversiblemente a su sitio alostérico, modificando la configuración del sitio activo.
• El AMP cíclico elimina al inhibidor alostérico y activa la enzima.
• En la inhibición competitiva, el inhibidor compite con el sustrato por el sitio activo.
• En la inhibición no competitiva, el inhibidor se une a un sitio distinto del sitio activo, alterando la forma de la enzima y desactivándola.
• El metabolismo tiene dos componentes:
• El catabolismo libera energía al descomponer moléculas complejas.
• El anabolismo sintetiza moléculas complejas a partir de bloques simples.
• La respiración celular, que ocurre dentro de las células, convierte la energía de los enlaces químicos a ATP.
• La respiración aeróbica requiere oxígeno, mientras que las rutas anaeróbicas no lo necesitan.
• Respiración aeróbica: Proceso celular que requiere oxígeno molecular para catabolizar nutrientes en dióxido de carbono y agua, a través de una reacción redox donde la glucosa se oxida y el oxígeno se reduce.
• El dióxido de carbono exhalado por una persona con cada respiración proviene de descarboxilaciones que ocurren en sus células.
• El glucólisis ocurre cuando una molécula de glucosa de seis carbonos se convierte en dos moléculas de piruvato, capturando parte de la energía en la formación de ATP y NADH.
• En la glucólisis, una molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de piruvato con la formación de ATP y NADH.
• Formación de acetil coenzima A: Cada piruvato entra en la mitocondria, se oxida a acetato y se combina con la coenzima A, produciendo NADH y liberando dióxido de carbono.
• Ciclo del ácido cítrico: El acetato de la acetil coenzima A se combina con oxaloacetato para formar citrato, liberando dióxido de carbono y capturando energía en forma de ATP, NADH y FADH2.
• Transporte de electrones y quimiósmosis:
• Los electrones de la glucosa se transfieren del NADH y FADH2 para producir un gradiente de protones, que se utiliza para producir ATP.
• Notas:
• Las deshidrogenaciones son reacciones en las que dos átomos de hidrógeno son eliminados del sustrato y transferidos a la NAD+ o al FAD.
• Nutrientes diferentes: Los derivados de la digestión de proteínas entran en la glucólisis o en el ciclo del ácido cítrico después de la desaminación.
• Respiración anaeróbica: No utiliza oxígeno como aceptor final de electrones.
• Fermentación: Vía anaeróbica que no implica una cadena de transporte de electrones.
• Solo se forman dos moléculas de ATP por glucosa.
• El NADH transfiere átomos de hidrógeno a moléculas orgánicas para regenerar el NAD+.
• Fermentación alcohólica: El NADH transfiere átomos de hidrógeno al acetaldehído, que se reduce a alcohol etílico.
• Fermentación láctica: El NADH transfiere átomos de hidrógeno al piruvato, que se reduce a lactato.
• Fotosíntesis: Proceso donde la energía luminosa se convierte en energía química.
• Luz y fotosíntesis:
• La luz visible representa una pequeña parte del espectro electromagnético, que viaja en forma de ondas.
• La energía de un fotón es inversamente proporcional a longitud de onda. Cloroplastos: Mayormente dentro de las células del mesófilo; el interior de la hoja intercambia gases con el exterior mediante estomas.
• Membranas interna rellena de fluido (Estroma) que contiene enzimas que producen moléculas de carbohidrato
• El anclaje del Estroma esta suspendido contiene un conjunto interconectado sacos tilacoides. la membrana tiene espacio interior donde sucede la iluminación.
• Clorofila es la Fotosintesis
• Principal pigmento fotosintético :espectro de absorción mide la absorción de diferentes longitudes de onda de un proceso eficiente de longitudes distintas de onda de la luz.
• Fotosíntesis la energía luminosa se convierte en energía química reacciones dependientes se asocian con los tilacoides luz.
• Reacciones dependientes de luz:la energía para ADP, produciendo ATP para lo que la clorofila.
• Fotosistemas:
• Es donde las moléculas están organizadas con proteínas de unión para transfiere energía para la fotosíntesis.
• El transporte acíclico
• Cadena de transporte de electrones que provienen del fotosistema H2O y libera Foton al al absorberlos.
• Ciclo que la energía se da a la síntesis de ATP, la química acoplamiento energético.
• Las flechas de ATP se utilizan para dar a la ruta de de cadena lo largo lo que le da al transporte electrones y membranas .
• Conexiones de ATP fluye para generar más ATP
• Reacciones de fijación de carbono: Primera frase de Calvin con molécula C03 se reaccciona para que se genere bifosfato.
• Los 12 ATP la energía pueda ir poder a la ruta G3P puedan absorber la energía
• La fotorespiración: Algunos intermediarios participan ciclo de calving CO2 con el que reacciona requiere O2
• Etapa inicial: PEP Carboxilasa a través la creación de oxoalacetato por hexosa