IV LA CÉLULA
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Biología General IV LA CÉLULA 67 Libardo Ariel Blandón Londoño Biología General TEMA IV LA CÉLULA Es la unidad estructural y funcional de los seres vivos. Es unidad estructural porque es la parte más pequeña de los seres vivos que se conserva como estructura completa sin que pierda las propiedades físicas. En un tejido es la mínima expresión viva. Si se pretende reducirla a sus partes, deja de vivir. Es unidad fisiológica porque es la parte mínima que es capaz de subsistir por sí sola, metaboliza, respira, responde a estímulos e intercambia materia y energía con el medio que la rodea. La célula es, entonces, la unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no consta al menos de una célula. Algunos organismos microscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas, mientras que los animales y plantas están formados por muchos millones de células organizadas en tejidos y órganos. Aunque los virus y los extractos acelulares realizan muchas de las funciones propias de la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad de crecimiento y reproducción, fenómenos propias de las células y, por tanto, no se consideran seres vivos. La Biología estudia las células en función de su constitución molecular y la forma en que cooperan entre sí para constituir organismos muy complejos, como el ser humano. Para poder comprender cómo funciona el cuerpo humano sano, cómo se desarrolla y envejece y qué falla en caso de enfermedad, es imprescindible conocer las células que lo constituyen. Toda célula, debe vivir en un medio húmedo, debe estar embebida en una solución acuosa que le permita incorporar el material nutritivo que está disuelto en el agua. Este fluido se denomina fluido extracelular (FEC); contiene todos los componentes necesarios para que la célula sobreviva: sales disueltas, gas carbónico, oxígeno y carbohidratos entre otros. Del medio extracelular extrae los materiales que necesita y a él devuelve las sustancias de desecho. Según sea el grado de diferenciación o madurez, las células pueden ser embrionarias o diferenciadas. Células embrionarias: son aquellas células de edad temprana que aparecen en los embriones formando los primeros tejidos después de la fecundación. Se les denomina totipotenciales por tener la capacidad de originar cualquier tipo de tejido o célula. Una célula embrionaria puede producir tejido muscular, óseo, 69 Libardo Ariel Blandón Londoño epitelial o nervios entre algunos tejidos animales. Como células embrionarias tenemos las que se forman en la segmentación, estas células se denominan blastómeros. También son embrionarias las que aparecen en la blástula, y también las que constituyen el ectodermo, mesodermo y endodermo de los embriones de animales y vegetales, incluyendo los meristemas.. En las plantas, la células embrionarias constituyen las yemas, que son apicales (tallo y raíz) y se encargan del crecimiento del tallo y de la raíz; axiales o laterales que originan la ramas de la planta. Las células que constituyen las yemas se denominan meristemáticas o simplemente meristemas. También encontramos células meristemáticas en el Cambium vascular de tallos y raíces y tienen como función el crecimiento, en grosor, de los mismos. Las células embrionarias están continuamente en división; por tal razón son utilizadas en la observación de la Mitosis. Si seleccionamos un buen tejido encontramos células en todas las etapas de la división celular. Células diferenciadas: son aquellas células que ya han tenido cierto grado de madurez o de diferenciación; la diferenciación es una transformación o especialización de las células para asegurar las distintas funciones que se pueden cumplir en un ser vivo. Las células que se diferencian o especializan componen los tejidos, aún así conservan la capacidad de reproducirse, pero en este caso es más restringida dicha reproducción debido a que se producen células similares. Las células embrionarias están en capacidad de originar cualquier clase de tejido, mientras que las células de un tejido sólo producen células del mismo tejido. Células óseas producen células óseas, cuando las células logran cierto grado de madurez o especialización pierden la capacidad de reproducirse. Un ejemplo de este fenómeno es el de las células nerviosas o los haces vasculares de las plantas. 1. DESCUBRIMIENTO DE LA CÉLULA (Tomado de: http://www.monografias.com/trabajos10/coma/coma.shtml#defi) Hooke, Robert (1635-1703), científico inglés conocido por su estudio de la elasticidad. Hooke aportó también otros conocimientos en varios campos de la ciencia. Nació en la isla de Wight y estudió en la Universidad de Oxford. Fue ayudante del físico británico Robert Boyle, a quien ayudó en la construcción de la bomba Biología General de aire. Hooke realizó algunos de los descubrimientos e invenciones más importantes de su tiempo; aunque en muchos casos no consiguió terminarlos. Entre los aportes más importantes de Hooke están la formulación correcta de la teoría de la elasticidad (que establece que un cuerpo elástico se estira proporcionalmente a la fuerza que actúa sobre él), conocida como ley de Hooke, y el análisis de la naturaleza de la combustión. Fue el primero en utilizar el resorte espiral para la regulación de los relojes y desarrolló mejoras en los relojes de péndulo. Hooke también fue pionero en realizar investigaciones microscópicas y publicó sus observaciones, entre las que se encuentra el descubrimiento de las células vegetales. En 1665 publicó el libro Micrographía, relato de 50 observaciones microscópicas y telescópicas con detallados dibujos. Este libro contiene por primera vez la palabra célula y en él se apunta una explicación plausible acerca de los fósiles. Observó tejidos de corcho y descubrió en él una serie de huecos los cuales denominó células (de latín cellula que significa celda, cavidad, hueco). Hooke descubrió las células observando en el microscopio una laminilla de corcho, recordaban a las celdillas de un panal. Por ello cada cavidad se llamó célula. No supo demostrar lo que estas celdillas significaban como constituyentes de los seres vivos. Lo que estaba observando eran células vegetales muertas con su característica forma poligonal. En otras palabras, pared celular. El primero que vio animales monocelulares (protozoos) fue el holandés Antonie van Leeuwenhoek, en 1674, con ayuda de una lente que talló de un trozo de cristal grueso. Observó en una gota de agua de estanque un verdadero mundo vivo. Encontró que una gran cantidad de seres se movían en distintas direcciones; a estos seres los llamó animálculos o animáculos. Más tarde se encontró que estos animálculos correspondían a células individualizadas y que eran de carácter animal en su mayoría; se descubren entonces los protozoos y los demás microorganismos. Lo anterior permite el nacimiento de la microbiología. 2. ESTRUCTURA DE LA CÉLULA Una célula normalmente está constituida por una membrana celular y un protoplasma que consiste en el contenido interno que está envuelto por dicha membrana. En las células vegetales suele llamársele protoplasto. 71 Libardo Ariel Blandón Londoño La células menos evolucionadas conservan el esquema mencionado: un protoplasto rodeado de membrana; estamos refiriéndonos a las llamados células procariotas. Éstas tienen el material genético organizado en un lugar específico del protoplasma. Por eso decimos que no tienen un núcleo aparente. Pero células más evolucionadas, para proteger su material genético que se hace cada vez más complejo, desarrollaron una doble membrana que envuelve dicho material genético, al ver estas células al microscopio se les puede apreciar dicho estructura y decimos que presenta un núcleo aparente. Estas células se denominan eucariotas. Un organismo formado por células eucariotas se denomina eucarionte. Existen células que tiene varios núcleos cono las fibras musculares de los vertebrados que tienen varios núcleos: éstas se llaman coenocíticas (cenocíticas) y reciben el nombre de cenocitos. En células eucariotas el protoplasma comprende el citoplasma y el núcleo. En síntesis: la célula comprende: membrana, citoplasma y núcleo. MEMBRANA CÉLULA CITOPLASMA PROTOPLASMA NÚCLEO Biología General 2.1 Pared celular En células vegetales, por fuera de la membrana plasmática, existe una estructura compuesta principalmente de celulosa llamada Pared celular. Según el grado de diferenciación o madurez de la célula ésta puede ser primaria, secundaria o terciaria. Biogénesis de la pared celular (Tomado http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Pared_celular&action=edit&section) La pared celular vegetal se constituye durante la división celular, a partir de vesículas que provienen del aparato de Golgi. Estas vesículas, llenas de los componentes de la pared celular, se localizan en el fragmoplasto, que es un arreglo del citoesqueleto propio de las células en división. En el fragmoplasto se fusionan las vesículas del aparato de Golgi y constituyen el plato celular el cual crece desde el interior de la célula en división, hasta ponerse en contacto con las paredes laterales. Una vez formada, la pared celular crece por deposición de capas sucesivas de celulosa de dentro hacia fuera. En cada capa, la orientación de las microfibrillas de celulosa está guiada por el citoesqueleto, más exactamente por los microtúbulos corticales, los cuales alinean al complejo responsable de la síntesis de celulosa, que es la celulosa sintasa. La elongación celular ocurre en el eje perpendicular al de las microfibrillas de la capa de pared que se está depositando, de ahí que la síntesis de la pared y la orientación de las microfibrillas de celulosa están en directa relación con el tamaño y madurez celular. Cada una de estas paredes se va formando como secreción citoplasmática de dentro hacia fuera de la célula, recibiendo los nombres de pared primaria, la más externa; pared secundaria la segunda y pared terciaria la más interna respectivamente. Se tiene en cuenta el orden en que sale de la célula. Entre dos paredes adyacentes existe una membranita muy delgada y transparente que las separa (o las une), esta es la laminilla media. Además presentan, dichas paredes, unos orificios que unen los citoplasmas de dos células consecutivas, estos orificios son los plasmodesmos. 73 Libardo Ariel Blandón Londoño Vista de plasmodesmos a través de la pared celular en una célula vegetal, obsérvense, además, las otras estructuras características de dichas células.(tomado de: http://www.hiperbiologia.net/plantas/cell_vegetal.htm) Estructura general de una célula vegetal Tomado de: http://www.hiperbiologia.net/plantas/cell_vegetal.htm 2.2 Membrana plasmática Está presente en todo tipo de células. Constituida por una bicapa lipoproteica. Rodea el protoplasma y conecta el interior de la célula con el medio externo o fluido extracelular FEC. Su función es controlar el paso de sustancias desde o Biología General hacia la célula, además de ser sensible a cualquier estímulo, por tanto tiene un alto índice de irritabilidad. Por la anterior se le denomina unidad de membrana. Cuando se dice que un organelo tiene unidad de membrana, estamos diciendo, entonces, que ésta tiene el mismo tipo de membrana de la plasmática. A través de ella se da el paso de sustancias: de o hacia la célula. Cuando el paso a través de la membrana es de moléculas muy grandes, hay gasto de energía: ATP, se llama transporte activo; pero si las moléculas son tan pequeñas que pasan espontáneamente, no hay gasto de energía y el fenómeno se llama transporte pasivo. Estructura de la membrana Como podrá verse más abajo, cada una de las capas de la membrana está constituida por dos subcapas, una de carácter proteico hacia el extremo de la membrana que es hidrófila (afín con el agua) y otra de lípido ubicada hacia el centro de la membrana que es hidrófoba (rechaza el agua) Esta constitución hidrófila-hidrófoba es lo que permite un estricto control en el ingreso o salida de agua de la célula. Las dos subcapas se topan por el lado lipídico quedando en los dos extremos las capas proteicas de la membrana celular. Vale la pena aclarar que cualquier tipo de membrana que se halle dentro de la célula (membrana de mitocondria, de retículos o vacuolas, por ejemplo), tiene las mismas características estructurales de la membrana externa o plasmática. La membrana celular mide aproximadamente 75 A (Angstrom). Es del tipo de las semipermeables porque no todo tipo de sustancias la puede atravesar. Es selectiva mientras la célula permanezca viva, así se ejerce un control riguroso en el paso de sustancias a través de ella. El paso de sustancias a través de la membrana será motivo de discusión más adelante. 75 Libardo Ariel Blandón Londoño Estructura de la membrana plasmática: unidad de membrana en la cual se da el paso de macromoléculas (transporte activo) Tomado de: http://photos1.blogger.com/img/63/1216/1024/membrana.1.jpg 2.3 El citoplasma Tiene entre un 70 o 80 por ciento de agua, teniendo en cuenta extremos menores de un 1% de agua como las células de algunas semillas secas o un 99% en aguamalas y otros hidrozoos .El citoplasma presenta además hormonas, vitaminas, sales minerales, gas carbónico, Oxígeno, glucosa. y ácidos grasos entre otros. Organelas: Embebidas en el citoplasma encontramos corpúsculos o estructuras con funciones muy importantes para el mantenimiento de la célula. Ente ellos tenemos: Los Plastidios: Son propios de las células vegetales. Se clasifican según la sustancia que almacenen en sus estructuras. Por ejemplo: los que almacenan reservas de alimento son incoloros y por eso se llaman leucoplastos. (leuco = incoloro). Los leucoplastos que almacenan almidón se llaman amiloplastos. Los que almacenan aceites se denominan oleoplastos o elaioplastos. Biología General Los que almacenan proteínas se conocen como proteoplastos. Aquellos plastidios que almacenan pigmentos se denominas cromoplastos (cromos = color). Por ejemplo: los que almacena pigmentos de la gama del amarillo al rojo de llaman carotenoides (Beta caroteno y xantofilas) y los que almacenan el pigmento verde clorofila se denominan cloroplastos que abundan en las hojas de las plantas y en los tallos jóvenes, gracias a la clorofila pueden realizar la fotosíntesis. La fotosíntesis: Este hecho ocurre en las plantas verdes gracias a la clorofila; la fotosíntesis es la producción de alimento (carbohidratos) a partir de CO2 y H2O en presencia de luz. En este caso la energía luminosa se transforma en energía química, fijándose en los enlaces del carbohidrato formado o producido. En el proceso se produce O2 que es liberado a la atmósfera a través de los estomas de las hojas. El O2 que se produce viene de la hidrólisis del agua. La reacción es la siguiente: Luz Atmósfera 6H2O + 6CO2 C6 H12 O6 +6O2 6 molécula de agua reaccionan con 6 de gas carbónico, en presencia de luz, para producir una molécula de carbohidrato y 6 de oxígeno que van a la atmósfera. La energía que ingresa se fija en el carbohidrato en forma de energía química. Estructura del ATP Adenosín trifosfato Los enlaces de la adenosina con los grupos fosfatos (P) son de alta energía, cuando se libera un grupo fosfato, la molécula se transforma en ADP, ésta incorpora otro grupo fosfato y se convierte nuevamente en ATP. Puede 77 Libardo Ariel Blandón Londoño decirse, por lo anterior, que el ATP es un transportador de grupos fosfatos, es decir, un transportador de energía. La Mitocondria Es la organela responsable de la respiración celular. Se le denomina la casa eléctrica de la célula debido a que allí es donde se libera la energía suficiente para el metabolismo celular. Respiración celular: Respirar es quemar. Es la combustión de la glucosa en presencia de oxígeno; produciéndose agua, CO2 y ATP (Adenosín trifosfato). Esto ocurre en la mitocondria. La energía que se libera es utilizada por la célula para sus actividades metabólicas. Como se puede ver, es el inverso de la fotosíntesis, lo que allí se produce, aquí se consume. Aquí entra una molécula de glucosa y 6 de O2 para producir 6 de agua, 6 de dióxido de carbono y la energía química contenida en los enlaces de la glucosa se libera en forma de ATP. (Adenosín trifosfato) que es utilizada por la célula para su metabolismo. Biología General LO QUE DEBEMOS SABER DEL TEMA: 1. Complete el siguiente cuadro Organela Mitocondria Plastidios Cromoplastos Plastidios leucoplastos Lisosomas Vacuola digestiva Vacuola de reserva o almacenamiento Vacuola contráctil Centrosoma (centriolos) Ribosoma Retículo endoplasmático rugoso Retículo endoplasmático liso Aparato de Golgi Función 2. Establezca cinco diferencias entre la célula animal y vegetal. 3. Cuál es la diferencia entre los trabajos de Robert Hooke y de Antony van Leeuwenhoek. 4. Quién acuñó el nombre de célula y en qué tipo de tejidos trabajó. 5. Cuál es la diferencia entre retículo endoplasmático rugoso y liso. Que ocurre en cada uno de ellos. 6. Qué diferencia existe entre protoplasma y citoplasma. 7. Fotosíntesis y respiración son dos eventos: Establezca un paralelo entre ellos. - Qué sustancias entran y se consumen y cuáles se producen en cada evento. - Cuál evento se da en las plantas y cual en los animales - Explique los ciclos del gas carbónico y del oxígeno 8. Cuál es la función del ADP 79 Libardo Ariel Blandón Londoño 9. De los diferentes tipos de plastidios: cuáles son cromoplastos y cuáles son leucoplastos. Dar ejemplos de cada uno. 10. Cuáles plastidios producen pigmentos y cuáles almacenan alimentos; defina cada uno de ellos.
