Organización general de la célula procariota y eucariota. 1. Organización general de la célula procariota y eucariota.

Transcripción

1 Organización general de la célula procariota y eucariota. La célula procariota La célula eucariota. Organismos acelulares: los virus, viroides y priones. 1. Organización general de la célula procariota y eucariota. Células procariotas Células eucariotas No envoltura nuclear Con envoltura nuclear Sin orgánulos con membrana Con orgánulos celulares de todo tipo Su ADN es lineal o circular ADN siempre lineal Ribosomas pequeños 70 S Ribosomas grandes 80 S Enzimas respiratorios y pigmentos fotosintéticos situados en el mesosoma Siempre son seres unicelulares o colonias Enzimas respiratorios en la mitocondria y pigmentos fotosintéticos en el cloroplasto Hay unicelulares y pluricelulares Pueden realizar la quimiosíntesis Nunca son quimiosintéticas Algunas pueden fijar el N2 atmosférico Nunca fijan el N2 atmosférico 2. La célula procariota Se conocen 3 tipos de organismos procariotas: las bacterias, las cianobacterias y los micoplasmas. a) Las bacterias Su tamaño se encuentra entre 1,3 a 10. (1 = 10-6 m). Según su forma pueden ser: cocos, bacilos, espirilos y víbrios. Se pueden agrupar formando colonias de tres tipos: filas estrepto, racimos estafilo y cubos sarcinas. En una bacteria podemos distinguir las siguientes estructuras: Cápsula: capa gelatinosa de glúcidos, tiene función de defensa y permite la formación de colonias. Pared celular: da la forma a la bacteria y puede ser de dos tipos: GRAM + (1 capa de glucoproteínas) y GRAM (2 capas: interna de glucoproteínas y externa de lípidos). Membrana plasmática: Bicapa lipídica con proteínas. Mesosoma: repliegue interno de la membrana que interviene en la división celular y lleva enzimas respiratorios y fotosintéticos. 1

2 Ribosomas: síntesis de proteínas. Inclusiones: Son sustancias de reserva, como lípidos, glucógeno, etc., sin rodear de membrana ADN: forma el nucleoide, es circular, bicatenario y no tiene proteínas Histonas. Plásmidos: son fragmentos pequeños de ADN circular, que permiten a la bacteria pasar información genética a otras bacterias. Flagelos: permiten la movilidad de las bacterias. Su estructura es diferente al de las células eucariotas. Pili: estructuras tubulares que permiten la fijación al sustrato, intercambio de moléculas, etc. Las bacterias, como el resto de los seres vivos realizan las 3 funciones fisiológicas: nutrición, relación y reproducción. La nutrición de las bacterias alcanza a casi cualquier tipo de materia, ya sea inorgánica (autótrofas) u orgánica (heterótrofas), pueden utilizar como energía la luz fotosintéticas) o las reacciones químicas (quimiosintéticas) así como utilizar el oxígeno (aerobias) o vivir sin él (anaerobias). La respuesta ante los estímulos externos (función de relación), puede ser de movimiento mediante flagelos, o estática con formación de esporas que le permiten superar las condiciones desfavorables del medio La principal forma de reproducción de las bacterias es por división celular simple o bipartición, aunque también pueden donar o recibir material genético de otras bacterias por conjugación, transducción y transformación. Estos tres procesos reciben el nombre de reproducción parasexual, ya que se produce dentro de la misma generación. b) Las cianobacterias. También denominadas algas azules, viven aisladas o en colonias filamentosas unidas mediante una vaina viscosa. Se encuentran flotando en el agua de ríos y mares. 2

3 En su interior tienen unas membranas de forma radial en las que se encuentran los pigmentos fotosintéticos. c) Los micoplasmas. Son organismos muy pequeños (0,2 ); no posen pared, por lo que pueden cambiar de forma; su ADN es lineal y bicatenario; son productores de enfermedades. 3. La célula eucariota En una célula eucariota se distinguen tres partes fundamentales: La membrana, el citoplasma y el núcleo. a) Membrana se su se Formada por una bicapa lipídica en la que se encuentra proteínas. Tanto los lípidos como las proteínas tienen movilidad, por lo que a esta estructura la denomina mosaico fluido. El colesterol regula fluidez. Es asimétrica, ya que sólo en su parte externa encuentran los glicolípidos y glicoproteínas. 3

4 Realiza las siguientes funciones: Limita el espacio celular. Controla el transporte de moléculas a su través. El transporte de pequeñas moléculas 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. Difusión facilitada a través de canales (2).Se realiza mediante las denominadas proteínas de canal. Así entran iones como el Na+, K+, Ca2+, Cl-, y el agua. 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. 4

5 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 no poder atravesar la bicapa lipídica, requieren que proteínas trasmembranosas 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. 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. Para ver los diferentes tipos de transporte visita el siguiente enlace: Transporte de moléculas de elevada masa molecular: 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. Pinocitosis. Implica la ingestión de líquidos y partículas en disolución por pequeñas vesículas revestidas de clatrina. 5

6 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. 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 endocitosis-exocitosis. 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. 6

7 Estructuras externas a la membrana El Glicocáliz Es la zona periférica rica en hidratos de carbono de la superficie de las células eucariotas. Está formado mayoritariamente por las cadenas de oligosacáridos de los glicolípidos y glicoproteínas de la membrana; también contiene glicoproteínas que han sido segregadas y luego adsorbidas sobre la superficie celular. Se distinguen dos capas: una interna de aspecto amorfo y otra externa de tipo fibroso. En algunos tejidos se depositan además fosfatos (huesos), quitina (exoesqueleto de artrópodos), carbonatos (moluscos), sílice (protozoos radiolarios) etc. Las funciones 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. Se encuentran los indicadores antigénicos. Se encuentran los receptores para captar la información del exterior. La pared celular 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) 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. 7

8 Las funciones son: Dar forma a las células, impidiendo su ruptura por presión osmótica. Exoesqueleto de los vegetales. Unen entre sí las células, formando las plantas. Barrera de protección. Dependiendo de las sustancias que se depositen: 1. Lignina, aumenta la rigidez y soporte de la planta, como en los tubos de xilema. 2. Minerales, como el carbonato cálcico y la sílice, que dan protección a las células epidérmicas. 3. Cutina y ceras, que son sustancias impermeabilizantes de frutos y hojas. 4. Suberina, que forma el corcho que da protección con poco peso. El origen de la pared está en vesículas del Aparato de Golgi, que se depositan en el plano ecuatorial y separan las células durante la citocinesis del proceso de división celular. Entre una célula y otra quedan poros de comunicación denominados plamodesmos. b) El citoplasma Está formado por el hialoplasma, que es la solución en la que se encuentran los orgánulos celulares. Esta solución está formada en un 85% por agua, moléculas pequeñas disueltas, moléculas grandes en forma de coloides y por el citoesqueleto, formado por fibras de proteínas con diferentes funciones. En el esqueleto hay tres componentes fundamentales que se hallan conectados entre sí: 8

9 Filamentos delgados (microfilamentos) Formados por la proteína actina. Desempeñan las siguientes funciones: intervienen en la contracción muscular, al asociarse a filamentos de miosina y otras proteínas. intervienen en los procesos de fagocitosis, mediante la formación de pseudópodos forman el anillo contráctil que finalmente da lugar a la separación de las células hijas durante la mitosis. Filamentos intermedios Su principal función es la de brindar sostén estructural a la célula, ya que su gran resistencia tensil es importante para proteger a las células contra las presiones y las tensiones. Hay filamentos intermedios de muchos tipos: de queratina (en las células epiteliales), filamentos de la lámina nuclear (que refuerzan la membrana nuclear), neurofilamentos (ubicados en células nerviosas), etc. (De 10 nm. de diámetro) Microtúbulos Son los principales componentes del citoesqueleto de las células eucariotas, y pueden encontrarse dispersos por el citoplasma, o formando estructuras estables como cilios, flagelos o centriolos. Se trata de estructuras muy dinámicas que pueden formarse y destruirse según las necesidades de la célula. Están constituidos por moléculas de tubulina. Entre las principales funciones de los microtúbulos se encuentran: brindan rigidez y conservan la forma celular regulan el movimiento intracelular de organelas y vesículas contribuyen a formar los compartimentos intracelulares constituyen el huso mitótico, responsable de organizar el movimiento de los cromosomas durante la división celular distribuyen el retículo endoplásmico y aparato de Golgi en los lugares apropiados son los elementos estructurales y generadores del movimiento de cilios y flagelos Los orgánulos que se encuentran en el hialoplasma son los siguientes: Retículo endoplasmático: Estructura laminar, vesículas y tubos. Se distinguen dos tipos: El liso formado por túbulos y vesículas, en el que se sintetizan lípidos de membrana y el rugoso formado por láminas y vesículas, en las que se encuentran ribosomas, que sintetizan proteínas para la membrana y para la exportación; además forma la envoltura nuclear. Rugoso Liso 9

10 Ribosomas: Están formados por ARNr y proteínas. Tienen dos subunidades, una grande y una pequeña. Su función es la síntesis de proteínas. Aparato de Golgi: Está formado por una serie de sacos apilados. Presenta dos caras, la cis o de formación en la que se encuentran las vesículas de transición que vienen del retículo endoplamático y la cara trans o de maduración en la que se encuentran las vesículas de secreción. Tiene las siguientes funciones: Transporte de proteínas; glicosidación; síntesis de sustancias, como la celulosa; formación de membranas; formación de lisosomas para la digestión intracelular y la formación del acrosoma de los espermatozoides. Lisosomas: Son vesículas que es su cara interna tienen una cubierta protectora para evitar que los enzimas digestivos que contienen la destruyan. Pueden realizar una digestión de partículas externas (heterofagia) o internas (autofagia). Cuando acaban de salir del aparato de Golgi reciben el nombre de lisosomas primarios, y cuando se han unido a la vacuola alimenticia entonces se llaman lisosomas secundarios. Peroxisomas: Son como los lisosomas pero contienen en su interior la enzima catalasa, que elimina el agua oxigenada formada en algunas reacciones metabólicas transformándola en agua y oxígeno. Vacuolas: Son vesículas de tamaño grande en vegetales y pequeño en animales. Realizan las siguientes funciones: almacén de sustancias, aumento de tamaño en vegetales y eliminación de agua en los protozoos de agua dulce. Centrosoma: También llamado diplosoma. Sólo se encuentra en las células animales. Está formado por dos centriolos de forma tubular. 10

11 A partir de los centriolos se fabrican los microtúbulos del citoesqueleto que realizan las siguientes funciones: Formar cilios y flagelos para la movilidad de la célula y la formación del huso acromático durante la división celular. Mitocondrias: Con doble membrana, la interna está replegada formando crestas, en las que se encuentran los enzimas para realizar la respiración celular. En su interior denominado matriz se realiza procesos catabólicos como el ciclo de Krebs o la oxidación de los ácidos grasos. Cloroplastos: Únicamente se encuentran en células vegetales. Con dos membranas. La interna con forma de láminas y sacos apilados denominados tilacoides, en los que se realiza la fase luminosa de la fotosíntesis. En el interior denominado estroma se realiza la fase oscura. EL ORIGEN DE MITOCONDRIAS Y CLOROPLASTOS SE EXPLICA POR LA TEORÍA ENDOSIMBIÓNTICA DE MARGULIS QUE SUPONE QUE SON ANTIGUAS BACTERIAS QUE FUERON CAPTURADAS POR OTRAS CÉLULAS HETERÓTROFAS Y QUEDARON EN SU INTERIOR APROVECHANDOSE DE SUS FUNCIONES. c) El núcleo Puede tener diversas formas y localización. Consta de las siguientes partes: Envoltura: formada por el retículo endoplasmático es una doble membrana en la que se encuentran poros de comunicación. En su parte interna se sujeta la cromatina. 11

12 Nucleoplasma: Es la solución interna. Se realiza la síntesis de los ácidos nucleicos. Cromatina: Es el ADN. Puede estar en forma de eucromatina difusa, cuando se está transcribiendo o en forma de heterocromatina condensada que no se está transcribiendo. El primer nivel de condensación es cuando las histonas se unen al ADN formando los nucleosomas dando una estructura llamada collar de perlas o fibra de 11 nm. Después los nucleosomas forman una espiral o solenoide de 30 nm de diámetro que es lo que se denomina normalmente fibra de cromatina. Finalmente la cromatina se condensa completamente durante la profase de la división celular dando lugar a los cromosomas. CARIOTIPO: Conjunto de cromosomas de una célula. Se distinguen los cromosomas sexuales (XX ó XY) o heterocromosomas del resto que se denominan autosomas (23x2 en los humanos). Nucleolo: Es una zona circular densa formada por ARN, proteínas y ADN satélite. Aquí se fabrica el ARN ribosómico. 4. Organismos acelulares: los virus, viroides y priones. Los VIRUS stán formados por proteínas que forman la cápside y una molécula de ácido nucleico, ADN o ARN pero nunca los dos juntos. A veces pueden llevar una envoltura externa. Carecen de metabolismo. Son parásitos obligados de las células. Su tamaño es menor de 0,25 Parece que su origen está en fragmentos de ácidos nucleicos que formaron parte de las células a las que hoy parasitan. Cuando están fuera de las células, son inertes y se denominan viriones. Se pueden clasificar según el tipo de Ácido nucleico (ADN ó ARN), según el organismo al que infectan (Animales, vegetales y bacteriófagos) o por su forma: HELICOIDALES: TMV (ARN desnudo), rabia (ADN desnudo), viruela (ADN envoltura). POLIÉDRICOS: Polio (ARN desnudo), SIDA (ARN envoltura), Herpes labial( ADN envoltura) 12

13 MIXTOS: Bacteriófagos (siempre desnudos) El ciclo vital de un virus consta de las siguientes fases: Fijación: Contacto con a célula huésped. Penetración: Cuando el ácido nucleico se encuentra en el citoplasma celular. Eclipse: Pueden ocurrir dos procesos: o Ciclo lisogénico: Cuando el ácido nucleico logra unirse al ADN de la célula. Cuando la célula se divide este virus se transmite como cualquier otro gen. El virus permanece unido hasta que un estímulo externo provoca su separación. o Ciclo lítico: Cuando el ADN se encuentra en el citoplasma, utiliza la maquinaria celular para fabricar sus propias proteínas de la cápside así como muchas moléculas de su ácido nucleico. Ensamblaje: El ácido nucleico vírico se une a la cápsida para formar muchos virus. Salida: Pueden producir la lisis celular como los bacteriófagos o no como los animales y vegetales. Los VIROIDES son pequeñas moléculas de ARN circular de cadena simple que se localizan en el nucleolo de las células a las que infectan. Principalmente infectan a vegetales como los cítricos y la patata. Los PRIONES son proteínas infecciosas, que modifican a otras proteínas sanas convirtiéndolas en infecciosas. Un ejemplo es la que produce la enfermedad de las vacas locas o encefalopatía espogiforme bovina 13