GUIA BIOLOGIA 1° MEDIO Prof. José L. Contreras Rivera Biólogo, licenciado en biología. PUCV Profesor de E. M, mención en biología. Licenciado en educación. U. MAYOR Contenidos: La célula como unidad funcional , organización, estructura y función celular general. Comparación entre células procariont es y eucariontes. Objetivos: Distinguir los principales elementos similares y diferenciales entre células eucariontes y procariontes. Identificar y relacionar estructuras subcelulares eucariontes con sus funciones generales. La invención del microscopio fue fundamental en la historia de la biología. Si bien la biología actual se basa en que todos los seres vivos funcionan gracias a las células que los forman, tal idea surgió recién hace poco más de 160 años. No se describió a las células sino hasta 1665, cuando Robert Hooke examinó un trozo de corcho con un microscopio que había fabricado. En su libro Micrographia, Hooke dibujó y describió muchos de los objetos que había visto al microscopio. En realidad no vio células en el corcho, sino las paredes de las células de corcho muertas. No fue sino hasta mucho tiempo después cuando se supo que el interior de la célula, rodeado por las paredes, es la parte importante de la estructura. Unos pocos años después de que Hooke describiera células de corcho muertas, el naturalista holandés Anton van Leeuwenhoek observó células vivas con lentes pequeñas que él pulió. Sin embargo, no dio a conocer sus técnicas de fabricación de lentes, y transcurrió más de un siglo antes de que los biólogos advirtieran la importancia de los microscopios y lo que podrían revelar. No fue sino hasta principios del siglo XIX cuando los microscopios estuvieron lo suficientemente desarrollados para que los biólogos pudieran iniciar el estudio de las células. La teoría celular surge tras el análisis microscópico de células vegetales y animales. Debe reconocerse que Robert Hooke, junto con definir “célula” al referirse a los espacios dejados por las paredes celulares del tejido del alcornoque (corcho), también señaló que "dichas celdillas están llenas de jugos." Sin embargo, Hooke no dijo lo que eran estas células y como se relacionaban con la vida de todas las plantas. En 1673, el inventor holandés, Anton Van Leeuwenhoek dio a conocer a la Sociedad Real Británica sus observaciones acerca de los eritrocitos, espermatozoides y de una gran cantidad de "animáculos" microscópicos contenidos en el agua de los charcos. Pasó más de un siglo antes de que los biólogos comenzaran a entender la importancia de las células en la vida en la Tierra. Los microscopistas primero se dieron cuenta de que muchas plantas estaban formadas completamente por células. La pared gruesa que rodea a todas las células de las plantas hizo que estas observaciones fueran fáciles. Sin embargo, las células animales fueron descubiertas hasta 1830, cuando el zoólogo alemán Theodor Schwann vio que el cartílago contiene células que "semejan exactamente a las células de las plantas". En 1839, después de estudiar las células durante años, Schwann publicó su teoría, llamando células a las partes elementales, tanto de plantas como de animales. A mediados de 1800, un botánico alemán, llamado Mattias Schleiden, tuvo una visión científica más refinada de las células al escribir: "...es fácil percibir que los procesos vitales de las células individuales deben formar los fundamentos básicos absolutamente indispensables" de la vida. En pocos años, varios microscopistas habían observado que las células vivas podían crecer y dividirse en células más pequeñas. En 1858, el patólogo austríaco, Rudolf Virchow escribió: "cada animal es la suma de sus unidades vitales, cada una de las cuales contiene todas las características de la vida". Es más, Virchow predijo: "donde hay una célula, tiene que haber existido una célula anterior, de la misma manera que un animal se forma de otro animal y una planta sólo de una planta". Cabe recordar que en aquellos años todavía existían defensores de la abiogénesis, es decir la posibilidad de generar vida desde materia inanimada. Desde la perspectiva que proporcionaba la teoría de la evolución de Darwin, que se publica al año siguiente (1859), el concepto de Virchow adquiere un significado mucho mayor: hay una continuidad inquebrantada entre las células modernas – y los organismos que las poseen – y las primeras células primitivas de la Tierra. La idea de que todas las células vivas de hoy tienen antecesoras que se remontan a tiempos antiguos fue planteada por primera vez hacia 1880 por el biólogo alemán August Weismann. De esta manera, los tres principios de la teoría celular moderna evolucionaron directamente de los enunciados de Virchow: 1. Cada organismo vivo está formado por una o más células. 2. Los organismos vivos más pequeños son células únicas y las células son unidades funcionales de los organismos multicelulares. 3. Todas las células provienen de células preexistentes. Los precursores de la actual teoría celular Theodor Schwann Matthias Schleiden Rudolf Virchow August Weismann Las células tienen distintas formas, tamaños y funciones, pero comparten algunas características comunes. Tras la difusión de la teoría celular, fueron muchos los hallazgos en torno a la diversidad de células que era posible encontrar en los seres vivos. Sin embargo, existen algunas condiciones compartidas por todas la células independiente del origen que esta tenga: • Poseer una maquinaria metabólica: que le permite realizar los procesos vitales de desarrollo, crecimiento y reproducción. • Poseer un centro de almacenamiento de la información genética (DNA), y control de los procesos vitales (mecanismos de regulación de la expresión génica). • Poseer una membrana plasmática, que delimita al citoplasma, y cuya función principal es regular el intercambio de sustancias entre la célula y el exterior, manteniendo el medio intracelular constante dentro de ciertos límites permisibles, (mecanismo de permeabilidad selectiva). Los organismos se agrupan en tres categorías principales llamadas dominios (Bacteria, Archaea y Eukarya). Eukarya incluye cuatro reinos: Protista, Fungi, Plantae y Animalia, todos ellos eucariontes. Los organismos pertenecientes al dominio Bacteria forman el reino de las Eubacterias. En el dominio Archaea se pueden mencionar las archeobacterias acidófilas, termoplasmales y metanobacterias. Tanto las Eubacterias como las Archeobacterias son procariontes. Clasificación de los seres vivos en tres dominios y seis reinos (Woese 1990). En consecuencia, en los seres vivos se pueden encontrar solo dos tipos de células; la Procariótica y la Eucariótica, las cuales se diferencian esencialmente en la ausencia o presencia de núcleo, respectivamente. A continuación se presenta una tabla que presenta las principales diferencias entre ambos tipos celulares: Tabla 1. COMPARACIÓN ESTRUCTURAL ENTRE CÉLULAS PROCARIONTES Y EUCARIONTES. Ejemplo Características Tamaño Presentación del DNA Compartimentalización citoplasmática Célula Procariótica Eubacterias y Arqueobacterias. Lo habitual es de 0,5 – 10 μm de diámetro. Libre en el citoplasma, sin histonas, DNA circular cerrado. Se suele designar el nombre de nucleoide al espacio que ocupa el DNA en el citoplasma de la bacteria. Ausente. Ribosomas Más pequeños y livianos ( 70 S ) Pared Celular No celulósica, sino de tipo glicopeptídica (peptidoglucano). Locomoción Flagelos, estructurados por una proteína (flagelina). Ausente. Citoesqueleto Membrana Plasmática Presente, formada de bicapa lipídica y proteínas, sin colesterol Célula Eucariótica Protistas (protozoos, algas), hongos, animales y vegetales. La mayoría entre 10 – 50 μm de diámetro. Encerrado en el núcleo por la envoltura nuclear, tiene una disposición lineal, asociándose con proteínas (histonas y no histonas), denominándose cromatina. Presente, con varios tipos de organelos tales como mitocondrias, cloroplastos, lisosomas, vacuolas, etc. Más grandes y pesados ( 80 S ) Ausente en células animales, presente en las células vegetales y algunos protistas (compuesta principalmente por celulosa). Presente en hongos (quitina). Cilios y flagelos a base de un esqueleto microtubular de tubulina. Presente, constituido por microtúbulos, filamentos intermedios y microfilamentos. Presente, formada de bicapa lipídica y proteínas, con colesterol S = es una unidad de coeficiente de sedimentación (Svedberg). La célula eucarionte vegetal y animal. En los eucariotas, las membranas dividen al citoplasma en compartimentos, que los biólogos denominan organelos. Muchas de las actividades bioquímicas de las células (metabolismo celular), tienen lugar en estas estructuras. Estos espacios son importantes como sitios donde se mantienen condiciones químicas específicas, que incluso varían de organelo en organelo. Los procesos metabólicos que requieren condiciones diferentes, pueden tener lugar simultáneamente en una única célula porque se desarrollan en organelos separados. Otro beneficio de las membranas internas es que aumentan el área total membranosa de una célula eucariótica. Una célula eucariótica típica, con un diámetro diez veces mayor que una célula procariótica, tiene un volumen citoplasmático mil veces mayor, pero el área de la membrana plasmática es sólo cien veces mayor que la de la célula procariótica. Además, la célula posee otros organelos no membranosos, que también cumplen importantes y variadas funciones. En esta guía, hemos introducido varias estructuras celulares importantes. Para proporcionar un marco a toda esta información y reforzar la idea de que la estructura se correlaciona con la función, en el resumen que se presenta a continuación se agrupan los organelos celulares en cuatro categorías de acuerdo a su función general. Resumen : Estructuras no membranosas y organelos eucarióticos y sus funciones. Función general: Manufactura • Núcleo Síntesis de DNA; síntesis de RNA; ensamblado de subunidades ribosomales. • Ribosomas Síntesis de proteínas. • RE rugoso Síntesis de proteínas de membrana, proteínas de secreción y enzimas hidrolíticas; formación de vesículas transportadoras. • RE liso Síntesis de lípidos; metabolismo de carbohidratos en las células del hígado; Detoxificación celular; almacenamiento de calcio. • Aparato de Golgi Modificación, almacenamiento temporal y transporte de macromoléculas; formación de lisosomas y de vesículas de transporte. Función general: Degradación • Lisosomas • Peroxisomas • Glioxisomas • Vacuolas Digestión de nutrientes, bacterias y organelos dañados, destrucción de células durante el desarrollo embrionario. Diversos procesos metabólicos, incluyendo la degradación del H2O2. Ciclo del glioxilato. Digestión; almacenamiento de sustancias químicas; alargamiento celular; equilibrio del agua. Función general: Procesamiento de la energía • Cloroplastos • Mitocondrias Transformación de la energía lumínica en energía química contenida en los carbohidratos. Transformación de la energía química de los alimentos en energía química contenida en el ATP. Función general: Sostén, movimiento y comunicación entre células • Citoesqueleto (incluidos cilios, flagelos y centríolos en las células animales). • Paredes celulares (en plantas, hongos y algunos protistas).Mantenimiento de la forma celular; anclaje de los organelos; movimientos de organelos dentro de la célula; movimiento celular; transmisión mecánica de señales desde el exterior al interior celular. Mantenimiento de la forma celular y sostén esquelético; protección superficial, unión de células en tejidos. Actividades de autoevaluación: 1. 2. 3. 4. 5. Describa los aportes de Hooke y Van Leewenhoek desde la microscopia, en biología celular. Menciones los autores de la teoría celular y mencione sus postulados. Mencione las características en común para todo tipo de célula. Según la tabla 1. Mencione diferencias entre célula procarionte y eucarionte. Describa la función o funciones de: núcleo, ribosomas, mitocondrias, cloroplastos y aparato de golgi.