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Biología. Guía I

María A. Gómez G.

Caracas, Venezuela. 2014

mag.salud.bio@gmail.com

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Células

La célula es la unidad anatómica, fisiológica y de origen de los seres vivos:

Anatómica: porque todo ser vivo está constituido por lo menos por una célula. Cuando un individuo está constituido por una sola célula es unicelular y si está formado por muchas células es considerado pluricelular.

Fisiológica: porque todas las funciones que caracterizan a un ser vivo ocurren en las células.

De origen: porque todo ser vivo se origina por lo menos de una célula.

Las células se clasifican en dos grandes grupos:

Células eucariotes: con núcleo. Propias de animales, vegetales, hongos y protistas.

Células procariotes: sin núcleo. Propias bacterias y cianofíceas.

Las células presentan formas y tamaños muy diversos, esto está relacionado con su función. Por ejemplo, las neuronas son alargadas mientras que los glóbulos rojos tienen forma de disco. Las células eucariotes son de mayor tamaño que las procariotes.

Ejemplo de célula eucariota

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Célula procariota. Característica de las bacterias y algas verde azules o cianofíceas.

Células eucariotes

Presentan:

Membrana celular: constituida básicamente por fosfolípidos y proteínas.

Citoplasma: de consistencia semilíquida, contiene al núcleo y a los organelos celulares.

Núcleo: se encuentra generalmente hacia el centro del citoplasma. Contiene el material genético.

En algunos casos, como en los vegetales, presentan también una estructura externa y rígida que se conoce como pared celular.

Membrana celular:

Está constituida por fosfolípidos y proteínas, según el modelo del mosaico fluido propuesto por Singer & Nicolson. Contiene al citoplasma y es selectivamente permeable.

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Citoplasma:

De consistencia semilíquida, se encuentra rodeado por la membrana celular, contiene al núcleo y a estructuras con funciones específicas, que se conocen como organelos celulares.

Núcleo celular:

Está separado del citoplasma por la membrana nuclear o carioteca y contiene el jugo nuclear o cariolinfa. EL jugo nuclear a su vez está constituido por agua, iones, proteínas, aminoácidos, ácidos nucléicos (ADN y ARN). En ciertas etapas del ciclo celular, pueden observarse dentro de él los cromosomas, cuerpos alargados presentes en el núcleo formados por ADN, y por proteínas denominadas histonas

Cromosoma

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Organelos celulares: Son estructuras casi siempre membranosas, que se encuentran dentro del citoplasma y que tienen una función determinada, son características de las células eucariotes y con excepción de los ribosomas, están ausentes en las células procariotes. Entre ellas tenemos:

MItocondria Es un organelo membranoso, contiene todo lo necesario para realizar la respiración celular

Ribosomas:Son organelos formados proteínas y ARN, tienen dos sub unidades y aspecto de gránulos, se encuentran en el citoplasma o adheridos al retículo endoplasmático rugoso.

Retículo endoplasmáticoEl retículo endoplasmático tiene apariencia de una red interconectada de sistema endomembranoso (tubos aplanados y sáculos comunicados entre sí) que intervienen en funciones

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relacionadas con la síntesis proteica, metabolismo de lípidos y algunos esteroides, así como el transporte intracelular. Se encuentra en la célula animal y vegetal pero no en la célula procariota.

El retículo endoplasmático rugoso tiene esa apariencia debido a los numerosos ribosomas adheridos a su membrana mediante unas proteínas denominadas "riboforinas". Tiene unos sáculos más redondeados cuyo interior se conoce como "luz del retículo" o "lumen" donde caen las proteínas sintetizadas en él. Está muy desarrollado en las células que por su función deben realizar una activa labor de síntesis, como las células hepáticas o las células del páncreas.

El retículo endoplasmático liso no tiene ribosomas y participa en el metabolismo de lípidos.

Aparato de Golgi:

El aparato de Golgi se compone de una serie de estructuras denominadas sáculos. Éstas se agrupan en número variable, habitualmente de 4 a 8, formando el dictiosoma. Los sáculos son aplanados y curvados, con su cara convexa (externa) orientada hacia el retículo endoplasmático, con el cual están conectados.

El aparato de Golgi se encarga de la modificación, distribución y envío de macromoléculas en la célula. Modifica proteínas y lípidos (grasas) que han sido sintetizados previamente tanto en el retículo endoplasmático rugoso como en el liso y los etiqueta para enviarlos a donde corresponda, fuera o dentro de la célula.

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Lisosomas: Corpúsculo formado por una vesícula membranosa que contiene enzimas y que tiene como función la digestión celular.

Plastidios: Son estructuras con aspecto granuloso presentes en las células vegetales, entre ellas tenemos:

Cloroplastos: estructuras membranosas de color verde, contienen la clorofila, en ellos se realiza la fotosíntesis.

Leucoplastos: son de color blanco y almacenan almidones. Cromoplastos: estructuras que contienen pigmentos rojos y amarillos

Cloroplasto y células vegetales donde se puede observar su ubicación

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Vacuolas: Se encuentran en todo tipo eucariotas. Es un saco o espacio interno delimitado por una membrana. La mayoría almacena sustancias pero también las hay digestivas y pulsátiles. Estas últimas regulan la presión osmótica.

Centrosoma: En la célula animal encontramos el centriolo. Es pequeño, de forma cilíndrica, a menudo formado por dos piezas en posición perpendicular. Es el responsable de la formación del huso acromático durante la división celular. De él se derivan también los cilios y flagelos.

Citoesqueleto: Se encuentra presente en células animales. Son microtúbulos o filamentos de estructuras proteicas alargadas que forman una especie de esqueleto celular.

Núcleo celular: El núcleo celular es el centro de información de la célula y desempeña un papel muy importante en el metabolismo y función celular. Es de forma esférica u ovoide y fue descubierto por Robert Brown en 1831.

En el núcleo celular encontramos:

Membrana nuclear o carioteca Nucleolo Jugo nuclear Cromosomas

L a membrana nuclear o carioteca, presenta dos capas, externa e interna. La primera continúa con el retículo endoplasmático y tiene ribosomas. La carioteca presenta poros de 400 a 700 Å que permiten el paso de ciertas sustancias como azúcares, ácidos nucléicos y polipéptidos.

El nucléolo se encuentra cerca del núcleo y generalmente es de forma esférica. Es un corpúsculo más o menos homogéneo constituido por pequeñas partículas de 100 a 150 Å. De diámetro formadas por ARN. Desaparecen en la división celular (metafase) y reaparecen y vuelven a organizarse en la telofase.

El jugo nuclear o cariolinfa es un coloide complejo en el que se encuentran suspendidas las estructuras nucleares. Está constituido por: agua, aminoácidos, iones, lípidos, cabohidratos y ARN.

Los cromosomas son estructuras nucleares capaces de autoduplicarse y que contienen los genes responsables de la transmisión de los caracteres hereditarios.

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Composición de los cromosomas: Cada cromosoma se compone de un filamento a lo largo del cual se encuentran granulaciones llamadas cromómetros y está envuelto en una matriz de consistencia gelatinosa compuesta por lípidos y proteínas.

En cuanto a su forma, están constituidos por dos brazos que pueden ser de longitud igual o desigual. En el punto de unión de los brazos del cromosoma, se encuentra un estrechamiento o constricción primaria que se conoce como centrómero. Además de la constricción primaria, se pueden observar constricciones secundarias. Algunos cromosomas presentan un extremo o corpúsculo pequeño que se denomina satélite o SAT.

El centrómero constituye el centro de orientación de los cromosomas para emigrar a los polos de la célula siguiendo la dirección del huso acromático.

Según la posición del centrómero, los cromosomas se clasifican en metacéntricos, submetacéntricos, acrocéntricos y telocéntricos.

Ley de la constancia numérica: Los cromosomas contienen el ADN o material hereditario de la célula y su número es constante en todas las células de todos los organismos de una misma especie, excepto en las células reproductoras, que poseen la mitad.

El conjunto de cromosomas de una especie o un individuo y su caracterización, se conoce como cariotipo.

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Pared celular:

La pared celular está presente en las células vegetales. Es una estructura rígida, gruesa y permeable formada por carbohidratos y celulosa. Las células vegetales que tienen funciones de apoyo tienen también lignina en sus paredes celulares. La lignina es una sustancia orgánica que hace impermeables a las células y las dota de gran rigidez. Los hongos, que durante mucho tiempo fueron considerados vegetales, también presentan pared celular de composición similar a la de las plantas.

La pared se forma por las secreciones de las células y su función es proteger a la membrana plasmática. En su constitución se observan tres capas:

Pared primaria: es la primera capa formada por el protoplasma y está constituida por celulosa y compuestos pépticos.

Pared secundaria: formada por celulosa, lignina, suberina, cutina y se forma por crecimiento de la célula.

Lámina media: sustancia intercelular entre paredes primarias de dos células continuas.

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Células procariotes:

Las células procariotes son típicas de bacterias y cianofíceas o algas verde azules. En ellas el ADN no está aislado del citoplasma por una envoltura nuclear. No tienen sistemas de compartimientos limitados por membranas. En estas células son frecuentes las invaginaciones de la membrana plasmática, alrededor de la cual se encuentran muchos enzimas y sobre la que se desarrollará la mayoría de los procesos metabólicos

En cuanto a su tamaño, las células procariotes son mucho más pequeñas que las eucariotes, pueden medir de un micrómetro en adelante.

En su zona central, puede distinguirse el nucleoide, formado por la condensación del ADN. El cromosoma bacteriano es una larga cadena de ADN casi 10.000 veces más larga que la bacteria y de doble filamento. Además del cromosoma pueden presentar plásmidos, que son pequeños fragmentos de ADN.

Además del citoplasma, en las bacterias encontramos una pared celular de polisacáridos (gram +), que también puede estar rodeada de lípidos y glucolípidos (gram-)

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Las bacterias pueden presentar diferentes formas: bacilos, cocos (incluye diplococos, estreptococos y estafilococos) y espirilos, además de formas intermedias como cocobacilos y vibriones

Las cianofíceas presentan además un pigmento azul (ficocianina) y realizan la fotosíntesis.

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Transporte de sustancias a través de la membrana plasmática.

Estructura de la membrana según el modelo del mosaico fluido de Singer y Nicolson

Según el modelo propuesto por Singer y Nicolson en 1972, la membrana plasmática está constituida por una doble lámina de fosfolípidos con su parte hidrófoba (cadena de ácidos grasos) dirigida hacia el interior y por proteínas. En el seno de la capa lipídica estarían distribuidas las proteínas. Algunas de ellas se extenderían hasta una o las dos superficies, de modo que podrían actuar como poros y dejar pasar las sustancias de forma activa o pasiva.

Membrana celular

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Fosfolípido

Funciones de la membrana: Conservar y mantener las condiciones internas de la célula. Regular el intercambio de sustancias entre célula y ambiente.

Propiedad selectiva de la membrana plasmática:

Es muy permeable a las moléculas pequeñas y a ciertos gases como O2 y CO2

Otras moléculas pueden tener problemas para atravesar las membranas por su tamaño, polaridad y solubilidad en los lípidos.

Otras sustancias entran por transporte activo (se mueven en contra de un gradiente de concentración) con uso de energía metabólica en forma de ATP producido por respiración.

Mecanismos de transporte celular

El transporte de sustancias permite a la célula cumplir con funciones básicas como nutrición, respiración y excreción, entre otras. Consiste en el intercambio de moléculas del exterior de la célula a su interior o en sentido contrario.

Existen dos tipos de procesos de intercambio: los mecanismos pasivos y los activos.

Mecanismos pasivos: (sin gasto de ATP) Difusión pasiva Difusión facilitada Ósmosis

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Mecanismos activos: (con gasto de ATP) Ttransporte activo Endocitosis (fagocitosis y pinocitosis) Exocitosis

Mecanismos pasivos:

Difusión pasiva: Algunas sustancias penetran libremente a través de la membrana si se encuentran más concentradas en el exterior que en el interior (a favor de un gradiente). Por ejemplo: lípidos, dióxido de carbono, oxígeno, agua, urea y numerosos iones inorgánicos.

Difusión facilitada: Es también una difusión a favor de un gradiente que, siendo pasiva, necesita la presencia de moléculas transportadoras. Estas moléculas se unen temporalmente con las moléculas a pasar. Por este mecanismo, pueden entrar moléculas hidrófilas como glucosa y aminoácidos.

Ósmosis: La ósmosis es el paso de solvente a través de una membrana semipermeable, desde un área de menor concentración de soluto, a un área de mayor concentración del mismo.

En el caso de la célula vegetal, podemos observar los cambios a través del microscopio al colocar una célula en medio hipertónico (alta concentración de soluto) o hipotónico (baja concentración de soluto) y donde se manifiestan los fenómenos de plasmólisis y turgencia respectivamente.

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En los eritrocitos o glóbulos rojos de la figura siguiente, también se pueden observar los cambios que ocurren al estar éstos en soluciones hipotónicas o hipertónicas:

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Mecanismos activos

Transporte activo:

Éste mecanismo requiere gasto de energía en forma de ATP. Es independiente del gradiente de concentración. Un ejemplo de este mecanismo es la bomba de sodio-potasio, por medio del cual los iones de sodio Na + son expulsados del medio intracelular al extracelular por medio de una proteína transportadora de la membrana y también se introducen de esta manera iones de K+ al medio intracelular.

El transporte activo es muy importante por ejemplo, para el funcionamiento de las neuronas, ya que éstas deben mantener sus membranas polarizadas para poder transmitir el impulso nervioso. También mediante transporte activo, se reabsorben ciertos componentes plasmáticos que regresan al torrente sanguíneo en el riñón, y además, también es importante el transporte activo en la absorción intestinal.

Endocitosis:

La endocitosis consiste en el paso de moléculas y partículas de gran tamaño desde el exterior hasta el interior de la célula mediante invaginaciones de la membrana plasmática. Incluye dos

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tipos de procesos: fagocitosis, que es la introducción de partículas sólidas y pinocitosis que es la introducción de sustancias líquidas o partículas más pequeñas.

Exocitosis:

La exocitosis es el proceso inverso a la endocitosis. La célula forma vacuolas que se acercan a la membrana hasta liberar las sustancias.

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Reproducción celular

Ciclo celular:

Las células pasan por un ciclo que comprende dos periodos: la interfase y la división celular. Esta última tiene lugar por mitosis o meiosis.

La mayoría de las células pasan la parte más extensa de su vida en interfase, durante la cual duplican su tamaño y el contenido cromosómico.

El ciclo celular puede ser considerado como una compleja serie de fenómenos que culminan cuando el material celular se distribuye en las células hijas.

La división celular puede considerarse como la separación final de las unidades moleculares y estructurales previamente duplicadas.

Cuando una célula se divide en dos, uno ambos productos de la división pueden volver a dividirse, estableciéndose de esta forma un ciclo de división celular, el período entre dos mitosis consecutivas, se denomina interfase. El estado normal de una célula es con los cromosomas en estado de un cromatidio, es decir en estado de una doble hélice de ADN. Indudablemente para que una estructura pueda dividirse en dos exactamente iguales, esta estructura ha de estar duplicada, es decir todos sus componente repetidos y separados en estructuras diferenciadas. El cromosoma antes de dividirse debe pasar a un estado en el que posea dos cromatidios.

En la interfase del ciclo de división celular podemos distinguir tres períodos:

G1.- Es un estadío que se caracteriza por ser genéticamente activo, el ADN se transcribe y se traduce, dando lugar a proteínas necesarias para la vida celular y sintetizando las enzimas y la maquinaria necesaria para la síntesis del ADN.

Fase S.- Es la fase en la cual se duplica por entero el material hereditarios, el cromosoma pasa de tener un cromatidio a tener dos, cada uno de ellos compuesto por una doble hélice de ADN

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producto de la duplicación de la original, como la replicación del ADN es semiconservativa, las dos dobles hélices hijas serán exactamente iguales, y por tanto los cromatidios hermanos, genéticamente idénticos.

G2.- Durante este período se ultima la preparación de todos los componentes de la división celular, al final de esta fase, se produce una señal que dispara todo el proceso de la división celular.

La división celular se compone de dos partes, la división del núcleo (cariocinesis, o mitosis) y la del citoplasma (citocinesis). La división del núcleo es exacta, se reparte equitativamente el material hereditario, mientras que la citocinesis puede no serlo, es decir el reparto de orgánulos citoplásmicos y el tamaño de las dos células puede no ser equitativo ni igual.

Durante la mitosis el ADN va a estar totalmente empaquetado y supernrollado, inaccesible a polimerasas y transcriptasas, es por ello que toda la actividad funcional del ADN ha de realizarse en la interfase previa a la cariocinesis.

Al final de la mitosis, la célula entra en interfase, si esa célula ya no se va a dividir más, entra en lo que se denomina período G0, si por el contrario esa célula va a volver a dividirse entra de nuevo en el período G1 previo a la síntesis del ADN, e iniciándose un nuevo ciclo de división celular.

Existen dos tipos de reproducción celular: la mitosis y la meiosis.

La mitosis:

Es un proceso mediante el cual, a partir de una célula original, se forman dos células hijas con el mismo número de cromosomas. Es decir, que a partir de una célula diploide, se obtienen dos células también diploides.

La meiosis:

Es un proceso mediante el cual, a partir de una célula original diploide, se forman cuatro células hijas haploides, es decir, que tendrán la mitad del número de cromosomas que la célula original. De ésta forma se originan células reproductivas conocidas como gametos (gametogénesis). La importancia de la meiosis es que permite conservar constante el número de cromosomas de la especie.

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En la figura podemos observar un esquema de ambos tipos de división: la mitosis y la meiosis.

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Diferencias entre mitosis y meiosis

Mitosis Meiosis

Al final del proceso se producen dos células hijas.

Las células resultantes son diploides

Ocurre en las células somáticas y durante toda la vida del individuo.

Consta de cuatro etapas: profase, metafase, anafase y telofase.

Al final del proceso se producen cuatro células hijas

Las células resultantes son haploides.

Ocurre en células reproductivas y sólo cuando el individuo se encuentra maduro y apto para reproducirse.

Ocurre en un mayor número de etapas: profase I, metafase I, anafase I, telofase I y profase II, metafase II, anafase II y telofase II.

Referencias:

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Irausquín, Yaditzha (2000) Ciencias biológicas 9. Editorial Actualidad. Caracas. Venezuela.

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