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TEMA 1: LAS CELULAS EUCARIOTAS
1. EL DESCUBRIMIENTO DE LA CELULA.
1. ROBERT HOOKE (XVII)
Construye su propio microscopio y observa en él una lámina de corcho en la que descubre lo que el denomino células, pues le recordaban a las celdas que ocupaban los monjes en los monasterios.
- ANTON VAN LEEWENHOEK (XVII)
Se dedicaba a construir microscopios. En uno de ellos observa una gota de agua y contempla en ella lo que el denomino animaculos. También fue el primero en describir algunas bacterias. Hooke confirma sus observaciones.
- MATHIAS SCHLEIDEN Y THEODOR SCHWANN
Schleiden contempla que las plantas están formadas por células y que el embrión proviene de una sola célula. Por su parte Schleiden, observa que las células de plantas y animales son similares. De esta manera formulan los dos primeros principios de la teoría celular:
1.a. Todos los organismos están formados por una o más células
1.b. La célula es la unidad estructural de la vida
4. RUDOLF VIRCHOW
Postula el tercer principio de la teoría celular:
1.c. Las células solo pueden originarse por división de una célula ya existente.
2. PROPIEDADES DE LAS CELULAS.
2.1 SON COMPLEJAS Y ORGANIZADAS.
Átomos - moléculas pequeñas ordenadas en un patrón – polímeros grandes – complejos orgánulos celulares situados en lugares concretos con una forma particular – célula.
2.2 TIENEN UN PROGRAMA GENETICO.
Los organismos están codificados de acuerdo a la información codificada en un grupo de genes en los cromosomas, determinando las estructuras celulares, actividades celulares, duplicación… La estructura molecular de dichos genes permite la variación entre individuos.
2.3 DIVISIÓN
Una célula madre da lugar a dos células hijas. Para ello se realiza la duplicación del material genético de manera que las dos células hijas tengan la misma información. Por su parte, el citoplasma suele dividirse equitativamente, aunque en ocasiones una se queda con más como en el caso del oocito humano.
2.4 OBTENCIÓN Y USO DE ENERGIA
Debido a la complejidad de la célula es constante la necesidad de energía. Virtualmente toda la energía proviene del sol. Esta es captada por los pigmentos de las células fotosintéticas y transformada en energía química mediante la fotosíntesis, y se almacena en carbohidratos ricos en energía (sacarosa y almidón). En las células animales la energía llega empaquetada en forma de glucosa, que se desensambla de manera que almacenan su contenido energético en forma de ATP, que se utilizara para realizar innumerables actividades.
2.5 METABOLISMO
La función celular se asemeja a plantas químicas en miniatura. Aunque la célula bacteriana más simple es capaz de realizar cientos de transformaciones químicas diferentes, ninguna de ellas ocurre a una velocidad significativa en el mundo inanimado. Por lo general todos los cambios químicos que se efectúan en la célula requieren de enzimas.
2.6 ACTIVIDAD MECÁNICA
Las actividades mecánicas que tienen lugar en la célula tales como transporte de materiales, movimiento, etc., se llevan a cabo gracias a cambios mecánicos y dinámicos intracelulares, en su mayoría iniciados por cambios en la estructura proteínica motora (tipo de maquina molecular empleadas por la célula para llevar a cabo actividades mecánicas).
2.7 REACCIÓN A ESTÍMULOS
Los seres unicelulares responden a estímulos de forma obvia mientras que las células de los seres pluricelulares no lo hacen de forma tan obvia. La mayoría de células están cubiertas de receptores (para hormonas, factores de crecimiento, materiales extracelulares y superficies de otras células) que interaccionan de forma muy específica y proveen las vías para iniciar las respuestas en la célula blanco. Esta respuesta puede ser la alteración del metabolismo, la división celular, movimiento o su propia aniquilación.
2.8 AUTORREGULACIÓN
Además de requerir energía, el mantenimiento de un estado complejo y ordenado exige regulación constante. La importancia de los mecanismos de regulación celular son más evidentes cuando la célula se daña, por ejemplo cuando ocurre un error al duplicar el DNA, que puede crear una mutación que la debilita, una alteración en el control del crecimiento que puede convertir a la célula en cancerosa, etc.
Cada tipo de actividad celular necesita un grupo único de herramientas moleculares muy complejas y maquinas: los productos de los periodos de selección natural y su evolución.
- NIVELES DE ORGANIZACIÓN CELULAR Y MOLECULAR.
1.u. Presencia de dos copias de genes por célula (diploidía), un gen que proviene de cada padre
1.v. (^) Presencia de tres enzimas diferentes para sintetizar RNA (polimerasas de RNA)
1.w. Reproducción sexual que requiere meiosis y fecundación
5. LAS CELULAS FORMAN TEJIDOS.
6. LAS CELULAS SE ESPECIALIZAN: DIFERENCICIACIÓN CELULAR.
7. TAMAÑO DE LAS CELULAS Y COMPONENTES CELULARES.
8. EL ORIGEN DE LA CELULA
Parece ser que la vida emergió hace, al menos, 3800 millones de años, aproximadamente 750 millones de años después de que se formara la Tierra.
El cómo se origino es ejercicio de la especulación, pues no puede reproducirse en el laboratorio, sin embargo, existen varios experimentos que han proporcionado evidencias importantes:
a. Moléculas orgánicas simples podrían polimerizar y dar lugar a macromoléculas en las condiciones que se pensaba que existían en la atmosfera primitiva (poco o ningún oxigeno libre, constando principalmente de CO2 y N2, además de pequeñas cantidades de gases como H2, H2S y CO).
b. Dicha atmosfera proporcionaba condiciones reductoras, en las que moléculas orgánicas, con una fuente de energía como la luz solar o descargas eléctricas, se pueden formar espontáneamente. Estas nuevas moléculas caerían a los océanos formando la sopa primitiva. Las moléculas se irían asociando entre sí formando agregados o coacervados, y se produciría una selección natural en virtud de la cual los coacervados con capacidad de autosíntesis evolucionarían hacia formas más estables y complejas.
c. Este fenómeno fue demostrado por primera vez en el experimento de Stanley Miller, al formar moléculas orgánicas, a partir de materiales básicos.
d. El siguiente paso en la evolución es la formación de macromoléculas, a partir de la polimerización de los bloques monoméricos en condiciones prebióticas plausibles. La macromolécula debe tener la capacidad de replicarse por sí misma, para ser capaz de reproducirse y evolucionar.
e. (^) La única macromolécula que aporta información en las células y es capaz de autorreplicarse es el ácido nucleico. Además se descubrió en los años 80 que el ARN es capaz de catalizar numerosas reacciones químicas (ribozimas), incluyendo la polimerización de nucleótidos. Por tanto, el ARN es el único capaz de servir como molde y catalizar su propia replicación-mundo del ARN (etapa basada en ARN con replicación propia).
f. Por último, se presupone que la primera célula surgió de la envoltura del ARN de replicación propia en una membrana compuesta por fosfolípidos.
La envoltura del ARN autorreplicante y las moléculas asociadas a una membrana lipídica se han mantenido, por tanto, como unidad, capaz de reproducirse a sí misma y evolucionar. La síntesis de proteínas a partir del ARN pudo ya haber evolucionado, en cuyo caso, la primera célula consistiría en un ARN de replicación propia y sus proteínas codificadas.
- EVOLUCIÓN DEL METABOLISMO.
Debido a que las células se originaron en un mar de moléculas orgánicas, estas eran capaces de obtener alimento y energía directamente del ambiente. Este sistema es limitado, por lo que las células desarrollaron sus propios mecanismos de creación de energía y obtención de moléculas necesarias para su replicación (primordial para todas las actividades celulares).
Este sistema se ha conservado prácticamente intacto en células actuales: todas las células usan ATP como fuente de energía metabólica para llevar a cabo la síntesis de los constituyentes celulares y actividades que requieren energía.
Los mecanismos para generar ATP han evolucionado en tres etapas, que cambiaron la atmosfera de la Tierra:
a. Glicólisis: rotura anaerobia de la glucosa a ácido láctico, con la ganancia neta de energía de dos moléculas de ATP.
Proporcionó un mecanismo mediante el cual la energía en moléculas orgánicas ya formadas podía convertirse en ATP. (Aún presente en las células actuales).
b. Fotosíntesis: permitió a la célula generar energía a partir de la luz solar y ser independientes de la utilización de las moléculas orgánicas ya existentes. El uso de H2O para la conversión del CO2 a compuestos orgánicos provoco un gran cambio en la atmosfera al producirse O2 libre (la primera probablemente usaba H2S para convertir CO2 en moléculas orgánicas).
c. Este cambio en la atmosfera cambió el medio en el que las células evolucionaron, provocando la aparición del metabolismo oxidativo. El oxígeno es una molécula altamente reactiva, y el metabolismo oxidativo usando esta reactividad, ha proporcionado un mecanismo de generación de energía a partir de moléculas orgánicas mucho más eficiente que la glicolisis anaerobia (36/38 ATP-2ATP).
10. ENDOSIMBIOSIS: APARICIÓN DE CÉLULAS EUCARIOTAS.
La aparición de orgánulos fue un paso crítico en el desarrollo de las células eucariotas. Estos, se cree que han surgido por endosimbiosis, en concreto, a partir de células procariotas que vivían en el interior de los ancestros de las eucariotas. Esta hipótesis está especialmente apoyada en los estudios de las mitocondrias y los cloroplastos, que se cree que han evolucionado desde las bacterias que vivían en células grandes:
1.x. Tienen un tamaño similar al de bacterias, y se reproducen por escisión bipartita.
