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TEORÍA DEL ORIGEN QUÍMICO DE LA
VIDA
Cuando se originó la Tierra, había un gran calor residual debido a la explosión, no había una atmósfera que la protegiera, había tormentas y descargas eléctricas , volcanes , terremotos … Había un mar primitivo , inerte, que contenía moléculas inorgánicas , las cuales originaron las primeras moléculas orgánicas según el experimento de Stan Miller :
- DESTILADOR : contiene agua a la que se le aplica calor, de modo que se evapora y va a otro recipiente que contiene metano, amoniaco e hidrógeno. A este recipiente están conectados dos electrodos que aplican descargar eléctricas a la mezcla gaseosa.
- CONDENSADOR : hace que el agua pase de estado gaseoso a líquido.
- GRIFO : recoge la muestra de agua, que tiene moléculas orgánicas tras el proceso.
Se cree que el RNA fue la primera gran molécula que apareció:
- Puede copiarse a sí mismo mediante cadenas complementarias.
- Tiene capacidad autocatalítica.
- Al reproducirse millones de veces tienen lugar los errores de copia , que originan distintas cadenas de RNA, que según su secuencia de bases adoptan una estructura u otra de la que depende su función.
- Apareció un RNA adaptador , capaz de unirse con RNA codificantes , que llevaban en su otro extremo aminoácidos. Así tuvo lugar la formación de las primeras proteínas codificadas genéticamente.
Estas importantes moléculas no podían estar sueltas por el medio, sino que tienen que conservarse, por lo que se encerraron en una membrana anfipática (polar; con una parte hidrófila y otra hidrófoba), que puede ser una micela o una bicapa lipídica. En este compartimento las reacciones de los enzimas eran más eficaces.
Lucía Velasco González
EVOLUCIÓN DE LA CÉLULA
La primera célula que se originó fue una célula procariota , sin núcleo diferenciado; el material gético se encentra adherido a la membrana. Tiene otras dos capas que la protegen, que son la pared celular , similar a las células vegetales y la cápsula , de origen proteico. El primer procariota dio lugar a:
- Eubacterias : cianobacterias fotosintéticas, que añadían oxígeno a la atmósfera primitiva, o micoplasmas, que son capaces de infectar el núcleo de las células
- Arqueobacterias : son extremófilas, es decir, pueden desarrollarse en lugares en los que la mayoría de las células no podría hacerlo.
Otras células muy simples son:
- VIRUS : contienen el material genético en una cápside. Necesitan estar en un hospedador para reproducirse.
- VIROIDES : son aún más simples. Son únicamente material genético, es decir, cadenas de RNA que se replican de forma autónoma.
La Teoría Celular formulada por Schleiden (estudiaba los vegetales, y observó que estaban compuestos de células) y Schwann (estudiaba los animales, y observó que estaban compuestos por células)dice que: la célula es la unidad universal de estructura y función orgánica.
Las células eucariotas forman parte de: protistas (unicelulares; pueden asociarse, pero nunca forman tejidos), hongos, metafitas y metazoos.
Formación de la primera célula eucariota :
Lucía Velasco González
MÉTODOS DE OBSERVACIÓN
Para observar una muestra debemos tener en cuenta tanto el aumento como la resolución (capacidad de ver nítidamente dos objetos diferenciados a muy poca distancia); así el ojo tiene una resolución de 10 μm, el microscopio fotónico de 0,3 μm, y el electrónico de 0,3 nm.
La observación de muestras comenzó en la antigua Grecia:
- Euclides inventó las ampollas de agua , que conseguían un pequeño aumento. Aristóteles también las utilizó.
- Anton van Leeuwenhoek inventó el primer microscopio simple , que utilizaba una lente de aumento pulida de una forma especial. Consiguió observar protozoos, espermatozoides y moho.
- Galileo Galilei inventó el microscopio compuesto , incluso antes de que existiera el simple (pero como las lentes eran malas, se observaron más cosas antes con el simple). Constaba de una lente cerca del ojo y otra cerca de la muestra. La luz que se necesitaba se conseguía con una vela y espejos que reflejaban la luz en la muestra. Los métodos de observación han ido evolucionando:
- Los micrótomos , es decir, los aparatos para cortar las muestras, nos permiten obtener muestras mucho más finas que antes.
- (^) Las técnicas de tinción también han ido variando: de colorantes naturales se pasa a colorantes químicos e incluso anticuerpos.
- Microscopios : en la actualidad hay muchos tipos de microscopios: de campo oscuro, binocular, electrónico de transición, contraste de fases, fluorescencia, ultravioleta, electrónico de barrido, contraste interferencial…
Lucía Velasco González
La membrana actúa como barrera ; rodea todas las células, definiendo su extensión y separando el contenido de la célula con el de su entorno. Se encuentra en la mayoría de los Orgánulos celulares , creando ambiente entre ellos y el resto del citosol. Interviene en la comunicación entre las cé- lulas y en el transporte de sustancias.
HISTORIA
EVOLUCIÓN DEL DESCUBRIMIENTO ESTRUCTURAL
- Se averiguó su naturaleza lipídica por sus propiedades físico- químicas: resistencia eléctrica y carácter hidrofóbico
- Se comprobó que formaban micelas, por tanto, tenían una parte hidrófila y otra hidrofóbica
- Se supo que era una bicapa , porque al medir la superfcie de la célula en estado normal, el resultado era la mitad que al extender su membrana
- Se comprobó que tenían proteínas , puesto que estas disminuían la tensión superficial de la membrana
- Se elaboró la hipótesis de la Bicapa Lipoproteica
- Se estableció el modelo trilaminar , puesto que visto al microscopio aparecían 3 fases (2 oscuras = hemicapas) y una clara (espacio entre ellas). Y se denominó a la estructura “ Unidad de membrana ” puesto que se encontraba en todas las células
- Por último se estableció el modelo de Mosaico Fluido : estructura estable, plástica y móvil, que contiene lípidos, proteínas e hidratos de carbono
PROPIEDADES
FLUIDEZ
Depende de dos factores principales:
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- Colesterol : se colocan los grupos hidroxilos cerca de las cabezas polares de los fosfolípidos. Sus anillos esteroides planos y rígidos interactúan con las regiones de las colas próximas a las cabezas, tendiendo a inmovilizarlas. Así tiende a hacer las membranas menos fluidas , aunque impide su rigidez al no dejar que las colas se junten y cristalicen. Aumenta la estabilidad mecánica de la membrana.
- Glucolípidos : se encuentran en la hemicapa externa de las células animales. Pueden intervenir en la comunicación entre las células y su medio externo. Los dividimos en Gangliósidos GM1 (con ácido siálico, de carga negativa) y Galactocerebrósidos.
BALSAS LIPÍDICAS
Se denominan también dominios transitorios de membrana , porque están en continuo movimiento y pueden aparecer y desaparecer. Su componente principal es la esfingomielina : se agrupan unas con otras y se van moviendo; se unen también a proteínas transmembrana. Intervienen en la fagocitosis y en el reconocimiento entre células.
PROTEÍNAS Constituyen el elemento funcional de la membrana. Hay tres tipos de proteínas:
- Transmembrana : atraviesan la membrana y las regiones hidrofílicas están en contacto con el medio acuoso interno y externo. - Paso simple : atraviesan la membrana completa una vez - Paso múltiple : atraviesan la membrana varias veces - Lámina beta : forman canales
- Periféricas : unidas a un lípido , a un oligosacárido o a una proteína transmembrana
- Integrales : ancladas en una de las dos hemicapas.
Se distribuyen de diferente forma a lo largo de la membrana, formando Dominios permanentes. Ej. De célula intestinal :
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- Zona apical : a través de uniones herméticas con otras células, llevadas a cabo por proteínas, se produce la transmisión de sustancias.
- Zona superior : en contacto con fluidos; las proteínas permiten o impiden el paso de sustancias
Las proteínas son móviles , y para impedir su movimiento hay varios mecanismos:
- Autoensamblaje con formación de grandes agregados
Unión con agregados de moléculas del medio externo
- Unión con agregados de moléculas del medio interno
- Unión de dos células (interacción de proteínas que se encuentran en ambas membranas)
FUNCIONES
Transportadora : paso de sustancias a través de la membrana Conectora: puede unirse a elementos estructurales tanto en el medio interno como en el externo; puede unir dos células Receptora : contiene receptores específicos para determinadas sustancias Enzimática : catalizan las reacciones metabólicas
ESTUDIO DE LAS PROTEÍNAS DE LA MEMBRANA
Para el estudio de la membrana suelen emplearse eritrocitos, porque no tienen orgánulos que separar, ya que contienen únicamente hemoglobina.
- Criofractura: consiste en congelar la membrana y separar las dos hemicapas. En una de ellas se observarán unos abultamientos, que son las proteínas, y en la otra unos huecos, que nos muestran que las proteínas están en ambas hemicapas.
- Electroforesis en SDS-PAGE : Lucía Velasco González
- Difusión simple : gases, agua ( ósmosis: Paso de un disolvente a través de una membrana semipermeable que separa dos disoluciones de distinta concentración; de la hipotónica a la hipertónica) y sustancias lipídicas pequeñas
- Proteínas de canal : Regulan el paso de las sustancias abriendo o cerrando la “compuerta” atendiendo a determinados estímulos, que pueden ser por acción de una molécula señal (ligando) o un cambio en el potencial de la membrana…: - Por voltaje : ejemplo de transmisión de un impulso nervioso por cambio de potencial en la membrana (desarrollado en Fisiología) - Por estrés mecánico : ejemplo del Órgano de Corti en el oído:
■ El sonido se transmite por ondas , es decir por vibraciones. ■ Estas estimulan las células del Órgano de Corti, que tiran y abren los canales iónicos. ■ Entran iones+^ cambiando la polaridad de la célula, activando las células sensitivas auditivas.
- Por ligando : receptores de los neurotransmisores se abren y permiten el paso de iones +. Existen residuos negativos que repelen las cargas negativas.
Son selectivas , es decir, sólo permiten el paso de determinadas sustancias, por ejemplo:
- Canal Na +^ : permite el paso de Na +^ , que es una molécula muy pequeña, unido a una molécula de agua. K +^ no puede entrar por su gran tamaño.
- Canal K +^ : la molécula es mucho más grande. Se presenta unida al agua, pero lo suelta y reacciona con Oxígenos carbonílicos para poder entrar. Na +^ no puede entrar porque está unido al agua
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Existen ionóforos , que son moléculas hidrofóbicas capaces de cambiar la permeabilidad de la membrana, enmascarando la carga de algunas moléculas iónicas.
- Prot. transportadoras : efecto ping-pong.
- Hay dos configuraciones: en reposo (T1), cuando el receptor capta la molécula, la proteína cambia su configuración (T2), soltando la sustancia y recuperando la forma inicial.
- Es un método de transporte de la glucosa.
En el transporte pasivo puede darse un fenómeno de cotransporte , es decir, pueden pasar dos moléculas a la vez:
- SIMPORTE : Dos moléculas en la misma dirección
- ANTIPORTE : Una molécula en cada dirección.
TRANSPORTE ACTIVO Se realiza en contra de gradiente , por lo que se necesita un consumo de ATP :
- Bombas de Na + -K +: en la membrana plasmática hay ATPasas de Na +^ - K+^ que por cada molécula de ATP hidrolizada bombean tres Na+^ hacia el exterior y dos
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Gran parte de la membrana se internaliza cada hora, incluso puede llegar al 100% (muchas vesículas muy pequeñas), lo que requiere la secreción de vesículas constitutivas , incluidas en un proceso de endocitosis y exocitosis continuo.
La parte interior de la membrana contiene filamentos de actina. ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTORES Las sustancias, como pueden ser hormonas , entran de forma selectiva , es decir, a requerimiento de la célula. La endocitosis tiene lugar a través de receptores que responden a ciertas señales extracelulares.
- CLATRINA Y ADAPTINA
- La clatrina tiene forma de trisquel
- La adaptina se coloca entre la clatrina y la membrana
- Las clatrinas se unen
- Se produce una invaginación de la membrana, dando lugar a una vesícula revestida de clatrina
- La dinamina estrangula el cuello que queda para dejar suelta la vesícula.
La clatrina se desecha y vuelve a la membrana
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• CAVEOLINA
- (^) Se forman en las balsas lipídicas
- Son proteínas transmembrana que contienen receptores.
- Tras la unión molécula-receptor se produce la invaginación de la membrana
TRÁFICO DE PROTEÍNAS Ejemplo de LDL (low density lipoprotein): es un transportador de colesterol. Las LDL viajan por la sangre hasta que se unen con el receptor de las células correspondientes. Se produce en reclutamiento de clatrina , formando una vesícula Esta se une con otras vesículas de transporte, dando lugar a un endosoma temprano. Las LDL de sueltan del receptor , y se forma una vesícula que contiene los receptores y un endosoma tardío (vesícula con nutrientes y lisosomas con enzimas hidrolíticas).
TRANSCITOSIS Conjunto de procesos que permiten el paso de macromoléculas desde un espacio extracelular a otro , es decir, desde un dominio de membrana a otro distinto, mediante la formación de vesículas. Ocurre por ejemplo en las células del intestino delgado. Estas vesículas llevan una carga determinada en su interior, transportando proteínas de membrana en su interior. Implica una combinación entre los procesos de endocitosis y exocitosis. EXOCITOSIS Consiste en la expulsión o transporte de sustancias desde el interior de la célula hacia el exterior. Puede ser:
- CONSTITUTIVA : se realiza constantemente porque la célula las necesita siempre: - Repara la membrana - Forma polisacáridos de la pared vegetal - Secreción al espacio intercelular (tejidos)
- REGULADA : se segregan a requerimiento del organismo.
- Al interior del organismo (ap. Circulatorio) van secreciones endocrinas.
- A espacios o tubos van las secreciones exocrinas
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Es el medio que rodea la célula ; las sustancias difunden por ellas y permiten la comunicación entre las células. Está formada por proteínas secretadas y polisacáridos. Es muy abundante en tejidos conectivos : conjuntivo, adiposo, cartilaginoso, óseo…
La principal proteína que la compone es el Colágeno tipo 1 :
- (^) 3 cadenas unidas
- Principalmente tiene Glicina, Prolina y 4-hidroxiprolina. Generalmente se disponen de manera Gly-X(prolina)-Y(4hidroxiprolina)
- La 4-hidroxiprolina se forma por codificación postraducional :
- La prolina es hidroxilada por la Prolil-4-hidroxilasa, proceso para que el que se necesita abundante Vitamina C. Si se carece de esta vitamina, se producen enfermedades como el escorbuto.
- Se sintetiza como procolágeno y se secreta tiene dos colas sin enroscar que se extinguen = propétidos
- Las tres hélices se ensamblan formando una fibrilla, y estas se agregan formando fibras.
Existen tejidos con otros tipos de colágenos : los pulmones tienen tipo IV (hay aminoácidos que cambian, y en vez de formar fibras se forman redes).
Otra proteína estructural es la elastina , que cambia de conformación según esté relajada (ovillo) o estirada (red).
POLISACÁRIDOS : reciben el nombre de glicosaminoglucanos. Forman el gel donde se encuentran las proteínas. La mayoría tienen carga negativa , lo que facilita la unión con el agua. Forman proteoglicanos : proteína central con glicosaminoglicanos (menos el ácido hialurónico, que forma una “columna vertebral” para que se unan los aglicanos.
PROTEÍNAS DE UNIÓN : principalmente es la fibronectina , que contiene dos dominios unidos por puentes disulfuro. Cada dominio contiene varias proteínas. Unen los componentes de la matriz, y éstos a las células.
LÁMINA BASAL
Constituye la unión entre las células del epitelio (no vascularizadas) y el tejido conjuntivo. Rodea las células musculares , adipsas y nervios periféricos.
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Está principalmente constituida por colágeno de tipo IV ; y la proteína de unión más abundante es la laminina.
INTERCCIONES CÉLULA-MATRIZ
INTEGRINAS
Son proteínas transmembrana. Heterodímeros que contienen dos tipos de cadenas: α y β , que se unen de forma no covalente. Según la combinación de dichas cadenas dan lugar a más de 24 tipos de integrinas. Funciones :
- Actúan principalmente como receptores de las células
- Reconocen los sitios de unión del colágeno, fibronectina y laminina
- Sirven como anclaje al citoesqueleto
ADHESIÓN FOCAL
Las integrinas tienen un dominio citoplasmático pequeño que no genera señales intracelulares. Pueden interaccionar con proteínas adaptadoras originando señales intracelulares al unirse a sus ligandos. Se agrupan en los complejos de adhesión focal en la membrana; donde se asocian a proteínas citoplasmáticas como la talina, que a su vez se une a otras, como la vinculina, y ésta ya a los filamentos de actina del citoesqueleto directamente (o por medio de la α-actinina).
Los haces de filamentos de actina pueden dar lugar a filamentos de estrés, que permiten el movimiento o migración de la célula por el desarrollo, procesos infecciosos…
HEMIDESMOSOMAS
Las proteínas tienen una r egión extracitoplasmática y otra citoplasmática , que se une a los filamentos intermedios del citoesqueleto.
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En caso de infección:
- RETARDO : El endotelio secreta selectinas , que reconocen el sLex y se unen al leucito , retardando su movimiento
- (^) SEÑAL DE CAMBIO : Se emite una señal a las células próximas del endotelio , que expresan quimiocinas ; el leucocito expresa receptores para dichas quimiocinas, y se ensamblan.
- ADHESIÓN : Se producen cambios en la morfología del leucocito , que expresa integrinas ; el endotelio expresa CAMs. Las integrinas se unen con las CAMs.
- DIAFÉRESIS : esta unión cambia totalmente la morfología del leucocito , que emite pseudópodos ; también se producen cambios en la adhesión del endotelio para permitir la migración del leucocito hacia el tejido dañado.
CLASIFICACIÓN SEGÚN LA MORFOLOGÍA
Según la distancia entre las células tras su unión:
- (^) Ocludens: sin espacio entre ellas
- Adherens : pequeño espacio entre las células Según la extensión de la unión:
- Mácula : ocupa una “mancha” (zona pequeña)
- Zónula : ocupa una “zona” (zona más grande)
CLASIFICACIÓN FUNCIONAL
- De cierre : zónula ocludens
- De anclaje :
- Desmosomas
- Zónula adherens
- De comunicación :
- Sinapsis
- Gap: permiten la comunicación directa de dos células
IMPORTANCIA DE LAS UNIONES (intestino delgado):
- Ocluyentes : constituyen una barrera para el paso de sustancias nocivas y bacterias
- Bandas de adhesión : mantienen la estructura del epitelio
- Desmosomas
- Gap : permiten el paso de sustancias entre las células
- Hemidesmosomas y uniones focales : se encuentran en el dominio basal
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ZÓNULA OCLUDENS
Las membranas de las células contiguas están selladas herméticamente. Proteínas que intervienen: Ocludina , Claudina ZO - nº (mayoritariamente 1)
Los enganches forman una especie de red o malla en zig-zag.
Disposición de las proteínas:
- Las claudinas y ocludinas de ambas células contactan a través de la membrana
- Se ponen en contacto con los filamentos de actina del citoesqueleto a través de ZO Muchas uniones de este tipo que unen determinada superficie de las membranas. ZÓNULA ADHERENS Son regiones que conectan filamentos de actina del citoesqueleto , situadas bajo la membrana celular de células contiguas.
Estos haces de actina se unen a través de las caderinas , que a su vez conectan con: P120 , α- actinina o α/β catenina. Función: Si en las uniones oclusivas se hace una fuerza de presión desde arriba, estas se rompen; y las uniones adherentes evitan esta ruptura, manteniendo la estructura mediante una deformación elástica, gracias a la continuación MATRIZ-CÉLULA-CÉLULA Lucía Velasco González
