LA CELULA


La célula es la mínima unidad funcional y estructural de los seres vivos.

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El resto de la biodiversidad que incluyen los Protistas, los hongos, los animales y las plantas
están constituidos por una...
diferencias entre el contenido de las organelos y el citosol (citoplasma) pudiendo así ejercer su
función.



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Figura 3.

Glúcidos

    •   Se sitúan en la superficie externa de las células eucariotas por lo que contribuyen a la
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NUCLEO



El núcleo esta separado del citoplasma por dos membranas la externa en contacto con el
citosol y la membrana int...
soluble en agua pasa al lumen o sistema del RER. Tanto en las proteínas transmebrana, como
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fosfatasa, sulfatasa y enzimas que degradan ADN y RNA. La membrana del lisosoma tiene una
ATPasa que hidroliza el ATP cito...
lugar de entrar a las mitocondrias, se produce succinato, que es transferido ala mitocondria,
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de genes mitocondriales, sin embargo sólo un número reducido de proteínas mitocondriales
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Esta matriz fibrosa de proteínas se extiende por el citoplasma entre el núcleo y la cara interna
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Los filamentos intermedios tienen 10 nm de diámetro y proveen fuerza de tensión (resistencia
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  1. 1. LA CELULA La célula es la mínima unidad funcional y estructural de los seres vivos. La información de la estructura celular con el microscopio electrónico de transmisión, permitió establecer diferencias en la organización interna de la célula; si tenía núcleo delimitado por membrana y sistema interno de membranas. Este criterio sirve para clasificar a los organismos de la biodiversidad en Procarionte y eucariontes. Procariota (Están metidos en los dominios Bacteria y Archaea) Es una célula sin núcleo celular diferenciado, es decir, su ADN no está confinado en el interior de un núcleo o membrana, sino libremente en el citoplasma. Las células con núcleo diferenciado se llaman eucariotas. Entre las características de las células procariotas que las diferencian de las eucariotas, podemos señalar: ADN desnudo y circular; división celular por fisión binaria; carencia de mitocondrias (la membrana citoplasmática ejerce la función que desempeñarían éstas), nucléolos y retículo endoplasmático. Poseen pared celular, agregados moleculares como el metano, azufre, carbono y sal. Pueden estar sometidas a temperatura y ambiente extremos (salinidad, acidificación o alcalinidad, frío, calor), mide entre 1/10 Mm, y posee ADN y ARN (Fig. 1). Figura 1
  2. 2. El resto de la biodiversidad que incluyen los Protistas, los hongos, los animales y las plantas están constituidos por una o varias células eucarionte (fig. 2) que tiene núcleo delimitado por la membrana nuclear, sistema interno de membranas, un conjunto de organelos intracitoplasmáticos rodeados por una membrana, dos membranas y algunos sin membrana. Todos estos sostenidos en una estructura proteica de fibras y tubos que en su conjunto se conoce como citoesqueleto . Figura 2. COMPOSICIÓN BIOQUÍMICA DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA La composición bioquímica de una membrana esta adaptada a la función de la región celular que la limita. Para un mismo tejido esta composición difiere de un dominio a otro, y de un tipo celular a otro. Sin embargo, las membranas realicen diferentes funciones todas ellas tiene una estructura básica común conformada en una bicapa de fosfolípidos que alberga una cantidad variable de proteínas en su seno. Ambos tipos de moléculas pueden incorporar azúcares en su estructura y formar glicolípidos y glicoproteínas (figura 3). Es una bicapa lipídica que rodea a la célula, define su tamaño y mantiene las diferencias entre el interior celular y el medio externo. Mientras que las membranas internas mantienen las
  3. 3. diferencias entre el contenido de las organelos y el citosol (citoplasma) pudiendo así ejercer su función. BICAPA DE FOSFOLÍPIDOS En soluciones acuosas las moléculas anfifílicas como los jabones y los detergentes, forman agregados cuyos grupos hidrofóbicos están fuera del contacto con el agua y su cabeza hidrofílica esta expuesta al agua. Dependiendo de la forma pueden agregarse de dos formas en formas de micelas, con las colas hidrocarbonadas hacia dentro, en forma de hojas biomoléculares o bicapas con las colas hidrofóbicas en sándwich entre las cabezas hidrofílicas. Una estructura en forma de bicapa que puede formar los lípidos son los líposomas, estructuras cerradas autosellantes y llenas de disolvente. Loa lípidos forman la matriz estructural de la membrana, y los mas abundantes son los fosfolípidos. Estos tienen una cabeza polar y dos colas hidrocarbonadas. En general. Las membranas de las bacterias están compuestas por un solo tipo de fosfolípido y no contienen colesterol, pero tienen una pared celular que las protege. Células eucariotas predominan 4 tipos de fosfolípidos: Fosfatidilcolina, Esfingomielina, Fosfatidilserina, Fosfatidiletanolamin. Proteínas Son los componentes de la membrana que desempeñan las funciones específicas (transporte, comunicación, etc). Al igual que en el caso de los lípidos, las proteínas pueden girar alrededor de su eje y muchas de ellas pueden desplazarse lateralmente (difusión lateral) por la membrana. Las proteínas de membrana se clasifican en: • Proteínas integrales: Están unidas a los lípidos íntimamente, suelen atravesar la bicapa lipídica una o varias veces, por esta razón se les llama proteínas de transmembrana. • Proteínas periféricas: Se localizan a un lado u otro de la bicapa lipídica y están unidas débilmente a las cabezas polares de los lípidos de la membrana u a otras proteínas integrales por enlaces de hidrógeno.
  4. 4. Figura 3. Glúcidos • Se sitúan en la superficie externa de las células eucariotas por lo que contribuyen a la asimetría de la membrana. Estos glúcidos son oligosacáridos unidos a los lípidos (glucolípidos), o a las proteínas (glucoproteínas). Ésta cubierta de hidratos de carbono hace a la célula distinta al resto. Constituyen la cubierta celular o glucocálix, a la que se atribuyen funciones fundamentales: *Protege la superficie de las células de posibles lesiones. *Confiere viscosidad a las superficies celulares, permitiendo el deslizamiento de células en movimiento, por ejemplo: las sanguíneas. *Interviene en los fenómenos de reconocimiento celular, particularmente importantes durante el desarrollo embrionario. *Participa en los procesos de adhesión entre óvulo y espermatozoide. Colesterol En las células eucariotas existe una gran cantidad de colesterol intercalado entre los fosfolípidos. Se orientan con sus grupos OH hacia las cabezas polares de los mismos; sus anillos esteroides (planos y rígidos), interactúan y en parte inmovilizan al primer fragmento de las colas hidrofóbicas. De esta manera el colesterol hace que las partes más cercanas a las cabezas polares estén más rígidas, disminuyendo la permeabilidad de la bicapa a pequeñas moléculas solubles. También el colesterol impide que las cadenas hidrocarbonadas se junten y se cristalicen.
  5. 5. NUCLEO El núcleo esta separado del citoplasma por dos membranas la externa en contacto con el citosol y la membrana interna. La composición química de estas membranas es de fosfolipidos y proteínas (de 50 a 1000 tipos diferente), organizados de manera parecida a la membrana celular. Las endomembranas forman los llamados poros nucleares, que tienen un diámetro promedio de 90nm, por los cuales pasa agua, iones, metabólicos y proteínas de bajo peso molecular. Los primeros estudios de salida de moléculas del núcleo al citosol, fueron los del RNA mensajero y los de ribonucleoproteínas, que participan en la formación de ribosomas. Todas las proteínas del núcleo son sintetizadas en ribosomas localizados en el citoplasma, de donde son transportadas o entran a través de los poros al núcleo; solo por mencionar algunas de estas proteínas tenemos las histonas que se unen al ADN para formar el nucleosoma, y que junto con otras proteínas integran la cromatina y los cromosomas; así como totas las enzimas que tienen que ver con la síntesis del ADN. RETICULO ENDOPÁLSMICO El retículo endoplásmico (RE), es parte de3l sistema membranal, interno de la célula, se identifica como retículo endoplásmico (RER), cuando sus membranas tienen unidos ribosomas, que son los organelos en donde se traduce la información genética de la célula, o sea la síntesis de proteínas. El RER, Junto con el aparato de Golgi, es uno de los organelos que con las técnicas de la histoquímica fueron visualizadas con el microscopio de luz a finales del siglo XIX. Las membranas del RER, presentan dos caras una hacia el lumen y otra hacia el citoplasma, en donde los ribosomas son anclados. En el RER hay proteínas receptoras para la cadena de aminoácidos (Péptido señal) que han de empezar a ser sintetizados, en ribosomas que todavía no están unidos a la membrana del RE y que son llamados ribosomas citoplásmicos. El péptido señal formado por aminoácidos hidrofóbicas, es reconocido por proteínas llamadas partículas de reconocimeinto del péptido señal (prs), lo que permite la unión a los receptores del prs, que están en la periferia de la membrana del Rede esta manera los ribosomas quedan anclados a la membrana del RE, de esta manera el ribosoma queda anclado a la membrana. La síntesis de proteína continúa hacia las cisternas del RE. La proteína sintetizada puede quedar como proteína de la membrana del RER (Proteína transmembrana ) o si en un a proteína
  6. 6. soluble en agua pasa al lumen o sistema del RER. Tanto en las proteínas transmebrana, como en las proteínas solubles en agua, el péptido señal es eliminado por una péptidas. La mayoría de la s proteínas que son sintetizadas en el RER, son modificadas al unirse a unidades de carbohidratos (Dolicol, glucosa, manosa, y N-acetilglucosamina). Las proteínas con carbohidratos unidos; son también identificadas como glicoproteínas; Las cuales a través de cortes y adiciones de los carbohidratos y unión de grupos fosfato, son señaladas al ser transportadas al aparato de Golgi. RETICULO ENDOPLSMICO LISO El retículo endoplásmico liso (REL), son membranas que no tienen unido ribosomas. El REL, al no tener receptores de las partículas de reconocimiento del péptido señal, no tiene ribosomas unidos a su membrana. En este sistema de membranas se continúa la unión de carbohidratos (glicosilación) que se inicio en el RER. El REl con tiene un grupo de enzimas agrupadas como monoxigenasas y el sistema multienzimático que tiene como oxidas terminal el citocromo P450. En el REL, son sintetizados la mayoría de los fosfolípidos de membrana y el colesterol: Además en células como las del molusco, tiene un papel importante en la disponibilidad de calcio en el citoplasma para el proceso de la contracción relajamiento. APAROTO DE GOLGI Las membranas del aparato de Golgi tienen una organización de pilas de cuatro a seis sacos cerrados interco0nectadoss y con espacio cisternal. La parte cercana al RE es la cara cis, y la cara trans es la cercana a al membrana celular, entre ellas esta la parte media. Las proteínas que son sintetizadas en REER, pasan a al cisterna del REl, alcanzan la cara cis.Golgi, la cara media y la cara trans en donde termina la glicosilación. Las diferencias de las caras del aparato de Golgi, se establecieron por fraccionamiento de las membranas y marcaje de enzimas por anticuerpos y observadas al microscopio. Las proteínas que llegan al Golgi, pueden tener destinos diferentes: ser enzimas de lisosoma, o pasar a ser proteínas de la membrana celular o bien ser proteínas que salen de la célula (exositocis), llamadas proteínas de exportación y que tienen funciones diversas fuera de la célula que las sintetiza como: hormonas, neurotransmisores, enzimas, toxinas, anticuerpos y mas señales químicas para otras células. El transporte de una cisterna a otra en el aparato de Golgi, se ha propuesto que puede ser a través de vesículas que se desprenden y alcanzan la siguiente cara o bien a través del modelo de maduración de ciciternas, en donde las moléculas se mueven en el flujo continuo, La cara trans-Golgi esta asociada a vesículas grandes de hasta 80nmen diámetro y que gran parte son secretoras (exocitosis). LISOSOMAS Los lisosomas son organelos con una sola membrana que contienen más de cuarenta enzimas hidrolíticas, que tienen como sustratos a proteínas (proteasas), Lipasa (Lípidos), Fosfolipasas,
  7. 7. fosfatasa, sulfatasa y enzimas que degradan ADN y RNA. La membrana del lisosoma tiene una ATPasa que hidroliza el ATP citoplásmico y mete protones (H+) para meter en el interior del lisosoma un pH ácido; Por esto las enzimas del lisosoma son llamadas enzimas ácidas. Las enzimas del lisosoma son proteínas sintetizadas en el RER que al llegar a la cara cicis-Golgii, se fosforilan en los residuos de manosa. Una vez fosforilada es reconocida por receptores de la membrana y transportada en vesículas trans-Golgi e incorporada como enzima de lisosoma. Las enzimas del lisosoma pueden digerir sustratos exógenos, que entran a la célula por endocitosis, que relaciona sitios específicos de la membrana celular en donde hay receptores. Las moléculas u organismos son introducidos a la célula rodeados por la membrana citoplasmática (Endosomas ) Cuando falta una o varias enzimas, los sustratos se acumulan dentro del lisosoma o en el endosoma, produciéndose las enfermedades lisosomales por almacenamiento. PEROXISOMAS Son también oraganelos delimitados por una membrana, de tamaño parecido al lisosoma (.2 a 1 µm), el peroxisoma contienen enzimas oxidasas (que usan el oxigeno molecular), que al oxidar el sustrato producen peróxido de hidrógeno que es una molécula altamente reactiva; sin embargo en el mismo organelo existe la enzima catalasa, que degrada el peróxido de hidrógeno produciendo agua. R-H₂ + O₂ → R + H₂ O₂ → H₂O + O₂ La oxidación de ácidos grasoso por las oxidasas de los peroxisomas, a diferencia de la oxidación que ocurre en mitocondrias, no genera ATP, sino grupos acetilo, que son transportados al citosol, y ahí se utilizan como precursores en la síntesis de colesterol y de otras vías metabólicas. Los peroxisomas tienen un papel importante en las células del hígado y los riñones donde varias moléculas toxicas que entran al organismo son degradadas. La adrenoleucodistrofia, enfermedad ligada al cromosoma X, es causada por la deficiencia de enzimas del peroxisoma que degradan ácidos grasos de grandes cadenas. En las células animales, los peroxisomas participan en la formación de plasmalógenos, que son los más abundantes fosfolípidos, de la mielina; la falta de plasmalógenos puede causar desórdenes neurológicos. GLIOXISOMAS Son también organelos delimitados por una membrana, que además de tener oxidasa y catalasa, tienen enzimas del ciclo del glioxilato, y tiene dos enzimas que son comunes con el ciclo de Krebs: La isocitrato liasa y la malato sintetasa. La isocitrato liasa, la cual divide el isocitrato (de seis carbonos) en dos moléculas, el succinato (Cuatro moléculas) y glioxilato (dos carbonos), y la malato sintetasa que cataliza la condensación del glioxilato con acetil CoA para formar malato. El ciclo del glioxilato se ha considerado como variación del ciclo de Krebs. Cuando las grasas almacenadas son hidrolizadas a ácidos grasos en el citosol, y estos entran a los glioxisomas en
  8. 8. lugar de entrar a las mitocondrias, se produce succinato, que es transferido ala mitocondria, donde se convierte en oxalacetato, en la oxidación del ciclo de Krebs. El oxalacetato al salir de la mitocondria es convertidoen el citoplasma en azucares. El ciclo del glioxilato es de importancia en la germinación de semillas con grandes reservas de grasas. Las mitocondrias son organelos grandes que llegan a medir hasta 2µm de larg y .5µm de ancho; con colorantes como el verde Janus, pueden ser observadas con el microscopio de luz, son muy abundantes en la célula ocupa 25% del volumen del citoplasm. La estructura fina se ha establecido con el microscopio electrónico; tiene doble membrana, la membrana externa en contacto con el citosol y la membrana interna, entre los dos membranas hay un espacio intermembranal. La membrana interna delimita el espacio conocido como matriz mitocondrial. El fraccionamiento de las membranas y purificación de fosfolípidos y proteínas han evidenciado la diferencia en composición y organización entre las dos membranas de la mitocondria. La membrana externa contiene canales formados por proteínas (porinas) entre la bicapa de fosfolípidos, a través de los cuales pasan iones y pequeñas moléculas. Esta membrana es mas rica en contenido de lípido. Una característica importante e la impermeabilidad a los protones que se generan en la fosforilación oxidativa. Es una membrana sin pliegues. Hay enzimas que participan en la síntesis de lípidos. La membrana interna tiene un alto contenido de proteínas, 76% del peso es proteína y contiene un alto contenido del fosfolípido cardiolipina, que le ayuda a ser impermeable a iones. Hay una gran variedad de proteínas de transporte que marca una selectividad en el paso de sustancias, en esta membrana son localizadas las enzimas de la cadena respiratoria, esenciales en el proceso de la forforilación oxidativa que genera la mayoría de ATP (adenoaciltrifosfato) en las células animales. La membrana interna presenta una gran cantidad de pliegues o crestas, orientadas hacia la matriz; estas crestas incrementan el área de la membrana interna y en algunas células como los hepatositos, llega a ser una tercera parte del total de las membranas de la célula. En estas crestas se localiza el complejo de enzimas (ATP sintetasa) que participa en la síntesis del ATP, y que están orientadas hacia la matriz. El paso de electrones a través de las proteínas de la cadena respiratoria, saca H+, de la matriz hacia el espacio intramembranal, y como ya se a mencionado la membrana externa de la mitocondria es impermeable a los protones, lo que genera un gradiente electroquímico en este espacio. El gradiente de H+ contribuye a una diferencia de potencial de membrana y de pH y al regresar los protones hacia la matriz, producen la energía necesaria para que el complejo de ATP sintetasa, una el ADP y Pi formando ATP. También en esta membrana hay proteínas que transportan metabolitos fuera y dentro de la matriz. MATRIZ MITOCONDRIAL: En este compartimiento se localizan las enzimas que metabolizan piruvato y ácidos grasos para producir acetil CoA, que es oxidada en el ciclo del ácido cítrico (Krebs), produciendo NADH, que es la principal fuente en el transporte de electrones. En la matriz también hay varias copias guales de ADNmt, que difiere del ADN del núcleo de la célula, ribosomas mitocondriales, RNA de transferencia y varias enzimas requeridas para la expresión
  9. 9. de genes mitocondriales, sin embargo sólo un número reducido de proteínas mitocondriales son sintetizadas en las mitocondrias. CLOROPLASTOS Son organelos con tres membranas: La membrana externa, la interna y la membrana de los tilacoides. Los cloroplastos son organelos característicos de las plantas. La membrana interna del cloroplasto rodea un gran espacio llamado estroma, en donde se localizan varias copias iguales de ADN y de ribosomas que defieren con el genoma y los ribosomas de la célula, por lo que se les identifica como propios del cloroplasto. La membrana interna no tiene cresta, es lisa como la membrana externa. En el estroma esta la tercera membrana: el tilacoide, donde se localizan las enzimas de transporte de electrones, el sistema que captura la luz para la fotosíntesis y las enzimas que sintetizan ATP. Al igual que la mitocondria el cloroplasto sintetiza ATP, por lo que se, les llama organelos productores de energía pero a demás el cloroplasto como ya se menciono, contiene la membrana del tilacoide las moléculas de clorofila que absorben la energía de luz solar para convertirla en energía química y a partir de CO₂ y del O₂, que es liberado al ser oxidada el agua y de las reacciones de transferencia de electrones, se sintetizan carbohidratos. RIBOSOMAS Son organelos que no tienen membrana, formados por dos subunidades: una mayor que para las células eucariontes es 60S (S: unidad de sedimentación. Un Sverdberg es igual 10¯¹³s), y otra menor 40S, que juntas forman el ribosoma activo 80S. La subunidad 60S tiene alrededor de 49 proteínas básicas diferentes y tres proteínas fosforiladas, así como tres moléculas diferentes de ARN, el 28S, el 5.8S y el 5S. La subunidad 40S, tiene 33 proteínas y un ARN 18S. La función de los ribosomas en todas las células es la síntesis de proteínas y éstos en la célula eucarionte pueden estar libres o unidos a membrana (RER). En la síntesis de proteínas además de los ribosomas participan el ARN de transferencia, que transporta los aminoácidos hasta el sitio aminoacil localizado en la subunidad mayor; el RNA mensajero que se une, primero a la unidad mayor y posteriormente a la menor. La etapa de iniciación es la interacción del ARN que va a ser traducido con la subunidad 60S, el ARNt y los factores de iniciación, cuando este complejo esta formado se une la subunidad 40S y el proceso de síntesis se inicia. El alargamiento de la cadena pepitica continua leyendo los tripletes de ARNm en dirección 5´ → 3´. Citoesqueleto El citoesqueleto es propio de las células eucariontas. Es una estructura tridimensional dinámica que se extiende a través del citoplasma. Por lo tanto la idea de que el citoplasma de la célula es una masa amorfa y gelatinosa es equivocada.
  10. 10. Esta matriz fibrosa de proteínas se extiende por el citoplasma entre el núcleo y la cara interna de la membrana plasmática, ayudando a definir la forma de la célula e interviniendo en la locomoción y división celular. Es decir que el citoesqueleto no sólo da estabilidad a la célula como un esqueleto, sino que es también como el músculo interviene en el movimiento celular. Podemos agregar que el citoesqueleto condiciona el movimiento de las organelos del interior de la célula y tiene gran importancia metabólica, dando un andamiaje a los procesos moleculares que se realizan en el citoplasma. El citoesqueleto es característico de las células eucariontes ya que esta ausente en los procariontes. Por lo que podría ser un factor esencial en la evolución de los eucariotas. De esta forma podemos enunciar las siguientes funciones del citoesqueleto: Ø Estabilidad celular y forma celular. Ø Locomoción celular. Ø División celular. Ø Movimiento de los orgánulos internos. Ø Regulación metabólica. Sistemas de Filamentos En los años 1950-1960, la microscopia electrónica consiguió sacar a luz tres sistemas distintos de filamentos del citoplasma. Estudios bioquímicos e inmunológicos posteriores identificaron el conjunto específico de proteínas que caracteriza a cada sistema de filamentos. Los tres sistemas primarios de fibras que componen el citoesqueleto son: microfilamentos, microtúbulos y filamentos intermedios. Microfilamentos Son las fibras más delgadas de 3-6 nm (nanómetros=milmillonésimas de metro= 10-9), están formados por la proteína actina. La actina es una proteína con funciones contráctiles, es también la proteína celular más abundante. La asociación de estos microfilamentos de actina con la proteína miosina es la responsable de la contracción muscular. Los microfilamentos también pueden llevar a cabo los movimientos celulares, incluyendo desplazamiento, contracción y citiocinesis. Microtúbulos Los microtúbulos son tubos cilíndricos de 20-25 nm de diámetro. Están compuestos de subunidades de la proteína tubulina, estas subunidades se llaman alfa y beta. Los microtúbulos actúan como un andamio para determinar la forma celular, y proveen un conjunto de “pistas” para que se muevan las organelos y vesículas. Los microtúbulos también forman las fibras del huso para separar los cromosomas durante la mitosis y la meiosis. Cuando se disponen en forma geométrica dentro de cilios y flagelos, son usados para la locomoción (autopropulsión) o para mover líquido circundante o partículas (motilidad). Filamentos intermedios
  11. 11. Los filamentos intermedios tienen 10 nm de diámetro y proveen fuerza de tensión (resistencia mecánica) a la célula. Según el tipo celular varían sus proteínas constitutivas. Podemos decir que existen seis tipos de filamentos intermedios: 1) Neurofilamentos (en la mayoría de las neuronas). 2) Filamentos de desmina, en el músculo. 3) Filamentos gliales, en las células del mismo nombre, que sirven de soporte en el cerebro, médula espinal y sistema nervioso periférico. 4) Filamentos de vimentina en células del tejido conjuntivo y en los vasos sanguíneos. 5) Queratinas epiteliales, (o filamentos de queratina o también llamados tonofilamentos), en células epiteliales. 6) Laminofilamentos, forman la lámina nuclear, una delgada malla de filamentos intermedios sobre la superficie interna de la envoltura nuclear. Son los únicos que no se encuentran en el citoplasma.

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