Célula como ser vivo
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LA CÉLULA Requisitos para que la célula sea considerada un ser vivo: • Membrana celular que la delimite del entorno • Capacidad de formar RNA, para lo que necesita DNA • Estructura metabólica para que pueda realizar esta función Existen dos grupos de células: • Procariotas. Sin núcleo, cuyos procesos metabólicos se realizan por fermentación. • Eucariotas. Necesitan O2 para realizar los procesos metabólicos. Células eucariotas Pueden encontrarse libres, en un fluido; asociadas, para realizar una función común; o unidas por el citoplasma, como las células de la placenta. La forma puede variar según su función. Así las células de la sangre tienen forma redonda; las que revisten cavidades pueden ser planas, cubicas o cilíndricas; las que realizan movimientos de tracción son de forma alargada; y las células nerviosas tienen forma estrellada. Por su tamaño se distinguen pequeñas o enanas (de 3 a 15 micras), grandes (de 12 a 30 micras), y gigantes (mayores de 30 micras). Membrana nuclear No se observa al M.O; al M.E se observan dos bandas oscuras separadas por una clara, con un espesor de 75−80 *, mientras que las bandas oscuras miden 25−30 * cada una. Presenta poros que se continúan con membranas del citoplasma, lo que se conoce como flujo de membrana. La composición química es lipoproteica, constituida por una bicapa lipidico−proteica; la capa lipidica presenta poros hidrófobos orientados hacia el centro y poros hidrófilos orientados a la periferia. La capa proteica tiene una disposición perpendicular y su estructura presenta moléculas lipidicas (esquema de Danielli). Existen varias teorías sobre esta estructura, como son la teoría unitaria, la teoría micelar y la teoría del mosaico fluido. Propiedades de la membrana: • Inmunología • Excitabilidad • Conductividad • Permeabilidad • Transporte pasivo • Difusión facilitada • Difusión simple • Canales de apertura por ligando 1 • Transporte activo • Bomba de sodio−potasio • Bomba de calcio El paso de una sustancia por si misma se denomina uniporte, mientras que el paso de una sustancia que facilita el paso de otra se llama cotransporte; el paso además de una sustancia en la misma dirección se denomina simporte, y en la dirección contraria antiporte. La membrana permite también el paso de macromoléculas del exterior al interior de la célula: endocitosis. Cuando se trata de sustancias sólidas se conoce con el nombre de fagocitosis, y cuando son sustancias liquidas se llama pinocitosis. El paso de sustancias del interior hacia el exterior se conoce como exocitosis; las moléculas están envueltas por una membrana que se desplaza a la periferia de la célula poniéndose en contacto con ella, y estableciéndose una fusión de membranas que provoca la salida de la partícula al exterior. Especializaciones de la membrana • Amplitud • Mácula. Afecta a una pequeña zona discoidal de la célula • Zónula. Banda que abarca toda la circunferencia celular • Grado de proximidad • Adherens. Existe espacio de separación entre células vecinas • Occludens. Hay contacto físico entre células vecinas • Mácula adherens. Forma el complejo unitivo de membrana • Mácula occludens = Unión comunicante • Zónula adherens • Zónula occludens También existen interdigitaciones, invaginaciones de una membrana con otra en forma de dedos de guantes para que la célula se adapte a las modificaciones que pueda experimentar. En cuanto a los mecanismos de absorción, se distinguen microvellosidades (vanales, en chapa y en ribete−cepillo) que aumentan la superficie de absorción; y esterocilios, cuya misión es la excreción (epidídimo). Glucocalix Es una capa adherida a la membrana que no se observa al M.O, y que al M.E se observa una fina capa de limites rugosos; su composición puede ser de glicolípidos o de glicoproteinas, además de existir glucoproticanos. Funciones: • Protección de la célula. La buena conservación de la capa impide que ciertos enzimas lisen las células. • Permeabilidad • Reconocimiento entre células. Si agrupamos células de diferentes orígenes se agrupan por igual las que tienen un glucocalix parecido. • Inhibición por contacto. Las células en cultivo experimentan un crecimiento en los limites periféricos pero 2 no en el centro (únicamente en células normales). • Inmunología. Debido a los grupos de histocompatibilidad. • Destino de las células en el interior del organismo. Determinadas células tiene un destino que puede resultar distinto si se altera el glucocalix. • Control de la vida celular. El envejecimiento produce modificaciones en el glucocalix, por lo que se lisan mas rápidamente. • Control de la división celular. Si las células tienen bien el glucocalix pueden tener un crecimiento normal al estimularlas en los tejidos, lo que no ocurre en células con el glucocalix alterado. • Fecundación. El óvulo y el espermatozoide permiten la fecundación porque reconocen los glucocalix. • Receptor de virus y bacterias • Receptor de toxinas. Se pueden depositan toxinas que posteriormente penetraran al interior de la célula alterando los sistemas y produciendo lesiones. Citoplasma • Mitocondrias. Son organelas constantes de forma ovoide, distribuidas por toda la célula, normalmente donde hay una mayor actividad, y cuyo numero es muy abundante en relación con la actividad (a mayor actividad mayor numero de mitocondrias). Poseen dos membranas, una externa y lisa, y otra interna que presenta evaginaciones hacia la luz: crestas mitocondriales. En el interior de las mismas nos encontramos con la matriz, rica en proteínas, metabolitos y minerales, y que presenta unos gránulos densos con depósitos férricos y cálcicos; adosadas a su pared se encuentran las partículas elementales. No duran toda la vida, se degeneran y lisan, y vienen definidas por una hinchazón de las cavidades interna y externa y la fragmentación de las crestas mitocondriales. Así, si se destruyen se renuevan gracias al DNA que albergan en el interior. Transforman la energía estable en inestable, de mas fácil uso para la célula, y se realiza debido a los enzimas que posee, provenientes del ciclo de Krebs y de la fosforilación oxidativa; la finalidad es que los nutrientes se transformen en ATP, CO2 y agua. • Retículo endoplasmatico. Es una organela constante. Al M.E esta constituido por una serie de cisternas o estructuras tubulares unidas entre si que se extienden desde la superficie celular hasta la superficie del núcleo, formando parte de la membrana celular externa. Presenta unos gránulos electrodensos o ribosomas, y existen dos tipos de retículo endoplasmatico: el REL, de localización periférica; y el RER, de localización central, aunque pueden variar de una célula a otra. Los gránulos pueden estar adheridos en las cisternas, y cuando están unidos a un filamento de RNA mensajero dan lugar a los polirribosomas, sintetizadores de las proteínas. Las proteínas se sintetizan por los ácidos ribonucleicos que se forman en el núcleo bajo la síntesis del DNA. Tipos de RNA: • RNA ribosomico. Forma parte de los ribosomas • RNA mensajero. Responsable de la síntesis de las proteínas • RNA transferente. Transporta los aminoácidos para la síntesis de proteínas Cuando el RNA mensajero y el RNA ribosomico se unen, el mensajero esta dispuesto alineadamente y presenta una serie de tripletes de bases genéticas que se corresponderán con los anticodones del RNA transferente. Cada codon codifica un aminoácido; esta unión se realiza en dos lugares que se forman como consecuencia del ensamblamiento del RNA mensajero y el RNA ribosomico, llamados locus, un locus A o de reconocimiento y un locus P o de pectidación. Todas las proteínas sintetizadas se inician con unas bases establecidas: AUG, que serán transportadas al locus 3 A por el RNA transferente, posteriormente al locus P, y así sucesivamente para formar una cadena de aminoácidos. Siempre termina con las bases inespecíficas que no se corresponden con ningún aminoácido. Estas funciones las realiza el RER, mientras que el REL forma hormonas o desintoxica productos farmacológicos. • Aparato de Golgi. Se localiza en el centro de las células pero tiene unas características determinadas; esta constituido por unas vesículas planas apiladas hasta siete capas con micro y macro vesículas originadas por gemación. Presenta dos caras, una convexa que es inmadura y una cóncava que es madura. Teorías de su formación: • A partir del RER, el cual desprende vesículas de gemación desprendidas de los ribosomas; posteriormente se fusionarían formando vesículas planas que se aplanarían dilatándose los extremos, y así se formarían vesículas mayores y una serie de membranas. • Una masa filamentosa con unas vesículas posteriores que aparecerían en una zona del citoplasma libre, y se seguiría con el proceso anterior. En el interior hay unos gránulos de secreción que son rodeados por unas sustancias de hidratos de carbono, y que se van acumulando en vesículas de mayor tamaño que luego se desprenden. En su camino pierden el agua, y cuando contactan con la membrana celular se fusionan y los gránulos son eliminados. La función del aparato de golgi es almacenar las proteínas que se unen a moléculas de hidratos de carbono hasta que son eliminadas según las necesidades del organismo. • Lisosomas. Son vesículas constantes de forma esférica u ovoide de diferentes tamaños, en cuyo interior hay enzimas tipo hidrolasas limitadas por una membrana. Los lisosomas que contienen enzimas son lisosomas primarios; cuando se unen con un fagosoma se originan los lisosomas secundarios, que terminan lisandose y formando cuerpos residuales. Los fagosomas pueden ser de dos tipos: heterofagosomas (si los productos fagocitados son del exterior); y autofagosomas (si los productos fagocitados son del interior). Tanto unos como otros acaban eliminándose al exterior por fagocitosis; también los hay libres en la célula, y que pueden dar lugar a la autolisis. Hay enfermedades en relación con alteraciones en los lisosomas, como son la enfermedad de Misahi y la enfermedad de Pompe. • Centrosoma−centriolos. Es constante en las células y tiene una localización central cerca del núcleo y del aparato de golgi. Se representa por un área central libre de estructura filamentosa llamada centrosoma, limitada por una esfera atractiva constituida por puntos electrodensos que la rodea, y ocupada por dos estructuras cilíndricas o centriolos; a todo este conjunto se le denomina centrosfera. Por fuera hay filamentos de disposición radial que se llaman áster, y todo forma la astrosfera. Al M.E los centriolos están constituidos por nueve triadas de estructuras tubulares de disposición circular, conocidas como A, B, C, y en las que si se da un corte en un extremo presenta una estructura filamentosa dirigida al centro semejando una rueda de carro. En su parte central suelen emitir proyecciones esféricas unidas por un filamento o satélite centriolar. Las funciones de los centriolos son los movimientos celulares y el origen de los cilios y derivados. Los cilios son derivados de los centriolos que se presentan en el borde libre de las células como evaginaciones hacia el exterior; su longitud es variable y se distinguen tres partes: 4 • Tallo. Al M.E presentan una membrana celular en cuyo interior hay nueve pares de túbulos y un par central, recubierto por una vaina, y entre los cuales existen también estructuras filamentosas en nº 9. • Zona de transición. Desaparecen la vaina, el par central y los filamentos. • Corpúsculos basales. Son triadas de túbulos, y del túbulo central se extienden estructuras filamentosas a lo largo del citoplasma de la célula; también existen raíces, expansiones filamentosas que surgen del túbulo mas profundo de la triada. La función de los cilios es el movimiento que determina el avance de sustancias nocivas. Tienen sus orígenes en los centriolos y en los deutorexomas, formaciones filamentosas y granulares que se agrupan dando lugar a estructuras hexagonales de mayor densidad, y que en determinados puntos surgen expansiones fibrilares llamadas cuerpos ciliares que se dirigen a la membrana citoplasmática cuando se desprenden. • Microtúbulos. Son formaciones tubulares cuyo citoplasma se observa debido a la naturaleza proteica de los túbulos que forman una red dentro del citoplasma, y que se extiende desde la superficie hacia el interior, mas condensada en las partes periféricas. Están formados por moléculas de carácter proteico llamadas tubulinas, en nº 2, y que se unen formando dímeros, constituyendo unidades mayores que forman microfilamentos. La función de los microtúbulos es formar el esqueleto de la célula; desaparecen en la mitosis presentándose como el huso acromático, e intervienen en el desplazamiento de los lisosomas, pigmentos y proteínas en el interior de la célula. Se destruyen por las bajas temperaturas y por ciertos fármacos. • Hialoplasma. Plasma transparente, coloide homogéneo en el cual nadan las organelas. Tiene varias funciones, como la síntesis de proteínas en su inicio, la síntesis de ácidos grasos y la síntesis de glucógeno. El dentoplasma son elementos inconstantes de la célula, sustancias de deposito que intervienen en el metabolismo celular, como productos resultantes del metabolismo o de alguna otra función especifica de la célula. • Inclusiones. Hidratos de carbono, lípidos y proteínas • Pigmentos • Endógenos: melanina, hemoglobina, lipofusina... • Exógenos: carbón, silicio, berilio, plata, hierro, amianto... Núcleo Según el criterio morfológico es una inclusión citoplasmática constante delimitada por una membrana; según el criterio biológico esta formado por RNA y DNA. Características generales: • Puede ser único o haber varios núcleos • Localización central habitual, aunque puede ser de localización periférica o ecentrica • Forma habitual redonda, pero puede adoptar la forma de la célula • Volumen constante para células del mismo tejido • Membrana celular. Al M.O no se observa; al M.E se observa una estructura de doble membrana, y entre ambas existe un espacio llamado cisterna perinuclear. La membrana externa posee dos bandas oscuras separadas por una banda clara y en las bandas oscuras están adheridos los ribosomas del citoplasma; la membrana interna tiene una constitución similar. El núcleo presenta unos poros entre el citoplasma y el núcleo para permitir el paso de sustancias. Estos poros son redondos y poseen una membrana que los obstruye, son octogonales, y de sus vértices se expanden fibras cromáticas y gránulos a ambos lados de la membrana y hacia el centro, donde se unen a un granulo central. La cisterna perinuclear contiene agua y electrolitos, y los poros permiten el paso de proteínas y de RNA. Nucleosomas e histonas. Los DNA están fuertemente unidos a proteínas histonas en nº 5: H1, H2A, H2B, H3 5 y H4; la H1 es específica de cada tejido celular y las demás son comunes. Los nucleosomas son estructuras formadas por dos histonas (excepto la H1) unidas fuertemente por dos vueltas de DNA; la H1 es la que agrupa la unión de los nucleosomas. Al M.E lo vemos como un filamento que envuelve los nucleosomas a nivel de los octámeros. Si la H1 está desnaturalizada no podemos verlo. • Cromatina. Parte tingible del núcleo. Se puede presentar poco condensada: eucromatina; o muy condensada: heterocromatina, lo que depende de la constitución del DNA. El RNA al M.E se observa como unos gránulos pequeños electrodensos o gránulos Intercromaticos; como gránulos mayores electrodensos o gránulos pericromáticos; o como filamentos o fibras pericromáticas, que cuando están más condensadas forman los corpúsculos espirilados. • Nucleolo. Al M.O se observa como una formación redonda de coloración rosada; habitualmente es uno pero puede haber mas de un nucleolo. Al M.E se distingue una parte granulosa y una parte compacta. • Jugo nuclear. Coloide del interior del núcleo en el que hay depositados el DNA y los diferentes tipos de RNA; también hay enzimas y otras estructuras que participaran en la síntesis de los ácidos nucleicos. Composición química del RNA y del DNA • Azúcares: Ribosa y desoxirribosa • Bases nitrogenadas: Púricas (A, G) y pirimidínicas (C, U, T) • Fosfatos La unión de un azúcar con una base forman un nucleósido, y la unión a éste de un ácido fosfórico forman un nucleótido; los DNA y RNA están formados por conjuntos de nucleotidos. El DNA es una doble cadena helicoidal y ambas están unidas por las bases nitrogenadas de una forma marcada por el código de la herencia; además sintetiza las moléculas de RNA. El RNA es una cadena simple y también puede sintetizar moléculas de DNA mediante la transcriptasa. Funciones del núcleo El núcleo rige las funciones de la célula, y en él se hayan las expresiones de cualquier tipo de morfología del organismo, la totipotencialidad de la célula. Las células expresan una parcialidad que representa la especialidad de las células. Cromosomas Son fragmentos de cromatina en forma de bastones que adoptan una forma determinada en el momento de la mitosis. El tamaño es variable en grosor y en longitud. El numero de cromosomas varía según la célula sea haploide o diploide (23 pares: 22 somáticos, 1 sexual); las células sexuales son diploides. Cada bastón tiene dos partes iguales unidas por un centrómero, y cada parte recibe el nombre de cromátida. Los cromosomas presentan una constricción principal que divide al cromosoma en dos brazos iguales o desiguales, y también se observan constricciones secundarias más próximas a los extremos; el pequeño fragmento de masa cromátida aislado del resto del cromosoma por una constricción secundaria se llama satélite cromosómico. Los extremos de los cromosomas se denominan telómeros. Al M.E los cromosomas están constituidos por un doble filamento enrollado sobre sí mismo que presenta 6 gránulos electrodensos o cromómeros; estos filamentos o cromonemas, a nivel de la constricción primaria adoptan una forma de láser. Con arreglo a esta constricción se dividen en cromosomas metacéntricos, submetacéntricos, acrocéntricos y telocéntricos. Cariotipo humano: mapa genético cromosómico. Para estudiarlo se utilizan células sanguíneas; primero se estimula su crecimiento y se detiene en la mitosis, para someter a la célula a un choque isotónico haciendo que se rompa; así los cromosomas quedan dispersos y se fotografían para ver su morfología y su tamaño. Clasificación: 1. Grupo A: 1−3, grandes y metacéntricos 2. Grupo B: 4−5, grandes y submetacéntricos 3. Grupo C: 6−12, medianos y submetacéntricos 4. Grupo D: 13−15, grandes y acrocéntricos 5. Grupo E: 16−18, pequeños y submetacéntricos 6. Grupo F: 19−20, pequeños y metacéntricos 7. Grupo G: 21−22, pequeños y acrocéntricos Determinación del sexo: unión de los gametos masculinos y femeninos. Los gametos masculinos poseen 42 pares de cromosomas somáticos y uno sexual XY; los gametos femeninos poseen 42 pares de cromosomas somáticos y uno sexual XX. Corpúsculo de Bar: condensación de la cromatina de los cromosomas X del sexo femenino. Mitosis y meiosis Mitosis • Profase. A nivel citoplasmático desaparecen las organelas y aparecen los centriolos que se dividen y emigran a los polos de la célula; a nivel del núcleo se espiriliza la cromatina y se fragmenta para dar origen a los cromosomas. • Metafase. Los centriolos están en los polos celulares y aparecen los túbulos que los unen, el huso acromático; en el núcleo desaparece la membrana nuclear y los cromosomas se unen por su centrómero a los filamentos del huso acromático a nivel central: placa ecuatorial cromosómica. • Anafase. Los cromosomas están orientados hacia el centro y son traccionados por un mecanismo hacia los extremos de la célula, constituyendo dos estrellas hijas. • Telofase. Se reconstruye la célula. Aparece una nueva membrana nuclear con los cromosomas en su interior en forma de cromatina; aparecen el resto de organelas y a nivel citoplasmático, insinuándose en el plano central, se inicia una invaginación que divide a la célula en dos partes iguales. A parte existe una etapa de reposo o interfase que se corresponde al espacio de tiempo que hay entre dos mitosis consecutivas. Se divide en tres fases: • G1: tiene una duración variable según los tipos de células, y las células hijas de menor volumen recuperan el tamaño habitual de la célula madre. • Fase S: dura unas 8 horas, y se trata de una fase de síntesis caracterizada por la duplicación del DNA. • G2: fase corta de unas 2 horas de duración, es el periodo previo al inicio de una nueva mitosis. La mitosis tiene lugar en las células somáticas originando células hijas diploides. Meiosis Es la forma de duplicación de las células sexuales, caracterizada por dos mitosis sucesivas separadas por una interfase corta sin duplicación de DNA, y con unas características especiales en la profase de la primera 7 mitosis. • Mitosis 1 o reduccional • Profase • Leptonema. Filamento delgado. Se visualizan los cromosomas muy delgados, que tienen una tendencia a la polarización porque sus telómeros se dirigen a los extremos a nivel de los centriolos, dando una imagen de rosa. • Zigonema. Filamentos que se juntan. Alineamiento y apareamiento de los cromosomas homólogos; se realiza por medio de la sinapsis y se forma el complejo sinaptolémico. Los puntos de unión son muy escasos pero la unión es muy puntual. • Paquinema. Filamentos gruesos. Los cromosomas aparecen como tetradas; los puntos de unión son mayores (100%), y a este periodo se le conoce también como periodo de las bibalencias. Lo más importante es la recombinación genética que se produce. Al M.E se observan nódulos electrodensos que se conocen como nódulos de reconversión. • Diplonema. Duplicación o separación de los filamentos. Todos los cromosomas están unidos por determinados puntos o quiasmas; desaparece la sinapsis y el numero de quiasmas por cromosoma es variable. Es una etapa muy larga, pudiendo durar años (en la mujer hasta 40−50 años con la ultima ovulación), lo que se conoce como periodo diptoteno; los cromosomas adoptan una forma de plumados. • Diacinesis. Terminalización de la separación de los quiasmas. • Metafase. Se separan los pares de cromosomas. • Anafase • Telofase. Se han formado dos células hijas con la mitad de la carga genética. • Interfase • Mitosis 2 o ecuacional • Profase • Metafase. Se separan las cromátidas. • Anafase • Telofase. Formación de células haploides. Diferencias entre mitosis y meiosis Mitosis Células diploides Somáticas Duplicación DNA Resultado final Células Periodo de interfase Alineamiento y apareamiento de Libre los cromosomas Duración Corta Carga genetica Meiosis Células haploides Sexuales No duplicación DNA Organizada Larga 9 8