UNIVERSIDAD DE ORIENTE UNIDAD DE ESTUDIOS BÁSICOS DPTO. DE CIENCIAS ÁREA DE BIOLOGÍA PROFA. BEATRIZ BERGAMO BIOLOGÍA II (003-1723) UNIDAD I. Introducción al estudio de la célula TEMA I. La I. La célula. Estructura general CONTENIDO. Definición de célula. Orígenes y desarrollo de la Teoría Celular. Estructura general de la célula. Características generales. Semejanzas y diferencias estructurales y funcionales entre células eucarióticas y procarióticas. CÉLULA [ CÉLULA [Lat. Lat. C e l l a , celda o cámara] La célula es la unidad morfológica, fisiológica y genética de todos los seres vivos. La célula se entiende como la unidad estructural mínima de un organismo, capaz de actuar de manera autónoma en su funcionamiento y reproducción. CITOLOGÍA: CITOLOGÍA: Disciplina o rama de la biología que se encarga del estudio de las células, sus propiedades, estructura, funciones, su interacción con el ambiente y su ciclo vital. Etapas relacionadas con el estudio de la célula basado en el desarrollo de la Microscopia: 1er Período (1650-1855). Período (1650-1855). Observación del todo. Microscopio óptico: Instrumento que hizo posible la biología celular . El descubrimiento de la célula fue posible por el avance científico técnico alcanzado en el momento de su descubrimiento, fundamentalmente por la aparición del microscopio óptico. Investigadores: Investigadores: - 1665 – Robert Hooke: La palabra “célula” fue utilizada por primera vez por el botánico inglés Hooke para designar estructuras con forma de cámaras o alveolos, porosa, similar al aspecto de un panal de abejas, observados con un microscopio de 50 aumentos en algunas secciones finas de “corcho” (corteza o cubierta exterior de cualquier planta leñosa). -
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1674 – Anton von Leewenhoek: Naturalista holandés, fue el primero que observó y describió organismos microscópicos y células vivas. construyó artesanalmente el primer microscopio óptico conocido y perfeccionó las las lentes de aumento (200 aumentos). Observó bacterias, protozoos, glóbulos rojos, sem en entre otros. Brown: Botánico inglés, descubrió el núcleo en diferentes células vegetales. 1831 – Robert Brown: 1838 – 1839 – Mathew Schleiden y Theodor Schawnn: Schleiden, abogado y luego de un intento de suicidio en 1831 inició una nueva vida como botánico al botánico al estudiar una gran variedad de plantas concluyo que están constituidas por células, que su crecimiento se producía mediante la generación de nuevas células. Schwann, médico, zoólogo, zoólogo, profesor de Fisiología y Morfología, reportó que los animales también estaban constituidos por células. 1855 – Rudolf Virchow: Virchow: indujo que los animales provienen de animales, plantas provienen de plantas y células provienen de células.
CELULAR. Tal como se le Los trabajos trabajos combinados combinados de Schleiden, Schwann y Virchow Virchow son la base de la la TEORÍA CELULAR. considera hoy, puede resumirse en cuatro proposiciones: proposiciones :
Todos los seres seres vivos están compuestos de una o más células. (unidad anatómica o estructural) La célula es la unidad estructural de la materia viva y una célula puede ser suficiente para constituir un organismo. Los organismos pueden ser de una sola célula (unicelulares) o de varias (pluricelulares). En las células tienen lugar las reacciones metabólicas metabólicas del organismo. (unidad funcional) Cada célula es un sistema abierto, que intercambia materia y energía con su m edio. Las células células provienen sólo de células prexistentes. prexistentes. Las células no surgen de manera espontánea, sino que proceden de otras anteriores (Función de reproducción). Las células contienen la información hereditaria del organismo del cual es parte, son una unidad genética. genética. Esto permite la transmisión de la información hereditaria de células progenitoras a células hijas (generación a generación).
2do Período (1855-1920). Período (1855-1920). Estudio del contenido celular. - Cromosomas ( Cromatina) (1875 – W. Flemming)
Aparato Golgi (1898 – Golgi) Micotondria (1884 – Atmann) er 3 Período (1920 Período (1920 en adelante). Adelantos en las ciencias ópticas. - Desarrollo del microscopio electrónico entre 1930 y 1950. - Estudio de la ultrasestructura celular -
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ESTRUCTURA GENERAL COMÚN EN TODAS LAS CÉLULAS: Hay muchas células diferentes pero todas ellas comparten una organización común, en la que destacan las siguientes estructuras: Membrana plasmática Es una delgada capa que separa el interior de la célula del exterior, la protege, regula la entrada y salida de sustancias y es por donde la célula percibe todo lo que le rodea. Citoplasma Espacio celular situado entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear. Es el medio interno líquido donde se encuentran las organelos e inclusiones y se producen la mayoría de las funciones metabólicas y de biosíntesis. Material hereditario Dirige la vida de la célula, permitiéndole reproducirse y transmitir transmitir sus características a la progenie, esta compuesto por membrana nuclear (a excepción de las células procariotas), cromatina y nucléolo. CARACTERÍSTICAS DE LAS CÉLULAS 1.- TAMAÑO CELULAR El tamaño es extremadamente variable. La mayoría de las células solo son visibles con microscopio microscopio (1 µm -100 µm). Las células más grandes visibles son huevos. Las células más pequeñas conocidas corresponden a algunas bacterias, los micoplasmas. Mycoplasma genitalium no tiene más de 0,2 micras de diámetro. Existen bacterias con 1 y 2 micras de longitud. Las células humanas presentan mucha variabilidad: glóbulos rojos de 7 micras, células del hígado con 20 micras, espermatozoides de 53 micras y oocitos de 150 micras. En los vegetales los granos de polen pueden llegar a medir de 200 a 300 micras y algunos oocitos de aves pueden medir entre 1 (codorniz) y 7 centímetros (avestruz) de diámetro. (1 micra es la millonésima parte de un metro, 1 micra = 0,000001 m) 2.- RELACIÓN SUPERFICIE - VOLUMEN En cualquier caso, para la viabilidad de la célula y su correcto funcionamiento siempre se debe tener en cuenta la relación superficie-volumen. Puede aumentar considerablemente el volumen de la célula y no así su superficie de intercambio de membrana lo que dificultaría el nivel y regulación de los intercambios de sustancias vitales para la célula. También es importante la relación entre volumen citoplasmático y volumen nuclear. El mismo número de cromosomas no puede controlar un aumento de volumen desproporcionado, puesto que no regularía y ni controlaría adecuadamente las funciones de toda la célula. Ejemplo: 8
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El cubo de 4 centímetros, los ocho cubos d e 2 centímetros y los sesenta y cuatro cubos d e 1 centímetro, tienen el mismo volumen total. Sin embargo, a medida que el volumen se divide en unidades más pequeñas, la cantidad total de superficie se incrementa al igual que la relación superficie a volumen. De modo similar, las células más pequeñas tienen una mayor relación de superficie a volumen que las células más grandes. Esto significa, no sólo más superficie de membrana a través de la cual los materiales pueden entrar en la célula o salir de ella, sino también menos materia viva para atender y distancias más cortas a recorrer por los materiales en el interior de la célula. Notas importantes: - La relación superficie/volumen en el cubo de 1cm es 4 veces mayor que la superficie del cubo de 4cm de lado. - Por lo tanto las células pequeñas tienen una mayor relación superficie/volumen que las células más grandes. - Esto significa más superficie de membrana a través de la cual los materiales pueden entrar en la célula y salir de ella.
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Distancias más cortas a recorrer por los materiales en el interior de la célula. No es sorprendente que las células con un metabolismo más activo sean habitualmente pequeñas.
Las células son pequeñas debido a dos razones: - Están limitadas en tamaño por la relación entre su superficie/volumen. - El núcleo sólo puede controlar cierta cantidad de citoplasma activo. FORMA Y DIVERSIDAD CELULAR La función que realice la célula determina la forma de la misma. Así encontramos diferentes tipos de células, fusiformes (forma de huso), estrelladas, estrelladas, prismáticas, aplanadas, elípticas, globosas o redondeadas. Aun entre un mismo organismo organismo existe gran diversidad; en el cuerpo humano existen al menos 200 tipos diferentes de células. Las células contráctiles que suelen ser alargadas, como las fibras musculares, otras musculares, otras pueden tener finas prolongaciones como las neuronas y otras microvellosidades otras microvellosidades o con pliegues, como las del intestino del intestino para ampliar la superficie de contacto y de intercambio de sustancias. La existencia de las paredes celulares, celulares, encontradas en plantas, hongos y procariotas (a excepción de los micoplasmas) determina la forma celular, sin embargo, al carecer las células eucariota animal de pared celular, la forma depende de la disposición de ciertos elementos estructurales internos, como el citoesqueleto. citoesqueleto. La forma de la célula vecinas (como ocurre con las células también se debe a la adhesión y la presión de otras células o de superficies vecinas (como del epitelio intestinal). La forma de las células depende de: - Su función. - Del contacto con otra células. - De la presencia o ausencia de pared celular. - De la disposición de ciertos elementos estructurales internos (citoesqueleto). -
Existen dos grupos principales de células PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS
Procariota (Pro: antes, Karyon: núcleo). Las células procariotas son propias del reino moneras (bacterias y cianobacterias), siempre son unicelulares y de pequeño tamaño (1-10 µm). son organismos cuyo material genético no esta envuelto por membranas, y sus organelos quedan limitados a ribosomas y algunos sistemas simples de membrana (mesosomas). En su interior son mucho más simples que las eucariotas, presentan ribosomas libres o formando conjuntos denominados polirribosomas, pero no poseen organelos con compartimientos internos rodeados por membranas. No presentan núcleo y su ADN se encuentra más o menos condensado en una porción del citoplasma llamada nucleoide donde se encuentra el material genético o ADN circular no asociado a proteínas. Carecen de mitosis, se reproducen reproducen por fisión binaria. Las células procariotas pueden tener distintas estructuras que le permiten la locomoción, como por ejemplo las cilias (multiples (multiples apéndices con aspecto de pelo) de pelo) o o flagelos (Fibra única, mas largo que las cilias que nace en granulo basal).
Eucariota (Eu. Verdadero, Karyon: Núcleo). Las células eucariotas son más evolucionadas que las células procariotas, son propias del resto de los reinos de la naturaleza (protoctista, hongos, animal y vegetal). Algunos microbios, pero en general son pluricelulares de mayor tamaño que las células procariotas ( 10−100 µm), son organismos que presentan el material genético envuelto en una membrana, es decir, presentan un núcleo definido y organelos citoplasmáticos de doble membrana por lo que su citoplasma es más complejo que en procariotas. El núcleo de estas células está independiente del resto del citoplasma por una membrana nuclear con numerosos poros. Este núcleo contiene el ADN de la célula condensado en cromosomas o descondensado en cromatina, según el momento del ciclo celular. Tienen varios cromosomas lineales (abiertos) asociados a proteínas (histonas). mitocondrias. Las fotosintéticas en los cloroplastos. cloroplastos. Se reproducen Las actividades respiratorias ocurren en las mitocondrias. por mitosis o meiosis.
CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS
Micoplasmas
TIPOS DE CÉLULAS PROCARIOTAS: 1.- BACTERIAS CON PARED CELULAR BACTERIAS GRAM + Pared gruesa de peptidoglucanos. oscuro o violeta con la tinción de Gram. Gram. la capa gruesa de peptidoglucanos retiene el pigmento y se tiñen de azul oscuro La red de mureína está muy desarrollada y llega a tener hasta 40 capas. Presentan sólo una membrana lipídica. Son susceptible a la acción de la penicilina. BACTERIAS GRAM Pared delgada de peptidoglucanos NO se tiñen de Al ser la pared pared fina, no retiene retiene el colorante durante durante la tinción de Gram, por lo que NO se de azul oscuro o violeta sino de un color rosado rosado tenue. La red de mureína presenta una sola capa. capa. Presentan dos membranas lipídicas. No son susceptible a la acción de la penicilina. 2.- BACTERIAS SIN PARED CELULAR ( CELULAR (MICOPLASMATALES) MICOPLASMATALES) Son las bacterias de vida libre más pequeñas (0,2 µm) Tienen genomas pequeños, entre 580 - 1380 kpb (kilopares de bases) Tienen genomas adquirir una gran diversidad de formas formas (pleomorfismo) Capacidad de adquirir género Mycoplasma. Existen más de 100 especies reconocidas del género los antibióticos que bloquean la síntesis Debido a la ausencia de pared celular, los micoplasmas no son sensibles a los de la pared celular, como la penicilina la penicilina u otros antibióticos betalactámicos. antibióticos betalactámicos. TIPOS DE CÉLULAS EUCARIOTICAS. Las células eucariotas representan un progreso en la historia de los organismos vivientes, ya que su estructura compleja significó una evolución en este sentido. Algunos de los organismos que presentan estas células en su interior son: animales, plantas, hongos. A su vez, las células eucariotas se dividen de acuerdo a su origen en:
Célula animal: animal: su característica principal es tanto la carencia de pared celular y cloroplastos, como también la pequeñez de sus vacuolas. Al no contar con una pared celular rígida, estas células son capaces de adoptar múltiples formas. Por otra parte, las células animales tienen la capacidad de realizar la reproducción sexual donde los descendientes se asemejan a sus progenitores. Célula vegetal: vegetal: estas células, a diferencia de las animales, cuentan con una pared celular rígida. Además, poseen poseen cloroplastos, a través de los cuales se realiza la fotosíntesis. De esta manera, los organismos constituidos por estas células son autótrofos, es decir, capaces de producir su propio alimento. La célula vegetal se reproduce mediante una clase de reproducción denominada asexual, que origina células iguales a las progenitoras. CÉLULA ANIMAL Núcleo Control de de todas las todas las actividades celulares
CÉLULA VEGETAL
Nucleolo Síntesis de ribosomas
Ribosoma Síntesis de proteínas
Centríolos Movimiento de cromosomas
Peroxisoma Degradación de peróxidos
Retículo endoplasmico rugoso Síntesis de proteínas
Aparato de Golgi Modificación empaquetamiento y transporte de proteínas
Retículo endoplasmico liso Síntesis de lípidos
Citoesqueleto Conserva la forma Movimiento Ubicación de organelos Mitocondria Producción de ATP
Lisosoma Digestión celular Membrana plasmática Delimita la célula
Cuadro comparativo entre célula animal y célula vegetal: CELULA ANIMAL 1. Presenta una membrana celular simple. 2. La célula animal no presenta plástidios. 3. El número de vacuolas es muy reducido. 4. Tiene centrosoma. 5. Presenta lisosomas. 6. No se realiza la función de fotosíntesis. fotosíntesis. 7. Nutrición heterótrofa.
CELULA VEGETAL 1. Presenta una membrana celulósica o pared celular, rígida que contiene celulosa. 2. Presenta plástidios o plastos como el cloroplasto. 3. Presenta numerosos grupos de vacuolas y de gran tamaño. 4. No tiene centrosoma. 5. Carece de lisosomas. 6. Se realiza función función de fotosíntesis. 7. Nutrición autótrofa.
Organelos comunes entre la célula animal y la vegetal
Cuadro comparativo entre células procariotas y eucariotas
NOTA: NOTA: El estudiante debe realizar un cuadro de diferencias entre células eucariotas y células procariotas, y entre la célula animal y la célula vegetal.
