Capítulo 4 Organización de la Célula · 4.1 La célula: unidad básica de vida Teoría Celular...

Capítulo 4 Organización de la Célula BIOL 3011

Dra. Omayra Hernández Vale

Objetivos Describir la teoría celular

Resumir la relación entre la organización celular y la homeostasia

Explicar la relación entre tamaño celular y homeostasia

Describir metodología usada para estudiar las células

Comparar y contrastar las características de células procarióticas y eucarióticas; y entre las células animal y vegetal

Describir la estructura y funciones del núcleo

Describir funciones y estructuras de orgánulos y otras estructuras celulares

Trazar los pasos de la síntesis de proteínas

4.1 La célula: unidad básica de vida Teoría Celular Los trabajos de Schleiden (1838), Schwann (1839) y Vichow (1855)

1. Las células son las unidades de vida básicas de la organización y función de todo organismo

2. Las células surgen de otras células

Weismann (1880)

Todas las células se originan de un mismo ancestro

Similaridad en estructura y en las moléculas de las que son hechas

4.1 La célula: unidad básica de vida Similar Organización Celular

4.1 La célula: unidad básica de vida Similar Organización Celular

Homeostasia

Ambiente interno apropiado

• Cambios constantes en [ ] de sales, pH, y temperatura

Membrana plasmática

Composición química interna diferente al exterior de la célula

Actividades metabólicas

Instrucciones genéticas codificadas en su ADN

Varían en tamaño, … La mayoría de las células son microscópicas y se deben medir con unidades bien pequeñas

El micrómetro (m): es la unidad de medida más conveniente (1m = 1/1000000 m = 1X 10-6 m)

4.1 La célula: unidad básica de vida Tamaño de la Célula: Limitado

¿Porqué no son más grandes?

Mantenimiento de homeostasia y crecimiento

Necesita nutrientes y eliminar desperdicios

Todo entra y sale hacia y desde la célula a través de la Membrana plasmática por bombas y canales que selectivamente regulan el paso de materiales

DEBERÍA ser de gran tamaño para eficiencia en mantener la demanda de materiales

Problema:

Tamaño= razón entre área de

superficie: volumen



Alto por ancho

Alto por ancho por largo

Según una célula crece su volumen aumenta a una razón mayor que lo que aumenta su área de superficie



Ser grandes resultaría en Menor área de superficie la cual podría comprometer:

la rápidez de transportación de estas moléculas necesarias por la célula

la habilidad de eliminar desperdicios afectando su capacidad de regular las [ ] de sales (iones)

Ser pequeñas les permite mayor área de superficie y como resultado: entrada y salida adecuada de moléculas a través de la

membrana distancia interna corta las moléculas se transporten y

comiencen rápido sus actividades metabólicas


Estrategias para aumentar área de superficie

Ej: epitelio del intestino delgado: vellosidades y microvellosidades: aumento en área de

superficie


4.1 La célula: unidad básica de vida Forma adaptada a Función

https://i.ytimg.com/vi_webp/aWItglvTiLc/mqdefault.webp



Objetivos Describir la teoría celular




Comparar y contrastar las características de células procarióticas y eucarióticas; y entre las células animal y vegetal




Microscopios de luz

Microscopios electrónicos

Técnicas bioquímicas

4.2 Métodos para estudiar células

de mayor uso

Lentes a ambos extremos

“Microscopio compuesto”

Paso de la luz a través del espécimen y de los lentes los cuales doblan la luz y magnifican la imagen

Magnificación: aumentar el tamaño de la imagen observada

Lentes oculares: 10x o 20x

Lentes objetivos: 4x, 10x, 40x, 100x… 60x

Resolución: distinguir detalle

macrómetro (tornillo o ajuste macrométrico)

micrómetro (tornillo o ajuste micrométrico)

4.2 Métodos para estudiar células Microscopios de luz

Magnificación: aumentar el tamaño de la imagen observada

Lentes oculares:

10x o 20x

Lentes objetivos:

4x, 10x, 40x, 100x… 60x

Resolución: distinguir detalle

macrómetro (tornillo o ajuste macrométrico)

micrómetro (tornillo o ajuste micrométrico)


Campo claro [“bright-field”]

Campo oscuro [“dark-field”]

Contraste de fase y/o Nomarski

Fluorescencia

Confocal


“campo claro y campo oscuro”

4.2 Métodos para estudiar células Microscopios de luz:

Fig. 4-3, p. 77

Por O. Hdez-Vale

Por O. Hdez-Vale* Por O. Hdez-Vale* Por O. Hdez-Vale*

Por O. Hdez-Vale

Por O. Hdez-Vale* Por O. Hdez-Vale

Por O. Hdez-Vale

Por O. Hdez-Vale

* No se pueden usar

Confocal


Todas por O. Hernández Vale * * No se pueden usar

Nomarski


4.2 Métodos para estudiar células Microscopio electrónicos

Microscopios con alta resolución y magnificación en el cual se utiliza como fuente de energía un rayo (haz) de e- y con la función de doblar (refracción) el rayo y entonces magnificar tiene imanes electromagnéticos

Imagenes en blanco y negro

Microscopio electrónico de transmisión (MET o TEM)

Secciones delgadas de interior de muestras

Microscopio electrónico de rastreo (MER o SEM)

Superficies

4.2 Métodos para estudiar células Microscopio electrónico

Microscopio Electrónico de Transmisión (MET) [TEM]

Muestra incrustrada en plástico y cortada en secciones bien finas (50-100nm de grosor)

Muestra se coloca en rejilla de metal

Rayo de electrones atravieza la muestra

Imagen en pantalla fluorescente


Microscopio Electrónico de Rastreo (MER) [SEM]

El rayo de electrones no atravieza la muestra

Muestra se cubre con oro u otro metal

Rayo da a la superficie de la muestra saca e- secundarios

Sus intensidades varían proyectando superficie

Se observa en computadora

Microscopio electrónico

Resolución de 1nm [o menos]

Magnificación de > de 1 millón de veces

Microscopio de luz

[Microscopio luz (0.2 m o 200nm)

[Ojo humano 100m]

Magnificación de no más de 2000



Mismo principio de enfoque: Rayo de luz, magnificado por los lentes objetivos y por los

lentes oculares [microscopio de luz] Rayo de electrones magnificado por los lentes objetivos y

por los lentes proyectores en el [microscopio electrónico] MET (TEM): se enfoca a una pantalla fluorescente MER (SEM): se observan en una pantalla de

computadora

Lentes en Microscopio electrónico son electromagnetos (imanes) doblan el rayo de electrones

Fraccionamiento celular

Técnica para determinar actividad de cada organelo.

Separa partes diferentes de la célula para estudiarse por métodos físicos y químicos.

Para saber que proteínas tienen y las rx químicas que llevan a cabo

DENSITY GRADIENT CENTRIFUGATION

Objetivos

Describir la teoría celular




Comparar y contrastar las características de células procarióticas y eucarióticas




Comparar y/o contrastar entre las células animal y vegetal

Capítulo 4 Organización de la Célula

4.3 Células procarióticas y eucarióticas

Ancestro común

Células procarióticas y eucarióticas Similitudes….

Presencia del ADN; localizado en una región limitada de la célula

Citoplasma

Membrana plasmática [única membrana en común]

Pared celular al igual que ocurre como en algunas células eucarióticas.

Ribosomas: [ARN + proteínas: síntesis de

polipéptidos]

Células procarióticas y eucarióticas Endomembranas: ausente vs presente

Hace la diferencia más significativa entre las células procarióticas y eucarióticas

Proveen organización y complejidad (multiples funciones independientes)

Permiten mayor tamaño

Funcionan como superficies de trabajo

Permiten almacenaje de energía en la célula*

En

célu

las e

ucarió

ticas

[p

resen

te]

Células procarióticas “antes del núcleo”

No tener endomembranas

ADN localizado en nucleoide o área nuclear

[no encerrado por membrana]

Células eucarióticas “núcleo verdadero”

Tener endomembranas

Presencia de orgánulos: [compartimientos con función específica envueltos por membranas]

núcleo: región limitada para el ADN

otros orgánulos

Tiene como resultado:

Células procarióticas y eucarióticas Endomembranas: diferencia más significativa

Células procarióticas [endomembranas ausentes]

En adición al nucleoide solo tiene:

Ribosomas

Gránulos de almacenamiento:

Glucógeno, lípidos y/o compuestos de fosfatos

Células eucarióticas [endomembranas presentes]

Alta organización y complejidad que le permite tener:

Su propio centro de control

Fábricas de materiales

Sistema de transporte interno

Plantas de empaque

Plantas de energía

Tiene como resultado:

Células procarióticas y eucarióticas Endomembranas: organización y complejidad

Células procarióticas Células eucarióticas

Células eucarióticas Endomembranas: organización y complejidad

Núcleo*

Retículo endoplásmico (RE)

Rugoso y liso

Cuerpo de Golgi

Vesículas

Lisosomas

Vacuolas*

Mitocondrios

Cloroplastos*

Citosol

org

án

ulo

s*

Cito

pla

sm

a

Citoesqueleto: forma, sosten, movimiento de materiales y está envuelto en división celular

+

Células eucarióticas Endomembranas: organización y complejidad

Núcleo

Retículo endoplásmico (RE)

Rugoso y liso

Cuerpo de Golgi

Lisosomas

Vesículas

Vacuolas*

Mitocondrios

Cloroplastos*

Citosol

Citoesqueleto: forma, sosten, movimiento de materiales y está envuelto en división celular

Tran

sp

orte

d

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ate

ria

les

en

tre o

rg

án

ulo

s

Una célula bacteriana (0.5-1.0 m) tiene:

1/10 el tamaño de una célula eucariótica

1/1000 el volumen de una célula eucariótica

El problema de ser más grande lo soluciona la presencia de varios orgánulos especializados

Menor área de superficie en células eucarióticas que en células procarióticas

Células eucarióticas Endomembranas: permiten mayor tamaño

Ostrecoccus sauri (1m)

Neurona humana

Bacteria (Bacillus sp.)

Células eucarióticas Endomembranas: permiten mayor tamaño

Enzimas asociadas o enlazadas a las endomembranas series de reacciones

químicas ocurren más rápidamente

Células eucarióticas Endomembranas: superficies de trabajo

4.4 El núcleo celular

CENTRO DE CONTROL

ALMACENA LA MAYORÍA DEL ADN

Componentes importantes del núcleo

Envoltura nuclear

Poros nucleares

Lamina nuclear

Nucléolo


Envoltura nuclear:

membrana doble que separa el interior del núcleo del citoplasma

[Espacio entre ellas 20-40 nm]

Poros nucleares: [A intervalos]

Consisten de complejos moleculares con hasta 30 proteínas

Regula el paso entre el nucleoplasma y el citoplasma


En

voltu

ra n

ucle

ar in

tern

a

En

voltu

ra n

ucle

ar e

xte

rn

a


Lamina nuclear: redes de proteínas forma el revestimiento interno de la envoltura nuclear.

Le da apoyo a la membrana nuclear interna

Ayuda a organizar el contenido nuclear

Rol en la duplicación del ADN

Regula el ciclo celular

Mutaciones en genes que codifican las proteínas de esta se asocian con condiciones genéticas

[distrofia muscular, progeria]

En

vo

ltura n

ucle

ar in

tern

a

En

vo

ltura n

ucle

ar e

xte

rn

a

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Hutchinson-Gilford_Progeria_Syndrome.png


Cromatina:

ADN asociado a ARN y ciertas proteínas

El ADN es largo y delgado! [2m]

Se empacan en cromosomas [46 o 23 pares]

Visibles en células en división

Genes [secuencias de nucleótidos] instrucciones síntesis proteínas

Transcripción de información ARN mensajero [mARN]

Citoplasma

De esta manera es que el núcleo controla la síntesis de proteínas:


Nucléolo:

Se sintetiza el ARN ribosomal (ARNr)

Proteínas para síntesis de los ribosomas: sintetizadas en el citoplasma e importadas al nucléolo

ARN ribosomal + proteínas ensambladas en unidades ribosomales que salen del núcleo a través de los poros nucleares.

Resumen

Células procarióticas y eucarióticas son similares en presencia de ADN localizado, citoplasma, membrana plasmática, pared celular y ribosomas

La diferencia más significativa entre las células procarióticas y eucarioticas es la ausencia/presencia de endomembranas

Nucleoide en células procarióticas/ núcleo en eucarióticas

Otros orgánulos que traen consigo organización y complejidad a la célula eucariótica

Múltiples actividades de maner simultánea y comunicación entre estos compartimientos

Aumento en tamaño debido a la función individual y separada por porte de orgánulos

Posibles inicios de reacciones químicas por parte de endomembranas

El núcleo tiene una doble membrana, poros nucleares que permiten comunicación, una lámina nuclear y el núcleolo

El núcleo controla la síntesis de proteínas transcribiendo las instrucciones de los genes al ARN m, este sale al citoplasma y las sintetiza

El ARN ribosomal se sintetiza en el nucleólo y el ensamblaje de los ribosomas

4.5 Orgánulos en el citoplasma

Ribosomas

Partículas pequeñas libres en citoplasma o pegadas a ciertas membranas

Dos subunidades: juntas plantas de

manufactura

ARN y proteínas y son sintetizadas por el nucléolo

Contiene la enzima necesaria para formar enlaces peptídicos

Células que producen muchas proteínas pueden

tener millones de ribosomas

Retículo endoplásmico:

Laberinto de endomembranas que rodea al núcleo y ocupa gran parte del citoplasma

Diferentes set de enzimas en c/superficie de la membrana

Dos regiones se pueden distinguir

RE liso y RE rugoso

Regiones con diferentes funciones pero tienen membranas conectadas y espacio interno (lumen) continuo

4.5 Orgánulos en el citoplasma

Retículo endoplásmico

Retículo Endoplásmico Liso

Síntesis de lípidos y carbohidratos [enzimas en su membrana las cataliza]

Sitio primario de síntesis de fosfolípidos y colesterol

Hormonas esteroides, incluyendo hormonas reproductivas

Rompimiento del glucógeno [en hígado]

Almacena Ca+

Cantidad depende de la célula

Ej: hígado- [colesterol y…, detoxificación de alcohol*]

Rompe el alcohol*, carcinógenos, y/o drogas (anfetaminas, barbiturales)]

Productos hidrosolubles excretan

*estímula producción adicional de RE liso

Retículo Endoplásmico Rugoso

Rol central en síntesis y ensamblaje de proteínas

Transporte de polipéptidos de los ribosomas hasta el RE rugoso. [tuneles en ribosomas y poros en RE rug.]

Ensamblaje y modificación en el lumen

Se le añaden lípidos y/o carbohidratos

Ocurren los dobleces para su conformación correcta [Tiene

las enzimas que lo catalizan, chaperones moleculares]

Proteínas corrrectas otros

compartimientos en la célula Por vesículas de transporte

Proteínas incorrrectas citosol

(destrucción) Por proteasomas

Complejo de Golgi

Consiste de varios sacos membranosos aplanados llamados “cisternae”

Se divide en tres áreas: “cis face”, “trans face” y región media.

Cercano al núcleo (RE rugoso) y a la membrana plasmática)

Procesa, ordena, clasifica, modifica y empaca las proteínas y/o lípidos finales

Formación de moléculas biológicas complejas

Cantidad depende de célula

Cuanta cantidad de glucoproteínas secrete

Fig. 4-14, p. 92

trans face

Membrana Plasmática

Glicoproteína

RE rugoso

Ribosomas

Polipéptidos sintetizados en los ribosomas son insertados en el lumen del RE rugoso

Se le añaden azucares

glucoproteínas. Se doblan

Vesículas de transporte las mueven a la cara cis “cis face” de Golgi

Se modifican más en Golgi.

Glucoproteínas se mueven a la cara trans “trans face” de Golgi donde se empacan en vesículas de trasporte.

Son transportadas a la membrana plasmática (o a otro orgánulo).

El contenido de la vesícula de transporte es liberado fuera de la célula.

Complejo de Golgi

cis face

Vesículas

Diminutos sacos membranosos que se desplazan por el citoplasma y se posicionan en el.

Vesículas de transporte

Lisosomas (membranas de Golgi)

Digestión intracelular

Vacuolas alimentarias (membrana plasmática)

https://www.youtube.com/watch?v=E4e7OR43234



Vesículas

Lisosomas

Pequeños sacos membranosos con enzimas digestivas dispersadas en el citoplasma de la mayoría de las células animales

Digestión intracelular

pH de 5 (acídico)

Estas se unen a vesículas de alimentación y sus enzimas degradan el contenido de las vesículas de alimentación en sus componentes [los cuales se reciclan en la célula]

Degrada orgánulos dañados y se reciclan sus componentes para energía

“lysosomal storage diseases”




Vacuolas:”grande”

Hace en las células vegetales y de hongos muchas de las funciones realizadas por los lisosomas en las células animales

No estructuras internas

Rol significativo en el crecimiento y desarrollo de las plantas

De inicio muchas pequeñas vacuolas - se unen

formando una vacuola central grande.

puede ocupar hasta más del 80% del volumen de la célula que tiene:

Agua, comida almacenada, sales, pigmentos y desperdicios metábolicos entre otras cosas

Según crece

Peroxisomas

Orgánulos con enzimas que catalizan rx metabólicas en las que como resultados se produce H2O2 [de la rx redox ]

Se encuentra en células que sintetizan, almacenan o degradan lípidos

Una de sus funciones principales es degradar moléculas de ácidos grasos]

Se encuentran en todas las células eucariotas (una o más)

Extraen energía de las moléculas alimentarias (orgánicas) y las almacenan en los enlaces energéticos del ATP.

Mayor energía por la presencia de oxígeno [que el inicio de la degradación

de estas, que ocurre mediante enzimas del citosol en ausencia de oxígeno]

Posee un par de membranas

La externa es lisa, la interna tiene pliegues (crestas)

Numerosas en células con mucha actividad metabólica

Algunas rx ocurren en la matrix de la membrana interna; el resto se realizan por enzimas en en el espacio intermembranoso

Mitocondrias

Plástidos encontrados solamente en eucariotas fotosintéticos.

Doble membrana

El interior de la membrana interna contiene un fluído llamado estroma, en el cual se encuentran pilas de tilacoides [sacos huecos membranosos] interconectados. Cada pila de tilacoides se conoce como grana.

La membrana de los tilacoides tiene la clorofila

Color, y captación de energía solar

La fotosíntesis, [proceso que

capta la energía solar y aporta la energía química necesaria para

impulsar la vida] ocurre en los CLOROPLASTOS

*Otros plástidos de almacenamiento

Cloroplastos

Citoesqueleto: red de fibras de proteínas que

da forma*, [sosten, movimiento y división celular]*

Microfilamentos [delgados] *

Filamentos intermedios*

Microtúbulos [gruesos]*

Se unen a este:

Los orgánulos y otras estructuras en el citoplasma

Enzimas individuales

Protistas con cilios o flagelos, Espermatozoides Células musculares

https://www.youtube.com/watch?v=S8NB21kfLRs

https://www.youtube.com/watch?v=vvnEsOaKxuw






Células Eucariotas: Resumen

Sede genética:

(centro de control): núcleo

Fabricación:

Núcleo, Ribosomas, RE Liso, RE rugoso, Golgi

Transporte y movimiento de materiales:

Vesículas de transporte, vacuolas de alimentación y lisosomas

Rompimiento (Digestión) de materiales:

Lisosomas y peroxisomas

Procesamiento de Energía:

Mitocondrias, cloroplastos*

Soporte, Movimiento y Comunicación

Citoesqueleto, pared celular*

Plantas*

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