Tema 7. Métodos de Estudio de la Célula Tipos de Organización Celular Biología 2º Bachillerato

La Teoría Celular Robert Hooke 1665, Micrographia, introduce el término célula Anton Van Leeuwenhoek, 1674. observa y dibuja protozoos, espermatozoides, góbulos rojos. Brown, 1831, descubre el núcleo en las células vegetales Purkinje 1839, introduce el término protoplasma Schleiden y Schwann, 1839, establecen la teoría celular Virchow, 1855, completa la teoría celular Todos los organismos están formados por células La célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos Toda célula proviene de otra preexistente Cajal, s XX, confirma la validez de la teoría en todos los tejidos al demostrar la individualidad de la neurona.

Microscopio óptico Utiliza la luz para observar las muestras. Los aumentos (ocular X objetivo) se consiguen con lentes de vidrio. Limitaciones: La longitud de onda de la luz limita el poder de resolución a 0,2 μm. a e > 0,2 μm  a e a e < 0,2 μm  æ

Etapas para hacer una preparación microscópica Fijación: conservación de las estructuras Inclusión: permite el corte de la muestra sin deformación de las estructuras Corte: corta láminas muy finas para que puedan ser atravesadas por luz o electrones Tinción: permite diferenciar las estructuras a observar.

Microscopio óptico convencional

Microscopio Confocal

β-tubulina en protozoo

Microscopio de campo oscuro

Microscopio de Contraste de Fases

Microscopio de Fluorescencia

Nanoscopia Permite trabajar con células vivas Supera el límite de resolución del microscopio óptico.

Microscopia STED

Microscopia de una sola molécula

Imagen convencional Imagen de microscopia ampliación de una molécula,

Microscopio Electrónico Utiliza un haz de electrones Las lentes son electroimanes Es necesario usar el vacío Se consiguen grandes aumentos Poder de resolución muy grande, 0,2 nm, (10 nm en el de transmisión) (1nm=10-6mm) No permite ver organismos vivos

Microscopio Electrónico de Transmisión

Microscopio Electrónico de Barrido Los electrones no atraviesan la muestra Los electrones rebotan en la superficie metalizada Se observa la superficie de las estructuras celulares u otros materiales

Microscopio Electrónico de Barrido

Comparación entre los microscopios óptico y electrónico

Fraccionamiento celular

Difracción de rayos x

Autoradiografía

Criofractura

Formas celulares

Tamaño de las células

Células Procariotas Bacterias Algas cianofíceas

La Célula Procariota pili

Células Eucariotas Célula animal Célula vegetal

Origen y evolución celular Teoría de la Panspermia Origen abiótico de la vida Estadio 1: El origen de los monómeros biológicos. Estadio 2: El origen de los polímeros biológicos. Estadio 3: La evolución desde lo molecular a la célula. 4500 m.a. formación de la Tierra. Atmósfera primitiva distinta a la actual, gases tóxicos en la atmósfera, amoníaco, metano, diversos óxidos, sin Oxígeno. Oparin y Haldane proponen una síntesis abiótica de los compuestos orgánicos.

Origen de los monómeros biológicos Experimentos de Miller: Ácido acético, ADP-Glucosa, Glicina, alanina, ácido glutámico, ácido aspártico. Experimentos de Fox: oligopéptidos. Formación de microsferas Experimentos de Juan Oró: obtención de purinas y de Ribosa y Desoxiribosa

¿Dónde se construyeron los primeros polímeros? Espontáneamente En la superficie de arcillas En la superficie de minerales piríticos En playas radioactivas En charcas de playa En chimeneas hidrotermales

¿Cuál fue la primera molécula autoreplicante? El Mundo del ARN. ARN espontáneo, con capacidad de duplicar otras moléculas, Ribozimas. Portador de la información genética. El paso al ADN y a las proteínas: ADN, mas estable, más fácil de replicar y corregir Proteínas más eficaces ¿Cuándo? ¿Dónde? ¿Cómo?

¿Origen de la primera Célula? LUCA Las moléculas orgánicas se rodearon de una membrana de fosfolípidos. Aparición de las primeras células: 3500-3800 m.a. Primeras células procariotas. Heterótrofas Anaerobias Aparición de la fotosíntesis. 3000 m.a. Cambio de la atmósfera: aparición del Oxígeno

Aparición de las primeras células eucariotas 2500 m.a. Desaparición de la pared procariótica Formación del núcleo. Primer eucariota primitivo: urcariota. Heterótrofo Depredador de células procariotas.

Aparición de la célula eucariota moderna. Teoría endosimbionte Célula eucariota actual resultado de una endosimbiosis entre los urcariotas primitivos y sus presas. Argumentos a favor: El tamaño de las mitocondrias es similar al tamaño de algunas bacterias. Las mitocondrias y los cloroplastos contienen ADN bicatenario circular cerrado covalentemente - al igual que los procariotas- mientras que el núcleo eucariota posee varios cromosomas bicatenarios lineales. En mitocondrias y cloroplastos encontramos ribosomas 70s, característicos de procariotas, mientras que en el resto de la célula eucariota los ribosomas son 80s .

Están rodeados por una doble membrana, lo que concuerda con la idea de la fagocitosis: la membrana interna sería la membrana plasmática originaria de la bacteria, mientras que la membrana externa correspondería a aquella porción que la habría englobado en una vesícula. Las mitocondrias y los cloroplastos se dividen por división binaria al igual que los procariotas (los eucariotas lo hacen por mitosis). En algunas algas, tales como Euglena, los plastos pueden ser destruidos por ciertos productos químicos o la ausencia prolongada de luz sin que el resto de la célula se vea afectada. En estos casos, los plastos no se regeneran. En mitocondrias y cloroplastos los centros de obtención de energía se sitúan en las membranas, al igual que ocurre en las bacterias. Por otro lado, los tilacoides que encontramos en cloroplastos son similares a unos sistemas elaborados de endomembranas presentes en cianobacterias

En general, la síntesis proteica en mitocondrias y cloroplastos es autónoma. Algunas proteínas codificadas en el núcleo se transportan al orgánulo, y las mitocondrias y cloroplastos tienen genomas pequeños en comparación con los de las bacterias.. Esto es consistente con la idea de una dependencia creciente hacia el anfitrión eucariótico después de la endosimbiosis. La mayoría de los genes en los genomas de los orgánulos se han perdido o se han movido al núcleo. Es por ello que transcurridos tantos años, hospedador y huésped no podrían vivir por separado. El análisis del RNAr 16s de la subunidad pequeña del ribosoma de mitocondrias y plastos revela escasas diferencias evolutivas con algunos procariotas. Una posible endosimbiosis secundaria (es decir, implicando plastos eucariotas) ha sido observado por Okamoto e Inouye (2005). El protista heterótrofo Hatena se comporta como un depredador e ingiere algas verdes, que pierden sus flagelos y citoesqueleto, mientras que el protista, ahora un anfitrión, adquiere nutrición fotosintética, fototaxia y pierde su aparato de alimentación.