Capítulo 4 Organización de la Célula · 4.1 La célula: unidad básica de vida Teoría Celular...
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Capítulo 4 Organización de la Célula BIOL 3011
Dra. Omayra Hernández Vale
Objetivos Describir la teoría celular
Resumir la relación entre la organización celular y la homeostasia
Explicar la relación entre tamaño celular y homeostasia
Describir metodología usada para estudiar las células
Comparar y contrastar las características de células procarióticas y eucarióticas; y entre las células animal y vegetal
Describir la estructura y funciones del núcleo
Describir funciones y estructuras de orgánulos y otras estructuras celulares
Trazar los pasos de la síntesis de proteínas
4.1 La célula: unidad básica de vida Teoría Celular Los trabajos de Schleiden (1838), Schwann (1839) y Vichow (1855)
1. Las células son las unidades de vida básicas de la organización y función de todo organismo
2. Las células surgen de otras células
Weismann (1880)
Todas las células se originan de un mismo ancestro
Similaridad en estructura y en las moléculas de las que son hechas
4.1 La célula: unidad básica de vida Similar Organización Celular
4.1 La célula: unidad básica de vida Similar Organización Celular
Homeostasia
Ambiente interno apropiado
• Cambios constantes en [ ] de sales, pH, y temperatura
Membrana plasmática
Composición química interna diferente al exterior de la célula
Actividades metabólicas
Instrucciones genéticas codificadas en su ADN
Varían en tamaño, … La mayoría de las células son microscópicas y se deben medir con unidades bien pequeñas
El micrómetro (m): es la unidad de medida más conveniente (1m = 1/1000000 m = 1X 10-6 m)
4.1 La célula: unidad básica de vida Tamaño de la Célula: Limitado
¿Porqué no son más grandes?
Mantenimiento de homeostasia y crecimiento
Necesita nutrientes y eliminar desperdicios
Todo entra y sale hacia y desde la célula a través de la Membrana plasmática por bombas y canales que selectivamente regulan el paso de materiales
DEBERÍA ser de gran tamaño para eficiencia en mantener la demanda de materiales
Problema:
Tamaño= razón entre área de
superficie: volumen
4.1 La célula: unidad básica de vida Tamaño de la Célula: Limitado
¿Porqué no son más grandes?
Alto por ancho
Alto por ancho por largo
Según una célula crece su volumen aumenta a una razón mayor que lo que aumenta su área de superficie
4.1 La célula: unidad básica de vida Tamaño de la Célula: Limitado
¿Porqué no son más grandes?
Ser grandes resultaría en Menor área de superficie la cual podría comprometer:
la rápidez de transportación de estas moléculas necesarias por la célula
la habilidad de eliminar desperdicios afectando su capacidad de regular las [ ] de sales (iones)
Ser pequeñas les permite mayor área de superficie y como resultado: entrada y salida adecuada de moléculas a través de la
membrana distancia interna corta las moléculas se transporten y
comiencen rápido sus actividades metabólicas
4.1 La célula: unidad básica de vida Tamaño de la Célula: Limitado
Estrategias para aumentar área de superficie
Ej: epitelio del intestino delgado: vellosidades y microvellosidades: aumento en área de
superficie
4.1 La célula: unidad básica de vida Tamaño de la Célula: Limitado
4.1 La célula: unidad básica de vida Forma adaptada a Función
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Objetivos Describir la teoría celular
Resumir la relación entre la organización celular y la homeostasia
Explicar la relación entre tamaño celular y homeostasia
Describir metodología usada para estudiar las células
Comparar y contrastar las características de células procarióticas y eucarióticas; y entre las células animal y vegetal
Describir la estructura y funciones del núcleo
Describir funciones y estructuras de orgánulos y otras estructuras celulares
Trazar los pasos de la síntesis de proteínas
Microscopios de luz
Microscopios electrónicos
Técnicas bioquímicas
4.2 Métodos para estudiar células
de mayor uso
Lentes a ambos extremos
“Microscopio compuesto”
Paso de la luz a través del espécimen y de los lentes los cuales doblan la luz y magnifican la imagen
Magnificación: aumentar el tamaño de la imagen observada
Lentes oculares: 10x o 20x
Lentes objetivos: 4x, 10x, 40x, 100x… 60x
Resolución: distinguir detalle
macrómetro (tornillo o ajuste macrométrico)
micrómetro (tornillo o ajuste micrométrico)
4.2 Métodos para estudiar células Microscopios de luz
4.2 Métodos para estudiar células Microscopios de luz
Magnificación: aumentar el tamaño de la imagen observada
Lentes oculares:
10x o 20x
Lentes objetivos:
4x, 10x, 40x, 100x… 60x
Resolución: distinguir detalle
macrómetro (tornillo o ajuste macrométrico)
micrómetro (tornillo o ajuste micrométrico)
4.2 Métodos para estudiar células Microscopios de luz
Campo claro [“bright-field”]
Campo oscuro [“dark-field”]
Contraste de fase y/o Nomarski
Fluorescencia
Confocal
4.2 Métodos para estudiar células Microscopios de luz
“campo claro y campo oscuro”
4.2 Métodos para estudiar células Microscopios de luz:
Fig. 4-3, p. 77
Por O. Hdez-Vale
Por O. Hdez-Vale* Por O. Hdez-Vale* Por O. Hdez-Vale*
Por O. Hdez-Vale
Por O. Hdez-Vale* Por O. Hdez-Vale
Por O. Hdez-Vale
Por O. Hdez-Vale
* No se pueden usar
Confocal
4.2 Métodos para estudiar células Microscopios de luz
Todas por O. Hernández Vale * * No se pueden usar
Nomarski
4.2 Métodos para estudiar células Microscopios de luz
Nomarski
4.2 Métodos para estudiar células Microscopios de luz
4.2 Métodos para estudiar células Microscopio electrónicos
Microscopios con alta resolución y magnificación en el cual se utiliza como fuente de energía un rayo (haz) de e- y con la función de doblar (refracción) el rayo y entonces magnificar tiene imanes electromagnéticos
Imagenes en blanco y negro
Microscopio electrónico de transmisión (MET o TEM)
Secciones delgadas de interior de muestras
Microscopio electrónico de rastreo (MER o SEM)
Superficies
4.2 Métodos para estudiar células Microscopio electrónico
Microscopio Electrónico de Transmisión (MET) [TEM]
Muestra incrustrada en plástico y cortada en secciones bien finas (50-100nm de grosor)
Muestra se coloca en rejilla de metal
Rayo de electrones atravieza la muestra
Imagen en pantalla fluorescente
4.2 Métodos para estudiar células Microscopio electrónico
Microscopio Electrónico de Rastreo (MER) [SEM]
El rayo de electrones no atravieza la muestra
Muestra se cubre con oro u otro metal
Rayo da a la superficie de la muestra saca e- secundarios
Sus intensidades varían proyectando superficie
Se observa en computadora
Microscopio electrónico
Resolución de 1nm [o menos]
Magnificación de > de 1 millón de veces
Microscopio de luz
[Microscopio luz (0.2 m o 200nm)
[Ojo humano 100m]
Magnificación de no más de 2000
4.2 Métodos para estudiar células Microscopio electrónico
4.2 Métodos para estudiar células Microscopio electrónico
Mismo principio de enfoque: Rayo de luz, magnificado por los lentes objetivos y por los
lentes oculares [microscopio de luz] Rayo de electrones magnificado por los lentes objetivos y
por los lentes proyectores en el [microscopio electrónico] MET (TEM): se enfoca a una pantalla fluorescente MER (SEM): se observan en una pantalla de
computadora
Lentes en Microscopio electrónico son electromagnetos (imanes) doblan el rayo de electrones
Fraccionamiento celular
Técnica para determinar actividad de cada organelo.
Separa partes diferentes de la célula para estudiarse por métodos físicos y químicos.
Para saber que proteínas tienen y las rx químicas que llevan a cabo
DENSITY GRADIENT CENTRIFUGATION
Objetivos
Describir la teoría celular
Resumir la relación entre la organización celular y la homeostasia
Explicar la relación entre tamaño celular y homeostasia
Describir metodología usada para estudiar las células
Comparar y contrastar las características de células procarióticas y eucarióticas
Describir la estructura y funciones del núcleo
Describir funciones y estructuras de orgánulos y otras estructuras celulares
Trazar los pasos de la síntesis de proteínas
Comparar y/o contrastar entre las células animal y vegetal
Capítulo 4 Organización de la Célula
4.3 Células procarióticas y eucarióticas
Ancestro común
Células procarióticas y eucarióticas Similitudes….
Presencia del ADN; localizado en una región limitada de la célula
Citoplasma
Membrana plasmática [única membrana en común]
Pared celular al igual que ocurre como en algunas células eucarióticas.
Ribosomas: [ARN + proteínas: síntesis de
polipéptidos]
Células procarióticas y eucarióticas Endomembranas: ausente vs presente
Hace la diferencia más significativa entre las células procarióticas y eucarióticas
Proveen organización y complejidad (multiples funciones independientes)
Permiten mayor tamaño
Funcionan como superficies de trabajo
Permiten almacenaje de energía en la célula*
En
célu
las e
ucarió
ticas
[p
resen
te]
Células procarióticas “antes del núcleo”
No tener endomembranas
ADN localizado en nucleoide o área nuclear
[no encerrado por membrana]
Células eucarióticas “núcleo verdadero”
Tener endomembranas
Presencia de orgánulos: [compartimientos con función específica envueltos por membranas]
núcleo: región limitada para el ADN
otros orgánulos
Tiene como resultado:
Células procarióticas y eucarióticas Endomembranas: diferencia más significativa
Células procarióticas [endomembranas ausentes]
En adición al nucleoide solo tiene:
Ribosomas
Gránulos de almacenamiento:
Glucógeno, lípidos y/o compuestos de fosfatos
Células eucarióticas [endomembranas presentes]
Alta organización y complejidad que le permite tener:
Su propio centro de control
Fábricas de materiales
Sistema de transporte interno
Plantas de empaque
Plantas de energía
Tiene como resultado:
Células procarióticas y eucarióticas Endomembranas: organización y complejidad
Células procarióticas Células eucarióticas
Células eucarióticas Endomembranas: organización y complejidad
Núcleo*
Retículo endoplásmico (RE)
Rugoso y liso
Cuerpo de Golgi
Vesículas
Lisosomas
Vacuolas*
Mitocondrios
Cloroplastos*
Citosol
org
án
ulo
s*
Cito
pla
sm
a
Citoesqueleto: forma, sosten, movimiento de materiales y está envuelto en división celular
+
Células eucarióticas Endomembranas: organización y complejidad
Núcleo
Retículo endoplásmico (RE)
Rugoso y liso
Cuerpo de Golgi
Lisosomas
Vesículas
Vacuolas*
Mitocondrios
Cloroplastos*
Citosol
Citoesqueleto: forma, sosten, movimiento de materiales y está envuelto en división celular
Tran
sp
orte
d
e m
ate
ria
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en
tre o
rg
án
ulo
s
Una célula bacteriana (0.5-1.0 m) tiene:
1/10 el tamaño de una célula eucariótica
1/1000 el volumen de una célula eucariótica
El problema de ser más grande lo soluciona la presencia de varios orgánulos especializados
Menor área de superficie en células eucarióticas que en células procarióticas
Células eucarióticas Endomembranas: permiten mayor tamaño
Ostrecoccus sauri (1m)
Neurona humana
Bacteria (Bacillus sp.)
Células eucarióticas Endomembranas: permiten mayor tamaño
Enzimas asociadas o enlazadas a las endomembranas series de reacciones
químicas ocurren más rápidamente
Células eucarióticas Endomembranas: superficies de trabajo
4.4 El núcleo celular
CENTRO DE CONTROL
ALMACENA LA MAYORÍA DEL ADN
Componentes importantes del núcleo
Envoltura nuclear
Poros nucleares
Lamina nuclear
Nucléolo
4.4 El núcleo celular
Envoltura nuclear:
membrana doble que separa el interior del núcleo del citoplasma
[Espacio entre ellas 20-40 nm]
Poros nucleares: [A intervalos]
Consisten de complejos moleculares con hasta 30 proteínas
Regula el paso entre el nucleoplasma y el citoplasma
4.4 El núcleo celular
En
voltu
ra n
ucle
ar in
tern
a
En
voltu
ra n
ucle
ar e
xte
rn
a
4.4 El núcleo celular
Lamina nuclear: redes de proteínas forma el revestimiento interno de la envoltura nuclear.
Le da apoyo a la membrana nuclear interna
Ayuda a organizar el contenido nuclear
Rol en la duplicación del ADN
Regula el ciclo celular
Mutaciones en genes que codifican las proteínas de esta se asocian con condiciones genéticas
[distrofia muscular, progeria]
En
vo
ltura n
ucle
ar in
tern
a
En
vo
ltura n
ucle
ar e
xte
rn
a
4.4 El núcleo celular
Cromatina:
ADN asociado a ARN y ciertas proteínas
El ADN es largo y delgado! [2m]
Se empacan en cromosomas [46 o 23 pares]
Visibles en células en división
Genes [secuencias de nucleótidos] instrucciones síntesis proteínas
Transcripción de información ARN mensajero [mARN]
Citoplasma
De esta manera es que el núcleo controla la síntesis de proteínas:
4.4 El núcleo celular
Nucléolo:
Se sintetiza el ARN ribosomal (ARNr)
Proteínas para síntesis de los ribosomas: sintetizadas en el citoplasma e importadas al nucléolo
ARN ribosomal + proteínas ensambladas en unidades ribosomales que salen del núcleo a través de los poros nucleares.
Resumen
Células procarióticas y eucarióticas son similares en presencia de ADN localizado, citoplasma, membrana plasmática, pared celular y ribosomas
La diferencia más significativa entre las células procarióticas y eucarioticas es la ausencia/presencia de endomembranas
Nucleoide en células procarióticas/ núcleo en eucarióticas
Otros orgánulos que traen consigo organización y complejidad a la célula eucariótica
Múltiples actividades de maner simultánea y comunicación entre estos compartimientos
Aumento en tamaño debido a la función individual y separada por porte de orgánulos
Posibles inicios de reacciones químicas por parte de endomembranas
El núcleo tiene una doble membrana, poros nucleares que permiten comunicación, una lámina nuclear y el núcleolo
El núcleo controla la síntesis de proteínas transcribiendo las instrucciones de los genes al ARN m, este sale al citoplasma y las sintetiza
El ARN ribosomal se sintetiza en el nucleólo y el ensamblaje de los ribosomas
4.5 Orgánulos en el citoplasma
Ribosomas
Partículas pequeñas libres en citoplasma o pegadas a ciertas membranas
Dos subunidades: juntas plantas de
manufactura
ARN y proteínas y son sintetizadas por el nucléolo
Contiene la enzima necesaria para formar enlaces peptídicos
Células que producen muchas proteínas pueden
tener millones de ribosomas
Retículo endoplásmico:
Laberinto de endomembranas que rodea al núcleo y ocupa gran parte del citoplasma
Diferentes set de enzimas en c/superficie de la membrana
Dos regiones se pueden distinguir
RE liso y RE rugoso
Regiones con diferentes funciones pero tienen membranas conectadas y espacio interno (lumen) continuo
4.5 Orgánulos en el citoplasma
Retículo endoplásmico
Retículo Endoplásmico Liso
Síntesis de lípidos y carbohidratos [enzimas en su membrana las cataliza]
Sitio primario de síntesis de fosfolípidos y colesterol
Hormonas esteroides, incluyendo hormonas reproductivas
Rompimiento del glucógeno [en hígado]
Almacena Ca+
Cantidad depende de la célula
Ej: hígado- [colesterol y…, detoxificación de alcohol*]
Rompe el alcohol*, carcinógenos, y/o drogas (anfetaminas, barbiturales)]
Productos hidrosolubles excretan
*estímula producción adicional de RE liso
Retículo Endoplásmico Rugoso
Rol central en síntesis y ensamblaje de proteínas
Transporte de polipéptidos de los ribosomas hasta el RE rugoso. [tuneles en ribosomas y poros en RE rug.]
Ensamblaje y modificación en el lumen
Se le añaden lípidos y/o carbohidratos
Ocurren los dobleces para su conformación correcta [Tiene
las enzimas que lo catalizan, chaperones moleculares]
Proteínas corrrectas otros
compartimientos en la célula Por vesículas de transporte
Proteínas incorrrectas citosol
(destrucción) Por proteasomas
Retículo Endoplásmico Rugoso
Rol central en síntesis y ensamblaje de proteínas
Transporte de polipéptidos de los ribosomas hasta el RE rugoso. [tuneles en ribosomas y poros en RE rug.]
Ensamblaje y modificación en el lumen
Se le añaden lípidos y/o carbohidratos
Ocurren los dobleces para su conformación correcta [Tiene
las enzimas que lo catalizan, chaperones moleculares]
Proteínas corrrectas otros
compartimientos en la célula Por vesículas de transporte
Proteínas incorrrectas citosol
(destrucción) Por proteasomas
Complejo de Golgi
Consiste de varios sacos membranosos aplanados llamados “cisternae”
Se divide en tres áreas: “cis face”, “trans face” y región media.
Cercano al núcleo (RE rugoso) y a la membrana plasmática)
Procesa, ordena, clasifica, modifica y empaca las proteínas y/o lípidos finales
Formación de moléculas biológicas complejas
Cantidad depende de célula
Cuanta cantidad de glucoproteínas secrete
Fig. 4-14, p. 92
trans face
Membrana Plasmática
Glicoproteína
RE rugoso
Ribosomas
Polipéptidos sintetizados en los ribosomas son insertados en el lumen del RE rugoso
Se le añaden azucares
glucoproteínas. Se doblan
Vesículas de transporte las mueven a la cara cis “cis face” de Golgi
Se modifican más en Golgi.
Glucoproteínas se mueven a la cara trans “trans face” de Golgi donde se empacan en vesículas de trasporte.
Son transportadas a la membrana plasmática (o a otro orgánulo).
El contenido de la vesícula de transporte es liberado fuera de la célula.
Complejo de Golgi
cis face
Vesículas
Diminutos sacos membranosos que se desplazan por el citoplasma y se posicionan en el.
Vesículas de transporte
Lisosomas (membranas de Golgi)
Digestión intracelular
Vacuolas alimentarias (membrana plasmática)
https://www.youtube.com/watch?v=E4e7OR43234
Vesículas
Lisosomas
Pequeños sacos membranosos con enzimas digestivas dispersadas en el citoplasma de la mayoría de las células animales
Digestión intracelular
pH de 5 (acídico)
Estas se unen a vesículas de alimentación y sus enzimas degradan el contenido de las vesículas de alimentación en sus componentes [los cuales se reciclan en la célula]
Degrada orgánulos dañados y se reciclan sus componentes para energía
“lysosomal storage diseases”
https://www.youtube.com/watch?v=E4e7OR43234
Vacuolas:”grande”
Hace en las células vegetales y de hongos muchas de las funciones realizadas por los lisosomas en las células animales
No estructuras internas
Rol significativo en el crecimiento y desarrollo de las plantas
De inicio muchas pequeñas vacuolas - se unen
formando una vacuola central grande.
puede ocupar hasta más del 80% del volumen de la célula que tiene:
Agua, comida almacenada, sales, pigmentos y desperdicios metábolicos entre otras cosas
Según crece
Peroxisomas
Orgánulos con enzimas que catalizan rx metabólicas en las que como resultados se produce H2O2 [de la rx redox ]
Se encuentra en células que sintetizan, almacenan o degradan lípidos
Una de sus funciones principales es degradar moléculas de ácidos grasos]
Se encuentran en todas las células eucariotas (una o más)
Extraen energía de las moléculas alimentarias (orgánicas) y las almacenan en los enlaces energéticos del ATP.
Mayor energía por la presencia de oxígeno [que el inicio de la degradación
de estas, que ocurre mediante enzimas del citosol en ausencia de oxígeno]
Posee un par de membranas
La externa es lisa, la interna tiene pliegues (crestas)
Numerosas en células con mucha actividad metabólica
Algunas rx ocurren en la matrix de la membrana interna; el resto se realizan por enzimas en en el espacio intermembranoso
Mitocondrias
Plástidos encontrados solamente en eucariotas fotosintéticos.
Doble membrana
El interior de la membrana interna contiene un fluído llamado estroma, en el cual se encuentran pilas de tilacoides [sacos huecos membranosos] interconectados. Cada pila de tilacoides se conoce como grana.
La membrana de los tilacoides tiene la clorofila
Color, y captación de energía solar
La fotosíntesis, [proceso que
capta la energía solar y aporta la energía química necesaria para
impulsar la vida] ocurre en los CLOROPLASTOS
*Otros plástidos de almacenamiento
Cloroplastos
Citoesqueleto: red de fibras de proteínas que
da forma*, [sosten, movimiento y división celular]*
Microfilamentos [delgados] *
Filamentos intermedios*
Microtúbulos [gruesos]*
Se unen a este:
Los orgánulos y otras estructuras en el citoplasma
Enzimas individuales
Protistas con cilios o flagelos, Espermatozoides Células musculares
https://www.youtube.com/watch?v=S8NB21kfLRs
https://www.youtube.com/watch?v=vvnEsOaKxuw
Células Eucariotas: Resumen
Sede genética:
(centro de control): núcleo
Fabricación:
Núcleo, Ribosomas, RE Liso, RE rugoso, Golgi
Transporte y movimiento de materiales:
Vesículas de transporte, vacuolas de alimentación y lisosomas
Rompimiento (Digestión) de materiales:
Lisosomas y peroxisomas
Procesamiento de Energía:
Mitocondrias, cloroplastos*
Soporte, Movimiento y Comunicación
Citoesqueleto, pared celular*
Plantas*