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INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LA CÉLULA
Silvia Márquez - Lionel Valenzuela Pérez - Gladys Gálvez - Luis A. Fernández - Cecilia Bocchino
NIVELES DE ORGANIZACIÓN
Fig. 1.1. Niveles de organizacion de la materia
A los seres vivos se los define por sus características, una de éstas es su organización. Esta organización biológica representa el patrón
complejo que nos muestra el camino que ha seguido la evolución, desde formas sencillas a otras más complejas.
Los seres vivos están formados por materia. La materia está formada por elementos (92 elementos naturales, como el Cloro, por ejemplo)
y se caracteriza por poseer determinadas propiedades intensivas, tales como el punto de fusión, punto de ebullición, conductividad
eléctrica, etc. Los elementos están formados por átomos. Un átomo es la porción más pequeña de un elemento que conserva sus
propiedades químicas. Las investigaciones de los físicos han descubierto un variado número de partículas subatómicas (Nivel Subatómico),
para nuestros fines mencionaremos sólo tres : protones, neutrones y electrones. Los protones son partículas con carga positiva; los
electrones, en cambio, tienen carga negativa y masa muy pequeña; los neutrones son partículas neutras, sin carga, y su masa es casi
idéntica a la de los protones; los protones y neutrones forman casi toda la masa de un átomo y se localizan en el núcleo atómico. Si
combinamos un protón y un electrón se forma un átomo de Hidrógeno, entidad con propiedades diferentes a las de un protón y un electrón
(Nivel Atómico). Si combinamos átomos de Hidrógeno entre sí obtenemos Hidrógeno molecular (H
2
), que es un gas incoloro; si, en cambio,
combinamos el H
2
con Oxígeno, otro gas, obtenemos agua, una molécula (Nivel Molecular) cuyas propiedades todos conocemos y que no son
las mismas que las del H
2
y el O
2
y que también difieren de las propiedades de las partículas subatómicas y de los átomos que éstas
forman.
La vida surgió a partir de átomos y moléculas.
Si combinamos moléculas entre sí, formamos grandes y complejas moléculas: las macromoléculas, como las proteínas y los ácidos nucleicos
(Nivel Macromolecular). Estas macromoléculas constituyen la materia prima que forman los virus (Nivel Prebiótico o Supramolecular) y
las células (Nivel Celular). En el Nivel Subcelular múltiples moléculas se ensamblan y dan lugar a estructuras especializadas como los
organoides (mitocondrias, cloroplastos, etc). Podemos decir que la vida aparece como propiedad definitoria en el Nivel Celular, o de otro
modo, la célula es la porción más sencilla de la materia viva que es capaz de realizar todas las funciones imprescindibles para la vida.
En la mayor parte de los individuos pluricelulares, las células se organizan de acuerdo a sus características y funciones conformando tejidos
como el conectivo, muscular, epitelial, nervioso (Nivel Tisular). Los tejidos están ordenados en estructuras funcionales, denominadas órganos
como el corazón y los pulmones en los animales, o las hojas y las raíces en las plantas. Las funciones biológicas básicas se llevan a cabo por un
sistema o aparato, que es una asociación coordinada de tejidos y órganos. Los organismos o individuos pluricelulares están formados por
sistemas que actúan en forma coordinada y rigurosa.
Existen otros niveles de organización biológica, además de los nombrados anteriormente, donde las propiedades provienen de la relación
entre los organismos. Por ejemplo, el Nivel de organización POBLACIÓN reúne a todos los individuos de una misma especie que viven en un
mismo lugar, en el mismo tiempo, y que comparten el mismo hábitat. Estas poblaciones interactúan de distinta manera con otras
poblaciones del lugar constituyendo una COMUNIDAD, por ejemplo la población de seres humanos de la ciudad de Buenos Aires y el
conurbano, aprovecha para alimentarse a las distintas poblaciones de animales y plantas de la zona y se halla parasitada por las mismas
poblaciones de parásitos intestinales.
Esta comunidad comparte el mismo lugar físico que presenta características particulares. La unión de estos factores físicos con los
factores biológicos constituyen los ECOSISTEMAS.
Todos los ecosistemas de la Tierra están relacionados, directa o indirectamente. Es por ello que un cambio drástico o continuo de alguno
de ellos indefectiblemente acarreará cambios en los restantes. Del mantenimiento de un equilibrio entre los distintos ecosistemas,
depende la vida en el planeta.
Tabla 1.1- Niveles de Organización
1. Nivel Subatómico
2. Nivel Atómico
3. Nivel Molecular (Monosacáridos, Aminoácidos, Nucleótidos, etc.)
4. Nivel Macromolecular (Polisacáridos, Proteínas, Acidos nucleicos, Lípidos complejos, etc. )
5. Nivel Prebiótico o Supramacromolecular (Virus )
6. Nivel Subcelular (Organoides: Mitocondrias, Cloroplastos, Ribosomas, etc.)
7. NIVEL CELULAR {Célula Procarionte, Célula Eucarionte) Individuos Unicelulares: Bacterias,
Algas unicelulares, Levaduras, Protozoos, etc.
8. Nivel Tisular (Tejidos: Conectivo, Epitelial, Muscular, etc.)
9. Organos (Corazón. Pulmones. Estómago, etc.)
10. Sistemas y Aparatos (Aparato Circulatorio, Sistema digestivo, etc. )
11. Organismos(Individuos Pluricelulares, Animales y Vegetales Superiores).
12. Población
13. Comunidad.
14. Ecosistema
15. Universo
Durante el desarrollo de nuestra materia, nos ocuparemos de los niveles de organización más sencilla y haremos hincapié en el Nivel
Celular de Organización.
CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS
En la mayoría de los textos de Biología no hay una definición de la vida sino de los seres vivos, es decir que a través de sus características o
propiedades podemos distinguir la materia inerte de la materia viva.
Estas características son:
1- Organización compleja: los seres vivos están organizados desde formas más sencillas (unicelulares) hasta otras más complejas
1- Organización compleja: los seres vivos están organizados desde formas más sencillas (unicelulares) hasta otras más complejas
(pluricelulares) para llevar a cabo los procesos biológicos. La unidad de esta organización es la célula.
2- Homeostasis: tendencia que lleva a mantener el medio interno relativamente estable, se dice que este equilibrio es dinámico, porque
aunque los seres vivos intercambian materia y energía con el ambiente, existen mecanismos que le permiten mantener su medio interno
constante.
3- Reproducción: “La vida proviene sólo de seres vivos” (en las condiciones actuales de la tierra), es uno de los principios básicos de la
Biología. Los seres vivos se autoperpetúan o reproducen, dan origen a otros seres vivos semejantes a sus progenitores, pero con variaciones
suficientes como para que haya evolución y adaptación.
4- Crecimiento y desarrollo: llamamos crecimiento al conjunto de procesos que incrementan el volumen de materia viva en un organismo,
puede deberse a un aumento de número o de tamaño de las células o a ambas causas. En algunos seres vivos, como los árboles, el crecimiento
prosigue por tiempo indefinido. Los animales, en general, tienen un período definido de crecimiento, que finaliza cuando llegan a la edad adulta.
Por desarrollo entendemos todos aquellos cambios que se dan a lo largo de la vida de un organismo. Los humanos y otros seres vivos provenimos
de un huevo fecundado, que creció, se desarrolló y adquirió una forma corporal especializada.
5- Metabolismo: son todas las reacciones químicas y de conversión de energía básicas para la nutrición, crecimiento y reparación de células.
Los seres vivos son capaces de transformar la energía de una forma a otra con alto grado de eficiencia. Existen diferentes especializaciones
en estas conversiones de energía, recordemos tres: productores, consumidores y descomponedores.
6- Irritabilidad: es la capacidad de responder a estímulos (modificaciones físicas o químicas del medio externo o interno).Según la
complejidad del organismo podemos encontrar células altamente especializadas en cierta clase de estímulos como las neuronas; en otros más
sencillos (unicelulares) es el organismo entero el que responde a los estímulos.
Aunque no sean tan obvias para nuestros sentidos las plantas también reaccionan ante los estímulos (luz, agua, gravedad, contacto físico), en
general las respuestas se expresan a través del crecimiento diferencial de hojas, tallos, etc.
7- Evolución y adaptación: las características de los seres vivos que le dan mayor posibilidad de sobrevivir ante un entorno cambiante son la
capacidad de cambio ( o evolución) y la adaptación. Las adaptaciones son aquellos rasgos que colocan a un organismo en una posición más
favorable para la supervivencia en determinado ambiente. A veces son modificaciones estructurales, de conducta o biológicas.
La adaptación y el aprovechamiento de los recursos es consecuencia de la evolución.
CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS
La clasificación de los seres vivos se realiza según relaciones evolutivas (Tabla 1.3). Este tipo de clasificación se denomina sistemática.
En 1937 el biólogo E. Chatton creó las denominaciones procariotas (literalmente: antes del núcleo) para las bacterias y eucariotas para las
células con núcleo verdadero (encerrado en una membrana). Esta separación es considerada como un hito evolutivo fundamental. En 1969,
R.H.Whitaker organizó el sistema de cinco reinos (Tabla 1.2), colocando a los hongos fuera del reino vegetal porque no realizan fotosíntesis, su
pared celular es de quitina, su reproducción y estructura corporal es muy diferente a la de las plantas.
Hoy sabemos que las diferencias fundamentales de los seres vivos se dan nivel molecular (estructura de los lípidos, proteínas y organización
del genoma) y permitieron a Carl Woese distinguir tres dominios Archaea, Bacteria y Eukarya. Los dominios Archaea y Bacteria incluyen sólo
organismos unicelulares procariontes (organismos con células sin núcleo). El dominio Eukarya incluye todos los eucariontes (organismos con
células con núcleo) y comprende cuatro reinos: los protistas, hongos, plantas y animales.
ORGANIZACIÓN CELULAR
TEORÍA CELULAR
La célula es la unidad de vida más pequeña. Es la unidad anatómica y fisiológica de todos los seres vivos. Dos científicos alemanes el botánico
Mattias Schleiden (1804-1881) y el zoólogo Theodor Schwann (1810-1882) fueron los primeros en señalar que "Los cuerpos de las plantas y de
los animales están compuestos por células y por productos celulares" enunciando el postulado inicial de la Teoría Celular
Posteriormente, Rudolph Virchow (1821-1902) amplio la Teoría Celular y afirmó: "Todas las células proceden de otra preexistente". Por lo
tanto, las células no surgen por generación espontánea a partir de materia inanimada.
Otra importante conclusión de la Teoría Celular afirma que todas las células actuales, tienen un origen común. La evidencia más importante,
sobre el origen común de todas las formas celulares, radica en las similitudes básicas de sus estructuras y principalmente de su composición
molecular.
Tabla 1.2 – Postulados de la Teoría Celular
1- Todos los seres vivos están formados por células y productos celulares (unidad anatómica)
2- Las funciones de un ser vivo son el resultado de la interacción de las células que lo componen
(unidad fisiológica)
3- Toda célula sólo puede tener origen en una célula progenitora.
4- Toda célula tiene la información hereditaria de el organismo del cual forma parte, y esta
información pasa de una célula progenitora a una célula hija.
CARACTERÍSTICAS DE LAS CÉLULAS
Todas las células están cubiertas por una membrana externa, llamada membrana plasmática, que las separa de otras células y del medio
circundante con el cual intercambian materia y energía. Este intercambio esta altamente regulado y es selectivo. De esta forma la membrana
plasmática debe actuar no sólo como limite celular sino también como barrera selectiva. Por lo tanto la célula, mantiene una composición
química muy ordenada y diferente a la del entorno.
Todas las células poseen un metabolismo o conjunto de reacciones químicas, que posibilitan el mantenimiento de la vida. Este metabolismo
para sustentarse necesita de una o más fuentes de energía. Las células, necesitan de distintivos tipos de moléculas energéticas:
* Monedas energéticas, como el ATP
* Moléculas combustibles, como la glucosa o los ácidos grasos
* Moléculas de reserva de energía, como el glucógeno o el almidón
Dentro de las reacciones para obtener e interconvertir diferentes forma de energía, son muy importantes las reacciones de oxido-
reducción o reacciones REDOX. En este tipo de reacciones es esencial la participación de las coenzimas de oxido-reducción, como el NAD+
y el FAD.
Todas las células, almacenan en forma de ADN, ácido desoxirribonucleico, a información necesaria para controlar sus actividades
(reproducción, metabolismo), y para establecer su propia estructura. El ADN, es un polímero formado por una secuencia lineal, de monómeros,
llamados nucleótidos. Esta secuencia de nucleótidos, especifica una secuencia de aminoácidos (estructura primaria de una proteína). La
especificidad de la secuencia de aminoácidos determinada por la secuencia de bases del ADN esta regida por el código genético. La secuencia
de bases del ADN, que codifica una proteína, es un GEN. Las proteínas, son moléculas que llevan a cabo gran parte de las funciones celulares.
Muchas proteínas son enzimas, moléculas encargadas de dirigir y regular el metabolismo celular. Las enzimas aceleran las reacciones químicas,
haciéndolas compatibles con la vida. De esta manera las enzimas, dirigen la síntesis y degradación de todas las moléculas biológicas, incluidos
haciéndolas compatibles con la vida. De esta manera las enzimas, dirigen la síntesis y degradación de todas las moléculas biológicas, incluidos
lípidos, glúcidos, proteínas y los mismos ácidos nucleicos. De esta forma, el ADN al almacenar la estructura de las enzimas y otras proteínas
reguladoras, ejerce el control del metabolismo celular.
El ADN utiliza un segundo ácido nucleico, el ARN, ácido ribonucleico, como intermediario. A partir de la secuencia de bases del ADN, que
codifica una proteína, se sintetiza una secuencia de bases de ARN. Este proceso es llamado transcripción. EL ácido ribonucleico encargado de
transportar la información, recibe la denominación de ARN mensajero. Este ARN mensajero, porta la información necesaria para la síntesis
de proteínas, proceso llamado traducción, el cual tiene lugar en el citoplasma con la intervención de dicho ARNm, los ribosomas y el ARNt que
porta los aminoácidos.
Las células para perpetuarse necesitan reproducirse. Esto significa que la información almacenada en el ADN debe duplicarse para poder ser
transmitida a las células hijas. El ADN tiene la excepcional característica de ser una molécula capaz de autorreplicarse, es decir de generar
una copia de si misma. Este proceso es llamado duplicación o replicación.
DIMENSIONES DE LAS CÉLULAS
¿Por qué son tan pequeñas las células? Las células deben captar alimento y otros materiales a través de su membrana plasmática y deben
eliminar los productos de desecho, generados en las distintas reacciones metabólicas rápidamente antes de que estos se acumulen hasta
niveles tóxicos para la supervivencia celular. Por lo tanto, las células son pequeñas, de modo que en ellas las moléculas recorren distancias
cortas, lo que acelera las actividades celulares.
Además, a mayor superficie celular, mayor es el transporte de moléculas a través de la membrana, siendo importante para la continuidad de
los procesos metabólicos la proporción superficie celular sobre volumen celular. Supongamos una célula de forma cúbica, cuanto más grande
es, su superficie crece proporcionalmente lado x lado, es decir a la segunda potencia de la longitud de un lado, en cambio el volumen celular
aumenta proporcionalmente a la tercera potencia. Por lo tanto, el volumen celular aumenta más que su superficie a medida que la célula crece,
determinando el limite superior al tamaño de la célula en cuestión. Está célula sólo podrá iniciar el proceso de división celular (previa
duplicación de su ADN) o perecerá.
Por otra parte, debemos recordar que en las células el material Genético (localizado en el núcleo, en células eucariontes), posee un área
limitada de influencia sobre el citoplasma circundante, que es el que incrementa marcadamente su tamaño durante el crecimiento celular,
siendo otra limitante del tamaño celular la relación núcleo/citoplasma.
CÉLULAS EUCARIOTAS Y PROCARIOTAS
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
Todas las células se parecen y responden a un patrón común por más diversas que sean. Las células de organismos pluricelulares son
diferentes en su función, por ser distintas estructuralmente, pero todas concuerdan con un patrón común. Por ejemplo, aquellas
especializadas en la síntesis de lípidos, tendrán mayor desarrollo del retículo endoplasmático liso y serán distintas de las neuronas
especializadas en la transmisión del impulso nervioso, cuya especialización es tan grande que pierden su capacidad de reproducirse.
A pesar de las semejanzas y diferencias entre las células y que todas cumplen con los postulados de la Teoría Celular, se distinguen dos
grandes tipos de células:
PROCARIOTAS (sin núcleo verdadero) y EUCARIOTAS (con núcleo).
Tabla 1.3- Principales características comunes entre células eucariotas y procariotas
1- En ambos tipos celulares el ADN es el material genético.
2- Ambos tipos celulares poseen membranas plasmáticas como límite celular.
3- Poseen ribosomas para la síntesis proteica.
4- Poseen un metabolismo básico similar
5- Ambos tipos celulares son muy diversos en formas y estructuras.
Los eucariontes son organismos cuyas células poseen un sistema de endomembranas (membranas internas) muy desarrollado. Estas
membranas internas forman y delimitan organelos donde se llevan a cabo numerosos procesos celulares. De hecho él más sobresaliente de
estos organelos es el núcleo, donde se localiza el ADN. Justamente, el término eucarionte, significa núcleo verdadero (eu: verdadero, carion:
núcleo). Por lo tanto, las células eucariontes, poseen diversos compartimentos internos, rodeados por membranas. De esta forma es más
eficiente reunir a los sustratos y sus enzimas, en una pequeña parte del volumen celular total. Además de conseguirse una mayor velocidad, las
membranas favorecen la aparición de estructuras reguladoras que orientan el flujo de moléculas y su posterior conversión en otros productos.
Ciertos procesos como la fotosíntesis y la cadena respiratoria están altamente organizados gracias a la localización de las enzimas en
diferentes estructuras de membrana. Por otra parte, las membranas también impiden la aparición de sustratos en forma inespecífica en
distintas regiones de la célula, ya que actúan como barrera selectiva. En cuanto al tamaño, podemos decir que en promedio una célula
eucarionte es diez veces mayor que una célula procarionte. En cuanto al material genético, podemos decir que el ADN eucariota posee una
organización mucho más compleja que el ADN procarionte.
Las células procariontes carecen de núcleo y generalmente son mucho menores que las células eucariontes. El ADN de las células procariontes
no está rodeado por una membrana, pero puede estar limitado a determinadas regiones denominadas nucleoides. Las células procariontes, al
igual que las células eucariontes, poseen una membrana plasmática, pero carecen de membranas internas, que formen organelos. Sin embargo,
igual que las células eucariontes, poseen una membrana plasmática, pero carecen de membranas internas, que formen organelos. Sin embargo,
debemos precisar que en algunas células procariontes, la membrana plasmática forma laminillas fotosintéticas.
Las células procariontes poseen una característica única, una pared de peptidoglicanos, un gran polímero de glúcidos y aminoácidos.
Tabla 1.4- Características Diferenciales entre el Modelo Celular Procariótico y Eucariótico
Característica Célula Procariótica Célula Eucariótica
Núcleo No posee membrana nuclear Posee membrana nuclear
Cromosomas Un único cromosoma circular y desnudo Posee uno o más cromosomas lineales unidos a proteínas
(cromatina)
ADN extracromosómico Puede estar presente como plásmidos Presente en organelas
Organelas citoplasmáticas No posee Mitocondrias y cloroplastos, (los cloroplastos presentes
sólo en células vegetales)
Membrana plasmática Contiene las enzimas de la cadena
respiratoria, también puede poseer los
pigmentos fotosintéticos
Semipermeable, sin las funciones de la membrana
procariótica
Sistema de endomembranas No posee Presenta REG, REL, Golgi, lisosomas, vacuolas y
vesículas.
Pared celular Capa rígida de peptidoglucano (excepto
micoplasmas)
No poseen pared de peptidoglucano. Pueden poseer una
pared de celulosa o quitina
Esteroles Ausentes (excepto micoplasmas) Generalmente presentes
Citoesqueleto Presente. Formado por filamentos
proteicos propios de procariotas.
Presente. Formado por filamentos proteicos propios de
eucariotas.
Exocitosis y Endocitosis Ausente Presente
Ribosomas 70 S en el citoplasma 80 S en el retículo endoplásmico y en el citosol
División Fisión Binaria (amitosis) Mitosis - Meiosis
Tamaño 0,2 a 10 mm Siempre superior a 6 mm
ESTRUCTURA DE LAS CÉLULAS PROCARIÓTICAS
Fig. 1.2- Esquema de una ultraescructura de una bacteria idealizada
BACTERIAS, MICOPLASMAS Y ALGAS CIANOFÍCEAS
Cuadro 1.1- Estructura de una Célula procarióta
Las bacterias pueden definirse como organismos unicelulares procariontes que se reproducen por fisión binaria. Contienen toda su información
Las bacterias pueden definirse como organismos unicelulares procariontes que se reproducen por fisión binaria. Contienen toda su información
genética en un único cromosoma bacteriano circular. También poseen sistemas productores de energía y biosintéticos necesarios para el
crecimiento y la reproducción. Poseen como característica particular una pared rígida de peptidoglicanos. Son generalmente de vida libre y
poseen ADN extracromosómico en forma de plásmidos, estos codifican genes de resistencia a antibióticos o factores "sexuales" como los pili.
Los micoplasmas son las bacterias mas pequeñas de vida independiente. Son muy flexibles y deformables por lo que atraviesan los filtros de
esterilización. Entre sus características principales se encuentran: a) carecen de pared celular, b) en su membrana plasmática poseen
esteroles, que no son sintetizados por la bacteria sino que son absorbidos del medio de cultivo o del tejido donde se desarrolla.. Los
micoplasmas son resistentes a la penicilina (carecen de pared de peptidoglucano) y por la misma razón no toman la coloración de Gram.
Las cianobacterias, anteriormente llamadas algas cianofíceas (azulverdosas), son bacterias Gramnegativas. Se encuentran presentes en
estanques, lagos, suelo húmedo, cortezas de árboles, océanos y algunas en fuentes termales. La mayor parte de las cianobacterias son
autótrofos fotosintéticos. Contienen clorofila a, que también se encuentra en plantas y algas. La clorofila a y pigmentos accesorios se localizan
en membranas fotosintéticas, llamadas laminas internas o laminillas fotosintéticas. Muchas especies de cianobacterias fijan nitrógeno, este
proceso enriquece el suelo.
En la Tabla 1.4 se aprecian las diferencias más importantes entre las células procariotas (bacterias) y eucariotas
PLÁSMIDOS
Un plásmido es una molécula de ADN extracromosómico que se replica en forma autónoma, por lo que al igual que el cromosoma es un replicón.
Puede haber hasta 50 copias de un plásmido en una bacteria. Funcionalmente los plásmidos son elementos genéticos accesorios, es decir que la
bacteria puede vivir sin ellos. Sin embargo, la información que contienen puede contribuir a la adaptación de la bacteria al medio y a la
evolución de la misma. Los plásmidos pueden contener genes que codifican factores de resistencia a antibióticos (los plásmidos R) y factores
de patogenicidad como exotoxinas. La evolución bacteriana a través de los plásmidos es factible, ya que pueden ser intercambiados entre
distintas bacterias (por ejemplo, el plásmido F). Es decir que ciertos genes pueden transferirse de una bacteria otra mediante el pasaje de
plásmidos, a este mecanismo se lo denomina conjugación. Para que la conjugación pueda llevarse a cabo las dos bacterias deben ponerse en
contacto físico . Esto es posible debido a que una de las bacterias, posee pili sexuales (pelos) en su envoltura. Estos pili se encuentran
codificados en el mismo plásmido F (plásmido conjugativo). La bacteria que transfiere el plásmido es la que posee pili y se la denomina F+, la
célula receptora es F-.
TRANSPOSONES
Los transposones son elementos genéticos movibles, que se encuentran presentes en los procariontes (aunque también en las células
eucariontes). El descubrimiento de los transposones se lo debemos a Barbara McClintock. Los transposones son fragmentos de ADN que se
mueven de una localización a otra del cromosoma. Esta transposición es catalizada por una enzima llamada transposasa. El gen de la
transposasa esta incluido dentro del mismo transposón. Los transposones al ser elementos móviles, dentro del genoma, pueden provocar
mutaciones al insertarse en nuevas regiones del ADN.
PARED CELULAR. BACTERIAS GRAMPOSITIVAS Y GRAMNEGATIVAS
Por fuera de la membrana celular, se encuentra una pared celular rígida de peptidoglicano, que esta presente en todas las bacterias excepto
los micoplasmas. La presencia de la pared protege a la bacteria de la diferencia de presión osmótica entre el medio interno de la bacteria y el
medio exterior. De no existir la pared la bacteria estallaría. Además la pared cumple funciones de protección como por ejemplo contra
sustancias tóxicas .
Existen dos tipos de pared bacteriana que pueden diferenciarse por la Tinción de Gram (siglo XIX). El primer grupo de bacterias son aquellas
capaces de retener el colorante cristal violeta luego de la decoloración con alcohol-cetona. Estas bacterias son llamadas Grampositivas. El
segundo grupo esta conformado por aquellas bacterias incapaces de retener el colorante luego del tratamiento decolorante, por lo tanto son
llamadas Gramnegativas.
LA PARED CELULAR DE LAS BACTERIAS GRAMPOSITIVAS
Fig. 1.3- Esquema de la parecelular de una bacteria Grampositiva
La pared celular de las Grampositivas es más gruesa que la de los Gramnegativas. Posee peptidoglicano, ácidos teicoicos y lipoteicoicos. El
componente fundamental es la mureína, un peptidoglicano que solo se encuentra en los procariontes. La mureína consiste en una cadena
lineal de dos azúcares alternados N-acetilglucosamina y ácido acetilmurámico. A cada residuo de ácido murámico se encuentra unido un
tetrapéptido compuesto de D- y L- aminoácidos. Aproximadamente un tercio de los tetrapéptidos presentes participan de la unión lateral
entre cadenas adyacentes de mureína. La pared celular es biológicamente estable, resiste el ataque de las enzimas de los mamíferos,
excepto de la lisozima que la degrada. La síntesis de la pared puede ser afectada por antibióticos como la penicilina. Los ácidos teicoicos
son el principal determinante antigénico de las bacterias Grampositivas y por lo tanto definen la individualidad inmunológica de estas
bacterias.
LA PARED CELULAR DE LAS BACTERIAS GRAMNEGATIVAS
Fig. 1.4- Esquma de la pared celular de una bacteria Gramnegativa
El espesor de la pared celular de una bacteria Gramnegativas es considerablemente menor que el de una Grampositivas. La cantidad de
mureína es mucho menor en los Gramnegativas. Los ácidos teicoicos no están presentes en las bacterias Gramnegativas. A ambos lados de la
fina pared de mureína se encuentra un gel periplásmico, que define al llamado periplasma (antes llamado espacio periplasmático).
Por fuera del periplasma se encuentra una estructura exclusiva de las Gramnegativas, la denominada membrana externa. Si bien es
estructuralmente similar a una bicapa lipídica, su composición es diferente de la de otras membranas biológicas. Esta bicapa es muy
asimétrica, la semicapa interna esta compuesta por fosfolípidos, pero la semicapa externa esta compuesta por lipopolisacáridos (LPS),
altamente tóxico para el ser humano (endotoxina).
Para obtener nutrientes las bacterias Gramnegativas, poseen porinas que son proteínas que forman poros en la membrana externa.
CÁPSULAS
Por fuera de la membrana externa de las Gramnegativas y de la gruesa pared de las Grampositivas, se encuentra presente, en algunas
bacterias, una cápsula o matriz exopolisacárica, formada por un gel hidrofílico. En general esta cápsula o matriz esta formada por polímeros
de azúcares. Las cápsulas permiten a las bacterias evadir los mecanismos de defensa de los organismos pluricelulares, también tienen
funciones de adherencia a epitelios permitiendo de esta manera colonizar los tejidos del huésped.
ESTRUCTURA DE LAS CÉLULAS EUCARIÓTICAS
Cuadro 1.2- Estructura de una Célula eucarióta
Fig.1.5-
Esquema de la ultraestructura tridimencional de una célula animal y sus principales componenetes
Presentan este modelo celular, los organismos de los reinos Protista, Hongos, Plantas y Animales.
Si bien existe una gran diversidad entre estas células, el modelo básico es similar, presentando como estructura sobresaliente el
núcleo celular.
NÚCLEO CELULAR
Las diversas partes de una célula eucariótica interactúan de forma integrada. Esto es posible
porque existe un centro primordial de control: el núcleo celular. Una membrana doble, la envoltura nuclear (constituida por dos unidades de
membrana), controla el transporte, muy selectivo, de sustancias entre el núcleo y el citoplasma. El pasaje se realiza a través de los poros
nucleares. La envoltura nuclear posee ribosomas adheridos a la cara citoplasmática y una estructura proteica en su parte interna llamada
lamina nuclear, que sirve como esqueleto al núcleo.
En el interior del núcleo, se encuentra el material genético (ADN) asociado a proteínas básicas llamadas histonas, formando una estructura
fibrilar muy enrollada denominada cromatina y el nucleolo, sitio de ensamblaje de los ribosomas (estructuras esenciales para la síntesis de
proteínas, formados por ARN ribosomal y proteína). El ARN ribosómico se sintetiza en el nucleolo, y las proteínas ribosómicas en el
citoplasma, para pasar después al núcleo y de allí al nucleolo, donde se unen al ARN ribosomal para formar los ribosomas.
Tabla 1.5- Características del Núcleo Celular y sus Componentes
Estructura: Núcleo Celular Descripción Función
Núcleo
Estructura rodeada por una doble
membrana con poros. Contiene
cromatina/cromosomas y nucleolo.
Regular la función celular. Control del
metabolismo, reproducción (ciclo celular) y
diferenciación celular.
Envoltura Nuclear Estructura formada por dos
unidades de membrana unidas a
nivel de los poros nucleares.
Continuación del REG. Posee poros que
regulan el pasaje entre núcleo y citoplasma
Nucleolo
Cuerpo granular en el núcleo, que
consiste en ARN y proteínas.
Sitio de síntesis del RNA ribosómico y de
ensamble de los ribosomas.
Cromatina ADN asociado a proteínas, tanto Empaquetamiento (plegamiento) de ADN. El
Cromatina ADN asociado a proteínas, tanto
estructurales (histonas) como a
proteínas regulatorias. La
cromatina es visible durante la
interfase celular
Empaquetamiento (plegamiento) de ADN. El
ADN compone los genes. Funciones
regulatorias de la transcripción genética.
Cromosomas ADN asociado a proteínas, en
estado superenrrollado. Visible en
forma de estructuras cilíndricas
cuando la célula se divide, ya sea en
mitosis o meiosis.
Contienen los genes que son las unidades de
información, que rigen las funciones y
estructura celular.
Rodeando al núcleo encontramos el CITOPLASMA, coloide donde predominan como constituyentes agua, iones, enzimas y donde se
encuentran incluidos los organelos celulares. El citoplasma se encuentra separado del ambiente exterior por la membrana plasmática.
MEMBRANA PLASMÁTICA
Estructuralmente esta compuesta por una bicapa fosfolipídica. El colesterol esta presente en las células animales, pero esta ausente, en
general, en plantas, hongos y procariontes (salvo micoplasmas). La membrana plasmática también contiene múltiples proteínas con diversas
funciones. Podemos dividirlas en dos grandes grupos: a) proteínas integrales de membrana y b) proteínas periféricas de membrana. Las
primeras atraviesan la membrana de lado a lado, mientras que las segundas están en contacto con la membrana, pero no la atraviesan. Algunas
son enzimas reguladoras, otras receptores hormonales. Existen también proteínas transportadoras y canales reguladoras del movimiento de
iones y moléculas a través de la membrana plasmática, de allí su enorme especificidad. Otra función importante de la membrana es la
comunicación intercelular y el reconocimiento de diversos tipos de molécula (hormonas, virus, anticuerpos, toxinas, etc.) que interactúan con
ella. En general esta función es llevada acabo por glucoproteínas y glucolípidos, que se encuentran solo en el lado externo de la membrana
plasmática. Se cree que los glúcidos juegan un importante papel en la adhesión entre células. A esta capa, de glucolípidos y glucoproteínas se la
denomina glucocálix.
SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS
Este sistema se compone de sistemas membranosos interconectados entre sí, como el retículo endoplalmático liso o agranular (REL), el
retículo endoplasmático rugoso o granular (REG) y el aparato de Golgi. Estas estructuras permiten la circulación de sustancias siempre dentro
de formaciones limitadas por membrana interactuando por medio de vesículas.
Tabla 1.6 - Organización del Sistema de endomembranas
Estructura Descripción Función
Retículo endoplasmático rugoso
(REG)
Membranas internas en forma de
sacos aplanados y túbulos. Con
ribosomas adheridos a su
superficie externa. La envoltura
nuclear es parte del REG.
Síntesis de Proteínas destinadas a
secreción(exportación) o a la
incorporación de membranas.
Retículo endoplasmático liso (REL) Membranas internas donde
predominan los túbulos. Sin
ribosomas adheridos.
Sitio de biosíntesis de lípidos y
detoxificación de medicamentos.
Aparato de Golgi Pilas de sacos membranosos
aplanados (dictiosomas). Funcional
y estructuralmente polarizado.
Modificación de proteínas
(glicosilación). Empaquetamiento
de proteínas secretadas.
Clasificación de las proteínas que
se distribuyen a membrana
plasmática, secreción o lisosomas.
Lisosomas Vesículas (sacos) membranosas Contienen enzimas hidrolíticas,
que desdoblan materiales
ingeridos, secreciones y
deshechos celulares.
Vacuolas Sacos membranosos
principalmente, en plantas, hongos
y algas.
Transporte de materiales,
deshechos y agua.
ORGANELAS
Tabla 1.7 - Principales organoides membranosos de la célula eucarionte
Estructura Descripción Función
Mitocondria Organelas semiautónomas. Poseen ADN
Metabolismo aeróbico. Sitio de muchas de las reacciones
Mitocondria Organelas semiautónomas. Poseen ADN
y ribosomas tipo procarionte. Una doble
membrana les sirve de envoltura. La
membrana interna forma las crestas
mitocondriales.
Metabolismo aeróbico. Sitio de muchas de las reacciones
de la respiración celular. Allí se realizan el ciclo de
Krebs, la cadena respiratoria y la fosforilación
oxidativa. Es decir la transformación de la energía de
lípidos o glucosa (moléculas combustibles) en ATP
(moneda energética).
Cloroplasto
Organela semiautónoma. Posee ADN y
ribosomas tipo procarionte. Una doble
membrana envuelve a los tilacoides. La
clorofila, se encuentra en las membranas
tilacoidales.
La clorofila capta la energía luminosa para formar ATP y
otros compuestos con gran cantidad de energía. Estos
compuestos altamente energéticos sirven para
sintetizar, glucosa a partir de CO2.
Microcuerpos (Peroxisomas)
Vesículas membranosas que contienen
diversas enzimas relacionadas con el
metabolismo del oxigeno y el peróxido
de hidrogeno. No poseen ADN ni
ribosomas
Sitio de muchas reacciones metabólicas. Enzimas que
protegen de la toxicidad del oxigeno, por ejemplo la
catalasa.
RIBOSOMAS Y POLIRRIBOSOMAS
Son estructuras redondeadas que a diferencia de las anteriores, carecen de unidad de membrana.
Están constituidos por dos subunidades, mayor y menor separadas entre sí. Ambas subunidades se unen cuando leen una molécula de
ARNm. Las subunidades están formadas por ARNr y proteínas, siendo ensambladas en el nucleolo. Cuando hay varios ribosomas unidos a
una molécula de ARNm, lo denominamos polirribosoma.
La función de los ribosomas es sintetizar proteínas.
CITOESQUELETO
El citoesqueleto es una red de fibras proteínicas. Esta red es dinámica encontrándose en constante cambio. Sus funciones, son
esenciales para las células eucariontes y abarcan motilidad celular, forma, diferenciación, reproducción, regulación, etc.
Tabla 1.8 - Organización General del citoesqueleto
Estructura Descripción Función
Microtúbulos
Tubos huecos compuestos por la
forma monomérica de la proteína
tubulina. (monómero globular)
Sostén estructural, participan en el movimiento
de organelas y la división celular (aparato
mitótico), componentes de cilios, flagelos y
centríolos.
Filamentos de actina
(microfilamentos)
Estructura sólida en forma de
huso consistente en la proteína
actina. (monómero globular)
Sostén estructural, participan en el movimiento
de la célula y sus organelos y en la división
celular.
Filamentos intermedios
Proteínas filamentosas, en forma
de tubos. Compuestas por
monómeros fibrosos.
Sostén estructural. Forman redes que conectan la
membrana plasmática con la envoltura nuclear.
Centríolos
Pares de cilindros huecos,
localizados cerca del centro de la
célula, formados por microtúbulos.
El huso mitótico se forma entre los centríolos
durante la división de células animales, fija y
organiza los microtúbulos. Están ausentes en las
plantas superiores.
Cilios
Proyecciones relativamente cortas
que se extienden desde la
superficie celular. Compuestas por
microtúbulos.
Movimiento de algunos organismos unicelulares.
Se utiliza para mover materiales en la superficie
de algunos tejidos.
Flagelos
Proyecciones largas compuestas
por microtúbulos. Cubiertos por
membrana plasmática
Locomoción celular de espermatozoides y
algunos organismos unicelulares.
Fig. 1.6- Esquema de componentes del citoesqueleto
CÉLULA EUCARIÓTA ANIMAL Y VEGETAL
Fig. 1.7- Esquemas de una célula vegetal (izquierda) y tridimencional de un cloroplasto con sus componentes
(derecha)
Cuadro 1.3- Modelos básicos de célula eucarióta
Las células eucariontes poseen dos modelos estructurales básicos: a) células autótrofas fotosintéticas y b) células heterótrofas.
Las células autótrofas son aquellas que sintetizan su propio alimento, es decir sus propias moléculas combustibles. En este caso las células
eucariontes vegetales son células autótrofas fotosintéticas, por lo tanto utilizan la luz solar como fuente de energía. Transforman la
energía solar en energía química, este proceso es llamado fotosíntesis. La fotosíntesis en las células vegetales se lleva a cabo en un
organelo membranoso llamado cloroplasto. Dentro del cloroplasto se encuentran sacos membranosos apilados, denominados tilacoides, en
cuyas membranas encontramos el pigmento llamado clorofila, esencial para la fotosíntesis.
Las células heterótrofas son aquellas que no sintetizan su propio alimento sino que necesitan una fuente externa de energía tanto como de
materiales de construcción de sus propias moléculas. Las células animales (y los hongos), son células eucariontes heterótrofas.
Las células animales y las células vegetales poseen unas organelas membranosas llamadas mitocondrias, donde se lleva acabo la respiración
celular. En este proceso son rotos los enlaces de alta energía de las moléculas combustibles orgánicas. Esta energía liberada es utilizada
para la síntesis de las monedas energéticas como el ATP. El ATP es esencial para las diferentes funciones celulares. Para que este proceso
se lleve a cabo dentro de las mitocondrias es necesaria la presencia de oxigeno.
Por lo tanto en ambos tipos celulares son necesarias las mitocondrias , para obtener energía química en forma de ATP a partir de las moléculas
combustibles. Pero es diferente el origen
de las moléculas orgánicas utilizadas como combustibles. En el caso de las células vegetales (autótrofas), ellas sintetizan sus propias
moléculas combustibles en los cloroplastos, en el proceso de fotosíntesis. En cambio las células animales (heterótrofas), necesitan una fuente
externa de moléculas energéticas que sirvan como combustible celular.
Tabla 1.9 - Principales diferencias entre células animales y células vegetales
Estructura Célula animal Célula vegetal
Pared celular constituida por
Pared celular Ausente
Pared celular constituida por
celulosa.
Aparato mitótico (Huso
acromático )
Astral Anastral
Centríolos Presente Ausente
Vacuolas Vacuolas pequeñas
Vacuolas grandes, puede ser una
grande central
Metabolismo Heterótrofo Autótrofo
Mitocondrias Presentes Presentes
Cloroplastos Ausentes Presentes
Fig. 1.8- Esquema de la ultraestructura de una célula animal idealizada
Fig. 1.8- Esquema de la ultraestructura de una célula animal idealizada
Fig. 1.9- Esquema de la ultraestructura de una célula vegetal idealizada
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