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Tema I. CÉLULA
♦ (^) Niveles de organización
La célula es el nivel básico de los seres vivos que se asocian y forman tejidos. La célula es el nivel básico de los seres vivos que se asocian y forman tejidos, es decir, la célula es el conjunto altamente organizado de moléculas confinadas en una membrana fosfolipídica que en condiciones adecuadas es capaz de crecer, responder a estímulos y reproducirse (formar copias de sí mismo mediante crecimiento y división).
- Tejido: conjunto organizado de células, con un comportamiento fisiológico coordinado y un origen embrionario común
- (^) Órgano: es un conjunto asociado de tejidos que concurren en estructura y función.
- Aparato: Conjunto de órganos distintos en su estructura que contribuyen a realizar la misma función.
- Sistema: Conjunto de órganos con idéntica estructura y origen embriológico que trabajan en conjunto para cumplir alguna función fisiológica en un ser vivo
- Biología Celular: ciencias biológicas que estudia el origen y la evolución de la célula eucariótica a nivel macromolecular y funcional, así como las relaciones que establece entre ellas para los organismos pluricelulares.
♦ La Teoría Celular
Fue el eje que permitió el desarrollo de la Biología celular en su origen.
Antes del siglo XV el hombre ya sabía de vidrios para ampliar la imagen.
- Robert Hooke (1665): acuña la palabra “célula”. Haciendo cortes de un tapón de corcho observa células.
- Matthias Schleiden (1838), botánico, y Theodor Schwann (1839), zoólogo: las plantas y los animales están formados por células. La estructura de las células del corcho se asemeja a la de los vegetales.
- Rudolf Virchow (1858): todas las células provienen de células preexistentes. Introdujo que las enfermedades de los organismos son las de las células.
Los tres puntos de la Teoría Celular son:
- Todos los organismos están formados de una o más células.
- Los organismos vivos más pequeños son unicelulares y las células son las unidades funcionales de los organismos multicelulares.
- Todas las células provienen de células preexistentes.
♦ Origen celular
Aparece a través de una acumulación lenta de 500 mil años se va formando una masa de moléculas que tienen una serie de características en los fondos marinos (moléculas autorreplicantes, catalíticas y anfipáticas). A partir de la convergencia de estas tres moléculas ya puede hablarse de un sistema parecido al de la célula.
Primeras células necesitan de un aporte de materia orgánica porque ellos mismos no son capaces de formarlo y lo hacen en ausencia de oxígeno. Están viviendo de una manera que no es posible. Comían a un ritmo muy elevado. Células heterótrofas anaerobias.
Células fotosintéticas; células autótrofas, primero bacterias y después cianobacterias. Éstas últimas empiezan a acumular oxígeno pero poco a poco. Cada vez hay más oxígeno y mueren muchas otras. La materia orgánica que existía podían utilizarla mediante la incorporación de ese sistema metabólico que es la respiración celular. Células heterótrofas aerobias.
El salto más grande en la evolución ha sido de procariota a eucariota.
El núcleo se formó por invaginación de la membrana plasmática y de ahí se originaron también los orgánulos membranosos del sistema de endomembranas. Mitocondrias y Cloroplastos se originaron por endosimbiosis. Los eucariotas surgen de la endosimbiosis de eucariotas preexistentes.
♦ Organización general de las células
- Complejo de Golgi: cisternas aplanadas rodeadas de pequeñas vesículas.
- Vacuolas: vesículas cuyo contenido fundamental es agua.
- Lisosomas: son vesículas membranosas que contienen enzimas hidrolíticas. Se forman a partir del complejo de Golgi.
- Vacuola vegetal: de gran tamaño, con enzimas hidrolíticas. Da turgencia la célula y almacena
- Mitocondrias: metabolismo respiratorio aeróbico. Cadenas de transporte, sistemas enzimáticos y fosforilación oxidativa.
- Peroxisomas: vesículas con enzimas oxidativas, oxidan compuestos orgánicos, se inactivan productos tóxicos para la célula como el peróxido de hidrógeno (catalasa).
- Cloroplastos: fotosíntesis oxigénica, ciclo de calvin. Almacén de almidón.
Los polímeros: Estas moléculas (monómeros) debieron alcanzar en un momento determinado la propiedad de autocatalizarse para aumentar su presencia en el medio.
Las premisas de la evolución son:
- Perpetuación
- Variación
- Presión selectiva.
El código genético es “universal”, prueba de que todas las células actuales descienden de un ancestro común.
Las primeras células eran heterótrofas anaerobias, debido a la falta de nutrientes, estas células comenzaron a fabricar su propio alimento con CO y luz.
Fotosíntesis orgánica: 6CO2 + 6 H2O + LUZ C6H12O6 + 6º
Aparecen células autótrofas y fotosintéticas. Como consecuencia de la fotosíntesis apareció el O2, dando lugar a heterótrofas aerobias, heterótrofas anaerobias y autótrofas facultativas aerobias.
La Célula Eucariota sus características son:
- Mayor tamaño
- Núcleo verdadero con envuelta
- ADN empaquetado con histonas
- (^) Orgánulos membranosos
- Presencia de citoesqueleto
- Mitosis, sexo y meiosis
- Origen y evolución de la célula
4.5 Ma Formación de la Tierra 4 Ma Formación de océanos 3.5 Ma Primeras Células 3 Ma Fotosíntesis 2.5 Ma Cianobacterias 2 Ma Respiración aeróbica 1 Ma Eucariotas 0.5 Ma Seres pluricelulares 0.1 Ma Seres vertebrados
- Origen de la Tierra
- Experimento de Stanley Miller
Miller demostró que era posible la formación espontánea de moléculas orgánicas. Recreó la atmósfera primitiva, que debió ser fuertemente reductiva y la sometió a descargas eléctricas, después llenó el resultado de estas descargas a una recreación del océano primitivo, por cromatogrfía pudo descubrir que se producían aminoácidos. Estos aminoácidos se combinarán dando lugar a proteínas y después a los distintos compuestos.
Las moléculas indispensables para formar una célula son: 1. Moléculas autorreplicantes (material genético) 2. Moléculas catalíticas (enzimas) 3. Moléculas anfipáticas (fosfolípidos para formar membrana).
- La hipótesis del origen de eucariotas
Se cree que todos los orgánulos de la célula eucariota están en ella porque han sido invaginados produciéndose la fragmentación de la membrana, de ahí que todos los orgánulos estén recubiertos por membrana y que la mitocondria y el cloroplasto tengan doble membrana, pues ya tenían una anteriormente, eran protocélulas.
La idea más aceptada en la actualidad es que el núcleo se formó por invaginación de la membrana plasmática, también por este proceso se originaron los orgánulos membranosos y que las mitocondrias y los cloroplastos por endosimbiosis.
- La teoría endosimbiótica (mitocondrias y cloroplastos)
menos iones metálicos y es la parte hidrófila. Son el límite entre células y orgánulos. La estructura en común es:
- Bicapa de lípidos (50%) son los responsables de la estructura y propiedades físicas de a membrana. Son anfipáticos, es decir, tiene dos partes. La zona polar o hidrófila que son las cabezas expuestas al agua en forma de dipolo y la zona apolar o hidrófoba que son las colas que están para el interior y evita el agua siendo rodeada. Esto hace que sea una molécula muy apropiada para los procesos de la vid porque es una estructura en bicapa. Los tipos son: fosfolípidos,
esteroles (presenta una estructura plana que le provoque rigidez) y glucolípidos. Los fosfolípidos son los que más abundan y el doble del fosfolípido hace su mayor dificultad de empaquetamiento. Los lípidos de membrana más comunes son:
- Fosfatidilcolina
- Fosfatidilserina
- (^) Fosfatidiletanolamina
- Fosfatidilenositol
Estos 4 son glicerolípidos
Los esteroles Colesterol tienen diferentes efectos en la fluidez de las membranas a diferentes temperaturas. A altas temperaturas (37 º) de colesterol retienen el movimiento de los fosfolípidos. A bajas temperaturas, mantienen la membrana fluida para prevenir el colapso de los fosfolípidos. Los glucolípidos y el colesterol forman el 40 % de los lípidos de membrana, lo demás son fosfolípidos.
Esfingolípidos Esfingomielina
Los ácidos grasos son los componentes de todos los lípidos de membrana excepto de los esteroles. La mayoría de los ácidos grasos de la membrana tienen entre 12 y 20 átomos de Carbono de longitud, los más frecuentes son 16*18 átomos de carbono. La cantidad de dobles enlaces también varía, según los ácidos grasos.
- Permeabilidad: las moléculas que no tienen carga y son hidrofóbicas traspasan la membrana fácilmente (moléculas pequeñas). Las moléculas pequeñas que no tienen carga pero son polares (hidrófilas) atraviesan con ciertas dificultad y las moléculas no cargadas polares (moléculas grandes) necesitan de transportadores de iones no pasan y es la característica relacionada con el impulso nervioso, creación de ATP entre otras.
- Autosellado: capacidad que tienen para que ninguna parte de las moléculas queden en contacto con el agua.
- Asimetría: se van formando nuevas moléculas de lípidos que van formando la hemicapa interna de forma que ésta crece más rápido que la externa. Existe una enzima llamada flipasa que es capaz de pasar moléculas de la hemicapa interna a la externa por movimientos de flip flop
♦ Proteínas
La membrana está integrada por proteínas incluidas en la matriz fluida de la bicapa lipídica. Las proteínas determinan la mayoría de las funciones específicas de la membrana. Responsables, en sentido amplio, de las funciones específicas de la membrana. Las hay de dos tipos: integrales y periféricas.
- Integrales: aquellas que están o bien atravesando la membrana o unidas covalentemente a moléculas integrales de la membrana. Es decir, son aquellas que no se integran en la membrana. Cuando atraviesa completamente la membrana, todo componente polar lo dejan hacia el interior. Algunas hacen poros que permiten el paso de moléculas cargadas. Unión directa a membrana, separación mediante detergentes. Hay de dos tipos:
- Proteínas transmembrana: A. Unipasos (sólo atraviesa la membrana una vez) B. Multipasos (muchas veces atraviesan la membrana).
- Proteínas que se une a la membrana a través de anclajes mediante lípidos: A. Meristilaciones B. Palmitilaciones C. Premilaciones.
La naturaleza lípidica del anclaje va a cambiar dependiendo si atraviesan de la membrana citosólico o atraviesan de un lípido a la membrana. Un tipo de anclaje para todo es: Anclaje de Glucosififostadilinositol (GCFI).
- Periféricas: interacciones más débiles y se pueden soltar con moléculas de la membrana. No están unidas a la membrana y los enlaces son de grupo débil que está unido a una proteína transmembranal. Unión indirecta, separación por procedimientos suaves.
Se pueden formar:
- Poro acuoso formado por varias hélices.
- Poro acuoso formado por láminas.
Funciones
- Transporte : bombas de sodio/potasio.
- Comunicación: recibe señales de otras moléculas mediante la captación por una serie de receptores y así hacen lo que se les ha ordenado. Es la señalización y lo que hace es transmitiendo la señal hasta el interior de la célula.
- Conexión. Hay de dos tipos 1. unión intercelular: nexo de uniones para ver las células. 2. Unión al citoesqueleto y a la matriz extracelular: son uniones entre componentes que hay dentro de la célula como de la matriz por ejemplo.
- Enzimas. (actividad enzimática)
da una estructura más o menos reticular que hace que pueda tener flexibilidad. Es una red de proteínas unidas a la cara citosólica de la membrana plasmática:
- Reforzar las membranas
- Determinar propiedades mecánicas
- Determina la forma de la célula
El córtex celular del eritrocito (el más estudiado) es muy sencillo. Tiene una forma bicóncava y muy flexible debido a la estructura ya explicada. El cortex es el esqueleto proteico unido a la membrana mediante proteínas transmembrana. Es una red de proteínas fibrosas llamada corteza celular que se une a la superficie citosólica de la membrana. En la corteza celular de los eritrocitos humanos el componente principal es la espectrina. En las células epiteliales está mucho más desarrollado ya que hacen la función de sostén.
♦ Glucocálix
Conjunto de azúcares (carbohidratos) que se encuentran unidos a los componentes de la membrana, formando un microclima. Ya que los azúcares suelen presentar carga para neutralizarse, atraen iones de sentido contrario, y estos iones tienen una gran cantidad de moléculas de agua, por lo que todo este conjunto está muy hidratado; es como una especie de moco. Esto le permite a la célula una protección de tipo químico, y mecánica, además lubrica la célula y sobre todo permite reconocimiento celular, esto es muy importante sobre todo para organismos pluricelulares.
El glucocálix son los carbohidratos que forman parte de glicoproteínas, glicolípidos y proteoglucanos.
- Protege la superficie celular del daño químico o mecánico
- Lubrica la superficie celular
- Papel importante en el reconocimiento y adhesión celular
Las células están cubiertas de carbohidratos, el reconocimiento del carbohidrato que resiste la superficie exterior de la célula en el primer paso de la migración de estas células de la circulación a los sitios de infección.
Las células que tapizan los vasos sanguíneos reconocen grupos particulares de azúcares de la superficie de los neutrófilos circulares, esto de lugar a la adherencia de los neutrófilos a la pared celular.
♦ Experimento con células híbridas
Son 4 sistemas de restringir la movilidad lateral de las proteínas
El confinamiento en dominios de proteínas en células epiteliales, las uniones estrechas dividen las células en un dominio basolateral y otro apical.
bicapa lipídica, por lo que la MP constituye una barrera que impide el libre intercambio de moléculas entre el citoplasma y el medio externo.
Son las proteínas de transporte las responsables del tránsito selectivo de moléculas a través de la membrana.
♦ Proteínas de transporte de membrana
- Proteínas multipaso: permiten el paso de solutos, y son muy selectivas, en lo que pasa y lo que no.
- Proteínas de transporte son aquellas que su función principal es la de transporte a través de la membrana:
- Transportadoras: cambian su conformación para el paso de las sustancia a través de una unión especifica mediante un ligando. La proteína transportada alterna conformaciones, de modo que el centro de unión al soluto queda accesible, secuencialmente, a un lado y otro de la bicapa.
- De canal: tiene un poro acuoso que permite separar por tamaño y carga. Dos tipos, canal proteico que forma un poro acuoso a través de la bicapa por el que se difunden los solutos específicos de este canal. Y el último tipo es el canal iónico que contienen poros acuosos que cuando se abren permiten el paso selectivo de iones específicos a través de la membrana. Controlan el paso de iones y por tanto gradientes electroquímicos. La molécula positiva es el principio del canal se impide que pase porque se crea una repulsión siempre que el canal este abierto.
La diferencia básica entre transportadoras y canales es la forma de distinguir entre solutos. La proteína canal discrimina principalmente en base a tamaño y carga eléctrica está abierta lo suficiente para que pasen moléculas pequeñas y de carga. Y las proteínas transportadoras permite sólo el paso de soluto que se adecuan a su sitio de unión (igual que en las enzimas se unen a su sustrato) y transfieren a estas moléculas a través de la membrana cambiando su propia conformación.
♦ Tipos de transporte a través de membrana
Las moléculas se mueven espontáneamente desde zonas más concentradas a menos concentradas:
- Difusión simple: la molécula para directamente por la membrana, son moléculas hidrofílicas muy pequeñas o moléculas que no están cargadas.
- Transporte pasivo: a favor del gradiente y un gasto de energía, hay dos tipos:
- Mediado por canal (proteína de canal)
- Mediado por un transportador (proteína transportadora)
- Transporte activo: mediante proteína transportadora. En contra del gradiente y con gasto de energía para producir el movimiento. Es llevada a cabo por proteínas transportadoras.
Los dos componentes del gradiente electroquímico dependen del potencial que exista a cada lado de la membrana. Para moléculas cargadas eléctricamente la fuerza neta que actúa en estos solutos es el resultado de dos, una debida a gradiente de concentración y otro al voltaje a través de la membrana. La fuerza neta se llama gradiente electroquímico y es la que determina la dirección del transporte activo.
Se da cuando promuevo el cambio del soluto en contra del gradiente químico. Se pueden conseguir transportes activos aprovechándose de la energía que otra va a gastar, a esto se le llama trasporte acoplado.
