Biologa Celular

Unidad 3. Dominio Eukarya

Ingeniera en:

Biotecnologa

Programa de la asignatura:

Biologa Celular

Clave:

200920415

ESAD

Biologa Celular

Unidad 3. Dominio Eukarya

Unidad 3. Dominio Eukarya

Presentacin de la unidad

Como resultado de un largo y complejo proceso, la seleccin natural tom a una pequea

y sencilla clula procarionte, una bacteria tal vez, y la condujo por el sendero de la

evolucin ganando experiencia a cada paso, aprendi nuevas rutas metablicas, de

repente ya era capaz de vivir en ambientes nuevos, diferentes a su lecho original, su

cuerpo se modific, desarroll nuevas estructuras (conocidas ahora como organelos) o

form alianzas estratgicas con otras bacterias que le permitieron dominar nuevos

procesos, se hizo ms grande y ms fuerte, antes contaba con unos cuantos genes en su

genoma, ahora su acervo gentico se conformaba por una enorme biblioteca de genes

con la informacin para crear protenas poderosas que le permitieron diferenciarse,

especializarse y agregarse con otras clulas parecidas a ella, con esto descubri que la

unin hace la fuerza.

Esta nueva clula grande y poderosa se convirti en la consentida de la evolucin, que

como a su hija prdiga la tom como modelo, como materia prima, como los ladrillos de

una construccin con los cuales a partir de un proceso evolutivo de especiacin se

construyeron diversas formas de vida, conocidas como especies, esta clula descubri

que su fortaleza resida en el trabajo en equipo, en la divisin de las tareas, en la

coordinacin, sin darse cuenta haba dejado atrs su primitiva condicin procarionte

dando paso a una nueva era, la era de la clula eucarionte, que con su estructura y

metabolismo mejorados fue capaz de diversificarse abriendo los horizontes de la vida y de

la especiacin permitiendo la aparicin de miles de organismos nuevos organismos

pluricelulares (algunos unicelulares tambin) que conquistaron nuevos ambientes

continuando su camino por la evolucin conformando el dominio Eukarya, conformado por

los reinos: Protista, Fungi, Plantae y Animalia.

En esta unidad podrs conocer la anatoma y funcionamiento de una clula eucarionte,

as como los procesos evolutivos que condujeron a su desarrollo.

Propsitos

Que conozcas y comprendas las principales caractersticas a nivel metablico, estructural

y evolutivo de una clula eucarionte y seas capaz de establecer diferencias entre sta y

una clula procarionte.

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3.1. Caractersticas estructurales

La forma de una estructura anatmica, est relacionada cercanamente con la funcin,

est relacin estructura-funcin es vital para que una clula pueda llevar a cabo sus

procesos metablicos de la manera ms eficiente y coordinada, en la primera unidad

abordamos los conceptos bsicos sobre la anatoma de la clula eucarionte, conocimos

las principales caractersticas de los organelos as como su funcin, ahora tendremos la

oportunidad de integrar la informacin analizando la relacin de estructura-funcin para

comprender mejor algunos procesos metablicos de la clula eucarionte.

3.1.1. Estructura celular

Imagina que le encargan a un ingeniero civil la construccin de una mega torre con

muchos pisos, cada uno destinado a albergar ocupantes diferentes como centros

comerciales, restaurantes, oficinas diversas, salas de cine, jardines, en fin. Para que este

mega edificio sea funcional debe ser pensado a conciencia desde el principio, planear la

ubicacin de los puntos de acceso, escaleras, elevadores, servicios, salidas de

emergencia, sistemas de iluminacin como ventanas e iluminacin elctrica y las vas de

comunicacin como el telfono, radio, internet, TV, correos, pero sobre todo se debe

pensar en la forma de construir los cimientos, muros de carga, pilares, en fin. El xito y

durabilidad del edificio depende de su esqueleto, de su estructura.

Igual pasa con la clula eucarionte, para que esta sepa que hacer y donde est (con

relacin a las otras clulas que la rodean) necesita tener estos dos sistemas a punto:

cimientos y estructura firmes y resistentes que le permitan interactuar con su medio y sus

vecinas as como un sistema de comunicacin rpido y eficaz que le permita responder a

sus necesidades, iniciaremos con el estudio de los pilares, trabes, muros y lozas de esta

construccin llamada clula eucarionte.

Para poder construir las columnas es necesario contar con varillas, el constructor debe

emplear varillas diferentes de acuerdo a lo que va a construir, unas varillas gruesas y

resistentes para el alma de las columnas, otras varillas ms delgadas para los castillos y

trabes y otras para colar las lozas. En la construccin de la clula tambin se emplean

tres tipos de varillas: microtbulos, microfilamentos y filamentos intermedios, estas tres

estructuras conforman en citoesqueleto de la clula.

El primer paso en la construccin de un edificio es la cimentacin, los cimientos le

proporcionan a todo el edificio una superficie de contacto estable y dinmica con el suelo,

visto desde otro ngulo, los cimientos son el punto de comunicacin entre el suelo y el

edificio, los cimientos le permiten a un edificio amortiguar los movimientos terrestres y

responder a ellos de una manera uniforme y controlada sin colapsarse. Buenos cimientos

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son sinnimo de buen edificio, la clula, como toda construccin, tambin tiene cimientos

que la mantienen unida a su suelo, conocido como matriz extracelular y adems le

permite mantener comunicacin con las clulas que la rodean. Para estudiar la estructura

celular lo lgico sera iniciar pos sus cimientos, sin embargo, para comprender mejor la

relacin estructura funcin estudiaremos primero la estructura, y despus sus cimientos.

Imagen de la cimentacin de una

construccin, se pueden apreciar los

diferentes tipos de varillas destinadas a

formar parte de los cimientos y de los

castillo que darn sostn, estabilidad y

dinamismo a la construccin.

http://imageshack.us/photo/my-

images/261/s6301433gx6.jpg/sr=1

Es fcil identificar el esqueleto de un edificio, las columnas, trabes, pisos, techos y muros

de carga resultan evidentes a simple vista, y sabemos que todas estas estructuras estn

compuestas principalmente por varillas de acero fuerte y resistente, pero tambin flexible.

Del mismo modo, la forma y estructura de una clula est dada por el citoesqueleto, el

cual consiste en una serie de varillas moleculares responsables del sostn, la forma y

funcionamiento de la clula. A continuacin se te presenta un esquema que ejemplifica los

componentes del citoesqueleto, as como de la funcin que cumplen dentro de la clula.

Esquema de la disposicin del

citoesqueleto en una clula eucarionte,

Se pueden apreciar los componentes

del citoesqueleto y su interaccin entre

ellos, as como con el ncleo, retculo

endoplsmico, y otros organelos.

Tomado de: www.nature.com/reviews/molcellbio.

http://imageshack.us/photo/my-images/261/s6301433gx6.jpg/sr=1http://imageshack.us/photo/my-images/261/s6301433gx6.jpg/sr=1http://www.nature.com/reviews/molcellbio

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Componentes del citoesqueleto de una clula eucarionte Estructura Nombre Funcin

Protenas de la

membrana

nuclear externa

Protenas de membrana ubicadas en la parte externa del

ncleo, interactan con las protenas de la membrana

nuclear interna y sirve como punto de anclaje entre el

ncleo y los microtbulos, microfilamentos y filamentos

intermedios.

Protenas de la

membrana

nuclear interna

Protenas de membrana ubicadas en la parte interna de la

membrana nuclear, su funcin es interactuar con las

protenas de la membrana nuclear externa para llevar al

interior del ncleo los mensajes provenientes del exterior

que son transportados por el citoesqueleto

Protenas de

andamiaje tipo

Plaquina

Su funcin es interconectar diferentes elementos del

citoesqueleto, como si fuera un punto de soldadura

molecular.

Nesprina Protena de andamiaje que interconecta a las protenas de

la membrana nuclear con elementos del citoesqueleto,

como filamentos intermedios entre otros

Placas de anclaje

de filamentos

intermedios

Estructuras proteicas que sirven como punto de anclaje

para los filamentos intermedios, proporcionan puntos de

apoyo al citoesqueleto

Placas de anclaje

de actina

Estructuras proteicas que sirven como punto de anclaje

para los filamentos de actina, proporcionan puntos de

apoyo al citoesqueleto

Ribosoma Estructura celular encargada de la sntesis de protenas, se

encuentra por lo general asociada a la membrana del

retculo endoplsmico rugoso

Microfilamento Varilla molecular componente del citoesqueleto, forma parte de la estructura de sostn y transporte global de la

clula, est compuesto por una protena estructural

conocida como actina.

Filamento

intermedio

Varilla molcula de dimetro superior al microfilamento, al

ser ms gruesa proporciona soporte y resistencia contra la

tensin a la que se somete a la membrana celular, est

compuesto por actina

Microtbulo Es la varilla molecular ms gruesa y resistente del

citoesqueleto, Su principal funcin es la de mantener la

forma de la clula

Integrinas Protenas que fungen como parte de la cimentacin celular,

sirven como base para las placas de anclaje de filamentos

intermedios y microtbulos y a su vez mantienen adherida

a la clula con su base como un cimiento molecular.

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Lminas Protenas en forma de lmina ubicadas en la cara interna

de la membrana nuclear, su funcin es dar estabilidad y

forma a la membrana nuclear

Uniones

adherentes

Protenas de membrana cuya funcin es mantener unidas

lateralmente a dos clulas, sirven como punto de anclaje

para los Microfilamentos de actina. Como si fuera una

especie de grapa molecular que mantiene unidas a dos

clulas

Desmosomas Otro tipo de grapa molecular, su funcin es mantener

unidas a dos clulas y servir como punto de anclaje para

los filamentos intermedios de actina

Hemidesmosomas Al igual que los desmosomas, sirven como punto de anclaje

para los filamentos intermedios, adems mantienen a la

clula adherida a su base, fungiendo como los cimientos de

un edificio

Adhesiones focales

Es otro tipo de cimiento celular similar al hemidesmosoma,

manteniendo a la clula adherida a su base, tambin sirve

como punto de anclaje para los microfilamentos.

3.1.2. Estructura del genoma

Una biblioteca es un espacio destinado al almacn de libros (principalmente) para que

estos sean consultados en el momento que se requieran, para que su consulta sea fcil y

sobre todo gil, los libros deben ser ordenados de acuerdo a ciertos criterios, puede ser

por su ttulo, por el tema que tocan, por el autor que los escribi, entre otros, as, si

queremos consultar un libro en particular, y si conocemos el criterio por el cual estn

organizados los libros, fcilmente podemos identificar la ubicacin del libro y acceder a l.

El genoma es una biblioteca de genes, como ya sabes un gen contiene las instrucciones

para sintetizar una protena. La clula cuenta con un criterio de organizacin de sus genes

basados en etiquetas ubicadas al inicio de cada gen, as, si la clula requiere un gen en

particular, simplemente busca la etiqueta correcta y puede acceder al gen que necesita.

Por ejemplo, imagina que te acabas de comer un caramelo, los caramelos estn hechos

de azcar. Tu sistema digestivo transportar la glucosa hacia la sangre para que esta, a

su vez, la transporte hacia cada clula de tu cuerpo para ser transformada en energa,

para que este azcar pueda entrar a la clula necesita de una protena que le ayude a

ingresar, la insulina, entonces, cuando el sistema digestivo est digiriendo el azcar se

manda una seal, un mensaje a las clulas que les indica que deben producir insulina

para poder ingresar el azcar, una vez recibido este mensaje, la clula busca en el

genoma el gen de la insulina y la fabrica.

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Los genes estn ubicados en el DNA, son secuencias que contienen las instrucciones

para hacer una protena. Luego entonces, el genoma es la totalidad de los genes que

tiene una especie y est incluido en el DNA. Los seres humanos por ejemplo, tenemos

entre 25000 y 30000 genes que componen nuestro genoma, y estn almacenados en el

DNA que compone a nuestros cromosomas, nuestra especie contiene 23 pares de

cromosomas, un par heredado de nuestro padre y el otro de nuestra madre, por lo tanto

tenemos 2 copias de cada gen, uno de pap y otro de mam. Uno de esos 23 pares de

cromosomas se conoce como par sexual, en las mujeres est compuesto por dos

cromosomas X igualmente heredados de cada uno de nuestros padres, mientras que en

los hombres el par sexual se compone de un cromosoma X heredado de la madre y un

cromosoma Y heredado del padre.

Si pudiramos extender un cromosoma como si extendiramos una hebra de hilo, nos

daramos cuenta de que mide alrededor de un metro, entonces tenemos 46 hebras de

DNA que miden aproximadamente de un metro cada una y todas deben caber dentro del

ncleo que es una organelo extremadamente pequeo. Es como si quisieras introducir 46

carretes de hilo dentro de una cpsula de medicamento, para nosotros puede representar

una tarea imposible, sin embargo, la clula eucarionte cuenta con una increble sistema

de empaquetamiento de DNA que permite que todo el genoma quepa dentro del ncleo.

La clave est en el sper enrollamiento y consta de 6 estados.

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Esquema de los estados de sper enrollamiento del DNA en clulas eucariontes

1) El primer estado es la doble cadena de DNA de

doble hlice, cuyo dimetro es de 2nm.

2) El DNA comienza a empaquetarse asocindose

a unas protenas llamadas histonas, las

histonas son parecidas a un yoyo, o un carrete

sobre el cual se enrollan dos vueltas de DNA, a

la asociacin de DNA mas histonas se le

conoce como cromatina, la cromatina (DNA +

histonas) parece un rosario donde cada cuanta

del rosario es una histona y mide 11 nm.

3) El sper enrollamiento contina torciendo a la

cromatina para forzar su empaquetamiento,

formando una estructura conocida como

solenoide, a cada vuelta corresponden 3

histonas haciendo una estructura ms

compacta y gruesa de 30 nm.

4) La cromatina en forma de solenoide se arregla

formando bucles o lazos. Esta estructura tiene

un dimetro de 300 nm.

5) Los bucles continan sper enrollndose para

formar una hebra de 700 nm, ms gruesa y

compacta

6) Finalmente, esta estructura de 700 nm sufre

una condensacin final para formar el

cromosoma que mide 1400 nm, que es la

estructura de mxima condensacin del DNA.

Solo de esta forma es posible introducir 46

carretes de hilo dentro de una cpsula de

medicina.

Imagen extrada y modificada de Alberts, 2002.

Es importante mencionar que no todos los organismos eucariontes tenemos la misma

cantidad de DNA, por ejemplo, el perro tiene 78 cromosomas, el caballo 64, el maz tiene

20, por mencionar algunos, sin embargo, a pesar de estas diferencias en la cantidad de

cromosomas, todas las especies eucariontes empaquetan sus cromosomas de esta

forma, es un proceso altamente conservado por la evolucin gracias a su alta eficacia.

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3.1.3. Estructura extracelular

En este apartado, al hablar de estructura extracelular nos referiremos a las interacciones

que tiene la clula con su exterior, en concreto, estudiaremos a la matriz extracelular, que

corresponde al suelo de las clulas, la estructura donde se construyen los cimientos de

nuestro edificio.

La matriz extracelular es todo aquello que rodea a la clula, su ambiente externo, que

comprende el espacio entre las clulas y las sustancias que las rodean, en buena medida

la matriz extracelular contribuye a darle ciertas caractersticas anatmicas y fisiolgicas a

un tejido en particular, por ejemplo el cartlago, la piel, el hueso, la sangre tienen matriz

extracelular, estn compuestas por los mismos elementos, la diferencia es la proporcin.

La matriz est conformada por un conjunto de protenas que forman fibras (fibrilares)

entrelazadas, esta asociacin de protenas, minerales y en conjunto con los

glucosaminoglucanos (GAGs) que retienen agua, y minerales principalmente forman un

gel. Que determina las propiedades de cada tejido.

Los GAGs estn formados por largas cadenas de polisacridos (un polisacrido es una

cadena de azucares) que por los elementos qumicos que los forman tienen carga

negativa, esta carga les permite unirse de manera covalente a protenas, formado

macromolculas llamadas proteoglucanos, el GAG que se encuentra presente en mayor

cantidad en la matriz extracelular es el cido hialurnico. Los proteoglucanos, gracias a su

capacidad de hidratarse y formar geles, son capaces de expandirse ocupando un volumen

considerable dentro de la matriz. Otra caracterstica de los proteoglucanos es que tambin

pueden agregarse para formar molculas an ms grandes, a estas molculas se les

conoce como agrecanos. Estos agrecanos pueden interactuar con molculas como el

cido hialurnico para formar agregados altamente hidroflicos.

Representacin del cido hialurnico, uno

de los principales GAGs que componen a

la matriz extracelular, se puede apreciar el

tipo de azcares que componen a este

polisacrido. Alberts 2002.

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Imagen de un agregado de agrecanos, en

esta estructura parecida a un escobilln, las

cerdas corresponden a molculas de

agrecano, al ampliar la imagen (b) puede

observarse que los agrecanos est unidos a

una protena central formando una molcula

tambin parecida a un escobilln donde las

cerdas estn formadas ya sea por

condroitn sulfato o queratn sulfato

(GAGs), estos escobillones se agregan a

una cadena de cido hialurnico y se

mantienen anclados por medio de protenas

de unin. Formando un escobilln ms

grande que es un agregado de agrecanos.

Alberts 2002.

Para su estudio, las protenas fibrilares pueden dividirse en dos grupos, aquellas con

funcin estructural como el colgeno y la elastina y las adhesivas como la fibronectina y la

laminina.

Colgeno: Son protenas fibrilares alargadas semejantes a una trenza, estn formadas

por tres hebras llamadas cadenas alfa que se polimerizan entre s formando largas

cadenas y estas a su vez se entrelazan formado un red extremadamente ordenada.

Diagrama de la sntesis de

colgeno. Alberts 2002

Elastina: Son protenas que tienden a formar extensas redes fibrilares y laminares, estas

fibras estn unidas entre si por puentes cruzados, su principal caracterstica es la de

estirarse, de manera semejante a como lo hace una liga, esta molcula es la responsable