LAS CÉLULAS Procariotas y eucariotas

Carmen J

LAS CÉLULAS

La célula es la unidad morfológica y funcional de todos los seres vivos, es decir, la parte más sencilla de la materia viva capaz de nutrirse, relacionarse y reproducirse.

Existen organismos unicelulares (una bacteria, una ameba, etc...) formados por una única célula y organismos pluricelulares formados por millones de células como puede ser una sardina, un rosal, un hombre…….

Hay una gran variedad de tipos celulares, pero todos ellos tienen tres estructuras celulares comunes:

• MEMBRANA CELULAR (CITOPLASMÁTICA). Delgada capa que delimita el interior del exterior celular a través de la cual se regula el paso de sustancias.

• EL CITOPLASMA. El medio líquido del interior de la célula, donde se localizan los diferentes orgánulos celulares.

• EL MATERIAL GENÉTICO. Moléculas de ADN que controlan el funcionamiento de la célula y que contienen toda la información genética de un determinado ser vivo.

Según el grado de complejidad se diferencian dos tipos de células:

• C. PROCARIÓTICA. Son las células más pequeñas y primitivas, con una organización muy simple, sin membrana nuclear, por tanto no presentan un núcleo definido y el ADN formado por una única molécula circular bicatenaria, se encuentra libre en el citoplasma.

• C. EUCARIÓTICA. Son células más grandes y evolucionadas, presentan ya una membrana nuclear, por tanto hay un núcleo definido, donde se encuentra el ADN. Su organización es mucho más compleja, debido a la existencia de orgánulos encargados de realizar diferentes funciones.

LA MEMBRANA CELULAR

Es una estructura común a todo tipo de células. Su aparición fue decisiva en el desarrollo de las primeras formas de vida.

Todas las membranas biológicas, ya sea la membrana citoplasmática como las que forman los orgánulos presentan una estructura general común.

La membrana plasmática tiene un espesor de entre 5 a 10 nm y está formada por LÍPIDOS, PROTEÍNAS Y GLÚCIDOS, al visualizarse al microscopio electrónico se ven como tres capas: oscura, clara y oscura. Las colas de la bicapa lipídica corresponden a la parte clara mientras que las cabezas hidrofilias corresponden a la parte oscura.

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El modelo propuesto por Singer y Nicolson en 1972, llamado el modelo del mosaico fluido indica que los compuestos lipídicos constituyen la estructura básica de la membrana, fundamentalmente son fosfolípidos que se disponen con sus colas enfrentadas y las cabezas hidrofilias enfrentadas al medio exterior e interior de la célula donde hay abundante agua, formando una bicapa lipídica.

El colesterol, lípido simple aparece fundamentalmente en células animales y en alguna de ellas puede llegar a constituir más del 50% de los lípidos de membrana. Es más pequeño que otros lípidos ( fosfolípidos) de la membrana e interfiere en los movimientos de estos.

Respecto a las proteínas, se localizan entre los lípidos y hay diversos tipos, por un lado están las proteínas periféricas que se localizan fuera de la bicapa lipídica, bien en el lado citoplasmático bien en el lado extracelular. Por otro lado están las proteínas integrales que penetran en la bicapa lipídica, en algunos casos atraviesan la bicapa y se denominan proteínas transmembrana.

Por último solo en la zona externa hay glúcidos unidos a lípidos (glucolípidos) y a proteínas (glucoproteínas).

Tanto los lípidos como las proteínas no ocupan posiciones fijas, sino que pueden desplazarse a lo largo de la membrana con movimientos de rotación y difusión lateral de ahí el nombre de “mosaico fluido”

Proteína periférica

Glúcidos

Fosfolípidos

Proteínas transmembrana

Colesterol

Canal proteína transmembrana

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• Protege a las células y mantiene el interior con las condiciones adecuadas para que pueda realizar sus funciones.

• Permite la comunicación intercelular, proporcionando mecanismos de contacto, comunicación y adhesión entre células adyacentes.

• Regula el intercambio de sustancias entre el medio externo e interno. El paso de sustancias a través de la membrana es selectivo y controlado

Ver libro, página 159

LA CÉLULA PROCARIÓTICA

Las bacterias y cianobacterias son organismos unicelulares procariotas. Evolutivamente son las primeras células que aparecieron y de ellas derivaron las células eucarióticas.

En ella se distinguen los siguientes componentes:

• La membrana plasmática, que presenta invaginaciones internas, llamadas mesosomas, que contiene un gran número de enzimas metabólicos.

• Material genético, formado por una molécula de ADN circular bicatenario disperso por el citoplasma y que controla las funciones de la bacteria. Un gran número de bacterias contienen unas moléculas pequeñas de ADN llamados plásmidos, estos no son esenciales para ella, pero suelen contener algunos genes que le confieren propiedades metabólicas especiales según el ambiente en que se encuentran.

• Ribosomas, de tamaño más pequeño que los de las células eucariotas, cuya función es realizar la síntesis de proteínas

• Inclusiones citoplasmáticas que actúan como reserva energética y de carbono como almidón, glucógeno, azufre.

• Flagelo, Está presente en numerosos grupos de bacterias y sirve para la locomoción de estas.

• Fimbrias, estructuras proteicas huecas que aparecen en muchas bacterias y que sirven para fijar a estas al sustrato correspondiente En el caso de células patógenas sirven para el reconocimiento de las células a las que infectan

• Algunas bacterias tiene además una cápsula externa que les permite ser resistentes a la acción del sistema inmunitario.

• Rodeando a la membrana plasmática presentan una pared celular que es rígida, que protege y da forma a las células y que está formada fundamentalmente por mureína. Esta mureína es un peptidoglicano donde hay azúcares y aminoácidos. La estructura básica del péptido glicano es una malla, donde los glúcidos se conectan entre sí por puentes peptídicos de los diferentes aminoácidos. La acción de diferentes antibióticos se basa

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precisamente en impedir estas uniones laterales, por lo que la pared se debilita y la célula termina por morir. Las bacterias pueden presentar dos modelos diferentes de pared que se ven al realizar la tinción de Gram, dividiéndose de forma general en dos grandes grupos: las Gram + y las Gram -. Las Gram + tienen una gruesa pared de peptidoglicanos formada por una única capa y las bacterias que la presentan se tiñen de color malva. Las Gram – tienen una pared más delgada y compleja formada por dos capas, donde el peptidoglicano solo representa el 10% y sobre ella aparece una capa lipídica y se tiñen de color rojo.

La mayoría son células de forma esférica (cocos), cilíndrica (bacilos), espiral (espirilos) o forma de coma (vibrios).

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Son un grupo muy numeroso de seres vivos que colonizan todos los hábitats (el suelo, las aguas termales, el mar, el cuerpo humano, etc, etc. Algunas son inocuas, otras beneficiosas y otras patógenas

LA CÉLULA EUCARIÓTICA

Un hecho decisivo en la evolución fue la transición de forma de vida sencilla como las bacterias en células más complejas como las que integran el cuerpo de los animales y vegetales, estas células son las eucariotas, estas células se caracterizan fundamentalmente por:

• Tener un núcleo definido, limitado por una membrana, donde se alojan los cromosomas.

• Poseer orgánulos membranosos especializados en funciones concretas y diferentes, localizados en el citoplasma

• Tienen un tamaño mayor que la célula procariota.

Existen dos modelos de célula eucariota, la célula animal y la célula vegetal.

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CÉLULA ANIMAL

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CÉLULA VEGETAL

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LA MITOCONDRIA

Orgánulo que aparece en células eucariotas tanto animales como vegetales.

• ESTRUCTURA. Presenta una forma generalmente ovalada. Tiene una doble membrana, la membrana mitocondrial externa que es lisa y la membrana mitocondrial interna con una serie de repliegues hacia el interior denominados crestas mitocondriales. La membrana interna delimita un espacio llamado matriz mitocondrial.

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• COMPOSICIÓN QUÍMICA. Las membranas están formadas por lípidos y proteínas y en la matriz se localiza ADN y ribosomas, lo que le permite sintetizar algunas proteínas mitocondriales que le dan una cierta autonomía celular.

• FUNCIÓN. En este orgánulo se realiza la respiración celular, es decir, la producción de energía a partir de la oxidación de materia orgánica. Por tanto se considera un orgánulo energético (crea o genera ATP)

EL CLOROPLASTO.

• ESTRUCTURA. Es un orgánulo de color verde (debido a la clorofila que hay en su interior) que se localiza en las células vegetales fotosintéticas, en vegetales superiores tienen una forma ovoide o lenticular pero en algunas algas tienen una forma algo diferente. y presentan un tamaño algo mayor que las mitocondrias. Cada cloroplasto está delimitado por una doble membrana, la membrana externa y la interna del cloroplasto, ambas lisas y dejan entre ellas un espacio intermembrana. La membrana interna delimita un espacio llamado estroma del cloroplasto. En este espacio se encuentra un tercer tipo de membranas, llamadas membranas tilacoidales, son sacos aplanados que forman una red

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interna membranosa. Pequeños tilacoides se apilan formando los grana, estos están comunicados entre sí por los tilacoides del estroma.

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• COMPOSICIÓN QUÍMICA. Las membranas externa e interna están constituidas por lípidos y proteínas y las membranas tilacoidales además de lípidos y proteínas contienen pigmentos fotosintéticos (clorofilas y carotenos). Por último el estroma tiene una composición química muy parecida a la matriz mitocondrial, ADN circulas bicatenario (más de una cadena), ribosomas, enzimas, granos de almidón, todo ello le permite la síntesis de determinadas proteína de ahí su relativa “autonomía” como la de la mitocondria.

• FUNCIÓN. Es el orgánulo sobre el que se realiza la fotosíntesis, proceso por el cual se transforma la materia inorgánica en orgánica gracias a la energía lumínica

LOS RIBOSOMAS.

• ESTRUCTURA. Orgánulo carente de membrana, que aparece en todo tipo de células, ya sea procariotas o eucariotas, constituido por dos partes (subunidades) de diferente tamaño que pueden estar juntas o separadas, dependiendo del momento celular. Pueden aparecen en estado libre, dispersos por el citoplasma o bien asociados al Retículo Endoplasmático.

• COMPOSICIÓN. Están formados por ARN r y proteínas. • FUNCIÓN. Sobre su superficie se realiza la síntesis de proteínas

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EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO.

• ESTRUCTURA. Es un conjunto de sacos aplanados, dispersos por el citoplasma de todas las células eucariotas, tanto animales como vegetales, estos sacos están interconectados, formando una compleja red de canales. Hay zonas donde están asociados ribosomas y entonces recibe el nombre de Retículo Endoplasmático Rugoso (REG) y hay zonas donde no hay ribosomas y entonces se denomina Retículo Endoplasmático Liso (REL). El interior recibe el nombre de Lumen del Retículo Endoplasmático. Existe una continuidad entre este orgánulo y la membrana nuclear que se forma a partir de él.

• FUNCIÓN. El RER está implicado en el almacenamiento de proteínas sintetizadas en los ribosomas que están en su superficie y en su transporte por la célula, mientras que la función del REL es la síntesis y el transporte de lípidos.

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• COMPOSICIÓN. Las membranas que forman los sacos y cisternas están formadas por lípidos y proteínas y el lumen contiene las proteínas sintetizadas por el RER y los lípidos sintetizados por el REL

APARATO DE GOLGI (AG)

• ESTRUCTURA. Es un conjunto de vesículas y sacos aplanados y superpuestos, presente en todas las células eucarióticas. Estos sacos aplanados forman pilas que reciben el nombre de dictiosoma y el conjunto de distiosomas forman el aparato de Golgi. El número de dictiosomas dependerá de la actividad secretora de la célula. Cada dictiosoma presenta dos caras, la cara cis que se localiza cerca de las membranas del retículo y la cara trans que se localiza cerca de la membrana plasmática

• FUNCIÓN. Está muy relacionado con el retículo endoplasmático, ya que se encarga de modificar, empaquetar, transportar y distribuir las proteínas y lípidos sintetizados por este. Los lípidos y proteínas sinterizados por el retículo pasan al aparato de Golgi por la cara cis, mediante lunas pequeñas vesículas llamadas de transición, en el aparato de Golgi sufren las modificaciones pertinentes y finalmente se empaquetan en vesículas más grandes llamadas de secreción. El destino de estas vesículas es diverso, unas se acumulan en el citoplasma (lisosomas), otras se desplazan hacia la membrana celular y se fusionan con ella liberando el contenido al exterior por exocitosis.

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• COMPOSICIÓN. Las membranas están formadas por lípidos y proteínas y el interior o lumen por los lípidos y proteínas que provienen del retículo y que van a madurar en su interior.

LOS LISOSOMAS.

• ESTRUCTURA. Son orgánulos o vesículas rodeados por una membrana, presentes en todas las células eucarióticas, su número varía en función de su actividad celular, siendo muy numerosa en células cuya función principal es la defensa del cuerpo (macrófagos) y muy escasa en los vegetales donde su función es digerir los nutrientes en las primeras fases de la germinación de la semilla, derivan del aparato de Golgi y contienen en su interior enzimas digestivos.

• FUNCIÓN. Su función es como se ha comentado anteriormente hidrolizar biomoléculas, son por tanto “los estómagos de la célula” realizando la

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digestión intracelular, tanto de sustancias captadas del exterior por endocitosis como de estructuras propias de la célula.

• COMPOSICIÓN. La membrana de la vesícula del lisosoma está formada por lípidos y proteínas y el interior tiene enzimas encargadas de la degradación de sustancias.

• TIPOS. Hay dos tipos de lisosomas:

- Lisosomas primarios, que derivan del aparato de Golgi y que solo contiene los enzimas hidrolíticos

- Lisosomas secundarios, que se forma al fusionarse el lisosoma primario con una vacuola que contiene materiales para digerir. En su interior hay por tanto enzimas hidrolíticos y sustancias en proceso de digestión. Estos lisosomas secundarios a su vez pueden ser: Fagolisosomas, si el material que está degradando es de origen

exógeno. Autofagolisosomas, si el material que está degradando es de la

propia célula.

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LOS PEROXISOMAS.

ESTRUCTURA. Son orgánulos pequeños, parecidos a los lisosomas, rodeados de una membrana que contienen enzimas oxidativas. Están presentes tanto en células animales como vegetales.

FUNCIÓN. Oxidan ciertos compuestos, como por ejemplo el peróxido de hidrógeno, que es nocivo para la célula. Este orgánulo contiene un enzima llamado “catalasa” que lo que hace es degradar este peróxido a agua y oxígeno. Por otro lado también intervienen en otros procesos.

LAS VACUOLAS.

ESTRUCTURA. Son sacos rodeados por una membrana, que se localizan en todo tipo de células eucarióticas, aparecen como resultado de la fusión de vesículas del retículo endoplasmático y del aparato de Golgi. En las células animales si existen son escasas y pequeñas, las células vegetales jóvenes tienen muchas y pequeñas, pero, a medida que crecen estas se hacen más grandes, se fusionan formándose una gran vacuola central que ocupa la mayor parte de la célula.

FUNCIÓN. Por un lado almacenan sustancias que pueden ser de reserva, productos de desecho, pigmentos, sustancias tóxicas. Por otro lado mantiene la turgencia en las células ya que mantiene el exceso de agua en ellas y esto a su vez le permite aumentar su tamaño.

CITOESQUELETO.

En las células eucariotas hay una compleja red de filamentos proteico, de diferente grosor, situados por todo el citoplasma (hialoplasma) responsables de dar forma a la célula, de su organización interna y sus movimientos, como es el caso de las fibras del huso mitótico que aparecen cuando las células se van a dividir.

Algunos de estos filamentos aparecen de forma estable en la célula y son LOS CENTRIOLOS, LOS CILIOS Y LOS FLAGELOS

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LOS CENTRIOLOS

• ESTRUCTURA. Forman un cilindro hueco formado por nueve tripletes de microtúbulos proteicos, unidos entre sí y sin ningún microtúbulo central, que solo aparece en las células eucariotas animales. En las células animales aparecen dos centriolos orientados perpendicularmente uno respecto del otro, a esta pareja se la denomina diplosoma. Este diplosoma está a su vez rodeado por un material amorfo pericentriolar. Estos centriolos junto con el espacio pericentriolar forman el centro celular o CENTROSOMA. Esta estructura se localiza muy cerca del núcleo de las células animales. Aunque las células vegetales no tengan centriolo si forman el huso acromático de la división celular, ya que basta con el material perinuclear para que este huso se forme, la única diferencia es que parte de una zona difusa, mientras que en las células animales arrancan de los centriolos.

Microfotografía electrónica de un centriolo

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CILIOS Y FLAGELOS.

Son apéndices móviles existentes en la superficie de organismos unicelulares y pluricelulares de pequeño tamaño, también hay en los espermatozoides. Son estructuras proteicas que determinan la prolongación de la membrana plasmática y que determinan el movimiento de las células. Los cilios son cortos y numerosos y los flagelos son largos y escasos (uno o dos).

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LAS INCLUSIONES CITOPLASMÁTICAS.

Son depósitos sin membrana, en los que se acumulan sustancias de reserva o de desecho , producto de la actividad metabólica de la célula, como por ejemplo gránulos de almidón, en las células vegetales, gotas de lípidos, por ejemplo en las células vegetales, abundan en las semillas, en los animales se acumulan en los adipocitos,

EL NÚCLEO

Las células eucarióticas que contiene la mayor parte del ADN celular y que está rodeado de la membrana nuclear. La mayoría de las células tienen un solo núcleo, aunque algunas pueden carecer de él, como el caso de los glóbulos rojos, otras como los hepatocitos tiene dos e incluso hay células multinucleadas como las células estriadas del musculo esquelético.

El núcleo puede estar en dos estados diferentes: en reposo y se denomina núcleo interfásico o en división y se denomina núcleo en división.

En el NÚCLEO INTERFÁSICO se distinguen las siguientes partes:

1. La membrana nuclear 2. El Nucleoplasma 3. La cromatina 4. El nucléolo

La membrana nuclear delimita el núcleo y separa su contenido del citoplasma. Está formado por dos membranas, la externa e interna y presenta unos pequeños orificios o poros a través de los cuales se comunica el citoplasma con el interior del núcleo y viceversa

El nucleoplasma es semejante al citosol ¿es una disolución coloidal donde se localizan gran cantidad de biomoléculas como nucleótidos, enzimas, etc. Inmersa en esta matriz hay una red de proteínas similar al citoesqueleto, que sirve de lugar de anclaje a la cromatina y al nucleolo.

La cromatina Es el material genético, se presenta en forma de fibrillas dispersar por el citoplasma. Cada fibra está formada por ADN + PROTEÍNAS. La mayor parte de estas proteínas son las histonas, aunque también hay proteínas no histónicas.

El nucleolo Es una estructura esférica que carece de membrana y que destaca en el núcleo interfásico. Suele haber uno o dos por núcleo. En esta estructura se sintetizan los ARN r y es también aquí donde se forman las subunidades de los ribosomas, que luego saldrán al citoplasma a través de los poros.

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NÚCLEO EN DIVISIÓN

En el núcleo en división se produce la desorganización del nucléolo (desaparece) y la cromatina empieza a sufrir enrollamientos, es decir, se vuelve más gruesa y visible y se transforma en los cromosomas. Por tanto un cromosoma está formado por ADN y proteínas, ya que la cromatina y los cromosomas son lo mismo, la única diferencia es que la cromatina está desespiralizada formando filamentos, mientras que los cromosomas son estructuras más gruesas y cortas que solo aparecen cuando la célula está en división.

Respecto a la estructura de un cromosoma, cuando mejor se ve es en la metafase y cada cromosoma presenta las siguientes partes:

• Dos cromátidas, que son los dos brazos del cromosoma (cromátidas hermanas), unidos entre sí por un estrechamiento llamado centrómero (constricción primaria).

• Centrómero, es el estrechamiento que ocupa una posición variable y que a través de él se une a las fibras del huso.

• Brazos, cada una de las porciones en que queda dividido el cromosoma por el centrómero, estos brazos pueden ser iguales o diferentes.

• Cinetocoro, son unos discos proteicos situados a ambos lados del centrómero. En ellos se enganchan los filamentos del huso mitótico, permitiendo la separación de los dos brazos.

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• Telómeros, son los extremos del cromosoma. • Satélites, solo aparecen en algunas ocasiones y es una porción esférica situada

en un extremo del cromosoma y separa del resto del brazo por una constricción secundaria.

Microfotografía

electrónica

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CLASIFICACIÓN DE LOS CROMOSOMAS

Según la posición del centrómero, se distinguen cuatro tipos de cromosomas: Metacéntricos, submetacéntricos, acrocéntricos y telocéntricos.

• METACÉNTRICOS. El centrómero se encuentra en la mitad del cromosoma y los brazos tiene la misma longitud.

• SUBMETACÉNTRICOS. El centrómero ocupa una posición submedial (un poco alejada del centro) por lo que la longitud de un brazo es un poco mayor que la del otro.

• ACROCÉNTRICO. El centrómero está muy desplazado del centro por lo que los brazos tienen una longitud muy diferente, uno muy largo y el otro muy corto.

• TELOCÉNTRICO. El centrómero está situado en el extremo del cromosoma o muy próximo a él por lo que presentan un solo brazo distinguible.

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