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TEMA 1. LA CÉLULA
- Nivel celular. 1.1 Estructura de la Célula. 1.2. La matriz extracelular. 2.La membrana plasmática. 2.1 Estructura de la membrana plasmática. 2.2 El glucocálix. 2.3. Funciones de la membrana plasmática. 3 Citoplasma. 3.1 los ribosomas. 3.2 El sistema de endomembranas 3.3 Los orgánulos energéticos. 3.4 Las inclusiones. 3.5 El citoesqueleto.
- El núcleo. 4.1 La membrana nuclear. 4.2 El nucleoplasma. 5 Transporte de moléculas a través de membranas. 5.1 Transporte por permeabilidad. 5.2 Transporte por endocitosis-exocitosis. 6 .Uniones celulares. 6.1 Uniones especializadas.
6.2 Uniones no especializadas.
- El ciclo celular. 7.1 Las fases del ciclo celular. 7.2 la mitosis. 7.3 la meiosis. 1. NIVEL CELULAR 1.1 Estructura de la Célula.
Está compuesta por 5 SUSTANCIAS BÁSICAS:
H20,Electrolitos, Proteinas,Lípidos y Carbohidratos.
A) H20: El agua es una sustancia que químicamente se formula como
H20,líquida a Tª ambiente
Una molécula de agua se compone de dos átomos de Hidrógeno enlazados
covalentemente a un átomo de oxígeno. Supone el componente en mayor de las células en un 90%
Tiene un alto número de sustancias químicas disueltas, en forma de párticulas y otras sustancias en suspensión.
El H2O favorece que las sustancias disueltas y en suspensión se transporten a todas las partes de la célula donde
sea necesaria su presencia.
Funciones del Agua
1) Disolventes de sustancias orgánicas e inorgánicas : imprescindible para intercambio de sustancias a
través de membranas celulares (disueltas)
2) Reacciones metabólicas celulares : todas suceden en presencia de H2O
3)Alta tensión superficial: favorece las deformaciones y movimientos internos del citoplasma
4) Baja viscosidad: favorece el desplazamiento de órganos lubricados por ella (músculos y articulaciones)
y desplazamiento de la sangre en los vasos
5) Regula la Tª : amortigua cambios bruscos de Tª y distribuye el calor por la circulación
B) IONES :
Están disueltos en el agua y participan en las reacciones celulares (transmisión de impulsos electroquímicos
en nervios y músculos y reacciones catalizadas por enzimas en metabolismo celular como Cofactores )
K+, Mg+, Na+,Ca2+,(CATIONES)
Cl-,P04H2=, SO4H=, CO3H- (ANIONES)
E) CARBOHIDRATOS : tiene una escasa función estructural pero son muy importantes en la nutrición
celular. No existen grandes acúmulos de carbohidratos en células humanas. Si que existe glucosa soluble
en líquido celular ( sirve de energía rápida)
Una pequeña cantidad se deposita en forma de Glucógeno ( polímero insoluble de la glucosa)
El glucógeno insoluble puede transformarse en Glucosa soluble para su utilización. (Glucogenolisis)
ESTRUCTURA FÍSICA
Todas las células están formadas por los siguientes elementos:
- Membrana plasmática : formada principalmente por una bicapa lipídica en la cual hay, incluidas o adheridas a su superficie, ciertas proteínas. Los lípidos permiten conservar un medio acuoso interno separado del externo, manteniendo caracteristicas diferentes. Las proteínas son las que permiten el paso (hacia el interior o exterior) de las sustancias hidrosolubles (las liposolubles pueden atravesar los lípidos de la membrana).
- Citoplasma : Es la parte de la célula comprendida entre la membrana plasmática y el núcleo (si posee núcleo). Está constituido por una solución líquida denominada hialoplasma o citosol , unos orgánulos que pueden o no estar delimitados por membranas, el citoesqueleto e inclusiones citoplasmáticas. En procariotas el citoplasma es más sencillo al carecer de orgánulos (excepto ribosomas), citoesqueleto y núcleo. Los Orgánulos son estructuras internas, metabólicamente activas ,con funciones específicas. (son indispensables) Las Inclusiones : son constituyentes celulares no indispensables, y a menudo transitorios. Son acúmulos inertes de productos metabólicos o celulares
- Material genético : Formado por una o varias moléculas de ADN Las células, desde el punto de vista de su organización se dividen en dos grandes grupos: - Eucariota: Poseen un núcleo que está separado del citoplasma por una doble membrana similar a la membrana celular y tienen orgánulos, muchos membranosos, es decir, están rodeados por. Las células de animales, vegetales, hongos y protoctistas (protozoos y algas) son eucariotas. - Procariota: Carecen de núcleo ,por lo que su material genético está libre en el citoplasma. Tampoco tienen orgánulos (si que tienen ribosomas!) Las bacterias son células procariotas.
LA CÉLULA PROCARIOTA
Son organismos unicelulares ,menos evolucionados geneticamente y más simples
Los procariotas incluyen dos dominios evolutivos:
- Archaea : antes se consideraban bacterias; tiene un sistema bioquímico tan diferente que ahora se
consideran reino aparte. Un gran número de Arqueas (así se las conoce) son metanógenas (ej: las
que viven en el digestivo de los rumiantes) o extremófilas (viven en aguas termales, pantanos
salados, aguas sulfurosas, ….)
- Bacterias
Carecen de núcleo (su material genético está libre en el citoplasma) y orgánulos excepto ribosomas, por lo que, su tamaño ( 1-10 m) es mucho menor que el de las células eucariotas, son las células más sencillas. Las bacterias son células procariotas. ESTRUCTURA DE LA CÉLULA PROCARIOTA : presentan membrana plasmática con repliegues hacia el citoplasma llamados mesosomas. Se les atribuye una función semejante ala de los orgánulos de las cels. eucariotas , llevando adheridos enzimas que intervienen en diferentes procesos. Algunos autores creen que los mesosomas son artefactos generados durante el proceso de preparación de las muestras para observarlas al microscopio. La membrana presenta una peculiaridad: esta recubierta por una pared bacteriana con función protectora y de sostén. A veces, por encima de la pared puede existir una cápsula o vaina gelatinosa. Imagen usada exclusivamente con fines educativos y sin ánimo de lucro En citoplasma encontramos regiones bien diferenciadas: una en donde se halla el material genético, denominado nucleoide o cromosoma bacteriano , y el citoplasma restante, de aspecto homogéneo, donde destacan un gran número de ribosomas , más pequeños que los eucarioticos. En el citoplasma pueden haber también inclusiones (sin membrana por supuesto) de naturaleza variada como sustancias de reserva, pigmentos... El material genético es una molécula de ADN bicatenario y circular. La célula procariota puede presentar también pequeños fragmentos circulares de ADN accesorio llamados plásmidos. También pueden tener las siguientes prolongaciones alargadas: flagelos para la locomoción, fimbrias cortos y numerosos, para la adherencia a sustratos y pili para el intercambio de ADN con otras bacterias (se verá en otro tema).
1.2 LA MATRIZ EXTRACELULAR (MEC)
La Matriz Extracelular es una red de polisacáridos y proteínas que rodea a las células. La matriz constituye el medio, el entorno con que se relacionan las células. Está formada por :
- Sustancia fundamental (gel semisólido) **- H2O
- Proteinas Fibrilares (Elastina y Colágeno)
- Polisacáridos** Su composición y estructura hace que la matriz sea una parte esencial del tejido que forman las células. La cantidad de MEC depende del tipo de tejido. Algunos tejidos,como el epitelial o el nervioso, apenas tienen MEC y en otros la MEC es muy abundante , como en el tejido conectivo propiamente dicho ,el hueso o el cartílago.
Su composición otorga al tejido que sea unas características especiales en cada caso.
En esta imagen se presentan ejemplos de distintos tipos de matrices extracelulares teñidas con diferentes colorantes. Los asteriscos señalan la matriz extracelular. A) Cartílago hialino. B) Matriz ósea compacta. C) Conectivo denso regular (tendón). D) Conectivo gelatinoso del cordón umbilical. E) Paredes celulares del sistema vascular de un tallo de una planta. F) Células epiteliales. Obsérvese que prácticamente no hay sustancia intercelular. G) Imagen de microscopía electrónica de transmisión del tejido nervioso donde prácticamente no existe matriz extracelular. Imagen usada exclusivamente con fines educativos y sin ánimo de lucro. Megías M, Molist P, Pombal MA. Atlas de histología vegetal y animal. http://mmegias.webs.uvigo.es/inicio.html. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/
Imagen usada exclusivamente con fines educativos y sin ánimo de lucro. Academia Nacional de medicina de Colombia La Sustancia Fundamental es un gel semisólido, viscoso, bioquímicamente complejo y muy hidratado en el cuál encontramos las Proteínas fibrilares (fibras elásticas y de colágena) y proteoglicanos, glicoproteinas y glicosaminoglicanos Es la matriz traslúcida que rodea a células y fibras conjuntivas y que no presenta una organización estructural visible al microscopio de luz Las fibras Elásticas se estiran fácilmente y recuperan su longitud original cuando la fuerza deformante ha desaparecido. El principal componente de las fibras elásticas es la elastina, material proteico muy insoluble. Las fibras de Colágena forman estructuras que se caracterizan por su gran resistencia a las
fuerzas de tracción.
Existe otro tipo: las Fibras basales entre las células de los tejidos epiteliales, músculares y nerviosos en los sitios en que ellas se asocian al tejido conjuntivo subyacente (son como zonas de asentamiento)
2.1 ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA.
Composición química. Las membranas están compuestas principalmente por lípidos y proteínas , aunque la proporción relativa de cada uno de ellos es diferente según el tipo de membrana e incluso el tipo de célula El componente lípidíco es el responsable de la forma y múltiples propiedades de la membrana, y el proteico es responsable de la actividad enzimática LÍPIDOS (42% del total) Los lípidos de las membranas pertenecen a tres categorías: Fosfolípidos, Esfíngolípidos (los mas comunes son los Glucoesfingolípidos) y Esteroles (colesterol en células animales). Todos son moléculas Anfipáticas , es decir, con polaridad (con una parte hidrófoba o apolar y otra hidrófila o polar), por lo que forman una bicapa lipídica al disponerse sus radicales polares hacia el medio acuoso (el agua en el exterior y en el interior celular) y sus radicales apolares de una capa se disponen hacia los de la otra capa evitando los extremos apolares el contacto con el medio acuoso. Los Fosfolípidos son los lípidos más abundantes en las membranas y prácticamente son los constiyuyentes de su superficie. Compuestos por una molécula de Glicerol, más dos Ácidos grasos y un Grupo Fosfato Credito de la imagen:Openstax Biologia Imagen usada con fines educativos y sin ánimo de lucro Ademas del Grupo Fosfato, están formados por una pequeña pero importante molécula llamada “ Grupo de Cabeza” , que determina el tipo de Fosfolípido y sus propiedades
Según esto,los tipos de Fosfolípidos según el “Grupo de cabeza son: (nota: el grupo de cabeza característico aparece en verde) -Fosfatidiletanolamina -Fosfatidilinositoles -Fosfatidilserina -Fosfatidilcolina Imagen usada exclusivamente con fines educativos y sin ánimo de lucro. Megías M, Molist P, Pombal MA. Atlas de histología vegetal y animal. http://mmegias.webs.uvigo.es/inicio.html. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Los Esfingolípidos : derivados de la Esfingosina. Se dividen en : Esfingomielina, Glucoesfingolípidos y Gangliosidos. Son abundantes son los Glucoesfingolípidos que suelen nombrarse como
Glucolípidos y suelen estar compuestos por una Ceramida (esfingosina + ac.graso) y un Glúcido de
cadena corta (monosacárido); carecen de grupo fosfato. Su parte glucídica de la molécula está
orientada hacia el exterior de la membrana plasmática donde actúa en el reconocimiento celular y como
receptor antigénico. Se encuentran en la cara externa de la membrana plasmática (en las otras
membranas como la mitocondrial, , del retículo...no aparecen glucolìpidos). Van a ser integrantes esenciales del Glucocalix( se verá más adelante) Aquí podemos ver diferentes Glicolipidos frecuentes en membranas celulares Imagen usada exclusivamente con fines educativos y sin ánimo de lucro. Megías M, Molist P, Pombal MA. Atlas de histología vegetal y animal. http://mmegias.webs.uvigo.es/inicio.html. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/
Imagen usada exclusivamente con fines educativos y sin ánimo de lucro. Megías M, Molist P, Pombal MA. Atlas de histología vegetal y animal. http://mmegias.webs.uvigo.es/inicio.html. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Esta movilidad de las moléculas origina una fluidez de la membrana que es esencial para su funcionamiento (la disminución de la fluidez por ejemplo cuando la temperatura disminuye, puede detener muchos procesos enzimáticos y de transporte). Se dice que son lípidos líquidos, no solidos La composición lipídica de cada monocapa es distinta, presentando las membranas asimetría lipídica. El colesterol es una molécula plana y rígida que se intercala entre los fosfolípidos, lo que hace disminuir la fluidez de la membrana. Factores de los que depende la fluidez de la bicapa :
- Colesterol: a mayor presencia, menor fluidez,.
- Temperatura : a mayor temperatura aumenta la fluidez
- Ácidos grasos insaturados que originan codos (ángulos en la cadena hidrocarbonada que se forman cuando aparece un doble enlace) que disminuyen las atracciones hidrofóbicas (fuerzas de Van der Waals) con otras cadenas apolares, aumentando la fluidez.
- Ácidos grasos saturados y de cadena larga aumentan las atracciones hidrofóbicas (fuerzas de Van der Waals) por no tener codos (ácidos grasos saturados) las cadenas están paralelas unas a otras permitiendo las atracciones hidrofóbicas y cuanto más largas sean estas cadenas mayor número de enlaces hidrofóbicos se formarán aumentando la rigidez y disminuyendo la fluidez. La bicapa fosofolipídica es impermeable a sustancias cargadas electricamente: Na+, K+,Cl-, Ca2+ son insolubles en la membrana lipídica. Lo mismo ocurre con Proteinas,çAcidos nucleicos,Azúcares y Nucleótidos Pero! La moléculas pequeñas polares NO cargadas eléctricamente la atraviesan fácilmente (O2, CO2, NH3) Curiosamente, el H2O “se cuela” entre las cadenas de ácidos grasos,sobre todo si estań acodadas y difunde con cierta facilidad
PROTEÍNAS (55% del total) Poseen un movimiento de difusión lateral, similar al de los fosfo y glucolípidos, contribuyendo a la fluidez de la membrana, y también dan asimetría a la membrana porque no hay las mismas proteínas en cada monocapa. Según la disposición de las proteínas en la bicapa se clasifican en proteínas integrales y periféricas:
- Proteínas integrales o intrínsecas: Son globulares. Están total o parcialmente englobadas en la bicapa lipídica, debido a que presentan una parte apolar (o hidrófoba o lipófila) que se introduce en dicha bicapa. Algunas pueden tener Aas hidrófilos que asomen al exterior. Si atraviesan la bicapa lipidica (la proteína sobresale a cada lado de la bicapa) se denominan proteínas transmembrana .(tienen regiones polares hidrofílicas en los extremos y una porción hidrófoba en el interior,que queda en el espesor de la membrana) Dentro de las proteinas integrales encontramos diferentes según su **función:
- Proteinas canal** (H2O,iones...) - Proteinas transportadores ( transporte activo con gasto de energía en contra de gradiente de concentración. Bombas fisiológicas ) Imagen usada exclusivamente con fines educativos y sin ánimo de lucro. Megías M, Molist P, Pombal MA. Atlas de histología vegetal y animal. http://mmegias.webs.uvigo.es/inicio.html. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/
- Mecanismos de Adhesión celular : integrinas, cadherinas, selectinas ….
- Receptores de señales como los que reconocen los factores de crecimiento, neurotransmisores, hormonas ( por ejemplo receptores que reconocen hormonas como el receptor de la insulina que al detectar la insulina activa en la célula la captación de la glucosa sanguínea, otro ejemplo: en la sinápsis los neurotransmisores liberados por el axón de una neurona son reconocidos por unos receptores (proteínas) de la membrana de la dendrita de otra neurona, el receptor activado produce una despolarización de la membrana que puede producir otro impulso nervioso o potencial de acción), etc.
- Actividad Enzimática
NOTAS IMPORTANTES SOBRE PROTEINAS TRANSMEMBRANA
¿Cómo mantienen las proteinas transmembrana una asociacion estable con el interior
hidrofobo de la bicapa al atravesarla, siendo hidrófilas?
La parte de la proteina que está en contacto con la zona hidrófoba es una Alfa-Helice
tambien hidrófoba.
Las proteinas transmembrana pueden tener un solo segmento que atraviese dicha
membrana o varios
Algunas de ellas pueden difundir entre la monocapa donde se ubiquen. Se mueven mas
lentamente que los lipidos
RESUMEN DE LAS FUNCIONES DE LAS PROTEINAS DE MEMBRANA A) Las proteinas integrales pueden actuar como Receptores B) Las proteinas integrales pueden actuar como Moleculas de Adhesión con la MEC C) Las proteinas integrales pueden realizar movimiento transmembrana de sustancias hidrosolubles (Poros/Proteinas canal/Transportadores específicos y Bombas) D) Las proteinas integrales pueden ser Enzimas E) Las proteinas integrales pueden participar en Transmisión Intracelular de señales (las situadas en monocapa interna)
RESUMEN ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA (MODELO MOSAICO FLUIDO).
Los componentes anteriormente descritos siguen un modelo de Mosaico Fluido ,propuesto en 1972 por Singer y Nicholson. Según este modelo la membrana es una estructura fluida (y no rígida, como se pensaba antiguamente) compuesta por una doble capa de lípidos a la cual se asocian moléculas proteicas, que se sitúan en las dos caras de la superficie de esta bicapa lipídica, bien total o parcialmente englobadas en ella, en la que todas las moléculas se pueden mover. Como los lípidos y las proteínas se disponen en mosaico y pueden desplazarse lateralmente, esta estructura recibe el nombre de mosaico fluido. El modelo de mosaico fluido presenta las siguientes características:
- La membrana está formada por una bicapa lipídica asociada con proteínas.
- Las moléculas lipídicas son anfipáticas, disponiéndose las zonas polares hacia el medio acuoso externo e interno y las zonas polares hacia el interior, dando lugar a la bicapa lipídica de las membranas.
- Tanto las proteínas como los lípidos pueden desplazarse lateralmente (membrana fluida).
- Los lípidos y las proteínas integrales se disponen en mosaico.
- Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución de sus componentes: lípidos, proteínas y glúcidos.
Modelo mosaico fluido membrana citoplasmatica eucariota
Imagen usada exclusivamente con fines educativos y sin ánimo de lucro. Megías M, Molist P, Pombal MA. Atlas de histología vegetal y animal. http://mmegias.webs.uvigo.es/inicio.html. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/
3. EL CITOPLASMA.
El Citosol o Hialoplasma , constituye el medio interno líquido del citoplasma, donde se encuentran inmersos los orgánulos membranosos, los ribosomas, enzimas y estructuras como las inclusiones (son macromoléculas con función de reserva energética en forma de gránulos y sin membrana, por ejemplo gránulos de glucógeno y gotas lipídicas inmersas en el citosol son inclusiones) y el citoesqueleto (red de filamentos proteicos inmersos en el citosol que otorgan estructura y rigidez a la célula). Ocupa el espacio situado entre la membrana plasmática, la envoltura nuclear y las membranas de los diferentes orgánulos. El Citosol es un medio con un 85% de agua en el cual hay disueltas una gran cantidad de moléculas y nutrientes absorbidos (enzimas, monosacáridos, aminoácidos, nucleótidos, sales minerales... ) formando una dispersión coloidal ***** , en la cual tienen lugar muchos procesos fundamentales para la vida de la célula ***** Los coloides son mezclas no homogéneas compuestas por una fase dispersa, que casi siempre es un sólido con partículas muy pequeñas, y una fase dispersante o continua, que por lo general es líquida o gaseosa. Por ejemplo: crema de leche, pintura al látex, gelatina 3.1 SISTEMAS DE ENDOMEMBRANAS. Las células eucariotas se caracterizan por la existencia en su citoplasma de orgánulos rodeados de membranas con estructura semejante a la membrana citoplasmática , que proporcionan a la célula compartimentos especializados en los que tienen lugar actividades específicas. Esta subdivisión del citoplasma aumenta la capacidad y eficiencia de la célula. Los orgánulos membranosos pueden dividirse en dos grupos atendiendo a su estructura y función:
- Sistema de endomembranas : Se trata de vesículas membranosas relacionadas entre sí y con las membranas nuclear y plasmática. Incluye el Retículo Endoplásmico , el aparato de Golgi y los Sistemas vesiculares incluidos el lisosoma y la vacuola, que intervienen en la síntesis, la modificación y el intercambio celular de diversas sustancias, así como en la digestión celular y en la regulación osmótica de la célula. - Orgánulos relacionados con el metabolismo energético de la célula. Son las Mitocondrias, y Peroxisomas.
RETÍCULO ENDOPLÁSMICO
El Retículo en conjunto es un sistema membranoso interconectado compuesto por una red de estructuras tubulares aplanadas (sáculos) o cisternas rugosas (en el RER), túbulos sinuosos y lisos (en el REL) y vesículas (en ambos RE) que se extienden por todo el citoplasma y que se comunica con la membrana nuclear externa. Imagenes usadas exclusivamente con fines educativos y sin ánimo de lucro. Megías M, Molist P, Pombal MA. Atlas de histología vegetal y animal. http://mmegias.webs.uvigo.es/inicio.html. http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Es un orgánulo muy importante en funciones metabólicas celulares:
- Procesa moléculas formadas por la célula y las transporta a su destino en el interior o exterior celular.
- Sus paredes: recubiertas por doble membrana lipídica.
- Su interior: presenta una matriz (con composicion diferente a la composicion del citoplasma)
