COLEGIO SAN JOSE ANTOFAGASTA Profesor: Rodrigo Peñaloza Olivares Asignatura: Ciencias Naturales GUIA DE CONTENIDOS Objetivo(s) ‘’Reconocer a la célula como un elemento común a la organización, estructura y funcionamiento de los seres vivos y como portadora de la información genética’’. Unidad: CELULA Y NUTRICIÓN EN EL SER HUMANO Contenidos: 1. La célula unidad fundamental de los seres vivos I. Teorías Celulares II. Diversidad Celular III. Niveles de Organización de la materia 2. Estructura y función celular.
Transcript
COLEGIO SAN JOSE
ANTOFAGASTA
Profesor: Rodrigo Peñaloza Olivares
Asignatura: Ciencias Naturales
GUIA DE CONTENIDOS
Objetivo(s)
‘’Reconocer a la célula como un elemento común a la organización, estructura y
funcionamiento de los seres vivos y como portadora de la información genética’’.
Unidad: CELULA Y NUTRICIÓN EN EL SER HUMANO
Contenidos:
1. La célula unidad fundamental de los seres vivos
I. Teorías Celulares
II. Diversidad Celular
III. Niveles de Organización de la materia
2. Estructura y función celular.
Colegio San José – Departamento de Ciencias
2
1.- LA CÉLULA
I .TEORIAS CELULARES; UN POCO DE HISTORIA
¿Es verdad que todos los organismos están formados por células?
Para responder esta pregunta es necesario conocer los Postulados de la teoría celular:
El concepto de célula como unidad anatómica y funcional de los organismos surgió entre
los años 1830 y 1880, aunque fue en el siglo XVII cuando Robert Hooke describió por vez
primera la existencia de las mismas, al observar en una preparación vegetal la presencia
de una estructura organizada que derivaba de la arquitectura de las paredes celulares
vegetales.
En 1830 se disponía ya de microscopios con una
óptica más avanzada, lo que permitió a
investigadores como Theodor Schwann y Matthias
Schleiden definir los postulados de la teoría celular.
Los postulados de la Teoría celular propuesta por Robert Hoocke y sus colaboradores
Schleiden y Schwann son los siguientes:
1º Todos los organismos vivos con excepción de los Virus están formados por células y
productos celulares.
2º A pesar de la diversidad celular existen semejanzas en cuanto a la composición
Bioquímica y en las actividades metabólicas de toda célula, es decir, si comparas una
Colegio San José – Departamento de Ciencias
3
célula procariota con una eucariota animal o vegetal a pesar de sus diferencias hay
similitudes en cuanto a la composición Bioquímica y en sus actividades metabólicas.
3º Toda célula se compone de 2 partes importantes y diferenciadas: el Citoplasma y el
Núcleo, de las 2 la más importante es el Núcleo porque allí se almacena la información
biológica hereditaria a partir del ADN.
II.DIVERSIDAD CELULAR
Debido a que las células desempeñan diferentes funciones en los seres vivos, desarrollan diversidad de formas celulares acordes a su función.
La forma particular o la presencia de estructuras especiales es generalmente consecuencia del proceso de diferenciación celular, que permite a una célula o un grupo de células cumplir con una función específica.
Sin embargo a pesar de tal diversidad, es posible dividir a las células en dos grandes grupos, las células procariontes y las eucariontes.
Colegio San José – Departamento de Ciencias
4
CELULAS PROCARIONTES
Células rodeadas por una membrana plasmática
NO poseen un núcleo organizado dentro de una membrana nuclear o carioteca,
NO poseen compartimentalizaciones internas (organelos) salvo los ribosomas que están formados de ARN ribosomal y Proteínas ribosomales.
Sus procesos de obtención de energía son realizan en unas invaginaciones de su membrana plasmática llamadas mesosomas.
Su ADN se encuentra libre en el citoplasma, en forma de cromosoma único y circular, no asociado a proteínas.
Todas los procariontes presentan una gruesa pared celular, localizada por fuera de la membrana plasmática, y se reproducen por simple fisión.
Ej: Bacterias, algas verde-azules, actualmente denominadas Cianobacterias.
CELULAS EUCARIONTES
Son células delimitadas por una membrana plasmática con un núcleo verdadero (eu), delimitado por un doble membrana concéntrica, llamada membrana nuclear o carioteca, en que el ADN asociado a proteínas se encuentra encerrado.
Poseen un sistema interno de membranas que divide a la célula en compartimentos específicos llamados organelos.
Los procesos de división celular entre células procariontes y eucariontes también es diferente. En las células eucariontes, el proceso de división se conoce como mitosis y da como resultado dos células hijas con núcleos iguales a los de su progenitor.
2 tipos celulares son los mas importantes y representativos en este Dominio Celular. Las Células Animales y Vegetales, quienes presentan diferencias y similitudes.
CUADRO COMPARATIVO
Colegio San José – Departamento de Ciencias
6
III.-NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA
Átomo: es la unidad más pequeña de la materia, los átomos forman a los diferentes tipos de elementos que existen por ejemplo el carbono, el hidrógeno o el calcio. Molécula: los seres vivos estos compuestos son estructuras complejas de elevado peso molecular llamadas biomoleculas, que se agrupan para constituir diferentes estructuras subcelulares también llamados organelos celulares, por ejemplo una molécula de proteína, o una molécula de glucosa. Estructuras subcelulares: son los organelos celulares como por ejemplo la membrana plasmática, las mitocondrias, los cloroplastos etc. Estas estructuras se encuentran en el interior de las células. Célula: es la unidad básica estructural y funcional de todo ser vivo, se encuentra integrada por los organelos celulares que realizan funciones específicas y que se interrelacionan con los demás organelos dando como resultado un conjunto organizado o célula. En este nivel de la materia encontramos las características que distinguen a los organismos con vida en donde se observa la capacidad de auto organización, intercambio de materiales con el medio externo, aumento en tamaño y autorreplicación, considerándose como entidades independientes en el medioambiente. Las células pueden existir como unidades
Colegio San José – Departamento de Ciencias
7
independientes o asociarse con otras que desarrollen una función particular similar es decir que estén especializadas en una función formando tejidos animales o vegetales dependiendo el tipo de célula. Tejido: es una agrupación de células con funciones similares en un organismo. Los tejidos tienen funciones específicas, en los animales existen cuatro tipos básicos de tejidos: epitelial por ejemplo el epitelio estratificado que recubre la piel, conectivo (por ejemplo el tejido que forma los ligamentos), muscular (por ejemplo el músculo cardiaco) y nervioso (por ejemplo la masa gris del cerebro); en los vegetales se consideran tres tipos básicos de tejidos que son el dérmico o epidermis que es la capa externa que cubre a las hojas, flores, raíces etc; vascular (por ejemplo el xilema y el floema); y fundamental (por ejemplo el parenquimatoso). Los tejidos dependiendo del tipo de células que los conformen y de su organización pueden formar distintos tipos de órganos. Órganos: es un conjunto de tejidos que constituyen una unidad estructural y realizan una función específica en un organismo multicelular. Los órganos forman parte de los aparatos y sistemas, por ejemplo el estómago forma parte del aparato digestivo . Aparatos y Sistemas: están integrados por grupos de órganos, la diferencia entre los aparatos y los sistemas radica en que los órganos que constituyen a los Aparatos están formados por células de diferentes tipos es decir tienen diferente origen histológico y los órganos que constituyen a los Sistemas están formados por células de un mismo tipo es decir tienen el mismo origen histológico. Los aparatos y sistemas se coordinan estructural y funcionalmente en los individuos (por ejemplo aparato respiratorio y el sistema óseo). Individuo: el organismo individual o individuo se refiere a un ser con características específicas de una especie (por ejemplo un león), es uno de los niveles de organización de la materia que ha alcanzado mayor complejidad. Realiza las funciones de un ser vivo independiente pero interactúa con el ambiente dando lugar a niveles de organización de importancia ecológica como son las especies. Población: grupo de organismos de una misma especie que pueden intercambiar información genética y que habitan en un determinado lugar (por ejemplo una población de leones); las poblaciones también se agrupan formando comunidades. Comunidad: es un conjunto de poblaciones que habitan en una región determinada (por ejemplo las poblaciones de cebras, gacelas y leones). Ecosistemas: se encuentran constituidos por el conjunto de comunidades y las interacciones que ocurren entre ellas con su medio ambiente (por ejemplo la sabana).
Colegio San José – Departamento de Ciencias
8
2.- ESTRUCTURA Y FUNCION CELULAR
EL NÚCLEO
El núcleo de la célula es un pequeño cuerpo que generalmente tiene forma esférica u ovalada. Su ubicación tiende a estar localizada en el centro de la célula. Sin embargo, es capaz de desplazarse en el caso de algunas células, mientras que en el caso de otras se encuentra fijo.
El núcleo tiene funciones de control y dentro de él se encuentra localizados los entes hereditarios. El núcleo se encuentra claramente delimitado por una membrana nuclear que lo separa del citoplasma que lo rodea, además de regular que sustancias entran o salen de él.
El núcleo controla las actividades de las otras partes de la célula porque dispone de la información necesaria para su funcionamiento que se encuentra codificada en las cromosomas. Cada vez que la célula se divide esta información debe ser duplicada y colocada en la nueva célula.
Dentro del núcleo se encuentra una sustancia acuosa llamada carioplasma, en la que se encuentran suspendidas los cromosomas (cuya forma es la de filamentos). Los cromosomas están compuestos por DNA y proteínas. Mientras la célula no se encuentra en proceso de división las hebras que conforman los cromosomas forman una especie de red irregular de fibras a la que llamamos cromatina.
También es posible localizar dentro del núcleo otro cuerpo conocido como nucleolo. La forma del nucleolo también semeja a la de una esfera, pero su forma puede variar. Además podría desaparecer temporalmente del núcleo, cuando la célula está a punto de
Colegio San José – Departamento de Ciencias
9
dividirse. En otros casos puede observarse la presencia de más de un nucleolo en el mismo núcleo.
Parece que el nucleolo tiene un papel indispensable en la división de la célula, ya que si se destruye el nucleolo no se produce la división de la célula.
Se han realizado importantes experimentos para determinar el comportamiento del núcleo y del nucleolo en la separación celular y los resultados tienden a demostrar lo expresado aquí. Uno de los científicos que han realizado estos trabajos es Hämmerling quien experimentó con varios grupos de amibas. A un grupo las perforo varias veces sin tocar el núcleo. Por otra parte destruyó el núcleo del otro grupos de amibas. Hecho esto, las amibas que habían sido perforadas sin destruir el núcleo siguieron creciendo y reproduciendo.
Por otro lado, aquellas a las que se les destruyó el núcleo, siguieron viviendo por algún tiempo pero no pudieron crecer ni reproducirse.
Componentes del núcleo:
Membrana nuclear
· Ribosomas
· Poros Nucleares
· Nucleolo
· Cromatina
· Núcleo
· Retículo endoplasmatico
· Núcleo plasma
· Toda la estructura está rodeada por el citoplasma
El núcleo es una estructura constituida por una doble membrana, denominada envoltura nuclear que rodea al ADN de la célula separándolo del citoplasma. El medio interno se denomina núcleo plasma y en el están sumergidas, más o menos condensadas, las fibras de ADN que se llaman cromatina y corpúsculos formados por ARN conocidos como nucleolos.
Colegio San José – Departamento de Ciencias
10
EL CITOPLASMA
El citoplasma es el espacio celular comprendido entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear. Está constituido por el citosol, el citoesqueleto y los orgánulos celulares.
Está formado por un 85% de agua con un gran contenido de sustancias dispersas en él de forma coloidal (prótidos, lípidos, glúcidos, ácidos nucleicos y nucleótidos así como sales disueltas.
Entre sus funciones destacan la realización, gracias a los ribosomas y la síntesis de proteínas, con los aminoácidos disueltos en el citosol.
Estas proteínas quedan en el citosol (enzimas, proteínas de reserva energética o proteínas que formarán el citoesqueleto).
En él (citosol) se produce una ingente cantidad de reacciones metabólicas importantes: glucólisis, gluconeogénesis, fermentación láctica, etc.
El citoesqueleto aparece en todas las células eucariotas.
La composición química es una red de fibras de proteína (microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos).
Sus funciones son mantener la forma de la célula, formar pseudópodos, contraer las fibras musculares, transportar y organizar los orgánulos celulares.
El citosol (significa la parte soluble del citoplasma) es el medio acuoso del citoplasma en el que se encuentran inmersos los orgánulos celulares. Representa aproximadamente la mitad del volumen celular.
El citoesqueleto es un entramado tridimensional de microtúbulos y microfilamentos que proveen el soporte interno para las células, anclan las estructuras internas de la misma e intervienen en los fenómenos de movimiento celular y en su división. Es una estructura dinámica que mantiene la forma de la célula, facilita la movilidad celular (usando estructuras como los cilios y los flagelos), y desempeña un importante papel tanto en el transporte intracelular (por ejemplo, los movimientos de vesículas y orgánulos) y en la división celular.
Todas las membranas constituyen una asociación lipoprotéica, en la cual los componentes se mantienen juntos en una delgada lamina por medio de enlaces no covalentes. La proporción de lípidos-proteínas varía dependiendo si la membrana es plasmática, de Retículo Endoplasmatico, de Golgi, etc., según si el organismo es procarionte o eucarionte, o si es célula epitelial, muscular, hepática, etc. La membrana plasmática y la membrana de todos los organelos conforman una estructura trilaminar designada como unidad de membrana. Mediante métodos, estudios y observaciones al microscopio se a logrado determinar que la membrana tiene aproximadamente 52% de proteínas, 40% de lípidos y un 8% de hidratos de carbono. Las Membranas poseen varias funciones que permiten a la célula sobrevivir y mantener su estructura, esas funciones son: Compartimentalización, Regulación del movimiento de Sustancias (permeabilidad), Transferencia de información(complejo hormona-receptor), sitio de acción de complejos multienzimáticos, transducción de energía. Además, presenta diferenciaciones, como las microvellosidades que facilitan y forman una mayor superficie de absorción, para
Colegio San José – Departamento de Ciencias
12
agilizar procesos y uniones celulares de comunicación e intercambio entre y para células vecinas. Estas uniones son: -Uniones Impermeables : uniones estrechas o ‘’tigh junction’’ -Conexión desmosomas o zonula adherens: entre células para no permitir el paso de sustancias. -Desmosoma en barra: cinturón de actina paralelo a la membrana o alrededor de la células -Desmosoma puntual: a través de una placa proteica unida a la membrana -Hemidesmosomas : une células a la matriz extracelular -Uniones GAP o nexus: forman canales de comunicación entre células .
RETICULO ENDOPLASMATICO
El retículo endoplasmático es una red interconectada de tubos aplanados y sáculos comunicados entre sí, que intervienen en funciones relacionadas con la síntesis proteica, metabolismo de lípidos y algunos esteroides, así como el transporte intracelular. Se encuentra en la célula animal y vegetal pero no en la célula procariota. Es un orgánulo encargado de la síntesis y el transporte de las proteínas.
El retículo endoplasmático rugoso se encuentra unido a la membrana nuclear externa mientras que el retículo endoplasmático liso es una prolongación del retículo endoplasmático rugoso.
El retículo endoplasmático rugoso tiene esa apariencia debido a los numerosos ribosomas adheridos a su membrana mediante unas proteínas denominadas "riboforinas". Tiene unos sáculos más redondeados cuyo interior se conoce como "luz del retículo" o "lumen" donde caen las proteínas sintetizadas en él. Está muy desarrollado en las células que por su función deben realizar una activa labor de síntesis, como las células hepáticas o las células del páncreas.
El retículo endoplasmático liso no tiene ribosomas y participa en el metabolismo de lípidos.
El ARN mensajero es el que lleva la información para la síntesis de proteínas, es decir, determina el orden en que se unirán los aminoácidos.
Esta información está codificada en forma de tripletes, cada tres bases constituyen un codón que determina un aminoácido. Las reglas de correspondencia entre codones y aminoácidos constituyen el código genético.
La síntesis de aminoácidos tiene lugar en los ribosomas del citoplasma. Los aminoácidos son transportados por el ARN de transferencia, específico para cada uno de ellos, y son llevados hasta el ARN mensajero, dónde se aparean el codón de éste y el anticodón del ARN de transferencia, por complementariedad de bases, y de ésta forma se sitúan en la posición que les corresponde.
Una vez finalizada la síntesis de una proteína, el ARN mensajero queda libre y puede ser leído de nuevo. De hecho, es muy frecuente que antes de que finalice una proteína ya está comenzando otra, con lo cual, una misma molécula de ARN mensajero, está siendo utilizada por varios ribosomas simultáneamente.
Metabolismo de lípidos: El retículo endoplasmático liso, al no tener ribosomas le es imposible sintetizar proteínas pero sí sintetiza lípidos de la membrana plasmática, colesterol y derivados de éste como las ácidos biliares o las hormonas esteroideas.
Detoxificación: Es un proceso que se lleva a cabo principalmente en las células del hígado y que consiste en la inactivación de productos tóxicos como drogas, medicamentos o los propios productos del metabolismo celular, por ser liposolubles (hepatocitos).
Glicosilación: Son reacciones de transferencia de un oligosacárido a las proteínas sintetizadas. Se realiza en la membrana del retículo endoplasmático. De este modo, la proteína sintetizada se transforma en una proteína periférica externa del glucocálix en la reproduccion de lisosomas.
Pueden encontrarse libres en el citoplasma o adheridos a las membranas del retículo endoplásmatico.
Los ribosomas son estructuras globulares, carentes de membrana. Están formados químicamente por varias proteínas asociadas a ARN ribosómico procedente del nucléolo. Unas proteínas (riboforinas) sirven de nexo entre ambas estructuras.
Su estructura es sencilla: dos subunidades (una mayor o otra menor) de diferente coeficiente de sedimentación.
Su función consiste únicamente en ser el orgánulo lector del ARN mensajero, con órdenes de ensamblar los aminoácidos que formarán la proteína. Son orgánulos sintetizadores de proteínas.
MITOCONDRIAS
Las mitocondrias son los orgánulos que se encuentran en prácticamente todas las células eucariotas (también hay en células gaméticas), encargados de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular; actúan por tanto, como centrales energéticas de la célula y sintetizan ATP a expensas de los carburantes metabólicos (glucosa, ácidos grasos y aminoácidos) por medio de la fosforilación oxidativa.
La mitocondria presenta una membrana exterior permeable a iones, metabolitos y muchos polipéptidos. Eso es debido a que contiene proteínas que forman poros llamados porinas o VDAC (canal aniónico dependiente de voltaje), que permiten el paso de moléculas de hasta 10000 Dalton y un diámetro aproximado de 20 Å. La membrana mitocondrial interna presenta pliegues dirigidos hacia el interior llamados crestas, que contienen tres tipos de proteínas:
1. Las proteínas que trasportan los electrones hasta el oxígeno molecular
Colegio San José – Departamento de Ciencias
15
2. Un complejo enzimático, la ATP-sintetasa que cataliza la síntesis de ATP (fosforilación oxidativa).
3. Proteínas trasportadoras que permiten el paso de iones y moléculas a través de la membrana interna.
Sus partes son: 1. Membrana interna. 2. Membrana externa. 3. Cresta. 4. Matriz.
Tiene como función:
Su principal función es la oxidación de metabolitos (glucólisis, ciclo de Krebs, beta-oxidación de ácidos grasos) y la obtención de ATP, que supone un porcentaje muy alto del ATP sintetizado por la célula. También sirve de almacén de sustancias como iones, agua y algunas partículas como restos de virus y proteínas.
LOS LISOSOMAS
Las lisosomas son vesículas relativamente grandes, formadas por el retículo endoplasmático rugoso y luego empaquetados por el complejo de Golgi que contienen enzimas hidrolíticas y proteolíticas que sirven para digerir los materiales de origen externo o interno que llegan a ellos.
El pH (potencial hidrogeno) el interior de los lisosomas es de 4,8 (bastante menor que el del citosol, que es neutro) debido a que las enzimas proteolíticas funcionan mejor con un pH ácido. La membrana del lisosoma estabiliza el pH bajo bombeando protones (H+) desde el citosol, y asimismo, protege al citosol y al resto de la célula de las enzimas degradantes que hay en el interior del lisosoma.
Las enzimas lisosomales son capaces de digerir bacterias y otras sustancias que entran en la célula por fagocitosis, u otros procesos de endocitosis.
Los lisosomas utilizan sus enzimas para reciclar las diferentes organelas de la célula, englobándolos, digiriéndoles y liberando sus componentes en el citosol. De esta forma los orgánulos de la célula se están continuamente reponiendo. El proceso de digestión de los
Colegio San José – Departamento de Ciencias
16
orgánulos se llama autofagia. Por ejemplo, las células hepáticas se reconstituyen por completo una vez cada dos semanas.
Las enzimas más importantes en el lisosoma:
Lipasa, que digiere lípidos. Glucosilasas, que digiere carbohidratos (azúcares). Proteasas, que digiere proteínas. Nucleasas, que digiere ácidos nucleicos.
Sólo están presentes en células animales.
Tiene como función el proceso de la digestión celular.
La célula utiliza estos lisosomas para degradar biomoléculas complejas.
Utiliza dos métodos: la endocitosis y la autofagia. En la endocitosis los materiales son recogidos del exterior celular y englobados mediante endocitosis por la membrana plasmática que forma un fagosoma. El lisosoma se une al fagosoma formando un fagolisosoma y vierte su contenido en este, degradando las sustancias del fagosoma. Una vez hidrolizadas las moléculas utilizables pasan al interior de la célula para entrar en rutas matabólicas y lo que no es necesario para la célula se desecha fuera de esta por exocitosis.
En la autofagia la célula digiere estructuras propias que no es necesario. El material queda englobado por vesículas que provienen del retículo endoplásmico y del aparato de Golgi formando un autofagosoma. Al unirse al lisosoma primario forma un autofagolisosoma.
El fagosoma o vesícula endocítica puede contener moléculas o estructuras demasiado grandes para cruzar la membrana por transporte activo o por difusión.
Un fagosoma es una vesícula que se forma en el interior de la célula unida a la membrana, formada durante el proceso de la fagocitosis, contiene microorganismos o material extracelular, fusionándose con otras estructuras intracelulares como los lisosomas, conducen a la degradación enzimática del material ingerido.
Cuando el fagosoma formado a raíz de la fogocitosis se fusiona con los lisosomas recibe el nombre de fagolisosoma.
Colegio San José – Departamento de Ciencias
17
EL APARATO DE GOLGI
Se encuentra en el citoplasma de la célula. El aparato de Golgi está formado por sacos aplanados limitados por membranas. El material nuevo de las membranas se forma en varias cisternas del Golgi. Funciona como una planta empaquetadora, modificando vesículas del retículo endoplasmático rugoso. Dentro de las funciones que posee el aparato de golgi se encuentran la glicosilación de proteínas, selección, destinación (targeting), glicosilación de lípidos y la síntesis de polisacáridos de la matriz extracelular. Glicosilación o glucosilación es la adición de polisacáridos a moléculas como las proteínas. Polisacáridos: Carbohidratos complejos ya que contienen muchas moléculas de azúcares unidas entre sí. Ej.: almidón y celulosa.
Colegio San José – Departamento de Ciencias
18
VACUOLAS
Una vacuola es una cavidad rodeada por una membrana que se encuentra en el citoplasma de las células, "unicamente de las vegetales".
Se forman por fusión de las vesículas procedentes del retículo endoplasmático y del aparato de Golgi. En general, sirven para almacenar sustancias de desecho o de reserva (agua con varios azúcares, sales, proteínas y otros nutrientes disueltos en ella).
En las células vegetales, las vacuolas ocupan gran parte del volumen celular y en ocasiones pueden llegar hasta casi la totalidad (Entre el 30% y el 90%). También, aumentan el tamaño de la célula por acumulación de agua.
CENTRÍOLOS
Los centríolos son una pareja de estructuras que forman parte del citoesqueleto semejantes a cilindros huecos, siendo una pareja de centriolos un diplosoma sólo presente en células animales.
Los centríolos son dos estructuras cilíndricas que, rodeadas de un material protéico denso llamado material pericentriolar forman el centrosoma o COMT (centro organizador de microtúbulos) que permiten la polimerización de microtúbulos de dímeros de tubulina que forman parte del citoesqueleto. Los centríolos se posicionan perpendicularmente entre sí.
Cada centríolo está formado por nueve tripeletes de microtúbulos formando un círculo. El más interno se llama microtúbulo A y está completo (compuesto de trece protofilamentos).
