Fisiologia Celular 1: Tª Celular. Tipos Celulares

Fisiologia Celular 1: Tª Celular. Tipos Celulares

2.- Organización y Fisiología celular
2.1.- Teoría celular.
Las células se descubrieron en el siglo XVII. El primero en observarlas fue el
inglés Robert Hooke, en 1665. Con un microscopio muy rudimentario, Hooke examinó
una preparación de corcho y descubrió que parecía estar compuesto por pequeñas
celdillas rodeadas de paredes rígidas. Decidió llamar "células" a aquellas estructuras,
pero lo cierto es que sus ojos le engañaron. En realidad, sólo había visto las paredes
celulares muertas del corcho. Hubo que esperar hasta el siglo XIX para que dos
científicos, Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann, formularan una teoría que
explicara la estructura y funcionamiento de las células. En 1839, establecieron que todo
ser vivo está formado por una o muchas células, que ésta es la estructura más pequeña
que cumple todas las funciones vitales, y que toda célula procede a su vez de otra célula
que se ha dividido.
La Teoría celular postula que la célula es la unidad fundamental de los seres
vivos, desde los más sencillos (microorganismos) hasta los organismos superiores más
complejos (animales y vegetales), tanto en lo que se refiere a su estructura como a su
función.
Actualmente, la teoría celular se resume en los siguientes puntos:
• Todos los organismos vivos están compuestos por células.
• La célula es la unidad estructural y fisiológica de los seres vivos.
• Las células constituyen las unidades básicas de la reproducción: cada célula
procede de la división de otras células preexistentes, siendo idéntica a éstas
genética, estructural y funcionalmente.
• La célula es la unidad de vida independiente más elemental.
2.2.- Célula Procariótica y eucariótica. Diversidad celular.
La célula es la unidad estructural y funcional básica de los seres vivos. Sin
embargo, a pesar de compartir una serie de características esenciales en cuanto a
estructura y función, no todas las células presentan el mismo nivel de complejidad,
pudiéndose distinguir, dos modelos diferentes de organización celular: células
procariotas y células eucariotas.
Todas las células tienen unos componentes esenciales comunes:
• Presentan una membrana plasmática que las aísla del medio que las rodea y
constituye la principal “barrera selectiva” para el intercambio desustancias
con el exterior.
• El interior celular o citoplasma contiene una serie de elementos
imprescindibles para el correcto funcionamiento de la célula.
• Todas las células poseen información genética en unas macromoléculas
esenciales (ADN y ARN), así como ribosomas implicados en la síntesis de
proteínas.
2.2.1.- Estructura de la célula procariota.
Las células procariotas son estructuralmente más simples que las células
eucariotas y se sitúan en la base evolutiva de los seres vivos. La estructura procariota es
característica y exclusiva de las bacterias (reino monera).
La mayoría de las células procariotas son de pequeño tamaño, desde menos de
una micra hasta unas pocas micras, igual al tamaño de algunos orgánulos de las células
eucariotas.
Básicamente, una célula procariota presenta la siguiente estructura:
Una membrana plasmática, carente de esteroles, que delimita el citoplasma celular. En
ocasiones, esta membrana puede invaginarse, fundamentalmente en la zona media de la
célula, donde forma estructuras características conocidas como mesosoma. En los
mesosomas se localizan enzimas implicados en la división celular, en proceso
respiratorio y si la bacteria es fotosintética enzimas relacionados con la fotosíntesis.
Rodeando a la membrana existe una pared celular rígida responsable de la forma de la
célula. La composición y estructura de la pared varía entre los principales grupos
bacterianos, aunque está presente en todos ellos, excepto en los micoplasmas. El
peptidoglicano o mureína, un componente común a todas las paredes celulares de las
eubacterias, está formado por cadenas polisacáridas de dos glúcidos unidos por enlaces
beta, que pueden ser rotos por lisozyma (enzima bactericida presente en mocos ,
lágrimas,…)
La pared celular cumple las siguientes funciones:
-. Mantiene la forma de la célula y previene la lisis osmótica.
-. Posee componentes con capacidad antigénica.
-. Regula el intercambio con el exterior.
El citoplasma está formado por una matriz gelatinosa, el protoplasma, con un alto
contenido en agua y de aspecto granuloso, que contiene proteínas y enzimas y alberga
ribosomas 70S y diversas inclusiones rodeadas o no de membranas (fundamentalmente
de reserva de C, N, P, etc)
La zona del nucleoide, situada en el centro de la célula y no separada del resto del
citoplasma por membrana alguna (por ello no se considera un núcleo verdadero), que
contiene el material genético en forma de ADN, densamente empaquetado.
El nucleoide, de aspecto fibrilar, alberga un cromosoma principal, constituido
por una molécula de ADN circular bicatenario, y plásmidos, compuestos igualmente
por una doble hélice de ADN circular, que portan información adicional, como la
resistencia a antibióticos, el mecanismo de degradación de sustancias difícilmente
biodegradables o la capacidad de unirse a otras bacterias a través de pelos conjugativos.
Algunas bacterias contienen además otros elementos, cuya presencia o no varía de unos
grupos a otros:
-. Flagelos: apéndices externos implicados en el movimiento, ya que constituyen los
órganos de locomoción, cuyo número y disposición varía de unas bacterias a otras. La
estructura del flagelo procariota está formado por:
a) un filamento rígido y curvado, constituido por la proteina globular
flagelina.
b) un codo o gancho que une el filamento a la superficie de la célula.
c) una estructura basal compuesta por una serie de anillos.
-. Pelos y Fimbrias: apéndices rígidos que participan en el intercambio de información
genética (conjugación) o en la adhesión al hospedador.
-. Cápsulas y capas mucosas: envolturas de naturaleza mucosa externas a la pared
celular, compuestas por polisacáridos y, en ocasiones, por proteínas.
Estas envueltas poseen varias funciones:
-. Protegen a la bacteria de factores tóxicos y de la fagocitosis.
-. Evitan la desecación, ya que retienen gran cantidad de agua.
-. Permiten la adherencia a superficies. Esta capacidad es importante en las
bacterias de vida libre que viven sobre distintas superficies, ya que permiten la fijación
del microorganismo a las células del tejido hospedador.
-. Sistemas internos de membrana: aunque escasos entre las bacterias, algunas, como
muchas bacterias autótrofas, presentan sistemas internos de membrana, conectados o no
con la membrana celular, y asociados en general con determinados procesos
metabólicos.
2.2.2.- Estructura de la célula eucariota.
Excepto las bacterias, el resto de los seres vivos, presentan una organización
celular eucariota.
La estructura de una célula eucariota tipo consta de los siguientes elementos:
La membrana plasmática, que constituye el límite externo de la célula y cuya función
primordial consiste en regular el transporte e intercambio de sustancias con el medio
exterior.
En ocasiones, rodeando a dicha membrana, existe una pared celular rígida,
fundamentalmente de celulosa en las células vegetales y de quitina en el caso de algunos
hongos.
El citoplasma celular contiene los orgánulos celulares y está ocupado por un entramado
de filamentos proteicos que compone el esqueleto celular o citoesqueleto, implicado
también en la formación de cilios y flagelos, los movimientos intracelulares y la
división celular.
Los ribosomas presentan un coeficiente de sedimentación de 80S, mayor que en las
células procariotas, y su función, al igual que en estas, consiste en la síntesis de
proteínas.
Mitocondrias y cloroplastos, orgánulos relacionados con la obtención de energía
mediante los procesos de respiración y fotosíntesis, respectivamente. Ambos orgánulos
están rodeados por una membrana doble, si bien los cloroplastos son exclusivos de las
células vegetales.
Las células eucariotas poseen un complejo sistema interno de mebranas constituido por
el retículo endoplasmático, conectado con la membrana nuclear, y el complejo de
Golgi, orgánulos relacionados con la biosíntesis de moléculas y su distribución dentro
de la célula, así como con la secreción de sustancias al exterior. Otros orgánulos
membranosos son las vacuolas, presentes en las células vegetales, y los lisosomas,
relacionados con el complejo de Golgi, que contiene enzimas esenciales para la
degradación de sustancias en el interior de vacuolas digestivas.
Por último, todas las células eucariotas presentan un núcleo delimitado por una doble
membrana y en cuyo interior se localiza la cromatina, constituida por ADN asociado a
histonas. La membrana nuclear doble tiene unos poros que comunican el nucleoplasma
y el citoplasma.
Cuadro comparativo entre células procariotas y eucariotas.
ESTRUCTURAS
Organismo
Tamaño
Membrana Plasmática
Pared celular
Citoplasma
Orgánulos
ADN
Ribosomas
Núcleo
Célula PROCARIOTA
Bacterias
Célula EUCARIOTA
Protoctistas,
hongos,
vegetales, animales
más pequeña
más grande
No presenta esteroles
Presenta colesterol
Presente,
excepto
en Presente
en
algunos
micoplasmas; en general protoctistas, hongos y
con peptidoglicano
células
vegetales,
en
general de celulosa o
quitina.
No presenta citoesqueleto
Citoesqueleto, endocitosis
y exocitosis.
Inclusiones, en general de Núcleo,
mitocondrias,
reserva
cloroplastos,
retículo
endoplasmático, complejo
de
Golgi,
lisosomas,
vacuolas
No asociado a histonas
Asociado a histonas
70S
80S
Nucleoide (falso núcleo)
Verdadero núcleo
Existen dos tipos de células eucariotas: animales y vegetales. Todas las células
eucariotas presentan grandes similitudes: responden a una estructura básica y cuentan
con una serie de orgánulos comunes. No obstante también encontramos algunas
diferencias entre ellas. Es importante conocer las similitudes y las diferencias entre la
célula animal y la vegetal, que se resumen en los siguientes cuadros.
Célula Eucariota Animal
Célula Eucariota Vegetal
Similitudes entre la célula animal y la vegetal
Orgánulos comunes
Membrana Plasmática
Función
Controla selectivamente el intercambio de
sustancias con el medio.
Contiene las moléculas necesarias para el
mantenimiento celular.
Condiciona la forma celular y estimula y
conduce
movimientos.
Está
muy
desarrollado en animales y aparentemente
menos desarrollado en vegetales.
Sintetiza y transporta los componentes de
las membranas (lípidos y proteínas) y las
moléculas que exportará la célula.
Modifica, selecciona y empaqueta los
productos procedentes del retículo
endoplasmático.
Intervienen en la síntesis de proteínas.
En ellas se producen las oxidaciones
respiratorias que conducen a la síntesis de
ATP.
Contienen enzimas que intervienen en la
digestión intracelular de macromoléculas.
Almacenan enzimas que intervienen en la
oxidación de sustratos.
En él se desarrolla la replicación del
ADN, la síntesis de ARN y parte de la
glucolisis.
Citoplasma fundamental
Citoesqueleto
Reticulo endoplasmático
Aparato de Golgi
Ribosomas
Mitocondrias
Lisosomas
Peroxisomas
Núcleo
Diferencias entre la célula animal y la vegetal
Célula animal
Con centriolos
Sin vacuolas
Sin plastos
Sin pared celular
Célula vegetal
Sin centriolos
Función del orgánulo
Organizan las estructuras
microtubulares. Controlan
la forma y el movimiento
de las células e intervienen
en la división celular.
Con grandes vacuolas o Almacenan sustancias. En
incluso una sola
protozoos expulsan el
exceso de agua (vacuolas
contráctiles)
Con plastos
Almacenan y sintetizan
sustancias. Los cloroplastos
realizan la fotosíntesis.
Con pared celular
Da protección y rigidez a la
célula.
2.2.3.- Evolución de la célula y sus orgánulos.
Una vez que se originaron en la Tierra los primeros compuestos orgánicos y
algunas de estas moléculas (probablemente ARN) adquirieron capacidad de
autorreplicación, la vida se inicio en el planeta.
Posteriormente, surgieron moléculas más especializadas, el ADN y las proteínas,
que de un modo aún desconocido se rodearon de una cubierta protectora y posibilitaron
la aparición de las primeras células.
Los procariotas primitivos evolucionaron desde organismos quimioheterótrofos
y anaerobios, que obtenían su alimento y la energía necesaria para el crecimiento a
partir de moléculas orgánicas, hasta organismos quimioautótrofos capaces de utilizar el
CO2 disponible como fuente de carbono y la energía de los compuestos químicos
oxidables.
El paso siguiente fue el desarrollo de formas fotoatótrofas; algunas de estas
células procariotas evolucionaron hacia un metabolismo fotosintético, en el cual el agua
donaría los electrones, produciendo oxígeno. La atmósfera fue enriqueciéndose así en
este elemento, indispensable hoy en día para la vida de un gran número de organismos
que lo utilizan como aceptor terminal de los electrones en la respiración aerobia.
Se acepta en general que las primeras células eucariotas aparecieron en la Tierra
hace unos 1500 millones de años. Estos primeros eucariotas perdieron la pared celular y
desarrollaron cuerpos flexibles con elementos citoesqueléticos que propiciaron el
desarrollo de procesos de endo-exocitosis y la captura de los alimentos. El siguiente
paso probablemente consistió en la protección del material genético por medio de una
doble membrana originada por invaginaciones de la membrana celular, lo que permitió
la constitución de un verdadero núcleo.
Parece suficientemente probada la Teoría endosimbiótica de Lynn Margulis
(1970), según la cual algunos de los orgánulos fundamentales de las células eucariotas,
como las mitocondrias y los cloroplastos, proceden de asociaciones endosimbióticas
entre una célula eucariota primitiva, con capacidad de fagocitosis, y distintos tipos de
procariotas primitivos. Esta teoría está avalada por los estudios filogenéticos realizados
con ARN ribosomal y otras moléculas conservadas que se utilizan como “cronómetros
evolutivos”.
Estos orgánulos, además, presentan un ADN con estructura, replicación y
localización típica de las células procariotas y ribosomas 70S, y se dividen por
bipartición como las bacterias.
Existen pruebas de que las mitocondrias de los organismos superiores
descienden de un único eucariota ancestral que estableció una simbiosis permanente con
un procariota hace unos 1500 millones de años. Esta célula eucariota primitiva,
probablemente anaerobia, fue capaz de sobrevivir en una atmosfera cada vez más rica
en oxigeno gracias a la inclusión permanente (endosimbiosis) de una bacteria con
metabolismo respiratorio aerobio.
En cuanto a los cloroplastos, podrían haberse adquirido después de las
mitocondrias, por la asociación de esta célula eucariota primitiva con bacterias
fotosintéticas oxigénicas del tipo de las cianobacterias.
2.2.4.- Organismos pluricelulares: especialización celular
Algunos organismos son unicelulares, es decir, viven y realizan todas sus
funciones en relación directa con el medio. Hay algunas especies que forman
agrupaciones en las que las células permanecen juntas, si bien todas ellas poseen las
mismas capacidades. No obstante, ya entre estos organismos existen algunas especies
que han conseguido una especialización en algunas células(tejidos).
La pluricelularidad presenta ciertas ventajas, como la utilización más provechosa
de los recursos disponibles, la cooperación y el reparto de funciones, que se traducen en
una probabilidad de supervivencia mayor.
Todos los seres pluricelulares se originan a partir de una única célula, que
prolifera y da lugar a una masa celular. La diferenciación de funciones se basa en la
existencia de una memoria celular que determina el tipo de células en el que tiene que
convertirse cada una de ellas.
La diferenciación y, por tanto, la determinación celular, constituye un proceso
controlado internamente. Una vez concluida es prácticamente irreversible, pese a las
variaciones en las condiciones iniciales del desarrollo, y se transmite a las células que se
originen a partir de cada tipo celular.