Teoría Celular: Origen y Postulados

Teoría Celular

• La teoría celular es un principio fundamental en biología
• La teoría celular establece que la célula es la unidad básica de la vida
• Científicos como Matthias Schleiden, Theodor Schwann y Rudolf Virchow desarrollaron la teoría celular en el siglo XIX.
• La teoría celular postula que todos los organismos vivos están formados por células
• Los organismos unicelulares, como las bacterias, están formados por una sola célula
• Los organismos multicelulares, como animales y plantas, están formados por muchas células
• La célula es la unidad estructural y funcional básica de los organismos
• Las células llevan a cabo funciones vitales como el metabolismo, la reproducción y la respuesta a estímulos
• Toda célula proviene de otra célula preexistente
• Rudolf Virchow propuso que las células se reproducen por división celular, no de forma espontánea

Implicaciones de la Teoría Celular

• Las células tienen una organización interna para funciones vitales
• Las células son responsables de procesos bioquímicos como la síntesis de proteínas, la producción de energía (ATP), la reproducción y la respuesta a estímulos ambientales
• Tipos de células son diversos, incluyendo procariotas y eucariotas
• Las células se especializan, incluyendo células nerviosas, musculares y epiteliales

La Célula

• La célula es la unidad estructural y funcional básica de los seres vivos
• Es la entidad más pequeña capaz de realizar funciones vitales
• Estas funciones incluyen reproducción, metabolismo, crecimiento, respuesta a estímulos y homeostasis
• Hay dos tipos principales: procariotas y eucariotas

Método de Estudio de las Células

• Las células se estudian con microscopios debido a su tamaño diminuto
• La microscopía óptica usa luz visible para ver células y tejidos, útil para células vivas y estructuras eucariotas internas
• La microscopía electrónica usa electrones en lugar de luz para obtener imágenes de alta resolución para detalles subcelulares
• Las técnicas de tinción usan tintes para resaltar estructuras celulares
• Los cultivos celulares se usan para estudiar el comportamiento celular en condiciones controladas

Tamaños Celulares

• El tamaño celular varía según el organismo y tipo de célula
• Células animales y vegetales miden entre 10 y 100 µm
• Las bacterias (procariotas) son más pequeñas, entre 0.1 y 10 µm
• Los óvulos animales pueden alcanzar hasta 1000 µm de diámetro

Células Procariotas

• Estructura simple sin núcleo definido
• Su material genético se dispersa en el citoplasma, en una región llamada nucleoide
• Su tamaño es pequeño, entre 0.1 y 5 µm
• No tienen organelos membranosos como mitocondrias, cloroplastos ni retículo endoplasmático
• Se reproducen por fisión binaria, un proceso simple de división celular
• Son ejemplos de células procariotas: Bacterias y arqueas

Células Eucariotas

• Estructura compleja con un núcleo definido por una membrana nuclear que contiene el material genético
• Su tamaño es mayor, entre 10 y 100 µm
• A veces pueden ser aún más grandes en algunos casos
• Presentan orgánulos membranosos como mitocondrias, retículo endoplasmático y aparato de Golgi
• Se reproducen por mitosis y meiosis, siendo la división celular más compleja que en las procariotas
• Animales, plantas, hongos y protistas son ejemplos de células eucariotas

Resumen de la célula

• Las células son la unidad básica de los organismos vivos, capaces de funciones vitales
• La teoría celular afirma que todas las funciones biológicas ocurren dentro de las células
• También postula que todas las células provienen de otras preexistentes
• El estudio celular requiere microscopios (ópticos y electrónicos), tinción y cultivos
• Las células varían en tamaño, desde 0.1 µm en procariotas hasta cientos de micrómetros en óvulos
• Los microscopios son esenciales para su estudio debido a su tamaño
• Las células procariotas son simples y pequeñas, sin núcleo
• Las células eucariotas son complejas, con núcleo y orgánulos

Origen de la Célula

• El origen de la célula se explica por dos teorías principales: abiogénesis y teoría endosimbiótica
• La abiogénesis postula que las primeras células surgieron en la Tierra primitiva a partir de moléculas simples hace 3.8-4.0 mil millones de años
• Las moléculas se organizaron en protocélulas bajo condiciones favorables
• Estas protocélulas evolucionaron hacia las primeras células procariotas
• La teoría endosimbiótica explica el origen de las células eucariotas
• Sugiere que mitocondrias y cloroplastos provienen de bacterias engullidas por células procariotas primitivas, que vivieron en simbiosis con ellas

Características de las Células Procariotas

• No tienen núcleo definido, con ADN en una región llamada nucleoide
• Su tamaño es pequeño, generalmente entre 0.1 y 5 µm
• Carecen de orgánulos membranosos, solo tienen ribosomas
• Poseen pared celular para protección y estructura
• Se reproducen asexualmente por fisión binaria
• Muestran diversidad metabólica, siendo aeróbicas o anaeróbicas

Células Eucariotas y Teoría Edosimbiótica

• Las células eucariotas surgieron hace 2.5 a 3 mil millones de años a partir de células procariotas
• La teoría endosimbiótica sugiere que células primitivas engulleron bacterias
• En lugar de ser digeridas, estas bacterias vivieron simbióticamente dentro de ellas
• Con el tiempo, evolucionaron a orgánulos como mitocondrias y cloroplastos

Tipos de Células Eucariotas

• Células Animales:
  • Carecen de pared celular y cloroplastos
  • Poseen membrana celular
  • Realizan respiración celular en las mitocondrias
• Células Vegetales:
  • Tienen pared celular (principalmente de celulosa) y cloroplastos (para fotosíntesis).
  • Poseen membrana plasmática
  • Presentan grandes vacuolas para almacenar agua y nutrientes

Sistema de Endomembranas y Citoesqueleto

• El sistema de endomembranas es una red de membranas internas en células eucariotas
• Estas membranas internas están interconectadas y funcionan en la síntesis, procesamiento y transporte de moléculas
• Componentes del sistema de endomembranas:
  • Núcleo (contiene ADN)
  • Retículo endoplasmático (RE):
    • RE rugoso (ribosomas y síntesis de proteínas)
    • RE liso (síntesis de lípidos y desintoxicación)
  • Aparato de Golgi (modifica, clasifica y empaqueta proteínas y lípidos)
  • Vesículas (transportan productos entre el RE, Golgi y otras partes de la célula)
  • Lisosomas (contienen enzimas digestivas para descomponer materiales)
• El citoesqueleto proporciona soporte estructural, forma y facilita el movimiento celular en células eucariotas
• Se compone de tres tipos de filamentos:
  • Microfilamentos (actina) para movimiento y forma celular
  • Filamentos intermedios (soporte mecánico y estabilidad)
  • Microtúbulos (tubulina) para cilios, flagelos, transporte intracelular y división celular
• Este sistema facilita la organización interna y el movimiento celular

Membrana Plasmática:

• La membrana plasmática es una capa delgada protectora alrededor de la célula
• El principal componente es la bicapa lipídica con proteínas integrales y periféricas incrustadas
• Sus funciones principales incluyen:
  • Seleccionar lo que entra y sale (transporte de nutrientes, iones y desechos)
  • Proteger la célula de su entorno
  • Facilitar la comunicación (por medio de receptores)

Estructura y función de la Membrana Plasmática:

• El modelo de mosaico fluido describe la estructura de la membrana plasmática
• El modelo postula una bicapa lipídica fluida con proteínas incrustadas que se desplazan lateralmente
• Los fosfolípidos forman la capa básica
• Las proteínas (integrales y periféricas) cumplen funciones de transporte, señalización y adhesión

Transporte de Solutos y Agua a través de la Membrana

• Difusión (transporte pasivo):
  • Los solutos se mueven de alta a baja concentración sin gasto de energía
  • El oxígeno y el dióxido de carbono son ejemplos de transporte pasivo a través de la membrana
• Osmosis:
  • Es un tipo de difusión que implica el movimiento de agua a través de una membrana semipermeable
  • El transporte se da desde una zona de baja concentración de solutos a una de alta concentración
• Transporte activo:
  • El transporte activo implica el gasto de energía (ATP) para mover solutos en contra de su gradiente de concentración
  • Un ejemplo del transporte activo es la bomba de sodio-potasio
• Tráfico de membrana:
  • La endocitosis es el proceso por el cual la célula absorbe materiales
  • La endocitosis ocurre mediante la formación de vesículas a partir de la membrana plasmática
  • La exocitosis es el proceso inverso dónde la célula expulsa materiales a través de vesículas que se fusionan con la membrana plasmática

Modificaciones y transporte de la superficie celular:

• Uniones celulares:
  • Uniones estrechas: Sellan las células cercanas, creando una barrera impermeable
    • Desmosomas: Proveen una unión fuerte para resistir tensiones entre las células
      • Uniones gap: Permiten la comunicación directa y el paso de moléculas pequeñas entre las células Resumen: La membrana plasmática es dinámica y controla el paso de sustancias, la comunicación y la integridad celular mediante varios mecanismos como la difusión, la ósmosis, la endocitosis, la exocitosis y uniones celulares

Transporte Pasivo y Activo

• Tipos de transporte:
  • Transporte Pasivo: Sin necesidad de energía
    • Difusión: Movimiento de solutos de alta a baja concentración, como oxígeno y dióxido de carbono
    • Osmosis: Movimiento de agua a través de una membrana semipermeable de baja a alta concentración de solutos
  • Transporte Activo: Requiere energía, como ATP
    • Los solutos se mueven en contra de su gradiente de concentración, como la bomba de sodio-potasio

Endocitosis y Exocitosis en el transporte:

• La endocitosis permite la absorción de materiales
• La exocitosis permite la expulsión de materiales

Transporte de Nutrientes a través de la Membrana Celular:

• El sistema asegura la homeostasis y el transporte eficiente de sustancias
• El transporte se clasifica en dos procesos:
  • Transporte Pasivo (sin energía):
    • Difusión: Los nutrientes se mueven de un área de alta concentración a baja concentración (ej. oxígeno, dióxido de carbono)
    • Facilitada: Proteínas transportadoras mueven nutrientes específicos (ej. glucosa) a favor del gradiente
    • Osmosis: El agua se mueve a través de la membrana según la concentración de solutos
  • Transporte Activo (requiere energía):
    • Los nutrientes se mueven en contra de su gradiente, requiere energía (ATP), ej. bomba de sodio-potasio

Homeostasis:

• Este proceso permite a la célula tomar nutrientes y mantener la homeostasis

Exocitosis:

• Durante la exocitosis, las vesículas se fusionan con la membrana para liberar sustancias al medio extracelular
• Requiere energía (ATP), y sirve para expulsar desechos y liberar neurotransmisores u hormonas
• Pasos clave:
  • Formación de la vesícula: Agrupación de sustancias en una vesícula en el citoplasma
  • Fusión con la membrana: La vesícula se une a la membrana y se libera su contenido
  • Expulsión de contenido: Liberación de materiales fuera de la célula

Endocitosis:

• La endocitosis permite a la célula absorber sustancias del medio extracelular mediante vesículas
• Permite la ingestión de moléculas grandes o partículas que no pueden atravesar la membrana por difusión

Tipos de Endocitosis:

• Fagocitosis:
  • Engloba partículas grandes como bacterias o restos celulares
  • Ocurre en macrófagos y neutrófilos
• Pinocitosis:
  • Ingiere líquido y solutos disueltos de forma continua y no selectiva, también llamada "bebida celular"
• Endocitosis Mediada Receptor:
  • Capta moléculas específicas que se unen a receptores
  • Se forma una vesícula para ser procesada
• Es esencial para la nutrición, la defensa inmunológica y la regulación celular

Matriz Extracelular (MEC):

• La MEC proporciona soporte estructural y regula la comunicación celular
• Es una red compleja de proteínas y polisacáridos fuera de la célula
• Se encuentra principalmente en el espacio entre células y tiene funciones clave

Componentes Principales de la MEC:

• Colágeno: Aporta fuerza y elasticidad a la matriz
• Elastina: Da elasticidad para que los tejidos se estiren y vuelvan a su forma
• Proteoglicanos: Retienen agua y dan soporte estructural
• Fibronectina: Ayuda a las células a adherirse y facilita la migración celular

Funciones de la MEC:

• Proporciona el Soporte estructural, facilitando la forma de los tejidos y órganos
• Funciona en la Adhesión celular, facilitando la conexión entre las células y la matriz
• La MEC participa en la Regulación de la actividad celular, controlando procesos de proliferación, diferenciación y migración celular
• La MEC funge también como sistema de Filtración en algunos tejidos, como los riñones

Uniones Celulares

• Las uniones celulares son fundamentales, trabajando en conjunto con la matriz extracelular, para mantener la estructura, cohesión y función de los tejidos
• Los diferentes tipos de uniones son:
  • Uniones estrechas: Sellan las células, evitando el paso de sustancias (ej. en el epitelio intestinal)
  • Desmosomas: Proveen fuerza y resistencia mecánica en tejidos bajo estrés (ej. piel y corazón)
  • Uniones gap: Permiten la comunicación directa entre células (ej. músculo cardíaco)
• Uniones con la matriz extracelular:
  • Integrinas: Anclan las células a la matriz extracelular (adhesión celular)
  • Focal adhesions: Unen las células a la matriz mediante integrinas, facilitando la migración y señalización

Plasmodesmos Interconexion Celular:

• Microcanales que permiten el intercambio entre células vegetales para conectar las células vegetales
• Facilitan el intercambio de agua, nutrientes y señales
• Funciones primarias:
  • Intercambio de moléculas (iones, hormonas y ARN)
  • Comunicación intercelular (transmisión de señales)

Energía en Biología:

• La energía es la capacidad para realizar trabajo o producir cambios
• En biología, la energía se utiliza para funciones vitales como la síntesis de moléculas, el movimiento y el transporte de sustancias

Leyes de la termodinámica en biología:

- Primera ley: La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma
- Segunda ley: La entropía (desorden) siempre aumenta

• Catabolismo, la degradación de moléculas, libera energía
• Anabolismo, la síntesis de moléculas, utiliza energía

Fluidez de la Energía:

• La energía fluye durante las reacciones químicas mediante la transformación de energía libre
• Exergónicas: Reacciones que liberan energía
• Endergónicas: Reacciones que requieren energía
• La energía celular se transporta a través del ATP
• Las reacciones exergónicas liberan energía para reacciones endergónicas

¿Cómo las Enzima Influyen en las Reacciones Bioquímicas

• Las enzimas son proteínas que aceleran reacciones y reducen la energía de activación
• Las células controlan sus procesos metabólicos mediante:
  • Regulación enzimática (activación o inhibición)
  • Retroalimentación negativa (inhibición por productos finales)
  • Modificación de sustratos y cofactores

Transformación de la Energía

• La transformación de energía permite el uso en otros procesos celulares
• Ejemplos de transformación de energía:
  • Energía solar (plantas durante la fotosíntesis)
  • Energía química (liberación de ATP a través de la respiración celular)
  • Trabajo celular (ATP para el movimiento, la síntesis de moléculas y el transporte)
• La entropía mide el desorden, y tiende a aumentar, causando la pérdida de energía útil
• La energía se transfiere durante procesos, de molécula a molécula (respiración celular), de forma química a mecánica (transporte), a través de gradientes (fotosíntesis y respiración celular)

Reacciones Metabólicas Acopladas

• Procesos en los que una reacción exergónica proporciona la energía para que ocurra una reacción endergónica
• La descomposición del ATP libera energía y se usa para sintetizar moléculas
• Esto permite que las células utilicen la energía para mantener la vida celular

Regulación del metabolismo:

• Las células regulan su metabolismo mediante mecanismos para mantener la homeostasis
  • Regulación enzimática (actividad de las enzimas)
  • Retroalimentación negativa
  • Cantidad de cantidad de enzimas
  • Disponibilidad de sustratos
• La enzima tiene una estructura específica que determina su función, que permite la unión al sustrato y catalizar las reacciones
  • Sitio activo: es la parte de la enzima que se une al sustrato
  • Forma: altera la catálisis de las reacciónes (desnaturalizacion)

Regulación de la Velocidad de Reacción:

• La velocidad de reacción de una enzima puede ser regulada por factores tales como:
  • Concentración de sustrato: La velocidad de reacción depende de la cantidad de sustrato
  • Concentración de enzima: Aceleran la reaccción por haber más sitios disponibles.
  • Temperatura: La temperatura óptima incrementa la acctividad, si no, puede desnaturalizarla reduciendo su eficacia
  • pH: Puede alterar la estructura
  • Inhibidores: Reducen la velocidad
  • Activadores: Requieren cofactores o coenzimas
• Las células vivas están compuestas de:
  • Carbohidratos
  • Lípidos
  • Proteínas
  • Ácidos nucléicos
• Y 50-60% de masa corporal en agua

Macromoléculas

• Macromoléculas biológicas (polímeros) formadas por unidades más pequeñas llamadas monómeros
  • Carbohidratos
  • Lipidos
  • Proteínas
  • Ácidos nucleicos
• Las macromoléculas forman la la diversidad estructural y funcional con la síntesis por deshidratación, al perder moléculas de agua, y también puede ser por hidrólisis con la agrega agua para romper los enlaces
• Las enzimas catalizan estos procesos

Carbohidratos

• Los carbohidratos tienen estructuras moleculares con grupos carbonilo y hidroxilo con la forma Cn (H₂O)n.
• Se dividen en:
  • Monosacáridos: Como la glucosa
  • Clasificación por átomos de carbono: Son triosas, pentosas y hexosas
  • Polisacáridos: Son largas cadenas de monosacáridos como el almidón y la quitina
• El almidón es el principal almacén de glucosa en las plantas como el glucógeno en animales
• La celulosa es una pared de rigidéz estructural por los puentes de hidrógeno
• Los carbohidratos tiene funciones tanto energéticas como estructurales.

Lípidos

• Incluyen grasas, aceites, ceras, fosfolípidos y esteroides, pero son insolubles en agua con una parte anfipaáticas
  • Grasas y aceites: Almacenan energía en forma de glicéridos
    • Saturados: Sólidos
    • Insaturados: Líquidos
    • Ceras: Protegen la superficie, están en hojas de plantas y plumas de aves. - Fosfolípidos: Naturaleza anfipática - Esteroides: Estabilizan estructuras para hormonas como el cortisol
      • Eicosanoides: Son mediadores en procesos en el almacenamiento de energía, estructura celular y señazliación para hormonas

Proteínas

• Las proteínas son macromoléculas formadas por aminoácidos unidos por enlaces peptídicos, tiene 4 niveles: - Primaria: Se ordenan aminoácidos - Secundaria: Se repliegan en hélices o láminas - Terciaria: Forma tridimensional - Cuaternaria: Agrupación de varias cadenas
  • Las proteínas cumplen funciones como enzimas transportadoras, estructurales y reguladoras
• Los ácidos nucleicos (ADN y ARN) son macromoléculas con información que contienen nucleótidos, bases nitrogenadas, un azúcar y un grupo fosfato

ADN y ARN

• ADN:
  • Contiene una doble hélice
  • Guarda información genética
  • Está en el núcleo eucariota o nudeiode procariotas
  • El ARN:
  • Normalmente monocatenario
  • Participa en la síntesis de proteínas ADN contiene nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster