I UNIDAD: ORGANIZACIÓN, ESTRUCTURA Y ACTIVIDAD CELULAR.

“LA CÉLULA COMO UNIDAD FUNCIONAL”

Carolina Pérez CórdovaCarolina Pérez Córdova

Profesora de Biología y Ciencias NaturalesProfesora de Biología y Ciencias Naturales

Licenciada en EducaciónLicenciada en Educación

PROPIEDADES DE LOS SERES VIVOS

• Todos se componen de células.

• Homeostasis: mantienen las condiciones internas.

• Crecimiento y desarrollo: crecen porque aumentan su masa (tamaño se sus células o número de ellas), se desarrollan porque experimentan una serie de cambios.

• Metabolismo: conjunto de reacciones químicas que ocurren dentro de la célula y que son fundamentales para el funcionamiento de un ser vivo.

• Irritabilidad: capacidad de reaccionar frente a un estímulo.

• Reproducción: pueden generar otro ser vivo, se pueden multiplicar.

• Movimiento: se mueven, nadan, arrastran, vuelan, ondulan, caminan, corren, etc.

¿DE QUÉ ESTÁN FORMADOS LOS SERES VIVOS?

Células somáticas

Células germinales

NIVELES DE ORGANIZACIÓN

Átomos

Moléculas

Macromoléculas

Células

Tejidos

Órganos

Sistemas

Organismos

Poblaciones

Comunidades

Ecosistema

Bioma

Biosfera

¿SERÁN TODAS LAS CÉLULAS IGUALES?

Existen 2 grandes grupos:

CÉLULAS PROCARIONTES: aquellas que carecen de núcleo. En este grupo se incluyen todas las bacterias y algas verdes azuladas (organismos unicelulares, representantes del Reino Mónera)

CÉLULAS EUCARIONTES: aquellas que poseen su material genético en el interior del núcleo. En este grupo se incluyen los protozoos, hongos, plantas y animales (representantes de los Reinos Protistas, Fungi, Plantae y Animalia respectivamente).

- Existen dos variedades importantes dentro de las Células Eucariontes, LAS CÉLULAS ANIMALES Y CÉLULAS VEGETALES.

CÉLULAS PROCARIONTES

BACTERIA PROCARIONTE

• Gran parte de los organismos que están constituidos por células procariontes son UNICELULARES.

• Características principales:

- ADN desnudo en forma de una sola hebra.

- División celular por fisión binaria.

- Carecen de organelos membranosos en el citoplasma.

- Se alimentan por absorción.

CÉLULAS EUCARIONTES

CÉLULA ANIMAL CÉLULA VEGETAL

• Poseen una gruesa pared celular que le da rigidez y protección, además de la membrana plasmática.

• Posee cloroplastos y vacuolas de gran tamaño.

• No tiene pared celular, solo posee una membrana plasmática.

• No tiene cloroplastos, puede tener vacuola pero muy pequeñas, poseen centríolos (estructura de gran importancia en la división celular)

ORGANELOS COMUNES ENTRE CÉLULA ANIMAL Y VEGETAL

MEMBRANA PLASMÁTICA

Composición:

• LÍPIDOS: fosfolípidos (1), colesterol(3).

• PROTEÍNAS: integrales (4), periféricas (5).

• CARBOHIDRATOS: unidos a los lípidos (glucolípidos(2)), unidos a las proteínas (glucoproteínas (6)); estos constituyen la cubierta celular o glucocálix.

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En 1972 Singer y Nicholson propusieron un modelo de membrana llamado “Modelo del mosaico fluido”

CITOPLASMA

• Espacio celular comprendido entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear.

• Constituido por el citosol, el citoesqueleto y los orgánulos celulares.- El citosol (también llamado hialoplasma) es el medio interno del

citoplasma. En él flotan el citoesqueleto y los ribosomas.

• Está formado por un 85% de agua con un gran contenido de sustancias dispersas en él de forma coloidal (proteínas, lípidos, glúcidos, ácidos nucleicos y nucleótidos así como sales disueltas.)

• Entre sus funciones destacan la síntesis de proteínas. Estas proteínas quedan en el citosol.

• En él se produce una gran cantidad de reacciones metabólicas importantes: glucólisis, gluconeogénesis, fermentación láctica, etc.

NÚCLEO CELULAR

nucleoplasma

cromatina

RER

Envoltura nuclear

Funciones de la envoltura nuclear:• Separa el citoplasma del nucleoplasma.

• Mantiene separados los procesos metabólicos de ambos medios. • Regula el intercambio de sustancias a través de los poros y la lámina nuclear. •Permite la unión con las fibras de ADN para formar los cromosomas.

Nucléolo

Dentro del núcleo hay una zona con cromatina densamente condensada llamada nucleolo y que no se encuentra delimitada por una membrana.

Contiene ADN, ARN y gránulos precursores de ribosomas formados de ARN ribosomal y proteínas.

Su función principal es estar encargado de las primeras etapas de la fabricación de los ribosomas, es decir, fabricar ARN ribosomal el cual es fundamental para formar ribosomas.

Cromatina

Químicamente constituida por filamentos de ADN en Químicamente constituida por filamentos de ADN en distintos grados de condensación.distintos grados de condensación.

(1)(1) Hebra simple de ADN. Hebra simple de ADN.

(2)(2) Hebra de cromatina (ADN con histonas)Hebra de cromatina (ADN con histonas)

(3)(3) Cromatina durante la interfase con centrómero.Cromatina durante la interfase con centrómero.

(4)(4) Cromatina condensada durante la profase (posee 2 Cromatina condensada durante la profase (posee 2 copias de ADN)copias de ADN)

(5)(5) Cromosoma durante la metafase.Cromosoma durante la metafase.

En el núcleo sin división celular (Interfase), la cromatina En el núcleo sin división celular (Interfase), la cromatina se encuentra descondensada, pero cuando la célula se encuentra descondensada, pero cuando la célula entra en división, esta cromatina se condensa y se entra en división, esta cromatina se condensa y se forman los cromosomas.forman los cromosomas.

La fibra de ADN se enrolla alrededor de una proteína llamada Histona. A este conjunto se le denomina NUCLEOSOMA (paquete de 8 proteínas + una fibra de ADN).

Cada nucleosoma, se enrolla alrededor de otro nucleosoma gracias a la acción de la Histona H1.

Finalmente continua el empaquetamiento del ADN hasta obtener los cromosomas (máximo nivel de condensación del ADN).

No olvidar que la CROMATINA la encontramos en No olvidar que la CROMATINA la encontramos en el núcleo sólo cuando éste se encuentra en interfase el núcleo sólo cuando éste se encuentra en interfase (sin división celular), y los CROMOSOMAS los (sin división celular), y los CROMOSOMAS los encontramos sólo cuando la célula entra en etapa de encontramos sólo cuando la célula entra en etapa de división.división.

Función de la Cromatina

Proporcionar la información genética Proporcionar la información genética necesaria para que los organelos celulares necesaria para que los organelos celulares puedan realizar la síntesis de proteínas.puedan realizar la síntesis de proteínas.

Conservar y transmitir la información genética Conservar y transmitir la información genética contenida en el ADN duplicándolo en la división contenida en el ADN duplicándolo en la división celular.celular.

Cromosomas

Formado por 2 cromátidas (2 hebras idénticas de Formado por 2 cromátidas (2 hebras idénticas de ADN) las cuales permanecen unidas gracias al ADN) las cuales permanecen unidas gracias al

centrómerocentrómero

Su función principal es facilitar el Su función principal es facilitar el reparto de la información genética reparto de la información genética

contenida en el ADN desde la contenida en el ADN desde la célula célula madre a la célula hija.madre a la célula hija.

CentrómerCentrómeroo

CROMOSOMAS Y CARIOTIPO

Los cromosomas sólo se observan cuando la célula está en división.

Están formados por dos partes iguales llamadas cromátidas (2 hebras idénticas de ADN) , las cuales se unen por una estructura llamada centrómero.

Al conjunto de cromosomas se le llama cariotipo el que se caracteriza por poseer un número determinado de cromosomas y por la forma que estos tienen.

Cromosoma acrocéntrico (centrómero en posición terminal)

Cromosoma telocéntrico (centrómero en posición

subterminal)

Cromosoma submetacéntrico (centrómero

en posición submediana)

Cromosoma metacéntrico (centrómero en posición mediana)

Los humanos tenemos 46 cromosomas en total: 44 autosomas y 2 cromosomas sexuales.

MITOCONDRIA

• En la matriz mitocondrial posee ADN y ribosomas los que utiliza para sintetizar sus propias proteínas.

• La mitocondria aporta energía a la célula en forma de ATP, ésta energía es utilizada por la célula para cumplir diferentes funciones.

• La mitocondria también participa en el proceso llamado Respiración celular, proceso que tiene como fin transformar la glucosa en moléculas de ATP, e incluye las siguientes etapas:

Glucólisis: ocurre en el citoplasma, transforma la glucosa en 2 moléculas de piruvato.

Ciclo de Krebs: ocurre en la matriz mitocondrial, transforma el piruvato en Acetil co-A

Cadena transportadora de electrones: ocurre en las membranas de las crestas mitocondriales y el producto final del proceso es la formación de ATP.

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO

RIBOSOMAS

R.E.R: Su función es la síntesis de proteínas.

Las células que poseen un R.E.R más desarrollado, son aquellas cuya función es sintetizar hormonas proteicas o enzimas, como por ejemplo el páncreas y la tiroides.

Formados por proteínas y ARN.

Se ubican en el citoplasma o asociados al RER .

Es el lugar físico donde se sintetizan las proteínas.

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO

R.E.L: Su función es la síntesis de Lípidos.

Las célula con un R.E.L desarrollado son aquellas de las glándulas que producen hormonas esteroideas, como los ovarios, los testículos o las glándulas suprarrenales.

APARATO DE GOLGI LISOSOMAS

El A. de Golgi tiene como función «Empaquetar proteínas» , esto significa que es un organelo procesador, distribuidor y secretor de las células.

Recibe proteínas inmaduras y las sintetiza para finalmente madurarlas y convertirlas en enzimas, hormonas, etc.

Otra importante función es formar a los organelos llamados lisosomas.

De forma esférica, contienen en su interior diferentes enzimas digestivas.

Cuando la célula incorpora partículas nutritivas, bacterias o materiales nocivos, las dirige a los lisosomas donde finalmente son degradados.

PEROXISOMAS

Los peroxisomas contienen en su interior enzimas que permiten degradar sustancias tóxicas, formando agua oxigenada en este proceso.

El agua oxigenada (peróxido de hidrógeno) es dañino para la célula por lo que este organelo puede destruirla transformándola en agua y oxígeno.

CENTRIOLOS

Parejas de estructuras que forman parte del citoesqueleto. Son similares a cilindros huecos que se posicionan perpendicularmente entre sí.

Su función es intervenir en la división celular, permitiendo un reordenamiento de los cromosomas y una repartición equitativa de material genético en las células resultantes.

CITOESQUELETO El citoesqueleto es un

conjunto de estructuras de naturaleza protéica que proveen el soporte interno para las células.

En el citoesqueleto se anclan las estructuras internas de la células, además interviene en fenómenos como el movimiento celular y su división.

Permite también la forma de la célula animal.

ESTRUCTURAS EXCLUSIVAS EN CÉLULAS VEGETALES

PARED CELULAR

• Capa externa a la membrana plasmática, propia entre bacterias, hongos y plantas.

• Matriz extracelular que rodea el protoplasma, le da rigidez y protección a la célula.

• En plantas, la pared celular se compone de celulosa, en bacterias se compone de peptidoglicano y en hongos de quitina.

• Posee túneles que atraviesan su pared y que se denominan Plasmodesmos los cuales permiten la comunicación de la célula con las demás células del tejido.

PLASTIDIOS Leucoplastos.

Cromoplastos.

Cloroplastos.

LEUCOPLASTOS: Son incoloros (no poseen pigmentos), se relacionan con el metabolismo y almacenamiento de diferentes sustancias. Algunos almacenan almidón (amiloplastos), proteínas (proteoplastos) y aceites esenciales (oleoplastos).

CROMOPLASTOS: Posee pigmentos carotenoides como la Xantofila la cual le da el color naranjo a las zanahorias, otros pigmentos también pueden ser rojos que le dan el color al tomate.

CLOROPLASTOS: organelos que almacenan pigmentos como la clorofila que es de color verde y que participa en el proceso de la fotosíntesis.

FUNCIÓN PRINCIPAL:

• Realizar la fotosíntesis, en otras palabras, utilizar la energía luminosa y formar moléculas simples de hidratos de carbono

VACUOLA

Es un organelo que tiene como función el almacenamiento de agua, enzimas, productos de secreción y desechos celulares.

EVOLUCIÓN DE LOS MODELOS DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

Algunos modelos de membrana más importantes que se han propuesto para explicar su funcionamiento y constitución son: • Gorter y Grendel en 1925 concluyeron que la membrana era una simple capa doble de lípidos.

• Danielli y Dawson en 1935, incluyen al modelo anterior, una cubierta externa e interna de proteínas, las cuales rodean la bicapa lipídica.

                                                                                 

• Singer y nicholson en 1972, designaron el modelo aceptado actualmente, definieron la membrana celular como una bicapa fluida, donde las proteínas pueden desplazarse lateralmente por la bicapa, cuyas cabezas polares están en contacto con el medio acuoso, a este modelo lo llamaron “MOSAICO FLUIDO”

LA MEMBRANA CELULAR

• COMPOSICIÓN

Lípidos 40%

Proteínas 50%

Carbohidratos 10%

LÍPIDOS

En la membrana existen 3 tipos de Lípidos: Fosfolípidos, glucolípidos, colesterol.

Carácter anfipático

Región hidrofílica Región hidrofóbica

glucolípidos

fosfolípidos colesterol

MOVIMIENTOS QUE POSEE LA MEMBRANA

ROTACIÓN: la molécula gira en torno a su eje.

DIFUSIÓN LATERAL: movimiento más frecuente donde las moléculas se mueven lateralmente en la misma capa.

FLIP-FLOP: movimiento poco frecuente donde las moléculas pasan desde una capa a la otra.

FLEXIÓN: movimiento que hacen las colas de los fosfolípidos.

PROTEÍNAS

CLASIFICACIÓN:

PROTEÍNAS INTEGRALES: atraviesan la bicapa.

PROTEÍNAS PERIFÉRICAS: ubicadas en la periferia de la membrana externa e interna, están unidas débilmente a los lípidos.

Proteína integral

Proteína periférica

CARBOHIDRATOS

CLASIFICACIÓN:

GLUCOLÍPIDOS: unidos a los lípidos.

GLUCOPROTEÍNA: unidos a proteínas.GLUCOCÁLIX

glucoproteína

glucolípido

TRANSPORTE CELULAR

TRANSPORTE PASIVO: Intercambio de sustancias a través de la membrana sin gasto de energía. Existen 2 procesos:

- DIFUSIÓN SIMPLE: Las partículas se mueven a favor del gradiente de concentración, o sea, desde donde están más

concentradas hacia donde están menos concentradas.

DISTRIBUCIÓN UNIFORME

• DIFUSIÓN FACILITADA: Las partículas se mueven gracias a la ayuda de las proteínas transportadoras de la membrana.

+ concentración

- concentración

• OSMOSIS: La célula posee una membrana semipermeable que permite solo el paso de solventes, no de solutos.

Al paso de este solvente a través de la membrana hacia una zona donde hay una alta concentración de solutos se denomina OSMOSIS.

Solución: líquido que contiene sustancias disueltas.

Solvente: líquido que disuelve sustancias.

Soluto: sustancia que se disuelve.

solvente

soluto

Soluto + Solvente = Solución

• Si a ambos lados de una membrana semipermeable se ponen 2 soluciones de concentraciones diferentes:

Paso del agua

• El agua va a pasar desde la zona donde hay – concentración de solutos (más diluida) hacia la zona donde hay + concentración de solutos (menos diluida).

• La osmosis se debe a que la membrana impide el paso de solutos desde la zona + concentrada hacia la zona – concentrada, pero si puede pasar agua para que el medio quede en equilibrio.

Agua + diluida

- solutos

Agua – diluida

+ solutos

osmosis

MEDIO HIPERTÓNICO: medio donde hay una alta concentración de solutos.

MEDIO HIPOTÓNICO: medio donde hay una baja concentración de solutos.

MEDIO ISOTÓNICO: ambos medios tienen la misma concentración de solutos.

Comportamiento de un glóbulo rojo en un medio salino

El interior de la célula pierde agua

Entra agua al interior de la célula

Entra y sale agua en iguales cantidades

crenación

TRANSPORTE ACTIVO: Intercambio de sustancias a través de la membrana con gasto de energía

Proteína transportadora

+ concentración

- concentración

VESÍCULAS PARA EL TRANSPORTE

ENDOCITOSIS: la membrana engloba e incorpora partículas al citoplasma.

- FAGOCITOSIS: contenido sólido.

- PINOCITOSIS: contenido líquido.

EXOCITOSIS: la membrana libera partículas desde la célula.

interior exterior

¿DE QUÉ ESTÁN ¿DE QUÉ ESTÁN CONSTITUÍDAS LAS CONSTITUÍDAS LAS

CÉLULAS?CÉLULAS?

Las células están formadas por elementos químicos asociados, generalmente, unos a otros formando moléculas.

Los 4 elementos más abundantes en lo seres vivos son el carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno los que representan más del 99% de la masa de la mayoría de las células. Estos elementos se conocen con el nombre de BIOELEMENTOS.BIOELEMENTOS.

Al conjunto o unión de elementos se les llama moléculas y en la célula reciben el nombre de BIOMOLÉCULASBIOMOLÉCULAS, las cuales se clasifican en inorgánicas y orgánicas.

BIOELEMENTOSBIOELEMENTOS

• Son los componentes orgánicos que forman parte de los seres vivos.

• Se agrupan en tres categorías: principales, secundarios y oligoelementos. Son los elementos mayoritarios de la

materia viva, constituyen el 95% de la masa total y son indispensables para formar las biomoléculas. Son cuatro; carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno CHAN CHAN(8).

-Carbono: Tiene una función estructural y aparece en todas las moléculas orgánicas. Es un elemento escaso de la naturaleza.

- Hidrógeno: Forman grupos funcionales con otros elementos químicos. Es uno de los elementos que conforman el agua. Se encuentra en la atmósfera pero en menor cantidad. Es esencial en los hidrocarburos y los ácidos.

PRINCIPALESPRINCIPALES

- Oxígeno: Forma parte de las biomoléculas y es un elemento importante para la respiración. También es un elemento en la formación del agua, causante de la combustión y produce la energía del cuerpo.

- Nitrógeno: Forma parte de las biomoléculas pero destaca su presencia en proteínas y lípidos y ácidos nucleicos (bases nitrogenadas).

SECUNDARIOSSECUNDARIOS

Forman parte de todos los seres vivos y en una proporción del 4,5%. Desempeñan funciones vitales para el funcionamiento correcto del organismo. Son el azufre, fósforo, magnesio, calcio, sodio, potasio y cloro.

OLIGOELEMENTOSOLIGOELEMENTOS

Son 14 y constituyen el 0,5%: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, yodo, boro, silicio, vanadio, cromo, cobalto, selenio, molibdeno y estaño.

BIOMOLÉCULASBIOMOLÉCULAS

Son moléculas formadas por la unión de algunos bioelementos y se clasifican en:

No sólo son formados por los No sólo son formados por los seres vivos, éstos son muyseres vivos, éstos son muy

importantes importantes para ellos.para ellos.

Son sintetizadas solamente por Son sintetizadas solamente por los seres vivos, tienen unalos seres vivos, tienen una

estructura a base de carbonos.estructura a base de carbonos.

INORGÁNICOS ORGÁNICOS

• AGUA

• GASES (CO2, O2)

• SALES MINERALES (fosfato, bicarbonato, amonio)

• GLÚCIDOS (glucosa, glucógeno, almidón)

• LÍPIDOS (ácidos grasos, triglicéridos, colesterol, fosfolípidos, glucolípidos)

• PROTEÍNAS (enzimas , hormonas, hemoglobina, inmunoglobulinas, etc)

• ÁCIDOS NUCLÉICOS (ADN, ARN)

• METABOLITOS (ácido pirúvico, ácido láctico, ácido cítrico, etc)

AGUAAGUA Es una molécula inorgánica simple, considerada como el líquido de la vida, ya que la vida en sí se desarrolla siempre en un medio acuoso, además, en casi todas las reacciones químicas que suceden dentro de la célula, es necesaria el agua.

CARACTERÍSTICAS: es una molécula estable (no se descompone fácilmente), es polar (posee un polo positivo y otro negativo, como una pila), es líquida a temperatura ambiente (le permite ser un excelente disolvente), es estabilizadora (necesita perder o ganar mucho calor para variar su temperatura)

Es una sustancia química formada por dos átomos de hidrógeno (carga positiva) y uno de oxígeno (carga negativa). Su fórmula molecular es H2O

BIOMOLÉCULAS INORGÁNICASBIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS

+

+

++

-

-

* Algunas sustancias polares (sal, azúcar, etc.) se denominan hidrófilas ya que actúan fácilmente con el agua. En cambio, las sustancias apolares (grasas, aceites) no se disuelven en agua, por lo que se llaman hidrófobas.

b) Cohesión, capilaridad y alta tensión superficial:

Cohesión: la molécula de agua tiende a unirse a otras moléculas de agua, mediante enlaces llamados puentes de hidrógenos.

Adhesión: unión entre moléculas de agua con otras moléculas de distinta naturaleza.

Capilaridad: capacidad del agua de avanzar a través de tubos delgados y estrechos, aún en contra de la fuerza de gravedad.

Tensión superficial: gracias a la fuerte unión entre las moléculas de agua (cohesión) se genera una capa compacta de estas moléculas unidas.

c) Elevado calor específico:

Debido a los numerosos puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua, se requiere de mucha energía para subir su temperatura (para aumentar la energía cinética de sus moléculas). El agua necesita 100° Celsius para poder separar sus moléculas.

Esta propiedad ayuda en nuestro organismo, ya que no es fácil transformar el agua en nuestro interior, se necesitaría de mucha temperatura para poder romper nuestras moléculas de agua.

GASESGASES

• Oxígeno y Dióxido de carbono, están relacionados con procesos metabólicos como la respiración celular y la fotosíntesis.

• El OxígenoOxígeno es un elemento químico de símbolo O, y su forma molecular más frecuente es O2. Representa aprox. el 21% en volumen de la composición de la atmósfera terrestre. Es uno de los elementos más importantes de la vida y participa de forma muy importante en el ciclo energético de los seres vivos,es un gas incoloro, inodoro e insípido.

• En condiciones normales de presión y temperatura, el oxígeno se encuentra en estado gaseoso que a pesar de ser inestable se genera durante la fotosíntesis de las plantas y luego son utilizadas por los animales en la respiración.

• El Dióxido de carbonoDióxido de carbono es un gas cuya molécula esta compuesta por dos átomos de oxígeno y una de carbono, (CO2).

SALESSALESMINERALESMINERALES

• Se encuentran en cantidades pequeñas y en formas diversas. Pueden estar concentradas como es en el caso de las conchas de los moluscos y en los huesos, o pueden estar disueltas como en la sangre. Cuando están disueltas las encontramos como Sodio (Na+), Potasio (K+), Bicarbonato (HCO3

-), entre otros. Estos iones mantienen el grado de salinidad del organismo y regulan la acidez corporal.

• Las sales minerales disueltas en agua siempre están ionizadas. Estas sales tienen función estructural y funciones de regulación del pH, de la presión osmótica y de reacciones bioquímicas, en las que intervienen iones específicos.

• La mayoría de las sales minerales se encuentran en el suelo, nuestro cuerpo requiere frecuentemente de la ingesta de estas, ya que sin ellas se dificulta el proceso de digestión.

Mineral Función en el cuerpo humano

Calcio - Contracción muscular.- Trasmisión del impulso nervioso.- Coagulación sanguínea.- Estructura de huesos y dientes.

Fósforo -Estructura de los huesos y dientes.- Mantiene el equilibrio del nivel de sal en el organismo.

Sodio y Potasio -Transmisión del impulso nervioso.- Regulan el volumen de agua corporal.

Cobre - Forma parte de enzimas que participan en la producción de energía.

Hierro - Forma parte de la hemoglobina (proteína que transporta gases en el glóbulo rojo).

Yodo - Constituyente de las hormonas que produce la glándula tiroides.