Unidad 6. La célula, unidad estructural y funcional.

ÍNDICE

1. La célula 1. Descubrimiento de la célula

2. Teoría celular

2. Morfología celular 1. Forma y tamaño

2. Relación forma/tamaño

3. Estructura de la célula 1. Célula procariota

2. Célula eucariota

4. Origen de la célula eucariota: Teoría de la endosimbiosis

1. La célula y la teoría celular

1.1. Descubrimiento de la célula • Robert Hooke (1665): Acuñó el nombre de célula (Cella), al observar en un microscopio

construido por el mismo láminas de corcho (paredes de celulosa residuales de células vegetales muertas)

• Anthony van Leeuwenhoek: Observó células vivas“animalculos” (protozoos), espermatozoides, glóbulos rojos, levaduras e incluso bacterias (primer microbiólogo).

• Siglo XVIII: No avanza el estudio de la célula porque no se mejoran las lentes de aumento.

• Siglo XIX: Mejoran las técnicas microscópicas y por tanto el estudio de las células.

– Robert Brown (1831): Descubre el núcleo.

– Theodor Schwann (1839): Establece un paralelismo entre células vegetales y animales. También estudia el funcionamiento interno que denominó metabolismo celular.

1.2. Teoría celular • Schleiden y Schwann (1839): Enuncian la teoría celular:

– La célula es la unidad morfológica de los seres vivos: Todos los seres vivos están constituidos por una o más células.

– La célula es la unidad fisiológica de los seres vivos: Es capaz de realizar todos los procesos metabólicos para permanecer con vida

• Rudolf Virchow (1855): enuncia el tercer principio: • Toda célula procede de otra célula, por division (Omnis cellula ex cellula): Las células solo

pueden surgir de otras preexistentes.

• Descubrimientos posteriores: – Purkinge (1839): Citoplasma y carioplasma

– Remak, Strarburger y Flemming: División celular – Mitosis.

– Waldeyer (1890): Cromosomas

– Ramón y Cajal (1889): Tejido nervioso está constituido por células independientes y no por fibras soldadas (individualidad de neuronas)

– Sutton y Boveri (1902): la información biológica reside en los cromosomas

– S. XX. Perfeccionamiento de microscopios electrónicos: Observación y descripción de la estructura interna de todos los orgánulos celulares

• Todos estos descubrimientos más los conocimientos actuales de genética añaden un cuarto principio a la teoría celular: • La célula es la unidad genética autónoma de los seres vivos: Contiene la información para la

síntesis de su estructura y el control de sus funciones, y es capaz de trasmitirla a sus descendientes

“La célula es la unidad morfológica, fisiológica, genética y de origen de los seres vivos”

2. Morfología celular • La célula es la estructura más simple capaz de realizar las tres funciones

vitales, por sí misma. Podemos decir que es la unidad mínima dotada de vida.

• Las células están compuestas por tres elementos básicos: Membrana plasmática, citoplasma y material genético.

• Virus: Son estructuras acelulares. Pertenecen al nivel macromolecular.

2.1. Forma y tamaño de las células: – Variable en función de su grado de especialización (alargadas, prismáticas,

redondeadas, estrelladas,elípticas…)

– Tamaño oscila:0,1 μm de micoplasmas , las bacterias entre 5-10 μm, células humanas entre 5 -20 μm hasta células de gran tamaño como el ovocito de avestruz o de gran longitud como las prolongaciones axonales de neuronas (20 m en cetáceos).

– La célula no es una simple masa de materia viviente sino el resultado de un proceso de diferenciación que a través de la evolución ha conducido a una organización que ha ido adquiriendo complejidad.

2.2. Relación tamaño/forma de las células. • Capacidad de captación de nutrientes: La entrada de nutrientes a la célula

tiene lugar a través de su superficie y de ahí difunden a todo el medio interno de la célula.

– Al aumentar el tamaño de una célula esférica, proporcionalmente aumenta mucho más su volumen que su superficie (disminuye superficie/volumen)

– Células grandes: Relación superficie/volumen baja – menor superficie de intercambio con el medio: problema para la supervivencia de la célula.

– Células pequeñas: Relación superficie /volumen alta – más superficie de intercambio y menor distancia que recorren los nutrientes en el interior.

– La mayoría de células maduras presentan formas aplanadas, prismáticas o irregulares.

– Dentro de una misma estirpe celular un mayor tamaño y menor relación superficie /volumen, indica que esa célula se encuentra cerca de su división.

• Capacidad funcional del núcleo: Si una célula aumenta de tamaño implica un mayor número de reacciones metabólicas, que necesitan más enzimas. Este aumento de proteínas, codificadas por genes del núcleo, harían que este fuera incapaz de controlar su producción.

• Grado de madurez: también se aprecia por la condensación de cromatina del núcleo

3. La estructura celular • Todos los tipos celulares que conocemos se encuadran dentro de uno de estos dos

grupos de células, procariotas o eucariotas, diferentes en función de su grado de complejidad y organización, aunque poseen en común una membrana plasmática que las aísla del medio externo, un sistema genético director del funcionamiento celular formado por uno o varios cromosomas y un citoplasma en el que diferenciamos el citosol o medio interno líquido y los orgánulos celulares. También cabría hablar de la existencia de un sistema metabólico encargado del funcionamiento de la célula.

• Los virus junto con otras formas acelulares, como los priones o los plásmidos, quedan fuera de esta clasificación y serán objeto de estudio en un tema específico.

3.1. Estructura de la célula procariota

• Son de menor tamaño (0,5 – 10 μm) y complejidad organizativa que las eucariotas.

• Las principales características en cuanto a su estructura son: – Membrana plasmática: Estructura similar a la membrana de la célula eucariota. Doble capa

lipídica, sin colesterol y con proteínas enzimáticas responsables del metabolismo celular y de la duplicación del ADN.

– Pared bacteriana: Es una estructura gruesa y rígida. Se encuentra rodeando a la membrana plasmática y está constituida por péptidoglucanos (polímeros de N-acetilglucosamina y ácido N-acetilmurámico) que también se denomina capa de mureína. Según la estructura de la pared se diferencian bacterias Gram + y Gram –

– Cápsula: Se encuentra rodeando a la pared y principalmente aparece en bacterias patógenas.

– Citoplasma: carecen de orgánulos membranosos. Presentan ribosomas de menor tamaño que los eucariotas y algunas pueden presentar clorosomas con pigmentos fotosíntéticos, carboxisomas con enzimas que les permiten incorporar CO2 e inclusiones de reserva y de residuos metabólicos, y también vesículas gaseosas.

– Material genético: El ADN es doble hélice, circular o enrollado, bicatenario, asociado a proteínas similares a histonas y organizado en una región llamada nucleoide, carente de membrana nuclear. Pueden presentar pequeños fragmento de ADN circular denominados plásmidos.

– Los flagelos, cuando se presentan, son estructuralmente más sencillos que los eucariotas. Algunas poseen pili para la conjugación bacteriana o fimbrias para la fijación.

3.2. Célula eucariota: Célula animal

• Estructura de la célula eucariota • Son generalmente de mayor tamaño (10-100 micras) y más complejas en

su estructura y funcionamiento que las procariotas.

• Membrana plasmática: La membrana separa el citoplasma del medio externo. Su naturaleza es lipoproteica.

• Sistema endomembranoso: Conjunto de estructuras membranosas comunicadas y vesículas derivadas de ellas. Son el retículo endoplasmático, aparato de Golgi, vacuolas y lisosomas.

• Estructuras carentes de membrana: Ribosomas, centtrosomas y citoesqueleto , que está formado por microfilamentos de actina y miosina, microtúbulos de tubulina y filamentos intermedios de diferente composición química.

• Orgánulos energéticos: Mitocondrias y cloroplastos, relacionados con la producción de energía. Están envueltos por doble membrana.

• Núcleo: Su aspecto varía según la célula esté en interfase o en división. Durante la interfase el núcleo posee membrana nuclear, doble, atravesada por poros, que lo separa del citoplasma y en su interior se localiza el ADN en forma de cromatina .También encontramos el nucléolo y el nucleoplasma o jugo nuclear.

3.2. Célula eucariota: Célula vegetal

• Diferencias entre las células vegetales y animales

• En ambas encontramos los mismos orgánulos característicos de todas las células eucariotas aunque con ciertas diferencias: – La célula vegetal suele tener forma prismática o poligonal,

– La vegetal está adaptada a la nutrición autótrofa fotosintética, posee plastos, pared celular y carecen de centrosoma, de cilios y de flagelos.

– La célula animal presenta formas más variadas, está adaptada a la nutrición heterótrofa, posee centriolos pero carece de plastos y pared celulósica, pudiendo presentar cilios y flagelos.

4. Origen de la célula eucariota

• Hipótesis endosimbionte (Lynn Margulis).

– Describe la aparición de las células eucariotas (1500 m.a.) como consecuencia de la sucesiva incorporación simbiogenética de diferentes procariotas de vida libre que originarían las células de los cuatro reinos restantes.

– Los elementos procarióticos podrían haber penetrado en una célula hospedante, posiblemente como una presa ingerida o como un parásito. Durante ese tiempo, los elementos y el hospedante pudieron desarrollar una interacción mutua benéfica que se convirtió más tarde en una obligatoria simbiosis. Así, el precursor procariota perdió su pared, aumentando de tamaño y en diferentes momentos iría incorporando bacterias. Por simbiosis con bacterias aerobias se originarían las mitocondrias, mientras que su asociación con cianofíceas pudo originar los cloroplastos.

– Se fundamenta esta hipótesis en la autonomía de cloroplastos y mitocondrias, en su tamaño similar a bacterias, su contenido en ADN y ARN, la presencia en ellos de ribosomas 70 S, etc. Sin embargo, ni peroxisomas ni flagelos/cilios tienen material genético propio lo que cuestiona algunos aspectos de dicha teoría.