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ESTRUCTURA DE LA CÉLULA Camila Acosta López, MSc. Junio 2020  ¿QUÉ DEBES SABER AL FINAL DEL TEMA? ¿Cuáles son las diferencias entre las células procariotas y eucariotas? ¿Qué hace y cómo funciona el núcleo? ¿Cómo se conforma la mem...

ESTRUCTURA DE LA CÉLULA Camila Acosta López, MSc. Junio 2020  ¿QUÉ DEBES SABER AL FINAL DEL TEMA? ¿Cuáles son las diferencias entre las células procariotas y eucariotas? ¿Qué hace y cómo funciona el núcleo? ¿Cómo se conforma la membrana celular y cuál es la importancia de la misma? ¿Cómo crees que evolucionaron las células eucariotas? ¿Qué importancia tienen los lípidos en los procesos celulares? EL ÁRBOL DE LA VIDA  ESTRUCTURA CELULAR PROCARIOTAS EUCARIOTAS  CÉLULA PROCARIOTA Partes de la célula procariota Clasificación por su forma Viven en una enorme variedad de nichos ecológicos. Según su fuente de energía: Organotrofos, litotrofos, fotótrofos. Miden menos de un micrómetro. 99% no ha sido caracterizado.  Bacteria GRUPOS DE PROCARIOTAS Similares en mecanismos metabólicos y de extracción Archaea de energía. Genes y rutas metabólicas más cercanas a los eucariotas. Contienen éteres lipídicos en las membranas celulares. No forman esporas. Extremófilos. Numerosas en los océanos. Fuente: http://fst108- 1.blogspot.com/2016/06/los-tres-dominios- de-la-vida.html LA PARED CELULAR BACTERIANA  MOVILIDAD BACTERIANA Flagelo: compuesto por alrededor de 20 proteínas y otras 30 para su coordinación. Filamento rota como una hélice impulsado por un microscópico motor. Diferentes bacterias tienen diferente número y localización de flagelos. Flagelos en eucariotas son proyecciones celulares. Fuente: https://www.ecosia.org/images?q=flagelo#id=8CEE53C0B804DCC37C0675C07B09CC3455F791A9  NÚCLEO Y NUCLÉOLO Núcleo: orgánulo membranoso. Contiene el material genético. Cromatina: ADN + histonas. Cromosomas durante ciclo celular. Poros: comunicación. Nucléolo: no posee membrana que lo limite. Estructura supramolecular, producción de ribosomas. Fuente: https://www.caracteristicas.co/nucleo- celular/ ENVOLTURA NUCLEAR Dos membranas concéntricas penetradas por poros nucleares. Interna: proteínas de anclaje para cromosomas. Continua con la membrana del RE.  ESTRUCTURA DE MEMBRANAS (1) Límites Condiciones entre el citosol y el ambiente extracelular Dentro: condiciones entre orgánulos y el citosol. Gradientes de iones establecidos por proteínas de membrana, pueden ser usados para: Producir ATP Dirigir el transporte de solutos Producir y transmitir señales eléctricas.  ESTRUCTURA DE MEMBRANAS (2) Proteínas: actúan como sensor (receptores) de señales externas. Cambios de comportamiento en respuesta. Estructura común: capa delgada de moléculas lipídicas y proteicas. Se mantienen unidas por interacciones no covalentes. Estructuras dinámicas y fluidas, moléculas se mueven. https://www.youtube.com/watch?v =moPJkCbKjBs  ESTRUCTURA DE MEMBRANAS (3) Lípidos: bicapa continua de 5nm de grueso. Permeablemente selectiva. Regular el transporte de moléculas específicas a través. Algunas proteínas transmembranales son enlaces que conectan el citoesqueleto con la matriz extracelular o una célula adyacente. Tomado de: http://168.176.239.58/cursos/ciencias/2015877/html/conten_uni_2 30% de las proteínas codificadas. _2_5.html  LÍPIDOS DE LA MEMBRANA (1) 50% de la masa de las membranas celulares. Todos los lípidos en la membrana son anfipáticos. Más abundantes: fosfolípidos. 2 Colas: ácidos grasos saturados, 14-24 carbonos. 1 tiene uno o más enlaces insaturados. Diferencias de largo y saturación. FLUIDEZ  LÍPIDOS DE LA MEMBRANA (2) Principales fosfolípidos (más de la mitad): fosfoglicéridos. Varios tipos de cabezas polares: Fosfatidil-etanoliamina Fosfatidil-serina Fosfatidil-colina (más común en mamíferos) Esfingolípidos: esfingosina en lugar de glicerol. Esfingomielina (más común).  LÍPIDOS DE LA MEMBRANA (3) Glicolípidos (exclusivamente hacia Colesterol (gran cantidad en afuera) eucariotas) FORMACIÓN ESPONTÁNEA DE LA BICAPA (1) FORMACIÓN ESPONTÁNEA DE LA BICAPA (2)  REFERENCIAS Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Morgan, David; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter. 2015. Molecular Biology of the Cell. Garland Science. Kindle Edition. ESTRUCTURA DE LA CÉLULA Camila Acosta López, MSc. Junio 2020  ¿QUÉ DEBES SABER AL FINAL DEL TEMA? ¿Cómo se comportan las proteínas de la membrana? ¿Cuáles son los componentes del citoesqueleto? ¿Para qué sirven los diferentes componentes del citoesqueleto? ¿Cómo analizamos las moléculas existentes en las células?  MOBILIDAD DE LA BICAPA Moléculas de lípidos intercambian lugares de manera rápida dentro de una capa. Difusión lateral rápida. Se generan en la capa citosólica de la membrana del retículo endoplasmático. Transportados por translocadores de fosfolípidos. Membranas no se fusionan espontáneamente.  FLUIDEZ DE LA BICAPA LIPÍDICA Depende de su composición y temperatura. Cadenas cortas y enlaces insaturados, mayor fluidez en bajas temperaturas. Más difíciles de empaquetar. Colesterol modula la propiedad de impermeabilidad de la bicapa. En eucariotas, membranas son más variables. 500 – 2000 diferentes lípidos.  LÍPIDOS SON CONSERVADOS EN LAS CÉLULAS Como bloques para síntesis de membrana. Para extracción de energía. No contienen cabezas polares. Contienen proteínas: enzimas involucradas en el metabolismo de lípidos. Lípidos como señal de diferenciación entre células vivas o muertas.  PROTEÍNAS DE MEMBRANA Realizan la mayor parte de funciones específicas. Cantidad es muy variable. Típica = mitad de su masa. Son anfipáticas. ANCLAJES LIPÍDICOS CONTROLAN PROTEÍNAS Proteínas transmembranales: funcionan ambos lados, pueden permitir el paso de sustancias. Receptores de superficie celular: unidos a moléculas señal en el espacio extracelular, generan señales intracelulares. 2 grupos lipídicos para generar un anclaje más fuerte. MUCHAS DE LAS PROTEÍNAS ESTÁN GLICOSILADAS Mayor parte de proteínas transmembranales en animales están glicosiladas. Los residuos glúcidos se añaden en el lumen del Retículo Endoplasmático y Aparato de Golgi. Están hacia el lado no citoplasmático. Capa de carbohidratos – glicocalix. Protección contra daño mecánico y químico. Procesos de reconocimiento.  PROTEÍNAS DE MEMBRANA PUEDEN SOLUBILIZARSE POR ACCIÓN DE DETERGENTES Destruir asociaciones hidrofóbicas. Detergentes: moléculas pequeñas anfipáticas. Cuando la concentración aumenta se agregan formando micelas. Liberar las proteínas. Denaturación por unión con sus regiones hidrofóbicas. Funcionalidad: detergentes leves. LA ACCIÓN DE LOS DETERGENTES CARACTERÍSTICAS DE LA MEMBRANA Proteínas membranales funcionan como complejos. Proteínas pueden difundirse lateralmente. Células confinan proteínas a regiones específicas. Distribución asimétrica de las proteínas de membrana. Composición lipídica diferente. Ej: esencial para las funciones del epitelio.  Proteínas involucradas no se MEMBRANA Y CITOESQUELETO difunden. Dominios se mantienen Intracelularmente depende de separados por uniones interacciones proteína- intercelulares. proteína.  Mantiene la integridad y forma CITOESQUELETO de la membrana plasmática. Cubre toda la superficie Red de proteínas filamentosas. citosólica. Espectrina: componente principal, Actina: mayoría de células. en los eritrocitos.  MEMBRANE BENDING PROTEINS Generar deformaciones de la Forman estructuras rígidas de membrana: proteínas de doblaje. andamiaje. Aumentan proteínas hidrofóbicas. Generan agrupamiento de ciertos tipos de lípidos.  CITOESQUELETO Funciones mecánicas y espaciales de la célula dependen de un sistema de filamentos llamado citoesqueleto. Filamentos de actina. Determinan la forma de la superficie celular. Son necesarios para la locomoción. CITOESQUELETO (2) Microtúbulos. Determinan la posición de los organelos membranosos. Dirigen el transporte intracelular. Forman el huso mitótico. Filamentos intermedios. Proveen fuerza mecánica. Cubren la cara interna de la envoltura nuclear. Proteínas accesorias que regulan y enlazan los diferentes filamentos con otras proteínas y entre sí.  CITOESQUELETO (3) Sistemas citoesqueléticos son dinámicos y adaptables. Filamentos están formados de pequeñas subunidades. Microtúbulos se forman de 13 protofilamentos. Proteínas motoras: aprovechamiento de ATP en un extremo de un filamento.  REFERENCIAS Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Morgan, David; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter. 2015. Molecular Biology of the Cell. Garland Science. Kindle Edition. COMPARTIMENTOS CELULARES Camila Acosta López, MSc. Junio 2020  ¿QUÉ DEBES SABER AL FINAL DEL TEMA? ¿Cómo se formaron y para qué los compartimentos celulares? ¿Cómo se cumplen todas las funciones en las células procariotas? ¿Cuáles son las funciones del retículo endoplasmático y el Aparato de Golgi? ¿Cómo se relacionan las mismas con los ribosomas y el nucléolo?  COMPARTIMENTOS INTRACELULARES Proteínas le confieren a cada compartimento (organelo) sus características estructurales y funcionales. Reacciones específicas. Transporte de sustancias específicas. Procesos bioquímicos tienen lugar en las membranas o en sus superficies. Ej: metabolismo de lípidos, fosforilación oxidativa.  COMPARTIMIENTOS INTRACELULARES (2) Citosol: lugar principal de síntesis y degradación. Retículo endoplasmático: proteínas son transportadas al retículo mientras son sintetizadas. Produce la mayor parte de los lípidos, almacena Ca²⁺. Aparato de Golgi: recibe proteínas del RE, las modifica y las envía a destinos finales. Tomado de : https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_endomembran oso  COMPARTIMIENTOS INTRACELULARES (3) Mitocondria y cloroplasto: generación de ATP. Lisosomas: contienen enzimas digestivas para degradación. Vesículas internas de paso: endosomas. Peroxisomas: contiene enzimas involucradas en reacciones oxidativas.  EN PROCARIOTAS Membrana celular sostiene todas las funciones asociadas: Bombeo de Iones Síntesis de ATP Secreción de proteínas Síntesis de lípidos En eucariotas muy poca área superficial debido al tamaño. Sistema interno de membranas como adaptación para aliviar este problema.  EVOLUCIÓN DEL SISTEMA MEMBRANOSO Invaginación de la membrana celular. Organelos de membrana cerrada con un interior (lumen) equivalente al exterior de la célula. Comunicación mediante vesículas de transporte. Mitocondria y cloroplastos: membrana de diferente origen, teoría de la endosimbiosis, tienen su propio genoma.  Su destino se conoce a partir de Síntesis inicia siempre en el señales en su secuencia citosol, excepto las pocas polipeptídica. proteínas que se sintetizan en Sin señal = se mantienen en el citosol. mitocondrias y cloroplastos. MOVIMIENTO DE LAS PROTEÍNAS TIPOS DE MOVIMIENTO 1. Proteínas y ARN mensajero se mueven entre el citosol y el núcleo mediante poros nucleares. 2. Translocación de proteínas: basado en translocadores de proteínas. 3. Transporte vesicular: transporte encerrado en membranas.  RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO Laberinto en forma de red de túbulos y sacos aplanados. Membrana es continua de la membrana externa nuclear. Biosíntesis de lípidos y proteínas, bodega de Ca²⁺ intracelular, usado en procesos de señalización. En la membrana: todos los lípidos y proteínas transmembranales de todos los organelos y membranas.  RE (2) Importación de proteínas durante el proceso de traducción o después. Ribosoma se adhiere directamente al RE (rugoso). RE liso que transportan vesículas hacia el Aparato de Golgi se conoce como RE transicional. Proteínas plegadas incorrectamente se degradan en el citosol. MAPA DEL MOVIMIENTO INTRACELULAR APARATO DE GOLGI – COMPLEJO DE GOLGI Modificación de proteínas provenientes del retículo endoplasmático. Síntesis de carbohidratos, organización y despacho de productos del retículo endoplasmático. Adición de los oligosacáridos a proteínas y lípidos. APARATO DE GOLGI Compartimientos aplanados encerrados en membranas que se conocen como cisterna. Cerca del núcleo y el centrosoma.  REFERENCIAS Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Morgan, David; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter. 2015. Molecular Biology of the Cell. Garland Science. Kindle Edition. COMPARTIMENTOS CELULARES (2) Camila Acosta López, MSc. Junio 2020  ¿QUÉ DEBES SABER AL FINAL DEL TEMA? ¿De dónde evolucionaron los cloroplastos y mitocondrias? ¿Cuáles son las características y funciones de los diferentes orgánulos mencionados? ¿Cuál es la importancia de los diferentes orgánulos vesiculares? ¿Cómo se asocian las funciones con el comportamiento de los tejidos celulares?  MITOCONDRIAS Organelos de doble membrana. Especializados en la síntesis de ATP. Utilizando energía derivada de la cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa. Tienen su propio ADN y ribosomas. Proteínas codificadas en el núcleo y transportadas a través del citosol. Subcompartimientos: matriz, espacio intermembrana y crestas.  CLOROPLASTOS Membrana interna y externa que encierra el espacio intermembrana. Estroma = matriz mitocondrial. Tilacoide = membrana, espacio interno. Se producen por organelos preexistentes, por crecimiento seguido de fisión. MITOCONDRIA (1) Es el sitio del metabolismo oxidativo en eucariotas. Incluye las enzimas que median este proceso: Piruvato deshidrogenasa Ciclo del ácido cítrico Oxidación de los ácido grasos Transporte de electrones y fosforilación oxidativa. Últimas están en la membrana interna. RESPIRACIÓN CELULAR  MITOCONDRIA (2) Membrana externa presenta porinas para difusión. Membrana interna es impermeable a sustancias hidrofílicas. Sistemas específicos de transporte para: NADH que entra a la cadena de transporte de electrones. Metabolitos ATP producido CLOROPLASTO (1) CLOROPLASTO (2) PEROXISOMAS Rodeados por una membrana sencilla. Contienen catalasa, oxidasa, metabolismo del oxígeno. Vestigios de ancestros de células eucariotas. Disminuir la concentración de oxígeno. Utilizando su reactividad. Oxidación del etanol en acetaldehído en hígado y riñones. Ciclo de vida de los peroxisomas en una célula (Smith y Aitchison, 2013; Costello y Schrader 2018).  Vesícula con enzimas hidrolíticas para la digestión de macromoléculas. LISOSOMAS Funciones: Heterofagia Autofagia Degradación Nutrición y defensa celular Ontogenia Tomado de: http://iespoetaclaudio.centros.educa.jcyl.es/sitio/index.cgi?wid_item=1449&wid_ Tomado de: seccion=19 http://elmundodelabiologa.blogspot.com/2008/05/los- lisosomas-su-estructura- funciones-y.html Tomado de:https://factslegend.org/40-interesting- lysosome-facts/ LISOSOMAS  VACUOLAS Vesículas llenas de fluido. Relacionados a lisosomas en las células animales. Contienen enzimas hidrolíticas. Vacuola central en las plantas: almacenamiento y controlador de la presión de turgencia. Proteínas, nutrientes y desechos. Dispositivo de control de homeostasis. VACUOLA CONTRÁCTIL Amebas, flagelados y otros protozoarios. Depósito se contrae para expulsar agua del organismo. Balance hídrico, osmorregulación.  REFERENCIAS Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Morgan, David; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter. 2015. Molecular Biology of the Cell. Garland Science. Kindle Edition.