La CélulaTeoría Celular

Cátedra de Fisiología – Carrera de Enfermería – UNNE

Dr. Daniel Rubén Ruiz

El descubrimiento de la célulaRobert Hooke (siglo XVII) observando al microscopio comprobó que en los seres vivos aparecen unas estructuras elementales a las que llamó células. Fue el primero en utilizar este término.

Dibujo de R. Hooke de una lámina de corcho al microscopio

El descubrimiento de la célulaAntony van Leeuwenhoek (siglo XVII) fabricó un sencillo microscopio con el que pudo observar algunas células como protozoos y glóbulos rojos.

Dibujos de bacterias y protozoos observados por Leeuwenhoek

La teoría celularEstos estudios y los realizados posteriormente (Schleiden 1838 – Schwann 1839) permitieron establecer en el siglo XIX lo que se conoce como Teoría Celular, que dice lo siguiente:

1- Todo ser vivo está formado por una o más células.

2- La célula es lo más pequeño que tiene vida propia: es la unidad anatómica y fisiológica del ser vivo.

3- Toda célula procede de otra célula preexistente (Virchow: “Omnis cellulae e cellula”).

4- El material hereditario pasa de la célula madre a las hijas.

La estructura de la célula

MEMBRANA PLASMÁTICA: una membrana que la separa del medio externo, pero que permite el intercambio de materia.

La estructura básica de una célula consta de:

CITOPLASMA: una solución acuosa en el que se llevan a cabo las reacciones metabólicas.

ADN: material genético, formado por ácidos nucleicos.

ORGÁNULOS SUBCELULARES: estructuras subcelulares que desempeñan diferentes funciones dentro de la célula.

BacteriasAlgas azules

ProtozoosCrisofitas

Algas verdesAlgas rojasAlgas pardasBriofitasTraqueofitas

MohosHongos verdaderos

Metazoos

PROCARIOTAS

E U C A R I O T A S

La célula es la mínima unidad funcional y estructural de los seres vivos.

Procariotas

Eucariotas Membranas internas.

Núcleo y organelas definidas.

Biomoléculas

Hidratos de carbono

Formados por H, C y O; monosacáridos (glucosa), polisacáridos (glucógeno ó almidón en plantas). Energía!

Lípidos

Formados por C,H y O. Diversas formas y funciones: protección, membranas (fosfolípidos), aislamiento térmico (grasas), reserva de energía.

ProteínasFormadas por 20 tipos distintos de aminoácidos (esenciales y no esenciales). Diversas funciones: transporte, receptores, estructural (algunas proteínas de membrana), catalizando procesos (enzimas).

Ácidos nucléicosFormado por nucleótidos (adenina, guanina, citosina, timina). Se empaqueta en cromosomas. Información genética!!!. Ubicación celular: núcleo.

Tipos de CélulasPodemos encontrar dos tipos de células en los seres vivos:

CÉLULA PROCARIOTA

•El material genético ADN está libre en el citoplasma.

•Sólo posee unos orgánulos llamados ribosomas.

•Es el tipo de célula que presentan las bacterias

CÉLULA EUCARIOTA

•El material genético ADN está encerrado en una membrana y forma el núcleo.

•Poseen un gran número de orgánulos.

•Es el tipo de célula que presentan el resto de seres vivos.

Las procarióticas, que comprenden bacterias y cianobacterias (antes llamadas algas verdeazuladas), son células pequeñas y de estructura sencilla; el material genético está concentrado en una región, pero no hay ninguna membrana que separe esa zona del resto de la célula.

Las eucarióticas, que forman todos los demás organismos vivos, incluidos protozoos, plantas, hongos y animales, son mucho mayores y tienen el material genético envuelto por una membrana que forma el núcleo. De hecho, el término eucariótico deriva del griego “núcleo verdadero”, mientras que procariótico significa “antes del núcleo”.Los humanos poseemos células eucarióticas

Las células que existen en nuestro organismo se destacan por tener una gran cantidad de formas y funciones específicas, pero con una estructura interna común.

PROTOTIPOS CELULARES

A. Una célula animal, donde se distingue su núcleo, retículo endoplásmico, mitocondrias, aparato de golgi, etc.

B. Célula Vegetal: Se observa la presencia de pared celular, una gran vacuola y los cloroplastos, que la distinguen de la célula animal.

C. Célula bacteriana: no posee núcleo y organelos membranosos y el material nuclear esta disperso. Ocasionalmente presenta cilios o flagelos.

procariota

Eucariota animal Eucariota vegetal

Celulas procariotas

Células Procarióticas o Procariontes:

• Membrana doble: Pared y Membrana celular – Espacio periplasmático• ADN circular: cromosoma bacteriano. Unido a membrana celular• Plásmido• Ribosomas unidos a la membrana• Flagelo y cilios

 

 

1. Tamaño Entre 0.5 y 5 µm de diámetro.

Entre 5.0 µm y hasta 75 mm. (Como es el caso del óvulo de avestruz)

Entre 10 µm y 100 µm.

2. Envoltura Nuclear No posee envoltura nuclear, el ADN se encuentra disperso en el citoplasma.

Posee una envoltura nuclear definida que contiene el DNA. Esta membrana tiene muchos poros para dejar entrar o salir cosas.

Posee envoltura nuclear definida, al igual que la célula eucarionte animal.

3. Nucléolos No posee nucleolos. Posee nucleólo más denso, para la síntesis de subunidades de ribosomas.

Algunas veces posee mas de uno.

4. Cromosomas El ADN se organiza en un solo cromosoma.

Posee mas de 1 cromosomas, en células de animales superiores se presenta en pares y su número depende de la especie a cual corresponda.

Posee más de 1 cromosomas, en células vegetales se presenta en pares y su número es fijo para cada especie.

CÉLULA VEGETAL

CÉLULA ANIMAL

CÉLULA PROCARIONTE

CELULA EUCARIONTE

5. Pared Celular Posee una pared celular rígida, protege frente a daños e hinchamiento osmótico. Está constituida por polisacáridos. Se encuentra por dentro de la cápsula o vaina y por fuera de la membrana plasmática, y también es segregada por la misma célula

No posee una pared celular.

Posee una pared celular rígida compuesta de celulosa, lo que determina las formas geométricas que encontramos en los tejidos vegetales, como el hexagonal observado en las células de la cubierta de las cebollas.

6. Organoides -Ribosomas (partículas formadas por proteínas y ácidos nucleicos que sintetizan proteínas).

-Aparato de Golgi-Vacuolas pequeñas-Ribosomas-Lisosomas-Los Retículos endoplasmáticos liso y rugoso-Mitocondrias-Centríolos

-Aparato de Golgi-Vacuolas grandes-Ribosomas-Lisosomas-Retículo endoplasmáticos liso y rugoso-Mitocondrias-Cloroplastos

7. Membrana Plasmática

Posee una membrana plasmática, formada por una doble capa de lípidos y de proteínas, la cual tiene unos pliegues hacia el interior denominados mesosomas. Rodea a la célula manteniendo la individualidad. Hay muchos transportadores para meter o sacar moléculas. Además tiene la función de producir energía creando un gradiente de concentración para que cuando se deshaga usar esa energía. Para crear este gradiente se usa energía procedente de nutrientes o del sol.

Posee una membrana plasmática, permite entrada o salida de componentes mediante multitud de transportadores específicos. Así mismo tiene muchos receptores de señales. No está relacionada con la producción de energía.

Posee una membrana plasmática. Su forma se adapta a la rigidez de la pared celular.

Tipos de células eucariotas

Célula eucariota animal Célula eucariota vegetal

Recuerda: que la célula vegetal se caracteriza por:

• Tener una pared celular además de membrana

•Presenta cloroplastos, responsables de la fotosíntesis

•Carece de centriolos.

Celulas eucariotas

sangreCancer de pulmon

higado levadura

Células Eucariotas

Aparato de GolgiVacuola

Mitocondria

Centríolos

Lisosomas

Núcleo

Nucleolos

Retículo endoplásmico rugoso

Retículo endoplásmico liso

Membrana

Microscopía Electrónica de una Célula Eucariota

Célula VegetalCélula Vegetal

Célula AnimalCélula Animal

ORGANIZACIÓN GENERAL DE CÉLULA EUCARIOTAORGANIZACIÓN GENERAL DE CÉLULA EUCARIOTAPrincipales ComponentesMembrana:

Núcleo:

Citoplasma:

Subcomponentes•Pared celular•Cubierta celular•Membrana plasmática

•Cromosomas •Nucléolo

•Enzimas solubles•Ribosomas

•Microtúbulos•Microfilamentos

•Centrosoma y centríolos•Cuerpos basales y cilios

•Membrana nuclear•Retíc.Endoplasmático•Complejo de Golgi•Endosomas y lisosomas

•Mitocondras, cloroplastos•Peroxisomas

• Citosol

•Citoesqueleto

•Organoides microtubulares

•Sist. de endomembranas

•Organoides de membrana

FuncionesProtecciónInteracciones celularesPermeab.,endocitosis, pinocitosis

GenesSíntesis de ribosomas

GlucólisisSíntesis proteica

Forma y movilidad celular

División celularMotilidad celular

Permeabilidad nuclearSíntesis y procesamientoSecreciónDigestión

Síntesis de ATP - FotosíntesisProtección

Membrana CelularMembrana Celular

LA MEMBRANA PLASMÁTICA

Imagen tomada con el microscopio electrónico de una membrana celular (con el microscopio óptico no se la observa)

La membrana plasmática se encarga de mantener y delimitar lo que entra y sale de la célula, siendo la frontera entre lo intracelular y lo extracelular. Como el resto de las membranas celulares, posee una composición química de fosfolípidos y proteínas.

Casi todas las células bacterianas, y también vegetales, están además encapsuladas en una pared celular gruesa y sólida compuesta de polisacáridos (el mayoritario en las plantas superiores es la celulosa). La pared celular, que es externa a la membrana plasmática, mantiene la forma de la célula y la protege de daños mecánicos.

MEMBRANA PLASMÁTICA

LÍPIDOS ESTRUCTURALES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

LÍPIDOS QUE FORMAN PARTE DE LA ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

LÍPIDOS QUE CONSTITUYEN LA MEMBRANA PLASMÁTICA

LOS LÍPIDOS Y LA FLUIDEZ DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

Teoría del Mosaico Fluido

PROTEÍNAS DE MEMBRANA

PROTEÍNAS DE MEMBRANA

PROTEÍNAS DE MEMBRANA

PROTEÍNAS DE MEMBRANA

FUNCIONES

MECANISMOS DE SEÑALIZACIÓN

COMPOSICIÓN DE LA CELULA

CITOPLASMA: Liquido en el cual se encuentran una variedad de sustancias y estructuras organizadas llamados organelos. Los cuales son: las mitocondrias, los plastidios, retículo endoplasmatico, ribosomas, aparato o cuerpo de Golgi, lisosomas y las vacuolas.

Los orgánulos celulares

Núcleo: contiene la instrucciones para el funcionamiento celular y la herencia en forma de ADN.

Mitocondrias: responsables de la respiración celular, con la que la célula obtiene la energía necesaria.

Retículo: red de canales donde se fabrican lípidos y proteínas que son transportados por toda la célula..

Aparato de Golgi: red de canales y vesículas que transportan sustancias al exterior de la célula.

Vacuolas: vesículas llenas de sustancias de reserva o desecho.Lisosomas: vesículas

donde se realiza la digestión celular.

Ribosomas: responsables de la fabricación de proteínas

Centriolos: intervienen en la división celular y en el movimiento de la célula.

CELULAS ANIMALES Y VEGETALES

COMPOSICIÓN DE LA CELULA

NUCLEO: Limitado por otra membrana (membrana nuclear) en la cual se encuentra el material hereditario, llamados cromosomas. Administra y regula las actividades de la célula

CROMOSOMAS

Núcleo: es el principal organelo celular , ya que contiene el material genético constituido por ADN junto con proteínas especiales llamadas histonas.El núcleo es generalmente grande, posee una membrana porosa y en su interior se encuentra el ADN como una maraña de hilos delgados, llamada cromatina. Cuando la célula comienza su proceso de división (cariocinesis), la cromatina se condensa y los cromosomas se hacen visibles como entidades independientes.

El cromosoma es el material hereditario cuya principal función es conservar, transmitir y expresar la información genética que contiene.

CELULAS ANIMALES Y VEGETALES

ORGANELOS EN EL CITOPLASMA

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO: Transporta las sustancias que ingresan a la célula hacia otros organelos celulares, desde la membrana hacia el interior de ella. Hay dos clases: Retículo endoplasmático liso y el rugoso. Este ultimo se diferencia del liso por presentar en su superficie unos gránulos llamados ribosomas.

Retículo endoplasmático liso

Retículo endoplasmático rugoso

Ribosomas

Retículo endoplasmático: es una red de túbulos y sacos planos y curvos encargada de transportar materiales a través de la célula; su parte dura es el lugar de fijación de los ribosomas; el retículo liso es el sitio donde se produce la grasa y se almacena el calcio. El retículo endoplasmático está disperso por todo el citoplasma. Los materiales sintetizados son almacenados y luego trasladados a su destino celular.

CELULAS ANIMALES Y VEGETALES

ORGANELOS EN EL CITOPLASMA

RIBOSOMAS: Partículas que en la mayoría de los casos se encuentra adheridas al retículo endoplasmático, otras pocas se encuentran flotando en el citoplasma. Constituyen el sitio en donde se lleva a cabo la producción de proteínas.

Ribosoma

CELULAS ANIMALES Y VEGETALES

ORGANELOS EN EL CITOPLASMA

APARATO O CUERPO DE GOLGI: Se encuentra cerca al núcleo, una de sus funciones es recibir material (sustancias) del retículo y almacenarlo para luego expulsarlo en forma de pequeñas bolsas hacia el exterior de la célula. Dichas bolsas reciben el nombre de lisosomas.

A. Golgi

CELULAS ANIMALES Y VEGETALES

ORGANELOS EN EL CITOPLASMA

VACUOLAS: Burbujas llenas de liquido o de material alimenticio para la reserva. Se encuentran en la mayoría de los casos en las células vegetales.

VACUOLA

Vacuolas: son unos saquitos de diversos tamaños y formas rodeados por una membrana. Generalmente se pueden ver en el citoplasma de las células eucarióticas, sobre todo en las células vegetales. Se encargan de transportar y almacenar materiales ingeridos, así como productos de desecho y agua.

CELULAS ANIMALES Y VEGETALES

ORGANELOS EN EL CITOPLASMA

LISOSOMAS: Bolsitas que se originan en el aparato de Golgi. Desdoblan o descomponen moléculas complejas en otras mas sencillas. Es decir es la encargada de la digestión intracelular.

Lisosomas

CELULAS ANIMALES Y VEGETALES

ORGANELOS EN EL CITOPLASMA

MITOCONDRIAS: Transforman las sustancias provenientes de los alimentos (p.e. proteínas, lípidos, carbohidratos) para producir energía, es decir actúa como una central energética de la célula.

MITOCONDRIA

Mitocondrias: son conocidas como la central eléctrica de la célula, permitiendo la respiración y la descomposición de grasas y azúcares para producir energía. Su principal función es aprovechar la energía que se obtiene de los diversos nutrientes y transmitirla a una molécula capaz de almacenarla, el ATP (adenosintrifosfato). Esta energía se obtiene mediante la oxidación de los combustibles.

En el proceso de respiración se genera energía, que es acumulada por el ATP, el cual puede ser enviado a cualquier parte de la célula que necesite aporte energético; allí el ATP se descompone y la libera.

Respiración celularRespiración celular

Mientras que la FOTOSÍNTESIS provee los carbohidratos necesarios para las plantas (y los organismos de las cadenas alimenticias siguientes), la GLUCÓLISIS y la RESPIRACIÓN CELULAR son los procesos por los cuales la energía contenida en los carbohidratos es liberada de manera controlada.

Durante la respiración la energía que se libera es incorporada en la molécula de ATP, que puede ser inmediatamente reutilizado en el mantenimiento y desarrollo del organismo. Desde el punto de vista químico, la respiración se expresa como la oxidación de la gucosa:

C6H12O6  +  6 O2  +6 H20  --> 6 CO2  +  12 H2O

Conversión energéticaMitocondrias

Cloroplastos

Convertir la energía de la luz o de los alimentos en energía utilizable para procesos internos.

Mitocondria

Sin las mitocondrias las células dependerían de la glucólisis anaeróbica para formar ATP. Pero este proceso solo es capaz de liberar una pequeña cantidad de la energía disponible en la glucosa. En las mitocondrias el metabolismo de los azúcares está integrado: el piruvato (glucóilisis) es importado dentro de la mitocondria y oxidado por el O2 a CO2 y H2O. La energía liberada es almacenada de una manera tan eficiente que por cada glucosa oxidada se producen aprox. 30 ATP.

Cada mitocondria esta limitada por dos membranas muy especializadas. Definen dos compartimientos: Matriz y el espacio intermembranoso.

La membrana externa contiene una alta cantidad de una proteína llamada porina, que forma grandes canales acuosos a través de la bicapa. Tamiz permeable!.

Mientras que la membrana interna es impermeable. Forma numerosas crestas, que aumentan su superficie total. Contiene tres tipos de proteínas:

a) Realizan reacciones de oxidación en la cadena respiratoria.

b) Complejo ATP sintasa.

c) Proteínas de transporte.

*GLUCÓLISIS: ocurre en el citosol, donde cada molécula de glucosa, con sus 6 átomos de carbono, se oxida parcialmente dando lugar a dos moléculas de piruvato (de 3 átomos de carbono). Se invierten dos ATP pero se generan cuatro.

*RESPIRACIÓN CELULAR: cuando el ambiente es aerobio (contiene O2) el piruvato

se oxida totalmente a dióxido de Carbono (CO2), liberando la energía almacenada en

los enlaces piruvato y atrapándola en el ATP. Se subdivide en etapas:

Ciclo de los ác. tricarboxílicos (o del ác. Cítrico ó ciclo de Krebs): ocurre en la matriz de la mitocondria.

Cadena respiratoria: se lleva a cabo en las membranas mitocondriales.

*FERMENTACIÓN: cuando el O2 está ausente (ambiente anaerobio), el piruvato no

produce CO2, sino que se forman otras moléculas como el ác. láctico o el etanol.

Siendo el balance neto de ATP mucho menor!.

Glucólisis

La mitocondria utiliza como combustibles mayoritarios el piruvato y los ác. grasos producidos en el citoplasma a través de la glucólisis. Estas moléculas son transportadas selectivamente hacia el matriz mitocondrial.

Las células animales almacenan los hidratos de carbono en forma de glucógeno y los ácidos grasos en forma de grasas.La oxidación de las grasas libera mucha más energía (más de 6 veces) que la del glucógeno. Una persona adulta almacena una cantidad de glucógeno suficiente para un solo día de actividad normal, pero almacena una cantidad de grasa suficiente para un mes de actividad normal.

Tejido adiposo.

Cuando es necesario energía la célula comienza con los procesos de degradación de estas moléculas.

También es hidrolizado el glucógeno en moléculas más pequeñas (glucosa 1-fosfato) sustrato de la glucólisis.

Los ácidos grasos a través de procesos de oxido-reducción también se rompen en moléculas pequeñas aprovechables.

Las reacciones de glucólisis convierten a las moléculas de glucosa (6 átomos de carbono) en dos moléculas de piruvato, de tres átomos de carbono, las cuales aún contienen la mayor parte de la energía que se puede obtener de la oxidación de los azúcares.

Ciclo de Krebs

Ocurre en la matriz mitocondrial.

Resultado: CO2 y electrones ricos en energía, que pasan vía NADH y FADH2 a la cadena respiratoria.El CO2 se elimina como producto de deshecho, mientras que los electrones de alta energía se desplazan por la cadena respiratoria y finalmente se combinan con O2 y forman H2O.

Cadena de transporte de electrones

Ocurre en la membrana interna de la mitocondria.

Fosforilación oxidativa

Cuando los electrones de alta energía de los hidrógenos del NADH y del FADH2 son transferidos a lo largo de la cadena respiratoria de la membrana mitocondrial interna, la energía que se libera cada vez que pasan de una molécula transportadora a otra, es utilizada para bombear protones (H+) a través de la membrana interna desde la matriz al espacio intermembrana. Esto genera un gradiente electroquímico de protones a través de la membrana mitocondrial interna, y el flujo de H+ a favor de gradiente es utilizado, mediante una enzima ligada a la membrana: ATP sintasa.

Esta enzima impulsa la conversión del ADP+Pi en ATP

El citosol contiene una mezcla de moleculas

A traves del citosol se extiende un sistema de filamentosproteicos denominado citoesqueleto, que controla la forma y movimientos celulares y permite el transporte de organelos y moléculas

Centríolos : estas estructuras, a diferencia de las anteriores, no tienen membrana. Casi siempre se presentan en pares y se hacen visibles cuando la célula entra en división, en una posición perpendicular entre ambos. De estructura tubular y hueca, sus paredes están constituidas por microtúbulos, de los que emerge el aparato miótico necesario para la división celular.

Las funciones celulares

•Nutrición celular

•Relación celular.

•Reproducción celular

Nutrición celular

La nutrición celular engloba los procesos destinados a proporcionar a la célula energía para realizar todas sus actividades y materia orgánica para crecer y renovarse.

En la nutrición heterótrofa (células animales):

•La membrana permite el paso de algunas sustancias.

•La célula incorpora partículas mayores mediante fagocitosis.

•Una vez incorporadas estas sustancias son utilizadas en el metabolismo celular.

Nutrición celular

En la nutrición autótrofa (células vegetales):

•La célula atrapa la energía de la luz solar.

•La célula incorpora agua, CO2 y sales minerales y mediante la energía atrapada fabrica sus propios alimentos (fotosíntesis).

•Una vez fabricadas, estas sustancias son utilizadas en el metabolismo celular.

Nutrición celularEl metabolismo celular:

Es un conjunto de reacciones químicas que ocurren en la célula con la finalidad de obtener energía y moléculas para crecer y renovarse.

La Respiración Celular es una de las vías principales del metabolismo, gracias a la cual la célula obtiene energía en forma de ATP. Tiene lugar en las mitocondrias.

Relación celularMediante la función de relación las células reciben estímulos del medio y responden a ellos. La respuesta más común a estos estímulos es el movimiento, que puede ser de dos tipos:

Movimiento ameboide:

Se produce por formación de pseudópodos, que son expansiones de la membrana plasmática producidos por movimientos del citoplasma.

Movimiento vibratil:

Se produce por el movimiento de cilios o flagelos de la célula.

Reproducción celularLa función de reproducción consiste en que a partir de la célula progenitora se originan dos o más descendientes. Es un proceso que asegura que cada descendiente tenga una copia fiel de material genético de la célula madre.

En las células procariotas se produce la división simple por bipartición:

• El ADN de la bacteria se duplica y forma dos copias idénticas.

•Cada copia se va a un punto de la célula y más tarde la célula se divide en dos mitades.

• Así se forman dos células hijas iguales, más pequeñas que la progenitora.

Reproducción celularEn las células eucariotas se produce la división por un proceso llamado “mitosis”:

1º en la profase : el ADN se encuentra en forma de cromosomas, la membrana del núcleo se deshace y los centriolos se han duplicado.

2º en la metafase: se forma el huso mitótico, filamentos a los que se unen los cromosomas.

3º en la anafase: las dos mitades de cada cromosoma (cromátidas) se separan hacia polos opuestos de la célula.

4º en la telofase: desaparece el huso y se forman las dos nuevas membranas nucleares. La célula se divide en dos células hijas.

Organismos unicelulares y pluricelulares

Los seres unicelulares son los seres de organización más sencilla. Están formados por una sola célula. Son microscópicos y pueden ser procariotas (bacterias) o eucariotas (algas, protozoos y algunos hongos)

Los seres unicelulares pueden agruparse para formar una colonia, que se origina a partir de una sola célula que se divide. Las células hijas quedan unidas entre sí formando la colonia. Existen en protozoos y algas.

Organismos unicelulares y pluricelulares

Los seres pluricelulares están formados por gran número de células y tienen además las siguientes características:•Existe diferenciación celular. Cada forma celular realiza una función específica.

•Las células no pueden separarse del organismo y vivir independientemente. Necesitan de las otras para vivir.

•Se forman a partir de una célula madre o cigoto.

Las células se agrupan en tejidos, los tejidos forman órganos y los órganos forman aparatos o sistemas, que forman en conjunto al organismo.