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BLOQUE I.
LA CÉLULA Y LA BASE FÍSICO-QUÍMICA DE LA VIDA
TEMA 2. LA CÉLULA: UNIDAD DE ESTRUCTURA Y FUNCIÓN
PROGRAMA
La célula: Unidad de estructura y función. Teoría celular. Diferentes métodos de estudio de la célula.
Modelos teóricos y avances en el estudio de la célula. Modelo de organización en procariotas y eucariotas,
mostrando la relación entre estructura y función. Comparación entre células animales y vegetales.
Componentes moleculares de la célula: Tipos, estructura, propiedades y papel que desempeñan. Exploración
experimental y algunas características que permitan su identificación.
CONTENIDOS MÍNIMOS
LA CÉLULA: Origen, organización y estructura.
TEORÍA CELULAR. Resumen histórico. Contribuciones de Hooke (1665), Graaf (1672), Van Leeuwenhoek
(1673), Scheleiden y Schwann (1839), Virchow (1858) y Ramón y Cajal (1889) Principios de la teoría
celular: La célula como unidad anatómica, fisiológica y de reproducción de los seres vivos. La célula como
unidad bioquímica y genética.
MODELOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR. Diferencias entre la célula procariota y eucariota. Diferencias
entre célula animal y vegetal. Organismos con estos tipos de organización celular. Evolución celular:
origen de los primeros organismos celulares procariotas y su evolución posterior, teoría de la
simbiogénesis (endosimbiosis) sobre el origen de las células eucariotas. Formas acelulares: virus.
Estructura y ciclos de multiplicación vírica. Relación de los virus con las células.
LA CÉLULA PROCARIOTA. Estructura de la célula procariota. Las bacterias como ejemplo de organización
procariótica. Membrana plasmática con mesosomas, cápsula, pared celular de bacterias Gram-positivas y
Gram-negativas, ribosomas 70 S, ADN circular, flagelos, pelos, plásmidos.
LA CÉLULA EUCARIOTA
 Membrana plasmática. Componentes químicos. Estructura y función. Modelo del mosaico fluido
(Singer y Nicolson, 1972) Funciones de la membrana plasmática: transporte de sustancias,
reconocimiento celular, recepción y transmisión de estímulos. Transporte a través de la membrana:
difusión. Transporte mediado activo y pasivo. Bomba de Na+/ K+. Diferenciaciones de la membrana
plasmática: uniones adherentes o desmososmas, uniones impermeables y uniones comunicantes o en
hendidura.
 La pared celular vegetal: Composición química, organización de la pared celular (primaria y
secundaria) Funciones de la pared.
 El citosol o hialoplasma: Composición, función como sede de reacciones metabólicas. Citoesqueleto:
Microfilamentos (de actina), microtúbulos (de tubulina en centríolos, cuerpos basales, cilios y flagelos)
y filamentos intermedios (de queratina y otras proteínas) Centríolo: estructura y función. Cilios y
flagelos: Estructura y función. Ribosomas: estructura y función. Inclusiones: composición, tipos y
función.
 Orgánulos de membrana simple. Retículo endoplasmático: Rugoso (RER) y liso (REL) Estructura
y función. Aparato de Golgi (AG): estructura y función. Lisosomas: composición y función. Tipos
de lisosomas: primarios y secundarios (fagolisosomas y autofagolisosomas) Peroxisomas:
composición, estructura y función. Vacuolas: composición y tipos. Función.
 Orgánulos de doble membrana. Mitocondria: composición, estructura y función. Origen y grado
de autonomía. Cloroplastos: composición estructura y función. Origen y grado de autonomía.
Núcleo. Núcleo interfásico: nucleoplasma, membrana nuclear, nucléolo y cromatina: Tipos y
estructura de la cromatina) Núcleo mitótico: Los cromosomas (estructura y tipos)
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MAPA CONCEPTUAL
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ÍNDICE
1. DESCUBRIMIENTO DE LA CÉLULA Y LA TEORÍA CELULAR
2. FORMA, TAMAÑO Y ESTRUCTURA GENERAL DE LA CÉLULA
3. MÉTODO DE ESTUDIO DE LA CÉLULA
4. LAS ENVOLTURAS CELULARES:
a. Membrana plasmática.
b. Matriz extracelular.
c. Pared celular.
5. EL CITOPLASMA
6. EL CENTROSOMA
7. LOS ORGÁNULOS CELULARES:
a. Los ribosomas.
b. El retículo endoplasmático: Rugoso (RER) y liso (REL)
c. Aparato de Golgi
d. Los lisosomas
e. Vacuolas e inclusiones
f. Peroxisomas y glioxisomas
g. Mitocondrias
h. Cloroplastos
8. EL NÚCLEO:
a. Envoltura nuclear
b. Nucleoplasma y nucleolo
c. Cromatina y cromosomas
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DESCUBRIMIENTO DE LA CÉLULA Y LA TEORÍA CELULAR
 Los primeros conocimientos sobre la célula datan de 1665, fecha en que Robert Hooke publicó los
resultados de sus observaciones sobre tejidos vegetales (preparaciones de corcho) realizadas con un
microscopio de 50 aumentos construido por él mismo. Este investigador fue el primero que, al ver en
esos tejidos unidades que se repetían a modo de celdillas de un panal, llamó a esas unidades de
repetición células (del latín cellulae= celdillas) Pero Hooke sólo pudo observar células muertas por lo
que no pudo describir las estructuras en su interior.
 Contemporáneo de Hooke (mediados del siglo XVII a principios del siglo XVIII), Van Leeuwenhoek
construyó un microscopio de 200 aumentos. Con él visualizó pequeños organismos vivos del agua de
una charca y pudo ver por primera vez protozoos, levaduras, espermatozoides, glóbulos rojos de la
sangre, etc.
 Graaf, Renier de (1641-1673), anatomista holandés al que se debe el nombre de folículo ovárico.
 Brown, Robert describe el núcleo (1831), elemento característico de las células eucarióticas.
 Schleiden, Matthias (1838), botánico alemán, publica estudios sobre células vegetales (1838)
 Schwann, Teodor (1839), zoólogo alemán, publica estudios sobre células animales.
 Wirchow, Rudolph (1855) llega a la conclusión de que todas las células se derivan de células
preexistentes (1858)
 Ramón y Cajal, Santiago (1852-1934), histólogo español que describió que las células del sistema
nervioso estaban unidas funcionalmente a través de las sinapsis, pero físicamente separadas. Recibió
por ello el Premio Nobel de Medicina en 1906.
La teoría celular (*) fue iniciada por M.Schleiden (1838) y T.Schwann (1939), y completada por
R.Virchow (1855) Sus principios básicos son:
 La célula es la unidad estructural (morfológica) de los organismos. Quiere decir que todos los seres
vivos (organismos) están formados por células: una sola en los organismos unicelulares y muchas
(miles o millones) en los pluricelulares. De acuerdo con esto, los virus, al carecer de estructura
celular, no serían organismos.
 La célula es la unidad funcional (fisiológica) de los organismos. El funcionamiento de un organismo
depende del de sus células.
 La célula es la unidad genética de los organismos. Los organismos al reproducirse se originan a partir
de una célula. Es decir, las células sólo pueden existir a partir de células preexistentes. Con la
aportación de Virchow quedó expreso este tercer principio de la teoría celular.
El resumen de estos tres principios sería: La célula es la unidad vital de la materia viva. Quiere indicar
que la célula es la estructura organizada más sencilla con propiedades y funciones.
Posteriormente, con las aportaciones de numerosos científicos del campo de la investigación genética
(Sutton y Boveri) se fijó el llamado cuarto postulado:
 La célula es la unidad genética autónoma de los seres vivos.
En resumen, la teoría celular enuncia que la célula es la unidad morfológica, fisiológica y genética de
todos los seres vivos.
FORMA, TAMAÑO Y ESTRUCTURA GENERAL DE LA CÉLULA
(*) La célula es una estructura formada por tres elementos básicos: membrana plasmática,
citoplasma y material genético (ADN) Posee la capacidad de realizar tres funciones vitales: nutrición,
relación y reproducción.
La célula es la unidad más simple conocida, lleva a cabo esas tres funciones vitales por sí misma,
es decir, sin necesidad de otros seres vivos.
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(*) Los virus, aunque considerados por algunos autores como seres
vivos, precisan invadir a una célula viva para conseguir la reproducción, por
lo tanto no son la forma más simple de vida autónoma. Deben ser
considerados como una forma de vida acelular.
Fig. Virus bacteriófago
Las células presentan una gran variabilidad de formas, e incluso algunas no ofrecen una forma
fija. Pueden ser: Fusiformes (forma de huso), estrelladas, prismáticas, aplanadas, elípticas, globosas,
redondeadas, etc. Algunas no tienen pared rígida y otras sí, lo que les permite deformar la membrana y
emitir prolongaciones citoplasmáticas (pseudópodos) para desplazarse o conseguir alimento. Hay células
libres que no muestran esas estructuras de desplazamiento pero poseen cilios o flagelos que son
estructuras derivadas de un orgánulo celular (centríolo) el cual dota a estas células de movimiento.
Las células pueden estar unidas, formando tejidos, y pueden no poseer una pared rígida que las
envuelva. En este sentido, las uniones entre células generan un tipo de tensiones que condiciona la forma
final del tejido resultante.
Los tejidos formados por células que sí posee esta rígida pared celular por el contrario presentan
una forma mucho más estable.
La función que realice una célula determina la forma de la misma. Así encontramos diferentes
tipos de células: células contráctiles que suelen ser alargadas. Las del tejido nervioso irregulares y con
prolongaciones que permiten la transmisión del impulso nervioso. Las del intestino suelen tener pliegues
en una de sus caras (microvellosidades) que amplían su superficie de contacto y de intercambio de
sustancias. Y, finalmente, las epiteliales que suelen ser cúbicas o prismáticas.
El tamaño es extremadamente variable. Existen bacterias con 1 ó 2 micras de longitud (1
micrómetro=10-6
m) y, sin embargo, algunos huevos de aves pueden medir hasta 7 cm (avestruz) En
cualquier caso para que la célula pueda vivir y funcionar bien siempre se debe tener en cuenta la relación
superficie-volumen. También es importante la relación entre volumen citoplasmático y volumen nuclear.
Dentro de la estructura general de una célula debemos señalar las partes que poseen todas las
células de forma común: membrana plasmática, citoplasma y ADN o material genético y los orgánulos o
estructuras que las hacen diferentes según sean procariotas, eucariotas, animales o vegetales.
Todo tipo de células presenta básicamente las siguientes características comunes (*):
o Mismo tipo de material (ADN) y funcionamiento (código genético) genéticos.
o Misma moneda energética: ATP.
o Misma envoltura celular: la membrana citoplasmática.
o Reacciones bioquímicas catalizadas por enzimas.
Hay dos tipos de células según su organización estructural (*):
1. Estructura celular procariótica.
Fig. Célula procariótica
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Se caracteriza porque su material
genético no está rodeado de envoltura y
por tanto carece de núcleo constituido
como tal. Sólo las bacterias y
cianobacterias (Reino Moneras) tienen
este tipo de organización celular.
Tienen en común con el resto de las
células de otros organismos vivos una
membrana plasmática, citoplasma y
material genético, pero además
muestran, por fuera de la membrana
plasmática, una gruesa pared celular. En
su interior son mucho más simples que
las eucariotas y sólo existen ribosomas y unas pequeñas invaginaciones de la membrana, llamadas
mesosomas. No presentan núcleo y su ADN se encuentra más o menos condensado en una porción de
nucleoplasma llamada nucleoide.
Las células procariotas suelen ser de pequeño tamaño. Carecen, como decimos, de núcleo
diferenciado, poseen un único cromosoma circular (sin proteínas) También pueden tener pequeñas
moléculas de ADN llamadas plásmidos, las cuales se replican de forma independiente respecto al
cromosoma. Nunca tienen ni mitocondrias ni plastos.
Salvo en raras excepciones, presentan una pared celular de peptidoglucano o mureína. A veces,
también están rodeadas por una cápsula o capa viscosa por fuera de la pared celular. Pueden llevar
flagelos, pero su estructura y funcionamiento son diferentes a los de las células eucariotas
El citoplasma de la célula bacteriana contiene ribosomas (70 S) y gránulos de almacenamiento
con glucógeno, lípidos, etc. La membrana celular está plegada hacia dentro, esas extensiones se
denominan mesosomas que funcionan en diversos procesos metabólicos.
(*) El médico danés Christian Gram ideó un método de tinción, que lleva su nombre, y que divide
a las bacterias en dos grandes grupos:
 Las bacterias que absorben y conservan el colorante llamado violeta de genciana se denominan
(Gram +). Sus paredes son muy gruesas y son, principalmente, de peptidoglucano. Ej.,
Staphylococcus y Streptococcus.
 Las que no lo conservan, (Gram -) Su cubierta externa tiene varias capas: una membrana celular
externa, una capa delgada de peptidoglucano y una externa de lipoproteína y lipopolisacárido. Ej.
Escherichia coli y Salmonella.
Cada tipo de pared le da a la bacteria unas características. P.ej., la penicilina es mucho más
eficaz contra las Gram +, ya que el antibiótico interfiere con la síntesis de peptidoglucano, por lo que la
pared celular se vuelve muy frágil.
Muchas bacterias Gram- poseen apéndices filiformes (como hilos) a los que se les denomina
vellosidades, que son órganos de fijación a ciertas superficies. En ocasiones, las vellosidades están
involucradas en la transmisión de plásmidos de unas bacterias a otras y se denominan pilis o fimbrias.
2. Estructura celular eucariota (*) Las células eucarióticas son propias del resto de los reinos de la
naturaleza (protoctista, hongos, animal y vegetal) Presentan membrana plasmática, citoplasma ( más
complicado que en procariotas) que contiene un complejo sistema endomembranoso (retículos,
aparato de Golgi, vesículas, vacuolas, etc.), unos orgánulos transductores de energía (mitocondrias y
cloroplastos) y estructuras carentes de membrana (centriolos, ribosomas, microtúbulos y
microfilamentos). 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.
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(*)
DIFERENCIAS CÉLULA PROCARIOTA CÉLULA EUCARIOTA
Núcleo No Sí
Material genético ADN circular formando un cromosoma
bacteriano
ADN abierto formando varios
cromosomas independientes
Ribosomas 70 S 80 S
Endomembranas No Sí
Fisiología celular En el mesosoma En orgánulos diferenciados
Reproducción División binaria Mitosis
(*) Por otra parte, la célula de estructura eucariótica puede ser de dos tipos: animal y vegetal, que se
diferencian básicamente en lo siguiente:
ESTRUCTURAS ANIMAL VEGETAL
Pared celular de celulosa No Sí
Orgánulos especiales: plastos No Sí; el principal es el cloroplasto
Material de reserva energética Glucógeno Almidón
Centrosoma Sí No
En cuanto al origen de las células (y, por extensión de los organismos pluricelulares), parece ser
que proviene de una forma ancestral, el progenote, que evolucionó por cambios en su información
genética. Estas células pudieron originarse a partir de moléculas preexistentes.
Una vez que se agregaron estas moléculas, tuvieron que ocurrir dos hechos: que apareciera una
que tuviera la información genética capaz de dirigir la vida celular y de pasar su información de generación
en generación, y la aparición también de una membrana que aislase la primitiva célula del medio externo.
Parece ser que la primera molécula con capacidad autorreplicativa fue el ARN. Surgiendo posteriormente
el ADN.
Para explicar el origen de las células eucarióticas hay dos teorías:
1. Origen autógeno La célula eucariota se origina de la procariota al desarrollar sistemas
endomembranosos y orgánulos internos rodeados de membrana.
2. Origen endosimbiótico (*) La teoría más aceptada en la actualidad es la teoría
endosimbiótica de Lynn Margullis (1970), según la cuál algunos orgánulos fundamentales de las
células eucarióticas (como las mitocondrias y cloroplastos) proceden de asociaciones endosimbióticas
El material genético está agrupado
y envuelto por una membrana,
constituyendo un núcleo verdadero.
Todos los organismos, excepto los
anteriores, presentan sus células con
esta organización.
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entre una célula primitiva con capacidad de fagocitosis, y distintos tipos de procariotas primitivos. Así,
los cloroplastos procederían de bacterias especializadas en la producción de materia orgánica que
utilizan la luz del sol mediante el proceso de fotosíntesis. Las cianobacterias actuales (bacterias verde-
azuladas) se parecen bastante a los cloroplastos. Las mitocondrias procederían de bacterias capaces
de tomar oxígeno de la atmósfera y combinarlo con protones y electrones procedentes de reacciones
metabólicas, con lo que obtienen gran cantidad de ATP en el proceso denominado respiración
aerobia. Las rodobacterias actuales (bacterias rojas) se parecen bastante a las mitocondrias.
Además, en los dos tipos de orgánulos podemos encontrar ADN y ribosomas, lo que podría constituir
una prueba de su origen bacteriano.
MÉTODOS DE ESTUDIO DE LA CÉLULA
Básicamente hay tres tipos:
a) Microscopia
Para la visualización de las células y sus estructuras, por lo general no visibles a simples vista, se
requiere la utilización de aparatos ópticos específicos, llamados microscopios. Hoy en día se clasifican
en ópticos y electrónicos.
Consiste en el aumento del objeto a observar, dado que el ojo humano tiene un poder de resolución
(= distancia mínima entre dos puntos para poder observarlos separadamente) de 0,1 mm, y las células
tienen tamaños inferiores. Hay dos tipos de microscopía como decimos:
o Microscopía óptica Utiliza luz visible y lentes ópticas para aumentar la imagen. Su
poder de resolución puede llegar a 0,2 micras (micra, micrómetro o micrón= milésima de
milímetro, 10-6
m), con lo que un objeto puede ser ampliado un máximo de 1500 veces.
Permite la observación de células vivas.
o Microscopía electrónica Utiliza haces de electrones y lentes electromagnéticas,
consiguiendo un poder de resolución de 100 Angstroms (1 Angstrom= 10-10m
), ampliando un
objeto hasta 250000 veces, que mediante trata miento óptico o digital puede llegar hasta el
millón de aumentos, mil veces más que el óptico.
Para obtener preparaciones duraderas el proceso es más largo y complejo. Se requieren técnicas
de fijación, inclusión, corte y coloración. Estos procesos son diferentes según estemos trabajando con
microscopio óptico o electrónico.
b) Fraccionamiento celular Consiste en la rotura de las células mediante un proceso osmótico,
ultrasonidos, lisis enzimática o de forma mecánica, y posteriormente una centrifugación que concentrará
en diversas fases a los distintos orgánulos según su tamaño, con lo que se obtendrán separadamente,
permitiendo más fácilmente su estudio.
c) Citoquímica Mediante reacciones coloreadas, enzimáticas o de inmunofluorescencia, se averigua
la composición bioquímica de las estructuras celulares, su localización y su funcionamiento.
ESTRUCTURA DE LA CÉLULA EUCARIÓTICA
Todo tipo de célula eucariótica (animal o vegetal) presenta tres partes bien diferenciadas: la
membrana citoplasmática (igual en todas las células y en todos los orgánulos citoplasmáticos), el
citoplasma y el núcleo.
Las envolturas celulares son capas que separan el medio interno del exterior. Son: la membrana
plasmática, que posee todas las células (eucariotas y procariotas) y las membranas de secreción (que
pueden faltar) Son membranas de secreción: la matriz extracelular (de animales), la pared vegetal (de
vegetales) y la pared bacteriana (en bacterias)
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1. LA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA
Es una envoltura continua y flexible, de unos 75 Anstrongs de espesor, que rodea completamente a la
célula separándola del medio externo e impidiendo la salida del contenido celular, pero permitiendo
intercambios de materiales.
Composición, estructura y función de la membrana (*)
El modelo de”mosaico fluido”de Singer Nicolson (1972), es el más aceptado porque es el que
mejor explica las propiedades de la membrana. Consta de una matriz fluida de doble capa de lípidos, con
sus zonas polares (grupos -COOH) en ambos lados de la membrana y sus zonas hidrófobas (cadenas
hidrocarbonadas) en la parte interna, con proteínas que atraviesan su espesor, bien libres (proteínas
periféricas), o unidas a los lípidos (proteínas intrínsecas), y con función enzimática o de transporte. Los
lípidos en bicapa son fosfo y glucolípidos (lípidos de membrana), con un fuerte poder anfipático, y otros
que confieren estabilidad estructural (colesterol)
En la parte externa de la membrana celular de muchas células animales, se presentan
oligosacáridos unidos a los lípidos y a las proteínas formando el glucocálix, con función antigénica y de
reconocimiento celular.
La matriz extracelular es el material que rodea a las células, dando cohesión a los distintos
tipos de tejidos y órganos. Generalmente, las propias células son las que segregan la matriz, que está
formada por agua, proteínas fibrosas y heteropolisacáridos. Sirve de unión en los tejidos conectivos,
cartilaginoso y conjuntivo. Puede acumular sales, originando tejido óseo o quitina y dando lugar a
exoesqueletos.
(*) La membrana sirve para el mantenimiento íntegro del medio interno celular, el intercambio
de sustancias, el movimiento (pseudópodos), y el reconocimiento molecular y celular.
Diferenciaciones de la membrana..
Son estructuras formadas a partir de la membrana o que la recubre externamente:
 Microvellosidades o invaginaciones. Son finas prolongaciones externas o internas
(respectivamente), que sirven para aumentar la superficie de contacto celular (p.ej. las
microvellosidades de las células epiteliales del intestino delgado)
 Uniones celulares (*) Son estructuras para unir y comunicar a las células. Hay de muchos
tipos: desmosomas (filamentos proteicos formando placas de unión), uniones gap (unión por túbulos
proteicos y con un pequeño espacio intercelular), uniones herméticas (ajuste de las membranas de
células mediante hebras proteicas), etc.
 Pared celular (*) Es exclusiva de las células de tipo vegetal, y consiste en un componente
amorfo llamado matriz, en el que se encuentran las fibras de celulosa que, segregada por la propia
célula, se dispone en capas superpuestas. La matriz se forma de agua, sales, monosacáridos,
hemicelulosas y pectinas.
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Fig. Uniones celulares
Desde el punto de vista estructural, la pared consta de tres capas:
o La lámina media que es lo que queda entre las dos membranas de las células hijas tras
la mitosis. Se compone fundamentalmente de matriz.
o La pared primaria la forma la célula vegetal entre su membrana plasmática y la lámina
media. Es de celulosa.
o La pared secundaria es fabricada por la célula, una vez finalizado su crecimiento, y se
sitúa entre la membrana plasmática y la pared primaria. Puede constar entre tres y veinte
capas de celulosa, pero menos hidratada que la anterior y los haces, más abundantes, están
colocados paralelamente. Además, según los tipos de células vegetales, puede incorporar
sales minerales, lignina, suberina o cutina.
Es un exoesqueleto que perdura aún después de muerta la célula. Es un buen tejido de sostén y
permite a los vegetales alcanzar gran altura. Puede tener punteaduras (adelgazamientos de la pared),
plasmodesmos (finos filamentos de citoplasma que conectan los citoplasmas de células vegetales
vecinas, pasando a través de sus paredes celulares), y estar impregnada, como hemos dicho, de otras
formaciones: lignina, suberina (corcho), cutina, etc.
Tiene como función dar rigidez a la célula e impedir su rotura, que sería muy fácil de no existir
esta pared, debido a que en el citoplasma existe una elevada concentración de moléculas que origina una
corriente de agua hacia el interior celular, hinchando a la célula. Si no existiera la pared, la célula
reventaría.
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(*) El transporte a través de la membrana es un proceso fundamental para el correcto
funcionamiento de la célula, así que existen mecanismos que regulen tanto las entradas de moléculas
necesarias como la salida de desechos. Los tipos de transporte citados a continuación son aplicables a la
membrana plasmática y al resto de membranas celulares. Las partículas de gran tamaño entran por
endocitosis (=las partículas se fijan a receptores especiales de la membrana, ésta se invagina y se
estrangula formando vesículas en el interior de citoplasma) Cuando se engloba por endocitosis
estructuras voluminosas (p.ej., bacterias) por los protozoos o leucocitos, el proceso se denomina
fagocitosis. La pinocitosis es otra forma de endocitosis en la que se introduce al interior celular
sustancias líquidas, generalmente.
(*) En la exocitosis, las sustancias encerradas dentro de vesículas membranosas son
conducidas hacia la membrana superficial. Allí la vesícula se fusiona con ésta, liberándose al exterior el
contenido.
(*) Las partículas más pequeñas (iones, moléculas) lo hacen mediante dos tipos de procesos:
Transporte pasivo y transporte activo:
 Transporte pasivo Se caracteriza porque no consume energía, ya que se produce a favor de
gradiente de concentración. Si la molécula a transportar es un ión, se desplazará siguiendo un
gradiente eléctrico, ya que el interior celular es negativo con respecto al medio extracelular,
favoreciéndose la entrada de aniones. Si la molécula no tiene carga, se sigue un gradiente químico;
esto es un gradiente de concentraciones, pasando la molécula del sitio donde su concentración es
mayor hacia donde ésta menor. Dentro del transporte pasivo se distinguen dos tipos: difusión simple
y difusión facilitada.
o Difusión simple Consiste en el paso de pequeñas moléculas liposolubles que
atraviesan la membrana a favor de gradiente electroquímico. Así, entran o salen de la célula
todos los gases, agua y algunas hormonas de origen lipídico (esteroideas) En el caso de los
iones, debido a su carga, tienen dificultad en atravesar la membrana lipídica por la que
existen proteínas de canal que son muy específicas (canal de Na, de Cl, etc.) Además la
mayoría de estos canales suelen estar cerrados y sólo se abren ante algunas señales.
o Difusión facilitada Es un proceso por el que pasan, siempre a favor de gradiente,
moléculas polares que no pueden atravesar la membrana lipídica y que entran y salen de la
célula gracias a proteínas enzimáticas transportadoras (permeasas) que son muy
específicas también. Así se transporta, p.ej., la glucosa.
 Transporte activo Se caracteriza porque la célula consume energía en forma de ATP para
realizarse. Además puede realizarse en contra de gradiente de concentración de la sustancia. Siempre
intervienen proteínas transmembrana, que introducen o extraen moléculas en contra también de
gradiente electroquímico. A estas proteínas se les llama transportadoras. Existen tres tipos según
se realice el transporte:
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o Uniporte. Si sólo se transporta una molécula en un solo sentido.
o Simporte Si se transportan dos moléculas en el mismo sentido.
o Antiporte Si se transportan dos moléculas en sentidos contrarios simultánea o
sucesivamente. El caso mejor conocido de antiporte es el de la”bomba de Na+
/ K+
” que
expulsa tres moléculas de Na de la célula e introduce dos de K. De este modo se
consigue que la célula presente carga negativa en el interior con respecto al exterior. La
enzima ATP-asa ha sido señalada como portador enzimático en el trasporte de Na+
y K+
a través de la membrana. Este tipo de transporte activo sirve para mantener el balance
de iones en las células, especialmente los gradientes de concentración de Na y K,
importante para la actividad de las células musculares y para las nerviosas.
Fig:
1. Difusión simple
2. Difusión a través de canales
3. Difusión facilitada
4. Transporte activo
Fig. Transporte activo
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2. EL CITOPLASMA
Es el medio interno celular, en estado coloidal (citosol=hialoplasma), conteniendo todo tipo de
materiales orgánicos e inorgánicos, y (*) donde se llevan a cabo ciertos procesos metabólicos: glucólisis,
fermentaciones, almacenamiento de materiales, etc. En el citoplasma se encuentran estructuras
membranosas, orgánulos con ó sin membrana y una red de filamentos proteicos: el citoesqueleto.
El hialoplasma está formado por agua y sustancias dispersas en él de forma coloidal (proteínas,
lípidos, glúcidos, ácidos nucléicos y nucleótidos, así como sales disueltas)
a) El Citoesqueleto (*)
Recorriendo todo el citoplasma hay una densa red de filamentos y túbulos proteicos de tres tipos,
que forman el citoesqueleto, cuya función es la de mantener la forma de la célula, formar pseudópodos,
contraer las fibras musculares, transportar y organizar orgánulos celulares. Estos son:
 Microfilamentos de actina: Son los más finos. De función estructural; para permitir
los movimientos ameboideos; y junto con la miosina, interviene en la contracción muscular y en
la formación del anillo contráctil que produce el estrangulamiento celular al final de la mitosis de
las células animales.
 Filamentos intermedios: Tienen un diámetro intermedio y están compuestos por proteínas
fibrosas muy estables y resistentes. Con función estructural. P.ej., los neurofilamentos que
dan resistencia a los axones de las neuronas.
 Microtúbulos de tubulina: Con estructura de cilindro hueco. Estos microtúbulos son muy
lábiles pues se polimerizan por su extremo (+) y sé despolimerizan por el otro (-) Forman los
centríolos, el huso acromático, los pseudópodos y sirven de canales de transporte intracelular.
b) Estructuras membranosas
Constituidas por membrana celular de similar tipo a la membrana citoplásmica. Son de dos tipos: el
retículo endoplasmático y el aparato de Golgi.
 Retículo endoplasmático (RE):
Sistema membranoso y tubular que se extiende por todo el citoplasma y comunica con la
membrana nuclear. (*) Puede llevar adosados a sus caras externas gran cantidad de ribosomas que
fabrican proteínas enzimáticas y de membrana (RER granular ó rugoso), o bien no llevarlos,
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encargándose de la síntesis de lípidos de membrana y del transporte de sustancias (REL agranular ó
liso)
Fig. Aparato de Golgi
 Aparato de Golgi
(*) Constituido por un conjunto de sáculos discoidales y vesículas ó cisternas de secreción que se
apilan en formaciones de 4-8 unidades, formando un dictiosoma. Una célula puede tener uno o
varios dictiosomas. Las membranas se apilan formando una cara cis, cerca del núcleo, y otra cara
trans, cerca de la membrana citoplasmática, y hacia donde se van formando las cisternas cargadas
de moléculas orgánicas.
A la cara cis del aparato de Golgi llegan sustancias provenientes del RE, a través de las
vesículas de transición. Estas sustancias pasan de un sáculo a otro mediante vesículas de
transporte, que salen de un sáculo por gemación y se fusionan con el siguiente. De esta forma las
sustancias se van transformando a su paso por el dictiosoma hasta llegar a la cara trans, de la que
salen mediante las vesículas de secreción.
(*) Se sitúa cerca del núcleo y se encarga de organizar la circulación molecular de la célula,
transportando, madurando y acumulando proteínas del RE rugoso y lípidos de membrana del RE liso.
Además, en las células vegetales se encarga de la síntesis de los glúcidos de la pared celular (celulosa
y hemicelulosa)
(*) Las proteínas formadas se clasifican en función de su destino final: unas lo hacen en vesículas
que originan los lisosomas primarios; otras lo harán en vesículas cuyo destino será la membrana
plasmática; otras lo harán en vesículas que irán al exterior de la célula para secretarse fuera de ella.
Fig. Aparato de Golgi
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ORGÁNULOS CON MEMBRANA
Conjunto de estructuras que tienen en común estar rodeadas por membrana celular, envolviendo su
contenido interno. Son:
 DE DOBLE MEMBRANA:
a) Mitocondria (*)
Orgánulos con doble membrana, la interna replegándose hacia el interior formando las crestas
mitocondriales. En la membrana interna, en las crestas mitocondriales, se sitúan las ATP sintetasas
(ATP-asas= enzimas que dirigen la formación del ATP)
Hay entre 1000 y 2000 mitocondria por célula, de forma variable aunque frecuentemente
alargadas, y conteniendo en su interior (matriz mitocondrial) los enzimas necesarios para realizar
oxidaciones moleculares con liberación de energía: el ciclo de Krebs, la b oxidación de los ácidos grasos, la
cadena transportadora de e- (en las crestas mitocondriales), etc. Su función, por tanto, es la de
fabricar energía (ATP) a través del proceso de respiración celular aerobia. En la matriz mitocondrial
hay, además, ribosomas 70 S (como los de las bacterias), y pequeñas moléculas de DNA y RNA, por lo
que pueden fabricar sus propias proteínas.
Fig. Mitocondria
b) Cloroplasto (*)
Orgánulos con doble membrana exclusivos de las células de tipo vegetal (20 - 40 por célula en
las metafitas o plantas superiores, y 1-2, mucho más grandes, en las algas) Su interior (estroma) está
recorrido por membranas internas llamadas lamelas o tilacoides (cuyo interior se llama lúmen), de las
que hay algunas alargadas (tilacoides de estroma) y otras más cortas y que se disponen de forma
apilada entre las anteriores (tilacoides de grana ó simplemente grana) En estas membranas se
encuentran los pigmentos fotosintéticos y los citocromos transportadores de e- para efectuar la fase
luminosa de la fotosíntesis; en el estroma se realizan las reacciones del ciclo de Calvin para fijar el
CO2 en la fase oscura de la fotosíntesis. Igual que en las mitocondrias, en el estroma de los cloroplastos
hay moléculas de DNA, RNA y ribosomas 70 S para fabricar sus propias proteínas.
En las membranas tilacoidales del cloroplasto, orientadas hacia la cara del estroma, también hay
ATP-asas o enzimas que dirigen la formación de ATP, como en las mitocondrias.
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Fig. Cloroplasto
Otros orgánulos similares a éstos, y que reciben el nombre general de plastos, sirven para
acumular diversos tipos de sustancias: pigmentos no fotosintéticos (cromoplastos), ó sustancias de
reserva (leucoplastos): almidón (amiloplastos), proteínas (proteoplastos) ó aceites (lipoplastos)
 DE MEMBRANA SENCILLA:
c) Vacuolas.
Orgánulos rodeados de una envoltura membranosa, y en donde se almacenan diversos tipos de
materiales: sustancias nutritivas, productos de desecho, pigmentos, taninos, etc. También sirven para
regular el contenido hídrico en las células: vacuolas pulsátiles. Son mucho más abundantes en las
células vegetales, donde, a medida que transcurre el tiempo, se van uniendo unas con otras formando al
final una gran vacuola (vacuoma), que ocupa casi todo el citoplasma. En las células animales se relacionan
con los lisosomas para efectuar los procesos digestivos en su interior: vacuolas digestivas o
fagosomas.
d) Lisosomas (*)
Vesículas rodeadas de membrana sencilla( cuya cara interior está muy glucosilada para impedir el
ataque de las propias proteínas de su contenido interno), formadas a partir de las cisternas del aparato de
Golgi (=lisosomas primarios), y en donde se vierten unos 40 tipos de enzimas hidrolasas sintetizadas
en los ribosomas del RE rugoso. Los lisosomas primarios pueden unirse a vesículas que contengan
material que la célula quiere degradar, formando un lisosoma secundario.
Estos orgánulos están relacionados con procesos digestivos depositando su contenido enzimático
en los fagosomas, fundiéndose con ellos para degradar los materiales que hay en su interior, y de esta
forma realizan la digestión de los materiales fagocitados o de las propias partes de la célula que ya no
sirven o lesionadas (autofagia) Necesitan un pH entre 3-6, por lo tanto meten protones hacia su interior
gastando ATP.
(*) Según el material a degradar, se puede considerar tres tipos de digestión:
 Si el material es del exterior, la célula lo incorpora mediante endocitosis (=incorporación del
material externo al interior celular) El lisosoma se une a la vesícula endocítica formando un
lisosoma secundario, que en este caso se llama vacuola digestiva o heterofágica. Si el
material no es digerido en su totalidad, se forman los cuerpos residuales cuyo contenido es
liberado por exocitosis (=proceso contrario a la endocitosis, por el cual se vierte material del
interior celular al exterior)
 Si se hace la digestión sobre material que está fuera de la célula, no se forma un lisosoma
secundario, ya que el primario vierte al exterior sus enzimas por exocitosis. Así ocurre en las
células de los hongos que descomponen las sustancias que las rodean para digerirlas.
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 Si se hace la digestión sobre los propios materiales celulares, el proceso se denomina
autofagia. P.ej., cuando se eliminan orgánulos inservibles. Para ello, el orgánulo se rodea con
membrana del REL, formándose un autofagosoma, al que se le unirá un lisosoma primario, con
lo que se forma un lisosoma secundario o vacuola autofágica. Si la digestión no termina por
completo, se forman también cuerpos residuales que se eliminarán por exocitosis.
Son más abundantes en las células animales, sobre todo en las defensivas (macrófagos), que
en las vegetales.
e) Peroxisomas y Glioxisomas.
Son vesículas membranosas que se originan a partir de las membranas del RE, y contienen
enzimas de tipo oxidasa para efectuar oxidaciones moleculares sin liberar energía (ATP) Intervienen en la
degradación de ácidos grasos y la oxidación de sustratos tóxicos (alcoholes, nitratos, fenoles, etc.) En los
peroxisomas de las plantas se efectúa parte del proceso de fotorrespiración (=producción de CO2 y
consumo de O2 durante la fotosíntesis, en presencia de alta intensidad de luz) Los glioxisomas se
encuentran en células vegetales de semillas que, al germinar, transforma su material de reserva lipídico en
glúcidos energéticos.
ESTRUCTURAS SIN MEMBRANA
Son orgánulos ó partículas que no están rodeadas de membrana celular. Básicamente son:
a) Centrosoma: (*)
También llamado citocentro, es una estructura proteínica (diplosoma) formada por dos cortos
centriolos, dispuestos perpendicularmente entre sí, tubulares donde se van a organizar los microtúbulos
citoplasmáticos, originando las fibras del huso acromático durante la mitosis, los microtúbulos del
citoesqueleto y los undulipodios (cilios y flagelos)
Cada Centríolo consta de 9 grupos de 3 microtúbulos
que forman un cilindro. Este cilindro se mantiene
gracias a unas proteínas que unen los tripletes.
Fig. Centrosoma
(*) Las células vegetales carecen de centrosoma, y sus funciones se realizan a partir de una zona
citoplamática más densa cercana al núcleo. Los undulipodios son prolongaciones citoplamáticas hacia el
exterior (cilios: normalmente muchos y de pequeño tamaño, y flagelos: pocos y unas 10-20 veces
mayores), de composición proteínica y dotadas de movimiento. Su estructura es parecida a los centríolos,
y se suele llamar de 9+2: 9 pares de proteínas periféricas rodeando a un par interno. Los cilios y flagelos
se utilizan para el movimiento de la célula y para atraer con su movimiento partículas alimenticias que
serán fagocitadas
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Fig. Corte esquemático de un cilio, mostrando su estructura típica 9+2
b) Ribosomas (*)
Son partículas sin membrana, constituídas básicamente por proteínas y RNAr
(procedente del nucléolo), estructuradas en dos subunidades que se unen (gracias al Mg++)
cuando van a realizar su función específica: la síntesis de proteínas. Se caracterizan por su
coeficiente de sedimentación (medido en unidades Svedverg: 1 S=10-13seg
), siendo los de las
células eucarióticas 80 S (sus subunidades son de 60 y 40 S), y los de las células procarióticas y
los que se encuentran dentro de las mitocondrias y cloroplastos de 70 S (con subunidades de 30
y 50 S) Se localizan adheridos a la cara externa de las membranas del RE rugoso y membrana
nuclear, y libres en el citoplasma, en este caso aislados ó formando cadenas de entre 5 y 30
ribosomas (polirribosomas)
Su función consiste únicamente en ser el orgánulo lector del ARNm, con órdenes de
ensamblar los aminoácidos que formarán la proteína.
Fig. Ribosoma eucariótico 80 S, con sus dos subunidades unidas
c) Inclusiones
Son estructuras similares a las vacuolas pero sin estar rodeadas de membrana. Forman
acumulaciones de diverso tipo difíciles de dispersar en el citoplasma: aceites, látex, glucógeno,
cristales, pigmentos (melanina, p.ej.), etc. de función de reserva energética o de acumulación de
materiales residuales que no se eliminan al exterior.
3. EL NÚCLEO
Es el orgánulo que dirige la vida celular. Normalmente sólo hay uno por célula y está
rodeado de una doble membrana, encontrándose en su interior el material genético, el DNA. (*)
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Su función es la reproducción de la célula (la transmisión de los caracteres genéticos) y la síntesis
de moléculas de RNA (transcripción), que pasarán al citoplasma y se traducirán a proteínas.
a) Membrana nuclear
Es una envoltura doble que rodea completamente al núcleo, comunicada con el RE
rugoso, y con ribosomas adheridos a su cara más externa. En su parte interna forma una red de
filamentos proteicos (lámina fibrosa ó corteza nuclear) donde se sujeta y organiza la cromatina.
Está atravesada por numerosos poros que permiten el intercambio de materiales con el
citoplasma.
Fig. Estructura del núcleo
b) Nucleoplasma.
O carioplasma, es la dispersión coloidal envuelta por la membrana nuclear, de
composición y estructura parecida al citosol, y en donde se efectúa la síntesis de ácidos
nucléicos. (*) Contiene uno o varios orgánulos sin membrana, los nucléolos, formados por
proteínas, RNA y bucles de DNA, en donde se organizan las proteínas y el RNAr que forman las
subunidades ribosómicas y que saldrán al citoplasma atravesando los poros de la membrana
nuclear.
c) El material genético (*)
Conjunto de moléculas independientes de DNA que se estructuran formando las fibras
de cromatina cuando la célula está en interfase, y los cromosomas cuando la célula se va a dividir
(mitosis) En la cromatina, la doble hélice de DNA se enrolla dos veces alrededor de un
octámero de proteínas histonas formando el nucleosoma, que se continúa con el siguiente a
través de DNA libre (DNA espaciador, ligador ó linker), constituyendo una estructura de unos 100
Å de grosor denominada por su aspecto “collar de perlas”.
(*) La cromatina más abundante es difusa, se llama eucromatina y permite el
acceso de enzimas para duplicar su DNA y transcribir moléculas de RNA. La cromatina más
condensada se llama heterocromatina, es inactiva y sólo se expresa en la fase de
diferenciación celular. Cuando la célula se va a dividir, las fibras de cromatina se empaquetan
organizándose en cromosomas.
En la metafase de la mitosis, cada cromosoma tiene su DNA duplicado (la
duplicación del material genético ha ocurrido durante la interfase), y cada una de esas dos
moléculas de DNA forma un cromonema que se pliega alrededor de un eje proteico no histónico,
formando las dos cromátidas hermanas del cromosoma, unidas en una zona llamada
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centrómero (constricción primaria), en donde se localiza el cinetocoro, estructura proteica que
formará filamentos tubulares para dirigir los movimientos de los cromosomas en la mitosis; los
extremos del cromosoma a partir del centrómero se llaman brazos, y en su parte final pueden
tener estrechamientos (constricciones secundarias), con el telómero en su parte distal.
Cuando la mitosis avanza y se llega a la anafase, las dos cromátidas del cromosoma
metafásico se separan y cada una de ellas, conservando todas sus estructuras, constituyen los
cromosomas anafásicos, con una sola cromátida y por tanto una sola molécula de DNA en
cada uno de ellos.
(*) El centrómero divide a cada cromátida en dos brazos, cuyo tamaño determinará la
clasificación por la forma de los cromosomas:
o Metacéntricos. Los brazos tienen prácticamente la misma longitud.
o Submetacéntricos. Uno de ellos es ligeramente más largo que el otro.
o Acrocéntrico. Uno de ellos es muy largo y el otro muy corto.
o Telocéntrico. Sólo tienen un brazo.
(*) Las células haploides (n) son aquéllas que tienen un número sencillo de
cromosomas no emparejados, mientras que las células diploides (2n) tienen en su núcleo un
número par de cromosomas emparejados: cada pareja de ellos recibe el nombre de par de
cromosomas homólogos, y contienen en la misma localización topológica (locus) los pares de
genes alelomorfos, uno en cada cromosoma. El conjunto de cromosomas de cada especie, con
sus características de número, forma, tamaño, tipo, etc., se llama cariotipo ó idiotipo, y su
ordenación en pares de cromosomas homólogos de mayor a menor tamaño se llama cariograma
ó idiograma.
Fig. Cariograma humano femenino
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IDEAS FUNDAMENTALES
 La organización estructural de las biomoléculas conduce a la constitución de la unidad biológica
más sencilla con capacidad de funcionar y reproducirse: la célula.
 La célula es la unidad de vida.
 Cumple las funciones de nutrición, relación y reproducción.
 Todos los organismos están constituidos por células: hay algunos que sólo tienen una
(unicelulares) y otros formados por muchas células (pluricelulares)
 Los virus, al no tener estructura celular no se consideran organismos, sino partículas infecciosas.
 La célula puede organizarse estructuralmente de dos maneras:
o Estructura procariótica, que carece de envoltura nuclear alrededor de su
material genético.
o Estructura eucariótica, en donde su material genético (los cromosomas)
está encerrado en un núcleo.
 En este último tipo de células distinguimos tres partes bien diferenciadas:
1) La membrana citoplasmática, en doble capa lipídica, que rodea
completamente a la célula impidiendo la salida del contenido celular pero
permitiendo los intercambios de materiales.
2) El citoplasma, surcado por una red de filamentos proteicos (citoesqueleto), y que
contiene la maquinaria celular de su funcionamiento: membranas internas (RE,
aparato de Golgi), orgánulos con membrana sencilla ó doble (lisosomas, vacuolas,
mitocondrias, cloroplastos, etc.), y estructuras sin membrana (centrosoma y
ribosomas)
3) El núcleo, rodeado de doble membrana, y en cuyo interior se localiza el material
genético en forma de fibras de cromatina, durante la interfase, ó de cromosomas
durante la mitosis.
 La matriz extracelular es exclusiva de las células animales y forma los tejidos.
 La pared vegetal es propia de células vegetales y da rigidez y solidez a la célula.
 El citosol es el medio en el que flotan todos los orgánulos celulares y se producen
muchas reacciones bioquímicas.
 El citoesqueleto es una malla de redes fibrosas y filamentos que dan arquitectura a la
célula.
 Los centríolos son orgánulos exclusivos de animales y de ellos se derivan los cilios y
flagelos.
 Los ribosomas son pequeños orgánulos que sintetizan proteínas.
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 El Retículo endoplasmático es una red de sacos intercomunicados que se dedican a
la síntesis, almacenamiento y distribución de sustancias por la célula.
 El Aparato de Golgi es un conjunto de sacos ordenados que realizan procesos de
maduración y síntesis de sustancias específicas.
 Los lisosomas, peroxisomas y glioxisomas son vesículas cargadas de distintas
enzimas que realizan funciones metabólicas en la célula.
 Las mitocondrias son orgánulos que realizan la respiración celular.
 Los cloroplastos son orgánulos que realizan la fotosíntesis.
 El núcleo es la parte de la célula que contiene la información genética.
 La envoltura nuclear es doble membrana con poros que permiten el intercambio de
sustancias con el citoplasma.
 El nucléolo es una esfera que flota en el nucleoplasma que tiene como función la
síntesis de ARN que forma los ribosomas.
 El ADN del núcleo se asocia a proteínas histónicas y forma la cromatina que es el
estado desempaquetado de los cromosomas.
 Los cromosomas son las estructuras celulares que contienen y mantienen, en la
reproducción celular, la información genética.
GLOSARIO
B-C
Brazo cromosómico: cada una de las zonas de una cromátida a partir del centrómero. Cuando el
centrómero está en el extremo del cromosoma y sólo tiene un brazo por cromátida, se llama cromosoma
telocéntrico.
Centríolos: conjunto de dos túbulos proteínicos cortos, dispuestos perpendicularmente uno al otro, y
situados cerca del núcleo, que constituyen la estructura del centrosoma, y que se pueden designar como
diplosoma. De los centríolos derivan las estructuras microtubulares del citoesqueleto.
Centrómero: zona de unión de las dos cromátidas hermanas de un cromosoma metafásico. En el
cromosoma anafásico (con una sola cromátida), el centrómero diferencia los dos brazos
Citosol: dispersión coloidal en estado de sol (líquido), que forma la mayor parte del citoplasma.
Coeficiente de sedimentación: tiempo característico y constante de cada partícula coloidal en recorrer
una determinada distancia al ser ultracentrifugada. Se mide por registro óptico en unidades Svedberg,
siendo 1 S = 10-13seg
. De forma aproximada, se cumple que la masa de un coloide ó partícula equivale a
5.000 S3/2
. Así por ejemplo, un ribosoma 80 S tiene un tamaño (peso molecular) de aproximadamente 4.
10-6
.
Collar de perlas: en biología, estructura que constituye la fibra de cromatina, formada por DNA que se
enrolla sobre proteínas histonas, constituyendo el nucleosoma, y uniéndose con otros nucleosomas a
través de DNA libre, llamado DNA ligador (linker) ó espaciador.
Crestas mitocondriales: invaginaciones de la membrana interna de la mitocondria donde se efectúan
los procesos de la cadena respiratoria (cadena de citocromos)
Cromátida: estructura que forma la molécula de DNA en que se empaqueta la cromatina para formar el
cromosoma. En la metafase, el DNA está duplicado y cada cromosoma tiene dos cromátidas (cromátidas
hermanas) En la Anafase, las dos cromátidas de cada cromosoma se separan y cada una de ellas forma un
cromosoma con una sola cromátida.
D-G
Dictiosoma: estructura membranosa y vesicular que constituye el Aparato de Golgi. Una célula puede
tener uno ó varios dictiosomas. Las membranas se apilan formando una cara cis, cerca del núcleo, y otra
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cara trans, cerca de la membrana citoplasmática, y hacia donde se van formando las cisternas cargadas
de moléculas orgánicas.
Diplosoma: estructura constituyente del centrosoma, formada por dos orgánulos sin membrana, los
centríolos, dispuestos perpendicularmente uno al otro. Cuando la célula se divide, el diplosoma se duplica
para formar el huso acromático.
DNA espaciador: (ligador ó linker) DNA de la cromatina no asociado a proteínas, que une un
nucleosoma con el siguiente. El DNA espaciador no se expresa (no se transcribe)
Endomembrana: membranas celulares que se localizan en el citoplasma. Son básicamente el retículo
endoplasmático y el aparato de Golgi.
Estroma: interior del cloroplasto, rodeado de doble membrana, donde se efectúan los procesos del ciclo
de Calvin (fase oscura de la fotosíntesis) También contiene pequeñas moléculas de DNA, RNA y ribosomas
70 S.
Fagosomas: nombre con el que se designan a las vacuolas cuando efectúan procesos digestivos en su
interior. Si degradan estructuras propias de la célula, se llaman autofagosomas y si es material del exterior
heterofagosomas.
Glucocálix: estructura superficial de la membrana citoplamática, constituída por oligosacáridos unidos a
proteínas ó lípidos de la membrana. Tiene una función antigénica y de reconocimiento celular.
Grana: membranas internas del cloroplasto, cortas y apiladas, situadas entre los tilacoides, donde se
efectúan las reacciones de la fase luminosa de la fotosíntesis.
H-P
Hidrolasas: tipo de enzimas contenidos en los lisosomas, y que se encargan de catalizar reacciones de
degradación hidrolítica en los fagosomas. Son enzimas digestivos.
Huso acromático: estructura de fibras proteínicas derivadas de los centríolos, que se forma durante la
mitosis y sirve para la separación de las cromátidas de los cromosomas.
Matriz mitocondrial: interior de la mitocondria, rodeado de doble membrana, y donde se efectúan los
procesos del ciclo de Krebs. También contiene moléculas pequeñas de DNA y RNA y ribosomas 70 S.
Nucleosoma: estructura básica de la cromatina que se expresa (se transcribe), formada por una doble
vuelta de DNA sobre un grupo de 8 proteínas histonas (octámero de histonas)
Oxidasas: tipo de enzimas contenidos en los glioxisomas vegetales y en los peroxisomas con los que se
degradan diversos materiales (ácidos grasos, sustancias tóxicas, etc.) mediante reacciones oxidativas que
no producen ATP (energía)
Poder de resolución: Distancia mínima entre dos puntos para poder observarlos separadamente. En un
microscopio, cuanto menor es esa distancia se dice que tiene mayor poder de resolución, y su capacidad
de aumento se amplía.
Poros nucleares: estructuras proteínicas en la membrana nuclear, organizadas en forma de poros que
permiten el intercambio de materiales entre el citoplasma y el carioplasma.
Proteínas intrínsecas: proteínas de la membrana unidas a componentes lipídicos y que atraviesan la
matriz lipídica de la membrana.
Proteínas periféricas: proteínas libres de la membrana, que se localizan en las zonas periféricas interna
y externa de la matriz lipídica de la membrana.
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Pseudópodos: (falsos pies) prolongaciones citoplasmáticas gruesas hacia el exterior, que adquieren
consistencia de gel, deformando la membrana para capturar partículas (fagocitosis) ó desplazarse
(movimiento ameboideo)
T-V
Telómero: parte distal de los brazos cromosómicos. En cada división celular el telómero se va acortando,
y cuando se llega a un determinado acortamiento, la célula deja de dividirse. Este acortamiento se impide
por la acción de un enzima: la telomerasa
Tilacoides: conjunto de membranas internas del cloroplasto de dos tipos: alargadas (tilacoides de
estroma) y cortas y apiladas (tilacoides de grana), conteniendo los pigmentos fotosintéticos.
Undulipodios: prolongaciones citoplasmáticas muy finas hacia el exterior de la célula, y dotadas de
movimiento gracias a su composición proteica. Son los cilios y los flagelos.
Vacuola digestiva: tipo de vacuola en las células animales donde se efectúan reacciones metabólicas de
degradación hidrolítica de materiales mediante los enzimas vertidos por los lisosomas. También se llaman
fagosomas.
Vacuola pulsátil: tipo de vacuola que permite regular la presión osmótica de la célula mediante
intercambio hídrico con el exterior. También se llama contráctil.
Vacuoma: estructura vacuolar que se forma en las células vegetales a medida que envejecen, y que es
el resultado de la unión paulatina de sus vacuolas, formando una sola que ocupa casi todo el citoplasma.
NOTA
El desarrollo del tema “La célula: Unidad de estructura y función”, dentro del
bloque“La célula y la base físico-química de la vida” del temario de Biología de 2º de
Bachillerato, se basa en el contenido de la página web del MECD (Ministerio de Educación,
Ciencia y Deportes): PROYECTO BIOSFERA (Iris.cnice.mecd, es), ampliado además con otras
fuentes de consulta editorial.
AGRADECIMIENTOS
A los alumnos “correctores”de Biología de 2º-A de Bachillerato del curso 2004-2005
que han contribuido, en lo posible, a la mejora del contenido del tema.

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Célula: Unidad estructura y función

  • 1. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 1 BLOQUE I. LA CÉLULA Y LA BASE FÍSICO-QUÍMICA DE LA VIDA TEMA 2. LA CÉLULA: UNIDAD DE ESTRUCTURA Y FUNCIÓN PROGRAMA La célula: Unidad de estructura y función. Teoría celular. Diferentes métodos de estudio de la célula. Modelos teóricos y avances en el estudio de la célula. Modelo de organización en procariotas y eucariotas, mostrando la relación entre estructura y función. Comparación entre células animales y vegetales. Componentes moleculares de la célula: Tipos, estructura, propiedades y papel que desempeñan. Exploración experimental y algunas características que permitan su identificación. CONTENIDOS MÍNIMOS LA CÉLULA: Origen, organización y estructura. TEORÍA CELULAR. Resumen histórico. Contribuciones de Hooke (1665), Graaf (1672), Van Leeuwenhoek (1673), Scheleiden y Schwann (1839), Virchow (1858) y Ramón y Cajal (1889) Principios de la teoría celular: La célula como unidad anatómica, fisiológica y de reproducción de los seres vivos. La célula como unidad bioquímica y genética. MODELOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR. Diferencias entre la célula procariota y eucariota. Diferencias entre célula animal y vegetal. Organismos con estos tipos de organización celular. Evolución celular: origen de los primeros organismos celulares procariotas y su evolución posterior, teoría de la simbiogénesis (endosimbiosis) sobre el origen de las células eucariotas. Formas acelulares: virus. Estructura y ciclos de multiplicación vírica. Relación de los virus con las células. LA CÉLULA PROCARIOTA. Estructura de la célula procariota. Las bacterias como ejemplo de organización procariótica. Membrana plasmática con mesosomas, cápsula, pared celular de bacterias Gram-positivas y Gram-negativas, ribosomas 70 S, ADN circular, flagelos, pelos, plásmidos. LA CÉLULA EUCARIOTA  Membrana plasmática. Componentes químicos. Estructura y función. Modelo del mosaico fluido (Singer y Nicolson, 1972) Funciones de la membrana plasmática: transporte de sustancias, reconocimiento celular, recepción y transmisión de estímulos. Transporte a través de la membrana: difusión. Transporte mediado activo y pasivo. Bomba de Na+/ K+. Diferenciaciones de la membrana plasmática: uniones adherentes o desmososmas, uniones impermeables y uniones comunicantes o en hendidura.  La pared celular vegetal: Composición química, organización de la pared celular (primaria y secundaria) Funciones de la pared.  El citosol o hialoplasma: Composición, función como sede de reacciones metabólicas. Citoesqueleto: Microfilamentos (de actina), microtúbulos (de tubulina en centríolos, cuerpos basales, cilios y flagelos) y filamentos intermedios (de queratina y otras proteínas) Centríolo: estructura y función. Cilios y flagelos: Estructura y función. Ribosomas: estructura y función. Inclusiones: composición, tipos y función.  Orgánulos de membrana simple. Retículo endoplasmático: Rugoso (RER) y liso (REL) Estructura y función. Aparato de Golgi (AG): estructura y función. Lisosomas: composición y función. Tipos de lisosomas: primarios y secundarios (fagolisosomas y autofagolisosomas) Peroxisomas: composición, estructura y función. Vacuolas: composición y tipos. Función.  Orgánulos de doble membrana. Mitocondria: composición, estructura y función. Origen y grado de autonomía. Cloroplastos: composición estructura y función. Origen y grado de autonomía. Núcleo. Núcleo interfásico: nucleoplasma, membrana nuclear, nucléolo y cromatina: Tipos y estructura de la cromatina) Núcleo mitótico: Los cromosomas (estructura y tipos)
  • 2. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 2 MAPA CONCEPTUAL
  • 3. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 3 ÍNDICE 1. DESCUBRIMIENTO DE LA CÉLULA Y LA TEORÍA CELULAR 2. FORMA, TAMAÑO Y ESTRUCTURA GENERAL DE LA CÉLULA 3. MÉTODO DE ESTUDIO DE LA CÉLULA 4. LAS ENVOLTURAS CELULARES: a. Membrana plasmática. b. Matriz extracelular. c. Pared celular. 5. EL CITOPLASMA 6. EL CENTROSOMA 7. LOS ORGÁNULOS CELULARES: a. Los ribosomas. b. El retículo endoplasmático: Rugoso (RER) y liso (REL) c. Aparato de Golgi d. Los lisosomas e. Vacuolas e inclusiones f. Peroxisomas y glioxisomas g. Mitocondrias h. Cloroplastos 8. EL NÚCLEO: a. Envoltura nuclear b. Nucleoplasma y nucleolo c. Cromatina y cromosomas
  • 4. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 4 DESCUBRIMIENTO DE LA CÉLULA Y LA TEORÍA CELULAR  Los primeros conocimientos sobre la célula datan de 1665, fecha en que Robert Hooke publicó los resultados de sus observaciones sobre tejidos vegetales (preparaciones de corcho) realizadas con un microscopio de 50 aumentos construido por él mismo. Este investigador fue el primero que, al ver en esos tejidos unidades que se repetían a modo de celdillas de un panal, llamó a esas unidades de repetición células (del latín cellulae= celdillas) Pero Hooke sólo pudo observar células muertas por lo que no pudo describir las estructuras en su interior.  Contemporáneo de Hooke (mediados del siglo XVII a principios del siglo XVIII), Van Leeuwenhoek construyó un microscopio de 200 aumentos. Con él visualizó pequeños organismos vivos del agua de una charca y pudo ver por primera vez protozoos, levaduras, espermatozoides, glóbulos rojos de la sangre, etc.  Graaf, Renier de (1641-1673), anatomista holandés al que se debe el nombre de folículo ovárico.  Brown, Robert describe el núcleo (1831), elemento característico de las células eucarióticas.  Schleiden, Matthias (1838), botánico alemán, publica estudios sobre células vegetales (1838)  Schwann, Teodor (1839), zoólogo alemán, publica estudios sobre células animales.  Wirchow, Rudolph (1855) llega a la conclusión de que todas las células se derivan de células preexistentes (1858)  Ramón y Cajal, Santiago (1852-1934), histólogo español que describió que las células del sistema nervioso estaban unidas funcionalmente a través de las sinapsis, pero físicamente separadas. Recibió por ello el Premio Nobel de Medicina en 1906. La teoría celular (*) fue iniciada por M.Schleiden (1838) y T.Schwann (1939), y completada por R.Virchow (1855) Sus principios básicos son:  La célula es la unidad estructural (morfológica) de los organismos. Quiere decir que todos los seres vivos (organismos) están formados por células: una sola en los organismos unicelulares y muchas (miles o millones) en los pluricelulares. De acuerdo con esto, los virus, al carecer de estructura celular, no serían organismos.  La célula es la unidad funcional (fisiológica) de los organismos. El funcionamiento de un organismo depende del de sus células.  La célula es la unidad genética de los organismos. Los organismos al reproducirse se originan a partir de una célula. Es decir, las células sólo pueden existir a partir de células preexistentes. Con la aportación de Virchow quedó expreso este tercer principio de la teoría celular. El resumen de estos tres principios sería: La célula es la unidad vital de la materia viva. Quiere indicar que la célula es la estructura organizada más sencilla con propiedades y funciones. Posteriormente, con las aportaciones de numerosos científicos del campo de la investigación genética (Sutton y Boveri) se fijó el llamado cuarto postulado:  La célula es la unidad genética autónoma de los seres vivos. En resumen, la teoría celular enuncia que la célula es la unidad morfológica, fisiológica y genética de todos los seres vivos. FORMA, TAMAÑO Y ESTRUCTURA GENERAL DE LA CÉLULA (*) La célula es una estructura formada por tres elementos básicos: membrana plasmática, citoplasma y material genético (ADN) Posee la capacidad de realizar tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción. La célula es la unidad más simple conocida, lleva a cabo esas tres funciones vitales por sí misma, es decir, sin necesidad de otros seres vivos.
  • 5. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 5 (*) Los virus, aunque considerados por algunos autores como seres vivos, precisan invadir a una célula viva para conseguir la reproducción, por lo tanto no son la forma más simple de vida autónoma. Deben ser considerados como una forma de vida acelular. Fig. Virus bacteriófago Las células presentan una gran variabilidad de formas, e incluso algunas no ofrecen una forma fija. Pueden ser: Fusiformes (forma de huso), estrelladas, prismáticas, aplanadas, elípticas, globosas, redondeadas, etc. Algunas no tienen pared rígida y otras sí, lo que les permite deformar la membrana y emitir prolongaciones citoplasmáticas (pseudópodos) para desplazarse o conseguir alimento. Hay células libres que no muestran esas estructuras de desplazamiento pero poseen cilios o flagelos que son estructuras derivadas de un orgánulo celular (centríolo) el cual dota a estas células de movimiento. Las células pueden estar unidas, formando tejidos, y pueden no poseer una pared rígida que las envuelva. En este sentido, las uniones entre células generan un tipo de tensiones que condiciona la forma final del tejido resultante. Los tejidos formados por células que sí posee esta rígida pared celular por el contrario presentan una forma mucho más estable. La función que realice una célula determina la forma de la misma. Así encontramos diferentes tipos de células: células contráctiles que suelen ser alargadas. Las del tejido nervioso irregulares y con prolongaciones que permiten la transmisión del impulso nervioso. Las del intestino suelen tener pliegues en una de sus caras (microvellosidades) que amplían su superficie de contacto y de intercambio de sustancias. Y, finalmente, las epiteliales que suelen ser cúbicas o prismáticas. El tamaño es extremadamente variable. Existen bacterias con 1 ó 2 micras de longitud (1 micrómetro=10-6 m) y, sin embargo, algunos huevos de aves pueden medir hasta 7 cm (avestruz) En cualquier caso para que la célula pueda vivir y funcionar bien siempre se debe tener en cuenta la relación superficie-volumen. También es importante la relación entre volumen citoplasmático y volumen nuclear. Dentro de la estructura general de una célula debemos señalar las partes que poseen todas las células de forma común: membrana plasmática, citoplasma y ADN o material genético y los orgánulos o estructuras que las hacen diferentes según sean procariotas, eucariotas, animales o vegetales. Todo tipo de células presenta básicamente las siguientes características comunes (*): o Mismo tipo de material (ADN) y funcionamiento (código genético) genéticos. o Misma moneda energética: ATP. o Misma envoltura celular: la membrana citoplasmática. o Reacciones bioquímicas catalizadas por enzimas. Hay dos tipos de células según su organización estructural (*): 1. Estructura celular procariótica. Fig. Célula procariótica
  • 6. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 6 Se caracteriza porque su material genético no está rodeado de envoltura y por tanto carece de núcleo constituido como tal. Sólo las bacterias y cianobacterias (Reino Moneras) tienen este tipo de organización celular. Tienen en común con el resto de las células de otros organismos vivos una membrana plasmática, citoplasma y material genético, pero además muestran, por fuera de la membrana plasmática, una gruesa pared celular. En su interior son mucho más simples que las eucariotas y sólo existen ribosomas y unas pequeñas invaginaciones de la membrana, llamadas mesosomas. No presentan núcleo y su ADN se encuentra más o menos condensado en una porción de nucleoplasma llamada nucleoide. Las células procariotas suelen ser de pequeño tamaño. Carecen, como decimos, de núcleo diferenciado, poseen un único cromosoma circular (sin proteínas) También pueden tener pequeñas moléculas de ADN llamadas plásmidos, las cuales se replican de forma independiente respecto al cromosoma. Nunca tienen ni mitocondrias ni plastos. Salvo en raras excepciones, presentan una pared celular de peptidoglucano o mureína. A veces, también están rodeadas por una cápsula o capa viscosa por fuera de la pared celular. Pueden llevar flagelos, pero su estructura y funcionamiento son diferentes a los de las células eucariotas El citoplasma de la célula bacteriana contiene ribosomas (70 S) y gránulos de almacenamiento con glucógeno, lípidos, etc. La membrana celular está plegada hacia dentro, esas extensiones se denominan mesosomas que funcionan en diversos procesos metabólicos. (*) El médico danés Christian Gram ideó un método de tinción, que lleva su nombre, y que divide a las bacterias en dos grandes grupos:  Las bacterias que absorben y conservan el colorante llamado violeta de genciana se denominan (Gram +). Sus paredes son muy gruesas y son, principalmente, de peptidoglucano. Ej., Staphylococcus y Streptococcus.  Las que no lo conservan, (Gram -) Su cubierta externa tiene varias capas: una membrana celular externa, una capa delgada de peptidoglucano y una externa de lipoproteína y lipopolisacárido. Ej. Escherichia coli y Salmonella. Cada tipo de pared le da a la bacteria unas características. P.ej., la penicilina es mucho más eficaz contra las Gram +, ya que el antibiótico interfiere con la síntesis de peptidoglucano, por lo que la pared celular se vuelve muy frágil. Muchas bacterias Gram- poseen apéndices filiformes (como hilos) a los que se les denomina vellosidades, que son órganos de fijación a ciertas superficies. En ocasiones, las vellosidades están involucradas en la transmisión de plásmidos de unas bacterias a otras y se denominan pilis o fimbrias. 2. Estructura celular eucariota (*) Las células eucarióticas son propias del resto de los reinos de la naturaleza (protoctista, hongos, animal y vegetal) Presentan membrana plasmática, citoplasma ( más complicado que en procariotas) que contiene un complejo sistema endomembranoso (retículos, aparato de Golgi, vesículas, vacuolas, etc.), unos orgánulos transductores de energía (mitocondrias y cloroplastos) y estructuras carentes de membrana (centriolos, ribosomas, microtúbulos y microfilamentos). 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.
  • 7. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 7 (*) DIFERENCIAS CÉLULA PROCARIOTA CÉLULA EUCARIOTA Núcleo No Sí Material genético ADN circular formando un cromosoma bacteriano ADN abierto formando varios cromosomas independientes Ribosomas 70 S 80 S Endomembranas No Sí Fisiología celular En el mesosoma En orgánulos diferenciados Reproducción División binaria Mitosis (*) Por otra parte, la célula de estructura eucariótica puede ser de dos tipos: animal y vegetal, que se diferencian básicamente en lo siguiente: ESTRUCTURAS ANIMAL VEGETAL Pared celular de celulosa No Sí Orgánulos especiales: plastos No Sí; el principal es el cloroplasto Material de reserva energética Glucógeno Almidón Centrosoma Sí No En cuanto al origen de las células (y, por extensión de los organismos pluricelulares), parece ser que proviene de una forma ancestral, el progenote, que evolucionó por cambios en su información genética. Estas células pudieron originarse a partir de moléculas preexistentes. Una vez que se agregaron estas moléculas, tuvieron que ocurrir dos hechos: que apareciera una que tuviera la información genética capaz de dirigir la vida celular y de pasar su información de generación en generación, y la aparición también de una membrana que aislase la primitiva célula del medio externo. Parece ser que la primera molécula con capacidad autorreplicativa fue el ARN. Surgiendo posteriormente el ADN. Para explicar el origen de las células eucarióticas hay dos teorías: 1. Origen autógeno La célula eucariota se origina de la procariota al desarrollar sistemas endomembranosos y orgánulos internos rodeados de membrana. 2. Origen endosimbiótico (*) La teoría más aceptada en la actualidad es la teoría endosimbiótica de Lynn Margullis (1970), según la cuál algunos orgánulos fundamentales de las células eucarióticas (como las mitocondrias y cloroplastos) proceden de asociaciones endosimbióticas El material genético está agrupado y envuelto por una membrana, constituyendo un núcleo verdadero. Todos los organismos, excepto los anteriores, presentan sus células con esta organización.
  • 8. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 8 entre una célula primitiva con capacidad de fagocitosis, y distintos tipos de procariotas primitivos. Así, los cloroplastos procederían de bacterias especializadas en la producción de materia orgánica que utilizan la luz del sol mediante el proceso de fotosíntesis. Las cianobacterias actuales (bacterias verde- azuladas) se parecen bastante a los cloroplastos. Las mitocondrias procederían de bacterias capaces de tomar oxígeno de la atmósfera y combinarlo con protones y electrones procedentes de reacciones metabólicas, con lo que obtienen gran cantidad de ATP en el proceso denominado respiración aerobia. Las rodobacterias actuales (bacterias rojas) se parecen bastante a las mitocondrias. Además, en los dos tipos de orgánulos podemos encontrar ADN y ribosomas, lo que podría constituir una prueba de su origen bacteriano. MÉTODOS DE ESTUDIO DE LA CÉLULA Básicamente hay tres tipos: a) Microscopia Para la visualización de las células y sus estructuras, por lo general no visibles a simples vista, se requiere la utilización de aparatos ópticos específicos, llamados microscopios. Hoy en día se clasifican en ópticos y electrónicos. Consiste en el aumento del objeto a observar, dado que el ojo humano tiene un poder de resolución (= distancia mínima entre dos puntos para poder observarlos separadamente) de 0,1 mm, y las células tienen tamaños inferiores. Hay dos tipos de microscopía como decimos: o Microscopía óptica Utiliza luz visible y lentes ópticas para aumentar la imagen. Su poder de resolución puede llegar a 0,2 micras (micra, micrómetro o micrón= milésima de milímetro, 10-6 m), con lo que un objeto puede ser ampliado un máximo de 1500 veces. Permite la observación de células vivas. o Microscopía electrónica Utiliza haces de electrones y lentes electromagnéticas, consiguiendo un poder de resolución de 100 Angstroms (1 Angstrom= 10-10m ), ampliando un objeto hasta 250000 veces, que mediante trata miento óptico o digital puede llegar hasta el millón de aumentos, mil veces más que el óptico. Para obtener preparaciones duraderas el proceso es más largo y complejo. Se requieren técnicas de fijación, inclusión, corte y coloración. Estos procesos son diferentes según estemos trabajando con microscopio óptico o electrónico. b) Fraccionamiento celular Consiste en la rotura de las células mediante un proceso osmótico, ultrasonidos, lisis enzimática o de forma mecánica, y posteriormente una centrifugación que concentrará en diversas fases a los distintos orgánulos según su tamaño, con lo que se obtendrán separadamente, permitiendo más fácilmente su estudio. c) Citoquímica Mediante reacciones coloreadas, enzimáticas o de inmunofluorescencia, se averigua la composición bioquímica de las estructuras celulares, su localización y su funcionamiento. ESTRUCTURA DE LA CÉLULA EUCARIÓTICA Todo tipo de célula eucariótica (animal o vegetal) presenta tres partes bien diferenciadas: la membrana citoplasmática (igual en todas las células y en todos los orgánulos citoplasmáticos), el citoplasma y el núcleo. Las envolturas celulares son capas que separan el medio interno del exterior. Son: la membrana plasmática, que posee todas las células (eucariotas y procariotas) y las membranas de secreción (que pueden faltar) Son membranas de secreción: la matriz extracelular (de animales), la pared vegetal (de vegetales) y la pared bacteriana (en bacterias)
  • 9. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 9 1. LA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA Es una envoltura continua y flexible, de unos 75 Anstrongs de espesor, que rodea completamente a la célula separándola del medio externo e impidiendo la salida del contenido celular, pero permitiendo intercambios de materiales. Composición, estructura y función de la membrana (*) El modelo de”mosaico fluido”de Singer Nicolson (1972), es el más aceptado porque es el que mejor explica las propiedades de la membrana. Consta de una matriz fluida de doble capa de lípidos, con sus zonas polares (grupos -COOH) en ambos lados de la membrana y sus zonas hidrófobas (cadenas hidrocarbonadas) en la parte interna, con proteínas que atraviesan su espesor, bien libres (proteínas periféricas), o unidas a los lípidos (proteínas intrínsecas), y con función enzimática o de transporte. Los lípidos en bicapa son fosfo y glucolípidos (lípidos de membrana), con un fuerte poder anfipático, y otros que confieren estabilidad estructural (colesterol) En la parte externa de la membrana celular de muchas células animales, se presentan oligosacáridos unidos a los lípidos y a las proteínas formando el glucocálix, con función antigénica y de reconocimiento celular. La matriz extracelular es el material que rodea a las células, dando cohesión a los distintos tipos de tejidos y órganos. Generalmente, las propias células son las que segregan la matriz, que está formada por agua, proteínas fibrosas y heteropolisacáridos. Sirve de unión en los tejidos conectivos, cartilaginoso y conjuntivo. Puede acumular sales, originando tejido óseo o quitina y dando lugar a exoesqueletos. (*) La membrana sirve para el mantenimiento íntegro del medio interno celular, el intercambio de sustancias, el movimiento (pseudópodos), y el reconocimiento molecular y celular. Diferenciaciones de la membrana.. Son estructuras formadas a partir de la membrana o que la recubre externamente:  Microvellosidades o invaginaciones. Son finas prolongaciones externas o internas (respectivamente), que sirven para aumentar la superficie de contacto celular (p.ej. las microvellosidades de las células epiteliales del intestino delgado)  Uniones celulares (*) Son estructuras para unir y comunicar a las células. Hay de muchos tipos: desmosomas (filamentos proteicos formando placas de unión), uniones gap (unión por túbulos proteicos y con un pequeño espacio intercelular), uniones herméticas (ajuste de las membranas de células mediante hebras proteicas), etc.  Pared celular (*) Es exclusiva de las células de tipo vegetal, y consiste en un componente amorfo llamado matriz, en el que se encuentran las fibras de celulosa que, segregada por la propia célula, se dispone en capas superpuestas. La matriz se forma de agua, sales, monosacáridos, hemicelulosas y pectinas.
  • 10. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 10 Fig. Uniones celulares Desde el punto de vista estructural, la pared consta de tres capas: o La lámina media que es lo que queda entre las dos membranas de las células hijas tras la mitosis. Se compone fundamentalmente de matriz. o La pared primaria la forma la célula vegetal entre su membrana plasmática y la lámina media. Es de celulosa. o La pared secundaria es fabricada por la célula, una vez finalizado su crecimiento, y se sitúa entre la membrana plasmática y la pared primaria. Puede constar entre tres y veinte capas de celulosa, pero menos hidratada que la anterior y los haces, más abundantes, están colocados paralelamente. Además, según los tipos de células vegetales, puede incorporar sales minerales, lignina, suberina o cutina. Es un exoesqueleto que perdura aún después de muerta la célula. Es un buen tejido de sostén y permite a los vegetales alcanzar gran altura. Puede tener punteaduras (adelgazamientos de la pared), plasmodesmos (finos filamentos de citoplasma que conectan los citoplasmas de células vegetales vecinas, pasando a través de sus paredes celulares), y estar impregnada, como hemos dicho, de otras formaciones: lignina, suberina (corcho), cutina, etc. Tiene como función dar rigidez a la célula e impedir su rotura, que sería muy fácil de no existir esta pared, debido a que en el citoplasma existe una elevada concentración de moléculas que origina una corriente de agua hacia el interior celular, hinchando a la célula. Si no existiera la pared, la célula reventaría.
  • 11. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 11 (*) El transporte a través de la membrana es un proceso fundamental para el correcto funcionamiento de la célula, así que existen mecanismos que regulen tanto las entradas de moléculas necesarias como la salida de desechos. Los tipos de transporte citados a continuación son aplicables a la membrana plasmática y al resto de membranas celulares. Las partículas de gran tamaño entran por endocitosis (=las partículas se fijan a receptores especiales de la membrana, ésta se invagina y se estrangula formando vesículas en el interior de citoplasma) Cuando se engloba por endocitosis estructuras voluminosas (p.ej., bacterias) por los protozoos o leucocitos, el proceso se denomina fagocitosis. La pinocitosis es otra forma de endocitosis en la que se introduce al interior celular sustancias líquidas, generalmente. (*) En la exocitosis, las sustancias encerradas dentro de vesículas membranosas son conducidas hacia la membrana superficial. Allí la vesícula se fusiona con ésta, liberándose al exterior el contenido. (*) Las partículas más pequeñas (iones, moléculas) lo hacen mediante dos tipos de procesos: Transporte pasivo y transporte activo:  Transporte pasivo Se caracteriza porque no consume energía, ya que se produce a favor de gradiente de concentración. Si la molécula a transportar es un ión, se desplazará siguiendo un gradiente eléctrico, ya que el interior celular es negativo con respecto al medio extracelular, favoreciéndose la entrada de aniones. Si la molécula no tiene carga, se sigue un gradiente químico; esto es un gradiente de concentraciones, pasando la molécula del sitio donde su concentración es mayor hacia donde ésta menor. Dentro del transporte pasivo se distinguen dos tipos: difusión simple y difusión facilitada. o Difusión simple Consiste en el paso de pequeñas moléculas liposolubles que atraviesan la membrana a favor de gradiente electroquímico. Así, entran o salen de la célula todos los gases, agua y algunas hormonas de origen lipídico (esteroideas) En el caso de los iones, debido a su carga, tienen dificultad en atravesar la membrana lipídica por la que existen proteínas de canal que son muy específicas (canal de Na, de Cl, etc.) Además la mayoría de estos canales suelen estar cerrados y sólo se abren ante algunas señales. o Difusión facilitada Es un proceso por el que pasan, siempre a favor de gradiente, moléculas polares que no pueden atravesar la membrana lipídica y que entran y salen de la célula gracias a proteínas enzimáticas transportadoras (permeasas) que son muy específicas también. Así se transporta, p.ej., la glucosa.  Transporte activo Se caracteriza porque la célula consume energía en forma de ATP para realizarse. Además puede realizarse en contra de gradiente de concentración de la sustancia. Siempre intervienen proteínas transmembrana, que introducen o extraen moléculas en contra también de gradiente electroquímico. A estas proteínas se les llama transportadoras. Existen tres tipos según se realice el transporte:
  • 12. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 12 o Uniporte. Si sólo se transporta una molécula en un solo sentido. o Simporte Si se transportan dos moléculas en el mismo sentido. o Antiporte Si se transportan dos moléculas en sentidos contrarios simultánea o sucesivamente. El caso mejor conocido de antiporte es el de la”bomba de Na+ / K+ ” que expulsa tres moléculas de Na de la célula e introduce dos de K. De este modo se consigue que la célula presente carga negativa en el interior con respecto al exterior. La enzima ATP-asa ha sido señalada como portador enzimático en el trasporte de Na+ y K+ a través de la membrana. Este tipo de transporte activo sirve para mantener el balance de iones en las células, especialmente los gradientes de concentración de Na y K, importante para la actividad de las células musculares y para las nerviosas. Fig: 1. Difusión simple 2. Difusión a través de canales 3. Difusión facilitada 4. Transporte activo Fig. Transporte activo
  • 13. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 13 2. EL CITOPLASMA Es el medio interno celular, en estado coloidal (citosol=hialoplasma), conteniendo todo tipo de materiales orgánicos e inorgánicos, y (*) donde se llevan a cabo ciertos procesos metabólicos: glucólisis, fermentaciones, almacenamiento de materiales, etc. En el citoplasma se encuentran estructuras membranosas, orgánulos con ó sin membrana y una red de filamentos proteicos: el citoesqueleto. El hialoplasma está formado por agua y sustancias dispersas en él de forma coloidal (proteínas, lípidos, glúcidos, ácidos nucléicos y nucleótidos, así como sales disueltas) a) El Citoesqueleto (*) Recorriendo todo el citoplasma hay una densa red de filamentos y túbulos proteicos de tres tipos, que forman el citoesqueleto, cuya función es la de mantener la forma de la célula, formar pseudópodos, contraer las fibras musculares, transportar y organizar orgánulos celulares. Estos son:  Microfilamentos de actina: Son los más finos. De función estructural; para permitir los movimientos ameboideos; y junto con la miosina, interviene en la contracción muscular y en la formación del anillo contráctil que produce el estrangulamiento celular al final de la mitosis de las células animales.  Filamentos intermedios: Tienen un diámetro intermedio y están compuestos por proteínas fibrosas muy estables y resistentes. Con función estructural. P.ej., los neurofilamentos que dan resistencia a los axones de las neuronas.  Microtúbulos de tubulina: Con estructura de cilindro hueco. Estos microtúbulos son muy lábiles pues se polimerizan por su extremo (+) y sé despolimerizan por el otro (-) Forman los centríolos, el huso acromático, los pseudópodos y sirven de canales de transporte intracelular. b) Estructuras membranosas Constituidas por membrana celular de similar tipo a la membrana citoplásmica. Son de dos tipos: el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi.  Retículo endoplasmático (RE): Sistema membranoso y tubular que se extiende por todo el citoplasma y comunica con la membrana nuclear. (*) Puede llevar adosados a sus caras externas gran cantidad de ribosomas que fabrican proteínas enzimáticas y de membrana (RER granular ó rugoso), o bien no llevarlos,
  • 14. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 14 encargándose de la síntesis de lípidos de membrana y del transporte de sustancias (REL agranular ó liso) Fig. Aparato de Golgi  Aparato de Golgi (*) Constituido por un conjunto de sáculos discoidales y vesículas ó cisternas de secreción que se apilan en formaciones de 4-8 unidades, formando un dictiosoma. Una célula puede tener uno o varios dictiosomas. Las membranas se apilan formando una cara cis, cerca del núcleo, y otra cara trans, cerca de la membrana citoplasmática, y hacia donde se van formando las cisternas cargadas de moléculas orgánicas. A la cara cis del aparato de Golgi llegan sustancias provenientes del RE, a través de las vesículas de transición. Estas sustancias pasan de un sáculo a otro mediante vesículas de transporte, que salen de un sáculo por gemación y se fusionan con el siguiente. De esta forma las sustancias se van transformando a su paso por el dictiosoma hasta llegar a la cara trans, de la que salen mediante las vesículas de secreción. (*) Se sitúa cerca del núcleo y se encarga de organizar la circulación molecular de la célula, transportando, madurando y acumulando proteínas del RE rugoso y lípidos de membrana del RE liso. Además, en las células vegetales se encarga de la síntesis de los glúcidos de la pared celular (celulosa y hemicelulosa) (*) Las proteínas formadas se clasifican en función de su destino final: unas lo hacen en vesículas que originan los lisosomas primarios; otras lo harán en vesículas cuyo destino será la membrana plasmática; otras lo harán en vesículas que irán al exterior de la célula para secretarse fuera de ella. Fig. Aparato de Golgi
  • 15. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 15 ORGÁNULOS CON MEMBRANA Conjunto de estructuras que tienen en común estar rodeadas por membrana celular, envolviendo su contenido interno. Son:  DE DOBLE MEMBRANA: a) Mitocondria (*) Orgánulos con doble membrana, la interna replegándose hacia el interior formando las crestas mitocondriales. En la membrana interna, en las crestas mitocondriales, se sitúan las ATP sintetasas (ATP-asas= enzimas que dirigen la formación del ATP) Hay entre 1000 y 2000 mitocondria por célula, de forma variable aunque frecuentemente alargadas, y conteniendo en su interior (matriz mitocondrial) los enzimas necesarios para realizar oxidaciones moleculares con liberación de energía: el ciclo de Krebs, la b oxidación de los ácidos grasos, la cadena transportadora de e- (en las crestas mitocondriales), etc. Su función, por tanto, es la de fabricar energía (ATP) a través del proceso de respiración celular aerobia. En la matriz mitocondrial hay, además, ribosomas 70 S (como los de las bacterias), y pequeñas moléculas de DNA y RNA, por lo que pueden fabricar sus propias proteínas. Fig. Mitocondria b) Cloroplasto (*) Orgánulos con doble membrana exclusivos de las células de tipo vegetal (20 - 40 por célula en las metafitas o plantas superiores, y 1-2, mucho más grandes, en las algas) Su interior (estroma) está recorrido por membranas internas llamadas lamelas o tilacoides (cuyo interior se llama lúmen), de las que hay algunas alargadas (tilacoides de estroma) y otras más cortas y que se disponen de forma apilada entre las anteriores (tilacoides de grana ó simplemente grana) En estas membranas se encuentran los pigmentos fotosintéticos y los citocromos transportadores de e- para efectuar la fase luminosa de la fotosíntesis; en el estroma se realizan las reacciones del ciclo de Calvin para fijar el CO2 en la fase oscura de la fotosíntesis. Igual que en las mitocondrias, en el estroma de los cloroplastos hay moléculas de DNA, RNA y ribosomas 70 S para fabricar sus propias proteínas. En las membranas tilacoidales del cloroplasto, orientadas hacia la cara del estroma, también hay ATP-asas o enzimas que dirigen la formación de ATP, como en las mitocondrias.
  • 16. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 16 Fig. Cloroplasto Otros orgánulos similares a éstos, y que reciben el nombre general de plastos, sirven para acumular diversos tipos de sustancias: pigmentos no fotosintéticos (cromoplastos), ó sustancias de reserva (leucoplastos): almidón (amiloplastos), proteínas (proteoplastos) ó aceites (lipoplastos)  DE MEMBRANA SENCILLA: c) Vacuolas. Orgánulos rodeados de una envoltura membranosa, y en donde se almacenan diversos tipos de materiales: sustancias nutritivas, productos de desecho, pigmentos, taninos, etc. También sirven para regular el contenido hídrico en las células: vacuolas pulsátiles. Son mucho más abundantes en las células vegetales, donde, a medida que transcurre el tiempo, se van uniendo unas con otras formando al final una gran vacuola (vacuoma), que ocupa casi todo el citoplasma. En las células animales se relacionan con los lisosomas para efectuar los procesos digestivos en su interior: vacuolas digestivas o fagosomas. d) Lisosomas (*) Vesículas rodeadas de membrana sencilla( cuya cara interior está muy glucosilada para impedir el ataque de las propias proteínas de su contenido interno), formadas a partir de las cisternas del aparato de Golgi (=lisosomas primarios), y en donde se vierten unos 40 tipos de enzimas hidrolasas sintetizadas en los ribosomas del RE rugoso. Los lisosomas primarios pueden unirse a vesículas que contengan material que la célula quiere degradar, formando un lisosoma secundario. Estos orgánulos están relacionados con procesos digestivos depositando su contenido enzimático en los fagosomas, fundiéndose con ellos para degradar los materiales que hay en su interior, y de esta forma realizan la digestión de los materiales fagocitados o de las propias partes de la célula que ya no sirven o lesionadas (autofagia) Necesitan un pH entre 3-6, por lo tanto meten protones hacia su interior gastando ATP. (*) Según el material a degradar, se puede considerar tres tipos de digestión:  Si el material es del exterior, la célula lo incorpora mediante endocitosis (=incorporación del material externo al interior celular) El lisosoma se une a la vesícula endocítica formando un lisosoma secundario, que en este caso se llama vacuola digestiva o heterofágica. Si el material no es digerido en su totalidad, se forman los cuerpos residuales cuyo contenido es liberado por exocitosis (=proceso contrario a la endocitosis, por el cual se vierte material del interior celular al exterior)  Si se hace la digestión sobre material que está fuera de la célula, no se forma un lisosoma secundario, ya que el primario vierte al exterior sus enzimas por exocitosis. Así ocurre en las células de los hongos que descomponen las sustancias que las rodean para digerirlas.
  • 17. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 17  Si se hace la digestión sobre los propios materiales celulares, el proceso se denomina autofagia. P.ej., cuando se eliminan orgánulos inservibles. Para ello, el orgánulo se rodea con membrana del REL, formándose un autofagosoma, al que se le unirá un lisosoma primario, con lo que se forma un lisosoma secundario o vacuola autofágica. Si la digestión no termina por completo, se forman también cuerpos residuales que se eliminarán por exocitosis. Son más abundantes en las células animales, sobre todo en las defensivas (macrófagos), que en las vegetales. e) Peroxisomas y Glioxisomas. Son vesículas membranosas que se originan a partir de las membranas del RE, y contienen enzimas de tipo oxidasa para efectuar oxidaciones moleculares sin liberar energía (ATP) Intervienen en la degradación de ácidos grasos y la oxidación de sustratos tóxicos (alcoholes, nitratos, fenoles, etc.) En los peroxisomas de las plantas se efectúa parte del proceso de fotorrespiración (=producción de CO2 y consumo de O2 durante la fotosíntesis, en presencia de alta intensidad de luz) Los glioxisomas se encuentran en células vegetales de semillas que, al germinar, transforma su material de reserva lipídico en glúcidos energéticos. ESTRUCTURAS SIN MEMBRANA Son orgánulos ó partículas que no están rodeadas de membrana celular. Básicamente son: a) Centrosoma: (*) También llamado citocentro, es una estructura proteínica (diplosoma) formada por dos cortos centriolos, dispuestos perpendicularmente entre sí, tubulares donde se van a organizar los microtúbulos citoplasmáticos, originando las fibras del huso acromático durante la mitosis, los microtúbulos del citoesqueleto y los undulipodios (cilios y flagelos) Cada Centríolo consta de 9 grupos de 3 microtúbulos que forman un cilindro. Este cilindro se mantiene gracias a unas proteínas que unen los tripletes. Fig. Centrosoma (*) Las células vegetales carecen de centrosoma, y sus funciones se realizan a partir de una zona citoplamática más densa cercana al núcleo. Los undulipodios son prolongaciones citoplamáticas hacia el exterior (cilios: normalmente muchos y de pequeño tamaño, y flagelos: pocos y unas 10-20 veces mayores), de composición proteínica y dotadas de movimiento. Su estructura es parecida a los centríolos, y se suele llamar de 9+2: 9 pares de proteínas periféricas rodeando a un par interno. Los cilios y flagelos se utilizan para el movimiento de la célula y para atraer con su movimiento partículas alimenticias que serán fagocitadas
  • 18. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 18 Fig. Corte esquemático de un cilio, mostrando su estructura típica 9+2 b) Ribosomas (*) Son partículas sin membrana, constituídas básicamente por proteínas y RNAr (procedente del nucléolo), estructuradas en dos subunidades que se unen (gracias al Mg++) cuando van a realizar su función específica: la síntesis de proteínas. Se caracterizan por su coeficiente de sedimentación (medido en unidades Svedverg: 1 S=10-13seg ), siendo los de las células eucarióticas 80 S (sus subunidades son de 60 y 40 S), y los de las células procarióticas y los que se encuentran dentro de las mitocondrias y cloroplastos de 70 S (con subunidades de 30 y 50 S) Se localizan adheridos a la cara externa de las membranas del RE rugoso y membrana nuclear, y libres en el citoplasma, en este caso aislados ó formando cadenas de entre 5 y 30 ribosomas (polirribosomas) Su función consiste únicamente en ser el orgánulo lector del ARNm, con órdenes de ensamblar los aminoácidos que formarán la proteína. Fig. Ribosoma eucariótico 80 S, con sus dos subunidades unidas c) Inclusiones Son estructuras similares a las vacuolas pero sin estar rodeadas de membrana. Forman acumulaciones de diverso tipo difíciles de dispersar en el citoplasma: aceites, látex, glucógeno, cristales, pigmentos (melanina, p.ej.), etc. de función de reserva energética o de acumulación de materiales residuales que no se eliminan al exterior. 3. EL NÚCLEO Es el orgánulo que dirige la vida celular. Normalmente sólo hay uno por célula y está rodeado de una doble membrana, encontrándose en su interior el material genético, el DNA. (*)
  • 19. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 19 Su función es la reproducción de la célula (la transmisión de los caracteres genéticos) y la síntesis de moléculas de RNA (transcripción), que pasarán al citoplasma y se traducirán a proteínas. a) Membrana nuclear Es una envoltura doble que rodea completamente al núcleo, comunicada con el RE rugoso, y con ribosomas adheridos a su cara más externa. En su parte interna forma una red de filamentos proteicos (lámina fibrosa ó corteza nuclear) donde se sujeta y organiza la cromatina. Está atravesada por numerosos poros que permiten el intercambio de materiales con el citoplasma. Fig. Estructura del núcleo b) Nucleoplasma. O carioplasma, es la dispersión coloidal envuelta por la membrana nuclear, de composición y estructura parecida al citosol, y en donde se efectúa la síntesis de ácidos nucléicos. (*) Contiene uno o varios orgánulos sin membrana, los nucléolos, formados por proteínas, RNA y bucles de DNA, en donde se organizan las proteínas y el RNAr que forman las subunidades ribosómicas y que saldrán al citoplasma atravesando los poros de la membrana nuclear. c) El material genético (*) Conjunto de moléculas independientes de DNA que se estructuran formando las fibras de cromatina cuando la célula está en interfase, y los cromosomas cuando la célula se va a dividir (mitosis) En la cromatina, la doble hélice de DNA se enrolla dos veces alrededor de un octámero de proteínas histonas formando el nucleosoma, que se continúa con el siguiente a través de DNA libre (DNA espaciador, ligador ó linker), constituyendo una estructura de unos 100 Å de grosor denominada por su aspecto “collar de perlas”. (*) La cromatina más abundante es difusa, se llama eucromatina y permite el acceso de enzimas para duplicar su DNA y transcribir moléculas de RNA. La cromatina más condensada se llama heterocromatina, es inactiva y sólo se expresa en la fase de diferenciación celular. Cuando la célula se va a dividir, las fibras de cromatina se empaquetan organizándose en cromosomas. En la metafase de la mitosis, cada cromosoma tiene su DNA duplicado (la duplicación del material genético ha ocurrido durante la interfase), y cada una de esas dos moléculas de DNA forma un cromonema que se pliega alrededor de un eje proteico no histónico, formando las dos cromátidas hermanas del cromosoma, unidas en una zona llamada
  • 20. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 20 centrómero (constricción primaria), en donde se localiza el cinetocoro, estructura proteica que formará filamentos tubulares para dirigir los movimientos de los cromosomas en la mitosis; los extremos del cromosoma a partir del centrómero se llaman brazos, y en su parte final pueden tener estrechamientos (constricciones secundarias), con el telómero en su parte distal. Cuando la mitosis avanza y se llega a la anafase, las dos cromátidas del cromosoma metafásico se separan y cada una de ellas, conservando todas sus estructuras, constituyen los cromosomas anafásicos, con una sola cromátida y por tanto una sola molécula de DNA en cada uno de ellos. (*) El centrómero divide a cada cromátida en dos brazos, cuyo tamaño determinará la clasificación por la forma de los cromosomas: o Metacéntricos. Los brazos tienen prácticamente la misma longitud. o Submetacéntricos. Uno de ellos es ligeramente más largo que el otro. o Acrocéntrico. Uno de ellos es muy largo y el otro muy corto. o Telocéntrico. Sólo tienen un brazo. (*) Las células haploides (n) son aquéllas que tienen un número sencillo de cromosomas no emparejados, mientras que las células diploides (2n) tienen en su núcleo un número par de cromosomas emparejados: cada pareja de ellos recibe el nombre de par de cromosomas homólogos, y contienen en la misma localización topológica (locus) los pares de genes alelomorfos, uno en cada cromosoma. El conjunto de cromosomas de cada especie, con sus características de número, forma, tamaño, tipo, etc., se llama cariotipo ó idiotipo, y su ordenación en pares de cromosomas homólogos de mayor a menor tamaño se llama cariograma ó idiograma. Fig. Cariograma humano femenino
  • 21. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 21 IDEAS FUNDAMENTALES  La organización estructural de las biomoléculas conduce a la constitución de la unidad biológica más sencilla con capacidad de funcionar y reproducirse: la célula.  La célula es la unidad de vida.  Cumple las funciones de nutrición, relación y reproducción.  Todos los organismos están constituidos por células: hay algunos que sólo tienen una (unicelulares) y otros formados por muchas células (pluricelulares)  Los virus, al no tener estructura celular no se consideran organismos, sino partículas infecciosas.  La célula puede organizarse estructuralmente de dos maneras: o Estructura procariótica, que carece de envoltura nuclear alrededor de su material genético. o Estructura eucariótica, en donde su material genético (los cromosomas) está encerrado en un núcleo.  En este último tipo de células distinguimos tres partes bien diferenciadas: 1) La membrana citoplasmática, en doble capa lipídica, que rodea completamente a la célula impidiendo la salida del contenido celular pero permitiendo los intercambios de materiales. 2) El citoplasma, surcado por una red de filamentos proteicos (citoesqueleto), y que contiene la maquinaria celular de su funcionamiento: membranas internas (RE, aparato de Golgi), orgánulos con membrana sencilla ó doble (lisosomas, vacuolas, mitocondrias, cloroplastos, etc.), y estructuras sin membrana (centrosoma y ribosomas) 3) El núcleo, rodeado de doble membrana, y en cuyo interior se localiza el material genético en forma de fibras de cromatina, durante la interfase, ó de cromosomas durante la mitosis.  La matriz extracelular es exclusiva de las células animales y forma los tejidos.  La pared vegetal es propia de células vegetales y da rigidez y solidez a la célula.  El citosol es el medio en el que flotan todos los orgánulos celulares y se producen muchas reacciones bioquímicas.  El citoesqueleto es una malla de redes fibrosas y filamentos que dan arquitectura a la célula.  Los centríolos son orgánulos exclusivos de animales y de ellos se derivan los cilios y flagelos.  Los ribosomas son pequeños orgánulos que sintetizan proteínas.
  • 22. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 22  El Retículo endoplasmático es una red de sacos intercomunicados que se dedican a la síntesis, almacenamiento y distribución de sustancias por la célula.  El Aparato de Golgi es un conjunto de sacos ordenados que realizan procesos de maduración y síntesis de sustancias específicas.  Los lisosomas, peroxisomas y glioxisomas son vesículas cargadas de distintas enzimas que realizan funciones metabólicas en la célula.  Las mitocondrias son orgánulos que realizan la respiración celular.  Los cloroplastos son orgánulos que realizan la fotosíntesis.  El núcleo es la parte de la célula que contiene la información genética.  La envoltura nuclear es doble membrana con poros que permiten el intercambio de sustancias con el citoplasma.  El nucléolo es una esfera que flota en el nucleoplasma que tiene como función la síntesis de ARN que forma los ribosomas.  El ADN del núcleo se asocia a proteínas histónicas y forma la cromatina que es el estado desempaquetado de los cromosomas.  Los cromosomas son las estructuras celulares que contienen y mantienen, en la reproducción celular, la información genética. GLOSARIO B-C Brazo cromosómico: cada una de las zonas de una cromátida a partir del centrómero. Cuando el centrómero está en el extremo del cromosoma y sólo tiene un brazo por cromátida, se llama cromosoma telocéntrico. Centríolos: conjunto de dos túbulos proteínicos cortos, dispuestos perpendicularmente uno al otro, y situados cerca del núcleo, que constituyen la estructura del centrosoma, y que se pueden designar como diplosoma. De los centríolos derivan las estructuras microtubulares del citoesqueleto. Centrómero: zona de unión de las dos cromátidas hermanas de un cromosoma metafásico. En el cromosoma anafásico (con una sola cromátida), el centrómero diferencia los dos brazos Citosol: dispersión coloidal en estado de sol (líquido), que forma la mayor parte del citoplasma. Coeficiente de sedimentación: tiempo característico y constante de cada partícula coloidal en recorrer una determinada distancia al ser ultracentrifugada. Se mide por registro óptico en unidades Svedberg, siendo 1 S = 10-13seg . De forma aproximada, se cumple que la masa de un coloide ó partícula equivale a 5.000 S3/2 . Así por ejemplo, un ribosoma 80 S tiene un tamaño (peso molecular) de aproximadamente 4. 10-6 . Collar de perlas: en biología, estructura que constituye la fibra de cromatina, formada por DNA que se enrolla sobre proteínas histonas, constituyendo el nucleosoma, y uniéndose con otros nucleosomas a través de DNA libre, llamado DNA ligador (linker) ó espaciador. Crestas mitocondriales: invaginaciones de la membrana interna de la mitocondria donde se efectúan los procesos de la cadena respiratoria (cadena de citocromos) Cromátida: estructura que forma la molécula de DNA en que se empaqueta la cromatina para formar el cromosoma. En la metafase, el DNA está duplicado y cada cromosoma tiene dos cromátidas (cromátidas hermanas) En la Anafase, las dos cromátidas de cada cromosoma se separan y cada una de ellas forma un cromosoma con una sola cromátida. D-G Dictiosoma: estructura membranosa y vesicular que constituye el Aparato de Golgi. Una célula puede tener uno ó varios dictiosomas. Las membranas se apilan formando una cara cis, cerca del núcleo, y otra
  • 23. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 23 cara trans, cerca de la membrana citoplasmática, y hacia donde se van formando las cisternas cargadas de moléculas orgánicas. Diplosoma: estructura constituyente del centrosoma, formada por dos orgánulos sin membrana, los centríolos, dispuestos perpendicularmente uno al otro. Cuando la célula se divide, el diplosoma se duplica para formar el huso acromático. DNA espaciador: (ligador ó linker) DNA de la cromatina no asociado a proteínas, que une un nucleosoma con el siguiente. El DNA espaciador no se expresa (no se transcribe) Endomembrana: membranas celulares que se localizan en el citoplasma. Son básicamente el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi. Estroma: interior del cloroplasto, rodeado de doble membrana, donde se efectúan los procesos del ciclo de Calvin (fase oscura de la fotosíntesis) También contiene pequeñas moléculas de DNA, RNA y ribosomas 70 S. Fagosomas: nombre con el que se designan a las vacuolas cuando efectúan procesos digestivos en su interior. Si degradan estructuras propias de la célula, se llaman autofagosomas y si es material del exterior heterofagosomas. Glucocálix: estructura superficial de la membrana citoplamática, constituída por oligosacáridos unidos a proteínas ó lípidos de la membrana. Tiene una función antigénica y de reconocimiento celular. Grana: membranas internas del cloroplasto, cortas y apiladas, situadas entre los tilacoides, donde se efectúan las reacciones de la fase luminosa de la fotosíntesis. H-P Hidrolasas: tipo de enzimas contenidos en los lisosomas, y que se encargan de catalizar reacciones de degradación hidrolítica en los fagosomas. Son enzimas digestivos. Huso acromático: estructura de fibras proteínicas derivadas de los centríolos, que se forma durante la mitosis y sirve para la separación de las cromátidas de los cromosomas. Matriz mitocondrial: interior de la mitocondria, rodeado de doble membrana, y donde se efectúan los procesos del ciclo de Krebs. También contiene moléculas pequeñas de DNA y RNA y ribosomas 70 S. Nucleosoma: estructura básica de la cromatina que se expresa (se transcribe), formada por una doble vuelta de DNA sobre un grupo de 8 proteínas histonas (octámero de histonas) Oxidasas: tipo de enzimas contenidos en los glioxisomas vegetales y en los peroxisomas con los que se degradan diversos materiales (ácidos grasos, sustancias tóxicas, etc.) mediante reacciones oxidativas que no producen ATP (energía) Poder de resolución: Distancia mínima entre dos puntos para poder observarlos separadamente. En un microscopio, cuanto menor es esa distancia se dice que tiene mayor poder de resolución, y su capacidad de aumento se amplía. Poros nucleares: estructuras proteínicas en la membrana nuclear, organizadas en forma de poros que permiten el intercambio de materiales entre el citoplasma y el carioplasma. Proteínas intrínsecas: proteínas de la membrana unidas a componentes lipídicos y que atraviesan la matriz lipídica de la membrana. Proteínas periféricas: proteínas libres de la membrana, que se localizan en las zonas periféricas interna y externa de la matriz lipídica de la membrana.
  • 24. Colegio La Inmaculada/ Biología 2º Bachiller./ La célula: Unidad de .../ 2004-2005 24 Pseudópodos: (falsos pies) prolongaciones citoplasmáticas gruesas hacia el exterior, que adquieren consistencia de gel, deformando la membrana para capturar partículas (fagocitosis) ó desplazarse (movimiento ameboideo) T-V Telómero: parte distal de los brazos cromosómicos. En cada división celular el telómero se va acortando, y cuando se llega a un determinado acortamiento, la célula deja de dividirse. Este acortamiento se impide por la acción de un enzima: la telomerasa Tilacoides: conjunto de membranas internas del cloroplasto de dos tipos: alargadas (tilacoides de estroma) y cortas y apiladas (tilacoides de grana), conteniendo los pigmentos fotosintéticos. Undulipodios: prolongaciones citoplasmáticas muy finas hacia el exterior de la célula, y dotadas de movimiento gracias a su composición proteica. Son los cilios y los flagelos. Vacuola digestiva: tipo de vacuola en las células animales donde se efectúan reacciones metabólicas de degradación hidrolítica de materiales mediante los enzimas vertidos por los lisosomas. También se llaman fagosomas. Vacuola pulsátil: tipo de vacuola que permite regular la presión osmótica de la célula mediante intercambio hídrico con el exterior. También se llama contráctil. Vacuoma: estructura vacuolar que se forma en las células vegetales a medida que envejecen, y que es el resultado de la unión paulatina de sus vacuolas, formando una sola que ocupa casi todo el citoplasma. NOTA El desarrollo del tema “La célula: Unidad de estructura y función”, dentro del bloque“La célula y la base físico-química de la vida” del temario de Biología de 2º de Bachillerato, se basa en el contenido de la página web del MECD (Ministerio de Educación, Ciencia y Deportes): PROYECTO BIOSFERA (Iris.cnice.mecd, es), ampliado además con otras fuentes de consulta editorial. AGRADECIMIENTOS A los alumnos “correctores”de Biología de 2º-A de Bachillerato del curso 2004-2005 que han contribuido, en lo posible, a la mejora del contenido del tema.