Seminario Virtual N°1

La célula. Generalidades, citoplasma y membranas

Videos complementarios. Clase 1

(Video) Experimento de Miller y Urey (1953). Teoría quimiosintética. En UNAM. Portal del CCH. Recupedo de https://youtu.be/WzrOVY_3tUI

Calcaneo, M., De la Cueva, L.(2013). Teoría Celular. En UNAM. Portal Académico del CCH. Recuperado de https://goo.gl/PEqLcf

Estructura celular:

Transporte celular:

- La célula. Generalidades, citoplasma y membranas 

Teoría celular El comienzo de la vida. Teoría celular La edad de la Tierra se estima de 4600 millones de años. Se calcula que el origen de la primera célula habría ocurrido hace unos 3800 millones de años. Se han encontrado microfósiles de células semejantes a bacteria que tienen más de 3500 millones de años de antigüedad. Las condiciones de la atmósfera y los mares de la Tierra primitiva eran las siguientes: a) había muy poco o nada de oxígeno presente y b) los cuatro elementos primarios de la materia viva (hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno) estaban disponibles en alguna forma en la atmósfera y en las aguas de la tierra primitiva. La energía necesaria para desintegrar las moléculas de estos gases y volver a integrarlas en moléculas más complejas estaba presente en el calor, los relámpagos, los elementos radiactivos y la radiación de alta energía del Sol. El primer conjunto de hipótesis verificables acerca del origen de la vida fue propuesto por un biólogo y bioquímico ruso Aleksadr Ivanovich Oparin. Este postuló que en las condiciones de la Tierra primitiva se formaron moléculas orgánicas a partir de sustancias inorgánicas y los gases atmosféricos (evolución química) que se irían acumulando en los mares y lagos de la Tierra y en esas condiciones (sin oxígeno libre), tenderían a persistir. Al concentrarse algunas moléculas, habrían actuado sobre ellas fuerzas químicas, las mismas que actúan sobre las moléculas orgánicas hoy en día. Estos agregados plurimoleculares fueron progresivamente capaces de intercambiar materia y energía con el ambiente. En estas estructuras coloidales (en cuyo interior podían optimizarse ciertas reacciones) se habría desarrollado un metabolismo sencillo, punto de partida de todo el mundo viviente. Con estos sistemas se pasó a una nueva etapa, la de evolución prebiológica. Los sistemas constituyen un nuevo nivel de organización en el proceso del origen de la vida, lo que implica el establecimiento de nuevas leyes. En los sistemas químicos modernos, ya sea en el laboratorio o en el organismo vivo, las moléculas y los agregados más estables tienden a sobrevivir, y los menos estables son transitorios. De igual modo, dado que los sistemas presentaban heterogeneidad, los agregados que tenían mayor estabilidad química en las condiciones prevalecientes en la tierra primitiva habrían tendido a sobrevivir. Stanley Miller un científico estadounidense aportó en 1953, las primeras evidencias experimentales 29 años después de que Oparin publicara su teoría. Sus experimentos de laboratorio han demostrado que, reproduciendo las condiciones de la tierra primitiva, pueden formarse los tipos de moléculas orgánicas características de los sistemas vivos. 

Otros experimentos han sugerido el tipo de procesos por los cuales agregados de moléculas orgánicas pudieron haber formado estructuras semejantes a células, separadas de su ambiente por una membrana y capaces de mantener su integridad química y estructural. Todos los biólogos acuerdan en que la forma ancestral de vida necesitaba un rudimentario manual de instrucciones que pudiera ser copiado y transmitido de generación en generación. La propuesta más aceptada es que el RNA habría sido el primer polímero en realizar las tareas que el DNA y las proteínas llevan a cabo actualmente en las células. Más tarde, estas moléculas de ARN pasaron a ejercer control sobre la síntesis de proteínas. En una etapa ulterior, las proteínas habrían reemplazado al RNA en la función de acelerar las reacciones químicas (catalizadores). Mediante un proceso aún no esclarecido, la función de almacenar la información genética habría sido transferida del ARN al ADN que es menos susceptible a la degradación química. 

Principios de la Teoría celular: 

Todos los organismos vivos están formados por una o más células. Las reacciones químicas de un organismo vivo, incluyendo los procesos liberadores de energía y las reacciones biosintéticas, tienen lugar dentro de las células. Las células se originan de otras células, contienen la información hereditaria de los organismos de los cuales son parte y esta información pasa de la célula progenitora a las células hijas. 

Tipos de célula: eucariotas y procariotas 

La definición de que la célula es la unidad estructural, funcional y del origen de todo ser vivo, engloba los tres principios de la teoría celular. Las tres características que distinguen a las células vivas de otros sistemas químicos son: 

 a) la capacidad para duplicarse generación tras generación. 

 b) la presencia de enzimas, proteínas complejas que son esenciales para las reacciones químicas de las que depende la vida. 

 c) una membrana que separa a la célula del ambiente circundante y le permite mantener una identidad química distinta. 

- Citoplasma 

El citoplasma es la parte de la célula que está ubicada fuera del [nucleo]. El citoplasma contiene organelas u orgánulos ("órganos pequeños") e inclusiones en un gel acuoso llamado matriz citoplasmática o [citosol]. La matriz está compuesta por una gran variedad de solutos (incluidos los iones inorgánicos como Na*, K' y Ca2+) y moléculas orgánicas como los metabolitos intermedios, los hidratos de carbono, los lípidos, las proteínas y los ácidos ribonucleicos (RNA o ARN). La célula controla la concentración de los solutos en la matriz, lo cual tiene un efecto sobre el ritmo de la actividad metabólica dentro del compartimento citoplasmático y los compartimentos limitados por membrana que realizan las funciones celulares metabólicas, sintéticas, consumidoras de energía y generadoras de energía, al igual que componentes estructurales no membranosos. 

Orgánulos intracelulares 

Todas las células tienen el mismo conjunto básico de orgánulos intracelulares que pueden clasificarse en dos grupos: 

a) organelas membranosas, con membranas plasmáticas que separan el me dio interno del organulo del citoplasma circundante y 

b) organelas no membranosas, que carecen de membrana plasmática. 

Membranosos. 

Las membranas de las organelas membranosas adoptan en el citoplasma formas vesiculares, tubulares o de otro tipo que pueden estar enrolladas o replegadas. Estas configuraciones de la membrana aumentan mucho la extensión de la superficie sobre la cual ocurren las reacciones bioquímicas y fisiológicas esenciales. Los espacios encerrados por las membranas de las organelas constituyen lo microcompartimientos intracelulares donde se segregan o concentran sustratos, productos u otras sustancias. 

Retículo endoplasmático 

El retículo endoplasmático es una red extensa de sacos cerrados aplanados limitados por una membrana llamados cisternas. El RE liso es liso porque carece de [ribosomas] y su función principal es la síntesis de [ácidos grasos] y fosfolípidos. El RE rugoso presenta en su cara citosólica una gran cantidad de ribosomas y participa en la síntesis de proteínas. 

Aparato de Golgi y vesículas. 

Varios minutos después de que las proteínas son sintetizadas en el RE rugoso, la mayor parte de ellas abandona el orgánulo dentro de vesículas pequeñas de transporte limitadas por membranas. Estas vesículas, que brotan de las regiones del RE rugoso que no están revestidas con ribosomas, transportan las proteínas a otro orgánulo limitado por membrana, el complejo de Golgi, El complejo de Golgi está formado por una serie de sacos (cisternas) aplanados rodeados por membrana, rodeado por un cierto número de vesículas más o menos esféricas. La pila de cisternas del Gogi tiene tres regiones definidas: la cis, la medial y la trans. Las vesículas de transporte del RE rugoso se fusionan con la región cis del complejo donde depositan las proteínas. Estas proteínas avanzan de la región cis a la medial y luego a la trans. Las proteínas son modificadas en el complejo de Golgi y son transportadas hacia afuera por un segundo grupo de vesículas que se forman desde el lado trans del complejo. Algunas proteínas son liberadas desde la superficie celular, otras transportan proteínas solubles o de membrana a los lisosomas u otros orgánulos. 

Endosomas y Lisosomas 

• endosomas, compartimentos limitados por membrana que participan en los mecanismos de [endocitosis ] y cuya función principal es clasificar las proteínas que le son enviadas mediante las vesiculas endociticas y redirigirlas hacia los diferentes compartimentos celulares que serán sus destinos finales. 

• lisosomas, organulos pequeños que contienen enzimas digestivas y se forman a partir de endosomas. Las partículas como restos celulares o bacterias son englobadas en el interior celular formando fagosomas. El contenido de los fagosomas es degradado por su fusión con los lisosomas. La autofagia relacionada con el recambio de componentes celulares destruye los componentes celulares que ya no son necesarios para la célula. El autofagosoma se une al lisosoma para su degradación. 

Mitocondrias 

Mitocondrias, organelas que proveen la mayor parte de la energía a la célula al producir adenosina trifosfato (ATP). Las dos membranas que limitan una mitocondria difieren en composición y función. La membrana exterior contiene porinas que la hacen permeable a moléculas de elevado peso molecular. La membrana interna menos permeable esta plegada formando crestas que se proyectan hacia el interior de la matriz. La membrana interna presenta un alto porcentaje de proteínas, una proporción más alta que la existente en otras membranas. Varias de estas proteínas son enzimas involucradas en los distintos pasos de degradación de glucosa y síntesis de ATP. 

Peroxisomas 

Peroxisomas, orgánulos pequeños que participan en la producción y la degradación de H202 y en la degradación de los [ácidos grasos]. 

Orgánulos intracelulares no membranosas 

Centríolo 

Par de estructuras cilíndricas cortas que se ubican en el centro del centrosoma o centro organizador de microtúbulos (MTOC por su sigla en inglés) y de los cuales derivan los cuerpos basales de los cilios. Su función principal es la formación y organización de los filamentos que constituyen el huso acromático cuando ocurre la división del núcleo celular. 

Ribosomas 

Estructuras compuestas de RNA ribosómico (rRNA) y proteínas ribosómicas (incluidas las proteínas adheridas a las membranas del RER y las proteínas libres en el citoplasma) que son indispensables para la síntesis proteica. Presentan dos subunidades una grande y una pequeña. 

Citoesqueleto

Las células eucariotas poseen un armazón proteico desplegado por todo el citosol, que se denomina citoesqueleto. Está formado por tres tipos de filamentos (microtúbulos, filamentos de [actina] y filamentos intermedios) y un conjunto de proteínas accesorias clasificadas como reguladoras, ligadoras y motoras. Los filamentos son: 

· Los microtúbulos, pueden alargarse (por adición de dímeros de tubulina) y acortarse (por extracción de dimeros de tubulina) continuamente, una propiedad conocida como inestabilidad dinámica. 

· Los filamentos restantes, que también son parte del citoesqueleto, pueden clasificarse en dos grupos: microfilamentos (o filamentos de [actina]) que son cadenas flexibles de proteína globular y filamentos intermedios, que son resistentes y están formados por diversas proteínas (ambos proveen resistencia a la traccion para soportar tensiones y confieren solidez para hacer frente a las fuerzas de cizallamiento). 

Las proteínas accesorias son: 

·Las proteínas [miosina] que controlan el nacimiento, alargamiento, acortamiento y la desaparición de los tres filamentos del citoesqueleto. ·Las proteínas [troponina] que conectan a los filamentos entre sí o con otros componentes de la célula. ·Las proteínas [reguladoras] que sirven para trasladar macromoléculas y organoides de un punto a otro del citoplasma. También hacen que dos filamentos contiguos y paralelos entre sí se deslicen en direcciones opuestas, lo cual constituye la base de la motilidad, la contracción y los cambios de forma de la célula. Esta propiedad le confiere una función adicional al citoesqueleto, la de ser el "sistema muscular" de la célula, es decir la citomusculatura. 

Membranas biológicas y transporte 

Una de las características asociada con la vida es la homeostasis, es decir, la capacidad de mantener relativamente estable el medio interno a pesar de los cambios que pueden darse en el exterior. Esto se logra gracias a las características de la membrana plasmática, a través de la cual la célula se relaciona con el medio circundante. Los organismos pro y eucariontes que componen las diferentes formas de vida presentan una membrana que las limita y que les permite regular el intercambio de materia con su medio externo. Por lo tanto, la membrana celular es de presencia universal y es selectiva en cuanto a que controla qué sustancias atraviesan, cómo y cuándo lo harán, en función de las necesidades de la célula. La membrana membrana plasmática y las moléculas que la componen son las que hacen posible esta selectividad. Es a través de ella que la célula interacciona con otras y recibe las señales del exterior. Las membranas plasmáticas así como la membrana de las organelas de las células eucariotas, tienen la misma estructura básica. Sin embargo, existen diferencias en las clases de lípidos y particularmente el tipo y número de proteínas y carbohidratos. Los mismos principios generales de tránsito a través de la membrana plasmática se aplican a las diferentes variedades de membranas internas que compartimentalizan la célula eucariota. 

Funciones de la membrana plasmática:

 -Delimita el medio externo de la célula y el medio interno. 

-Permite que la célula auto gestione su contenido (permeabilidad selectiva).

-Permite a la célula interactuar con su entorno, ya que posee proteínas especiales, receptores. 

La membrana celular también denominada membrana [plasmática ] está compuesta por una [bicapa] de fosfolípidos. Los fosfolípidos tienen una [cabeza] hidrofílica (atrae agua) y dos [colas] hidrofóbicas (repelen agua). Los fosfolípidos más abundantes son los fosfoglicéridos. La cabeza del fosfoglicérido es una molécula de [fosfato] unida a un alcohol, el [glicerol], mientras que las colas son [ácidos grasos]. Los fosfolípidos pueden moverse y permiten que el agua y moléculas [no polares] pasen hacia adentro o hacia afuera de la célula. Las variaciones en la composición lipídica establecen la especialización funcional de la membrana que difiere entre los distintos tipos celulares o incluso en una misma célula como en las células polarizadas. Otro tipo de lípido presente en las membranas biológicas es el [colesterol] que modifica la fluidez de la membrana. Incluidas en la bicapa de lípidos se encuentran proteínas involucradas en el [transporte] y reconomiento celular. Las proteínas denominadas [integrales] atraviesan la bicapa de lípidos mientras que las periféricas solo se unen a uno de los lados. Algunas proteínas presenta uniones con moléculas de carbohidratos formando [glicoproteínas] y están involulcradas en el reconocimiento de determinadas moléculas. 

Transporte de sustancias a través de la membrana plasmática 

Transporte [pasivo]: Difusión de sustancias a través de una membrana, bajando por un gradiente de concentración, presión o carga eléctrica. No requiere que la célula gaste energía. [Difusión simple]: Difusión de agua, gases disueltos o moléculas solubles en lípidos a través de la bi- capa fosfolipídica de una membrana. [Difusión facilitada]: Difusión de agua, iones o moléculas solubles en agua, por medio de un canal o proteína portadora. [Ósmosis]: Difusión de agua a través de una membrana de permeabilidad selectiva, de una región con mayor concentración a una con menor concentración de solutos. Transporte [Activo]: Movimiento de sustancias a través de una membrana, hacia dentro o hacia fuera de una célula utilizando energía requiere energía celular, generalmente ATP. Bombas: Movimiento de pequeñas moléculas individuales o iones en contra de sus gradientes de concentración a través de proteínas que llegan de un lado a otro de la membrana. 

Transporte en masa 

[Endocitosis]: Movimiento de partículas grandes, incluidas moléculas de gran tamaño o microorga- nismos enteros, hacia el interior de una célula; ocurre cuando la membrana plasmática envuelve la partícula en un saco membranoso que se introduce en el citosol. [Exocitosis]: Movimiento de materiales hacia el exterior de una célula; ocurre cuando la membrana plasmática encierra el material en un saco membranoso que se desplaza hacia la superficie de la célula, se funde con la membrana plasmática y se abre hacia el exterior, permitiendo que su contenido se difunda.