estructura y division celular
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BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA4º ESO
TEMA 4 (1)
LA CÉLULA.ESTRUCTURA Y FUNCIONES.
CROMOSOMAS.DIVISIÓN CELULAR.
PRIMER MICROSCOPIO
El primer microscopio utilizado para observar seres vivos micrsocópicos fue construido por Anton von Leeuwenhoek en el siglo XVII.Era un mecanismo muy sencillo que tenía este aspecto.
El microscopio no tenía ninguna lente. Simplemente se depositaba una gota de agua en el agujero y la gota se estiraba y acortaba con el tornillo. La propia gota de agua servía como lente.Hoy en día tendría este aspecto.
OBSERVACIONES DE LEEUWENHOEK
Aún así, Leeuwenhoek fue capaz de hacer observaciones bastante detalladas.
MICROSCOPIO DE HOOKELa primera persona en observar células fue Robert Hooke, que analizó una finísima lámina de corcho mediante un microscopio rudimentario de su propia invención.
TEORÍA CELULAR
La Teoría Celular, fue propuesta por Schleiden & Schwann en 1838, a partir de las observaciones de Robert Hooke y de sus propieas observaciones al microscopio, y se resume en que:
La célula es la unidad FUNCIONAL y ESTRUCTURAL de los seres vivos.
Este enunciado general se desglosa en tres subapartados:
1) Todos los seres vivos están formados por células.
2) La célula es la unidad más pequeña capaz de realizar las tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción.
3) toda célula procede, por división, de una célula anterior.
La teoría celular quiere decir:
a) Todos los seres vivos están formados por células, aunque sólo sea por una.Para que un ser se considere que está vivo, debe de estar formado por células.En el caso de microorganismos, se trataría de una única célula, aún así capaz de realizar las tres funciones vitales.
SIGNIFICADO DE LA TEORÍA CELULAR
b) La célula es la unidad más pequeña y sencilla capaz de realizar las tres funciones vitales.Un organismo unicelular es capaz de realizar por si mismo los tres procesos de nutrición, relación y reproducción.
c) Toda célula procede, por división, de una célula anterior.Todas las células, y por tanto todos los seres vivos, proceden de la reproducción de seres vivos anteriores.
FUNCIONES CELULARESSon las mismas funciones vitales que desarrolla cualquier ser vivo:
a) NUTRICIÓN:
Consiste en la obtención de MATERIA y ENERGÍA del medio para realizar las funciones vitales o para reponer su propia materia perdida por el desgaste.Estas transformaciones se realizan en el interior celular y reciben el nombre de METABOLISMO.Al final del proceso de nutrición se generan SUSTANCIAS DE DESECHO que deben ser expulsadas (EXCRETADAS) hacia el exterior de la célula.
b) RELACIÓN:
Consiste en la capacidad de las células para RESPONDER a los CAMBIOS en el medio ambiente (ESTÍMULOS).Esta capacidad es la que permite a los organismos ADAPTARSE a los cambios ocurridos en su entorno y sobrevivir.
FUNCIONES CELULARES (2)
FUNCIONES CELULARES (3)c) REPRODUCCIÓN:
Consiste en la capacidad de las células para GENERAR copias más o menos exáctas de sí mismas.En organismos unicelulares esta capacidad origina nuevos seres; en organismos pluricelulares, la reproducción produce células nuevas en el crecimiento y repone aquellas que han muerto o se han perdido.
NIVELES DE ORGANIZACIÓNLa materia viva está ORGANIZADA: no solo se trata de un conjunto de moléculas (biomoléculas) distintas de la materia inerte, sino que estas moléculas están ordenadas, y de este orden surge un funcionamiento.
Además, como ya hemos visto, este orden ha de ser mantenido, gracias a la función de nutrición.
Se denomina NIVEL DE ORGANIZACIÓN a cada uno de los grados de complejidad en los que se organiza la
materia.
vs.
Estos grados de complejidad son JERÁRQUICOS: los grados mayores son más complejos que los inferiores, y los grados inferiores están incluidos en los grados superiores
NIVELES DE ORGANIZACIÓN (2)
NIVELES DE ORGANIZACIÓN (3)
Hay dos tipos de niveles de organización:
Son aquellos en los que la materia no está viva(a: sin; bio: vida)Comprende los siguientes niveles: nivel subatómico, atómico, molecular, macromolecular, y nivel orgánulo. El nivel orgánulo es el último nivel abiótico.
1. niveles ABIÓTICOS:
NIVELES DE ORGANIZACIÓN (4)2. niveles BIÓTICOS:
Son aquellos en los que la materia está viva.El primer nivel biótico es el nivel CELULAR o nivel CÉLULA.
Los demás niveles bióticos serían:
Nivel TEJIDO: conjunto de células similares entre
sí y que realizan la misma función.
Tejido muscular
Nivel ÓRGANO: unión de varios tejidos distintos
que se asocian para desempeñar una función
concreta superior.
Músculo (bíceps)
Nivel SISTEMA: unión de varios órganos muy
parecidos entre sí, con predominancia
de un tejido concreto, para realizar una función superior.
Sistema muscular
NIVELES DE ORGANIZACIÓN (5)
Nivel APARATO: unión de varios órganos distintos entre sí para realizar una
función superior.
Aparato Locomotor
Nivel ORGANISMO: formado por el
conjunto de aparatos y sistema que
funciona de manera coordinada.
...y todos los niveles superiores a nivel
ecológico.
ESTRUCTURA CELULARTAMAÑO DE LAS CÉLULAS:
Las células, tanto animales como vegetales, poseen un tamaño microscópico. Sólo en algunos casos, como el óvulo humano, algunas neuronas y fibras musculares, las células son tan grandes que es posible observarlas con una buena lupa.La únidad en que se miden las células es el micrómetro (μm), que equivale a la millonésima parte de un metro (10-6m), o también la milésima parte de un milímetro (10-3mm) .
FORMA DE LAS CÉLULAS:
Generalmente, las células vegetales tienden a tener formas regulares, ya que están encerradas en la Pared Celular vegetal, mientras que las células animales tienen formas más variadas.
ESTRUCTURA CELULAR (2)
La forma de las células es muy variada y se relaciona con la función concreta que desempeñan dentro de un organismo.
Este proceso de transformación de la célula para adaptarse a una función se denomina ESPECIALIZACIÓN CELULAR, y en la mayoría de casos es irreversible.
DIFERENCIACIÓN CELULARLa diferenciación celular es el proceso por el cual las células de
un organismo sufren modificaciones en su información genética para adquirir la morfología y las funciones de un tipo celular específico y diferente al resto de tipos celulares del organismo.
Las células que aún no se han determinado y que, por tanto, pueden dar lugar a cualquier tipo celular se denominan células pluripotenciales o tutipotenciales.
El proceso de diferenciación es irreversible: una vez modificada su forma y función, una célula no puede revertir al estado pluripotencial.
LA CÉLULA EUCARIOTA
Una célula eucariota típica presenta una estructura básica compuesta por:
a) La MEMBRANA PLASMÁTICA: es una fina capa con dos funciones:
1. Delimita la célula, es decir separa el contenido de la misma del medio ambiente.2. Regula el intercambio de sustancias con el exterior: lo que tiene que entrar y lo que tiene que salir
b) El CITOPLASMA: es el interior celular, donde se encuentran los ORGÁNULOS, estructuras encargadas de realizar las funciones celulares.
1. controlar el funcionamiento celular.2. transmitir la información genética (genes).
c) El NÚCLEO: considerado por algunos como un orgánulo más, es la estructura que contiene al material genético (ADN), encargado de:
ORGÁNULOS CELULARESLos orgánulos celulares se pueden clasificar en tres grupos: los que están cubiertos por una membrana simple, los que están cubiertos por una membrana doble y los que no están recubiertos por membrana (son simples partículas).
CUBIERTOS POR MEMBRANA SIMPLE
NOMBRE FUNCIÓN
VACUOLAS Vesículas membranosas encargadas de almacenar sustancias.
LISOSOMAS Vesículas membranosas que contienen enzimas digestivas. Realizan la digestión de partículas de alimento.
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO Sistema de membranas y túbulos que ocupa casi todo el citoplasma. Hay dos tipos:a) RUGOSO, con ribosomas adheridos, encargado de fabricar proteínas.b) LISO, sin ribosomas, encargado de fabricar lípidos (grasas):
APARATO DE GOLGI Orgánulo membranoso formado por la agrupación de vesículas. Distribuye por la célula las sustancias producidas por el retículo endoplásmico.
ORGÁNULOS CELULARES (2)
CUBIERTOS POR MEMBRANA DOBLE
MITOCONDRIA Orgánulo alargado, en formade habichuela. Su función es obtener energía para la célula mediante la respiración celular.En la respiración celular, los nutrientes provinientes de los alimentos son oxidados con el oxígeno obtenido en la respiración, dando como resultado energía química con la que la célula realiza todas sus funciones.
CLOROPLASTO Orgánulo exclusivo de células vegetales.Es donde se realiza la forosíntesis.
ORGÁNULOS CELULARES (3)ORGÁNULOS SIN MEMBRANA (PARTÍCULAS)
RIBOSOMAS Pequeños orgánulos carentes de membrana, constituidos por ARN y proteínas.Pueden estar dispersos por el citoplasma o asociados al retículo endoplásmico (rugoso).Su función es la síntesis de proteínas.
CITOESQUELETO Conjunto de filamentos de proteína que forman redes dentro de la célula, a modo de andamios.Mantienen la forma de la célula e intervienen en el movimiento celular y la división celular.
CENTRIOLOS Cilindros formados por proteínas que dirigen el movimiento de cilios y flagelos, y en el reparto de ADN durante la división celular.
ESTRUCTURA CELULAR (4)
2 GRANDES TIPOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR.
CÉLULAS PROCARIOTAS CÉLULAS EUCARIOTAS
Menor tamaño (0,3-3 μm) Mayor tamaño (5-20 μm)
Menor complejidad. Mayor complejidad.
Material genético disperso por el citoplasma.
Material genético encerrado en una estructura especializada (núcleo).
No posee orgánulos. Posee orgánulos que realizan funciones específicas.
Sólo las bacterias poseen células procariotas.
Protistas, hongos, plantas y animales, sus células son eucariotas.
2 MODELOS DE CÉLULAS EUCARIOTAS
Podemos distinguir dos modelos de células eucariotas: células ANIMALES y células VEGETALES.
CÉLULA VEGETAL CÉLULA ANIMAL
Las células vegetales tienen una gran vacuola única que ocupa casi la totalidad del citoplasma, llegando a desplazar al mismo núcleo a la perfieria de la célula
Las células animales poseen muchas pequeñas vacuolas dispersas por el citoplasma.
Las células vegetales tienen los centriolos no agrupados como centrosomas.
Las células animales tienen centrosomas bien organizados.
Las células vegetales están rodeadas por una gruesa pared celular de celulosa, que limita su crecimiento y fija su forma. La única comunicación posible entre células contiguas es mediante unos poros, los plasmodesmos.
Las células animales no poseen pared celular.Algunas células no vegetales, como las de los hongos o bacterias, poseen una pared similar, pero que no contiene celulosa.
Las células vegetales poseen cloroplastos para realizar la fotosíntesis, ya que son organismos autótrofos.
Las células animales no poseen cloroplastos.
2 MODELOS DE CÉLULAS EUCARIOTAS (2)
EL NÚCLEO CELULAREl núcleo es generalmente la estructura más voluminosa de las células eucariotas. En él se encuentra la gran mayoría del ADN
celular, que contiene la información genética.
En las células animales suele ocupar una posición central, pero en las células vegetales se encuentra desplazado hacia la periferia debido al gran tamaño de las vacuolas.Las células suelen tener un solo núcleo, pero existen células polinucladas, como las células musculares estriadas, o células carentes de núcleo, como los glóbulos rojos.
EL NÚCLEO CELULAR (2)Un núcleo habitualmente consta de:
a) la MEMBRANA NUCLEAR, que es doble, y que está surcada por poros hechos de proteínas, que regulan el intercambio de sustancias.
b) el NUCLEOPLASMA, medio interno similar al citoplasma.
c) el NUCLEOLO, que solo puede verse si la célula no está en división. Es donde se producen los ribosomas.
d) la CROMATINA, un filamento de ADN asociado a proteínas. Cuando se condensa, forma los cromosomas.
Los CROMOSOMAS son estructuras de forma filamentosa que aparecen durante la división celular. Reparten la información
genética contenida en el ADN de la célula madre hacia las células hijas.
Químicamente, los cromosomas están formados por una larguísima cadena de ADN (lo que antes hemos llamado cromatina) muy enrollada, a la que se unen diferentes proteínas que mantienen su estructura.
LOS CROMOSOMAS (2)
LOS CROMOSOMAS (2)
Un cromosoma está formado por:
1. dos CROMÁTIDAS unidas por un punto denominado CENTRÓMERO o CONSTRICCIÓN PRIMARIA.Cada cromática es identica a la otra (tienen el mismo ADN) por lo que se llaman cromátidas HERMANAS.
2. cada cromátida suele presentar 2 BRAZOS, de tamaño irregular.
3. el extremo final de cada cromátida se denomina TELÓMERO.
4. puede haber CONSTRICCIONES SECUNDARIAS que hagan aparecer fragmentos SATÉLITES.
LOS CROMOSOMAS (3)NÚMERO DE CROMOSOMAS:Cada especie tiene un número de cromosomas característico. Puede haber:
a) organismos HAPLOIDES:
b) organismos DIPLOIDES:
Poseen un solo juego de cromosomas en sus células.Se representan por la letra n, que indica que el número de tipos diferentes de cromosomas presentes en cada célula.Algunos organismos pasan por fases haploides en su ciclo vital, como los hongos, o pueden ser hapolides durante toda su vida, como las levaduras.
Poseen un número par de cromosomas en sus células somáticas (no reproductoras).Estos cromosomas se denominan cromosomas homólogos y cada uno procede del gameto de un progenitor.Se representan por la letra 2n.La gran mayoría de organismos superiores (plantas y animales) son diploides.
c) organismos POLIPLOIDES:Poseen un gran número de cromosomas homólogos en sus células .Se representan por la letra n precedida de un número que indica el número de copias (3n, 4n, 16n, etc).Muchas plantas y algunos insectos son poliploides.
LOS CROMOSOMAS (4)TIPOS DE CROMOSOMAS:Dependiendo de la posición del centrómero podemos distinguir:
a) Metacéntrico: el centrómero está en el centro y los brazos son iguales.
b) Submetacéntrico: el centrómero está desplazado, los brazos son desiguales.
c) Acrocéntricos: el centrómero se acerca mucho a los telómeros.
d) Telocéntricos: el centrómero se localiza en el extremo del cromosoma y solo se puede observar un brazo.
EL CARIOTIPOEl CARIOTIPO es el conjunto de los cromosomas de una
especie.En el cariotipo se distinguen dos tipos de cromosomas:
a) HETEROCROMOSOMAS o CROMOSMAS SEXUALES:Intervienen en la determinación del sexo.En la especie humana hay dos: X e Y.En las mujeres se encuentran dos copias del cromosoma X. En los hombres hay una copia del cromosoma X y otra del cromosoma Y.
b) AUTOSOMAS:Constituyen el resto de los cromosomas y son iguales en ambos sexos.
Las células somáticas (no reproductoras) del ser humano poseen 46 cromosomas distribuidos en 23 parejas homólogas.
EL CICLO CELULAREl CICLO CELULAR es la secuencia de modificaciones que sufre una célula desde su formación hasta que se
divide originando dos células hijas.
La duración del ciclo celular depende del tipo de célula y de las condiciones ambientales (temperatura, nutrientes, luz, etc) y puede variar de unas pocas horas a algunos días.
FASES DEL CICLO CELULAREl ciclo celular en eucariotas se divide en las siguientes fases:
a) INTERFASE (G): es la fase que ocupa el 95% del tiempo de vida de la célula, cuando no se está dividiendo.A su vez se divide en:
1) G1: es la fase en la que la célula recién formada crece de tamaño y desarrolla todos sus orgánulos.2) S: en esta fase la célula sintetiza una copia de su ADN en previsión de una nueva división.3) G2: en esta fase la célula se dispone a dividirse, por lo que tiene que duplicar todo su citoplasma.
b) MITOSIS (M): es la fase en la que la célula se divide, dando lugar a dos células hijas, que retoman la fase G...
LA DIVISIÓN CELULAR o MITOSISEn la fase de división o FASE M, a partir de una célula
madre se originan dos células hijas con idéntico número de cromosomas que la progenitora.
En las células eucariotas, esta división presenta dos fases:
a) división del núcleo, denominada generalmente MITOSIS.b) división del resto de la célula, del citoplasma, denominada CITOCINESIS.
La mitosis es un proceso continuo, pero para poder estudiarlo mejor se ha dividido en 4 fases: PROFASE, METAFASE, ANAFASE y TELOFASE.
En la profase:
- El ADN se condensa, se pueden ver claramente los cromosomas.- El nucleolo desaparece.- Aparecen unas fibras de proteínas entre los polos de la célula, llamadas huso acromático. En ambos extremos del huso están los centriolos, que controlan todo el proceso.- La membrana nuclear desaparece y los cromosomas quedan libres en el citoplasma.
MITOSIS (1): PROFASE
MITOSIS (2): METAFASE
En la metafase:
- Los cromosomas se unen por el centrómero al huso acromático. Esta unión se produce en el llamado PLANO ECUATORIAL de la célula. Esto es FUNDAMENTAL: si los cromosomas se unieran en otro punto de la
célula el reparto de información genética entre las células hijas no seria equitativo.
-Las cromátidas hermanas de capa cromosoma están orientadas hacia los polos opuestos de la célula.
MITOSIS (3): ANAFASE
En la anafase:
- Los cromosomas se rompen por el centrómero. Las cromátidas se separan.- Las fibras del uso acromático empiezan a acortarse, controladas por los centriolos.- Las cromátidas hermanas se desplazan hacia cada uno de los polos de la célula. A partir de este momento se convierten en cromátidas independientes.
En la telofase:
- Una vez terminada la migración de las cromátidas, desaparece el huso acromático.- Se reconstruye una nueva membrana nuclear alrededor de cada grupo de cromátidas. Esto dará lugar a los núcleos de las células hijas.- Las cromátidas se descondensan progresivamente, volviendo a convertirse en simple cromatina.- Reaparece el nucleolo en cada nuevo núcleo.
MITOSIS (4): TELOFASE
CITOCINESISSi la mitosis ha transcurrido sin problemas, cada célula recibirá una copia del material genético de la célula madre. Por tanto, serán genéticamente idénticas.
Pero, una vez concluida la división del núcleo, tiene que dividirse sel resto de la célula, el citoplasma, y hay que repartir los orgánulos entre ambas células hijas.
Este proceso de CITOCINESIS es diferente si se trata de células vegetales o animales.
En células ANIMALES se produce el reparto de los orgánulos y posteriormente la célula sufre una estrangulación a nivel del plano ecuatorial.
En células VEGETALES se tiene que formar una pared celular nueva que separe a las nuevas células hijas. Esta pared celular se denomina fragmoplasto.
MEIOSISLa MEIOSIS es un tipo de división reduccional, ya que a partir
de una célula madre diploide (2n) se forman cuatro células hijas haploides (n), es decir, con la mitad del contenido de
ADN que la célula progenitora.En todos los vertebrados, esta división reduccional tiene lugar en las gónadas, y las células que se forman son los gametos.¿Qué ocurriría si los gametos se formaran por simple mitosis y tuvieran la misma información genética que el resto de las células?
MEIOSIS (2)
La meiosis a veces se compara con 2 mitosis consecutivas: una es reduccional (origina células con la mitad de cromosomas) y la otra es ecuacional (la célula se divide como una célula normal).
Ambas divisiones también se dividen en profase, metafase, anafase y telofase.
En la profase 1 aparecen los cromosomas, como la profase normal, pero no se encuentran al zar, sino que se asocian en parejas de homólogos.
En el caso de los seres humanos, por ejemplo, se verían 23 parejas de cromosomas homólogos en el centro de la célula.
Cuando los cromosomas homólogos están juntos, se tocan en ciertas partes de las cromátidas y se produce un intercambio de material genético. Este fenómeno natural se conoce como RECOMBINACIÓN.
LA RECOMBINACIÓNDurante la profase 1 los cromosomas, que están emparejados con sus homólogos, se “tocan”. Estos puntos donde hay contacto se denominan QUIASMAS.En los quiasmas se tocan cromátidas homólogas, nunca hermanas. Es decir, que se tocan cromátidas que pertenecen a cromosomas distintos.
Al deshacerse el quiasma, cada cromátida ha intercambiado parte de su información genética con su homóloga. Por tanto, poseen información genética distinta a la que poseían originalmente. Este proceso se denomina RECOMBINACIÓN.
MEIOSIS (2)
En la metafase 1 las fibrillas del huso acromático unen parejas de cromosomas homólogos, aún unidos por los quiasmas, no cromosomas individuales.
En la anafase 1 a cada polo celular se dirige un cromosoma completo, no medio cromosoma.
En la telofase 1 se forman dos células hijas haploides (n) con la mitad de cromosomas que la célula madre.
Finalmente, tiene lugar una citocinesis.
Después de completar la mitosis reduccional, las dos células hijas se preparan para entrar en la meitosis ecuacional, para obtener finalmente 4 células haploides.
En las siguientes fases de la meiosis ocurre:
MEIOSIS (3)
En la profase 2, sin pasar por interfase, se vuelve a formar un huso acromático y a condensar los cromosomas, constituidos por dos cromátidas.
En la metafase 2 los cromosomas se disponen en la placa ecuatorial de la célula.
En la anafase 2 se separan las cromátidas hermanas y cada una se dirige a un extremo de la célula.
En la telofase 2 y citocinesis se obtienen en total 4 células hijas haploides (n) distintas, cada una con la mitad de cromosomas que la célula madre
La mitosis ecuacional es muy parecida a una mitosis normal:
MITOSIS vs. MEIOSISMITOSIS MEIOSIS
Duplicación del ADN Duplicación del ADN
No se produce recombinación
Se produce recombinación de cromosomas homólogos
Se separan cromosomas homólogos
Se separan cromátidas hermanas
Se separan cromátidas hermanas
Se obtienen 2 células hijas diploides iguales entre sí y a la célula madre.
Se obtienen 4 células hijas haploides distintas entre sí y de la célula madre
SIGNIFICADO BIOLÓGICO DE LA MITOSISY LA MEIOSIS
La mitosis y la meiosis son dos mecanismos de división celular con un significado biológico diferente.
En los organismos pluricelulares, la mitosis supone el crecimiento del individuo mediante sucesivas divisiones a partir de una única célula inicial, además de una forma de renovación de las células del cuerpo.
En organismos unicelulares, la mitosis es la forma de reproducción asexual.
Mediante la meiosis se originan gametos haploides, indispensables para asegurar un número constante de cromosomas en la especie.
Además, la meiosis asegura la variabilidad genética gracias a la recombinación, que hace que cada gameto lleve información diferente.