Biología Celular - Tema 1.1 PDF

TEMA 1.1. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN CELULAR 1.1. INTRODUCCIÓN 1.1.1. DESCUBRIMIENTO DE LAS CÉLULAS El primero en observar células en tapones de corcho fue Robert Hook, a las que denominó “celdillas”. Observó las paredes vacías de un tejido vegetal (Quercus suber) muerto, originalmente producidas por las...

TEMA 1.1. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN CELULAR 1.1. INTRODUCCIÓN 1.1.1. DESCUBRIMIENTO DE LAS CÉLULAS El primero en observar células en tapones de corcho fue Robert Hook, a las que denominó “celdillas”. Observó las paredes vacías de un tejido vegetal (Quercus suber) muerto, originalmente producidas por las células vivas. Después, Anton Van Leeuwenhoek fue el primero en usar la microscopía aplicada a la biología. Examinó una gota de agua del estanque y observó lo que denominó “animalillos” que eran bacterias del agua remojada con pimienta y raspado de sus dientes. TEORÍA CELULAR La teoría celular surge gracias a Matthias Schleiden y Theordor Schwann que enunciaron dos postulados: Todos los organismos están compuestos de 1 o más células La célula es la unidad estructural de la vida El tercer postulado fue gracias a Rudolf Virchow, que fue el primero en demostrar que la teoría celular aplica tanto a tejidos sanos como enfermos y fue el pionero del concepto moderno del proceso patológico. Estableció la división celular como el fenómeno central en la reproducción de los organismos. Postuló: Las células sólo pueden originarse por división de una célula preexistente (sana o enferma) 1.1.2. EVOLUCIÓN CELULAR Los primeros seres vivos tenían eran unicelulares, procariotas, anaerobios, heterótrofos y con metabolismo fermentativo. A partir del progenote o protobionte (LUCA) surgieron tres líneas evolutivas: Eubacteria: bacterias y cianobacterias Archaea: arqueobacterias (extremófilas) Eukarya: eucariotas A raíz del progenote o probiontes (“ancestro celular o primera célula”), surgieron los primeros procariotas (sin núcleo), que, junto con oxígeno, dieron lugar a los eucariotas. La mejora evolutiva implica un mayor grado de complejidad que deriva de la aparición de: 1. Sistema de endomembranas para compartimentalizar los procesos fisiológicos 2. Envoltura nuclear para proteger el material genético 3. Orgánulos energéticos (mitocondrias y cloroplastos) TEORÍA ENDOSIMBIOSIS La teoría de la endosimbiosis afirma que la formación de células eucariotas fue a partir de incorporaciones endosimbióticas de células procariotas mediante fagocitosis hace 1.5 billones de años. 1.1.3. FUNCIÓN DE LAS CÉLULAS Tienen una organización compleja Poseen información genética muy comprimida, con recursos propios para poder codificarla y usarla Las células tienen la capacidad de autorreplicarse Captan y consumen energía Son capaces de realizar reacciones químicas muy variadas Participan en una gran variedad de actividades mecánicas Son unidades estructurales con capacidad de respuesta a los estímulos Muestran capacidad de autorregulación Tienen distinta tipología en función de la organización tisular, necesidades, entorno, etc. 1.2. ESTRUCTURA CELULAR CÉLULA PROCARIOTA CÉLULA EUCARIOTA 1.2.1. TABLA PROCARIOTAS Y EUCARIOTA CARACTERÍSTICAS CÉLULAS PROCARIOTA CÉLULAS EUCARIOTA Organización celular (nº) Vida libre (unicelular) Suspensión o adherencia (en grupo) Tamaño Entre 1 y 10 micras Entre 10 y 100 micras Material genético Disperso por citoplasma Dentro del núcleo (cubierta nuclear) Cromosomas Simple, circular (ADN desnudo 0,25- 3 Varios, compuestos (ADN, proteínas) mm) Nucléolos NO Uno o más (ARN y proteínas) Pared celular Peptidoglucano (Gram +/-) Celulósica en vegetales/ausente en animales Capa externa Cápsula o slime Película o caparazón Orgánulos funcionales Ribosomas (mesosomas pliegues) Ribosomas (60S + 40S), mitocondrias, núcleo, cloroplastos, RE, lisosomas, aparato de Golgi, etc. Metabolismo Anaerobias facultativas, microaerófilas, Casi exclusivamente aerobias aerobias, etc. Nutrición Autótrofas (auxótrofas/protótrofas) Autótrofas/heterótrofas Movilidad Flagelos (flagelina) extracelulares Cilios y flagelos rodeados de membrana Reproducción Asexual Sexual División celular Directa (fisión binaria) Mitosis/meiosis 1.3. FUNCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS CELULARES NUCLÉOLO Se localiza en el núcleo de las eucariotas (procariotas no tienen núcleo, y, por tanto, no tienen nucléolo). Se encarga de la transcripción, procesamiento de ARNr (ARN polimerasa I) y ensamblaje de ribosomas (10 millones en cada división). Regiones: centro fibrilar, componente fibrilar denso y componente granular (el tamaño depende de la actividad metabólica celular, la cantidad de ensamblaje de ribosomas). RIBOSOMAS Se localizan en el citoplasma, RER o mitocondrias. Se encargan de la síntesis de proteínas (células eucariotas y procariotas). 70S en procariotas y 80S en eucariotas. Dos subunidades formadas por proteínas y ARNr. La cantidad está relacionada con el metabolismo celular. CENTRÍOLO Y CENTROSOMA Centrosoma: junto al núcleo, en el centro de células interfásicas. Es el centro de organización e inicio de crecimiento de microtúbulos (células animales), anclando los extremos negativos de los microtúbulos (los microtúbulos tienen dos extremos: el positivo es el que crece, y el negativo el que se ancla al centrosoma). Durante la mitosis, los centrosomas se duplican y se separan a polos opuestos. Centríolo: en células animales suele haber un par por centrosoma, rodeados de material pericentriolar amorfo. No tienen ninguna función en la división celular, su única función es actuar de soporte como cuerpos basales de cilios y flagelos. No son necesarios para la organización de microtúbulos. Se encuentra alrededor del centrosoma. CITOSOL VS CITOPLASMA Citosol: es la solución acuosa que incluye todo el material del citoplasma (macromoléculas, solutos), excluyendo los orgánulos membranosos (aunque sí se incluyen ribosomas, citoesqueleto y centrosoma) y el núcleo. Citoplasma: hace referencia a todo el contenido celular excepto el núcleo. MEMBRANA PLASMÁTICA Define el límite de las células y separa su contenido interno del medio externo (matriz extracelular) Actúa como barrera selectiva, evitando la entrada de moléculas indeseadas, esto determina la composición del citoplasma (identidad celular) Interacciones entre células y su medio En las células animales se encuentra como una bicapa fosfolipídica asimétrica fluida, formada por: glucolípidos (se localizan hacia el exterior), colesterol y proteínas Fosfatidilserina: carga neta negativa en la cara citosólica. Solo está presente en la capa interna de la bicapa lipídica Esfingomielina: solo está presente en la capa externa de la bicapa lipídica El número de ácidos grasos insaturados (enlaces dobles) aumenta la fluidez de la membrana y el colesterol hace que disminuya, ya que es una molécula rígida MODELO DE MOSAICO FLUIDO (JONATHAN SINGER Y GARTH NICOLSON, 1972) Los fluidos bidimensionales con proteínas y lípidos insertados son capaces de difundir lateralmente Tienen proteínas periféricas que se disocian con agentes polares y las integrales de membrana solo pueden ser liberadas con tratamientos que rompan la bicapa lipídica, es decir, con detergentes. Muchas proteínas integrales son transmembrana, que atraviesan la bicapa con partes expuestas a ambos lados de la membrana. La superficie de la célula se encuentra glicosilada, formando el glicocálix compuesto de oligosacáridos de glicolípidos y glicoproteínas. Proporciona protección frente al estrés iónico y mecánico y actúa como barrera frente a microorganismos invasores. Actualmente, se ha demostrado que hay varios dominios especializados (balsas lipídicas) que hacen que el movimiento de las proteínas y lípidos sea limitado (ej. células epiteliales). Como consecuencia de las balsas lipídicas, la membrana se invagina y se forman caveolas. PARED CELULAR Sólo la tienen las bacterias y algunas células eucariotas (hongos, algas y plantas superiores) Determinan la forma celular y protegen frente a los cambios de presión osmótica Bacterias: contiene peptidoglicano (polisacáridos entrelazados por péptidos cortos) Eucariotas: contiene polisacáridos (en los hongos quitina y en el resto celulosa y hemicelulosa embebidas en pectinas) MATRIZ EXTRACELULAR Es un conjunto de proteínas y polisacáridos insolubles secretados al exterior de algunas células animales Proporciona soporte estructural y regula el comportamiento celular. También se encarga de la señalización Lámina basal es un tipo de matriz extracelular presente en células epiteliales, musculares, adiposas y nervios periféricos Contiene a las proteínas fibrosas (colágeno, elastina) embebidas en sustancia gelatinosa polisacárida (GAG) y proteínas de adhesión (fibronectina, laminina) CUBIERTA NUCLEAR Es una doble membrana formada por: - La lámina nuclear: una red fibrosa que proporciona soporte estructural en su cara interna. - Los complejos de poro nucleares: es una membrana perforada por miles de estructuras porosas de naturaleza proteica que se encuentra en la cara externa. Su función es proteger el nucleoplasma, formado por: ADN y proteínas (entramado fibroso que actúa de soporte para la cromatina) El espacio perinuclear se comunica con el lumen del retículo endoplasmático Es una barrera selectiva con transporte bidireccional a través de complejos de poro (ARNt, ARNr, ARNm, proteínas) NÚCLEO Contiene el material genético (cromosomas) y las enzimas necesarias para la transcripción y exportación del ARN al citoplasma También contiene los factores de transcripción y factores de remodelación de la cromatina Estructuras subnucleares: nucléolo y otras estructuras pequeñas (cuerpos de Cajal, GEMS, agrupación de gránulos de intercromatina) RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO Y RUGOSO Son sistemas membranosos más grandes en las células de mamíferos. Son una red de túbulos y sacos Continuidad del lumen, pero morfología y función diferentes. REL: movilización de glucosa desde glucógeno, almacenaje de calcio, detoxificación de compuestos tóxicos y síntesis de lípidos (y hormonas esteroideas) RER: procesamiento de 1/3 de las proteínas celulares. Vía secretora APARATO DE GOLGI Se encarga del reprocesamiento de proteínas procedentes del retículo endoplasmático (glicosilación) y su distribución a los destinos finales. También se encarga de la síntesis de glicolípidos y esfingomielina En células vegetales se encarga de la síntesis de polisacáridos complejos de la pared celular Es un sistema de membranas LISOSOMAS Se encargan de la degradación de macromoléculas del exterior y propios gracias a unas 60 enzimas hidrolíticas Son vacuolas esféricas densas de pH ácido (apróx. 5) con diversos tamaños y formas (en función del material a degradar) Se forman a partir de la fusión de un endosoma tardío con las vesículas de la red trans del aparato de Golgi (vía secretora y endocítica) Son los responsables de la autofagia: degradación gradual/recambio de los propios componentes de larga duración de la célula MITOCONDRIA Se encarga de obtener energía metabólica a través de los hidratos de carbono y ácidos grasos mediante fosforilación oxidativa con enzimas propias. Viabilidad celular No son orgánulos estáticos, se fusionan y se dividen (fisión) continuamente Tienen una doble membrana (crestas en interna y porinas en externa) y matriz Las proteínas mitocondriales se traducen en ribosomas citoplasmáticos → Mitoribosomas Poseen ADN (que se traduce a un código genético no universal), ARNt y ARNr y proteínas mitocondriales propios PEROXISOMAS Se encargan de la oxidación de lípidos celulares (ácidos grasos derivados de la membrana plasmática) Se replican por división y se pueden regenerar tras su perdida. Tienen un origen eucariota Tienen un alto contenido de catalasa y otras enzimas metabólicas Funciones de biosíntesis de lípidos: - Síntesis de ácidos biliares a partir de colesterol (hígado) - Síntesis de plasmalógenos, fosfolípidos presentes en el corazón y en la vaina de mielina El defecto en los peroxisomas se llama síndrome Zellweger CLOROPLASTOS Obtienen energía metabólica (ATP) Se encarga de la conversión fotosintética de CO2 en carbohidratos y la síntesis de aminoácidos, ácidos grasos y componentes lipídicos de sus propias membranas Reducen el nitrito (NO2-) a amoniaco (NH3). También incorporan el nitrógeno a compuestos orgánicos Se replican por división Son más grandes y complejos que las mitocondrias (envuelta, tilacoides apilados en grana y estroma) Tienen su propio ADN, que es circular, grande y complejo (ARNt y ARNr, proteínas). Se traduce con el código genético universal Tienen porinas  DIFERENCIAS SEMEJANZAS Diferente código genético Tiene sus propios ribosomas y ADN Obtienen energía de distinta forma Tienen doble membrana El cloroplasto es más grande y complejo Son orgánulos energéticos Los cloroplastos solo están en bacterias fotosintéticas, Reproducción binaria algas y plantas, las mitocondrias en todas las células eucariotas Distintas funciones Están en constante movimiento CITOESQUELETO Es una red dinámica de filamentos de proteínas que se extiende por el citoplasma Su función es de armazón estructural (forma y organización interna), movimiento celular y transporte Están formados por filamentos de actina, microtúbulos (tubulina) y filamentos intermedios (queratina) unidos a la membrana plasmática por proteínas accesorias FILAMENTOS DE ACTINA La actina globular G es la proteína mayoritaria Son filamentos delgados y flexibles La actina filamentosa (actina F) es lo mismo que los microfilamentos Forman haces o redes Se encargan del ensamblaje y desensamblaje, uniones cruzadas y asociación con otras estructuras celulares gracias a proteínas auxiliares de unión a la actina Tienen extremos positivos y negativos (polaridad). Tienen una dirección única de movimiento de miosina respecto a la actina El primer paso del ensamblaje de actina se denomina nucleación, que consiste en la unión de 3 monómeros de actina. Después, los filamentos de actina pueden crecer mediante la adición reversible del monómero en ambos extremos, aunque el (+) es más rápido que el (-). Los monómeros de actina de unen al ATP, que se hidroliza a ADP. No es necesario el consumo de ATP, pero polimeriza más rápido que el ADP. Se da un intercambio, por el que se añade actina-ATP al extremo (+) y actina-ADP al extremo (-). ASOCIACIONES CONTRÁCTILES-FILAMENTOS DE ACTINA Son interacciones entre actina-miosina: proteína que convierte energía química (ATP) en energía mecánica (fuerza y movimiento). Tiene actividad motora Células musculares: contracción muscular (esquelético y cardíaco). La miosina II se mueve a lo largo del filamento de actina en dirección al extremo protuberante. La orientación relativa de los filamentos de actina y miosina es la misma en ambas mitades del sarcómero. Células no musculares: división celular y transporte intracelular de vesículas y orgánulos. No hay una organización en sarcómeros. - Fibras de estrés: contacto sustrato-célula y célula-célula - Cinturones de adhesión: forma de capas células epiteliales (desarrollo embrionario) - Citocinesis: anillo contráctil formado tras la mitosis MICROTÚBULOS Son varillas rígidas y huecas con gran dinamismo Intervienen en la forma celular, movimiento, transporte intracelular selectivo de macromoléculas, vesículas de membrana y orgánulos y separación de cromosomas Están formados por la proteína globular tubulina (dímero de polipéptidos α-tubulina y β-tubulina). Además, la γ-tubulina se encuentra en el centrosoma (papel clave en el ensamblaje de microtúbulos) Polimerización: 13 protofilamentos lineales (dímeros de tubulinas dispuestos cabeza con cola, lo que aporta polaridad) ensamblados paralelamente alrededor de un núcleo Hidrolizan GTP de β-tubulina en el extremo positivo y de GDP en el extremo negativo, aunque suele estar anclado a centrosomas y se realizarían ambos por el positivo Se encargan del crecimiento o acortamiento del extremo + regulado por proteínas asociadas a microtúbulos (MAP). Se mueven a lo largo del microtúbulo, normalmente dineínas hacia el extremo – y quinesinas hacia el + MICROTÚBULOS → CILIOS Y FLAGELOS Son proyecciones de la membrana plasmática presente en casi todas las células animales que les proporcionan movimiento a las células. Diferentes a procariotas Cilios: se encargan del movimiento y/o detección de señales extracelulares. Primarios y móviles Flagelos: son móviles, más largos y laten en un patrón de longitud de onda. Se encuentran en protozoos y espermatozoides MICROTÚBULOS → MITOSIS Forman el huso mitótico Los centriolos y centrosomas se duplican Participan: microtúbulos cinetocóricos, microtúbulos interpolares y microtúbulos astrales FILAMENTOS INTERMEDIOS Tienen un diámetro intermedio entre los filamentos de actina y los microtúbulos. No están directamente implicados en movimientos celulares Proporcionan fuerza mecánica a tejidos celulares y un medio para procesos celulares, incluyendo la señalización intracelular No están presentes en levaduras, plantas y algunos insectos Son distintas proteínas que se expresan en distintos tipos de células Estructura: dominio eje central α-hélice. Cada dominio tiene funciones específicas: dominios variables de cabeza y cola