Origen y Evolución

La vida comenzó con células muy sencillas: genotes, estructuras membranosas en cuyo interior hay ARN capaz de autorreplicación y de utilizar su información para la síntesis de sus proteínas. Las células eucariotas (animales o vegetales) son el resultado de la evolución de organismos procariotas semejantes a las bacterias actuales. Los precursores de los eucariotas (urcariotas) perdieron la cápsula, aumentaron su tamaño e incorporaron estructuras proteicas que dan forma y consistencia (el actual citoesqueleto). Según la teoría endosimbiótica (Lynn Margulis), el urcariota pudo constituirse con la célula hospedadora de endosimbiontes bacterianos.

Organelos Celulares

Peroxisomas

Pequeñas vesículas membranosas (0.2-1µm) que contienen enzimas oxidasas. Utilizan O₂ molecular para oxidar diversos sustratos orgánicos, produciendo H₂O₂. El H₂O₂, muy tóxico, se degrada en el mismo organelo por las catalasas. Se usa, a su vez, para oxidar otros sustratos. Estas reacciones se encargan de la detoxificación de sustancias tóxicas para el organismo (hígado, riñón). Otras funciones son la síntesis de fosfolípidos y la β-oxidación. Son heterogéneos en tamaño, forma y composición, variando de unas células a otras y según las condiciones ambientales.

• Plantas: glioxisomas y peroxisomas.

Cilios y Flagelos

Estructuras móviles formadas por microtúbulos y proteínas accesorias. Se proyectan como delgadas prolongaciones recubiertas de la membrana plasmática. Su función es desplazar las células libres en un medio líquido o movilizar fluidos sobre superficies fijas.

• Cilios: numerosos, cortos. Movimiento de remo: golpe efectivo (rígido), recuperación (flexible).
• Flagelos: menos numerosos, largos y anchos. Van con fibras o mitocondrias. Movimiento ondulatorio.

Cloroplastos

Organelos exclusivos de células vegetales. Forma alargada (5-10µm) y anchura (2-4µm). Verdaderas fábricas de ATP y NADPH a partir de energía solar.

• Tres membranas:
  • Externa: porinas.
  • Interna: menos permeable; junto con la anterior, envuelta exterior.
  • Tilacoidal: dentro del cloroplasto, muy plegada para formar unos sacos aplanados con forma de disco (tilacoides). Se apilan en grana. Están los fotosistemas responsables de la captación de energía solar. Membrana fluida, tiene muchos ácidos grasos insaturados.
• Tres espacios:
  • Intermembranoso: composición parecida al citosol.
  • Estroma: ribosomas, enzimas, ADN, ARN, almidón y gotas de lípidos.
  • Tilacoidal: espacio entre tilacoides.
• Fisiología: convertidores de energía. Tiene lugar la fotosíntesis, aprovecha la energía solar para producir moléculas ricas en ATP y NADPH, que se usan para sintetizar moléculas orgánicas. En dos partes:
  • Membrana tilacoidal: reacciones que dependen de la luz.
  • Estroma: no dependen de la luz.

Mitocondrias

Organelos presentes en las células de todos los organismos aerobios. Longitud (1-4µm) y diámetro (0.2-1µm).

• Dos membranas:
  • Membrana externa: porinas (proteínas que forman canales que permiten el paso de moléculas de pequeño peso molecular). Tiene enzimas.
  • Membrana interna: tiene cardiolipina, impermeable a partículas con carga. Tiene crestas.
• Dos espacios:
  • Intermembranoso: composición semejante a la del citosol.
  • Matriz: ADN, ARN, ribosomas y proteínas.
• Son de origen materno, proceden de la división de las mitocondrias que aporta el óvulo en la fecundación. Se dividen por bipartición (cresta que divide en 2) o por segmentación (se estrangula). El crecimiento implica la incorporación de moléculas del citosol; las proteínas y los lípidos se sintetizan fuera de las mitocondrias.
• Fisiología: convertidores de energía. Respiración aerobia, consumen O₂ y producen CO₂; la energía es utilizada para obtener ATP para otros procesos.
  • En diferentes zonas:
    • Matriz: enzimas del ciclo de Krebs, se oxida el ácido acético y se forma CO₂.
    • Membrana interna: constituyen la cadena respiratoria.
    • Espacio intermembranoso: enzimas que hacen la fosforilación de otros nucleótidos a partir de ATP de dentro de la mitocondria.
    • Membrana externa: enzimas que intervienen en la síntesis de lípidos.

Teoría Celular

Robert Hooke: fina lámina de celdas o células. Antony van Leeuwenhoek: muchos microbios. Robert Brown: núcleo de la célula. Theodor Schwann: todos los organismos constituidos por células, que son la unidad estructural de la vida.

Teoría celular: la célula es la unidad anatómica y fisiológica de todos los seres vivos. Cada célula procede de otra anterior por división de ésta. La información genética se transmite de una generación a la siguiente. Las reacciones químicas que constituyen el metabolismo de un ser vivo tienen lugar en las células. Hay dos grandes modelos de organización celular: procariotas y eucariotas.

Virus

Estructuras acelulares muy sencillas, muy pequeños, no tienen metabolismo propio, son parásitos. Formados por una molécula capaz de replicarse y que es portadora de información para la síntesis de sus componentes.

Procariotas

No tienen verdadero núcleo. ADN de doble hélice cerrada, libre en el citoplasma formando el nucleoide. (mesosoma, plásmido, inclusiones, nucleoide, cápsula, pared celular, membrana plasmática, flagelo, pili, ribosoma, citoplasma).

Eucariotas

Muy complejas, actividad metabólica muy desarrollada. La membrana plasmática delimita la célula, que está dividida en citoplasma y núcleo (separado por una doble membrana del citoplasma, que presenta fase acuosa -citosol- y envuelve todos los constituyentes del citoesqueleto).

Vegetal

Adaptadas a medio hipotónico. Diferencias con la animal: tiene plastos (cloroplastos para la fotosíntesis), vacuolas, pared celular (soporte mecánico y protección). No tiene centriolos.

Diferenciación Celular

La diferenciación celular genera distintos tipos celulares y determina la organización en tejidos que caracteriza a los organismos pluricelulares.

Células Vegetales

En tejidos, característica: grosor y origen de la pared celular. Función conductora o soporte (formado por células muertas).

Células Animales

Más de 200 tipos de células en los tejidos:

• Epitelial: intercambio de nutrientes y secreción de sustancias.
• Conjuntivo: unir tejidos y órganos.
• Sostén: soporte y protección.
• Sangre: leucocitos (defensa), eritrocitos (transporte de O₂).
• Muscular: células alargadas, función de contracción.
• Neuronal: generación y transmisión de impulsos nerviosos.

Células Madre

Células indiferenciadas que pueden generar los tipos celulares adultos que se emplean para la reparación de órganos y tejidos dañados. La renovación de las células de un organismo se produce mediante la división de células ya diferenciadas y a partir de algunas células madre que están en los tejidos adultos.

Tamaño y Funciones Celulares

Tamaños: 100nm virus, 2µm bacterias, 25µm animal, 40µm vegetal.

Funciones relacionadas con la estructura y el nivel de organización.

Relación

Membrana plasmática: recoger estímulos del medio y elaborar respuestas (neurotransmisores u hormonas).

Reproducción

División celular, renovación de las células y evolución de las especies. Procariota (simple), eucariota (compleja: mitosis, meiosis). Replicación de ADN en cualquier caso.

Nutrición

Necesitan nutrientes. Células autótrofas (fotosíntesis, quimiosíntesis: energía de oxidación de moléculas inorgánicas). Heterótrofas: oxidación de moléculas orgánicas.

Metabolismo

Aporte de nutrientes, requisito para mantener la vida: obtener energía para su funcionamiento degradando moléculas orgánicas (catabolismo). Renovar estructuras fabricando hidratos de carbono, lípidos, proteínas (anabolismo). Metabolismo celular: conjunto de reacciones químicas que mantienen con vida la célula. Compuestos intermedios (metabolitos). Vía o ruta metabólica: sucesión de reacciones en las que se generan metabolitos, donde cada reacción está catalizada por una enzima específico.

Degradación (catabolismo)

Rompen enlaces C-C de moléculas complejas en sencillas. Actúan como metabolitos precursores o como carburantes metabólicos y poder reductor.

Respiración celular

Reacciones catabólicas oxidativas que tienden a convertir la energía química de los enlaces C-C en ATP.

• De glucosa:
  • Glucólisis: glucosa en ácido pirúvico.
  • Reacción de ácido pirúvico a acetil coenzima A.
  • Ciclo de Krebs: 2C del acetil CoA se desprenden como CO₂.
  • Cadena respiratoria: NADH y FADH₂ se oxidan y el O₂ pasa a ser H₂O.
• De ácidos grasos: β-oxidación, ciclo de Krebs y cadena respiratoria.

Fermentación

Oxidación parcial sin oxígeno generalmente. De la glucosa: según el tipo de fermentación, distintas moléculas.

Anabolismo (síntesis)

Crear nuevos enlaces C-C a expensas de ATP, poder reductor y precursores.

• Organismos autótrofos: moléculas como CO₂, H₂O y NH₃ en moléculas más complejas.
• Heterótrofos: los tres requisitos se aportan de las reacciones catabólicas que degradan los nutrientes aportados en la dieta.

El anabolismo y el catabolismo no son procesos aislados, sino que dependen el uno del otro; tienen pasos comunes con distinta dirección. Las formas de obtener energía se utilizan para biosíntesis de moléculas, bioluminiscencia, etc., se basan en la transformación de energía química en trabajo celular.

Matriz Extracelular

Rellena los espacios existentes entre las células y los tejidos. Tiene diversas funciones: favorecer la difusión de las sustancias nutritivas, proporcionar los microambientes adecuados a las células o permitir el movimiento de células que se desplazan activamente por los tejidos.

Composición

• Proteínas estructurales fibrosas: colágeno (consistencia) y elastina (elasticidad).
• Glucosaminoglicanos: polisacáridos gelatinosos. Ácido hialurónico, favorece la retención de agua.
• Proteínas de adhesión: fibronectina (se une al colágeno, a los glucosaminoglicanos y a los receptores de la superficie celular), laminina (sobre la que se asientan los tejidos epiteliales).

Técnicas de Estudio

Separación y Fragmentación

Separar células y tejidos con procesos que rompen la adhesión. Rotura de células mediante disolución hipotónica, licuadora, etc. Separar organelos por centrifugación.

Cultivos Celulares

Permite su observación y estudio del comportamiento. El cultivo está limitado por un número de divisiones (menos en las células madre y cancerosas). Tiene importancia la naturaleza del sustrato, la concentración de la disolución y el pH.

Microscopía

Ópticos

• Campo luminoso: lente objetivo recoge la luz directamente del objeto y la lente ocular tiene como función aumentar la imagen formada.
• Campo oscuro: solo llegan los rayos de luz que han sido desviados.
• Contraste de fases: células vivas, aprovecha las propiedades de difracción.
• Polarizado: observar estructuras con actividad óptica.
• Fluorescencia.
• Confocal: imágenes tridimensionales por reconstrucción electrónica.

Electrónico

Haz de electrones como fuente de iluminación (cátodo) que se dirige hacia el ánodo. Tiene que estar al vacío (bomba de vacío y refrigeración).

• De transmisión: los electrones atraviesan la muestra.
• De barrido: no atraviesan la muestra.