La Célula La Unidad de la Vida

Teoría Celular Célula es la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo Unidad estructural viva más pequeña: Todos los seres vivos, desde la bacteria hasta nosotros, se componen de una o más células. Unidad de origen de todos los seres vivos: Todas las células proceden de células preexistentes, por división de éstas. Percibe y responde a su entorno: Para sobrevivir, todas las células deben obtener energía y nutrimentos de su ambiente. Reproducirse y heredar sus características a sus hijas mediante su ADN.

¿Por qué las células son tan pequeñas?

Tamaño de la Célula Está limitado por sus requerimientos y el medio ambiente en el que vive. Alojar suficiente ADN formar biomoléculas y estructuras internas y externas para sobrevivir y reproducirse. nm = nanómetros Milímetro: 1 mm = 1 000 000 nm Micrómetro: 1 µm = 1000 nm Angstrom: 1 Å = 1/10 nm

Proporción ente superficie y volumen Células pequeñas tienen más superficie por área de volumen que células grandes 30 µm 10 µm Área de 27 células pequeñas = 27000 µm2 Volumen = 2700 µm3 Área 1 célula = 900 µm2 Volumen = 2700 µm3

Factores que se verían afectados por un incremento en el tamaño celular Mayor exposición a factores ambientales Desecación Radiación ultravioleta Gravedad Aumento de la presión sobre la membrana plasmática Mayor inversión energética para mantener la forma celular Transporte de nutrientes y Liberación de desechos Mayor necesidad de recursos para mantenerse Nutrientes recorren más distancia a través del citoplasma para llegar a toda la célula Se limita la velocidad y capacidad de realizar transporte pasivo a través de la membrana Comunicación celular

Similitudes entre células Procariontes y Eucariontes Células varían mucho en tamaño, forma y función, pero todas tienen en común: Membrana plasmática Núcleo Citoplasma Paramecio Membrana plasmática o celular Envuelve y protege la célula. Núcleo (eucariotas) o nucleoide (procariotas), contiene el ADN. Citoplasma: Se encuentran los orgánulos celulares.

plásmidos (ADN extracromosómico) Células Procariontes plásmidos (ADN extracromosómico) Pequeñas y relativamente simples (1 a 2 micras) 1 mm = 1000 µm Sin núcleo: ADN cromosómico enrollado en la región nucleoide Con membrana plasmática y algunas con pared celular rígida y cápsula con capacidades adhesivas El citoplasma contiene los ribosomas (síntesis de proteínas y ARN) Proyecciones proteicas superficiales Pilli y flagelos en la superficie (locomoción).

Comprende las Arqueobacterias y Eubacterias (bacterias verdaderas) Escherichia coli, bacteria intestinal compuesta por una sola célula procariótica, causa infecciones del tracto digestivo y urinario Salmonella typhi, bacteria intestinal causa fiebre tifoidea, necrosis y hemorragias.

Células Eucariontes Más grandes y complejas que las células procariontes (10 a 100 micras). El ADN en un núcleo verdadero rodeado de una membrana nuclear La membrana plasmática controla el contacto de las células con su ambiente externo. El citoplasma contiene las organelas. Las organelas están rodeadas por membranas División del interior celular en compartimientos La célula puede realizar múltiples actividades simultáneamente

Ausentes en muchas células vegetales 1. Célula Animal Membrana plasmática Aparato de Golgi Ribosoma Núcleo Reticulo Endoplasmático liso Retículo rugoso Mitocondria Ausentes en muchas células vegetales Citoesqueleto Flagelo Lisosoma Centriolo Peroxisoma Microtúbulo Filamento intermedio Microfilamento

Células Animales

Ausentes en células animales 2. Célula Vegetal Núcleo Aparato de Golgi Ausentes en células animales Vacuola central Cloroplastos Pared celular Mitocondria Peroxisoma Membrana plasmática Retículo Endoplasmático rugoso Ribosomas liso Citoesqueleto Microtubulos Filamentos intermedios Microfilamentos Otras estructuras ausentes en células animales: Amiloplastos Cromoplastos Oleioplastos

Células vegetales Hoja de Elodea Raíz de cebolla

Clasificación de los organelos en las células Eucariontes (cuatro grupo funcionales) Sostén, movimiento y comunicación - Citoesqueleto (incluidos cilios, flagelos y centriolos en las células animales) - Paredes celulares (plantas, hongos y algunos protistas) - Matriz extracelular (en animales) - Uniones celulares Construcción: - Núcleo - Retículo E. Rugoso - Retículo E. Liso - Ribosomas - Aparato de Golgi Degradación: - Lisosomas - Peroxisomas - Vacuolas Procesamiento de energía: - Cloroplastos (plantas) - Mitocondrias

Organelas de Construcción El Núcleo Usualmente es la organela más grande en la célula. El núcleo está separado del citoplasma por una doble membrana nuclear. EL núcleo es el centro de centro de la célula Contiene el ADN que dirige las actividades celulares o metabolismo: Síntesis de proteínas y enzimas Producción y asimilación de carbohidratos, lípidos, proteínas, etc. Crecimiento Regeneración

EL NÚCLEO Control central de la célula NUCLEO Cromatina Nucleolo Poro NUCLEO Dos membranes nucleares RETICULO ENDOPLASMICO RUGOSO Ribosomas EL NÚCLEO Control central de la célula

Sistema Endomembranoso Es una red de organelas conectadas funcionalmente, ubicadas en el citoplasma. Este sistema construye y distribuye los productos celulares Este sistema está formado de varios compartimientos: El retículo endoplasmático (RE): rugoso y liso. Aparato de Golgi Vacuolas

Retículo Endoplasmático Rugoso (RE rugoso) Es un conjunto de sacos aplanados interconectados que tienen dos funciones: Fabricar más membranas Contiene los Ribosomas en la superficie, estos producen proteínas y enzimas RE Rugoso Ribosomas

1 2 3 4 Desarrollo de vesícula transportadora Ribosoma Cadena de azúcar Glucoproteína (Gluco-) proteína dentro de vesícula transportadora RE Rugoso Polipéptido

Retículo Endoplasmático Liso (RE Liso) Red de tubos unidos al RER y ramificados hacia el citoplasma Carece de ribosomas Síntesis de lípidos, fosfolípidos y esteroides Almacenamiento de iones calcio en células musculares (para contracción) Producir enzimas para regular la concentración de azúcar en sangre y degradación de toxinas y drogas.

Aparato de Golgi Está presente en todas las células eucariotas excepto los glóbulos rojos y las células epidérmicas. Consiste en una pila de sacos aplanados, cuya función es: Completa, clasifica, empaca y despacha los productos celulares producidos por el RE, como proteínas, lípidos y membranas. Las envía a otras organelas o a la membrana celular.

Organelas de Degradación Los Lisosomas Son vesículas o sacos membranosos de forma esférica u ovalada que contienen enzimas digestivas hidrolíticas. Son formados por el retículo endoplasmático rugoso (RER) y luego empaquetados por el complejo de Golgi. Se localizan en el citoplasma. Entre sus funciones: Digieren alimento, carbohidratos, proteínas, ácidos nucleicos y algunos lípidos Destruyen las bacterias perjudiciales Centro de reciclaje de las organelas dañadas

ER rugoso Vesícula de transporte (contiene enzimas hidrolíticas activas) Aparato de Golgi Membrana plasmática LISOSOMAS “Comida” Absorción de partícula Vacuola Digestión Lisosoma englobando orgánulo dañado

Las vacuolas Participan en el mantenimiento general de la célula central Núcleo Participan en el mantenimiento general de la célula Las células vegetales contienen una vacuola central grande La vacuola almacenada agua, sustancias químicas vitales y desechos. Protistas (seres unicelulares) tienen muchas vacuolas contráctiles: Lanzan hacia afuera el exceso de agua Permiten el movimiento Nucleo Vacuolas tractiles

Los Peroxisomas Presentes en todas las células eucariotas. Orgánulos citoplasmáticos en forma de vesículas que contienen enzimas con funciones de destoxificación celular como peroxidasas y catalasas. Producen y degradan peróxido de hidrogeno, un compuesto tóxico que puede ser producido durante el metabolismo.

Una revisión del sistema de endomembranas Muchas de las organelas del sistema de endomembranas están interconectadas estructural y funcionalmente Transporte vesiculas desde ER ER Rugoso Transporte vesiculas desde Golgi Membrana plasmática Vacuola Lisosomas Aparato de Golgi Envoltura nuclear ER Liso Núcleo

Organelas que transforman Energía Cloroplastos En plantas y algunos protistas Convierten la energía solar en energía química

Cloroplastos en células vegetales

Mitocondrias En la mitocondria se realiza la respiración celular: Este proceso usa la energía química de los alimentos y la convierte en ATP para el trabajo celular Metabolismo celular: glucólisis, ciclo de Krebs, cadena transportadora de electrones

Membrana externa MITOCONDRIA Espacio entre las membranas Membrana interna Cresta Matriz

Orgánulos de sostén, movimiento y comunicación intercelular Citoesqueleto Esqueleto interno formado por una red de fibras proteicas que ayudan a organizar la estructura y actividades celulares

Citoesqueleto Está conformado por tres tipos de fibras: Microfilamentos de actina Permiten a la célula cambiar de forma y dar movimientos Filamentos intermedios Dan forma a la célula y fijan algunos orgánulos Microtúbulos Dan rigidez y forma a la célula. Proveen de una ancla a las organelas Además actúan como rieles para movimiento de orgánulos dentro del citoplasma

Citoesqueleto MICROFILAMENTO FILAMENTO INTERMEDIO MICROTUBULO Subunidad de actina Subunidad fibrosa Subunidad de tubulina 7 nm 10 nm 25 nm

Movimiento Cilios y Flagelos Los cilios y flagelos en los eucariotes pueden actuar como apéndices locomotores en ciertas células. Están compuestos en el centro por microtúbulos cubiertos por una extensión de membrana plasmática. Se mueven cuando se doblan los microtúbulos

Micrografías de cortes transversales FLAGELO Doblete externo de microtúbulos Membrana plasmática Microtúbulos centrales Doble externo de microtúbulos Micrografías de cortes transversales Flagelo Cuerpo basal Cuerpo basal (estructura idéntica al centríolo)

Mecanismo de curvatura o movimiento de un microtúbulo en cilios y flagelos Microtúbulo doble Brazo de dineína Fuerza de deslizamiento

Organismo unicelular dotado de flagelo

Estructuras de Unión y de Comunicación de las Células Eucariontes La superficie de las células son una vía de contacto con su medio ambiente y otras células. Las células vegetales tienen soporte por la rigidez de la pared celular, que está compuesta de celulosa Ellas se conectan por medio de plasmodesmos, a través de canales para obtener agua, alimento, y mensajes químicos.

Vacuola Unión de una pared en células vegetales Pared de dos células adyacentes PLASMODESMOS Citoplasma Membrana plasmática

Matriz Extracelular Las células animales están embebidas en una matriz extracelular Es una capa pegajosa de glucoproteínas que une a las células que están juntas, formando los tejidos. También protegen y son el soporte de muchas funciones.

Funciones de las uniones firmes entre células UNION Estrecha Desmosomas Membrana plasmática adyacente Matriz extracelular UNION Comunicante Función de anclaje: une a las células animales Función de comunicación: algunas sustancias se mueven de célula a célula

¿Preguntas?

MEMBRANA CELULAR O PLASMÁTICA “La frontera de la vida”

Estructura de la Membrana Celular El grosor de la membrana es de 7.5 a 10 nanómetros (nm). No es visible en el microscopio de luz. La membrana se compone, casi completamente, de lípidos y proteínas, adicionalmente presenta colesterol y azúcares. Mitocondria Membrana plasmática Núcleo Membrana plasmática

Lípidos de Membrana Los fosfolípidos son el principal componente estructural de todas las membranas celulares. Cabeza polar hidrofílica: (glicerol + fosfato + colina, o serina, etc. depende del tipo) Dos colas no polares: (dos ácidos grasos) que son hidrofóbicas o anfipáticas. Cabeza Símbolo Colas

Líquido intersticial Exterior de la Célula Fosfolípidos En agua, los fospolípidos forman espontáneamente una bicapa o lámina doble muy estable Las cabezas hidrofílicas se ubican hacia afuera y sus colas hidrofóbicas se ubican hacia adentro de la célula. Cabezas hidrofílicas Colas hidrofóbicas Líquido intersticial Exterior de la Célula Citoplasma Interior de la Célula

Lípidos de Membrana Esteroides como el Colesterol (célula animal) y los Fitoesteroles (célula vegetal) cumplen un papel importante regulando la resistencia y la fluidez de las membranas.

Proteínas de Membrana Existen dos tipos generales de proteínas de membrana: Proteínas integrales o transmembrana: penetran completamente la bicapa fosfolipídica y tienen regiones hidrofóbicas. Proteínas periféricas: no atraviesan toda la bicapa fosfolipídica y carecen de regiones hidrofóbicas (presentan regiones polares o cargadas). Están asociadas a proteínas integrales y a lípidos. Proteínas de membrana: permiten el movimiento de materiales a través de la membrana y la recepción de señales químicas desde el ambiente externo de la célula.

Proteínas de Membrana

Función de las Proteínas de Membrana Transporte Permiten y regulan el paso de sustancias que por su tamaño o por su carga no atraviesan por difusión la membrana plasmática. Transportadores pasivos: canales iónicos Proteínas facilitadoras.

Función de las Proteínas de Membrana UNION Estrecha Desmosomas Membrana plasmática adyacente Matriz extracelular UNION Comunicante Comunicación Célula – medio extracelular: reciben estímulos eléctricos o químicos (ej. hormonas). Célula – célula: reciben y envían estímulos químicos y eléctricos entre las células.

Función de las Proteínas de Membrana Reconocimiento Algunas Glucoproteínas (proteína + carbohidrato), hacen específicas las células para un tejido, órgano y hasta para un organismo.

Carbohidratos de Membrana Carbohidratos como glucosa o galactosa se fijan a proteínas o a fosfolípidos, por fuera de la membrana plasmática, formando glucoproteínas o bien glucolípidos. Son importantes para el reconocimiento de moléculas específicas. Ayudan a mantener unidas las células vecinas.

Teoría del Mosaico Fluido Movimiento de los fosfolípidos: Flip - Flop: pueden saltar de una monocapa a la otra; se produce poco por que requiere gran gasto de energía. Difusión lateral: cambian de lugar con fosfolípidos vecinos, dentro de la misma monocapa unas 107 veces por segundo. Rotación: giran sobre su eje longitudinal con rapidez. Flexión: Separación y aproximación de los extremos de las colas, por flexión de las cadenas carbonadas de los ácidos grasos.

Funciones de la Membrana Plasmática Protegen la célula o a la organelas del medio externo. Mantienen una forma estable de la célula u organela. Regulan el transporte de sustancias y energía hacia adentro o hacia afuera de la célula u orgánulo Permite la comunicación entre las células adyacentes. Permiten el reconocimiento celular. Permiten la motilidad de algunas células u orgánulos

Permeabilidad Selectiva Capacidad de la membrana de incorporar las sustancias necesarias para la célula y descartar los desechos celulares. Impide que algunas sustancias, como las proteínas y los lípidos, entren a la célula. Permite el paso de azúcares simples, oxígeno, agua y bióxido de carbono. La Permeabilidad a través de la membrana depende de factores: Solubilidad en los lípidos: Sustancias liposolubles (ej. moléculas hidrófobas, no polares) penetran con facilidad la bicapa de fosfolípidos. Por otro lado el agua no pasa con facilidad. Tamaño: Muchas moléculas de gran tamaño (glucosa, proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos) no pasan a través de la bicapa de fosfolípidos Carga: Moléculas cargadas y los iones (k+, Mg+2, Ca+3, Cl-) no pueden pasar, en condiciones normales, a través de la membrana.

Mecanismos de Transporte de Membrana

Transporte Pasivo No requiere el consumo de energía (ATP). El movimiento ocurre por diferencias en la concentración y en las cargas eléctricas de las sustancias en ambos lados de la membrana. Tenemos los siguientes mecanismos: Difusión simple Ósmosis Difusión facilitada EQUILIBRIO Moléculas de colorante Membrana

Difusión Simple El movimiento de moléculas se da a través de la membrana de fosfolípidos, de un gradiente de alta concentración a baja concentración. Cuando mayor es el gradiente de concentración, más rápida es la velocidad de difusión. Si no intervienen otros procesos, la difusión continuará hasta eliminar el gradiente de concentración. Moléculas solubles en lípidos como etanol, y moléculas pequeñas como H2O, CO2 y O2. Citoplasma Exterior de la Célula O2 CO2 Mayor concentración Menor concentración

Moléc de soluto con moléculas de agua Solución hipotónica Molécula de soluto Solución hipertónica Membrana selectiva permeable FLUJO DE AGUA Moléc de soluto con moléculas de agua Moléculas de agua Osmosis En la osmosis, el agua viaja desde un área de baja concentración de soluto a un área de alta concentración del soluto

Osmosis induce a las células a contraerse en soluciones hipertónicas e hincharse en soluciones hipotónicas El control del balance de agua entre células y su entorno osmorregulación, es esencial para los organismos SOLUCION ISOTONICA HIPOTONICA HIPERTONICA (1) Normal (4) Flacida (2) Lisada (5) Turgente (3) Plasmolizada (6) Plasmolizada CELULA ANIMAL CELULA VEGETAL

Difusión Facilitada Algunas moléculas por su tamaño o carga no difunden libremente a través de la membrana. Utilizan canales formados por proteínas de membrana (porinas) para moverse hacia adentro y afuera de la célula. Estos canales son usados para la glucosa y para iones pequeños y con carga tales como K+, Na+, Cl-.

Transporte Activo Las células utilizan energía (ATP) durante el transporte. La proteína transportadora bombea activamente un soluto determinado a través de una membrana en contra del gradiente de concentración del soluto.

Proteína de transporte Proteína de transporte fosforilada 1 FLUID0 EXTRACELULAR Primer soluto Primer soluto, en el interior de la célula, se une a la proteína Proteína de transporte fosforilada 2 ATP transfiere un fosfato a la proteína 3 Proteína libera el soluto fuera fuera de la célula 4 Segundo soluto se une a la proteína Segundo 5 El fosfato se separa de la proteína 6 La proteína libera el segundo soluto

Bomba de Sodio (Na) y Potasio (K) Es una proteína presente en todas las membranas plasmáticas de las células animales, cuyo objetivo es eliminar sodio de la célula e introducir potasio en el citoplasma.

Funciones de la Bomba de Sodio (Na) y Potasio (K) Mantenimiento de la osmolaridad y del volumen celular Mantiene un potencial eléctrico de membrana Favorece la trasmisión de impulsos nerviosos Mantenimiento de los gradientes de sodio y potasio

Transporte mediado por vesículas Exocitosis y Endocitosis

Exocitosis y Endocitosis Requieren energía (ATP) para llevarse a cabo. Algunas sustancias más grandes como polisacáridos, proteínas y otras células cruzan las membranas plasmáticas mediante varios tipos de transporte grueso: Exocitosis Endocitosis: Fagocitosis Pinocitosis Endocitosis mediada por receptores

Exocitosis Una vesícula membranosa se desplaza hasta la membrana, se fusiona con la membrana y el contenido se vacía fuera de la célula. Fluido celular externo Citoplasma

Exocitosis Organismos unicelulares por ejemplo desechan sus residuos metabólicos mediante la formación de vesículas que expulsan al exterior

Tipos de Exocitosis Secreción Constitutiva Reponer membrana o proteínas Secreción Reguladora Secreción de enzimas u hormonas

Endocitosis Mediante la formación de vesículas o vacuolas a partir de la membrana plasmática la célula incorpora macromoléculas u otras partículas. Tipos: Fagocitosis, Pinocitosis y Endocitosis mediada por receptores. Citoplasma Líquido intersticial Vesícula Membrana Plasmática

Tipos de Endocitosis: Fagocitosis La membrana plasmática forma prolongaciones celulares que envuelven la partícula sólida, englobándola en una vacuola. Luego, uno o varios lisosomas se fusionan con la vacuola y vacían sus enzimas hidrolíticas en el interior de la vacuola. Pseudópodo Alimento a ser ingerido FAGOCITOSIS

Tipos de Endocitosis: Pinocitosis La membrana celular se invagina, formando una vesícula alrededor del líquido del medio externo que será incorporado a la célula. Luego se libera en el citoplasma. Membrana celular PINOCITOSIS

Tipos de Endocitosis: mediada por receptor Las sustancias que serán transportadas al interior deben primero acoplarse a las moléculas receptoras específicas. concentrados en zonas particulares de la membrana (depresiones). Cuando los receptores están unidos con sus moléculas especificas, se ahuecan y se cierran formando una vesícula. Material unido a las proteínas receptoras ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTORES Membrana celular CAVIDAD citoplasma

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