Introducción y teoría celular
El conocimiento de la célula es reciente, ya que esta no es visible al ojo humano. Hasta que las técnicas de observación lo permitieron, el conocimiento de la célula no avanzo. Por ello el conocimiento celular va unido al avance de las técnicas de observación.
En el siglo XVII Leennwenhoek (1632/1723) fabrico un juguete para adultos, basado en el principio de las lentes convergentes que en 1590 habían planteado los hermanos Jansen, el microscopio.
Gracias a este objeto observo muchas células en el agua de las charcas, como protozoos o amebas, reproduciendo muchos dibujos muy precisos. Pero su capacidad de observación se vio mediatizada por sus ideas pseudocientíficas religiosas.
En 1665 Hooke observo en láminas de corcho, unas cavidades poliédricas que eran los huecos dejados por las células muertas.
Más tarde ya en el S. XIX se produjo un gran avance en las técnicas de observación y en la preparación de los materiales, que unido al invento de micrótomo (utensilio para producir cortes de grosores minúsculos) y a la coloración selectiva, provoco muchos descubrimientos a nivel celular como el citoplasma, el núcleo, etc.
Entre 1838/1839 dos hermanos alemanes, Scheleiden (zoólogo) y Schwann (botánico) propusieron una teoría celular que afirmaba que la célula de Hooke es la unidad estructural y funcional de los s. vivos, capaces de valerse por sí mismas (tanto en unicelulares como en pluricelulares) por lo que son autónomas capaces de realizar la nutrición, la relación y la reproducción. Aunque quedaba por ver el origen de las celular.
En 1858 Virchow, un médico alemán presento su teoría celular conocida como “omnia cellula e cellula”, que quiere decir “cada célula es derivada de otra célula [ya existente]”. Esta teoría se resumía en tres premisas:
· Las células son la unidad estructural y funcional de los s. vivos.
· Las células son autónomas.
· Todas las células proceden de otras células.
v Niveles de organización, origen y estructura general de las células.
Ø Niveles de organización.
Solo las células tienen la suficiente complejidad para ser autónomas. Los virus no tienen organización biótica, por los que no son autónomos sino parásitos obligados, ya que no presentan nutrición, ni reproducción, solo la función de relación que utilizan para detectar el tipo de célula que puede infectar, por lo que no tienen organización celular.
El resto de los s. vivos presentan organización celular, los más primitivos son los procariotas, que son los más sencillos y por tanto la 1º célula.
La inmensa mayoría excepto las bacterias están formados de células eucariotas, que son más complejos y más evolucionados.
Ø Origen y estructura general.
Solamente las bacterias y las algas verde-azuladas son procariotas las demás son eucariotas. Lo que más llama la atención de los eucariotas es la gran diversidad estructural y funcional que presentan, que dan lugar a los diferentes tejidos. Esto se produce durante la diferenciación celular, proceso que sufre las células embrionarias (células madre). La principal característica de estas células es que son indiferenciadas y su función es la dividirse constantemente. Hasta que comienza la diferenciación celular, que consiste en la represión irreversible del 90% de los genes portados en la célula.
Membrana plasmática.La aparición espontanea de la primera membrana, fue determinante para la aparición de la primera célula. Esta membrana no es observable con el microscopio óptico por lo que su estudio fue más tarde que otras partes.
Para el estudio de la membrana se utilizan glóbulos rojos, ya que no son células completas. La membrana de los glóbulos rojos está formada por un 40% de lípidos y un 60% de proteínas que pueden variar en los distintos tipos de células según la función que esta realice.
Lípidos.
Los lípidos que forman la membrana tienen la característica de presentar dos polos, un polo apolar y el otro polar y son los lípidos anfipáticos. Estos lípidos forman bicapas o micelas y son mayoritariamente fosfolípidos, pero también glicolípidos o colesterol (animal)
Una de las propiedades de las membranas es que se auto-ensamblan cuando una membrana toca a otra, alargando las membranas por contacto son perder continuidad, permitiendo esto la exocitosis. EL auto-sellado también es espontaneo.
En la endocitosis la membrana se acorta sin perder la continuidad debido a la afinidad química (anfipáticos) de sus lípidos. Esto permite que nunca haya un contacto directo entre el interior y el exterior de la célula. Esta propiedad es aprovechada en la cosmética y en la farmacología para introducir los productos dentro de las células envueltos en vesículas lípidas.
o Punto de fusión de los lípidos.
La mayoría de los lípidos de la membrana son fosfolípidos que presentan los ác. Grasos cortos y saturados y por tanto presenta un punto de fusión alto que haría a la membrana sólida. Por lo que además de los fosfolípidos aparece el colesterol que es un lípido más insaturado que hace que baje el punto de fusión haciendo la membrana fluida. A todo esto se le une que las fuerzas que unen a los lípidos son débiles (interacciones hidrofobicas, fuerzas de Van der Waals) además de fluidas hace que las membranas además de fluidas sean flexibles. Permitiendo el movimiento de los lípidos por “difusión lateral” (ver síntesis de proteínas a nivel de membrana). La difusión vertical nunca puede ocurrir gracias al colesterol que estabiliza la bicapa.
La característica principal de la membrana es su permeabilidad selectica (semipermeable), ya que es selectiva con las sust. Polares y grandes, solo dejando pasar las sust. Apolares.
Proteínas.
Las proteínas de la membrana determinan el funcionamiento de esta. La posición que tienen las proteínas en la membrana depende de su afinidad con los lípidos. Las proteínas son hidrófobas y se colocan incrustadas dentro de la bicapa. Otras proteínas polares están unidas a la cabeza de los fosfolípidos llamadas proteínas extrínsecas o periféricas).
Las proteínas también presentan difusión igual que los lípidos pero a menor velocidad que estos por su alto peso molecular.
Oligosacáridos.
Son cadenas formadas por entre 2-10 monosacáridos que combinados con lípidos forman glucolípidos y con las proteínas forman glicoproteínas. Se encuentran solo por fuera de la membrana y constituyen el Glucocáliz, señal de identificación celular.
Modelo del mosaico fluido.
Este modelo fue presentado en 1972 por Singer Nicholson y afirmaba que los lípidos y las proteínas de la membrana forman un mosaico (puzle) fluido y flexible donde pueden difundir y donde la membrana es asimétrica.
Funciones de la membrana plasmática.
En la membrana ocurren muchas reacciones químicas causantes de los intercambios de materia e información entre la célula y el medio, como:
§ Transportadores.
§ Receptores hormonales (sistema de transmisión química de la información).
El sist. Nervioso o el sist. Hormonal, mediante hormonas que son mensajeros químicos que circulan por la sangre hasta llegar a las células diana. Una vez en ellas desembocan unas reacciones (efectos de la hormona) según el tipo de hormona.
- Hormonas lipídicas que penetran en la célula y desencadenan sus efectos dentro de la célula.
- Hormonas polares que no pasan a través de la célula y son recogidas en unos receptores hormonales, que activan un enzima de la cara interna de la célula llamado AMPciclasa que transforma el AMP en AMP cíclico que se conoce como 2º mensajero desencadenando los efectos sobre la célula de la hormona (1º mensajero).
El AMP cíclico cambia la permeabilidad de la célula aumentando la velocidad del metabolismo, activando la síntesis de ciertas proteínas o activando enzimas reguladoras que cambian el estado metabólico en poco tiempo.
Para que un sistema de transmisión química de la información sea útil, hay una enzima llamada fosfodiesterasa que convierte el AMP cíclico en AMP (destruye el transmisor) ya que debe ser destruido inmediatamente para que su efecto o sea continuo.
Otra reacción que se da en la membrana es la “Actividad ATPasica” que consiste en hidrolizar el ATP desprendiendo un ADP + Pi + energía. Energía que es utilizada para el transporte de sustancias o los movimientos siempre asociados a proteínas contráctiles.
ü Transporte de pequeñas moléculas.
Las sustancias pueden atravesar la membrana de dos modos:
- Transporte pasivo, es espontaneo y sin consumo de energía
- Transporte activo, necesita de energía para producirse.
§ Transporte pasivo.
(Ver tema 1 “agua”).
La difusión se produce por gradiente químico de concentración o por gradiente eléctrico. En los s. vivos se dan generalmente un gradiente electro-químico. Este transporte lo utilizan las sustancias apolares que atraviesan la membrana por afinidad química como hacen los ác. Grasos, hormonas esteroideas, insecticidas, O2 o el N2.
Hay otras moléculas polares muy pequeñas como el H2O o los iones, que lo hacen por unas zonas especializadas de la membrana que se conocen como “canales acuosos” o en el caso de los iones “canales ionoforos”. Las dos son proteínas intrínsecas, produciéndose todo esto por difusión simple.
Con sustancias polares de tamaño medio como son los monosacáridos o los aminoácidos, se necesita el concurso de transportadores, que son proteínas que se encuentran en la membrana que se unen específicamente a la molécula que producen una difusión facilitada. El transportador se une a la sustancia y cambia de estructura girando en la membrana, siempre a favor del gradiente.
§ Transporte activo.
Es igual que la difusión facilitada pero el cambio de estructura del transportador consume energía, produciéndose contra el gradiente o a mayor velocidad que la difusión facilitada.
El transporte de grandes moléculas como bacterias o virus se produce mediante otros mecanismos específicos como la endocitosis o la exocitosis.
Pared celular.
La pared celular de los eucariotas es extracelular, se origina a partir del aparato de Golgi por secreción desde la división celular, mediante citocinesis por tabicación exclusivo de los vegetales.
Lo primero que aparece en una nueva pared celular es la “lamina media” que está formada de polisacáridos y glucoproteínas. Sobre esta “lamina media” y por oposición se forman hasta tres capas de aces de celulosa (ver polisacáridos) paralelos entre sí en cada capa y cruzados respecto a las capas anterior y posterior, con la misma estructura y consistencia cuasicristalina y un cemento constituido de polisacárido, hemicelulosa, proteínas y sales. Esto se conoce como pared primaria en la que predomina el cemento sobre la celulosa. Siendo la pared que presentan las células vegetales embrionarias.
Las plantas crecen por los meristemos en los que se produce la diferenciación celular. Tras esta diferenciación celular se forma la pared secundaria típica de las células maduras diferenciadas en tejidos, formada por aposición de 3 a 20 capas de celulosa, con la diferencia que predomina la celulosa sobre el cemento.
Esto es un esquema general de la pared celular aunque en ciertas células de algunos tejidos presenta modificaciones, como por ejemplo:
Las células de los vasos del xilema que acumulan en su pared secundaria lignina (proteína rígida que sostiene la planta).
Las semillas de las gramíneas que sus células acumulan silicio para endurecerlas.
La epidermis vegetal donde se acumula cera impermeabilizadora mediante cutícula.
En el corcho se acumula suberina que es impermeable e ignifugo y constituye el súber.
Función de la pared celular.
La pared celular es rígida y su función es sostener a la célula (dar forma) y proteger a las células vegetales del choque osmótico.
Hialoplasma soluble.
Ø Composición.
Entre la membrana plasmática y la membrana nuclear existe una dispersión coloidal en estado de sol, citosol, que es blando y gelatinoso, estructurado por una red de proteínas, el citoesqueleto.
El citosol es el medio celular, si le quitamos las proteínas del citoesqueleto (insolubles), dejando las inclusiones (gotas de lípidos, pigmentos y proteínas cristalinas) solo queda el hialoplasma soluble formado en un 80% de agua y el 20% restante monómeros, sales, metabolitos (sust. Intermedias del metabolismo), los distintos tipos de ARN (síntesis de proteínas) y sobre todo una gran cantidad de enzimas, encargadas de catalizar las reacciones metabólicas del hialoplasma.
El metabolismo del hialoplasma se suele denominar “metabolismo intermedio” o “encrucijada metabólica” como ocurre con el catabolismo anaerobio de los azucares que se producen mediante fermentación (forma más antigua de obtener energía sin la presencia de O2) proceso presente en todas las células por tener el mismo origen evolutivo, este proceso se llama glucolisis. También se produce otro metabolismo llamado “conversión mecano-química de la energía”, donde el ATP se convierte en movimiento como el de los cilios, ciclosis o para el movimiento cromosómico.
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