Tema 6: Introducción a la Célula PDF

TEMA 6: INTRODUCCIÓN A LA CÉLULA BLOQUE C: BIOLOGÍA CELULAR ORIENTACIONES EBAU: C.1.- Técnicas de estudio de la materia viva. Microscopia óptica y electrónica. Reconocimientos de estructuras celulares. - Identificar y diferenciar estructuras celulares en imágenes de microscopia óptica y electrónica...

TEMA 6: INTRODUCCIÓN A LA CÉLULA BLOQUE C: BIOLOGÍA CELULAR ORIENTACIONES EBAU: C.1.- Técnicas de estudio de la materia viva. Microscopia óptica y electrónica. Reconocimientos de estructuras celulares. - Identificar y diferenciar estructuras celulares en imágenes de microscopia óptica y electrónica. C.2.- Teoría celular. Origen y evolución celular. Teoría endosimbiótica. - Conocer la teoría celular y sus implicaciones biológicas. - Explicar la Teoría endosimbiótica. C.3.- Tipos de organización celular: organización procariota y eucariota, células animales y vegetales. - Diferenciar los dos tipos de organización celular y describir sus diferencias estructurales. - Reconocer y diferenciar las características de las células vegetales y animales. - Describir, localizar e identificar los componentes de las células procariotas y eucariotas en relación con su respectivas estructuras y funciones. 1.- TEORÍA CELULAR (EBAU) La historia del estudio celular está íntimamente ligada a los avances desarrollados en óptica y sus aplicaciones a la microscopía. En 1665, Robert Hooke describe el uso del microscopio compuesto que él mismo había inventado. Designó la palabra «célula» para describir los espacios angulares que había observado en una delgada sección de corcho. Desde entonces, el término ha pasado a denotar las unidades limitadas por una membrana características de los seres vivos. 1674 Leeuwenhoek, observa en un microscopio perfeccionado por él protozoos. Nueve años más tarde observó por primera vez bacterias. Pero hasta que no se dispuso de buenos microscopios ópticos, a principios del siglo XIX, no se descubrió que todos los seres vivos, tanto animales como vegetales, están formados por células. Este principio es el que desarrolla la teoría celular que se atribuye al botánico Matthias Schleiden (1838) y al zoólogo Theodor Schwann (1839). Las ideas básicas de la Teoría celular se pueden resumir en los siguientes principios: 1.- La célula es la unidad estructural de los seres vivos, es decir todos los organismos están formados por una o más células (seres unicelulares o pluricelulares, respectivamente). 1 2.- La célula es la unidad funcional de todos los seres vivos, es decir la célula realiza todas las reacciones químicas necesarias para el mantenimiento de la vida. 3.- Las células provienen de otras células, es decir, cualquier célula se origina por división de otra preexistente. 4.-La célula es la unidad genética de los seres vivos, es decir, las células contienen la información hereditaria de los organismos que forman, y dicha información se transmite de la célula madre a las hijas. Los dos primeros principios se deben a Schleiden (botánico) y a Schwann (zoólogo) en el siglo XIX. (1938-39) El tercer principio es de Virchow (1855) que logró aclarar el proceso por el cual se originan nuevas células, por división de otras preexistentes y no por generación espontánea (omnis cellula e cellula). !!!!!!!(En la página 93 de vuestro libro hay otros científicos relacionados con el avance del estudio de la célula) 2.- EVOLUCIÓN DE LA CÉLULA PROCARIOTA A LA EUCARIOTA Todos los organismos actuales derivan de una única célula primitiva, denominada por algunos autores LUCA, el último antepasado común de los organismos unicelulares que surgió hace unos 3500 millones de años, y debió ser una célula del tipo de las Procarióticas (bacterias), ya que carecía de núcleo. Las primeras células procarióticas debieron ser heterótrofas (se alimentaban de la materia orgánica presente en la sopa o caldo primitivo) y obtenían la energía de dicha materia por fermentación. La proliferación de estas células condujo al empobrecimiento del medio en que vivían, lo supuso la supervivencia de aquellas células que habían adquirido la capacidad de utilizar compuestos inorgánicos sencillos, como el CO2, y la luz como fuente de energía. Se cree que estas primeras células fotosintéticas aparecieron hace algo más de 3000 millones de años y que al principio no liberaban oxígeno en su actividad, pues es muy probable que utilizasen sulfuro de hidrógeno en vez de agua (como las actuales bacterias verdes y purpúreas del azufre). Posteriormente aparecieron las células procarióticas fotosintéticas que desprendían oxigeno (como las cianobacterias fósiles encontradas en sedimentos de hace 3000 millones de años) y la atmósfera terrestre comenzó a cambiar. La aparición de bacterias heterótrofas aeróbicas tuvo que ser muy posterior porque la elevación de los niveles de oxígeno en la atmósfera fue muy lenta. Se supone que hace unos 1800 millones de años la cantidad de oxígeno atmosférico ya era similar a la actual. Además, en las capas altas de la atmósfera, se formó el ozono, un gas derivado del oxígeno, que absorbe intensamente las radiaciones ultravioletas del sol que destruyen a los organismos; por tanto disminuyó la intensidad de estas radiaciones en las superficies terrestre y marina posibilitando la vida en las zonas más superficiales de los mares y, posteriormente, el paso a tierra firme. La presencia de oxígeno en la atmósfera supuso importantes adaptaciones moleculares en las células que les permitieron captar el oxígeno e incorporarlo 2 a las vías metabólicas oxidativas, surgiendo así las bacterias aeróbicas. La respiración aeróbica proporciona mucha mayor energía a las células y esto fue crucial para la evolución hacia formas más complejas de vida. Como consecuencia se dio un paso muy importante para que se pudieran formar organismos pluricelulares: la aparición de células eucarióticas hace unos 1500 millones de años. Las células eucarióticas proceden de una célula procariótica ancestral anaeróbica que aumentó de tamaño y fue adquiriendo progresivamente sus membranas internas por repliegues o invaginaciones de la membrana plasmática; se formó así el núcleo y algunos orgánulos tales como el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi, los lisosomas, etc. Esta célula eucariótica primitiva de gran tamaño debía alimentarse de otras células más pequeñas por lo que probablemente también tenía un citoesqueleto. La teoría endosimbiótica (EBAU) Con respecto al origen de los orgánulos energéticos (mitocondrias y cloroplastos) actualmente se acepta la teoría endosimbiótica de Margulis que supone que dichos orgánulos evolucionaron a partir de bacterias que fueron fagocitadas por dicha célula ancestral. Según esta teoría, las mitocondrias tienen su origen, hace unos 1500 millones de años, a partir de una bacteria aeróbica que estableció una relación simbiótica, de beneficio mutuo, permanente con un eucariota anaeróbico primitivo. La adquisición de las mitocondrias constituye una etapa fundamental para los eucariotas, ya que supone la capacidad de realizar la respiración aeróbica. Los cloroplastos los habrían adquirido más tarde, hace entre 1200 y 1500 millones de años, algunos eucariotas que fagocitaron bacterias fotosintéticas y establecieron una relación simbiótica con ellas; a partir de estos últimos eucariotas se formaron los diversos grupos de vegetales. Estos acontecimientos explican el hecho de que las mitocondrias y los cloroplastos contengas DNA (circular bicatenaria). Sin embargo, estos orgánulos han perdido gran parte de su genoma, por lo que se cree que en las primeras fases de la evolución eucariótica se produjo una transferencia desde el DNA del orgánulo al DNA del núcleo. Las células eucarióticas, al tener un mayor rendimiento energético por su metabolismo aeróbico, se asociaron formando colonias, cada vez más coordinadas, hasta que finalmente, dieron lugar a los primeros organismos pluricelulares, hace unos 650 millones de años. 3.- TIPOS DE ORGANIZACIÓIN CELULAR En los seres vivos existen dos tipos de organización celular claramente diferenciados: Procariota y eucariota. 3 La célula procariota se caracteriza porque NO posee membrana nuclear, por lo que carece de núcleo; su material genético está formado por una molécula de DNA circular, bicatenario y no asociado a histonas, y se localiza en una región del citoplasma, denominada nucleoide. Posee una membrana plasmática y por encima de ella, la mayoría, tienen pared celular de mureína. Carece de la mayoría de los orgánulos celulares, sólo posee ribosomas 70 S. Sus enzimas respiratorios se localizan en unas invaginaciones de la membrana plasmática denominadas mesosomas. Es una célula no compartimentizada. Su tamaño es pequeño de 1 a 10 𝜇𝑚. La presentan los organismos unicelulares del reino Monera. La célula eucariota es más grande (10 a 100 𝜇𝑚) y más compleja que la procariota. Su material genético está dentro de un núcleo rodeado de una membrana nuclear. También posee diversos orgánulos limitados por membranas que dividen al citoplasma en compartimentos. Es propia de los organismos pluricelulares y de algunos unicelulares. Se pueden distinguir dos tipos de células eucarióticas: animales y vegetales. 4.- PRESENTACIÓN CÉLULA EUCARIOTA En las células eucarióticas se diferencian tres partes: a) la MEMBRANA, que rodea a la célula, pero no la aísla de su entorno, permitiendo el paso de sustancias b) el CITOPLASMA, espacio entre la membrana plasmática y la membrana nuclear que contienen medio acuoso de consistencia gelatinosa en donde están los orgánulos celulares, y está atravesado por fibras proteicas (citoesqueleto) que le confieren estabilidad a la célula, y c) el NÚCLEO es un orgánulo grande, generalmente en posición central, en donde se encuentra el ADN. Se pueden distinguir dos tipos de células eucarióticas: anímales y vegetales Las principales diferencias entre células eucariotas animales y vegetales son: Las células vegetales poseen una gruesa pared celular de celulosa situada sobre la superficie externa de la membrana plasmática, grandes vacuolas que ocupan la mayor parte del citoplasma y desplazan al núcleo hacia un lado, y los cloroplastos son los orgánulos donde se realiza la fotosíntesis. Las células animales poseen centriolos que son orgánulos que intervienen en los movimientos celulares. El resto de los orgánulos son comunes a ambas. 4 4.- ESTRUCTURAS Y ORGÁNULOS DE LA CÉLULA EUCARIOTA (EBAU: nombrar orgánulos SIN membrana, con SIMPLE membrana o con DOBLE membrana. Orgánulos exclusivos célula animal, orgánulos exclusivos célula vegetal y orgánulos comunes célula animal y vegetal. ) ESTRUC/ COMPO FUNCIÓN MEMBRANA PLASMÁTICA Es una fina Controla el envoltura que intercambio de rodea a la célula, sustancias entre la separa del medio, célula y el medio. pero NO aísla. Posee proteínas Está formada por receptoras que una bicapa de transmiten señales fosfolípidos en la desde el exterior al que se encuentran interior de la diferentes célula. proteínas, que pueden atravesar la bicapa o situarse en la superficie externa o interna de la misma. CITOPLASMA Espacio entre MP Contiene los y MN que orgánulos contiene un celulares. liquido acuoso, En él se realizan situado entre la numerosas membrana reacciones plasmática y la químicas. nuclear, en el que están inmersos los Puede almacenar orgánulos sustancias de celulares. reserva. Confiere fibras proteicas que 5  actúan como un esqueleto celular. También puede contener inclusiones. RIBOSOMAS Son pequeños Fabrican orgánulos SIN proteínas. membrana formados por ARN y proteínas. Se pueden encontrar libres en el citosol o unidos a las membranas RER. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO (RE) Está formado por Su función está una compleja red relacionada con la de membranas síntesis y el interconectadas transporte de que forman lípidos (REL)y sáculos aplanados proteínas(RER) de y túbulos que se muchos orgánulos, extienden por así como de las todo el proteínas que son citoplasma. El RE segregadas al puede ser: rugoso exterior. (posee ribosomas adosados a sus membranas) y liso (carece de ribosomas). 6 APARATO DE GOLGI (AG) Está formado por Secreción celular: un conjunto de algunas vesículas cisternas producidas en el aplanadas y AG se fusionan apiladas de las con la membrana que se desprenden plasmática y pequeñas vierten su vesículas cargadas contenido al de sustancias. Al exterior de la AG llegan célula, pues moléculas contienen procedentes del sustancias que RE y aquí son cumplen allí su modificadas, función. clasificadas e Formación de introducidas en orgánulos vesículas. celulares: lisosomas y vacuolas. LISOSOMAS Y PEROXISOMAS Los lisosomas son Los lisosomas se vesículas que encargan de contienen enzimas digerir sustancias digestivas alimenticias y Los peroxisomas orgánulos son vesículas que celulares dañados. contienen enzimas Los peroxisomas oxidativas. llevan a cabo las reacciones que generan y destruyen peróxido de hidrógeno. MITOCONDRIAS Son orgánulos En ellas tiene energéticos lugar la presentes en todas respiración las células celular( oxidación procariotas. Están total de la materia rodeados por dos orgánica para membranas: la obtener energía externa lisa y la mediante la cual interna muy las células llevan a plegada formando cabo todas sus las crestas. La funciones). cavidad interna se denomina matriz y está formada por un medio acuoso que contiene muchas enzimas, ADN, ARN y ribosomas. NÚCLEO Está rodeado por Dirige la célula ya una doble que contiene el 7  membrana que ADN, o sea, la presenta poros información que permiten la genética para comunicación realizar todas las entre el núcleo y funciones el citoplasma. En celulares. Es su interior también destacan: responsable de la Nucleoplasma que división de la es un líquido célula. En el viscoso. nucléolo se fabrican los Nucléolo o ribosomas. pequeño corpúsculo. Cromatina formada por el ADN y proteínas. CENTROSOMA Orgánulos SIN Organizan el membrana. Está citoesqueleto y formado por dos controlan la forma por centriolos que y el movimiento están rodeados de de las células; una zona clara y además densa de la que intervienen en la parten unos división celular filamentos a modo formando el huso. de radios que forman el áster. Las células de los vegetales superiores carecen de centriolos. PARED CELULAR Es exclusiva de Protege y da las células forma a las células vegetales. Está vegetales. formada por A veces, la celulosa y es una celulosa se gruesa cubierta impregna de otras situada sobre la sustancias y la superficie externa pared se hace de la membrana impermeable o plasmática. aumenta su rigidez. CLOROPLASTOS Son orgánulos Son los orgánulos energéticos encargados de exclusivos de las realizar la células vegetales. fotosíntesis, Están rodeados proceso mediante por dos el cual la energía membranas de la luz, concéntricas. El absorbida por la 8  espacio interno, clorofila, se utiliza llamado estroma, para transformar contiene un medio la materia acuoso con inorgánica en numerosas materia orgánica. enzimas, ADN, ARN y ribosomas; también contiene una membrana muy plegada donde se localiza la clorofila. VACUOLAS Características de Almacenan gran las células variedad de vegetales. Son sustancias grandes vesículas (nutritivas, que pueden llegar productos de a ocupar el 90% desecho, del volumen pigmentos, etc.) celular. 5.- COMPARACIÓN CELULA PROCARITA- EUCARIOTA (EBAU) CÉLULA PROCARIOTA CÉLULAEUCARIOTA Típica de las Eubacterias, Arqueobacterias y Típica de protoctistas, hongos, plantas y Cianobacterias. animales Carecen de auténtico núcleo, por lo que el Poseen núcleo, y dentro está el ADN (varias ADN,que es una sola molécula circular (no moléculas) lineal, asociado a proteínas asociada a histonas), se encuentra disperso histónicas, formando la cromatina. Cuando en el citoplasma en una región llamada la célula va dividirse, la cromatina se nucleoide. Puede presentar pequeñas condensa y forma los cromosomas. moléculasde ADN circular denominadas También se encuentra el nucleolo. plásmidos. No tiene nucleolo. El núcleo se encuentra separado del citoplasma por la membrana nuclear No existe compartimentación en el Citoplasma compartimentado mediante citoplasma membranas (numerosos orgánulos con por lo que carecen de orgánulos sistemas de membranas) celulares,excepto ribosomas Sólo presenta como orgánulos Ribosomas Presenta. Núcleo, ribosomas (80 S,) AG, RE, (70 S) mitocondrias, cloroplastos….. División simple por bipartición. División por mitosis o meiosis La mayoría son células de pequeño tamaño Son de mayor tamaño (10-100 µm) (1-10 µm) 9  No tiene citoesqueleto. Si tiene citoesqueleto, y las células animales, además tiene centriolos. La membrana plasmática no posee La membrana plasmática posee colesterol colesterol Posee pared celular de mureína Sólo las células vegetales tienen una gruesa (péptidopglucano). Algunas poseen una pared de celulosa por encima de la capsula por encima de la pared. membrana plasmática. Enzimas respiratorios localizados en Enzimas respiratorios localizados en losmesosomas(invaginaciones de la lasmitocondrias membrana plasmática) Cuando presenta flagelos o cilios, estos Cuando presentan flagelos, estos están estánformados por microtúbulos formadosporla proteína flagelina proteicos de tubulina. Pueden ser unicelulares y pluricelulares. Son siempre unicelulares aunque pueden formar colonias 6.- MÉTODOS DE ESTUDIO DE LA CÉLULA ( Pueden preguntar distinguir imágenes a MO y a ME) Las células se estudian mediante los microscopios y, básicamente, se conocen dos tipos de microscopía, la microscopía óptica y la microscopia electrónica. Los microscopios son instrumentos que nos permiten observar imágenes aumentadas de objetos muy pequeños, como las células. Las células, además de diminutas, generalmente son incoloras y translúcidas, por lo que su observación requiere la aplicación de otras técnicas que aumenten el contraste de los componentes celulares para hacerlos visibles, normalmente mediante el uso de colorantes. 6.1 MICROSCOPIO ÓPTICO FUNDAMENTO: Una fuente luminosa envía rayos de luz a una primera lente, llamada condensador, que los concentra sobre el objeto a observar. Estos rayos atraviesan el objeto y una lente denominada objetivo da una imagen aumentada de éste. Una segunda lente, el ocular, vuelve a aumentar la imagen dada por el objetivo. Esta última imagen es la que será percibida por el observador. PREPARACIÓN DEL MATERIAL: La luz debe atravesar el objeto a observar. Si éste es muy grueso, la luz no lo atravesará y aparecerá́ demasiado oscuro; además se superpondrán los diferentes planos dando una imagen borrosa. Si el objeto es demasiado delgado o muy transparente, no se observarán sus estructuras. Por ello debe realizarse una preparación del objeto a observar. En general, una preparación requiere las siguientes etapas: - Corte: se realiza mediante aparatos denominados microtomos, que permiten obtener cortes del objeto a observar de apenas unas micras de grosor (entre 3 𝜇 y 20 𝜇.); el tejido destinado al corte debe congelarse o incluirse en parafina para darle la consistencia adecuada para que se pueda cortar con facilidad. - Fijación: consiste en matar a las células con la menor alteración posible de sus estructuras. Como fijadores se emplean sustancias químicas (ej: formaldehido o 10 tetróxido de osmio). - Deshidratación: permite una mejor conservación y la penetración de los colorantes. Se realiza utilizando alcoholes, cada vez mayor graduación, que por dilución van extrayendo el agua del material a observar. - Tinción: consiste en colorear las células o partes de ellas para que resalten, posibilitando así su observación. Algunos colorantes son selectivos y tiñen partes concretas de la célula. Ejemplos de colorantes: rojo neutro, azul de metileno, eosina, hematoxilina. - Montaje: entre un portaobjetos y un cubreobjetos. 6.2 MICROSCOPIO ELECTRÓNICO El microscopio electrónico utiliza como fuente de “iluminación” un haz de electrones en vez de rayos de luz. Se consigue una resolución normal para los objetos biológicos de 2 nanómetros, o sea, unas 100 veces mayor que la resolución del microscopio óptico. Las lentes no son de vidrio si no bobinas cilíndricas que generan un campo magnético que condensa el haz de electrones que pasa por su eje central. Hay varios tipos de microscopios electrónicos: - Microscopio electrónico de transmisión (MET): Los electrones atraviesan la muestra y va a parar a una pantalla. - Microscopio electrónico de barrido o scanner (MES): Los electrones son reflejados por la superficie de la muestra, por lo que se consiguen imágenes de los objetos en tres dimensiones. 6.3 TÉCNICAS PARA EL ESTUDIO FISICOQUÍMICO DE LA CÉLULA A) CENTRIFUGACIÓN: Consiste en la separación de los componentes de una mezcla en función de su velocidad al someterlos a elevadas aceleraciones 11 (velocidad de sedimentación). Esto se consigue haciendo girar la mezcla en un rotor a un gran número de vueltas por minuto. Los aparatos empleados con este fin se denominan ultracentrífugas. B) CROMATOGRAFÍA: Se basa en la separación de los componentes de una mezcla por sus diferencias de absorción debidas a las fuerzas de Van der Waals que se establecen entre ellos y una sustancia que actúa de fase estacionaria. Según la naturaleza de la fase estacionaria, se distinguen: - Cromatografía sobre papel: se emplea para separar sustancias químicas con propiedades muy parecidas. - Cromatografía de gases: tiene la ventaja de necesitar pequeñísimas cantidades (0,05 mg) y es capaz de separar sustancias muy parecidas químicamente, por ejemplo ácidos grasos, azúcares u hormonas. C) ELECTROFORESIS: Consiste en la separación de los componentes de una mezcla en función de su carga eléctrica. Este método se emplea con sustancias que presentan cargas eléctricas, como proteínas o ácidos nucleicos, que se desplazan hacia el cátodo o el ánodo según su carga eléctrica. D) CULTIVO IN VITRO: Es un método que permite mantener líneas celulares en el exterior de un organismo en condiciones favorables a su multiplicación. La gran ventaja es la facilidad para el tratamiento del material biológico y su estandarización. BIBLIOGRAFÍA: - BIOLOGÍA 2º BACHHILLER Ed. E CIR. - APUNTES BIOLOGÍA INTERNET 12