Teoría celular.Clases de células. Funciones

CONTENIDO:
•
BIOLOGÍA CELULAR: La teoría celular. Clases de células. La estructura y función
celular.
La biología celular (antiguamente citología, proviene de las
palabras citos que significa célula y Logos que significa estudio
o Tratado ) es una disciplina académica que se encarga del
estudio de las células en cuanto a lo que respecta a las
propiedades, estructura, funciones, organelos que contienen,
su interacción con el ambiente y su ciclo vital.
Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN
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Con la invención del microscopio óptico fue posible observar
estructuras nunca antes vistas por el hombre, las células. Esas
estructuras se estudiaron más detalladamente con el empleo de
técnicas
de
citoquímica
y
con
la
ayuda
fundamental
del microscopio electrónico.
La biología celular se centra en la comprensión del
funcionamiento de los sistemas celulares, de cómo estas células
se regulan y la comprensión del funcionamiento de sus
estructuras. Una disciplina afín es la biología molecular.
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Historia
La primera referencia al concepto de célula data del siglo
XVII
cuando
el
inglés
Robert
Hooke
utilizó
este
término célula (por su parecido con las habitaciones de los
sacerdotes llamadas Celdas) para referirse a los pequeños
huecos poliédricos que constituían la estructura de ciertos
tejidos vegetales como el corcho. No obstante hasta el siglo
XIX no se desarrolla este concepto considerando su estructura
interior.
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Es en este siglo cuando se desarrolla la teoría celular, que
reconoce la célula como la unidad básica de estructura y función
de todos los seres vivos, idea que constituye desde entonces uno
de los pilares de la Biología moderna. Fue esta teoría la que
desplazó en buena medida las investigaciones biológicas al
terreno microscópico pues no son visibles a simple vista. La
unidad de medida utilizada es el micrómetro (μm) o micra (μ),
existiendo células de entre 2 y 20 μm.
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La investigación microscópica pronto daría lugar al descubrimiento de la
estructura celular interna incluyendo el núcleo, los cromosomas, el aparato
de Golgi, mitocondrias y otros organelos celulares así como la identificación
de la relación existente entre la estructura y la función de los organelos
celulares. Ya en siglo XX la introducción del microscopio electrónico reveló
detalles de las megaestructura celular y la aparición de la histoquímica y de
la citoquímica. También se descubrió la base material de la herencia con los
cromosomas y el ADN con la aparición de la citogenética.
Atendiendo a su organización celular, los seres vivos se clasificarán en
acelulares (virus, viroides) y celulares, siendo estos a su vez clasificados
en eucariotas y procariotas.
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La Teoría Celular
•Cualquier ser vivo está formado por una o más células.
•Todos los procesos químicos ocurren dentro de la célula.
•Cada célula se origina de otra célula mediante la mitosis y meiosis.
•Cada célula contiene información hereditaria que será pasada
sucesivamente a otras células.
•El desarrollo de la teoría celular es una ilustración de la interacción
entre hechos e ideas. Los avances técnicos han permitido ir
descifrando poco a poco los más intrincados problemas biológicos,
hasta llegar a facilitar en nuestros días una visión precisa y de gran
complejidad de los organismos vivos y en particular de la célula.
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•
Si retrocedemos al menos unos trescientos años, Robert Hooke, al
describir las "células", y Antonie Van Leeuwenhoek, al observar por vez
primera los microorganismos y otras formas celulares, con sus
microscopios rudimentarios, ponían al alcance del hombre valiosos
medios de observación que al ser perfeccionados mas tarde, servirían para
dar pasos de gigantes al asentamiento de los conocimientos de la célula.
•
Durante el período inicial de desarrollo de la teoría celular, los científicos
acumularon hechos relativos a las células, con la ayuda de microscopios
simples. El período medio de desarrollo de la teoría celular comprendió no
solo la observación, sino también los intentos de los científicos para llegar
a generalizaciones a partir de sus descubrimientos.
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En 1839 ocurrieron dos hechos sobresalientes en conexión con
este
tema:
Purkinje,
en
Bohemia,
acuña
el
término
"protoplasma" para significar el contenido vivo de la célula, y los
alemanes Schleiden y Schwann presentan la idea de que todos
los seres vivos están formados por células, provocando así el
nacimiento de lo que mas tarde habría de llamarse "teoría
celular", en la que se define un hecho trascendental: la célula es
la unidad fundamental no solo por lo que respecta a su función,
sino también en cuanto a su estructura.
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Este período terminó con el enunciado de la teoría celular cuyos
postulados pueden resumirse:
–Todos los animales y vegetales están constituidos por células.
–La célula es la unidad básica de estructura y función en un
organismo multicelular.
–La división celular da origen a la continuidad genética entre
células progenitoras y sus descendientes.
–La vida del organismo depende del funcionamiento y control de
todas sus células.
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•
La teoría celular, que inicialmente se acogió con bastantes reservas,
produjo un marco apropiado para el progreso posterior de la biología
celular, al presentar a los biólogos algo uniforme y coherente en donde
fundamentar sus estudios de la célula aislados y comparativos. Ofreció
una esperanzadora seguridad de que las variaciones sugeridas por la
teoría de la evolución, tenían un tronco común y que este estaba
constituido por la organización celular de los sistemas vivientes.
•
Desde entonces la teoría celular se ha ido desarrollando y expandiendo,
dando un explicación lógica sobre como pueden haber evolucionado los
organismos multicelulares a partir de formas unicelulares.
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• Los
procesos
de
fermentación,
respiración,
fotosíntesis y duplicación de cromosomas son
actividades que tienen lugar en el interior de las
células, estos se llevan a cabo tanto en células de
organismos unicelulares o multicelulares. Con la
teoría de la evolución y la teoría genética, la teoría
celular forma parte de la estructura conceptual de
todas las Ciencias Biológicas.
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• Esta idea revolucionaria constituye uno de los pilares
fundamentales sobre los que se apoya la Biología moderna, y
sirvió para desplazar en gran medida el centro de gravedad de
las investigaciones hacia el terreno microscópico. Pronto se
descubrieron el núcleo, los cromosomas, el aparato de Golgi y
otros organelos celulares, y la introducción en Biología del
microscopio electrónico reveló innumerables detalles de las
ultraestructura celular, poniendo aún en más de manifiesto
esa unidad existente entre todos los seres vivos, a pesar de la
aparente diversidad.
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Los hallazgos conseguidos por este procedimiento, junto con los
descubrimientos iniciados a finales del siglo XIX sobre la relación
existente entre la estructura y la función de los organelos
celulares, resultaron en parte de la unión de técnicas
histológicas, citológicas y químicas, cuyo resultado fue la
aparición de la histoquímica y de la citoquímica. Al descubrirse
que la base material de la herencia son los cromosomas y que la
molécula portadora de la información que se transmite de una
generación a otra es el ADN, se establecieron las bases de la
citogenética.
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En la actualidad son tantos los campos de la Biología que han
enriquecido a la citología, y han sido tan importantes y
transcendentales las repercusiones de estos conocimientos a
todos los niveles de organización, que la célula ha pasado a ser el
centro de la atención de muchos investigadores y a constituir por
sí sola un capítulo importante entre las ciencias biológicas, al que
por mérito propio se llama "Biología celular".
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Tipos de Células
Las células pueden ser procariotas o eucariotas, también cada
reino de la vida posee células diferentes.
• La célula procariota.
• La célula eucariota.
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La célula procariota
Se llama procariotas (del griego πρό, pro = antes de y κάρυον, karion =
núcleo) a las células sin núcleo celular diferenciado, es decir, cuyo
material genético se encuentra disperso en el citoplasma, reunido en
una zona denominada "Nucleoide". Casi sin excepción los organismos
basados en células procariotas son unicelulares, formados por una sola
célula. El metabolismo de los procariotas es enormemente variado, a
diferencia de los eucariotas, y muchos resisten condiciones
ambientales sorprendentes por lo extremas en parámetros como la
temperatura o la acidez.
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Características propias de las células procariotas
• Mesosoma
• Cromosoma bacteriano
• Ribosomas 70s
• Material genético extracromosomal (plásmidos).
• Pared celular de peptidoglicano.
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Las células eucariotas
Las células eucariotas son las células que tiene un núcleo. Las
células eucariotas tienen estas partes básicas:
• Membrana celular.
• Citoplasma.
• Núcleo.
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También contiene organelos:
• Mitocondria: Es la encargada de tomar material orgánico
y de tomar el oxígeno y convertirlo en energía.
• Ribosomas: Son las encargadas de hacer proteínas.
• Aparato de Golgi: Son las que almacenan las sustancias.
• Retículo endoplasmático:
• Vacuola: Contiene grandes cantidades de agua y
disolventes.
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CÉLULA VEGETAL
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Características propias de las células procariotas
• Mesosoma
• Cromosoma bacteriano
• Ribosomas 70s
• Material genético extracromosomal (plásmidos)
• Pared celular de peptidoglicano.
Características propias de eucariotas
• Nucleo.
• Ribosomas 80s
• Ausencia
de
pared
celular
o
pared
celular
de celulosa (vegetales u hongos).
• Orgánulo u organelos: Las diferentes estructuras suspendidas en
el citoplasma de una célula eucariota, que tienen una forma y unas
funciones especializadas bien definidas y diferenciadas.
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Núcleo
•
El núcleo celular es la estructura más característica de las células eucariotas. Se
rodea de una cubierta propia, llamada envoltura nuclear y contiene el material
hereditario, que es la base de la herencia, en que se basa el desarrollo y el
funcionamiento de cada organismo, y cuya composición es con en el ácido
desoxirribonucleico (ADN).
•
Por la existencia del núcleo, en las células eucariotas se dan en espacios separados
los procesos de replicación del genoma y transcripción del ARN, que ocurren
dentro, y la biosíntesis de proteínas (traducción), que se produce fuera. Esta
compartimentación es una de las condiciones de la complejidad del control
funcional que distingue a los eucariontes de los procariontes.
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1.Membrana nuclear.
5. Cromatina.
2. Ribosomas.
3. Poros nucleares.
6. Vacuolas.
7.Reticulo endoplasmático granuloso.
4. Nucleolo.
8. Nucléoplasma.
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El núcleo es una estructura dinámica, que en los organismos con
mitosis abierta, se deshace durante el reparto cromosómico. Se
llama núcleo interfásico al que se observa antes de la mitosis y
después de ésta, ya duplicado; es decir, durante los momentos
del ciclo celular que no corresponden a la mitosis.
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Forma, tamaño y posición del núcleo
• El núcleo es casi siempre una estructura esferoidal relativamente
grande, cuando se la compara con los orgánulos citoplasmáticos
comunes. En términos absolutos, puede medir menos desde 1µm
(en los llamados nanoeucariontes), hasta más de 20 µm. Su
volumen guarda cierta proporcionalidad con el del citoplasma.
• El núcleo tiende a ocupar una posición central, pero en las células
adultas de las plantas se ve desplazado a la periferia por el
importante volumen del vacuoma (conjunto de vacuolas).
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Número de núcleos
• Lo típico es que cada célula eucariota contenga un núcleo, sin
embargo son frecuentes e importantes las excepciones. En los
hongos también es normal la condición dicariótica (dos núcleos) en
cierta fase vital, cuando después de la fusión de dos células de
individuos distintos compatibles, se forma una célula dicariótica de
cuya proliferación procede un micelio dicariótico. La fecundación se
produce finalmente por la fusión en células específicas de esos dos
núcleos.
• En protistas es donde se observa mayor diversidad de casos, en éste
como en otros temas básicos de la biología eucariótica. En los
ciliados existen regularmente dos núcleos, el macronúcleo y el
micronúcleo. En Pelomyxa pueden aparecer hasta 20.000 núcleos
en la misma célula.
• Los eritrocitos (glóbulos rojos) maduros de casi todos los mamíferos
carecen de núcleo.
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31
•
Un caso muy especial es el de la presencia de nucleomorfos; éstos son núcleos
residuales del proceso de integración endosimbiótica de un eucarionte
fotosintetizador como plasto secundario en otro eucarionte. Así es como a
partir de un Rhodophyta (alga roja) se ha constituido el plasto de los diversos
Chromophyta (cromófitos), por ejemplo las algas pardas o las diatomeas. No
en estos últimos ejemplos, pero sí en otros casos, como los Cryptophyta
(criptófitos), se conserva dentro del plasto un resto de citoplasma y un núcleo
residual, al que se llamó nucelomorfo antes de verificar que efectivamente es
un núcleo eucariótico reducido. El nucleomorfo pertenece al plasto, y el
pequeño genoma que conserva tiene que ver con el control de su
funcionamiento.
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Sincitios
Un sincitio es una masa de protoplasma en la que coexisten
varios núcleos. Cada núcleo atiende las necesidades de control
de una región de citoplasma, a la que se llama enérgida. Un
sincitio se constituye cuando la formación de nuevos núcleos
tras la mitosis (cariocinesis) no va seguida de citocinesis, es decir,
de partición del citoplasma. Lo relacionado con un sincitio se
adjetiva como sincitial o como cenocítico.
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La organización sincitial aparece en los tejidos animales con
cierta frecuencia, siempre con ventajas específicas relacionadas
con su función propia. Se observa en las fibras musculares
estriadas, las células del tejido muscular esquelético, donde una
sola célula de 20 µm de diámetro se extiende muchos
centímetros en longitud, con núcleos regularmente espaciados a
lo largo; la continuidad de la membrana plasmática facilita la
contracción coordinada del citoesqueleto en toda la longitud de
la célula a partir de un solo punto de estimulación.
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Otro caso es el del trofoblasto de la placenta de los mamíferos; la
organización sincitial estorba el paso de células sanguíneas
maternas que activamente podrían atravesar por entre las
células de no ser sincitial, continuo, el tejido. En el desarrollo
embrionario temprano, por ejemplo en insectos y en aves, cierta
continuidad del citoplasma facilita por un lado la participación
en el consumo de un vitelo común, y por otro la morfogénesis.
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• En algas filamentosas es común la condición sincitial, que en estos
casos se llama organización o estructura sifonal.
• Un caso especial de organización sincitial es la que representan
los plasmodios, que se forman por la reunión de células antes
independientes. En los protistas micetozoos las células dispersas se
agregan en alguna fase vital, formando plasmodios de agregación
(pseudoplasmodios) o plasmodios verdaderos por fusión. Lo mismo
se observa en casos dispersos en otros protistas, como algunos
cromófitos y dinoflagelados.
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Estructura del núcleo
El núcleo interfásico presenta al menos las siguientes partes diferenciadas:
•
Envoltura nuclear. Se basa en una doble membrana (2 bicapas lipídicas)
reforzada por el citoesqueleto. Está perforada por poros nucleares, a
través de los cuales el interior del núcleo se comunica con el citosol. La
envoltura presenta ribosomas adheridos externamente y es la
continuación del retículo endoplasmático rugoso. La envoltura nuclear se
halla reforzada por dos armazones de filamentos intermedios, uno
adosado a su superficie interna: la lámina nuclear. Y otro situado sobre la
cara citosólica de la membrana externa.
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• Cromatina. Es la forma que toma el material hereditario
durante la interfase del ciclo celular. Consiste en ADN
asociado a proteínas.
• Nucleoplasma, también llamado carioplasma o cariolinfa. Se
trata del medio interno indiferenciado que llena el núcleo,
semejante al citosol o hialoplasma, bañando a sus
componentes.
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• Nucléolo(s). Una o más estructuras esferoidales, relacionadas
con la síntesis de las principales piezas de los ribosomas y con
su ensamblaje parcial. Este está conformado por ARN y
proteínas básicas. Se distinguen dos porciones del nucléolo, la
región granular, formada por gránulos de ARN, y la región
fibrilar formada por filamentos de ARN. Una tercera región,
muy difícil de observar es la denominada porción
cromosómica del nucléolo, en esta se encuentran filamentos
de DNA.
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Funciones del núcleo
• Dirige la actividad celular, ya que contiene el programa
genético, que dirige el desarrollo y funcionamiento de la
célula.
• Es la sede de la replicación (duplicación del ADN) y la
transcripción (síntesis de ARN), mientras que la traducción
ocurre en el citoplasma. En las células procariotas todos esos
procesos coinciden en el mismo compartimento celular.
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Mitocondria
Las mitocondrias son los orgánulos (organelos) celulares que se
encuentran en prácticamente todas las células eucariotas.
Constituyen las "centrales energéticas" de todos los seres
eucariontes. En su interior se produce energía a partir de la
materia orgánica que es oxidada en presencia de oxígeno. En el
proceso se libera dióxido de carbono y agua.
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•
Mitocondria: 1. Membrana interna. 2. Membrana externa. 3. Cresta. 4. Matriz.
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Miden entre 0,5 y 10 micras. Son las encargados de suministrar
la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular,
actúan por tanto, como centrales energéticas de la célula y
sintetizan ATP por el ciclo del ácido cítrico (de Krebs) y la cadena
de transportadores electrónicos. La mitocondria presenta una
membrana exterior permeable a iones, metabolitos y muchos
polipéptidos.
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Eso es debido a que contiene proteínas que forman poros
llamados Porinas o VDAC (canal aniónico dependiente de
voltaje), que permiten el paso de moléculas de hasta 10 kD y un
diámetro aproximado de 20 Aº. La membrana mitocondrial
interna
presenta
pliegues
dirigidos
hacia
el
interior
llamados crestas mitocondriales, que contienen tres tipos de
proteínas:
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• Las proteínas que trasportan los electrones hasta el oxígeno
molecular
• Un complejo enzimático, la ATP-sintetasa que cataliza la
síntesis de ATP (fosforilación oxidativa).
• Proteínas trasportadoras que permiten el paso de iones y
moléculas a través de la membrana interna.
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Hasta hace poco se creía que todas las mitocondrias humanas
eran de origen materno, ya que parecía que sólo el óvulo aporta
las mitocondrias a la célula original; hoy en día esta hipótesis ha
sido superada ya que se ha demostrado que durante la
fecundación humana, aparte de fusionarse los núcleos del óvulo
y el espermatozoide, también se fusionan las mitocondrias del
óvulo
con
las
mitocondrias
paternas
procedentes
del
espermatozoide, aunque la supervivencia de las mitocondrias
paternas es bastante rara.
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Las mitocondrias junto con los cloroplastos contienen ADN
circular, ribosomas y membranas celulares e incluso son capaces
de sintetizar algunas de sus proteínas; es decir, tienen los
orgánulos que tendría una célula procariota de vida libre. Al
respecto de ésto la científica estadounidense Lynn Margulis
junto con otros científicos ha propuesto la teoría endosimbiótica.
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Según ésta teoría, en un momento dado, la mitocondria, una
célula procariota capaz de obtener energía a partir del oxígeno,
se fusionó en un momento de la evolución con las células
eucariotas, proporcionándoles una fuente de energía de la que
sacaron mucho partido, aprovechando el aumento de la
concentración de oxígeno en la atmósfera terrestre.
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Cloroplasto
•
Los cloroplastos de las plantas terrestres son orgánulos citoplasmáticos en
forma de discos que se encuadran en la clase más diversa de los plastos.
En estos organismos hay unos 40 cloroplastos por célula.
•
Las dos membranas del cloroplasto poseen una estructura continua que
delimita completamente el cloroplasto. Ambas se separan por un espacio
intermembranoso llamado a veces espacio periplastidial. La membrana
externa es muy permeable, no tanto como la interna que contiene
proteínas específicas para el transporte. La cavidad interna, llamada
estroma, contiene ADN circular, ribosomas (de tipo 70s, como los
bacterianos), gránulos de almidón, lípidos y otras sustancias.
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También hay una serie de sáculos delimitados por una
membrana llamados tilacoides los cuales se organizan en los
cloroplastos
de
las
plantas
terrestres
en
apilamientos
llamados grana (plural de granum). Las membranas de los
tilacoides
contienen
sustancias
como
la
clorofila,
los
carotenoides, los pigmentos fotosintéticos y distintos lípidos;
proteínas de la cadena del transporte electrónico fotosintético y
enzimas, como ciertas ATPasas.
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El Cloroplasto es el orgánulo donde se realiza la fotosíntesis.
Existen dos fases: Fase lumínica: En la membrana de los
tilacoides se produce la conversión de la energía lumínica en
energía química (ATP) y se genera poder reductor (NADH). Fase
oscura: Se produce en el estroma y ahí se fija el CO2 mediante el
ciclo de Calvin.
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Al poseer su propio ADN, en su génesis, los Cloroplastos llevan a
cabo la división independientemente de la célula. Un cloroplasto
procede de un proplasto ya procedido (fisión binaria), y que
después de la captación de luz se transforma en cloroplasto
maduro, diferenciándose de los demás tipos de plastos, como los
cromoplastos, para almacenamiento de pigmentos, y los
amiloplastos, para el almacenamiento de almidón.
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Retículo Endoplásmico
• Existen dos tipos de retículos; el R. Liso y el R. Rugoso. Cada
uno tiene su debida función.
• Retículo endoplasmático Liso (REL): está formado por una
serie de redes de túbulos y sistemas membranosos. Sus
funciones son:
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• Síntesis de lípidos, como esteroides(colesterol), triglicéridos y
fosfolípidos.
• Detoxificación de sustancias del medio externo como los
medicamentos.
• Regulación del calcio presente en el citoplasma.
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Retículo endoplasmático Rugoso (RER): está formado por
cisternas. Se denomina retículo endoplasmático rugoso por la
presencia de ribosomas adosados a su superficie, lo que le da su
peculiar aspecto. Sus funciones son:
•Circulación intracelular de sustancias que no liberan al
citoplasma
•Síntesis y almacenamiento de proteínas de exportación que van
hacia el aparato de Golgi.
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Ribosomas
Los ribosomas son responsables del aspecto granuloso del
citoplasma de las células. Es el orgánulo más abundante, varios
millones por célula.
Los ribosomas son complejos ribonucleoproteícos organizados
en dos subunidades: pequeña y grande; el conjunto forma una
estructura de unos 20 nm. de diámetro (un milímetro de tu regla
tiene 1.000.000 de nm).
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En la célula eucariota, las subunidades que forman los ribosomas
se sintetizan en el nucléolo. Una vez formados, estas
subunidades atraviesan los poros nucleares y son funcionales
solo en el citoplasma cuando se unen las dos subunidades a un
molécula de ARN. Los ribosomas son máquinas para la
traducción.
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En el microscopio, los ribosomas se ven como granos oscuros.
Podemos encontrar ribosomas en 3 sitios de la célula: en el RER,
en la membrana nuclear, y en el citosol. En el citosol, es
frecuente observar varios ribosomas agrupados en una
organización casi circular a los que llamamos polisomas.
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Peroxisomas
Peroxisomas: son los encargados de retrasar el envejecimiento
celular. Contienen Peroxido de hidrógeno (Agua Oxigenada)
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