Biologia(2008)

ANATOMOFISIOLOGIA
UNIDAD I. BIOLOGIA CELULAR

J.Videla A. Prof.Biología-Lic.Enfermería
Magíster en Educación Superior
Escuela de Salud – AIEP U.A.Bello
Sede Providencia – Santiago , Chile
Contacto : videla.j@gmail.com

Introduccion

Todas las criaturas vivas , están compuestas de células (pequeños
compartimentos rodeados por membranas, que contienen en su interior una
solución concentrada de sustancias químicas) .
Todo organismo y por ende todas las células que le constituyen descienden
de una célula común ancestral que fue evolucionando.

Todas los seres vivos hoy en día , se derivan desde una célula primordial
nacida hace 3 billones de años atrás .

Un hecho crucial ocurrió hace 1,5 billones de años , cuando ocurrió la
transición de pequeñas células con estructuras internas relativamente
sencillas ( células procarióticas) a células radicalmente más complejas
( eucarióticas ) que las encontramos en animales superiores y plantas.

Juan Videla A. Prof.Biología- Enfermero

PROCARIONTE EUCARIONTE


Celulas procariontes
Este tipo de células , se divide en 2 clases :
EUBACTERIAS
ARQUEOBACTERIAS

Las mas numerosas son las eubacterias , cuyo principal representante son las
cianobacterias (algas verde-azules), se caracterizan por poseer pigmentos
fotosintéticos similares a los que poseen las plantas.
Las arqueobacterias , son organismos que crecen en ambientes desfavorable
(altas temperaturas , altas concentraciones salinas , ausencia de O2 , etc ).

Las células procariontes son células pequeñas ( 0,2 - 10 um de diámetro ) ,
poseen estructura simple , existiendo en ellas tres constituyentes celulares
comunes.

• Membrana plasmática
• Ribosomas
• Nucleoide


La MEMBRANA ademas de servir como barrera funcional (con
permeabilidad selectiva ) , tiene una función importante en el metabolismo
celular , pues aquí existen enzimas relacionadas con la respiración celular y
la fotosíntesis.

Por la parte exterior de la membrana plasmática , se encuentra la pared
celular , que le proporciona rigidez y le da la forma a la célula .

Esta pared se pone de manifiesto mediante la tinción de Gram .
Además de su función primaria como barrera rígida protectora , puede
desempeñar funciones importantes como transporte activo de moléculas ,
división bacteriana , propiedad antigénica , etc.

El interior de la célula procarionte se divide en dos regiones :

• nucleoide central
• citoplasma


El citoplasma posee muy pocas estructuras y no está dividido en
compartimentos como ocurre en los eucariontes.

Se encuentran en el citoplasma Ribosomas ( sitios donde se sintetizan
proteínas ) ,proteínas , enzimas , pequeñas moléculas y iones .

En el citoplasma , también se pueden reconocer regiones poco densas ,
estas zonas constituyen el nucleoide , donde se encuentra el material
genético conformado por una sola molécula de DNA ( ácido
desoxirribonucleico ) , el cual está fuertemente plegado y empaquetado .


IMÁGENES CÉLULAS PROCARIONTES

ORGANIZACIÓN CELULA EUCARIONTE


EUCARIONTES
Las células eucariontes , por definición y en contraste con las células
procariontes tienen un núcleo ( “carion” en griego ) , que contiene el DNA
celular envuelto por una doble capa de membranas .

Se caracterizan además por poseer un complejo sistema de membranas
internas , que subdividen a la célula en compartimientos especializados e
integrados , que cumplen diversas funciones importantes para la vida
celular.

Cada compartimento contiene sus propias enzimas y moléculas , además
existe un complejo sistema que transporta los productos específicos de un
compartimento a otro.

En el citoplasma , muchos organelos comunes se encuentran en la mayoría de
las células eucarióticas : núcleo , retículo endoplásmico (liso-rugoso),
complejo de golgi ,lisosomas , peroxisomas , mitocondrias y en células
vegetales los cloroplastos.

MEMBRANAS BIOLOGICAS
Las membranas celulares poseen 4 funciones principales , las cuales están

interrelacionadas :

1.- forman el límite físico de compartimentos cuya composición debe ser

controlada para permitir que procesos bioquímicos ocurran en forma

eficiente

2.- su estructura permite el transporte de un rango restringido de

moléculas desde un compartimento a otro , vale decir son selectivamente

permeables

3.- son interfases que transducen señales químicas o energía desde un

compartimento al otro

4.- ellas proporcionan el medio ambiente óptimo para el funcionamiento de

moléculas( enzimas , bombas iónicas y receptores )

Composición química de las membranas
PROTEINAS : 40-70%
LIPIDOS : 30-50%
GLUCIDOS :2-10%


LIPIDOS
a) Fosfolípidos ( los más abundantes)
b) Glucolípidos
c) Colesterol
Los 3 tipos son anfipáticos , esto es , tienen una cola hidrofóbica ( no
polar ) y una cabeza hidrofílica ( polar)

Cabeza hidrofílica

Cola hidrofóbica


La fluidez de la membrana , depende de :
a) temperatura.
b) naturaleza de los lípidos .
PROTEINAS EN LAS MEMBRANAS

Los lípidos constituyen la estructura básica de la membrana, actúan como
una película de recubrimiento y aislante, que evita el paso de la mayor parte
de las sustancias que se encuentran dentro o fuera de una célula. Pero en
términos de utilidad, de nada serviría una membrana concebida así; ya que
se requieren elementos que permitan, entre otras cosas, el intercambio con
el exterior, pero no sólo de sustancias, sino también de otros tipos de
interacciones, como la comunicación, el contacto, etc. Es aquí donde
intervienen las proteínas.

La situación es variable, pero el contenido de proteínas de las membranas
varía entre un 25 y 75%; esto parece depender del grado de especialización
y actividad de cada una de ellas.
Una de las que tiene mayor contenido de proteínas es la mitocondrial, y es
explicable, pues este organelo celular tiene a su cargo entre otras cosas,
nada menos que la función de proveer de energía al resto de la célula. .

Las proteínas, como componentes de la maquinaria celular, también son las
que ejecutan en las membranas la mayor parte de las funciones propiamente
dichas. Sobre la estructura básica esencial de una doble capa de lípidos,
impermeable y relativamente inerte, fue necesario implantar las unidades
funcionales que dieran sentido a las membranas como fronteras dinámicas

y que les permitieran un contacto eficiente y adecuado con el exterior. Sólo
las proteínas tienen la capacidad de alcanzar este grado de especialización.

LAS MEMBRANAS CELULARES ESTÁN FORMADAS POR
CAPAS DOBLES DE FOSFOLÍPIDOS

•Singer y Nicolson (1972) : ellos postulan su “modelo de mosaico fluído”
. Donde las colas de los fosfolípidos estarían ubicadas hacia adentro ,
mientras que las cabezas de los fosfolípidos están orientadas en sentido
opuesto a las colas hidrofóbicas .
Exterior de la célula

Interior de la célula


Modelo de mosaico fluído de Singer y Nicolson

1. Modelo de mosaico fluido de la membrana plasmática 11.- Región polar (hidrofílica) de la
(bicapa de fosfolípidos) molécula de fosfolípido
2..-Lado externo de la membrana 12.- Región hidrofóbica de la molécula
3. .-Lado interno de la membrana de fosfolípido
4. .-Proteína intrínseca de la membrana
5. .-Proteína canal iónico de la membrana
6. .-Glicoproteína
7. .- Moléculas de fosfolípidos organizadas en bicapa
8. .- Moléculas de colesterol
9. .- Cadenas de carbohidratos
10.- Glicolípidos

CARBOHIDRATOS EN LAS MEMBRANAS

Son numerosas las membranas celulares que contienen carbohidratos

(azúcares). En la mayoría de los casos se trata de cadenas de los azúcares

simples o sus derivados, llamados polisacáridos, que llegan a ser

extremadamente complejas. Una de las funciones importantes de estas

sustancias parece consistir en servir de elementos de reconocimiento por

parte de otras células u organismos. Tal vez el caso más conocido sea el de

los polisacáridos de los glóbulos rojos, que por la presencia en sus

membranas dan lugar a los grupos sanguíneos.

FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMATICA Y SUPERFICIE CELULAR

• Capacidad de seleccionar los componentes que salen o entran a la célula
•Mantención de la concentración intracelular de moléculas en los niveles
requeridos por la célula
•Recepción de señales extracelulares , su procesamiento y su transmisión al
interior de la célula.
•Participación en interacciones directas con la membrana plasmática de
otras células vecinas
•Determinación dela forma celular mediante interacción de moléculas de la
membrana plasmática con elementos del citoesqueleto
•Participación activa en procesos de reconocimiento celular .


MEMBRANA CELULAR


MEMBRANA PLASMATICA
En su región más externa , está formada por el GLICOCALIX (conjunto de
hidratos de carbono ) unidos a proteínas o lípidos de la hoja externa de la
membrana .

CITOPLASMA
El citoplasma se divide en : A) citosol y B) organelos

El citosol , corresponde a la parte líquida que rodea a los
organelos , está compuesto mayoritariamente por agua ( 75 a
90% ) y otros componentes como glucosa , iones ,
aminoácidos , acidos grasos , proteínas , lípidos y ATP .En el
citosol ocurren reacciones químicas fundamentales para la
vida de la célula .

Los Organelos , son estructuras especializadas de forma y
funciones características especializadas , entre las cuales
destacan : crecimiento celular, mantenimiento y
reproducción .Esta formado por el citoesqueleto , complejo
de Golgi , lisosomas, peroxisomas , retículo endoplásmico ,
mitocondrias

CITOESQUELETO
La capacidad de las células eucarióticas para adoptar una variedad de
formas y para realizar movimientos coordinados depende del
Citoesqueleto.
Las diversas actividades del citoesqueleto dependen de 3 tipos de
filamentos proteicos :
a) Microfilamentos
b) Filamentos intermedios
c) Microtúbulos

MICROTUBULOS

Estructuralmente , tienen un aspecto tubular con un diámetro de aprox.
25 nm y con una longitud variable .
La subunidad estructural es la proteína globular TUBULINA , compuesta
por 2 subunidades similares , conocidas como alfa y beta tubulina.
Estas subunidades conforman filamentos longitudinales o helicoidales , que
constituyen la pared de un cilindro de aprox. 5 nm de diámetro.
Al contarlo trasversalmente , el número de protofilamentos es de 13.

FUNCIONES :
a) mantención forma celular
b) participan en los movimientos celulares ( movimiento ciliar y flagelar ,
migración de cromosomas en la anafase mitótica , transporte de vesículas
o moléculas , flujo axónico , etc )

MICROFILAMENTOS
Compuestos por ACTINA , la cual puede estar en dos formas .
Actina G ( globular) y Actina F (fibrilar).
Las subunidades globulares de actina se encuentran ensambladas formando
filamentos bihelicoidales , de un diámetro de 6 nm , a las cuales a menudo
se asocian otras proteínas que difieren según el tipo celular.
En el músculo estriado , se asocian 2 proteínas (troponina y tropomiosina)
asociadas a las subunidades globulares de actina y que regulan la
interacción de actina y miosina.

Estas estructuras han sido objeto de muchísimos estudios, y gracias a ellas
sabemos que son las responsables de la contracción muscular. Las fibras de
actina y de miosina se deslizan unas sobre otras, al tiempo que rompen al
ATP, y con su energía producen el acortamiento de las fibras y de las
células que las contienen.

FILAMENTOS INTERMEDIOS

Poseen una diámetro de 10 nm . Se han podido identificar 5 grupos
relacionados de estos tipos de proteínas .

Filamentos de queratina : células epiteliales ( cabello)
Filamentos de desmina : células musculares
Filamentos de vimentina : células mesenquimáticas
Neurofilamentos : neuronas
Filamentos gliales : células gliales

Los filamentos intermedios , serían capaces de múltiples interacciones con
las estructuras citoplasmáticas , y por ello tendrían un rol crucial
regulando la forma celular.

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NUCLEO
Generalmente es único y esférico , ocupa una posición central . Al interior
de este compartimento se encuentran contenidos el material hereditario
(cromatina) , ribonucleoproteínas , uno o más nucleolos , múltiples
proteínas-enzimas , agua y una matriz nuclear .

ENVOLTURA NUCLEAR
Encierra al DNA y define el compartimento nuclear .
Está formado por 2 membranas , una externa y una interna , separadas por
un espacio llamado espacio perinuclear .
La membrana externa tiene continuidad con las membranas del retículo
endoplásmico rugoso (RER) , y al igual que este , tiene ribosomas pegados en
su superficie , donde se fabrican proteínas , las que luego se trasladan a
través del sistema de membranas de la célula.
En la cara interna de la membrana interna , se encuentra una gruesa
agrupación de proteínas conocida como lámina nuclear . En los mamíferos , la
lámina es compuesta por tres proteínas lámina de diferente naturaleza
( láminas A , B y C ).
Esta lámina participa en la forma nuclear , en la unión de la cromatina a la
envoltura nuclear y en el desensamble y reorganización del núcleo durante
la mitosis.

COMPLEJO DE PORO
Este se conocía antiguamente como poro nuclear . Estas estructuras se
encuentran en toda la superficie del núcleo , donde se encuentra en una
cantidad entre 3.000 a 4.000 .
En el se puede reconocer :
_ una apertura de aprox. 70 nm , que se origina por la unión de la membrana
externa con la membrana interna de la envoltura nuclear y que es el PORO
NUCLEAR
_ conjunto de proteínas que se distribuyen en todo el rededor del poro , y
que dejan un canal central de 10 nm.

NUCLEOLO
Sitios de síntesis , acumulación , procesamiento y maduración del RNA
ribosomal.
Por ello entonces , están constituídos por RNAr y proteínas y obviamente
por el DNA molde necesario para sintetizar RNAr.
Se les observa en una ubicación central en el núcleo y estarían compuestos
por fibrillas y gránulos de RNP , cromatina descondesada que contiene
rDNA y todo rodeado por cromatina condensada .

RETICULO ENDOPLASMICO (RE)

Es un sistema continuo de membranas organizadas en una compleja red
interconectada con un espacio central delimitado por membranas , que se
extiende a través del citoplasma . El espacio central se denomina lumen o
cisterna del RE.
Cumple un papel importante en la biosíntesis celular . Las proteínas
transmembranas y lípidos del RE , complejo de Golgi ,lisosomas y membrana
plasmática inician su síntesis en asociación con las membranas del RE.

El Re , es de dos tipos : RUGOSO (RER) o LISO (REL) , esto viene dado de
acuerdo a si presenta o no presenta ribosomas unido a su superficie
citoplasmática.

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REL : son túbulos interconectados que parecen atravesar todo el citoplasma .
La mayoría de las células contienen muy poco REL.
Consta de una red de membranas conectadas a las cisternas del RER.
Además de procesar las proteínas sintetizadas, produce los lípidos de la
célula, en concreto fosfolípidos y colesterol, que luego pasan a formar parte
de las membranas celulares. El resto de lípidos celulares (ácidos grasos y
triglicéridos) se sintetizan en el seno del citosol. Por ello, suele ser escaso
en la mayoría de las células, pero muy abundante en aquellas otras
especializadas en el metabolismo lipídico y en hepatocitos. Además, en
células con gran capacidad contráctil (como el músculo) el REL está
implicado en el almacenamiento y liberación de iones calcio que activan el
mecanismo contráctil.

Reticulo endoplasmico rugoso (RER)

Toma su nombre de la presencia de ribosomas sobre sus membranas. Junto
al aparato de Golgi conforman dos regiones diferenciadas de un mismo
compartimento membranoso intercomunicado, que participa en la biosíntesis
y transporte de proteínas y lípidos celulares. Su membrana se continúa con
la membrana externa de la envoltura nuclear.

En células metabólicamente inactivas existe muy poco RER, mientras que en
las células que sintetizan y secretan moléculas que contienen proteínas se
observan grandes cantidades del mismo.

Los ribosomas unidos al RER se dedican a la síntesis de proteínas que son
trasladadas simultáneamente al interior del RE, y pueden ser de dos tipos:

a) proteínas transmembrana, que tienden a quedarse directamente en la propia
membrana del RER
b)proteínas solubles en agua, que atraviesan la membrana y son vertidas al lumen
(luz de la red de cisternas del RER).
En cualquier caso, el comienzo de la síntesis de todas las proteínas tiene lugar en
los ribosomas libres del citosol. La unión del ribosoma a la superficie del RER sólo
tiene lugar cuando la nueva cadena polipeptídica contiene un péptido de
reconocimiento de señal (PRS) para el RE. Si esto
ocurre, el ribosoma se dirige hacia una proteína receptora de la membrana del RE;
a continuación se unen ribosoma y membrana, y la proteína que se está formando
pasa a través de la misma.
Normalmente, una vez que la proteína pasa al lumen, el péptido señal se libera.

RETICULO ENDOPLASMICO
RUGOSO

RETICULO ENDOPLASMICO LISO

COMPLEJO DE GOLGI
El aparato de Golgi es una organelo que interviene tanto en la síntesis de
azúcares (especialmente polisacáridos) como en la ordenación de las
proteínas elaboradas en el retículo endoplásmico rugoso.

Las proteínas siguen una vía predeterminada desde el RER hacia el aparato
de Golgi para su modificación y empaquetamiento, según su utilidad
posterior.

Por último, las proteínas que dejan al Golgi se encuentran
encerradas en vesículas que pueden hacer alguna de las siguientes
cosas:
•se insertan en la membrana celular como proteínas y
lípidos de membrana
•se fusionan con la membrana celular, de modo que la
proteína se descarga hacia el espacio extracelular
•se fusionan con endosomas, dando lugar a la formación
de lisosomas


Las funciones más importantes del Golgi son :
-Procesamiento de macromoléculas sintetizadas en el RER
-Distribución intracelular de macromoléculas que llegan al Golgi
-Concentración de material de secreción
-Formación de gránulos de secreción
-Formación de prelisosomas
-Aumento de superficie celular
-Participa en procesos particulares en ciertos tipos celulares . Por ej.
Formación del acrosoma del espermatozoide


MITOCONDRIAS
Las mitocondrias constituyen la fuente energética de las células, ya que mediante el
proceso de fosforilación oxidativa producen trifosfato de adenosina (ATP), que es la
forma estable de almacenamiento de energía que puede utilizar la célula para llevar a
cabo las actividades que la requieren.
Se trata de organelas flexibles cuya morfología varía de unas células a otras: en las
que tienen un elevado nivel de metabolismo oxidativo suelen ser grandes y
serpenteantes, en forma de bastoncillo; en otras tienen un aspecto más redondeado.
Una célula eucariótica típica puede contener del orden de unas 2000 mitocondrias,
ocupando en torno a un 20% de todo el volúmen celular.


Funciones de las mitocondrias
a) Producción de energía
Todas las funciones celulares dependen de un aporte continuo de energía
obtenido a partir de la degradación de moléculas orgánicas durante el
proceso de respiración celular. La energía liberada durante este proceso se
almacena finalmente en forma de moléculas de ATP, que constituye una
reserva de energía rápidamente disponible para todas las funciones
metabólicas celulares. Los principales sustratos para la respiración celular
con los azúcares simples y los lípidos, sobre todo glucosa y ácidos grasos.
La respiración celular de la glucosa (glucolisis) se inicia en el citosol, donde
es degradada parcialmente hasta formar ácido pirúvico, produciendo una
pequeña cantidad de ATP. Luego el ácido pirúvico pasa al interior de las
mitocondrias donde, tras su transformación en acetil CoA, se incorpora al
ciclo de Krebs en un proceso que produce una gran cantidad de ATP.

La glucolisis puede ocurrir en ausencia de oxígeno, y entonces se llama
glucólisis anaerobia, mientras que la respiración mitocondrial es
dependiente de un aporte continuo de oxígeno y se denomina respiración
aeróbica .
b) Producción de precursores para la síntesis de diversas sustancias

Como precursores para la síntesis de aminoácidos, ácidos grasos, glucosa,
etc.

c) Síntesis de proteínas

En los ribosomas de las mitocondrias se sintetizan las proteínas
codificadas por el DNA mitocondrial, aunque representan solo el 5-10%
del total de proteínas mitocondriales. El resto de proteínas de la
mitocondria se codifican por el DNA nuclear y se sintetizan en los
ribosomas libres del citosol.

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LISOSOMAS

Se trata de organelas especializadas de forma redondeada o polimorfa que
contienen diferentes tipos de enzimas del tipo de hidrolasas ácidas (lipasas,
nucleasas, proteasas, sulfatasas...).
Como todas estas enzimas necesitan de un ambiente ácido para su
funcionamiento óptimo, las membranas de los lisosomas disponen de bombas
de protones que transportan de manera activa H+ hacia el lisosoma,
manteniendo así un pH de 5.

Los lisosomas no sólo intervienen en la digestión de macromoléculas,
microorganismos fagocitados, desechos celulares y células, sino que
también digieren organelas en exceso o envejecidas como mitocondrias o
restos de RER.

La estructura de la membrana lisosomal , le confiere propiedades especiales

, esto es, esta membrana es impermeable a las enzimas que contiene y

permeable a los productos de degradación hidrolítica .

Es una membrana rica en carbohidratos , contiene colesterol y un solo tipo

de fosfolípidos.

Posee una bomba de protones mediada por ATP , que introduce protones y

mantiene un pH ácido (pH 5.0 )

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PEROXISOMAS
Organelos rodeados por solo una simple membrana , ellos no contienen
DNA o ribosomas. Miden de 0.15 a 0.25 um . Se encuentran en grupos,
adyacentes a las membranas del RE . Por ello todas las proteínas
peroxisomales son codificadas por DNA nuclear sintetizadas en
ribosomas libres en el citoplasma.

En células de hígado , son la fuente de 3 enzimas oxidativas:
D-aminooxidasa
Urato oxidasa
Catalasa
Las reacciones oxidativas que ocurren en los peroxisomas hacen de
ellos importantes elementos de detoxificación dentro de la célula.
Su nombre se debe a que son capaces de formar y descomponer
peróxido de hidrógeno (H2O2).
Como el H2O2 es de alto riesgo para la integridad celular , debe
existir un sistema eficiente de degradación de peroxido . Este
proceso es catalizado por la enzima catalasa , con ello se evita la
salida de H2O2 al citoplasma.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

•Alberts, B. Molecular Biology of the Cell . Fourth edition
Garland Publishing 2002

•Avers , Ch. Biología Celular. Editorial Iberoamericana 1983

•Spotorno, A. Elementos de Biología Celular y genética .
Segunda edición. Departamento Biología Celular
y genética . U.de Chile . 1983

• Darnell , J. Molecular Cell Biology . Second edition
Scientific American Books .1990

•Tortora, G., Grabowsky, S. Principios de Anatomía y Fisiologia. 8ª edición
Harcourt . 2005

•http://fai.unne.edu.ar/biologia/cel_euca/autoevaluacion/evacel2.htm
•http://www.biologia.edu.ar/

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