LA CÉLULA COMO UNIDAD MORFO - FUNCIONAL

SISTEMAS

1-        Acelulares:

-          Virus (porque carecen de metabolismo o se aprovechan de otra célula).

-          Priones (complejos proteicos sin metabolismo)

2-        Celulares:

-          Procariotas o bacterias (carecen de núcleo)

-          Eucariotas (tienen núcleo)

CÉLULA EUCARIOTA

COMPONENTES:

-          Membrana plasmática: bicapa de fosfolípidos y proteínas que aísla a la célula del entorno y permite su comunicación con el exterior. Es similar a todas las demás membranas biológicas y está rodeada de la matriz extracelular o de otras células como en el caso del tejido epitelial. También permite el intercambio de información entre células o de éstas con el exterior, gracias a las microvellosidades.

-          Núcleo: es el centro rector de toda la actividad celular, contiene el ADN (lineal y no circular). En él tiene lugar la síntesis de ARN y está limitado por una envuelta nuclear constituida por dos membranas de la misma composición que la membrana plasmática, ésta posee poros que permiten el intercambio de sustancias y en su interior se encuentra la cromatina.

-          Citoplasma: contenido entre el núcleo y la membrana citoplasmática. Consta de:

1-        Citosol o hialoplasma: medio líquido en el interior de la membrana plasmática.

CÉLULA EUCARIOTA

COMPONENTES:

-          Membrana plasmática: bicapa de fosfolípidos y proteínas que aísla a la célula del entorno y permite su comunicación con el exterior. Es similar a todas las demás membranas biológicas y está rodeada de la matriz extracelular o de otras células como en el caso del tejido epitelial. También permite el intercambio de información entre células o de éstas con el exterior, gracias a las microvellosidades.

-          Núcleo: es el centro rector de toda la actividad celular, contiene el ADN (lineal y no circular). En él tiene lugar la síntesis de ARN y está limitado por una envuelta nuclear constituida por dos membranas de la misma composición que la membrana plasmática, ésta posee poros que permiten el intercambio de sustancias y en su interior se encuentra la cromatina.

-          Citoplasma: contenido entre el núcleo y la membrana citoplasmática. Consta de:

1-        Citosol o hialoplasma: medio líquido en el interior de la membrana plasmática.

2-        Orgánulos: componentes de la célula con estructura y función definida, que son necesarias para que la célula sea funcional y se mantenga viva.

a)        Orgánulos relacionados con la obtención de energía: mitocondrias.

b)        Orgánulos limitados por una membrana (sistema de endomembranas): retículo endoplasmático, aparato de Golgi y sistema endolisososmal (íntimamente relacionados).

c)        Peroxisomas: llevan a cabo funciones oxidativas.

d)        Ribosomas: no poseen  membrana, están encargados de la síntesis de proteínas. Aisladas o asociadas a membranas.

e)        Centriolos: generalmente son dos y no poseen membranas.

3-        Metaplasma: formaciones citoplasmáticas con función y estructuras definidas. 

No son necesarias para la vida celular sin para aquellas que las poseen lleven a cabo su función. Se compone de microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios (ej. Células musculares).

4-        Paraplasma: formaciones en el citoplasma de algunas células y normalmente son sustancias de reserva o de desecho (glucógeno, cristales). No son necesarios ni para la vida ni para la función celular.

CARACTERÍSTICAS GENERALES

1-        Composición química:

-          Agua: 75%

-          Proteínas: 10-12%

-          Lípidos: 1-2%

-          Glúcidos: 1%

-          Ácidos Nucleicos: 1%

-          Sales minerales, iones metálicos (Na +, K+, Cl+, ...)

   2- Propiedades químicas:

-          En conjunto posee un pH neutro,

3-        Tamaño:

-          Variable (5 micrómetros – 2 centímetros). Es controlado por diversos factores, como el núcleo que al aumentar de tamaño la célula entra en división. El amaño del organismo nunca depende del tamaño celular.

-          Relación del volumen del núcleo y del citoplasma (suele ser constante para cada tipo celular).

Vn    =   Vn

Vcit        Vcel - Vn

Cuando dicha relación se modifica, la célula inicia la división.

4-        Forma:

-          Si las células están aisladas tienden a la forma redondeada, pero la forma está determinada por otras células de alrededor, atendiendo a la presión que ejerzan. En cualquier caso adoptan la forma más adecuada a su función.

Ej. Las células de los músculos son alargadas para llevar a cabo la contracción. Los linfocitos son redondeados.

5-        Color:

-          Generalmente son incoloras, aunque en algunos casos sí, por la presencia de pigmentos endógenos (melanina, hemoglobina) o exógenos (ingestión, pero temporal).

6-        Polaridad morfofuncional:

-          Las células adoptan sus formas a la función que desempeñan. Los orgánulos tienen distinta localización atendiendo a la función de la célula que los contienen. Ej. Los adipocitos tienen el núcleo totalmente desplazado.

Uno de los principales conceptos biológicos, la teoría celular, corresponde justamente a este atributo, ya que todos los seres vivos están formados por al menos una célula. Por ello la célula ocupa un lugar especial en los niveles de organización de la vida, por manifestar todas las actividades de los seres vivos.

Pensemos en los pequeños organismos unicelulares: bacterias, protozoos, algas; todos ellos con vida independientes.

También tenemos organismos que están integrados por pocos tipos celulares y otros como nosotros con billones de células y decenas de tipos celulares.

Si pudieramos compilar los resultados de las investigaciones dedicadas al estudio de la célula desde la enunciación de la teoría celular, ocuparíamos varias bibliotecas.

...Hemos visto que todos los cuerpos organizados están compuestos de partes esencialmente similares, llamados células; que estas células se forman y crecen según leyes esencialmente similares y, en consecuencia, que estos procesos deben ser producto, en todos los casos, de las mismas fuerzas. Ahora si encontramos algunas de estas partes elementales, que no difieren de las otras, son capaces de separarse del organismo y continuar con un crecimiento independiente por lo cual está capacitada.

… “Los huevos de los animales nos dan ejemplo de éstas células independientes, creciendo separados del organismo”..el huevo es la célula mas grande. Se procede a quebrar el huevo enseñando que la cascara es la primera membrana plasmática - El núcleo es la yema - La vacuola es un punto blanco que siempre esta ligado a la yema - La clara del huevo es el citoplasma-Las mitocondrias es un listón blanco que une la clara a la yema - El retículo es la pequeña membrana que cubre la yema.- En algunos huevos veremos manchitas rojas que son los lisosomas mas formados.

Célula huevo o cigoto de un anfibio

.. “dónde existe una célula debió haber habido una célula preexistente, como un animal surge sólo de otro animal y una planta sólo de una planta”...

El primer párrafo data de 1893 y pertenece al biólogo alemán Theodor Schwann.

El segundo párrafo data de 1855 y pertenece a Rodolf Virchow.

Las ideas de estos dos científicos y de otro biólogo alemán N. Schleiden, dieron origen a los postulados de la denominada teoría celular que señala:

… Todos los seres vivos están constituidos por una o más unidades llamadas células..

..Cada célula es capaz de mantenerse viva independientemente del resto...

..Las células pueden provenir de otras células ..

En esta característica también incluímos a la organización química compleja de los seres vivos.

1. Nutrición y metabolismo
2. Homeostasis
3. Crecimiento
4. Reproducción 
5. Irritabilidad 
6. Movimiento 
7. Adaptación 
8. Automantenimiento Autopoyesis

RIBOSOMAS

Son partículas y su función está especialmente relacionada con síntesis de proteínas.

Los ribosomas son estructuras sin membrana que crean las proteínas a partir de la información genética que llega del ADN.

Dotada de una actividad enzimática que le permite ensamblar aminoácidos y formar cadenas proteicas.

Estas pequeñas fábricas biosintéticas convierte la información genética del ADN en una secuencia de aminoácidos - que es la estructura primaria de las proteínas que componen nuestro cuerpo.

Los ribosomas son bastante pequeños alrededor de 15 nm de tamaño.

En cada célula viva, la información contenida en el núcleo de una célula es 'transferido' de un ARN mensajero (ARNm).

El ARNm sale del núcleo y viaja a algo conocido como el retículo endoplasmático, donde dos subunidades del ribosoma se reúnen alrededor de ella y comienzan a sintetizar proteínas.

Cientos de miles de ribosomas funcionan en cada célula viva.

Por ejemplo, las células se replican rápidamente, tales como las células del hígado, pueden contener unos pocos millones de ribosomas. Incluso las células bacterianas pueden contener hasta 100.000 ribosomas.

Partícula con forma de gránulos compuesta por ARN (ácido ribonucleico) y proteínas, que pueden estar libres en el citoplasma o adheridos en unidades mayores, los polisomas.

Los Ribosomas son las 
superestructuras biológicos
 que traducen la

información genética
 en proteínas.

Los ribosomas libres fabrican proteínas que permanecen en la célula como elemetos citoplasmáticos estructurales o funcionales, mientras que aquellos que se hallan adheridos al retículo endoplasmático sintetizan proteínas de exportación.

El espacio entre las dos
 subunidades da cabida
a una molécula de ARN
de transferencia, nece-
saria para llevar amino-
ácidos a la cadena
polipeptídica en cre-
cimiento.

Los ribosomas son complejos ribonucleoproteícos organizados en dos subunidades: pequeña y grande; el conjunto forma una estructura de unos 20 nm. de diámetro.

En la célula eucariota, las subunidades que forman los ribosomas se sintetizan en el nucleolo.

Los subunidades se designan 305 y 505 con base en su índice de sedimentación en una centrífuga (esto mide en unidades Svedberg, de los cuales se deriva la "S).

Cada una de las subunidades está compuesta tanto de ARN  ribosomal como de proteínas.

Al contrario de las espectativas más tempranas de la mayoría de los científicos, ahora parece ser que las moléculas de ARN ribosomal sirven como enzimas (llamadas ribosomas) para muchas de las reacciones de los ribosomas que se adquieren para la síntesis de proteínas.

Una vez formados, estas subunidades atraviesan los poros nucleares y son funcionales solo en el citoplasma cuando se unen las dos subunidades a un molécula de ARN. Los ribosomas son máquinas para la traducción.

Los ribosomas se desplazan por el RNA mensajero y hace corresponder una secuencia de aminoácidos con una secuencia de nucleóticos según lee, de acuerdo con el código genético.

En la foto son los ribosomas 
de la glándula salival de un
 insecto. Los 
ribosomas son las superestructuras
 biológicos que traducen la 
información genética en las
 Estas convierten la
 información genética del ADN
 en una secuencia de aminoácidos - 
que es la estructura primaria de
 las proteínas que componen 
nuestro cuerpo

En un nuevo estudio, los científicos
 compararon las estructuras
 tridimensionales de los 
ribosomas de una variedad
 de especies de diversa 
complejidad biológica, 
incluidos los seres
 humanos, levaduras,
 bacterias y arqueas. 

Origins and ovolution of the first forms of ARN

Los ribosomas son responsables del aspecto granuloso del citoplasma de las células.

Es el orgánulo más abundante, varios millones por célula.

Hay ribosomas en todas las células vivas, con excepción de los espermatozoides.

VER: Ribosomas

BIOMOLÉCULAS

Los organismos vivos producen elementos que le permiten subsistir y reproducirse en el tiempo, y estas moléculas son producidas constantemente hasta el momento de la muerte del ser vivo.

Las biomoléculas son las moléculas constituyentes de los seres vivos

Las biomoléculas están constituidas principalmente por carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno, y en menor medida fósforo y sulfuro. Suelen incorporarse otros elementos, pero en menor frecuencia.

Las biomoléculas cuentan con estos elementos en sus estructuras ya que les permiten el equilibrio perfecto para la formación de enlaces covalentes entre ellos mismos, también permite la formación de esqueletos tridimensionales, la formación de enlaces múltiples y la creación de variados elementos.

TIPOS DE BIOMOLÉCULAS:

• Biomoléculas Inorgánicas: Agua, sales minerales y gases.
• Biomoléculas Orgánicas: Proteínas, glúcidos, Lípidos y ácidos nucleicos.

NOTA: IÓN: Átomo que con la pérdida o ganancia de un electrón adquiere carga eléctrica.

Las biomoléculas inorgánicas

Son aquellas en las que no está presente el carbono, o este se encuentra en baja proporción, como es el caso del dióxido de carbono (CO2). ¿Cuáles son las principales biomoléculas inorgánicas presentes en los seres vivos?

BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS	CARACTERÍSTICAS
AGUA	. Es la biomolécula inorgánica más abundante del organismo y de las células. . Es un excelente solvente. . Es un medio de sostenedor para muchas moléculas dentro de la célula. . Posee la capacidad Termoreguladora, se evitan cambios brusco de temperatura.
SALES MINERALES	. Su proporción en el organismo es reducida. . Si una sal se disuelve se convierte en ión. . Ejemplo: sodio (na+), potasio (k+), cloro (cl-).. . Las sales minerales participan de la salinidad y acidez de la célula, entre otras funciones. . El mineral más abundante en nuestro organismo es el carbono.
GASES	. Nuestro organismo está continuamente produciendo, utilizando y eliminando gases. . Ejemplo: Inhalamos gran cantidad de oxígeno y exhalamos dióxido de carbono. .Estos gases son muy abundante en el organismo. . También participan en reacciones de producción de energía. . Los gases más abundantes son el oxígeno, hidrógeno.

Las biomoléculas orgánicas

• Lípidos
• proteínas
• Glúcidos
• Ácidos nucleicos

Las biomoléculas orgánicas más abundantes son las proteínas, porque participan en todas las funciones celulares.

ORGANIZACIÓN DE LA BIOMOLÉCULA ORGÁNICA

NOTA: ELECTRONES DE VALENCIA: Son aquellos átomos que pueden unirse a otros, mediante de enlaces.

Como vimos las biomoléculas inorgánicas más abundantes del organismo son el oxígeno, hidrógeno y el carbono.

El carbón tiene gran importancia en todas las plantas y animales vivos están formados de compuestos orgánicos complejos en donde el carbono está combinado con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros elementos.

Los vestigios de plantas y animales vivos forman depósitos: de petróleo, asfalto y betún. Los depósitos de gas natural contienen compuestos formados por carbono e hidrógeno.

El carbono es un elemento notable por varias razones. Sus formas alotrópicas incluyen, es una de las sustancias más blandas (el grafito) y la más dura (el diamante) y, desde el punto de vista de escasez, es uno de los más caros (diamante)y por abundancia es  uno de los materiales más baratos (carbón).

Más aún, presenta una gran afinidad para enlazarse químicamente con otros átomos pequeños, incluyendo otros átomos de carbono con los que puede formar largas cadenas, y su pequeño radio atómico le permite formar enlaces múltiples.

Así, con el oxígeno forma el dióxido de carbono, vital para el crecimiento de las plantas; con el hidrógeno forma numerosos compuestos denominados genéricamente hidrocarburos, esenciales para la industria y el transporte en la forma de combustibles fósiles; y combinado con oxígeno e hidrógeno forma gran variedad de compuestos como, por ejemplo, los ácidos grasos, esenciales para la vida, y los ésteres que dan sabor a las frutas; además es vector, a través del ciclo carbono-nitrógeno, de parte de la energía producida por el Sol.

El carbono tiene gran relevancia. ¿A qué se debe esto?

Es el pilar básico de la química orgánica y 

forma parte de todos los seres vivos.

En primer lugar, los átomos de carbono presentan cuatro electrones de valencia, lo que implica que pueden unirse a otros cuatro átomos, como el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno, entre muchos otros, originando variadas moléculas.

En segundo lugar, el átomo de carbono también puede unirse a otros átomos de carbono, originando largas cadenas, las que pueden dar lugar a la formación de macromoléculas.

La mayoría de las moléculas que constituyen a los seres vivos están compuestos de carbono unidos a átomos de hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. La característica fisicoquímica principal del enlace carbono – carbono permiten la formación de cadenas de gran estabilidad que formarán una importante variedad de de moléculas.

Otro rasgo de las biomoléculas es la formación de polímeros a través de la unión repetitiva de unidades denominadas monómeros.

De esta manera los aminoácidos se unen entre sí para formas proteínas, los nucleótidos se unen y forman ácidos nucleótidos y los monosacáridos forman los polisacáridos.

El enlace entre monasacáridos se llama enlace péptídico. El extremo de la cadena que tiene un amino libre se denomina amino terminal y el extremo de la cadena que tiene un carboxilo libre se llama carboxi terminal.

Existen veinte clases de aminoácidos distintos.

Esta variedad junto con sus combinaciones permiten las múltiples funciones de la proteínas, que desde estructurales, mecánicas hasta catalíticas, pasando por mensajero químicos, reguladores de la expresión génica, etc.

LAS PROTEÍNAS

Son las biomoléculas orgánicas más abundantes de la célula.

Las diferentes proteínas de nuestro organismo realizan diversas funciones, como:

• tienen un rol estructural, ya que forman parte de

componentes celulares, como los ribosomas y la membrana plasmática.

• participan en la defensa de nuestro organismo contra agentes nocivos. Un ejemplo son los anticuerpos.

• transportan sustancias vitales para nuestro organismo. La hemoglobina, por ejemplo, es una proteína que transporta oxígeno.

• regulan importantes procesos fisiológicos (hormonas).

• posibilitan la ocurrencia de casi todas las reacciones químicas en las células. Estas proteínas se denominan enzimas, y facilitan las reacciones químicas que ocurren al interior de la célula.

¿De qué están hechas las proteínas? Al igual que los glúcidos, las proteínas están formadas por monómeros. En el caso de las proteínas, estos se denominan aminoácidos, y están formados por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y, en ocasiones, azufre.

Una proteína puede contener desde decenas hasta centenas de aminoácidos, obteniéndose así los péptidos (oligómeros) y los polipéptidos (polímeros), o simplemente proteínas.

En la naturaleza existen veinte aminoácidos distintos, cuya combinación da origen a una gran variedad de proteínas.

Las proteínas son parte constituyente de uñas, pelo, conchas, huesos y telarañas, entre otras estructuras.

LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

Estas biomoléculas están formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo.

Los monómeros de los ácidos nucleicos son los nucleótidos, y los polímeros, los polinucleótidos.

De manera similar a los monoácidos los ácidos nucléicos están constituidos por nucleótidos.

Estos tienen la forma general:

BASE NITROGENADA – AZUCAR (pentosa) – GRUPO FOSFATO.

Existen dos tipos de ácidos nucleicos:

1.  Ácido desoxirribonucleico o ADN.
2.  Ácido ribonucleico o ARN.

¿Qué función cumplen estas macromoléculas?

El ADN almacena, transmite y expresa la información genética de las células. Esta información “controla” las actividades celulares, debido a que es la base para la síntesis de proteínas.

El ARN, por su parte, participa en la síntesis de proteínas, ya que lleva desde el núcleo al citoplasma la información contenida en el ADN.

¿En qué difieren estos dos tipos de ácidos nucleicos?

Difieren en el tipo de azucar (pentosa):

• ADN (Ácido desoxiribonucleico) el azúcar es desoxiribosa.
• ARN (Ácido ribonucleico) el azúcar es ribosa.

La función de los ácidos nucleicos es el almacenamiento y transferencia de la información hereditaria de los organismos. Para ello basta con la combinación de cuatro tipos de nucleótidos.

La estructura del ADN consiste en dos cadenas de polinucleótidos enrolladas en forma de escalera de caracol, que se enfrentan entre sí y se mantienen unidas, a través de las bases nitrogenadas, mediante un tipo de enlace llamado puentes de hidrógeno.

Si la estructura del ADN se asemeja a una escalera de caracol, ¿qué parte de los nucleótidos serían los peldaños?

Los peldaños serían las bases nitrogenadas: 

ADENINA- TIMINA - CITOSINA - GUANINA.

LOS GLÚCIDOS (Hidratos de carbón, carbohidratos o azúcares)

A los glúcidos también se les llama azúcares, carbohidratos o hidratos de carbono, y son componentes fundamentales de la célula.

La palabra glúcido proviene del griego glucos, que significa dulce, pero no todos los alimentos que contienen glúcidos tienen este sabor, como, por ejemplo, el pan y los fideos.

Los glúcidos están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, y su principal función es constituir una reserva energética para el organismo.

Otros tienen una función estructural, ya que forman parte de la membrana plasmática y de la pared celular de algunas bacterias y de las células vegetales.

La imagen muestra uno de los principales componentes de la pared celular de las células vegetales: el polisacárido celulosa. ¿Cómo se llama su monosacárido?

Los monómeros de los glúcidos son los monosacáridos, que al unirse forman polímeros a los que, en general, se les denomina polisacáridos.

Los monosacáridos son los glúcidos más simples, ya que están formados por una molécula; los disacáridos están constituidos por dos monosacáridos.

¿Cuántos monosacáridos conforman los trisacáridos y los tetrasacáridos?

Los polisacáridos constan de azúcares (monosacéridos) unidos entre sí. El enlace resultante se denomina enlace glucosídico.

En la formación de polisacáridos comunes están implicados relativamente pocos azúcares, a tal punto que un solo polisacárido puede estar constituido por uno o dos tipos de monosacáridos. Estas macromoléculas desempeñan funciones de reserva energética como así estructurales.

NOTA: Hormonas: sustancias producidas y liberadas por glándulas, que viajan por la sangre y actúan sobre diversos órganos, induciendo diferentes tipos de respuestas celulares.

LOS LÍPIDOS

Los lípidos, conocidos comúnmente como grasas y aceites, están formados por carbono e hidrógeno, principalmente, y también por oxígeno, aunque en menor proporción.

La principal característica de los lípidos es que son insolubles en agua (hidrófobos), como viste en la actividad anterior.

A diferencia de las demás biomoléculas orgánicas, los lípidos no forman polímeros, porque no existen formas monoméricas de ellos.

Sin embargo, hay lípidos simples y complejos, según su estructura molecular y la cantidad de átomos que tengan.

Las grasas neutras son los lípidos más simples, y están formadas por una molécula de glicerol y moléculas de ácidos grasos.

¿Qué función cumplen los lípidos? Los lípidos almacenan energía y algunos cumplen una función estructural, ya que forman parte de membranas biológicas y de envolturas impermeables (fosfolípidos).

Además, hay hormonas sexuales que son lípidos y participan en el desarrollo y en la función sexual de diversas especies. ¿Qué hormonas sexuales conoces?

Los lípidos más abundantes en nuestro cuerpo son los triglicéridos, que son almacenados en unas células llamadas adipocitos, formando una capa de grasa bajo la piel, que constituye una reserva organismo y, además, permite el aislamiento térmico de este.

A diferencia de las tres biomoléculas vistas, los lípidos no son un grupo homogéneo en estructura y no poseen unidades repetitivas tan distinguibles.

Se pueden definir como sustancias orgánicas insolubles en agua y otros solventes polares, pero que se disuelvan fácilmente en solventes orgánicos no polares.

Sus funciones son diversas y varían de acuerdo al tipo de lípido que se trate.

Podemos diferenciar los siguientes tipos de lípidos:

Grasas y aceites con función de almacenamiento de energía.

ceras con funciones principalmente estructurales.

Fosfolípidos con funciones básicamente estructurales.

Cada grupo tiene características químicas particulares que hacen que los lípidos sean un grupo realmente muy heterogéneo.

Modelo molecular de un triacilglicérido. Las esferas representan átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno.

VER: BIOMOLECULAS: CARBOHIDRATOS - LIPIDOS - PROTEINAS - ACIDOS NUCLEICOS