Biologia celular by Miguel Barrantes

B I O L O G Í A C E L U L A R

Volúmen I

MIGUEL BARRANTES FLORES

BIOLOGÍA CELULAR BIOLOGÍA CELULAR _______________________________________________ 1 TEORÍA CELULAR __________________________________________________________________ 2 LA CÉLULA ES LA UNIDAD ANATÓMICA Y FISIOLÓGICA DE TODOS LOS SERES VIVOS. __ 2 NIVELES DE ORGANIZACIÓN CELULAR ______________________________________________ 2 MOLECULAR ____________________________________________________________________ 2 SUBCELULAR ____________________________________________________________________ 2 CELULAR ________________________________________________________________________ 2 NIVELES DE ORGANIZACIÓN ________________________________________________________ 3 LA CÉLULA_________________________________________________________________________ 3 TIPOS DE CÉLULAS _________________________________________________________________ 3 CÉLULAS PROCARIOTAS _________________________________________________________ 3 CÉLULAS EUCARIOTAS __________________________________________________________ 4 CÉLULAS VEGETALES ______________________________________________________________ 4 CÉLULAS ANIMALES ________________________________________________________________ 4 CÉLULA EUCARIOTA ANIMAL _______________________________________________________ 5 LA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA ___________________________________________________ 5 COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA ___________________ 5 ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA _____________________________ 6 FUNCIÓN DE LA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA __________________________________ 7 FUNCIÓN DE TRANSPORTE DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA _______________________________________________________________ 7 TRANSPORTE PASIVO ___________________________________________________________ 8 TRANSPORTE ACTIVO ___________________________________________________________ 9 ENDOCITOSIS _________________________________________________________________ 10 EXOCITOSIS ___________________________________________________________________ 11 ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA DE SECRECIÓN ________________________________ 12 FUNCIONES DE LA MEMBRANA DE SECRECIÓN __________________________________ 12 EL CITOPLASMA DE LA CÉLULA __________________________________________________ 12 EL HIALOPLASMA ______________________________________________________________ 12 ESTRUCTURA _________________________________________________________________ 12 FUNCIÓN ______________________________________________________________________ 13 FUNCIÓN DEL CITOESQUELETO _________________________________________________ 13 ENCIMAS _______________________________________________________________________ 13 METABOLISMO _________________________________________________________________ 13 EL MORFOPLASMA ________________________________________________________________ 13 RIBOSOMAS ____________________________________________________________________ 13 ESTRUCTURA _________________________________________________________________ 13 FUNCIONES DE LOS RIBOSOMAS ________________________________________________ 14 PROTEÍNAS____________________________________________________________________ 14 EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO _______________________________________________ 14 RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO (RER) ___________________________________ 14 RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO (REL) _______________________________________ 15

APARATO (O COMPLEJO) DE GOLGI (AG) ________________________________________ 15 ESTRUCTURA _________________________________________________________________ 15 FUNCIONES ___________________________________________________________________ 15 LISOSOMAS _____________________________________________________________________ 16 PEROXISOMAS __________________________________________________________________ 16 MITOCONDRIAS ________________________________________________________________ 16 ESTRUCTURA _________________________________________________________________ 16 FUNCIONES ___________________________________________________________________ 17 CITOCENTRO (O CENTROSOMA) ________________________________________________ 17 ESTRUCTURA _________________________________________________________________ 17 FUNCIONES ___________________________________________________________________ 18 CILIOS Y FLAGELOS ____________________________________________________________ 18 ESTRUCTURA _________________________________________________________________ 18 FUNCIÓN ______________________________________________________________________ 18 NÚCLEO INTERFÁSICO __________________________________________________________ 18 ENVOLTURA NUCLEAR ________________________________________________________ 18 NUCLEOPLASMA ______________________________________________________________ 19 ADN __________________________________________________________________________ 19 TRANSCRIPCIÓN __________________________________________ ¡Error! Marcador no definido. TRADUCCIÓN _____________________________________________ ¡Error! Marcador no definido. DOGMA DE LA BIOLOGÍA CELULAR _________________________________________________ 19 TEORÍA CELULAR La teoría celular tiene 4 puntos fundamentales: 1) La célula es la unidad anatómica y fisiológica de todos los seres vivos. Unidad anatómica quiere decir que los organismos vivos están formados por una o muchas células. Unidad fisiológica significa que el conjunto del organismo funciona porque todas las células funcionan. 2) Cada célula procede de una célula madre o anterior por división de esta última. 3) La información necesaria para el funcionamiento de la célula y para la división de ésta, está depositada en el núcleo en forma de ADN. El ADN se transmite de generación en generación (de célula madre  células hijas). 4) Las reacciones químicas que tienen lugar en los organismos vivos (metabolismo) se realizan en el interior de las células. LA CÉLULA ES LA UNIDAD ANATÓMICA Y FISIOLÓGICA DE TODOS LOS SERES VIVOS.  Unidad anatómica quiere decir que los organismos vivos están formados por una o muchas células.  Unidad fisiológica significa que el conjunto del organismo funciona porque todas las células funcionan NIVELES DE ORGANIZACIÓN CELULAR En la organización celular se distinguen varios niveles: MOLECULAR

En los organismos vivos pueden ser orgánicas, como proteínas, lípidos, ácidos nucleicos (ADN, ARN) e inorgánicas, como agua, fosfato de calcio (en los huesos), carbonatos, bicarbonatos, etc. Estas moléculas establecen interacción entre sí formando un nivel de organización submolecular. SUBCELULAR

Donde hay dos tipos de estructura: 1. Virus: no se pueden considerar seres vivos, ya que no se reproducen por sí mismos, sino que necesitan invadir una célula para reproducirse. 2. Orgánulos celulares: aunque forman parte de la célula, por sí mismo no se pueden reproducir, sino que lo hacen el conjunto de la célula. Los orgánulos, junto con la membrana y el núcleo forman la célula. CELULAR

La célula.

NIVELES DE ORGANIZACIÓN 1. Nivel molecular: a. Moléculas orgánicas: glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos (ADN, ARN) b. Moléculas inorgánicas: fosfato de calcio, agua, carbonato, bicarbonato, etc. Las moléculas establecen interacciones entre sí y dan lugar al nivel de organización subcelular. 2. Nivel de organización subcelular: a. Virus. b. Orgánulos celulares. Los orgánulos celulares interaccionan entre sí y dan lugar a la célela. 3. La célula: a. Células procariotas. b. Células eucariotas. LA CÉLULA La célula es la unidad básica más pequeña del ser vivo. Es decir, la cantidad más pequeña de materia viva que posee vida propia, que nace, crece, se reproduce y muere. Las células son pequeñísimas cavidades o celdillas que presentan diversas formas: estrelladas, alargadas, redondeadas, cúbicas, poligonales, ect. Pero la forma más común es la redondeada. En general, son tan pequeñas que no pueden verse a simple vista, sino a través del microscopio. Se miden en micras (1 micra = milésima parte de 1 mm.). Suelen medir de 5 a 50 micras de diámetro, Algunas, no obstante, son mucho mayores: hay fibras vegetales que llegan a medir 20 cm. Las yemas de los huevos de las aves son también células de gran tamaño. En la célula se distinguen dos partes fundamentales: el citoplasma y el núcleo. Ambas han de vivir unidas. No puede ninguna de ellas vivir independientemente.  El citoplasma es una masa transparente y viscosa parecida a la clara de huevo. Representa la mayor parte de la materia que constituye la célula. En su interior se encuentra el núcleo. Envolviendo al citoplasma se encuentra la membrana, que se considera como parte de aquél.  El núcleo es una masa de forma esférica que se halla en el interior del citoplasma. En resumen, podemos decir que la célula es un conjunto de orgánulos, cada uno de los cuales tiene su propia función. Para estudiar la célula con un microscópio óptico (formado por un sistema de lentes) que aumenta la imagen de 100 a 2.000 veces, ésta se verá de forma muy elemental. La célula se vería así: Núcleo Los orgánulos no se ven bien Citoplasma Membrana citoplasmática

Para ver la estructura de los orgánulos se necesita un microscopio electrónico que aumenta de 10.000 a 100.000 veces. Con ellos ya se ven bien y se pueden estudiar estos orgánulos. TIPOS DE CÉLULAS Según su grado de complejidad y organización, las células pueden clasificarse en dos grupos: a) células procariotas y b) células eucariotas. Se diferencian por su estructura, complejidad, metabolismo, orgánulos, etc. CÉLULAS PROCARIOTAS

Las células procariotas son más pequeñas y poseen una menor complejidad organizativa. PRO significa primitivo, que no está muy desarrollado. CARIO significa que el núcleo es muy primitivo o que el material genético no está dentro de los límites del núcleo, sino desparramado por el interior de la célula.  No tienen orgánulos membranosos: los únicos que tienen son los RIBOSOMAS.  Tienen como principal característica carecer de envoltura nuclear, por lo que su ADN aparece en el citoplasma en una región denominada nuclear o nucleoide.  El ADN suele ser una única molécula cíclica y se empaqueta mediante proteínas no histonas.  Por fuera de la membrana celular tienen una pared bacteriana.  Tienen una gran versatilidad metabólica, ya que pueden realizar muchas reacciones químicas.  Siempre se presentan de forma unicelular.



Los organismos procariotas más conocidos son: las bacterias, los micoplasmas, las algas cianofíceas.

CÉLULAS EUCARIOTAS

EU significa verdadero. Son más grandes y poseen una mayor complejidad organizativa.  Tienen un núcleo verdadero, delimitado por una envoltura membranosa, en cuyo interior se halla el material genético o ADN, por lo que está separado del resto del material de la célula. El ADN, debido a la mayor complejidad estructural y fisiológica de este tipo de células, es muy abundante y aparece dividido en varias moléculas lineales y empaquetadas por su asociación a proteínas (histonas). Hay células que no tienen núcleo (como los hematíes, que viven 128 días y luego mueren).  Tienen orgánulos membranosos en su interior (aparato de Golgi, retículo endoplasmático, etc.). Hay dos tipos de células eucariotas: 1) vegetales y 2) animales que se diferencian en los orgánulos y en la forma de nutrirse. CÉLULAS VEGETALES Carecen de centrosoma, pero tienen orgánulos exclusivos que no tienen otro tipo de células, que son:  La pared celular, formada por capas de celulosa, depositadas sobre la membrana celular.  los cloroplastos, que contienen clorofila, la cual da el color verde a las plantas. Son exclusivos de las células vegetales. El tipo de nutrición de las células vegetales se llama fotosíntesis o alimentación autótrofa, ya que sintetiza su propio alimento mediante la luz solar, el agua y los minerales que absorbe de la tierra y el anhídrido carbónico que toman del aire. La fotosíntesis la realizan de la siguiente forma: toman 6CO2, las combinan con 6H2O + luz y transforman la materia inorgánica en glucosa (6H12O6) y desprenden 6 O2 (oxígeno) Este tipo de alimentación tiene lugar en los cloroplastos. CÉLULAS ANIMALES No tienen pared celular ni cloroplastos (orgánulos propios de los vegetales), pero sí tienen otros exclusivos que les permiten moverse (a algunas), como los cilios, los flagelos, el citocentro. Tienen centrosoma El tipo de alimentación es heterótrofo: se alimentan de materia orgánica ya formada (glúcidos, lípidos, proteínas, etc.) que provienen de los vegetales o de otros animales. Esta materia se transforma en los orgánulos para dar la energía necesaria a otros seres vivos.

RESUMEN orgánicas

NIVEL DE ORGANIZACIÓN MOLECULAR (MOLÉCULAS)

inorgánicas

Virus NIVEL DE ORGANIZACIÓN SUBCELULAR

Orgánulos

NIVEL ORGANIZATIVO CELULAR:

célula (conjunto de orgánulos).

PROCARIOTAS

EUCARIOTAS

Vegetales

Animales

CÉLULA EUCARIOTA ANIMAL Las partes de una célula eucariota animal son, desde el exterior hacia el interior, las siguientes: 1. Membrana citoplasmática. 2. Citoplasma: a. Hialoplasma b. Morfoplasma i. Ribosomas ii. Retículo endoplasmático (liso y rugoso) iii. Aparato de Golgi. iv. Mitocondrias. v. Lisosomas. vi. Peroxisomas. vii. Citocentro (centrosoma). viii. Cilios y flagelos. 3. Núcleo: a. Membrana nuclear. b. Cromatina (ADN) / Cromosomas c. Nucleolo (ARN)

LA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA La membrana citoplasmática (membrana citoplasmática + membrana de secreción o matriz extracelular), que es la parte más externa de la célula. Es una delgada lámina que envuelve completamente a la célula y la separa del medio externo. Esta lámina, al no ser rígida, permite movimientos y deformaciones de la célula. La membrana puede presentar deformaciones o prolongaciones, como los cilios, flagelos, microvilli, estereocilios, micropúas, pseudópodos, lamelipodios, etc., generalmente sostenidos por una red de filamentos de actinia y/o microtúbulos. Las células de los tejidos presentan estructuras de contacto que las mantienen unidas; estas estructuras son: desmosomas puntuales, desmosomas de banda, uniones herméticas y uniones gap. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA

La membrana citoplasmática está constituida por una doble capa de lípidos (fosfolípidos, esfingolípidos y colesterol) a la que se adosan moléculas proteicas, las cuales pueden situarse en ambas caras de la superficie de dicha doble capa o incrustarse en la misma. Esta estructura molecular recibe el nombre de membrana unitaria, ya que es igual en todas las células y en todos los orgánulos celulares que presentan membrana. Esquemáticamente, la membrana tendría esta composición química:

Lípidos Composición química

fosfolípidos Esfingolípidos Colesterol

Proteínas Glúcidos

Los fosfolípidos están formados por 1 molécula de glicerol + 2 de ácido graso + 1 de ácido fosfórico. El glicerol tiene la siguiente estructura: CH2 - OH CH - OH CH2 - OH Los hidrógenos de los radicales del glicerol son sustituidos por:

CH2 - O -

Ácido graso

CH - O –

Ácido graso

Insolubles en agua (hidrófobos)

CH2 - O -

Soluble en agua (hidrófilo) Ácido fosfórico Así, la molécula de glicerol se representa como una estructura que tiene una parte (cabeza) hidrófila y otras dos opuestas (colas) que son hidrófobas. Este tipo de moléculas se llama anfipáticas por que tienen dos parte bien diferenciadas: una parte hidrófoba (rechaza el agua) y otra hidrófila (se diluye en agua). Se representan así:

Dos representaciones de la estructura de un fosfolípido. Los grupos cólina, fosfato y glicerol, forman la cabeza hidrofílica y en conjunto se conocen como fosfatidilcolina. Esta cabeza está unida a los ácidos grasos mediante dos consecutivos átomos de carbono (1 y 2). Con ello se impide que las colas lipídicas queden muy apretadas, manteniéndose en esta forma la fluidez de la membrana. ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA

La membrana citoplasmática tiene estructura de bicapa lípida (fosfolípidos). Hay que tener en cuenta que aunque tiene dos capas, es una sola membrana. Estas dos capas de fosfolípidos (bicapa lípida) están estructurada de la siguiente manera: 1. Las cabezas (hidrófilas) están orientadas hacia el medio acuoso (exterior e interior de la célula). 2. Las colas (hidrófobas) se orientan hacia el interior de la membrana 3. El colesterol está intercalado entre los fosfolípidos de la monocapa interna; en la externa no hay. 4. Las proteínas están intercaladas en la bicapa de fosfolípidos. Las proteínas se disponen de tal modo que sus radicales polares (hidrófilos) quedan fuera de la membrana y sus radicales lipófilos establecen contactos con los lípidos de la membrana. 5. Glúcidos que se adosan en el exterior de la bicapa externa de la membrana citoplasmática formando el glucocálix / membrana de secreción / matriz extracelular Glucocálix Exterior de la célula

Proteína

Monocapa externa

Monocapa interna Bicapa lípida Colesterol Interior célula

Glúcidos que se adosan al exterior de la monocapa externa y forman el glucocálix Molécula anfipática de cabeza hidrófila y colas hidrófobas Proteína inmersa en la bicapa (está en las dos capas)

Colesterol, que está intercalado entre los fosfolípidos de la monocapa interna. La membrana actúa como una estructura dinámica, en la que las moléculas que la componen se desplazan en todas direcciones e, incluso, pueden cambiar de capa lípídica. Esta característica le permite autorrepararse en caso de sufrir una rotura, fusionarse con cualquier otra membrana e, incluso, mediante procesos de endocitosis, perder un sector de la membrana que, rápidamente, forma una vesícula esférica. La membrana mantiene su estabilidad gracias a la presencia de moléculas de colesterol. Estas moléculas se unen mediante enlaces débiles a los fosfolípidos de la membrana de modo que mantienen la estructura de la bicapa lipídica, pero no afectan a su flexibilidad ni a su carácter dinámico. La membrana mantiene una estructura unitaria, ya que en todas las células, todos los orgánulos que tienen membrana (la membrana citoplasmática, la del núcleo, la de aparato de Golgi, la de las mitocondrias, la de los orgánulos membranosos), tiene la misma estructura; es decir, una bicapa lípida con proteínas, colesterol y glucocálix. FUNCIÓN DE LA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA

El principal cometido de la membrana citoplasmática es mantener estable el medio intracelular mediante la regulación del paso de agua, moléculas y elementos, separando la célula del medio externo. Esta función de barrera la realizan los fosfolípidos. Otra función de la célula es la transmisión y recepción de señales. La bicapa lípida tiene una permeabilidad selectiva: controla el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior de la célula. Este intercambio se realiza gracias a las proteínas de transporte. También son las proteínas de transporte las encargadas de producir, modular y conservar gradientes (diferenciales) electroquímicos. Ejemplo de gradiente: Na K Na Na

K K K K K K K K K K K K K Na

Fuera de la célula hay muchos iones de sodio y dentro, pocos. Na

Gradiente

El ión potasio es escaso en el exterior y abundante en el interior

Gracias a las proteínas de la membrana, la célula puede recibir y transmitir señales. Controla la división de la célula y permite la disposición topológica adecuada (en el espacio, tridimensional) de determinada células. El conjunto de membranas de los orgánulos interiores de la célula delimitan espacios diferentes de la misma donde se realizan diferentes funciones. FUNCIÓN DE TRANSPORTE DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CITOPLASMÁTICA

El paso a través de la membrana posee cuatro modalidades: 1. transporte pasivo, sin consumo de energía. 2. transporte activo, con consumo de energía. 3. endocitosis 4. exocitosis El transporte pasivo y activo se realiza por iones y moléculas pequeñas. La endocitosis y la exocitosis es para el transporte de cantidades importantes de materia.

TRANSPORTE PASIVO

Este transporte se produce a favor de gradiente (de + -); es decir, tiende a igualar las concentraciones de iones o moléculas entre interior y exterior de la célula. Tiene tendencia a hacer desaparecer el gradiente. Es un transporte que se realiza sin gasto de energía. El transporte pasivo puede ser de dos tipos: 1. De difusión simple: a. A través de membrana.- La difusión simple a través de membrana se produce cuando determinadas moléculas atraviesan la bicapa lipídica para pasar dentro/fuera o fuera/dentro por entre los fosfolípidos. Las moléculas que mejor pasarán por la membrana serán lipófilas (hidrófobas), como el etanol, la anestesia, los insecticidas. Otras que pueden atravesar bien la membrana citoplasmática son las pequeñas moléculas que no tienen carga polar, como el agua, el monóxido de carbono , el oxígeno, la urea,… b. A través de canales.- La difusión simple a través de canales se produce cuando una proteína de membrana que abarca la bicapa lipídica, delimita en su interior un poro en forma de canal que permite el paso de iones o de pequeñas moléculas. No siempre están abiertos, sino que se abrenen las siguientes circunstancias: i. Cuando al canal se une un ligando (normalmente, una hormona). El ligando actúa como una llave para abrir el canal. ii. Cuando hay una alteración en el gradiente eléctrico de la célula. 2. De difusión facilitada.- La difusión facilitada.- Es un transporte específico en el cual encontramos proteínas transportadoras (que están en la bicapa fosfolipídicade la membrana

citoplasmática) que se unen a una determinada molécula y la dejan pasar al otro lado de la membrana. Cada molécula tiene su tipo específico de proteína transportadora, pues si hay cerca una molécula diferente, no pasará por ese canal, sino por el de otra proteína específica para ella. Una característica de este tipo de transporte es que en estas proteínas siempre está abierto el canal. Esta proteína continuará actuando hasta que haya el mismo nº de moléculas dentro que fuera. TRANSPORTE ACTIVO

Es un tipo de transporte que requiere gasto de energía por parte de la célula y ésta consigue esa energía a través de las moléculas ATP (adenosina trifosfato) cuyo enlaces almacenan mucha energía. El ATP es una nucleótico que cuando se forma necesita mucha energía, pero cuando se rompe por uno de sus enlaces, desprende gran cantidad de la misma.

Adenosin a

Cuando la célula necesita energía, rompe el enlace del P con la adenosina (que almacena mucha) y de ahí la obtiene.

Adenosin a

energía P

Tras la ruptura del enlace, el producto resultante es: adenosina bi fosfato + P + mucha energía La célula necesita esta energía para las siguientes funciones: 4. Transporte activo. 5. Movimiento muscular 6. Órganos internos. Las células regeneran el ATP incorporando la energía que el organismo aporta con los nutrientes de la alimentación, mediante el siguiente proceso: ADP (adenosina bifosfato) + P + energía = ATP Los orgánulos encargados de regenerar el ATP son las mitocondrias. Las células necesitan esta energía porque el transporte activo lo hacen en contra de gradiente (de + a + ). Un ejemplo de transporte activo es la bomba de sodio/potasio (Na+ / K+). Na+

Na+

K+ K+ K+ K+ K+ K+ Na+ N

Na+

K+

Na+

 

En la célula hay mucho potasio y poco sodio. En el exterior hay mucho sodio y poco potasio. El transporte activo es el que hace entrar en la célula más potasio (K+), en contra de gradiente ( de + a +) y salir sodio (Na+ ), en contra de gradiente (de + a +) a través de sus proteínas transportadoras. El transporte activo y pasivo se realizan al mismo tiempo. La función del transporte activo es mantener las diferencias de concentraciones de sodio y potasio para que la célula pueda vivir, pues en caso de que el gradiente desapareciera, la célula moriría. En el transporte activo la célula gasta la energía que obtiene del ATP.

RESUMEN DEL TRANSPORTE DE MOLÉCULAS

Fijándonos en el dibujo de la bomba de sodio/potasio, el tipo de transporte que realizarían las proteínas transportadoras sería: A) Transporte pasivo (se realiza a favor de gradientes: de donde hay + hacia donde hay -) No hay gasto de energía:  Entra sodio en la célula.  Sale sodio de la célula B) Transporte activo (se realiza en contra de gradiente (de donde hay - hacia donde hay +). Hay gasto de energía, que la obtiene la célula de romper el ATP:  Sale sodio de la célula.  Entra potasio en la célula. TRANSPORTE DE PARTÍCULAS

Este transporte permite que moléculas de tamaño muy grande (proteínas) y partículas (bacterias, resto de material celular, secreciones de la célula) puedan entrar o salir de la célula. Este transporte siempre es activo (nunca pasivo), requiere energía (obtenida de romper el enlace de un fósforo – P - del ATP) y la participación de moléculas (proteínas) de la membrana de la célula. Es de dos tipos: ENDOCITOSIS

Endocitosis es el transporte de partículas hacia el interior de la célula. El proceso es el siguiente: Bacteria Bacteria

Aparece una invaginación en el citoplasma de la célula por la zona donde está la bacteria

Glóbulo blanco

Bacteria

En las cercanías del glóbulo blanco aparece una bacteria. Cuando el glóbulo blanco se acerca a ella, aparece una depresión o invaginación en el citoplasma y la membrana de la célula donde se instala la bacteria. Los bordes de la invaginación se van cerrando alrededor de la bacteria hasta que se unen, dejándola dentro. Los bordes de la membrana se funden y dentro queda una vesícula con la membrana igual a la del glóbulo blanco, rodeando a la bacteria. Este transporte necesita gasto de energía. Una vesícula es una bolsa que está dentro del citoplasma y que está envuelta por parte de la membrana de la célula que la ha ingerido. Hay 2 tipos de endocitosis: FAGOCITOSIS

Cuando la célula ingiere partículas de gran tamaño; se forman vesículas fagocíticas, llamadas también fagosomas. PINOCITOSIS

Cuando la célula ingiere partículas de consistencia líquida o grasa. Forman vesículas pinocitósicas. EXOCITOSIS

Es el segundo tipo de transporte de partículas. Se transportan partículas de tamaño grande desde el interior hacia el exterior de la célula. Requiere gasto de energía. Es un proceso que la célula utiliza para transportar hacia el exterior productos de desecho o de secreción (como por ejemplo, la secreción de mucus de las células glandulares menores de la boca). Es el caso inverso de la endocitosis. El proceso se inicia cuando la célula tiene una vesícula de secreción con un producto que se ha de eliminar; la vesícula se acerca a la membrana citoplasmática y ésta se funde con las de la vesícula, quedando la membrana de la vesícula incorporada a la de la célula. El producto de secreción queda fuera de la célula para ser arrastrado por la corriente sanguínea hacia los órganos de secreción interna del organismo vivo al que pertenezcan.. Producto a eliminar

Producto a eliminar Las membranas de la célula y de la vesícula se funden y el producto de secreción queda libre

Célula

Un motivo de que las membranas de las células, los orgánulos y las vesículas sean iguales o unitarias (todas tienen la misma estructura) son estos procesos de endocitosis y exocitosis, ya que continuamente se está quitando y reponiendo membrana celular. Por eso decimos que la membrana celular no es una cosa estática. FUNCIÓN DE RECEPCIÓN Y TRANSMISIÓN DE SEÑALES

En la membrana de la célula están los receptores (proteínas de membrana) con una estructura tridimensional concreta, que son capaces de unirse de forma específica a un ligando ( sólo se unen a uno en concreto). Un ligando es una molécula del medio externo que se puede unir de manera específica a un receptor de la membrana. Cuando se produce la unión entre ligando y receptor, el receptor sufre un cambio en la estructura de forma que esta unión provoca un mensaje al interior de la célula que le provoca a ésta un efecto que es de dos tipos:

1. Fisiológico: por ejemplo, la contracción muscular, la secreción glandular, etc. 2. Metabólico: por ejemplo: aumento de la síntesis de proteínas, aumento en la degradación de glucosas, etc. La membrana de secreción / matriz extracelular / glucocálix es una envoltura de naturaleza glucoproteica que se encuentra en la periferia de la mayoría de las células eucariotas; es decir, por encima (exterior) de la membrana citoplasmática. ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA DE SECRECIÓN

La matriz extracelular o glucocálix está constituida por cadenas glucídicas unidas por enlaces covalentes a las glucoproteínas y glucolípidos de la membrana citoplasmática. En los organismos pluricelulares aparece como nexo de unión entre las células y se halla compuesta por una red de fibras de naturaleza proteica (colágeno, elastina y fibronectina), inmersas en una estructura gelatinosa de glucoproteínas hidratadas. Estas glucoproteínas conforman una estructura basada en un tipo de moléculas, los glucosaminglucanos o mucopolisacáridos, constituidos por cadenas de disacáridos. La molécula esencial es una proteína proteoglucano o mucoproteína formado por una proteína filamentosa central a la que se unen covalentemente numeroso filamentos de glucosaminglucanos, originando estructuras plumosas que a su vez se fijan en una larga molécula de ácido hialurónico, un glucosaminglucano, lo que da lugar a complejas estructuras moleculares. FUNCIONES DE LA MEMBRANA DE SECRECIÓN

La matriz o glucocálix es protectora frente a enzimas proteolíticas. También actúa, dada su variabilidad, como molécula marcadora de la membrana y como receptora de moléculas químicas que inducen respuestas celulares. El desarrollo de la matriz extracelular puede dar lugar a diversos tejidos conectivos. También puede acumular sustancias minerales originando huesos, Asimismo, induce la formación del citoesqueleto de las nuevas células que se producen, determinando su forma y orientación. EL CITOPLASMA DE LA CÉLULA El citoplasma es el espacio celular comprendido entre la membrana citoplasmática y la envoltura nuclear. Está constituida por A) el hialoplasma o citosol y B) el morfoplasma (conjunto de orgánulos citoplasmáticos). EL HIALOPLASMA

También denominado citosol, el hialoplasma es el medio interno del citoplasma. Se encuentra delimitado por la membrana citoplasmática y la envoltura nuclear. En él aparecen el citoesqueleto y los orgánulos celulares.

ESTRUCTURA

El hialoplasma es un medio gelatinoso, con un 85 % de agua, en el que aparecen disueltos gran cantidad de moléculas formando una disolución coloidal. Estas moléculas son: prótidos (aminoácidos, enzimas, proteínas estructurales, etc.), lípidos, glúcidos (polisacáridos, monosacáridos, etc.), ácidos nucleicos (nucleótidos, nucleósidos, ARNt, ARNm, ATP, etc.), productos del metabolismo y sales

minerales disueltas. Ocupa todo el espacio que no ocupan los orgánulos y el núcleo. Tiene una organización compleja llamada citoesqueleto, formado por un conjunto de filamentos que hay en el interior del citoplasma. FUNCIÓN

El hialoplasma es el medio en que se mueven los orgánulos citoplasmáticos. En él se constituye el citoesqueleto, que da forma a la célula. El hialoplasma es también el medio en el que se realizan muchos procesos metabólicos, como la glucólisis, la gluconeogénesis la fermentación láctica, etc. FUNCIÓN DEL CITOESQUELETO

El citoesqueleto aparece en todas las células eucariotas. Lo forman una red de filamentos proteicos que se entrecruzan entre sí, entre los que destacan los microfilamentos o filamentos de actina, los filamentos intermedios, los microtúbulos y una red microtrabecular de finos filamentos proteicos. Entre las funciones del citoesqueleto destacan: 1º) las de mantener la estructura, la forma y la capacidad de moverse de la célula; 2º) dar resistencia y elasticidad a la célula; 3º) actúa como unas guías para el transporte y organización de los orgánulos por el citoplasma y 4º) participa en la división celular. ENCIMAS

Las enzimas son proteínas que aceleran las reacciones químicas que tienen lugar en el organismo. Hay en los orgánulos y en el citoplasma. El conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el organismo recibe el nombre de METABOLISMO. METABOLISMO

El metabolismo realiza dos tipos de reacciones químicas: 1. Catabolismo.- Son reacciones químicas que transforman moléculas de tamaño grande en otras mucho más pequeñas y sencillas. Con esta reacción se desprende energía que es utilizada para formar ATP. 2. Anabolismo.- Son reacciones químicas que sintetizan moléculas grandes a partir de otras más pequeñas y sencillas, para lo cual necesitan energía. Esta energía proviene de la ruptura del un fósforo del ATP y la transformación de éste en ADP. Nota.- Los anabolizantes (productos farmacológicos) son hormonas que estimulan la creación de proteínas, para tener músculos más grande. Las reacciones químicas que tienen lugar en el interior de la célula se realizan en zona determinadas de la misma, lo cual quiere decir que la célula está compartimentada para los diferentes procesos EL MORFOPLASMA El morfoplasma es el conjunto de orgánulos que flotan en el citoplasma. Son los siguientes: 1. Ribosomas. 2. Retículo endoplasmático: liso (REL) y rugoso (RER) 3. Aparato de Golgi (AG) 4. Mitocondrias 5. Lisosomas 6. Peroxisomas 7. Citocentro/Centrosoma 8. Cilios y flagelos RIBOSOMAS

Los ribosomas son orgánulos globulares constituidos por proteínas asociadas a ácidos ribonucleicos ribosómicos (ARNr) procedentes del nucléolo y agua. Se localizan de forma dispersa por el citoplasma o adosados a la cara externa del Retículo endoplasmático (formando el RER – retículo endoplasmático rugoso) y en el interior de las mitocondrias. ESTRUCTURA

Son orgánulos de forma  esférica , de textura porosa y su composición química es agua, proteínas y ARNr (ácido ribonucléico ribosómico). Cuando se miran con el microscópio, se observa que están formados por dos subunidades, una grande y otra pequeña; la grande recibe el nombre de 65 S y la pequeña de 40 S. En ambas, el ARNr está doblado sobre sí mismo. Para que el ribosoma sea activo, las dos subunidades tienen que estar unidas. Ambas tienen igual composición. No son orgánulos membranosos. Las células procariotas tienen 1 ribosoma, pero más pequeño y de estructura similar al de las eucariotas.

FUNCIONES DE LOS RIBOSOMAS

Actúan en la biosíntesis de proteínas. Realizan la traducción del ARNt (ARN de transferencia). Inicialmente, el ARNr se une a la subunidad menor del ribosoma y posteriormente a la subunidad mayor, iniciándose la traducción del mensaje del ARNt y la síntesis de la proteína. Las moléculas del ARNt son, generalmente, leídas por una serie de 5 a 40 ribosomas, distanciados entre sí unos 100 Å. Cuando trabajan el ARNt en forma de una cadena, los ribosomas se ponen sobre el ARNt, dando lugar a un polisoma: se van desplazando a lo largo del ARNt. En base a la forma que tiene el ARNt, lee la información que éste le da y forma la proteína con los aminoácidos. Este proceso se realiza en el citoplasma.

ARNm Ribosomas

Polisoma

PROTEÍNAS

Es la agrupación de un gran nº de aminoácidos (de 1.000 a 5.000) que se unen uno a continuación del otro. Hay 20 clases de aminoácidos esenciales. Los ribosomas son los encargados de unir los aminoácidos para formar las proteínas que están en el citoplasma. Los albinos no tiene melanina porque el ARNt está defectuoso y los ribosomas no pueden fabricar la proteína de la melanina. EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

Está formado por un conjunto de membranas que delimitan cavidades internas en forma de sáculos aplanados (muy pequeños), de vesículas y de túbulos, que se extienden por todo el citoplasma y que se hallan en comunicación con la membrana nuclear externa. Este sistema constituye un único compartimiento con un espacio interno que recibe el nombre de lumen del retículo endoplasmático. Su función es sintetizar y transportar las proteínas y lípidos constituyentes de membrana o destinados a ser transportados al medio externo celular. Hay dos tipos de retículo endoplasmático: 1) el retículo endoplasmático rugoso (RER), que posee ribosomas en su cara externa y 2) el retículo endoplasmático liso (REL), que carece de ribosomas. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO (RER)

Es la parte del retículo endoplasmático que presenta ribosomas en el lado citoplasmático de la membrana, las cuales sintetizan proteínas. Está formados por sáculos aplastados conectados entre sí, con la envoltura nuclear y con el retículo endoplasmático liso .La membrana del retículo endoplasmático rugoso presenta proteínas encargadas de fijar los ribosomas y otras que actúan como canales de penetración de las proteínas sintetizadas por el ribosoma con la información del ARNm. Las proteínas sintetizadas pasan al interior del RER a través de los canales, donde son almacenadas en los sáculos y conductos; estas proteínas también circulan por el interior del retículo endoplasmático rugoso hacia el retículo endoplasmático liso, de donde salen hacia el citoplasma. Se puede decir que la función del retículo endoplasmático rugoso

(RER) es la síntesis de proteínas mediante los ribosomas de su membrana, su introducción en el lumen, la glucosilación de las proteínas y su transporte hacia los orgánulos donde se las necesita para constituir membranas. Este transporte se realiza en el interior de vesículas que se producen por gemación en la membrana del retículo endoplasmático rugoso. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO (REL)

Es la parte del retículo endoplasmático que carece de ribosomas. Está constituido por una red de túbulos unidos al retículo endoplasmático rugoso. La membrana del retículo endoplasmático liso presenta una serie de enzimas cuya función es la de sintetizar lípidos. Su función es:  Participar en la síntesis de todos los lípidos de la membrana: colesterol, fosfolípidos, glucolípidos, etc. (hace membrana). Estos lípidos se construyen en el lado citoplasmático de la membrana, desde donde se difunden hacia la cara interna. Estos lípidos se transportan a otros orgánulos mediante proteínas de transferencia o por vesículas producidas por gemación.  Maduración de los lípidos y de las proteínas que están en su interior. Contiene enzimas capaces de eliminar del organismo moléculas extrañas.  Sirve de almacén (una célula muscular guarda calcio para cuando lo necesite). APARATO (O COMPLEJO) DE GOLGI (AG)

El aparato de Golgi es un orgánulo membranoso y está formado por la agrupación en paralelo de 7 u 8 sáculos discoidales aplanados, situados unos sobre otros, interconectados entre sí, y por vesículas de secreción. Cada sáculo recibe el nombre de cisterna y todo el conjunto se llama dictiosoma. La cisterna o sáculo es la unidad funcional del A.G. El Aparato de Golgi puede tener uno o más dictiosomas y, aunque cada uno funciona independiente del otro, colaboran en las funciones del mismo. Suele aparecer próximo al núcleo o al centrosoma. En los dictiosomas se distinguen dos partes: 1. Una cara externa (más ancha, formada por lo sáculos más grandes). 2. Una cara interna (más estrecha, formada por los sáculos más pequeños) ESTRUCTURA

El aparato de Golgi forma parte del sistema membranoso celular. Está íntimamente relacionado con el retículo endoplasmático. La cara externa del aparato de Golgi está orientado hacia el retículo endoplasmático rugoso. FUNCIONES

1. Almacén y secreción de proteínas sintetizadas en el RER. Los ribosomas adosados a la cara externa del RER fabrican las proteínas y las introducen dentro de él. Se mueven las proteínas por el RER y a partir de éste se forman vesículas de transición que salen del RER con las proteínas en su interior. Las vesículas se fusionan con la membrana de las cisternas de la cara externa del A.G., quedando las proteínas sueltas. Una vez las proteínas libres dentro del A.G. irán de desde las cisternas de la cara externa hacia las de la cara interna. Cuando llegan a la membrana de la cara interna de A.G., se forman más vesículas (de igual forma y se desprenden de la misma forma que lo hicieran del RER), llamadas vesículas de secreción, más grandes que las anteriores. Las vesículas de secreción tienen dos funciones: a. Se fusionan con la membrana de la célula y expulsan su contenido al exterior (exocitosis). b. Se quedan acumuladas en el interior de la célula en forma de vesícula y entonces son un tipo de orgánulos llamados LISOSOMAS 2. En el interior del A.G. tiene lugar la modificación de los azúcares y los lípidos que se habían incorporado al REL, como la glucosilación ( unión de moléculas glucídicas) de lípidos, dando lugar a glucolípidos de membrana; la glucosilación de prótidos, originándose glucoproteínas de membrana o anticuerpos. 3. Renovación de la membrana citoplasmática: los fosfolípidos y el colesterol que sintetiza el REL viajan en vesículas de transición (pequeñas) hasta el A.G.; de allí salen en vesículas de secreción (grandes) hasta la membrana citoplasmática, la cual incorpora todo a su estructura 4. Construcción de proteoglucanos (antes llamados mucopolisacáridos), de acción protectora, pues recubren la membrana citoplasmática.

LISOSOMAS

Son orgánulos membranosos vesiculares que en su interior tienen enzimas hidrolíticas, las cuales pueden romper enlaces de moléculas. Se forman por un proceso de gemación a partir de la cara interna del Aparato de Golgi. Los Lisosomas tienen una única función, la cual puede ser de dos tipos: 1) Procesos de autofagia: hay una célula con lisosomas que contiene enzimas. Los enzimas encerrados son inactivos. Si se rompen los lisosomas y los enzimas quedan libres, destruyen el interior de la célula. La célula se autodestruye. Como ejemplo de esta autofagia está la metamorfosis de la rana, donde la cola y las branquias de los renacuajos desaparecen, ya que ambos se autodestruyen por este proceso. 2) Procesos de heterofagia: es la destrucción de partículas exógenas de la célula. Los enzimas hidrolíticos que hay en el lisosoma secundario inactivan la partícula (la célula aprovecha Partícula

Vesícula de fagocitosis

N Fagosoma Lisosom a

Las membranas del lisosoma y la de la vesícula de fagocitosis se funden y se forma un lisosoma secundario. N de ella lo que necesita) y luego expulsa los productos de desecho hacia el exterior en un proceso de exocitosis. PEROXISOMAS

Son pequeñas vesículas que contienen catalasa. Este enzima es capaz de destruir el agua oxigenada (H2O2) y que podría matar a la célula. El agua oxigenada se forma en el interior de la célula en determinadas reacciones metabólicas y ésta la elimina con la catalasa, formando H2O + ½ O2 (gaseoso). MITOCONDRIAS

Son orgánulos membranosos alargados, con los extremos redondeados. Su forma externa se parece a un cacahuete. Hay en las células animales y en las vegetales. ESTRUCTURA

La estructura interna de las mitocondrias está formada por dos membranas:  Una externa, con igual estructura que la citoplasmática, la cual posee unos grandes complejos proteicos que actúan como canales de penetración.



Otra interna, de igual estructura, que forma invaginaciones, cuyo interior recibe el nombre de matriz mitocondrial. En el interior de la matriz mitocondrial hay ribosomas, enzimas y una cadena de ADN circular. El ADN y los ribosomas permiten la síntesis de los enzimas necesarios para el metabolismo mitocondrial (también hay enzimas que llegan del citoplasma de la célula atravesando la membrana mitocondrial). FUNCIONES

La función de las mitocondrias es obtener energía a partir de la oxidación de los nutrientes (hidratos de carbono, lípidos o grasas, azúcares, proteínas) a los cuales transforma en productos más sencillos y pequeños (catabolismo). Estos productos entran en la mitocondria y se oxidan (ciclo de Krebb); en esta oxidación se obtiene CO2 + H2O + energía (es la respiración celular). El CO2 se eliminan por la respiración y el H2O por la respiración, la orina y el sudor. La energía obtenida la utiliza la célula para sintetiza ATP; el ATP almacena mucha energía en uno de sus enlaces. CITOCENTRO (O CENTROSOMA)

El centrosoma, citocentro o centro celular aparece próximo al núcleo y es considerado como un centro organizador de microtúbulos. Es un orgánulo exclusivo de las células animales. ESTRUCTURA

El citocentro consta de las siguientes partes: EL DIPLOSOMA

Son dos centriolos o pequeños cilindros que están dispuestos perpendicularmente uno en relación al otro, formados por microtúbulos (9 tripletes). UNA ESFERA ATRACTIVA

Estáformada por un material denso ópticamente y que se halla rodeando a los dos centriolos. 1)

Centriolos o diplosoma Esfera atractiva Áster

EL ÁSTER

Conjunto de microtúbulos que salen de forma radial de alrededor de la esfera atractiva. FUNCIONES

Las funciones del citocentro son las siguientes: 1) El citocentro es el origen de la formación de los microtúbulos que constituyen el citoesqueleto. 2) Participa en la división celular formando una estructura llamada huso acromático (son los microtúbulos que guían los movimientos de los cromosomas durante la división de la célula). 3) Formación del corpúsculo basal, que es una estructura que permite el anclaje de cilios y flagelos. CILIOS Y FLAGELOS ESTRUCTURA

Son orgánulos o estructuras microtubulares que están presentes en algunas células del organismo. La estructura es la misma en ambos. Los microtúbulos de los cilios y flagelos nacen en el corpúsculo basal. El corpúsculo basal es una estructura similar a la del centriolo y sirve de anclaje a los microtúbulos del interior del cilio o del flagelo. FUNCIÓN

La función de los cilios y flagelos está siempre relacionada con el movimiento. Los cilios son muy abundantes en las células que los poseen. Sólo hay cilios en la cara de las células que dan al lumen o cavidad interna. El movimiento de los cilios provoca el movimiento del medio extracelular (por ejemplo, vías respiratorias). Son cortos de longitud. En el organismo humano sólo hay un tipo de célula que tiene flagelo y sólo tienen uno por célula. Son largos y de igual estructura que los cilios. Sólo los tienen las células reproductoras masculinas (espermatozoides), las cuales necesitan mucha energía para llegar al óvulo y por ello tienen muchas mitocondrias en su interior..

NÚCLEO INTERFÁSICO

Es el núcleo cuando no hay división celular. La membrana nuclear está formada por la membrana del RER. En ella hay poros para que entren y salgan diferentes componentes. En el nucleolo está el ARN. El núcleo es una parte de la célula que se ve mucho. Consta de: a) Membrana o envoltura nuclear. b) Cromatina (ADN) / Cromosomas. c) Nucleolo (ARN). ENVOLTURA NUCLEAR

La envoltura o membrana nuclear está formada por dos membranas (una en contacto con la cromatina y otra en contacto con el citoplasma), formando dos esferas

concéntricas atravesadas por poros. Es una continuación de la membrana del RER. Los poros de la membrana permiten el intercambio de moléculas entre el citoplasma y el núcleo. NUCLEOPLASMA

Es el contenido interno del núcleo. En él hay dos elementos: 1. Nucleolo: corpúsculo esférico situado en el interior del núcleo (a veces no hay, otras un o dos). Allí se forma el ADN ribosómico que al salir al citoplasma formará los ribosomas. 2. Cromatina: está formada por ADN combinado con proteínas (histonas), cuya función es ayudar a empaquetar correctamente el ADN. La cromatina está presente cuando la célula no está en proceso de división ADN

El ADN es el material genético que contiene toda la información necesaria para la síntesis de proteínas y enzimas que la célula necesita. En la especie humana, el material genético está formado por 46 cadenas de ADN. El ADN tiene estructura de doble cadena. Son antiparalelas y adoptan la disposición de doble hélice Estas 46 cadenas, cuando la célula no se divide, se encuentran formando un enredo entre ellas, como deshechas. El ADN está organizado en los GENES.

Gen 1 Núcleo

Gen 2

ADN

DOGMA DE LA BIOLOGÍA CELULAR Un GEN (ADN) mediante un proceso de transcripción, se copia en forma de ARNm, que a su vez, y mediante el proceso de traducción, da la información a los ribosomas para producir las proteínas. El proceso sería: GEN (ADN)  Transcripción  ARNm Traducción  Proteína Pero se demostró que este dogma no es cierto, ya que los retrovirus (virus del SIDA), pueden copiar su propio ARN y transformarlo en ADN, el cual se instala dentro del material genético del individuo infectado. Sólo se da en los virus. Sería la transcripción a la inversa. Sería:

GEN(ADN) 

Transcripción inversa

 ARNm