Biología Celular - Tema 1 PDF

BIOLOGÍA CELULAR BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN Unidad Didáctica 1. Visión global de la célula e investigación celular BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 1 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen...

BIOLOGÍA CELULAR BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN Unidad Didáctica 1. Visión global de la célula e investigación celular BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 1 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células La célula Tipos de células Desarrollo de organismos multicelulares BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 2 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células Robert Hooke, 1665 Definición Una célula (del latín cellula, diminutivo de cellam, celda, cuarto pequeño) es la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. La célula es la unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 3 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células Existen dos grandes tipos celulares inicialmente definidas en función de donde se sitúa el núcleo: Las procariotas, deriva del griego “antes del núcleo”, comprenden bacterias y cianobacterias (antes llamadas algas verdeazuladas), son células pequeñas, y de estructura sencilla. Además de la ausencia de núcleo, Streptococcus Cyanobacteria sus genomas son menos complejos y no contienen órganos citoplasmáticos o citoesqueleto. Las células eucarióticas, deriva del griego “núcleo verdadero”, lo forman todos los demás organismos vivos, incluidos protozoos, plantas, hongos y animales, son mucho mayores. BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 4 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 5 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 6 Unidad Didáctica 1  1.1. Origen y evolución de las células La vida emergió hace al menos 3800 millones de años, aproximadamente 750 millones de años después de que se originara la tierra. La biología es una ciencia histórica, ya que las formas y las estructuras del mundo vivo que conocemos en la actualidad es el resultado de billones de años de evolución. BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 7 Unidad Didáctica 1 BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN Unidad Didáctica 1 8  1990-2003 ‘El genoma humano consiste en todo el ADN de nuestra especie, el código hereditario de la vida. Este texto recién liberado tiene una longitud de tres mil millones de letras, y estaba escrito en un extraño y criptográfico código de cuatro letras. Tal es la sorprendente complejidad de la información contenida dentro de cada célula del cuerpo humano que la lectura de ese código a la velocidad de una letra por segundo llevaría treinta y un años, aun leyendo de día y de noche. Si se imprimieran todas esas letras a tamaño normal, en papel de carta normal, y se encuadernara todo, resultaría en una torre de la altura del monumento de Washington. Por primera vez en esa mañana de verano, este extraordinario guión, con todas las instrucciones para construir un ser humano, quedó a disposición de todo el mundo.’ BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 9 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células Variación genética de la célula humana: 30 errores cada vez que el DNA se replica. BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 10 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 11 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 12 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células Universidad de Valencia Formación espontánea de las moléculas orgánicas Stanley Miller (1930-2007), 1953 (Becario en la Universidad de Chicago) El vapor de agua se expulsaba a una atmósfera que consistía en H2, CH4, y NH3, en la que se descargaban chispas de electricidad. El análisis de los productos de la reacción reveló la formación de varias moléculas orgánicas, incluyendo los aminoácidos alanina, ácido aspártico, ácido glutámico y glicina. BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 13 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células El siguiente paso en la evolución fue la formación de las macromoléculas. Se ha demostrado que los bloques monoméricos que constituyen las macromoléculas se polimerizan espontáneamente bajo condiciones prebióticas plausibles. Por ejemplo, el calentamiento de mezclas secas de aminoácidos da como resultado su polimerización para formar polipéptidos. Pero la característica fundamental de la macromolécula de la que surgió la vida debe tener la habilidad de replicarse por sí misma. Solamente una macromolécula capaz de dirigir la síntesis de nuevas copias de sí misma sería capaz de reproducirse y evolucionar. BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 14 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células Autorreplicación propia del ARN La parejas complementarias entre los nucleótidos [Adenina (A) con Uracilo (U) y Guanina (G) con Citosina (C)] permiten que una hebra de ARN sirva como molde para la síntesis de una nieva hebra con la secuencia complementaria. BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 15 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células La envoltura del ARN autorreplicante y las moléculas asociadas a una membrana lipídica se han mantenido, por tanto, como una unidad, capaz de reproducirse a sí misma y evolucionar. La síntesis de proteínas a partir de Recubrimiento del ARN de ARN pudo ya haber evolucionado, en cuyo caso, la primera célula consistiría en un ARN de replicación autorreplicación con una propia y sus proteínas codificadas. membrana de fosfolípidos Se cree que la primera célula surgió del recubrimiento de ARN autorreplicante y sus moléculas asociadas por una membrana compuesta por fosfolípidos. Cada molécula de fosfolípidos presenta dos largas colas hidrofóbicas, unidas a un grupo hidrofílico. Las colas hidrofóbicas están embebidas en la bicapa lipídica; las cabezas hidrofílicas están expuestas al agua a ambos lados de la membrana. BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 16 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células Generación de energía metabólica. La glicolisis es la rotura anaerobia de la glucosa en ácido láctico. La fotosíntesis utiliza la energía del sol para conducir la síntesis de glucosa a partir de CO2 y H2O, liberando O2 como producto. Este O2 es utilizado por el metabolismo oxidativo. En el metabolismo oxidativo, la glucosa se rompe en CO2 y H2O, liberando mucha más energía que la obtenida a partir de la glicolisis. BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 17 Unidad Didáctica 1  1.1. Origen y evolución de las células El ATP es la molécula más común utilizada por las células para capturar y transferir energía El ATP está formado por una adenosina difosfato (ADP) y un fosfato inorgánico (Pi) y es generado a partir de la fotosíntesis en las plantas o por rotura anaerobia de otras moléculas Síntesis de Síntesis de Movimiento celular, orgánicas (resto de células). macromoléculas constituyentes contracción muscular, Transporte de Generación de un Producción de calor moléculas en contra potencial eléctrico celulares contracción celular, La energía liberad por la liberación del de gradiente movimiento de los grupo Pi en el proceso de hidrólisis se cromosomas en la división celular emplea en multitud de funciones celulares. BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 18 Unidad Didáctica 1  1.1. Origen y evolución de las células Procariotas actuales Dos grandes tipos: arquebacterias y eubacterias. Formas: esféricas, en forma de bastón o espiral. Dimensiones: de 1 a 10 m. Contenido en ADN: de 0,6 millones a 5 millones de pb. Componentes: pared celular (polisacáridos y péptidos); membrana plasmática (fosfolípidos y proteínas); citoplasma (ribosomas) y nucleoide (ADN, sin membrana nuclear). Cianobacterias E. coli E. coli BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 19 Unidad Didáctica 1  1.1. Origen y evolución de las células Células eucariotas BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 20 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células Evolución de las células Las células actuales evolucionaron desde un antepasado procariota común a tres largas líneas de descendencia, dando lugar a las arqueobacterias, eubacterias, y eucariotas. Las mitocondrias y los cloroplastos tuvieron su origen en la asociación simbiótica (endosimbiosis) entre las bacterias aerobias y las cianobacterias, respectivamente, con los ancestros de las eucariotas. BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 21 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células Endosimbiosis Las mitocondrias surgieron de bacterias aeróbicas que vivían con el ancestro arquea de los eucariotas. La mayoría de los genes bacterianos se transfirieron posteriormente al genoma nuclear. BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 22 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 23 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células Desarrollo de organismos multicelulares Las amebas son organismos móviles que utilizan extensiones citoplasmáticas, llamadas psuedopodia o pseudópodos, para moverse y envolver a otros organismos, incluyendo bacterias y levaduras, como alimento. Amoeba proteus BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 24 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células Desarrollo de organismos multicelulares Alga verde colonial (Volvox) Las células individuales de Volvox forman colonias que consisten en esferas huecas en las que están embebidas en una masa gelatinosa cientos o miles de células. Generalmente consisten en 16 células germinales y 2000 células somáticas incrustadas en una matriz gelatinosa. BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 25 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células Desarrollo de organismos multicelulares Células vegetales El tejido basal contiene a las células del parénquima (A), que lleva a cabo la mayoría de las reacciones metabólicas de la planta, incluyendo la fotosíntesis. El tejido basal también contiene dos tipos de células especializadas: células del colénquima y células del esclerénquima (B), que se caracterizan por paredes celulares gruesas y por proporcionar el soporte estructural de la planta. El tejido dérmico cubre la superficie de la planta y está compuesto por células epidérmicas (C), que forman el revestimiento de protección y permiten la absorción de nutrientes. Finalmente, el sistema vascular (el xilema y floema) (D) está formado por diversos tipos de células alargadas, y es el responsable del transporte de agua y nutrientes a través de la planta. BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 26 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células Desarrollo de organismos multicelulares Células vegetales El tejido basal contiene a las células del parénquima (A), que lleva a cabo la mayoría de las reacciones metabólicas de la planta, incluyendo la fotosíntesis. El tejido basal también contiene dos tipos de células especializadas: células del colénquima y células del esclerénquima (B), que se caracterizan por paredes celulares gruesas y por proporcionar el soporte estructural de la planta. El tejido dérmico cubre la superficie de la planta y está compuesto por células epidérmicas (C), que forman el revestimiento de protección y permiten la absorción de nutrientes. Finalmente, el sistema vascular (el xilema y floema) (D) está formado por diversos tipos de células alargadas, y es el responsable del transporte de agua y nutrientes a través de la planta. BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 27 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células Desarrollo de organismos multicelulares Células vegetales El tejido basal contiene a las células del parénquima (A), que lleva a cabo la mayoría de las reacciones metabólicas de la planta, incluyendo la fotosíntesis. El tejido basal también contiene dos tipos de células especializadas: células del colénquima y células del esclerénquima (B), que se caracterizan por paredes celulares gruesas y por proporcionar el soporte estructural de la planta. El tejido dérmico cubre la superficie de la planta y está compuesto por células epidérmicas (C), que forman el revestimiento de protección y permiten la absorción de nutrientes. Finalmente, el sistema vascular (el xilema y floema) (D) está formado por diversos tipos de células alargadas, y es el responsable del transporte de agua y nutrientes a través de la planta. BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 28 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células Desarrollo de organismos multicelulares Células animales Las células epiteliales forman láminas que cubren la superficie del cuerpo y delimitan los órganos internos. Existen muchos tipos de células epiteliales, cada una especializada para una función específica, incluyendo la protección (la piel), absorción (células del intestino delgado), y secreción (células de la glándula salivar). BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 29 Unidad Didáctica 1  1.1. Origen y evolución de las células Desarrollo de organismos multicelulares Células animales El tejido conectivo incluye hueso, cartílago y tejido adiposo, cada uno de los cuales está formado por diferentes tipos de células (osteoblastos, condrocitos, y adipocitos, respectivamente). El tejido conectivo suelto que delimita con las capas epiteliales y rellena los espacios entre los órganos y tejidos del cuerpo está formado por otro tipo de células, los fibroblastos. osteoblastos condrocitos adipocitos fibroblastos BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 30 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células Desarrollo de organismos multicelulares Células animales La sangre contiene diferentes tipos de células, que funcionan en el transporte del oxígeno (glóbulos rojos o eritrocitos), reacciones inflamatorias (granulocitos, monocitos y macrófagos) y respuesta inmune (linfocitos). BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 31 Unidad Didáctica 1 1.1. Origen y evolución de las células Desarrollo de organismos multicelulares Células animales El tejido nervioso está formado por células nerviosas, o neuronas, que están altamente especializadas en la transmisión de señales a través del cuerpo. Varios tipos de células sensoriales, como las del ojo o las del oído, están aún más especializadas en la recepción de señales del ambiente. BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN 32 Unidad Didáctica 1  1.1. Origen y evolución de las células Desarrollo de organismos multicelulares Células animales Las células musculares son responsables de la producción de la fuerza y movimiento. Fibra muscular lisa Fibra muscular estriada Fibra muscular cardiaca Localizadas en las paredes de los Responsables de los movimientos Responsables de los movimientos órganos viscerales huecos (como el voluntarios. involuntarios del corazón. hígado, el páncreas y los intestinos), tienen apariencia estriada y también BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN están bajo control involuntario. 33 Unidad Didáctica 1