Tema 6 de la asignatura de Biología de 2º de Bachillerato sobre la teoría celular y los métodos de estudio de las células eucariotas y procariotas.

1. TEMA 6
INTRODUCCIÓN A LA CÉLULA

2. INTRODUCCIÓN HISTÓRICA
• Siglo XVII
• Robert Hooke (1665). Describe una lámina de corcho y utiliza por
primera vez el término célula para describir las celdillas que observa.
Dibujo de Hooke de una lámina de corcho al microscopio

3. INTRODUCCIÓN HISTÓRICA
• Siglo XVII
• Antony van Leeuwenhoek (1674). Hizo las primeras observaciones de
células vivas como protozoos y glóbulos rojos, aumentadas hasta 300
veces.
• Fue el primero en popularizar la utilización del microscopio.
Dibujos de bacterias y protozoos observados por Leeuwenhoek

5. INTRODUCCIÓN HISTÓRICA
• En el siglo XVIII
• Se perfeccionan los microscopios.
Microscopio del siglo XVIII

6. INTRODUCCIÓN HISTÓRICA
• En el siglo XIX
• 1831 Robert Brown descubre el
núcleo en células vegetales.
Se establecen los primeros
postulados de la TEORÍA CELULAR
• 1838 Scheleiden : “Las plantas
están formadas por células”
• 1839 Schwan: “Los animales
están formados por células”
• 1855 Virchow: “Omnis cellula ex
cellula”

7. CRONOLOGÍA DE LA TEORÍA CELULAR

8. POSTULADOS DE LA TEORÍA CELULAR
1- La célula es la unidad anatómica/estructural de los seres
vivos. Todos los organismos se encuentran formados por una o
más células.
2- La célula es la unidad fisiológica/funcional de los seres vivos.
Es la mínima unidad de la materia que puede llevar a cabo todas
las funciones de un ser vivo.
3- La célula es la unidad reproductiva: toda célula procede por
división de otra célula preexistente.
4- La célula es la unidad genética de los seres vivos. El material
hereditario conteniendo las características genéticas de una célula
pasa de la célula madre a la hija.

9. CRONOLOGÍA SOBRE LA CELULA

10. MÉTODOS DE ESTUDIOS DE LA CÉLULA

11. MÉTODOS DE ESTUDIO DE LA CÉLULA
• El desarrollo de la biología ha estado ligado al desarrollo de la
microscopía.
https://learn.genetics.utah.edu/content/cells/scale/

12. EL MICROSCÓPIO
• Para estudiar los especímenes
biológicos, que pueden ser muy
pequeños, usamos un instrumento
óptico que amplía la imagen,
llamado microscopio.
• Existen muchos tipos de
microscopios: óptico, electrónico,
de contraste de fases, de luz
ultravioleta, de fluorescencia.
• Los de uso más común son el
microscopio óptico y el
microscopio electrónico.

13. MICROSCOPIO ÓPTICO
• Es el tipo más utilizado. Se sirve de la luz visible para crear
una imagen aumentada del objeto.
• El microscopio óptico más simple es la lente convexa doble
con una distancia focal corta. Estas lentes pueden aumentar
un objeto hasta 15 veces.
• Por lo general se utilizan microscopios compuestos, que
disponen de varias lentes con las que se consiguen aumentos
mayores. Algunos microscopios ópticos pueden aumentar un
objeto por encima de las 2.000 veces.

14. HISTORIA DEL MICROSCOPIO
b) Pequeño microscopio óptico del siglo XIX que fue
utilizado por Robert Brown. Mide 7,6 cm y entre los
accesorios hay una lente de 800 aumentos.
a
a) Microscopio fabricado por Leeuwenhoek en el
siglo XVII.
b
• Los primeros microscopios ópticos son simples (de una sola lente).

16. MICROSCOPIO COMPUESTO
• El microscopio compuesto consiste en dos sistemas de lentes,
el objetivo y el ocular, montados en extremos opuestos de un
tubo cerrado.
• El objetivo está compuesto por varias lentes que crean una
imagen real aumentada del objeto examinado.
• Cuando se mira a través del ocular se ve una imagen virtual
aumentada de la imagen real.
• Los aumentos totales del microscopio se pueden determinar
multiplicando los aumentos del objetivo por los del ocular.

17. MICROSCOPIO ÓPTICO

18. MUESTRAS PARA MICROSCOPÍA ÓPTICA
• Se pueden observar células vivas y/o muertas.
• Las células vivas únicamente admiten determinados colorantes (colorantes
vitales).
• Para facilitar la observación de sus estructuras las células y tejidos se
manipulan (lo que produce su muerte) :
• Fijación mediante reactivos.
• Inclusión en un medio que permita obtener finas secciones. El medio más usado es la
parafina.
• Cortes en láminas finas (para que atraviese la luz) realizados con microtomos.
• Tinciones mediante colorantes (para aumentar contraste.

20. MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA
• La potencia amplificadora de un microscopio óptico está
limitada por la longitud de onda de la luz visible.
• El microscopio electrónico utiliza electrones para iluminar un
objeto.
• Dado que los electrones tienen una longitud de onda mucho
menor que la de la luz pueden mostrar estructuras mucho
más pequeñas.
• La longitud de onda más corta de la luz visible es de alrededor
de 4.000 ángstroms (1 ángstrom es 10-10 m).
• La longitud de onda de los electrones que se utilizan en los
microscopios electrónicos es de alrededor de 0,5 ángstroms.

21. MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA
• Utiliza rayos de electrones que al
chocar con la muestra crean una
imagen aumentada.
• El haz de e- se dirige y enfoca por
medio de lentes electromagnéticos
(imanes).
• Para evitar que los e- pueden ser
desviados por las moléculas del aire,
se hace el vacío en el interior del
microscopio.

22. COMPARACIÓN MICROSCOPIO ÓPTICO Y
ELECTRÓNICO
Microscopio óptico
• Fuente iluminación: luz
• Lentes de cristal
• Resolución*: 0,1 µm
• Hasta 2.000x
• Muestras vivas o muertas
• Muestra se observa
directamente.
Microscopio electrónico
• Fuente: rayo de electrones
• Lentes electromagnéticos
• Resolución: 1nm a 0,001μm
• Hasta 1.000000x
• Muestra muerta y
deshidratada
• Se observa mediante
pantalla
*Resolución: capacidad de distinguir dos objetos que están muy cerca.

23. PODER DE RESOLUCIÓN
Es la distancia mínima a la que
deben de estar dos puntos para
que se vean separados.
Ojo humano – 0.2 mm
Microscopio óptico – 0.2 m
Microscopio electrónico – 0.2 nm

24. MICROSCOPÍA ÓPTICA Y ELECTRÓNICA
Escala que indica los tamaños relativos de los organismos pluricelulares, las células y las moléculas.
1 m = 103 mm = 106 µm = 109 nm

25. TIPOS DE MICROSCOPIOS ELECTRÓNICOS
• Los más comunes son:
• Transmisión: usado para observar detalles internos.
• Barrido: usado para estudiar la superficie de la muestra.

26. MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA
Microscopio electrónico de transmisión
• El TEM dirige el haz de electrones
hacia la muestra y forma una
imagen aumentada al atravesarla.
• Debe cortarse la muestra en capas
ultrafinas, no mayores de un par de
miles de ángstroms.
• La imagen aumentada se registra en
una placa fotográfica o una pantalla
fluorescente.
• Pueden aumentar un objeto hasta
un millón de veces.
Microscopio electrónico de barrido
• No es necesario hacer cortes del
objeto para observarlo.
• El SEM explora la superficie de la
imagen punto por punto, a medida
que un haz de electrones muy
concentrado barre la muestra, se
presenta la imagen en el monitor.
• Produce imágenes tridimensionales
realistas de la superficie del objeto.
• Pueden ampliar los objetos 200.000
veces o más.

27. MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE TRANSMISIÓN
Bacilos en división
Mitocondria (60.000x)

28. MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO
• La muestra es recubierta con
carbono o una capa delgada de
un metal como el oro para darle
propiedades conductoras.
• Posteriormente, se barre la
muestra con un haz de electrones.
• Se pueden observar figuras en tres
dimensiones, proyectados en una
pantalla.
• Su resolución está entre 4 y
20 nm, dependiendo del
microscopio.

29. Hormiga (SEM)
Polen en hojas de helecho (SEM)
Bacterias (SEM)
Microscopio electrónico de barrido

30. MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO
Bacterias en la punta de un alfiler

31. a) Esquema de un microscopio óptico, de un microscopio electrónico de
transmisión y de un microscopio electrónico de barrido.
b) Imágenes de células vistas con cada uno de los microscopios anteriores.

32. • Corte de un testículo (SEM)
• Espermatogenesis
Dinoflagelado
Oruga Diatomea con fitoplankton

33. • Corte de un testículo (SEM)
• Espermatogenesis

34. Dinoflagelado

35. Oruga

36. Fitoplankton

37. Diatomea con fitoplankton

38. MICROSCOPIO CONFOCAL LASER
• La fuente de iluminación es luz láser.
• Esta luz láser es potente y “monocromática” (de una única
longitud de onda).
• Ciertas biomoléculas al ser iluminadas con luz de un cierto
color emiten luz brillante (“fluorescencia”) de otro color.
• El contraste es siempre impresionante pues sólo la muestra
fluorescerá y el fondo permanecerá completamente oscuro.
• Pero lo más extraordinario es que el enfoque del láser es muy
preciso (“confocal”) y cualquier parte de la muestra que esté
fuera de foco será invisible. El enfoque será perfecto y la
resolución extraordinaria.

40. MICROSCOPÍA CONFOCAL LASER

41. • Si se retratan de forma sucesiva los distintos planos que
integran la muestra, el microscopio puede hacer una
reconstrucción completa del espécimen que lo muestre en sus
tres dimensiones.
• Esta reconstrucción tridimensional podrá incluso ser rotada
para estudiar la muestra desde un ángulo distinto a aquel
desde el cual se retrató.
MICROSCOPIO CONFOCAL LASER

43. MÉTODOS DE ESTUDIOS DE LA CÉLULA

44. ESTUDIO BIOQUÍMICO DE LAS CÉLULAS
• Fraccionamiento celular:
método para aislar y separar
los orgánulos celulares.
• Se realiza un homogeneizado
mediante tratamientos químicos o
físicos.
• Se separan los diferentes
componentes mediante una
ultracentrífuga.
• La fuerza centrífuga separa los
componentes celulares en función
de su densidad, su forma y su
tamaño.

45. ESTUDIO BIOQUÍMICO DE LAS CÉLULAS
• Ultracentrífugas

46. ESTUDIO BIOQUÍMICO DE LAS CÉLULAS
• Autorradiografía
• Se exponen las células vivas a un
compuesto radiactivo que pueden
absorber o fijar.
• El compuesto sobrante se elimina
y las células “marcadas” se
recubren con una emulsión
fotográfica que es impresionada
por la emisión radiactiva de los
compuestos que la célula
incorporó.

47. CULTIVOS CELULARES
• La mayoría de las células, tanto animales como vegetales,
sobreviven, se dividen e incluso se diferencian en un medio
de cultivo en condiciones adecuadas.
• El cultivo de muchas células de vertebrados está limitado por
un determinado número de divisiones celulares.
• Las células que pueden dividirse indefinidamente y formar
líneas celulares inmortales son las células cancerosas y las
células madre.
• La importancia del cultivo de las células madre se debe a que
son células indiferenciadas que con un tratamiento adecuado
pueden dar lugar a cualquier tejido corporal.

48. TIPOS DE CÉLULAS MADRE
• Totipotenciales. Pueden regenerar un organismo completo.
• Pluripotenciales. Pueden regenerar cualquier tipo celular pero
no un organismo completo
• Multipotenciales. Sólo pueden regenerar ciertos tipos
celulares.

49. DIVERSIDAD DE CÉLULAS
• Las células son muy diversas en forma y tamaño.

50. DIVERSIDAD DE CÉLULAS
• La forma de las células depende:
• La función que realizan
• La estirpe celular a la que pertenece
• Si está libre o formando parte de un tejido
• El tamaño de las células es extremadamente variable y está
limitado por:
• La capacidad de captación de nutrientes
• Capacidad funcional del núcleo

51. TAMAÑO DE LAS CÉLULAS

52. TIPOS DE CÉLULAS
CÉLULA PROCARIOTA
•El material genético ADN está libre en
el citoplasma.
•Sólo posee unos orgánulos llamados
ribosomas.
•Es el tipo de célula que presentan las
bacterias
CÉLULA EUCARIOTA
•El material genético ADN está
encerrado en una membrana y forma el
núcleo.
•Poseen un gran número de orgánulos.
•Es el tipo de célula que presentan el
resto de seres vivos.

53. LA CÉLULA EUCARIOTA
MEMBRANA PLASMÁTICA: una membrana
que la separa del medio externo, pero que
permite el intercambio de materia.
CITOPLASMA: una solución acuosa en
el que se llevan a cabo las reacciones
metabólicas.
NUCLEO: contiene el ADN o material
genético, formado por ácidos
nucleicos.
ORGÁNULOS SUBCELULARES: estructuras
subcelulares que desempeñan diferentes
funciones dentro de la célula.

55. TIPOS DE CÉLULAS EUCARIOTAS
Célula eucariota animal Célula eucariota vegetal
Recuerda: que la célula vegetal se caracteriza por:
• Tener una pared celular además de membrana
•Presenta cloroplastos, responsables de la fotosíntesis
•Carece de centriolos.

56. DIFERENCIAS CÉLULA ANIMAL/VEGETAL

57. LAS PRIMERAS CÉLULAS
• Se trataba de células sin
núcleo, con una organización
celular simple, que
aparecieron en la Tierra
hace unos 3500 m.a.
• Los primeros procariotas
debieron ser heterótrofos
que obtenían energía de la
fermentación de la materia
orgánica.

58. Origen de la Tierra
Primeras células (procarióticas heterótrofas anaerobias)
Aparición progresiva de las bacterias heterótrofas aerobias.
Células procariotas fotosintéticas (no liberan O2). Parecidas a las
actuales bacterias verdes y purpúreas del Azufre, que utilizan H2S.
Células procariotas fotosintéticas (liberan O2) como las
Cianobacterias fósiles.
Atmósfera con una concentración de O2 similar a la actual.
Se forma el Ozono que filtra las radiaciones UV y posibilita la vida.
Aparecen las primeras células eucarióticas.
Aparecen los primeros organismos pluricelulares.

59. PRIMERAS CÉLULAS EUCARIOTAS
• La aparición de la célula eucariota fue hace 1500
millones de años.
Los procariotas
primitivos, aíslan en el
núcleo su información
genética por
invaginación de las
membranas

60. ENDOSIMBIOSIS
• Según la teoría de Lynn Margulis (ampliamente aceptada en la
actualidad) la célula eucariota surgió por procesos de
fagocitosis y posterior endosimbiosis entre células
procariotas.
A través de un proceso
de endosimbiosis,
aparecen mitocondrias,
cloroplastos y flagelos

61. ENDOSIMBIOSIS

62. PRUEBAS A FAVOR DE LA ENDOSIMBIOSIS
1. El tamaño de mitocondrias es similar al de algunas bacterias.
2. Las mitocondrias y los cloroplastos contienen ADN bicatenario circular
cerrado no asociado a proteínas, igual que los procariotas.
3. Están rodeados por una doble membrana, lo que concuerda con la idea
de la fagocitosis
4. Las mitocondrias y cloroplastos se dividen por fisión binaria al igual que
los procariotas (los eucariotas lo hacen por mitosis).
5. En mitocondrias y cloroplastos los procesos de obtención de energía se
sitúan en las membranas, igual que ocurre en las bacterias.
6.Por otro lado, los tilacoides que encontramos en cloroplastos son similares
a unos sistemas elaborados de endomembranas presentes en
cianobacterias.

63. PRUEBAS A FAVOR DE LA ENDOSIMBIOSIS
7. En general, la síntesis proteica en mitocondrias y cloroplastos es autónoma.
8. La mayoría de los genes en los genomas de los orgánulos se han perdido o se
han movido al núcleo. Es por ello que, transcurridos tantos años, hospedador y
huésped no podrían vivir por separado.
9. En mitocondrias y cloroplastos encontramos ribosomas 70s, característicos de
procariotas, los ribosomas eucariotas son 80s.
10. El análisis del RNAr 16s de la subunidad pequeña del ribosoma de mitocondrias
y plastos revela escasas diferencias evolutivas con algunos procariotas.
11. Una posible endosimbiosis secundaria (es decir, implicando plastos eucariotas)
ha sido observado por Okamoto e Inouye (2005). El protista heterótrofo Hatena
se comporta como un depredador e ingiere algas verdes, que pierden sus
flagelos y citoesqueleto, mientras que el protista, ahora un anfitrión, adquiere
nutrición fotosintética, fototaxia y pierde su aparato de alimentación.

64. ÁRBOL FILOGENÉTICO