Células: la unidad básica de la vida

The inner life of a cell

Células como constituyentes de la vida y su papel Teoría celular Células como constituyentes de la vida y su papel

Células: La Unidad Básica de la Vida Puntos críticos de la Teoría Celular: Las células son las unidades fundamentales de la vida. Todos los organismos están compuestos de células. Todas las células se originaron de células preexistentes. …. Los principios que gobiernan la vida son universales (bacteria, célula humana) ….. La vida es continua y el origen de la vida en la tierra fue el origen de las células

¿Características básicas de la vida?

Células: La Unidad Básica de la Vida Una célula está compuesta por aprox. 10.000 tipos diferentes de moléculas que cumplen las tres funciones básicas: Transformar materia y energía Responder al ambiente Reproducirse

Cómo observar las células? La resolución de nuestro ojo alcanza 0.2mm (200m)  no suficiente para ver células Necesitamos microscopios para ver las células Dos tipos generales de microscopio: Microscopios de luz  lentes de vidrio para enfocar la luz visible. Poder de resolución de 0.2 m Permite ver estructuras (necesita coloración diferencial) Microscopios electrónicos tienen magnetos para enfocar un rayo de electrón los manda a una película donde se hacen visibles. La longitud de onda de ese rayo es más pequeña que la de la luz visible y por tanto la resolución es mucho mayor (alrededor de 2 nm). Microscopio óptico 1000 veces más que el ojo Microscopio electrónico 100000 de veces más que el ojo La resolución de un instrumento optico es la distancia mínima entre dos objetos, tal que estos se ven como objetos separados

Estructura de las células

En realidad las células están llenas de moléculas pequeñas y macromoléculas sin mucho espacio vacío. No como se mostró en el video anterior donde se redujo la densidad de compuestos en el citoplasma de la célula con el fin de poder ver unos pocos procesos. http://mgl.scripps.edu/people/goodsell/illustration/public/ecoli-icon.gif

Células: La Unidad Básica de la Vida La membrana celular: bicapa fosfolipídica Cada célula está rodeada por la membrana plasmática Crea un compartimento separado (pero no aislado) Bicapa de fosfolípidos + proteínas embebidas Características: Permite Homeostasis Barrera semipermeable Recibe señales del ambiente externo Adherencia a células vecinas El gricerol, que hace parte de los fosfolipidos es un alcohol con formula C3H5(OH)3, aunque la FDA de USA lo clasifique como un carbohidrato. La homeostasis es el ambiente interno constante auto-mantenido.

Células: La Unidad Básica de la Vida Las células muestran dos patrones de organización: Procariotes no tienen núcleo u otros compartimentos rodeados por membranas. Carecen de organelos propiamente dichos. Dominios Archaea y Bacteria Las primeras células debieron serlo Eucariotes tienen núcleo rodeado por una membrana y otros compartimentos (organelos) rodeados de membranas. Dominio Eukarya (protistas, plantas, animales, hongos)

Doolittle

Células Procariotes Clasificadas en Archaea y Bacterias Habitan un rango más amplio de ambientes extremos (sobre todo las Archaea) de To, pH y salinidad. cas.bellarmine.edu/tietjen/ZooLabs/

Clasificadas en Archaea y Bacterias Células Procariotes Clasificadas en Archaea y Bacterias Habitan un rango más amplio de ambientes extremos (sobre todo las Archaea) de To, pH y salinidad. Importantes ecológicamente Son generalmente más pequeñas que las células eucariotes (0.25x1.2µm a 1.5 x 4µm). Cada procariote es una célula única pero muchas veces se organizan en cadenas y grupos de individuos – ej. Biopelículas. Sobre biopelículas bacterianas y bacterias en general ver la charla de Bonnie Bassler @ TED http://www.ted.com/index.php/talks/bonnie_bassler_on_how_bacteria_communicate.html

Biopelículas

Pero NO membranas internas que rodeen organelos!!! Célula Procariote Tienen membrana plasmática (eucariotas también) pero no membranas internas. Tienen una región llamada nucleoide donde el ADN se concentra (No es un núcleo!). El citoplasma (la región rodeada por la mem. Plasmática) contiene: Citosol: fluido Partículas suspendidas: ej, ribosomas (síntesis de proteínas) 25nm Pero NO membranas internas que rodeen organelos!!! Fluido y partículas en suspensión

Características especializadas en algunos procariotas: Células Procariotes Características especializadas en algunos procariotas: La mayoría tienen pared celular (diferente a la eucariota!) rodeando la membrana plasmática. Algunas bacterias tienen otra membrana rodeando la pared celular: una membrana fosfolipídica rica en polisacáridos. Muchas veces actúa como toxina en mamíferos Algunas bacterias tienen cápsula: otra capa externa que sirve de: Protección a desecación y ataque por otras células. Y de adhesivo Pared celular determina la forma de la célula y le da soporte – peptidoglicano – forma una red de una sola molécula gigante alrededor de la célula Membrana externa no es una barrera de permeabilidad considerable

Células Procariotes - variaciones Algunas bacterias incluyendo cianobacterias, pueden llevar a cabo fotosíntesis. ¿Cómo? – membrana plasmática se pliega y hace un sistema de membranas internas Algunas tienen flagelos, estructuras locomotoras

Flagelo procariótico Flagelo Bacteriano@YouTube

Flagelo bacteriano

Células Procariotes - variaciones Algunas tienen pili, estructuras ayudan a la bacterias a adherirse a otras durante el proceso de “apareamiento” o en otras células para alimentarse o protegerse. Algunas tienen análogos al citoesqueleto eucariota (proteínas parecidas a actina)

Pili pueden ser usados para intercambio de material genético en bacterias http://en.citizendium.org/images/thumb/4/48/BacterConjugation.gif/350px-BacterConjugation.gif

Bonnie Bassler habla sobre como se comunican las bacterias http://www.ted.com/index.php/talks/bonnie_bassler_on_how_bacteria_communicate.html

Células Eucariotes Eucariotes: animales, plantas, hongos y protistas, tienen un núcleo rodeado por una membrana en cada una de sus células.

PROCARIOTAS EUCARIOTAS Nucleoide, no rodeado por membrana Nucleo, rodeado por membrana  Células pequeñas 1-10 µm. Por lo general células grandes, (10-100 µm). División celular directa –fisión binaria. No hay centríolos, huso mitótico ni microtúbulos. Mayor Reproducción asexual División celular por mitosis Presenta huso mitótico, o alguna forma de ordenación de microtúbulos. Puede haber rep sexual (no siempre) Tendencia unicelular Tendencia multicelular y formax de tejidos Formas anaerobias estrictas, facultativas, microarerofílicas y aerobias Casi exclusivamente aerobias No organelos Cloroplastos, mitocondrias, Nucleo, RE Flagelos simples formados por la proteína flagelina Flagelos compuestos,  (9+2) formados por tubulina y otras proteínas Hay fotosintéticos: enzimas en las membranas celulares Hay fotosintéticos: en las membranas del cloroplasto

Compartimentos rodeados por membranas = organelos. Células Eucariotes Mayor tamaño (~10x). Compartimentos rodeados por membranas = organelos. Compartimentalización: diversas funciones – reacciones químicas

Organelos que Procesan Información NÚCLEO Usualmente organelo más grande – 5µm diámetro (exc – vacuola) Contiene la mayoría de ADN de la célula Se da la replicación Control genético de las actividades celulares Nucleolo: dentro del núcleo. Se ensamblan ribosomas (RNA + proteínas) Nucleo es más grande que la mayoría de células procarioticas

El Núcleo está rodeado por la membrana nuclear.

Organelos que Procesan Información Nucleoplasma = agua y sustancias disueltas Envoltura nuclear = dos membranas separadas 10-20 nm Desaparece durante la división celular y reaparece después – cómo???. Perforaciones = poros nucleares por donde pasa lo que entra y sale del núcleo >100 proteínas diferentes ARN y proteínas deben pasar a través de esos poros para entrar o salir del núcleo.

- Por el poro solo pasan cosas pequeñas - Medianas se demoran más - Grandes deben ser importadas por proteínas en los poros Ej: proteínas deben tener Señales de Localización Nuclear - cambian conformación de proteínas de poro ……. abren Señales de loc nuclear deben ser necesarias y suficientes para pasar el poro nuclear Izq: lámina nuclear (proteínas laminas polimerizadas). Mantiene la forma del núcleo por uqe se une a la cromatina y a la envoltura nuclear Lámina nuclear red de proteínas que dan forma al nucleo

Organelos que Procesan Información La cromatina = ADN + proteínas Suelta cuando no en división Empaquetada en cromosomas cuando división Cromatina dispersa Cromosoma

Organelos que Procesan Información RIBOSOMAS Sitios donde se lleva a cabo la síntesis de proteínas ARNr + ~50 proteínas Tanto en proca como en euca Dónde? Libres en citoplasma, unidos al RE, en mitocondrias y cloroplastos

El Sistema de Endomembranas Membranas internas de la célula Retículo endoplásmico Aparato de Golgi

El Sistema de Endomembranas RETÍCULO ENDOPLASMICO (RE) Red de membranas interconectadas en citoplasma Continuo con la envoltura nuclear

El Sistema de Endomembranas RETÍCULO ENDOPLASMICO (RE)

El Sistema de Endomembranas RETÍCULO ENDOPLASMICO (RE) Red de membranas interconectadas en citoplasma Continuo con la envoltura nuclear Su lumen está aislado del ambiente citoplasmático – composición de iones y proteínas diferente Gran superficie Tamaño grande pero depende de la célula….

El Sistema de Endomembranas El RE rugoso (RER) tiene ribosomas anclados a él. Temporalmente Segrega y reparte las proteínas sintetizadas por los ribosomas – las que no van al citoplasma Modifica proteínas  función y localización El RE liso (REL) es una región libre de ribosomas. Modifica moléculas pequeñas (drogas, toxinas) que entran a la célula Modifica algunas proteínas Sintetiza lípidos (e.g., esteroides) Hidroliza glicógeno en células animales

El Sistema de Endomembranas Qué proteínas entran al RE? Las Exportadas fuera de la célula Las Incorporadas en membranas (plasmática y de organelos) Las que se quedan en RE, van al Golgi, lisosoma…. Las que necesitan formar puentes disulfuro, o glicosilarse Tienen señal en parte N terminal Cuáles no? Las que se quedan en el citoplasma Las que van a otros organelos (Mitocondria, Cloroplasto) No tienen señal o tienen señales diferentes

El Sistema de Endomembranas APARATO DE GOLGI Conjunto de sacos membranosos o cisternas Su forma depende de la célula en cuestión Diferente en vertebrados – en el resto es más fragmentado en cisternas

El Sistema de Endomembranas APARATO DE GOLGI

El Sistema de Endomembranas APARATO DE GOLGI – Funciones Recibe proteínas del RE que necesitan más modificaciones Concentra, empaca y reparte proteínas para que vayan a su destino final Sintetiza componentes de pared celular de plantas

El Sistema de Endomembranas APARATO DE GOLGI Cómo van proteínas de RE a Golgi y de Golgi a otros lados? Se forman vesículas con las proteínas adentro Fusión – separación –fusión de membrabas

El Sistema de Endomembranas APARATO DE GOLGI 3 partes que cumplen funciones diferentes Cis: recibe proteínas del RE Trans: las manda a otros lados

http://www.biostudio.com/index_%20cell%20anim ation%20mac.htm

El Sistema de Endomembranas Lisosomas Vesículas que se originan en Golgi Tienen enzimas digestivas Funciones: Digieren componentes celulares ya utilizados Digieren macromoléculas (a sus monómeros) y material extraño que entra por fagocitosis

Los Lisosomas Aislan las Enzimas Digestivas del Citoplasma

Organelos que Procesan Energía MITOCONDRIA Convierte la energía química potencial de ciertas moléculas en una forma de energía que la célula pueda aprovechar (ATP). Respiración celular: Nutrientes y O2  ATP Células que requieren mucha energía tienen muchas mitocondrias.

Membrana externa e interna Cristas en membrana interna <1.5µm diametro Número variable Membrana externa e interna Cristas en membrana interna Proteínas insertadas Matriz: DNA, ribosomas, proteínas Tamaño parecido al de una bacteria Crista y matriz tienen las moleculas para respiración Crista: gran are de superficie para las moléculas que participan en la respiración

Organelos que Procesan Energía PLASTIDIOS Solo en células vegetales y algunos protistas Funciones especializadas Varios tipos: Cloroplastos Leucoplastos Cromoplastos CLOROPLASTOS Un tipo de plastidios especializados en fotosíntesis

Organelos que Procesan Energía CLOROPLASTOS Un tipo de plastidios especializados en fotosíntesis – tienen clorofila Pueden tener varias formas y tamaños

Sistema de doble membrana Pero además: Tilacoides y Grana (membrana muy plegada) Estas membranas tiene clorofila y otros pigmentos El estroma contiene ADN y ribosomas Algunos organismos son verdes por que hacen simbiosis con organismos fotosintéticos

Cómo se estudian los organelos? Por microscopía o separándolos fisicoquímicamente Azul: Núcleo Rojo: Cloroplastos Verde: Mitocondrias Kato et al., 2008. Plant Methods 4:9

Cómo se estudian los organelos? Por microscopía o separándolos fisicoquímicamente Bernal et al, 2005

Citoesqueleto Soporta y mantiene la forma de la célula Mantienen a los organelos en su posición Mueve lo organelos Interactúa con estructuras extracelulares para mantener a la célula en su sitio. Está compuesto de: Microfilamentos Filamentos intermedios Microtúbulos

Citoesqueleto Moviento, forma Anclaje de células Motilidad Microfilaments: Help a cell or parts of a cell to move Determine cell shape Made from the protein actin Actin has + and – ends and polymerizes to form long helical chains (reversible) Intermediate filaments: Many different kinds in six molecular classes Tough, ropelike protein assemblages Anchor cell structures in place Resist tension Microtubules: Form rigid internal skeleton in some cells Act as a framework for motor proteins Made from the protein tubulin—a dimer Have + and – ends Can change length rapidly by adding or losing dimers Moviento, forma Anclaje de células Motilidad

Microtúbulos

Próxima clase – solo el viernes Leer los capítulos sobre Membranas celulares (capítulo 6 en LIFE9) y transmisión de señales y comunicación celular (Capítulo 7 en LIFE9 )