¿Qué Significa Estar Vivo?: Biología Celular

¿Qué Significa Estar Vivo?

• Los seres vivos tienen características que los distinguen de la materia inanimada.
• Todos los seres vivos están formados por células, que son las unidades esenciales de la vida.
• Los seres vivos tienen la capacidad de crecer y dividirse, creando copias de sí mismos.
• Los seres vivos tienen sistemas para comunicarse entre células, coordinando funciones.
• La biología celular analiza la estructura, la función y el comportamiento de las células para responder preguntas sobre la vida, el desarrollo, la enfermedad y la evolución.

Unidad y Diversidad de las Células

• Las células varían mucho en su forma, función y tamaño.
• Tamaño: Varían desde bacterias microscópicas hasta óvulos que se pueden ver sin necesidad de un microscopio.
• Forma: Las células nerviosas poseen axones largos para transmitir señales, los paramecios poseen cilios para moverse, y las células musculares están especializadas en la contracción.
• Requerimientos químicos: Algunas células necesitan oxígeno, mientras que otras lo encuentran tóxico.
• Algunas células pueden generar su propia energía, mientras que otras dependen de organismos productores.
• Especialización: Ciertas células se especializan tanto que no pueden reproducirse, como las neuronas o las células musculares.
• En los organismos multicelulares el trabajo se divide entre las células que lo componen.
• Similitudes entre las células: A pesar de las diferencias, todas las células comparten elementos químicos fundamentales
• Las células incluyen moléculas esenciales como el ADN, el ARN y proteínas.
• Código genético universal: El ADN se transforma en ARN y este a su vez se transforma en proteína.
• Los mismos 20 aminoácidos participan en la formación de proteínas.

Propiedades Fundamentales de las Células Vivas

• Para dividirse, las células tienen que replicar su información genética (ADN) y sus componentes.
• El ADN es el que dirige la producción de proteínas que a su vez coordinan la replicación del ADN y la creación del ARN.
• Esto crea un sistema de autoreproducción que permite que las células se repliquen.

Virus vs. Células

• Los virus tienen materiales genéticos como ADN o ARN, pero no se replican por sí mismos.
• Necesitan la maquinaria de una célula huésped.
• Por esta razón no se les considera seres vivos.

Evolución y Origen de las Células

• Las células evolucionan con el tiempo mediante mutaciones en su material genético.
• Algunas mutaciones son dañinas, otras benefician y algunas son neutrales.
• La selección natural determina cuáles células se adaptarán mejor.
• La reproducción sexual mezcla el ADN y es por esto que se crea la diversidad genética.

Antepasado Común

• Todas las células actuales provienen de un ancestro celular, que existió hace 3500 a 3800 millones de años.
• A través de mutaciones y selección, sus descendientes evolucionaron en los organismos actuales.

El Genoma y el Control Celular

• El genoma viene siendo el conjunto completo de genes que forman parte de un organismo.
• Diferenciación celular:
• Organismo multicelular: las células tienen el mismo ADN, pero los genes que usan dependen de la función.
• Diferentes tipos de células: óseas, grasas o nerviosas pueden parecer muy distintas, pero contienen la misma información genética.
• Para cambiar la intensidad de la expresión génica, las células reaccionan a señales internas y externas.

Resumen

• La célula es la unidad básica de la vida.
• varían en forma, tamaño y función, pero comparten los mismos elementos químicos.
• La reproducción ocurre debido al dogma central: ADN → ARN → Proteína.
• Los virus no son células vivas por que son incapaces de replicarse solos.
• Gracias a la evolución, es que toda la vida proviene de un ancestro en común.
• El genoma controla el desarrollo de las células en los organismos multicelulares.

Las Células Bajo el Microscopio

• El estudio de la biología molecular empezó con la observación de células y tejidos aún sin las herramientas de la ciencia moderna.
• El descubrimiento del microscopio fue importante para el estudio de las células y fue lo que permitió los primeros descubrimientos.
• Hoy en día, los microscopios ópticos y electrónicos facilitan la observación a mayor magnitud.

Descubrimiento de las Células

• Siglo XVI: Se inventó el microscopio.
• 1665: Robert Hooke examinó el corcho y observó que este parecía estar formado por pequeñas habitaciones o “celdas”.
• Antoni van Leeuwenhoek observó células vivas y microorganismos.
• Siglo XIX: El microscopio se popularizó y permitió estudios sistemáticos de células.

La Teoría Celular

• Propuesta por Matthias Schleiden (1838) y Theodor Schwann (1839).
• Se postula lo siguiente:
• Todos los organismos están formados por células.
• La célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos.
• Rudolf Virchow (1855): Las células provienen de más células preexistentes.
• Louis Pasteur (1860) certificó que la vida no surge espontáneamente.

Microscopios Ópticos

• Utilizan luz visible para detectar tejidos y células.
• El tamaño de las células oscila entre 5 y 20 micrómetros de diámetro.
• Problema: Es difícil detectar los componentes de las células debido a que por lo general son transparentes e incoloros.
• Soluciones para este problema:
• La tinción utilizando marcadores específicos de color.
• El uso de técnicas ópticas para potencializar el contraste.
• Los microscopios fluorescentes son capaces de mostrar detalles a través del uso de marcadores fluorescentes.

Microscopios Electrónicos

• Utilizan haces de electrones en vez de luz, lo que permite una resolución más amplia.
• Diferentes tipos de microscopios electrónicos:
• Microscopio electrónico de transmisión (TEM): Es capaz de detectar estructuras internas en secciones delgadas.
• Microscopio electrónico de barrido (SEM): Es apto para detectar la superficie de las células.
• Resolución: Puede alcanzar detalles de nanómetros.

Importancia de la Microscopia en Biología Celular

• Es capaz de identificar estructuras celulares tanto externas como internas, como la membrana plasmática, el núcleo y los diversos organelos.
• Técnicas como la cristalografía de rayos x y la criomicroscopía electrónica potencian la visualización de biomoléculas en un nivel atómico.
• Tanto el microscopio como la teoría de la célula ha sido importante para la evolución y las funciones que desempeñan las células.

Células Procariontes y Eucariontes

• Estructura simple: Las bacterias son los organismos más simples y esenciales para la vida.
• Sin núcleo ni orgánulos: Su ADN no está encapsulado en un núcleo y solo tienen ribosomas.
• Clasificación celular: Existen células eucariotas, que son células que cuentan con un núcleo.

Formas y Tamaño

• Pueden ser esféricas, con forma de bastón o de tirabuzón.
• Son pequeñas, con algunos micrómetros, aunque existen ciertas especies que son 100 veces más grande que el resto.

Estructura Externa

• Posee una pared celular resistente que ayuda a que proteja la membrana plasmática.

Reproducción Rápida

• Se dividen por fisión binaria.
• Bajo condiciones óptimas, son capaces de duplicarse cada 20 minutos.
• En tan solo once horas, una sola célula puede generar más de 8 millones de descendientes.

Evolución y Adaptación

• Son capaces de transformar tramos de sus elementos géneticos, lo que les permite mejorar la adaptación a nuevas condiciones y resistir ante los antibióticos.

Clasificación de los Procariontes

• Bacterias
• Arqueas (arqueobacterias): Estructuralmente parecidas a las bacterias, son genéticamente distintas.

La Diverisad y Funciones de los Procariontes

• Diversidad y cantidad: Son las células con más diversidad que se pueden observar en el planeta.
• Organización: A pesar de que en su mayoría son organismos unicelulares, también pueden formar estructuras organizadas.
• Hábitats Extremos: Viven tanto en ambientes variados, como lo son el lodo volcánico y hasta en el interior de las células.

Tipos Según uso del Oxígeno

• Aerobias: Utilizan oxígeno con el propósito de obtener energía.
• Anaerobios estrictos: Intolerantes al oxígeno.

Origen de las Mitocondrias

• Se calcula que evolucionaron a partir de baterias aerobias que vivieron dentro de células anaerobias.

Metabolismo Variado

• Unas cuantas bacterias pueden usar cualquier compuesto orgánicos como alimento.
• A su vez, otras viven solo de sustancias inorgánicas (dióxido de carbono, nitrógeno, hidrógeno, fósforo o azufre)

Fotosíntesis y Generación de Compuestos Orgánicos

• Unas cuantas bacterias fotosintéticas producen moléculas orgánicas hechas de dióxido de carbono.
• Es importante para el ciclado de los nutrientes en la tierra.

Relación con Plantas

• Bacterias fijadoras de nitrógeno les permiten a las plantas sacarle provecho a los gases de nitrógeno que hay en el ambiente
• Los cloroplastos en las células vegetales es muy probable que hayan evolucionado de bacterias fotosintéticas.

Clasificación de los Procariontes

• Dos dominios principales:
• Bacterias: Incluyen especies comunes y patógenas.
• Arqueas: Están situadas en ambientes extremos.

Diferencias Moleculares Entre Bacterias y Arqueas

• Las bacterias y arqueas son tan distintas

Origen Evolutivo

• Provienen de un ancestro en común

Hábitats de las Arqueas

• Salmueras concentradas.
• Manantiales volcánicos.
• Sedimentos marinos profundos que carecen de oxígeno.
• Lodo de plantas de tratamiento de aguas.
• Estómago de rumiantes, donde generan metano.

Condiciones Primitivas

• Parte de las arqueas pueden tener éxito en ciertos ambientes que son similares a los que había en la tierra primitiva, previo a la acumulación atmosférica de oxígeno.

Célula Eucarionte

• Tamaño y complejidad mayor que las procariontes.
• Se componen de organismos unicelulares y multicelulares.
• Algunas eucariotas son unicelulares (levaduras o amebas).
• Se ven organismos multicelulares cuando hay células eucariotas.

Presencia de Núcleo

• Rodeodado por la envoltura nuclear (membrana doble).
• El ADN contenido está en forma de cromosomas.

Orgánulos Membranosos

• Poseen ciertos organelos rodeados de membranas.
• Estos membranas se utilizan para realizar funciones específicas.

Comparación con Procariontes

• A diferencia de las procariontes, el ADN eucarionte, está resguardado dentro del núcleo.

Mitocondrias

• Generación de energía:
• Convierte la molécula energética del alimento en ATP, el combustible celular.
• En el proceso se utiliza oxígeno y se libera dióxido de carbono, el llamado respiración celular.
• Presencia de células eucariotas :
• Los organelos son visibles dentro del citoplasma.
• Estructura:
• Doble membrana.
• Membrana interior en forma de pliegues (crestas) con tal de maximizar el área superficial para la producción del ATP.
• Estudio funcional:
• Se analizan mediante el uso de centrifugación celular, la cual permite aislar mitocondrias para facilitar el estudio.
• Origen Evolutivo:
• Poseen ADN propio y se reproducen por división.
• se cree que estas evolucionaron de bacterias que fueron absorbidas por células eucariotas primitivas creando una relación simbiótica.

Cloroplastos

• Función Principal: Son capaces de capturar la energía de la luz solar y llevar a cabo el proceso de fotosíntesis.
• Ubicación: están situados en las células vegetales, no así en el caso de los animales y hongos.
• Estructura:
• Doble membrana externa.
• Se pueden observar membranas internas apiladas las cuales contienen clorofila (pigmento verde).
• Fotosíntesis:
• Convierte la luz solar en moléculas de azúcar ricas en energía.
• Se libera oxígeno como subproducto.
• Los azúcares creados en este proceso son viables para la generación de ATP en las mitocondrias.
• Importancia Ecológica:
• Dotan de energía a la biósfera liberando alimento y oxígeno que otros organismos consumen.
• Origen Evolutivo:
• Contienen ADN propio y se pueden dividir solos.
• Se asume que estos evolucionaron de bacterias fotosintéticas absorbidas por células eucariotas primitivas.

Membranas Internas y Compartimentos Celulares

• Compartimentación intracelular:
• Los organelos membranosos permiten funcionar a la célula de manera especializada dentro de las células eucariotas.
• Se facilita importar, exportar y degradar sustancias.
• Organelos membranosos y sus funciones:
• Retículo endoplasmático:
• • Red de membranas interconectadas.
• • Síntesis de proteínas y lípidos, fundamental para la exportación.
• Aparato de Golgi:
• • Modifica, clasifica y empaca proteínas y lípidos del retículo endoplasmático.
• • Destina sustancias a su destino, ya sea fuera o dentro de la célula.
• Lisosomas:
• -Poseen enzimas digestivas para la degradación de partículas, organelos dañados o moléculas en desuso.
• Peroxisomas:
• • Reacciones metabólicas usando peróxido de hidrógeno (H2O2) para la descontaminación.

Vesículas de Transporte

• Activan los movimientos de materiales entre organelos, como el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi y la membrana plasmática.
• Endocitosis: la captura de distintos materiales del exterior por medio del uso de vesículas.
• Exocitosis: liberación de sustancias al exterior que incluyen hormonas y moléculas de señalización.

Citosol y Citoesqueleto

• Citosol:
• Porción del citoplasma que no se contiene en las membranas.
• Su composición se basa en moléculas tanto grandes como pequeñas, se desempeña como un gel viscoso o sustancia líquida.
• Donde suceden muchas reacciones químicas fundamentales, como lo son el primer paso para degradar nutrientes.
• Los ribosomas en el citosol hacen la mayor parte de la síntesis proteica.
• Funciona como elemento de sustento para los organelos y facilita el transporte de sustancias.
• Citoesqueleto:
• Red de filamentos de origen proteicos que organizan y le brindan sustento al interior de una célula.
• Se compone de tres tipos de filamentos:
• -Filamentos de actina: lo más fino de los tres, es común en células musculares, y también funcional para la contracción.
• -Microtúbulos: son de gran espesor y también ayudan a la división de la célula (para que después los cromosomas se puedan separar).
• -Filamentos intermedios: su espesor está en la media, pueden proporcionarle resistencia mecánica a las células y a su vez ayudar a mantener su forma y estructura.
• Regula la composición interna y forma de la célula.
• Permite el desplazamiento y la división.
• Citoesqueleto en animales y vegetales:
• Los vegetales con células se organizan mediante el movimiento de los organelos (mitocondrias).
• Las células animales permiten la flexibilidad y el movimiento (desplazamiento o división).
• El citoesqueleto organiza la separación para la división celular .
• Ciertas bacterias también tienen proteínas que están relacionadas con el citoesqueleto para así dirigir su división.

Conceptos sobre el Citosol, las Células Eucariontes y los Protozoos

• Movimiento del Citosol:
• Por lo general no está estático.
• Hay constante desplazamiento térmico (aleatorio) que permite mover tanto los organelos como las proteínas.
• Las proteínas motoras utilizan la energía del ATP para mover componentes a lo largo de las vías y componentes del citosol.
• El citoesqueleto posee cuerdas proteicas que se juntan y se dispersan rápidamente para facilitar las vías de comunicación dentro de la célula.

Eucariontes vs. Procariotas

• En comparación con las procariotas, las 10 veces más largas y su volumen 1,000 mayor.
• Aparte de que son un grupo de bacterias y arqueas, las eucariontes tienen núcleo, citoesqueleto y orgánulos como las mitocondrias.
• Se postula que surgieron como depreadadores primitivas en células procariotas, lo que hacía prioritario que contasen con un tamaño mayor.

Teoría de Origen Eucarionte

• Las eucariontes ancestrales eran depreadores e hicieron uso de un núcleo, esto con tal de reservar la información del ADN fuera de lo caótico que es el citoplasma.
• Existe la posibilidad de que las eucariontes primitivas se adueñaran de las mitocondrias y cloroplastos por endosimbiosis, donde las bacterias eran ingeridas por células primitivas para poder producir energía.

Protozoos

• Organismos unicelulares con la capacidad tanto de moverse y depredar.
• Aparte de especializarse en estructuras como los cilios para atrapar presas, unos cuantos, como el Dimieu, suelen ser del tipo carnívoros.
• Las estructuras de los protozoos tanto estructuras complejas y suelen ser bastante versátiles si se habla de anatomía y comportamiento.

Importancia del Estudio de la Biología Celular

• Por más que existe un grado de especialización en este rubro, bastante sigue en desarrollo y se estudia cómo los sistemas interactúan y evolucionan, lo cual es de gran ayuda para las formas de vida más complejas.

Modelos Celulares.

• Importancia de los organismos modelo:
• Por lo general las células salen del mismo ancestro y conserven las bases celulares.
• Estudio de un organismo ayuda a la comprensió, incluyendo a los humanos.
• Se eligen de acuerdo a lo fáciles que son de estudiar por la rapidez, manipulación y transparencia en la genética.

Bacterias como Modelo: Escherechia Coli (E. Coli)

• Es lo más estudiado a nivel molecular.
• Se encuentra en los intestinos vertebrados y crece con facilidad laboratorio.
• Permite entender procedimientos básicos como la producción y el ADN, sumado a la síntesis de proteínas.
• Es similar a las células humanas.

Modelo Eucarionte Unicelular: Saccharomyces Cerevisiaie (Levadura de Cerveza)

• Es una manera simple de estudiar eucariontes con crecimiento relativamente veloz.
• Comparte similitudes entre animales y plantas (como lo puede ser pared celular, mitocondrias y si cloroplastos)
• Gracias los estudios hechos a la levadura es como se pudo estudiar el ciclo y división de la célula.
• Su maquinaria está conservada en su gran mayoría dentro de la evolución, lo que facilita extrapolar conceptos a humanos.

Modelo Vegetal: Arabidopsis Thaliana

• Modelo de tipo vegetal esto gracia a su pequeño porte y rápido período de vida que también cuenta con facilidad para manipular la genética.
• Ciertos genes tienen homologías en plantas de la agricultura, facilitando el traspaso.
• Con su estudio se facilita la comprensión el desarrollo y la fisiología además de las evolución vegetal.

Modelos Animales; Drosophila, C. Elegans, Peces y Ratones

• Drosophila Melanogaster (Mosca de la Fruta):

• • En estudios fue clave esta mosca.

• Caenorhabditis Elegans (Nematodos):

• • Es tranparente además de que su desarrollo es predecible.

• Pez Cebra:

• -Es de tipo tranparente lo que lo hace funcional para estudios al desarrollo.

• Ratón (Mus Musculus):

• -Sirve como modelo tanto bio médico por ser casi genéticamente cercano.

Estos organismos pudieron aportar bastante en la rama celular, genética y en la salud en general.

Organismos Modelo en Biología Celular y Molecular.

• Los organimos a la vez como modelo se utiliza en cada uno.
• Entendar mediante el estudios a ciertos organismos permite hacer el traspado entre células.
• El grado de factibilidad que se les facilite el estudio, la reproducción fácil ademas de las cualidades notorias del individuo, han sido factores importantes para su elección.
• Este conocimiento y mezcla, ha permitido entender de manera más profundo y precisa el mundo a nivel molecular,

Organismos Modelo Específicos

• Procariontes: Escherichia Coli (E. Coli'):

• Facilidad para la biología molecular.

• Reproducción y fácil cultivo.

• Es fundamental para las replicaciones del ADN y las síntesis de proteínas.

• Su maquinario logra ser similar a las células humanas.

• Eucariontes Unicelulares: Saccharomyces Cerevisae (Levadura de Cerveza).

• Es parecido a un eucarionte con similitud a las células humanas.

• Fáciles y rápidos de manipular y reproducir.

• Importante en estudios sobre el ciclo de la célula.

• Genes trasplantables a seres humanos.

• Plantas: Arabidopsis Thaliana.

• Por el porte tan pequeño de su genoma, es de rápida producción.

• Los genes de igual manera tienden a tener similitudes a las plantas de la agricultura, facilitando el estudio.

• Es factible adentrarse el estudio investigativo tanto fisiológico como evolutivo de las plantas.

• Insectos; Drosophila Melanogaster. Fundamental en el aspecto genético ya que demostró que los genes a su vez se sitúan en los cromosomas.

• Es funcinoal la ADN, esto mediante un estudio profundo al organismo.

• Es por eso como los investigadores han podido identificar los agentes que crean la formación en el diseño.

Nematodos: Caenorhabditis Elagans C. Elegans

• Su desarrollo logra ser predecible.
• Ayuda a comprender el proceso de la apoptosis.
• En el 70% de la genetica tienen en relación con humanos.
• Peces: Pez Cebra (Danio Rerio):
• Es idóneo evaluar lo traslúcido que tienden a ser primeros pasos de la células vertebrales.
• Mamíferos: Ratón Musculus
• De gran ayuda para la inmunología, desarrollo y genética y biología celular.
• Siendo funcionales y precisos a mutaciones puntuales mediante la ingeniería genética La similitud al genoma también es idéntico.

Estudio de Células Humanas y Cultivos Celulares

• Cultivar células humanas vitro.

• Algunos de los estudios son:

• • Citoesqueleto producen matriz.