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Nivel
Celular
Partes principales de la célula
Como es sabido el cuerpo humano se compone de cientos de billones de células, ésta es la unidad estructural y funcional de vida más simple. En ella se realizan todos los procesos que hacen posible la constitución de las transformaciones vitales. Es una unidad que se repite en todos los seres vivos. Consta de una serie de orgánulos que, con sus estructuras definidas, con capacidad de realizar complejas reacciones químicas que transforman energía en materia y materia en energía: metabolismo celular. Los primeros conocimientos sobre la célula datan de 1665, fecha en que Robert Hooke observó por primera vez los tejidos. A. Van Leeuwenhoek con su microscopio de 200 aumentos pudo ver protozoos, levaduras, espermatozoides, glóbulos rojos de la sangre, Con las aportaciones de todos los científicos desde el siglo XVII y con los postulados de Schleiden y Schwann en el siglo XIX se desarrolló la llamada teoría celular la cual declara que la célula es la unidad morfológica, fisiológica y genética Cada organismo vivo está formado por una o más células. Los organismos vivos más pequeños son células únicas y las células son las unidades fundamentales de los seres vivos. Todas las células provienen de células preexistentes. La célula es una estructura constituida por tres elementos básicos: membrana plasmática, citoplasma y material genético (ADN). Es la Unidad más simple conocida, posee la capacidad de realizar tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción.
Estructura funcional Membrana celular Núcleo: cromosomas y nucléolos Citoplasma
- Organelos citoplasmáticos: Retículo citoplasmáticos Ribosomas Aparato de Golgi Mitocondrias Centrosomas Lisosomas
- Inclusiones citoplásmicas Membrana celular Separa el medio interno del externo. Como lo veremos más detenidamente forma una barrera selectiva con ello regula el paso de sustancias y está en constante comunicación con el resto de las células.
Cromátidas: Estructuras idénticas en morfología e información, contienen una molécula de ADN. Están unidas por el centrómero. El cromosoma es el conjunto de dos cromátidas y cada una de ellas tiene el valor de una cromátidas. Centrómero: Divide a cada cromátida del cromosoma en dos brazos. Se encuentran los cinetocoros: Zonas discoidales situadas a ambos lados del centrómero, que durante la división celular tienen como función hacer que los microtúbulos se unan a los cromosomas. Telómeros: Al extremo de cada brazo, se denomina telómeros. El ADN no se transcribe y en cada proceso de división celular se acorta. Determina el número de ciclos celulares que puede tener una célula. Los genes son unidades físicas que están ubicadas en los cromosomas, formados por ADN y desempeñan dos funciones: son las unidades biológicas de la herencia pues transmiten réplicas de sí mismos a todas las células. El conjunto de genes de una especie, se denomina genoma. Un cromosoma está formado por dos cromátidas (dos hebras de ADN idénticas, con la misma información genética necesaria para que los orgánulos celulares puedan realizar la transcripción y síntesis de proteínas) que permanecen unidas por un centrómero (zona constreñida), puede presentar constricciones primarias que origina los brazos del cromosoma y secundarias que se producen en los brazos (contienen distinta información genética) y originan satélites. Los cromosomas son orgánulos constantes en números, forma y características. Pero los cromosomas de una célula pueden ser diferentes unos de otros. La diferencia está, sobre la posición del centrómero, es variables y permite clasificar a los cromosomas metafísicos en:
Cromosomas metacéntricos : estos son aquellos cuyo centrómero se encuentra en el centro, es decir, donde el centrómero separa la estructura cromosómica en dos porciones de igual longitud. Cromosomas submetacéntricos : los cromosomas donde el centrómero está desviado del “centro”, contribuyendo a la aparición de una “asimetría” de longitud entre las dos porciones que este separa. Cromosomas acrocéntricos : en los cromosomas acrocéntricos, la “desviación” del centrómero es considerablemente marcada, con lo cual se producen dos secciones cromosómicas de tamaños muy dispares, una muy larga y una verdaderamente corta. Cromosomas telocéntricos : aquellos cromosomas cuyo centrómero se ubica en los extremos de la estructura (telómeros). El Citoplasma Sustancia protoplásmica semilíquida y homogénea que rodea al núcleo celular, es el área de almacenamiento y operaciones de la célula. Constituida por: Citosol : es el medio interno del citoplasma. Formado por un 85% de agua con un gran contenido de sustancias dispersas en él de forma coloidal (prótidos, lípidos, glúcidos, ácidos nucleicos y nucleótidos así como sales disueltas). Citoesqueleto : aparece en todas las células eucariotas, su composición química es una red de fibras de proteína (microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos). Sus funciones son mantener la forma de la célula, formar pseudópodos, contraer las fibras musculares, transportar y organizar los orgánulos celulares.
Los Ribosomas Son estructuras globulares, carentes de membrana. Están formados químicamente por varias proteínas asociadas a ARN ribosomal procedente del nucléolo. Pueden encontrarse libres en el citoplasma o adheridos a las membranas del retículo endoplasmático. Su estructura es sencilla: dos subunidades (una mayor y otra menor) de diferente coeficiente de sedimentación. Su función consiste únicamente en ser el orgánulo lector del ARN mensajero, con órdenes de ensamblar los aminoácidos que formarán la proteína. Son orgánulos sintetizadores de proteínas.
Aparato de Golgi Formado por sacos y vesículas que provienen del retículo endoplásmico. Cuenta con tres regiones: cisterna Cis la más próxima al núcleo, una región medial y Cisterna trans la más alejada del núcleo. Aquí se transforman sustancias producidas en el retículo endoplásmico. Se generan vesículas que pueden unirse a la membrana, liberando su contenido al exterior, o bien dar origen a otros orgánulos. Mitocondrias Son orgánulos grandes y ovalados, con doble membrana. La externa es lisa, la interna con repliegues denominados crestas. El interior se llama matriz mitocondrial, aquí encontramos ADN circular, ARN y ribosomas. Son capaces de formar proteínas y de dividirse. La función que realizan es producir la mayor parte de la energía que necesita la célula, mediante procesos de oxidación de materia orgánica. Para ello, utiliza materia orgánica y oxígeno, liberando energía y dióxido de carbono. Este proceso se denomina respiración celular.
La capa membrana de la célula compuesta por lípidos que le confiere una propiedad antipática que le da la propiedad de tener partes polares y partes no polares; sus componentes principales son los fosfolípidos, quienes forma en su mayoría la membrana, el segundo grupo es el colesterol y el tercer grupo son las glucolípidos, estos lípidos le confieren rigidez y a su vez flexibilidad a la membrana plasmática. Lo que le confiere la propiedad de selectividad, esto quiere decir que la membrana plasmática es capaz de decidir que sustancias deja entrar o salir de la célula. Disposición de las proteínas de membrana Además de estar formada por lípidos la membrana también posee proteínas que permiten el paso de sustancias hay de varios tipos entre las cuales tenemos: o Proteínas integrales que se encuentran en toda la pared de la célula por lo que una parte se encuentra por fuera de la célula y la otra parte se encuentra por dentro de la célula, también se les puede llamar transmembrana por que atraviesan la membrana plasmática. o Proteínas periféricas como su nombre lo indica se encuentra en la periferia de la membrana plasmática.
Funciones de la membrana plasmática
Las proteínas en la membrana plasmática tienen diversas funciones entre las que podemos encontrar: o Otra es la identidad que se le da a la membrana ya que en su periferia posee receptores específicos que ayuda a que el organismo reconozca como propias a la células, una más es la de funcionar como receptores es decir una proteína periférica puede captar una sustancia del exterior y percibir señales mismas que transmite al interior de la célula; también ayuda en las reacciones químicas, ya que algunas de estas proteínas pueden funcionar como enzimas que aceleran las reacciones químicas o Otras más puede ser proteínas transportadoras que ayuda a las sustancias a entrar o salir de la célula cabe recordar que la membrana celular tiene una permeabilidad selectiva por lo que no cualquier sustancia puede pasar a la célula sólo las necesarias e indispensable para el buen funcionamiento de esta y por último también puede realizar funciones de uniones celulares, es decir se puede fijar en dos membranas plasmáticas y unir herméticamente estas dos células sin dejar pasar sustancias entre ellas. Permeabilidad de la membrana Este le confiere a la célula la capacidad de tener sustancias en diferentes gradiente de concentración en ambos lados de la membrana, lo que le permite funcionar de manera armónica, es decir, que la célula para que cumpla sus funciones de manera satisfactoria debe de tener ciertos iones en mayor y menor concentraciones dentro y fuera de la célula, esto se logra gracias a su permeabilidad selectiva. También crea una distribución de iones (carga positiva y negativa) que le confieren un gradiente
eléctrico entre ambos lados, la interna es más electronegativa y la externa cuenta con más cargas posivas, a esta diferencia de cargas se le llama potencial de la membrana. Ambos gradientes son importantes porque permiten el desplazamiento de sustancias a través de la membrana, a su combinación en el movimiento de algún ion en específico se le denomina gradiente electroquímico.
Transporte a través de la membrana plasmática
Las sustancias se desplazan principalmente mediante dos procesos:
- Proceso pasivo: no requieren la presencia de energía pues se desplaza en base a su gradiente de concentración, por lo que utiliza su propia energía cinética. Los procesos que dependen de esta energía son: Difusión simple: pasa de manera sencilla a atreves de la membrana plasmática, siempre a favor de un gradiente de concentración (hasta igualar). Difusión facilitada : en el cual se requiere la ayuda de un transportador específico disponible para entrar a la célula, generalmente una proteína. Osmosis: es el paso de un solvente a través de la membrana plasmática, con permeabilidad selectiva, y se produce sólo cuando una membrana es permeable al agua. Difusión simple y osmosis. Los factores que influyen en el grado de difusión son: La magnitud del gradiente de concentración (a mayor diferencia más facilidad) La temperatura (a mayor temperatura más rapidez) La masa de la sustancia que se difunde (entre más pequeñas sean las moléculas más sencillo) La superficie disponible (entre mayor sea, más veloz) La distancia de difusión (demora menos en distancias pequeñas).
El ciclo Celular El ciclo celular tiene distinta duración entre las células de diferentes seres vivos, incluso entre células del mismo ser vivo. En todo caso, la mayor parte del ciclo está ocupada por la interfase. Después de ella se produce la división célular División celular Implica el proceso en el que las células maduras se transforman en dos células hijas idénticas y tenemos dos tipos de división : mitosis (en células somáticas de organismos multicelulares, con el mismo número de cromosomas) y la meiosis: o división por reducción. (Células reproductoras, en donde disminuye a la mitad el número de cromosomas). División Celular Somática Mitosis Se describen cuatro fases profase, metafase, anafase y telofase. Al periodo de reposo entre las divisiones celulares, se le conoce como interface. Interfase Esta fase es la que no presenta grandes cambios visibles en la estructura de la cromatina. Sin embargo, la célula se encuentra en plena actividad de síntesis de todo tipo de sustancias, incluidas las necesarias para dividirse después de la interface. Se divide en 3 periodos llamados G1, S y G2. El primer periodo aparece después de la división que originó la célula, por lo que debe sintetizar gran cantidad de moléculas y aumentar su tamaño, incrementando el número de orgánulos heredados de la célula que la ha originado. Cuando la célula se va a volver a dividir debe hacer una duplicación de ADN, una vez sintetizadas en la fase G1 todas las sustancias necesarias para este proceso. En caso que la célula no vaya a dividirse no necesita duplicar su información genética y el ciclo se bloquea en una fase denominada G0. Este bloqueo se da en las neuronas, las células musculares, las células de la epidermis que se llenan de queratina y otros tipos celulares que se diferencian para cumplir su función específica dentro del organismo, perdiendo la capacidad de división.
La fase S consiste en la duplicación del ADN. En este proceso la célula gasta mucha energía para hacer una copia idéntica de la información genética que contiene. El proceso se basa en la adición de nucleótidos de bases complementarias a las hebras ya existentes. De cada hebra de la doble hélice se hace una hebra nueva Una vez completado el proceso, la célula contiene la información genética por duplicado en cada cromosoma. Antes de que se produzca la división celular y después de la duplicación del ADN, la célula entra en la fase denominada G2. En ella, la célula sintetiza gran número de proteínas implicadas en la creación del huso acromático. En las células de tipo animal se sintetizan nuevos centriolos. A partir de cada uno de los preexistentes se forma uno nuevo, perpendicular a él. Profase A nivel citoplásmico, el centriolo se divide en dos partes que migran a cada lado del núcleo para formar los polos del huso mitótico. Entre ellos se construye un citoesqueleto formado por microtúbulos que crecen hacia la zona ecuatorial de la célula. Esta estructura recibe el nombre de huso acromático. Los microtúbulos de un polo y otro contactan entre sí. La cromatina se condensa, formando los cromosomas. El nucléolo se deshace paulatinamente hasta desaparecer. Metafase Es la fase de mayor duración. Se produce la colocación de todos los cromosomas en la zona central de la célula, es la formación de una placa oscura llamada placa ecuatorial.
Metafase I: Se origina la placa ecuatorial por la unión de los cromosomas homólogos a los microtúbulos del huso acromático. Anafase I: Los cromosomas homólogos se separan, dirigiéndose cada uno a un polo opuesto de la célula. En cada polo aparece la mitad de cromosomas (n). Telofase I : Los cromosomas alcanzan los polos celulares. En torno a ellos se forma la membrana y aparece el nucléolo. Generalmente se produce una citocinesis, que conlleva un reparto de citoplasma, que en muchos casos no es equitativo.
Segunda división meiótica
Entre la primera y la segunda división no se produce duplicación de ADN. Profase II: Los cromosomas vuelven a condensarse, con sus dos cromátidas diferentes, resultado de la recombinación genética producida por el sobre cruzamiento. Desaparece el nucléolo y la envoltura nuclear y los cromosomas se adhieren a los microtúbulos del nuevo huso acromático. Metafase II: Los cromosomas se disponen en el ecuador celular, formando la placa ecuatorial. Anafase II: Las cromátidas de cada cromosoma se separan Telofase II: Se organiza una envoltura nuclear alrededor de los cromosomas que se van descondensando. Aparece el nucléolo y se reparte el contenido citoplásmico mediante una citocinesis. Resultado de la meiosis El resultado obtenido es de 4 células (en mujeres sólo una) con la mitad de información genética que la célula de la que se parte. Cada célula obtenida es diferente a la demás, debido al reparto de los cromosomas homólogos y al reparto de las cromátidas. Además las cromátidas son diferentes de las que aparecían en la célula madre, debido a los intercambios generados por el sobre cruzamiento. Las células obtenidas en la meiosis pueden fusionarse con otras, produciendo una nueva célula que tiene el mismo contenido genético que la célula inicial. Sin embargo, mediante este mecanismo es imposible que se forme una célula genéticamente idéntica a la inicial. Esta variabilidad supone la posibilidad de adaptación de algunos organismos a las condiciones cambiantes en el medio donde viven, perviviendo los mejor adaptados.
