TEMA 6 LA CÉLULA Y LAS ENVOLTURAS CELULARES

Transcripción

1 TEMA 6 LA CÉLULA Y LAS ENVOLTURAS CELULARES 1. La teoría celular Anton van Leeuwenhoek ( ) ve las primeras células a través de un microscopio de una sola lente: 1

2 El nombre de célula proviene de su parecido con las celdillas de un panal, que Robert Hooke (1665) observó en una lámina fina de corcho. La célula es la unidad de vital, morfológica, funcional y genética de todos los seres vivos. VITAL: El ser vivo más pequeño está formado por una célula. MORFOLÓGICA: Todos los seres vivos están constituidos por células. FISIOLÓGICA: Las células tienen todos los mecanismos necesarios para mantener su existencia. GENÉTICA: Todas las células derivan de otras células preexistentes. Virchow (1858) Omnis cellula ex cellula El estudio de las células va ligado al desarrollo de la tecnología, en este caso al microscopio óptico en un principio y posteriormente al electrónico. El microscopio óptico posee una resolución de hasta 0,2. Con él se pueden observar células vivas como los glóbulos rojos o los seres unicelulares. Estos últimos pueden colorearse con colorantes vitales, como el rojo neutro, o con el microscopio de contraste de fases, que hace resaltar sus diferentes partes. También se observan células muertas, colocadas en láminas finas (10 ), obtenidas mediante el microtomo, que se fijan con formol y posteriormente se colorean y se cubren con un portaobjetos que se pega con bálsamo del Canadá. Otros microscopios son el de contraste de fases que permite ver estructuras en células vivas sin manipulación y el de fluorescencia, que permite la visualización de moléculas específicas, usando colorantes fluorescentes. El microscopio electrónico posee una resolución de hasta 3 Sólo se pueden observar células muertas en láminas muy finas obtenidas con el ultramicrotomo (0,1). Las 2

3 células se fijan con tetraóxido de osmio al 1%. También se puede usar el microscopio electrónico de barrido que da una imagen tridimensional, aunque su resolución es de sólo 250 A. 2. Los modelos de organización celular En los seres vivos se encuentran dos tipos de células, cuyas diferencias principales son las siguientes: Células procariotas (Bacterias, cianobacterias y micoplasmas) No envoltura nuclear Sin orgánulos con membrana Su ADN es lineal (micoplasmas) o circular Ribosomas pequeños 70 S Enzimas respiratorios y pigmentos fotosintéticos situados en el mesosoma de bacterias Siempre son seres unicelulares o colonias Pueden realizar la quimiosíntesis Algunas pueden fijar el N2 atmosférico Células eucariotas (Animales y vegetales) Con envoltura nuclear Con orgánulos celulares de todo tipo ADN siempre lineal Ribosomas grandes 80 S Enzimas respiratorios en la mitocondria y pigmentos fotosintéticos en el cloroplasto Hay unicelulares y pluricelulares Nunca son quimiosintéticas Nunca fijan el N2 atmosférico Estructura de una bacteria 3

4 Estructura de las células eucariotas: animales y vegetales. Diferencias exclusivas ANIMAL VEGETAL CLOROPLASTOS NO SI PARED CELULAR NO SI CENTROSOMA SI NO 3. La membrana plasmática La membrana plasmática es una delgada lámina de 75 Å que envuelve a la célula y la separa del medio externo. Puede variar su forma permitiendo movimientos y desplazamientos de la célula. Su estructura es igual en todas las células y en todos los orgánulos citoplasmáticos, por lo que se llama membrana unitaria o unidad de membrana. Davson y Danielli propusieron una doble capa de lípidos rodeada por dos capas de proteínas. Según Singer y Nicholson (1972) es una bicapa lipídica, asociada con moléculas de proteínas, formando la estructura de mosaico fluido. Esta membrana es asimétrica, ya que las glicoproteínas y glicolípidos sólo se encuentran hacia la cara externa. La composición química, que varía de unas células a otras es aproximadamente de un 52% de proteínas, 40% de lípidos y 8% de glúcidos. 4

5 Los lípidos son del tipo de los fosfolípidos, glicolípidos y colesterol (Regula la fluidez de la membrana), caracterizados por ser anfipáticos, dando espontáneamente en medio acuoso bicapas (autoensamblaje), que tienden a cerrarse sobre sí mismas (autosellado). ProteínasLípidos Estos lípidos presentan una serie de movimientos que dan como consecuencia la fluidez de la membrana tales como: la difusión lateral la rotación flexión flip-flop. El colesterol realiza la función de regular la fluidez, que se relaciona directamente con la temperatura. Cuando aumenta, impide que aumente demasiado, y cuando disminuye impide que se vuelva demasiado rígida. Las proteínas pueden ser intrínsecas como las integrales y las transmembrana con una parte incluida dentro de la bicapa lipídica, y extrínsecas o periféricas, adheridas a las monocapas. Las glicoproteínas sólo en la parte externa, formando parte del glucocáliz. Tienen un desplazamiento más lento que los lípidos. INTERIOR CELULAR EXTERIOR CELULAR La función fundamentalmente es mantener estable el medio intracelular, regulando el paso de agua, moléculas y elementos, mantener la diferencia de potencial iónico, haciendo que el medio interno esté cargado negativamente y realizar los procesos de endocitosis y exocitosis. Además le confiere individualidad separándola del exterior, identidad a través de los antígenos de histocompatibilidad y le permite obtener información del exterior gracias a los receptores de membrana. 5

6 4. Transporte a través de la membrana Los distintos tipos de mecanismos por los cuales las moléculas atraviesan la membrana dependen de la naturaleza (hidrófila o hidrófoba) y el tamaño de la molécula a transportar. El transporte de una sustancia con carga depende tanto de su gradiente de concentración como del gradiente eléctrico. La suma de ambos gradientes se denomina gradiente electroquímico. El transporte de pequeñas moléculas, se produce sin deformación de la membrana y se clasifica en función de los requerimientos energéticos en: El transporte PASIVO es un proceso de difusión de sustancias que no requiere energía. Se produce siempre a favor del gradiente. Este transporte puede darse por: Difusión simple a través de la bicapa (1). Así entran moléculas lipídicas como las hormonas esteroideas, anestésicos como el éter y fármacos liposolubles. Y sustancias apolares como el oxígeno y el nitrógeno atmosférico. Algunas moléculas polares de muy pequeño tamaño, como el CO2, el etanol y la glicerina, también atraviesan la membrana por difusión simple 6

7 Difusión facilitada a través de canales (2). Se realiza mediante las denominadas proteínasde canal. Así entran iones como el Na+, K+, Ca2+, Cl-, y el agua. La difusión del agua recibe el nombre de ósmosis. Las proteínas de canal son proteínas con un orificio o canal interno, cuya apertura está regulada por ligando o por voltaje, como ocurre con neurotransmisores u hormonas, que se unen a una determinada región, el receptor de la proteína de canal, que sufre una transformación estructural que induce la apertura del canal. Difusión facilitada a través de permeasas (3). Permite el transporte de pequeñas moléculas polares, como los aminoácidos, monosacáridos, etc., que al no poder, que al nopoder atravesar la bicapa lipídica, requieren que proteínas transmembranosas faciliten su paso. Estas proteínas reciben el nombre de proteínas transportadoras o permeasas que, al unirse a la molécula a transportar sufren un cambio en su estructura que arrastra a dicha molécula hacia el interior de la célula. El transporte ACTIVO (4). En este proceso también actúan proteínas de membrana, pero éstas requieren energía, en forma de ATP, para transportar las moléculas al otro lado de la membrana. Se produce cuando el transporte se realiza en contra del gradiente electroquímico. Son ejemplos de transporte activo la bomba de Na/K, y la bomba de Ca. La bomba de Na+/K+ Requiere una proteína transmembranosa que bombea Na+ hacia el exterior de la membrana y K+ hacia el interior. Esta proteína actúa contra el gradiente gracias a su actividad como ATP-asa, ya que rompe el ATP para obtener la energía necesaria para el transporte. Por este mecanismo, se bombea 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior, con la hidrólisis acoplada de ATP. El transporte activo de Na+ y K+ tiene una gran importancia fisiológica. De hecho todas las células animales gastan más del 30% del ATP que producen (y las células nerviosas más del 70%) para bombear estos iones. 7

8 Las principales funciones de la bomba son: Controlar el volumen celular, ya que la expulsión de Na+ es necesaria para mantener el balance osmótico. Si se inhibe la bomba, las células se hinchan y explotan. La energía eléctrica permite que las células nerviosas sean excitables. Impulsa el transporte activo de glucosa (en contra de su gradiente) y aminoácidos hacia el interior de algunas células. Este transporte se acopla a la entrada de sodio (a favor de gradiente) mediante un sistema de cotransporte simporte (dos solutos en la misma dirección) o la salida de Calcio mediante un sistema de contratransporte antiporte (dos solutos en distinta dirección). A estos sistemas de transporte acoplados se les denomina transportes activos secundarios Para ver los diferentes tipos de transporte visita el siguiente enlace: El transporte de moléculas de elevada masa molecular se produce con deformación de la membrana: Para el transporte de este tipo de moléculas existen tres mecanismos principales: endocitosis, exocitosis y transcitosis. En cualquiera de ellos es fundamental el papel que desempeñan las llamadas vesículas revestidas. Estas vesículas se encuentran rodeadas de filamentos proteicos de clatrina. Endocitosis: Es el proceso por el que la célula capta partículas del medio externo mediante una invaginación de la membrana en la que se engloba la partícula a ingerir. Se produce la estrangulación de la invaginación originándose una vesícula que encierra el material ingerido. Según la naturaleza de las partículas englobadas, se distinguen diversos tipos de endocitosis. 8

9 Pinocitosis. Implica la ingestión de líquidos y partículas en disolución por pequeñas vesículas revestidas de clatrina. Fagocitosis. Se forman grandes vesículas revestidas o fagosomas que ingieren microorganismos y restos celulares. Endocitosis mediada por un receptor. Es un mecanismo por el que sólo entra la sustancia para la cual existe el correspondiente receptor en la membrana. Exocitosis. Es el mecanismo por el cual las macromoléculas contenidas en vesículas citoplasmáticas son transportadas desde el interior celular hasta la membrana plasmática, para ser vertidas al medio extracelular. Esto requiere que la membrana de la vesícula y la membrana plasmática se fusionen para que pueda ser vertido el contenido de la vesícula al medio. Mediante este mecanismo, las células son capaces de eliminar sustancias sintetizadas por la célula, o bien sustancias de desecho. 9

10 En toda célula existe un equilibrio entre la exocitosis y la endocitosis, para mantener la membrana plasmática y que quede asegurado el mantenimiento del volumen celular. Transcitosis. Es el conjunto de fenómenos que permiten a una sustancia atravesar todo el citoplasma celular desde un polo al otro de la célula. Implica el doble proceso endocitosisexocitosis. Es propio de células endoteliales que constituyen los capilares sanguíneos, transportándose así las sustancias desde el medio sanguíneo hasta los tejidos que rodean los capilares. 5. Diferenciaciones de la membrana. Uniones En la membrana celular encontramos también una serie de especializaciones que permiten la unión y la comunicación entre células adyacentes. Uniones mecánicas o de anclaje: puntos de unión a modo de remaches que mantienen firmemente unidas las células, aumentando la resistencia y rigidez del tejido. Se encuentran en células confuerte tensión mecánica, como las musculares y la epidermis. Uniones estrechas o herméticas: sellan las dos membranas e impiden el paso de moléculas a través de los espacios intercelulares. Se encuentran en las células epiteliales.. 10

11 Uniones gap: canales intercelulares que permiten el paso de iones y pequeñas moléculas. Permiten la nutrición de las células alejadas de los vasos sanguíneos, como las del cristalino o del hueso. Los plamodesmos: Son canales de comunicación entre los tejidos vegetales. La membrana de una célula se continúa con la adyacente. 6. Otras cubiertas celulares La matriz extracelular Es el medio que rodea a las células animales. Es continuación del glicocáliz. Está formado mayoritariamente por las cadenas de oligosacáridos de los glicolípidos y glicoproteínas de la membrana; también contiene glicoproteínas, colágeno, elastina y ácido hialurónico, que han sido segregadas y luego adsorbidas sobre la superficie celular. En algunos tejidos se depositan además fosfatos (huesos), quitina (exoesqueleto de artrópodos), carbonatos (moluscos), sílice (protozoos radiolarios) etc. La pared celular vegetal Es una cubierta de celulosa en forma de fibrillas, proteínas y polisacáridos de forma estable y rígida. Es característica de las células vegetales. Está formada por tres capas: Lámina media, de aspecto gelatinoso y formada por pectinas (polímero derivado de la galactosa) 11

12 Pared primaria, muy delgada, es la primera que se forma, está formada principalmente de celulosa en forma de red y cemento abundante de pectina, hemicelulosa (heteropolisacárido formado por xilosa y arabinosa), agua y sales minerales. Esta pared se va expandiendo conforme la célula aumenta de tamaño. Pared secundaria, con varias capas de celulosa con las fibras orientadas de forma paralela y poco cemento, posee gran resistencia y poca flexibilidad. Se forma después del crecimiento. Sólo aparece en plantas con crecimiento secundario. Pared de los hongos Formada principalmente por el homopolisacárido quitina. Pared bacteriana Formada por un heterósido el peptidoglucano Las funciones de la matriz y las paredes son: Protección mecánica y química Regulación de la absorción Unión de células para formar tejidos Reconocimiento celular. Los oligosacáridos son los principales marcadores de identidad. Dar forma a las células, impidiendo su ruptura por presión osmótica. Exoesqueleto de los vegetales. Dependiendo de las sustancias que se depositen: o Lignina, aumenta la rigidez y soporte de la planta, como en los tubos de xilema. o Minerales, como el carbonato cálcico y la sílice, que dan protección a las células epidérmicas vegetales y a los huesos, conchas y exoesqueletos. o Cutina y ceras, que son sustancias impermeabilizante. o Suberina, que forma el corcho que da protección con poco peso. 12