CAPITULO 2 ORGANIZACIÓN GENERAL DE LA CÉLULA INDICE El microscopio y el estudio de las células Microscopia óptica Microscopia electrónica Métodos de cultivo en laboratorio Fraccionamiento celular Características generales de la célula Mecanismos genéticos y bioquímicos básicos Organización general de las células procariotas Organización general de las células eucariotas Compartimientos celulares Virus y agentes sub virales Importancia del estudio de las células y tejidos en patología.
ORGANIZACIÓN GENERAL DE LA CÉLULA El descubrimiento de la célula La invención del microscopio permitió el descubrimiento de la célula. En Holanda, durante el siglo XVII, el perfeccionamiento en la construcción de lentes hizo posible la construcción de un microscopio simple, que en aquel tiempo se usó para mirar insectos y otros pequeños organismos. Mas tarde, utilizando un microscopio compuesto, Robert Hooke examinó la sección de un corcho donde descubrió concavidades a las que denominó células (del latín cella). Con ésta y otras observaciones, publicó en el año 1665 un libro titulado "Micrografía". Unos pocos años más tarde, Nehemias Grew y Marcello Malpighi, caracterizaron diversas células vegetales. Fue así como nació el concepto de que los tejidos vegetales estaban constituidos por agregados de células. Más tarde Marcello Malpighi, Anton van Leeuwenhoek y Jan Swammerdam fueron los primeros en reconocer las células en animales. Estos microscopistas describieron "corpúsculos" en la sangre, más tarde llamadas células sanguíneas. Las investigaciones realizadas por los científicos a través de los siglos permitieron desarrollar una "teoría celular" que ha resultado corroborada por las evidencias experimentales. La célula, unidad fundamental de los seres vivos, se caracteriza por una compleja estructura en la que tienen lugar las reacciones bioquímicas fundamentales para los procesos vitales y la sustentación de su propia existencia. MARCO TEÓRICO A lo largo de los años se ha acumulado una gran cantidad de conocimientos acerca de la célula. Algunas ideas se han confirmado, otras se reemplazaron... Esto se debe básicamente a que los hombres de ciencia realizan interpretaciones sobre la naturaleza, tratando de entender el mundo que nos rodea. Así surgen nuevos datos, nuevos conocimientos, simultáneamente aumenta la posibilidad de utilizar instrumentos de observación cada vez más sofisticados. Para explicar más claramente los fenómenos de la naturaleza se utilizan modelos. Estos modelos científicos son el resultado de investigación, que permiten imaginar o representar cómo son los objetos y explicar cómo ocurren los procesos biológicos. Trabajar con un modelo es como si se trabajara con el objeto que representa, pero no es el real. Aún sabiendo que dicho modelo puede no coincidir totalmente con la realidad, resulta útil trabajar con él para poner a prueba las ideas que se tiene acerca de un fenómeno. El dibujo de una célula, por ejemplo, puede no ser una representación exacta de la célula real, pero contribuye a interpretar la forma y la ubicación de las estructuras que posee. Por supuesto, para interpretar las observaciones, son de fundamental importancia los conocimientos que se poseen del objeto observado. Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723. Prohibida su reproducción total o parcial 2
Cómo se estudian las células? Las células son pequeñas y complejas. Resulta difícil observar su estructura y descubrir su composición molecular, pero todavía resulta más difícil dilucidar como funcionan sus componentes, lo que podemos aprender sobre las células depende de las herramientas que tengamos a nuestra disposición: de hecho, los mayores avances de la ciencia son frecuentemente fruto de la introducción de nuevas técnicas de estudio. Por consiguiente, para entender la biología celular contemporánea es necesario conocer algo acerca de los métodos de estudio. Consulte el texto e investigue cuáles son los tipos de microscopios ópticos y para qué se los utiliza. Existen técnicas que se utilizan para examinar las células como un todo, además las técnicas utilizadas para analizar sus constituyentes macromoleculares. Nuestro punto de partida es la microscopía óptica, la cual todavía es una herramienta esencial, junto con los imaginativos inventos más recientes basados en haces de electrones y otras formas de radiación. Desde la observación pasiva, nos desplazamos hasta la intervención activa: considerando cómo las células de diferentes tipos pueden ser separadas de los tejidos y crecer fuera del cuerpo, y cómo se pueden romper las células y aislar en forma pura sus orgánulos y constituyentes macromoleculares. Consulte el texto y elabore un resumen con los pasos de la técnica histológica, explicando cada uno de sus pasos. Existen diferencias para la microscopía óptica y electrónica? Por último, se pueden detectar, seguir y cuantificar los tipos individuales de moléculas e iones en el interior de la célula. La tecnología del DNA recombinante ha revolucionado nuestro conocimiento sobre el funcionamiento celular, pero debido a que se trata de un apartado importante en sí mismo y depende del conocimiento de los mecanismos genéticos básicos, se considerará en más detalle en otro capítulo. Observación de la estructura de las células con el microscopio Una célula animal típica mide entre 19 y 20 um de diámetro, es decir, unas cinco veces menos que la menor partícula visible a simple vista. Por ello, hasta que no se dispuso de buenos microscopios ópticos, a principios de siglo XIX, no se descubrió que todos los tejidos animales y vegetales son agregados de células. Este descubrimiento, propuesto por Schleiden y Schwann en 1838 como la teoría celular, marca el nacimiento formal de la biología celular. Las células animales no sólo son diminutas, sino que también son incoloras y traslúcidas, por ello el estudio de las principales características internas de las células dependió del hallazgo de diversos colorantes que proporcionaron el contraste suficiente para hacerlas visibles. A principios de 1940 se desarrolló el microscopio electrónico, mucho más poderoso que el óptico y exigió el desarrollo de nuevas técnicas para la preservación y coloración de las células. Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723. Prohibida su reproducción total o parcial 3
Hasta ahora la microscopía depende tanto de las técnicas de preparación del espécimen como del rendimiento del propio microscopio. La siguiente figura muestra el grado de detalle que puede alcanzarse con la microscopía óptica moderna en comparación con el de la microscopía electrónica. Consulte el texto y elabore una síntesis de los pasos del fraccionamiento celular y sus posibles aplicaciones. Para determinar la estructura detallada de las membranas y de los orgánulos celulares se requiere de una mayor resolución, la cual se puede alcanzar con el microscopio electrónico de transmisión. Se pueden obtener imágenes tridimensionales de las superficies de las células y tejidos mediante microscopía electrónica de barrido, mientras que el interior de las membranas y de las células puede observarse, respectivamente, mediante la criofractura y métodos de congelación. Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723. Prohibida su reproducción total o parcial 4
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS CÉLULAS Consulte el texto y elabore una síntesis acerca de los postulados de la teoría celular. Cuáles son las características generales que comparten los diferentes tipos de células? Complete el siguiente cuadro: Biomolécula Función Ejemplos Lípidos Acidos nucleicos Proteínas Glúcidos COHABITANTES DE NUESTRO CUERPO: LAS BACTERIAS Las bacterias presentes en el ambiente pueden instalarse en nuestro cuerpo. En general, esas bacterias no alteran la salud, es más pueden beneficiar de diferentes maneras al organismo. Pero si en algún momento las defensas que este posee no actúan adecuadamente, el número de bacterias puede aumentar demasiado y provocar alguna enfermedad. En el tubo digestivo, más precisamente en el colon, es donde se presenta la mayor cantidad de bacterias, siendo la más estudiada la Esclerichia coli. La cavidad bucal aloja una importante población bacteriana, cuya cantidad se relaciona con la dieta. Los azúcares consumidos en exceso constituyen una fuente importante de energía y favorecen su reproducción. Las bacterias allí presentes forman la placa bacteriana, que recubre dientes y encías. Si esas bacterias se acumulan en grandes cantidades, puede determinar la formación de caries. Los Lactobacillus, utilizados en la fabricación del yogur, son un ejemplo de bacterias que entran en nuestro organismo con los alimentos. Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723. Prohibida su reproducción total o parcial 5
Tal vez parezca poco grato imaginar al cuerpo humano habitado por bacterias, pero esta le aportan importantes beneficios. Uno de ellos consiste en proteger al organismo contra bacterias productoras de enfermedades. Esta acción se interpreta como resultado de diferentes mecanismos: la competencia por el alimento y la producción de ciertas sustancias. Los cohabitantes habituales del organismo, al consumir las sustancias nutritivas que hay en su interior, no permitirían que otras bacterias intrusas se desarrollen. Por otra parte, las bacterias de nuestro cuerpo también pueden producir sustancias que no permitan la vida de bacterias que podrían afectarlo. Otro beneficio aportado en particular por las bacterias del tubo digestivo es la producción de sustancias que el organismo no puede sintetizar, como la vitamina K, importante para la coagulación de la sangre. Esclerichia coli al M.O Esclerichia coli al M.E.B Esclerichia coli al M.E.T. Los antibióticos son útiles para combatir enfermedades producidas por bacterias. Si somos sometidos a un tratamiento prolongado con estos medicamentos, su acción puede llegar a afectar a los habitantes normales de nuestro tracto intestinal. En definitiva nos libramos de una bacteria, pero al perder también las que nos protegían, quedamos expuestos a un nuevo ataque por parte de otras. En una situación como la relatada se recomienda el uso de reconstituyentes de la flora intestinal Qué composición tienen estos productos y de qué manera actúan? CÉLULAS EUCARIONTES: LOS COMPARTIMIENTOS CELULARES Las células eucarióticas están compartimentalizadas por un sistema interno de membranas. Además de poseer un núcleo, rodeado por una membrana doble, la envoltura nuclear, poseen numerosas organelas y sistemas de endomembranas que les permiten realizar sus funciones metabólicas en diferentes compartimientos. Cada compartimiento está especializado en una función metabólica particular y las enzimas que participan en dicha función están localizadas dentro de él. Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723. Prohibida su reproducción total o parcial 6
Observe el siguiente esquema e identifique los distintos tipos de compartimientos y sus funciones. El esquema representa el núcleo celular. Indique sus funciones. Investigue la función de la lámina nuclear y los poros nucleares. Qué funciones cumplen los microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos? Cuáles son las funciones de las caras cis y trans del sistema de Golgi? Reconoce esta organela? Indique su función y tipos de células en las que se encuentra. Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723. Prohibida su reproducción total o parcial 7
PARASITOS UNIVERSALES: LOS VIRUS Los virus se consideran parásitos porque viven a expensas de un organismo al cual deterioran. El estudio de múltiples virus permitió establecer que todos tienen una estructura simple, constituida por una porción de material genético (ADN o ARN) envuelta por una cubierta de proteínas. La única función que llevan a cabo es la de reproducirse. Pero, para lograrlo, deben invadir una célula, es decir, entrar en ella y utilizar las sustancias que contiene. Aunque se supone que pueden alojarse en todo tipo celular, cada virus es específico, por lo que sólo pueden infectar una célula o tipo celular determinado. Consulte el texto e investigue cómo es la estructura de un virus. Cuáles son las etapas de multiplicación viral? Realice un cuadro comparativo entre tiroides y priones. Indique ejemplos de ambos y las enfermedades que producen. Cuestionario 1. Una célula eucarionte vegetal y una célula eucarionte animal poseen: a)membrana celular y cloroplastos b)sistema de golgi y centríolos c)retículo endoplasmático liso, retículo endoplasmático rugoso y mitocondrias d)pared celular y peroxisomas. 2. Las células vegetales se diferencian de las animales por poseer: a)centríolos, pared celular y vacuolas b)cloroplastos, pared celular y vacuolas c)centríolos, cloroplastos y mitocondrias d)sistema de golgi, cloroplastos y mitocondrias. Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723. Prohibida su reproducción total o parcial 8
3. En una célula procarionte y en una eucarionte podemos encontrar: a)ribosomas, citoplasma y membrana plasmática b)núcleo,ribosomas y citoplasma c)ribosomas, membrana plasmática y plásmidos d)ribosomas, membrana plasmática y mitocondrias. 4. La membrana plasmática, envoltura nuclear y ADN están presentes en: a)células procariontes y células eucariontes vegetales b)virus y neumococos c)hongos de sombrero y células procariontes d)células eucariontes animales y células eucariontes vegetales 5. En las células eucariontes el control de las funciones celulares se localiza en: a) Ribosomas b) Retículo endolasmatico c) Mitocondrias d) Núcleo 6. Los organoides encargados de los procesos de digestión intracelular son: a) Peroxisomas b) Glioxisomas c) Lisosomas d) Ribosomas 7. La siguiente organela se encuentra solo en las células vegetales: a) Centríolo b) Lisosoma c) Cloroplasto d) Peroxisoma 8. Los compartimientos internos rodeados por membranas son propios de a) Las células procariontes b) Las células eucariontes c) Las células procariontes y las eucariontes d) Todo es falso 9. Qué estructuras citoplasmáticas intervienen en el almacenamiento de un polisacárido de reserva exclusivo de vegetales? a)lisosomas b)cromoplastos c)vacuolas d)amiloplastos Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723. Prohibida su reproducción total o parcial 9
10. Qué organela se relaciona con la degradación de materia orgánica en presencia de oxígeno? a)cloroplastos b)mitocondrias c)oleoplastos d)lisosomas 11. Qué estructura citoplasmática clasifica, modifica y almacena las proteínas recientemente sintetizadas? a)núcleo b)retículo endoplasmático liso c)retículo endoplasmático rugoso d)sistema de Golgi 12. Un científico observa un grupo de células al microscopio y advierte la presencia de núcleo en todas ellas. Algunas evidencias químicas confirman la cubierta de celulosa A qué reino pertenece dicho organismo? 13. Los priones son: a)monera b)metafita c)metazoa d)protista 14. Los microscopios ópticos tienen: a)microorganismos que contienen ADN y proteínas b)viroides que atacan ala sistema nerviosos del ganado vacuno c)organismos que contienen ADN y ARN d)partículas infecciosas que carecen de ácidos nucleicos. a)menor poder de resolución que los electrónicos b) mayor poder de resolución que los electrónicos c)igual poder de resolución que los electrónicos d)un haz de electrones como fuente de energía. 15. Un virus es: a)un organismo vivo muy sencillo b)una proteína infecciosa c)un ARN infeccioso d)un complejo macromolecular Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723. Prohibida su reproducción total o parcial 10