1. LA TEORÍA CELULAR TEMA 8 LA ORGANIZACIÓN CELULAR Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) ve las primeras células a través de un microscopio de una sola lente. Los llamó Animalcules. 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 o muertas como los glóbulos rojos o los seres unicelulares. El microscopio electrónico de transmisión posee una resolución de hasta 3 Å. Sólo se pueden observar células muertas. También se puede usar el microscopio electrónico de barrido que da una imagen tridimensional, aunque su resolución es de sólo 250 Å. 2. LA TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA SERIADA (Lynn Margulis) Desde el siglo XX los biólogos advirtieron que hay semejanza entre diversos orgánulos delimitadas por membranas y ciertas bacterias. En particular, una de las similitudes más notorias es la que hay entre los cloroplastos y las cianobacterias cargadas de clorofilas. Así mismo, muchos biólogos notaron el parecido que hay entre las mitocondrias y otras bacterias de vida libre. El hecho de que los cloroplastos y las mitocondrias posean su propio ADN y puedan dividirse en forma independiente del resto de la célula apoya la hipótesis de que estos y otros orgánulos fueron bacterias independientes que invadieron a las células primitivas y llegaron a establecer una relación permanente con ellas. Se piensa que los invasores fueron simbiontes a los que beneficiaba el medio protegido del interior celular y que a su vez brindaban al hospedante, capacidades y talentos de los que éste carecía. Esto significa que los cloroplastos bien pudieron ser cianobacterias que confirieron propiedades fotosintéticas a las células que empezaron a darles alojamiento. Otras moneras, sobre todo las de muy escasas dimensiones, pudieron dar origen de modo similar a otros orgánulos característicos de la célula eucariota.
3. CARACTERÍSTICAS DE LAS CÉLULAS Las células tienen tamaños y morfologías muy variados. Todas tienen una membrana, un citoplasma y material genético. Según su estructura interna se distinguen dos modelos de organización celular: Procariota. Reino Monera. Eucariota. Reinos Protoctista, Micofito, Metafita y Metazoo. 4. DIFERENCIAS ENTRE CÉLULAS PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS Células procariotas (Bacterias, cianobacterias y micoplasmas) No envoltura nuclear Sin orgánulos con membrana Ribosomas pequeños Siempre son seres unicelulares o colonias Pueden realizar la quimiosíntesis Células eucariotas (Animales y vegetales) Con envoltura nuclear Con orgánulos celulares de todo tipo Ribosomas grandes Hay unicelulares y pluricelulares Nunca son quimiosintéticas 5. ESTRUCTURA DE LA CÉLULA EUCARIOTA Las estructuras de las células eucariotas las podemos agrupar en: Membrana plasmática, estructuras y orgánulos no membranosos, orgánulos membranosos no energéticos y energéticos. 5.1. 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. 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 glucolípidos sólo se encuentran hacia la cara externa. La función fundamentalmente es mantener estable el medio intracelular, regulando el paso de agua, moléculas y elementos.
5.2. Estructuras y orgánulos no membranosos Pared celular. Exclusiva de células vegetales. Es de celulosa y le da forma y rigidez. Existen poros de comunicación entre las células. Citoesqueleto. Formado por filamentos de proteínas. Dan forma a la célula e intervienen en los movimientos celulares internos y externos y la división celular. Cilios y flagelos. Implicados en el movimiento. Los cilios son cortos y generalmente numerosos, mientras los flagelos son largos y escasos. Ribosomas. Formados por ARNr y proteínas. Su función en la síntesis de proteínas y se pueden encontrar libres en el citoplasma o adheridos a las membranas del retículo endoplasmático y de la envoltura nuclear. 5.3. Orgánulos membranosos Retículo endoplasmático. Se distinguen dos tipos: o R.E. Rugoso. Con forma de sacos aplanados. Lleva adheridos ribosomas y su función es la fabricación de proteínas para la exportación. o R.E. Liso. Forma tubular. Fabrica lípidos. Aparato de Golgi. Conjunto de sacos aplanados rodeados de vesículas. A este orgánulo llegan vesículas del R.E. Su función es la maduración de proteínas y lípidos, principalmente añadiéndoles glúcidos. Una función importante es la fabricación de la pared celular vegetal al final de la división. Lisosomas. Son vesículas fabricadas por el aparato de Golgi en cuyo interior contienen enzimas hidrolíticos. Intervienen en el proceso de digestión intracelular. Vacuolas. Son vesículas cuyo contenido es variable. En células vegetales adquieren un gran tamaño. 5.4. Orgánulos energéticos Están representados por las mitocondrias y los cloroplastos. Tienen en común la doble membrana y el material genético tipo bacteriano. 5.5. El núcleo Mitocondrias. Forma variable, generalmente alargada. Tiene dos membranas. La interna está muy replegada formando crestas. Interviene en los procesos metabólicos de obtención de energía en forma de ATP, con la participación de oxígeno, respiración celular aerobia. Cloroplastos. Son exclusivos de las células vegetales. En ellos tiene lugar el proceso de síntesis de materia orgánica a partir de materia orgánica con la intervención de la luz, la fotosíntesis. Es un orgánulo característico de las células eucariotas. En su interior contiene el material genético ADN. Se distinguen las siguientes partes:
Envoltura nuclear. Está formado por una doble membrana en la que hay poros de comunicación. Cromatina. Es el material genético sin condensar. Cuando se condensa durante la división celular se forman los cromosomas. Nucleolo. Zona más o menos esférica formada por cromatina. Es la zona donde se fabrican los ribosomas. Nucleoplasma. Es el medio acuoso que rellena el núcleo. 6. DIFERENCIAS ENTRE CÉLULAS ANIMALES Y VEGETALES ANIMAL VEGETAL CLOROPLASTOS NO SI PARED CELULAR NO SI CENTRIOLOS SI NO 7. LA DIVISIÓN CELULAR El ciclo vital de una célula se puede dividir en las siguientes etapas: G 1 Crecimiento celular S --- Duplicación del ADN G 2 Periodo premitótico M División celular (Del núcleo y del citoplasma). Cuando las células se especializan y pierden la capacidad de dividirse se dice que entran en la epata G 0. Las fases G1, S y G2 reciben el nombre de INTERFASE y ocupa el 90% de la vida de la célula. 7.1. Mitosis A partir de una célula con 2n cromosomas (Diploides), se obtienen 2 células hijas con el mismo número de cromosomas. Se divide en cuatro fases: Cariocinesis o división del núcleo PROFASE: Desaparece el nucleolo. Se hacen visibles los cromosomas que poseen 2 cromátidas. Desaparece la envoltura nuclear. Se duplican los centriolos y se desplazan hacia dos polos opuestos de la célula, formando el huso acromático. METAFASE: Los cromosomas se sitúan en el plano ecuatorial. Están unidos al huso acromático por el centrómero. ANAFASE: Las cromátidas de cada cromosoma se separan y se dirigen a polos opuestos de la célula, arrastradas por los microtúbulos del huso. Cada cromátida pasa a ser un futuro cromosoma de las células hijas. TELOFASE: Estos cromosomas hijos llegan a los polos y dejan de ser visibles (desespiralización), pasando a forma de cromatina. Se forman las nuevas envolturas nucleares. El huso acromático desaparece.
7.2. Meiosis A partir de una célula con 2n cromosomas (Diploides), se obtienen 4 células con n cromosomas (Haploides), denominadas gametos. Se divide en las siguientes fases: 1ª División meiótica. PROFASE I: Desaparece el nucleolo. Los cromosomas se hacen visibles. Los homólogos (cromosomas que llevan la información genética para los mismos caracteres y que provienen uno del padre y otro de la madre) se unen longitudinalmente tétrada o bivalente. Entre las cromátidas se observan unos puntos de unión, que indican el intercambio genético entre las dos cromátidas. Comienzan a separarse los cromosomas homólogos. La membrana nuclear y el nucleolo desaparecen. Los centriolos se duplican y se dirigen a polos opuestos de la célula. METAFASE I: Las tétradas o bivalentes se sitúan en el plano ecuatorial. ANAFASE I: Cada uno de los cromosomas homólogos se dirigen a polos opuestos de la célula, arrastrados por los microtúbulos del huso. TELOFASE I: Los cromosomas se agrupan en los polos. Se produce la primera división citoplasmática dando origen a dos células hijas haploides, ya que sólo tienen un juego de cromosomas, aunque estos tengan dos cromátidas. Puede formarse la envoltura nuclear y descondensarse los cromosomas, quedando en reposo hasta la segunda división meiótica. 2ª División meiótica. (Lo realizan las 2 células obtenidas en la 1ª división). PROFASE II: Desaparece la envoltura nuclear. Se duplican los centriolos y se forma el huso acromático. Si los cromosomas se descondensaron, ahora vuelven a condensarse y ser visibles. METAFASE II: Los cromosomas se colocan en el plano ecuatorial unidos al huso por el centrómero. ANAFASE II: Se separan las dos cromátidas dirigiéndose a polos opuestos de la célula. Cada cromátida pasará a ser un cromosoma de las células hijas. TELOFASE II: Se forman las envolturas nucleares, los cromosomas se desespiralizan. Se produce segunda la división del citoplasma. 7.3. Citocinesis Posteriormente se produce la división del citoplasma dando origen a las dos células hijas. En las células animales se produce por estrangulamiento y en las vegetales por tabicación.
7.4. Diferencias entre mitosis y meiosis. Importancia biológica La MITOSIS es un proceso que utilizan los organismos unicelulares para aumentar su número en seres idénticos y las células somáticas (no reproductoras) de los organismos pluricelulares para aumentar su tamaño. Se mantiene toda la información genética. Aunque las células obtenidas en principio son idénticas, en el proceso de especialización celular pueden llegar a ser muy diferentes morfológicamente y funcionalmente. La MEIOSIS es un proceso utilizado para producir las células reproductoras o gametos, que serán utilizados en la reproducción sexual de los organismos pluricelulares. Este proceso permite que en la reproducción sexual no se duplique el número de cromosomas en la siguiente generación. Además, en la profase I se produce intercambio genético entre los cromosomas homólogos, y de esta forma que en los gametos exista mezcla de caracteres paternos y maternos. De esta forma se produce variabilidad en la descendencia y se favorece el proceso de evolución de los seres vivos. Las semejanzas entre ambos procesos son las siguientes: Son divisiones del material del núcleo. A partir de una célula madre se obtienen varias células hijas. El total del material genético que interviene es el mismo. La envoltura nuclear desaparece. El movimiento y situación de los cromosomas es el mismo en cada una de las fases. Las diferencias se relacionan en forma de tabla: MITOSIS MEIOSIS Se originan 2 células Se originan 4 células Células idénticas a la célula madre Diferentes, denominadas gametos No intercambio genético Se produce intercambio genético. Igual número de cromosomas en las La mitad células hijas Se produce en las células somáticas En los órganos que originan las células reproductoras (las gónadas) Una sola división 2 divisiones sucesivas Las células hijas son iguales Los ganemos tienen diferente información genética entre sí No aparecen tétradas o bivalentes Si aparecen. En cada fase el tipo y número de cromosomas son distintos