LA CÉLULA, UNIDAD DE VIDA 1. La célula: descubrimiento y definición 2. La teoría celular y su importancia en Biología: unidad estructural, funcional y genética de los seres vivos. 3. Organismos unicelulares y pluricelulares (niveles de organización biológicos) 4. Tipos de células: procariota y eucariota 5. Tipos de células eucariotas: vegetal y animal 6. Estructura y función de los orgánulos celulares: coordinación de funciones 7. Relación entre respiración celular y fotosíntesis 8. El núcleo celular: estudio del ADN: composición, estructura y propiedades 9. Los procesos de división celular. La mitosis y la meiosis. Características diferenciales e importancia biológica de cada una de ellas

1. BREVE HISTORIA DE LA CÉLULA Aristóteles ya pensaba que debían existir unas unidades vitales pequeñas que serían los constituyentes de los seres vivos. En el Renacimiento, Paracelso dijo que "todos los animales y vegetales, por más complicados que sean, están constituidos por unos pocos elementos que se repiten en cada uno de ellos. Sin embargo, estas ideas no eran producto de la observación ni de la experimentación y no tuvieron mucha transcendencia. Descubrimiento de la célula- Hubo que esperar hasta el s. XVII, cuando aparecieron los microscopios primitivos para poder observar las primeras células, pues el ojo humano no puede distinguir objetos menores de 0,1 mm y las células, salvo excepciones, tienen un tamaño menor. El primero en observar una célula fue el físico, astrónomo y naturalista inglés Robert Hooke (1635-1703), quien en 1665 pudo observar las células muertas de una fina lámina de corcho con un sencillo microscopio (de 50 aumentos). Vio que estaba formado por estructuras regulares en forma de cajitas. HOOKE les dio este nombre de CÉLULA, que significa celda o cuarto muy pequeño porque observó la pared de una célula muerta de corcho, que se parecía a las celdillas de un panal de abejas. Estas células sólo constituían en realidad la pared celular y su interior estaba vacío. 1674, Leeuwennhoek observó células libres en agua estancada, en sangre y semen. Muchas de éstas células son móviles y por ello las denonimó animáculos. Poco a poco, la observación de células al microscopio fue haciéndose común y se descubrieron

en diversos materiales biológicos. Se comenzó a pensar que su interior tenía más interés pues a principios del XIX, con la aparición de menores lentes y el empleo de colorantes, se empezó a valorar la importancia de las células. Virchow formuló el aforismo "omnia cellula ex cellula" ("toda célula proviene de otra célula"), Kollike afirmó que la unión de las células sexuales origina una célula que constituye el origen de un nuevo individuo. La universalidad de esta teoría resultó evidente cuando Ramón y Cajal demostró la individualidad de las neuronas, que parecía imposible. 2- LA TEORÍA CELULAR Tomando como base a Hooke y a Leewuenhoek, dos alemanes, cada uno por su lado, SCHLEIDEN y SCHWANN las encontraron en todas las partes de organismos; se dieron cuenta de que hay algo común en todos los seres vivos; unas estructuras independientes e iguales que se repiten en cualquier tejido vivo. Valoraron el descubrimiento de Hooke y les dieron el nombre que les había dado: células. SCHLEIDEN las estudió en los vegetales y SCHWANN en los animales. Ambos vieron que todos los organismos estaban formados por células y es así como surge la TEORÍA CELULAR que unifica todo lo que se sabía acerca de las células. Sus postulados son: 1- Todo ser vivo está formado por una o más células. 2- La célula es lo más pequeño que tiene vida propia: es la unidad anatómica y fisiológica del ser vivo. 3- Toda célula procede de otra célula preexistente, pasando de la célula madre a la hija, el material hereditario. Esta teoría significó el nacimiento formal de la biología celular. A partir de este momento, con la ayuda de microscopios cada vez de mayor resolución, esta ciencia fue capaz de describir, primero, la anatomía y la estructura de las células y, más adelante, su fisiología, reproducción y genética. El microscopio electrónico, desarrollado a mediados del siglo XX, permite más de 100000 aumentos. Se logran hasta 1000000x con un poder de resolución de 0,1nm (0,0000001mm), en comparación con los aumentos de 2000x y resolución de 0,2mcm (0,0001mm) del microscopio óptico.

Definición- LA CÉLULA ES LA UNIDAD MÁS PEQUEÑA QUE TIENE VIDA PROPIA. Las células pueden mantenerse con vida fuera de un ser vivo, en condiciones adecuadas de laboratorio. Sin embargo, esto no ocurre con los orgánulos celulares por eso se dice que es la unidad mínima de la vida (recordad las células HELA).

3. ORGANISMOS UNICELULARES Y PLURICELULARES (niveles de organización) Todos los seres vivos están formados por una o muchas células. Algunos organismos son unicelulares, como las bacterias o los protozoos (el paramecio en la imagen), y otros son pluricelulares, como los helechos, los escarabajos o el ser humano. En este caso, los miles y miles de células que forman el organismo se especializan y organizan en tejidos, órganos, aparatos y sistemas, que resuelven con eficiencia las funciones del organismo como un todo y las de cada célula en particular.

En la imagen aparecen los tejidos de nuestro organismo. Estos son asociaciones de células que forman los órganos, dando lugar a niveles de organización complejos en los que el trabajo de las células se especializa y coordina para realizar funciones superiores que no serían posibles en un ser unicelular o en un pluricelular sencillo como la medusa, algas…. La gran mayoría de células son tan pequeñas que no se pueden observar a simple vista, ni aun con una potente lupa. Por ello, los principales descubrimientos en el campo de la biología celular han ido paralelos al desarrollo y el perfeccionamiento de los microscopios. 4. TIPOS DE CÉLULAS: PROCARIOTA Y EUCARIOTA Podemos encontrar dos tipos de células en los seres vivos: CÉLULA PROCARIOTA • No tiene núcleo. El material genético ADN está libre en el citoplasma. • Sólo posee unos orgánulos llamados ribosomas. • Es la primera célula que surgió en la tierra y es el tipo de célula que presentan las bacterias

CÉLULA EUCARIOTA Todas las células humanas son células eucariotas, al igual que lo son las células de todos los animales, plantas y mayoría de seres. Se distinguen de las procariotas porque: -Poseen un gran número de orgánulos y es de mayor tamaño. -El material genético ADN está encerrado en una membrana y forma el núcleo.

En la imagen aparece la eucariota animal.

5. TIPOS DE CÉLULAS EUCARIOTAS: VEGETAL Y ANIMAL Las principales diferencias entre la célula vegetal y animal son: 1. La célula animal posee centriolos. 2. La célula vegetal posee cloroplastos. 3. Célula geométrica y enorme vacuola que ocupa casi toda la célula. 4. También posee pared celular.

Apunta los tamaños de los distintos tipos de células:

Célula vegetal

6. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LOS ORGÁNULOS CELULARES Al microscopio óptico sólo podemos distinguir el núcleo y que está separada del medio que le rodea, por lo que se sospecha la membrana llamada membrana plasmática. Ésta aparece en las procariotas y en las eucariotas animales y vegetales. Todas están limitadas por una membrana plasmática que las comunica con su entorno y también las aísla de él. Se trata de una fina lámina. Lo que queda entre núcleo y membrana se llama citoplasma. Vistas al microscopio electrónico podeos observar en la célula animal los orgánulos que aparecen en las imágenes:

MEMBRANA PLASMÁTICA. Presentan doble capa de fosfolípidos. Intercaladas, aparecen las proteínas, que funcionan como canales de paso de sustancias (ya que la membrana es semipermeable). Por tanto, su función es importante a la hora de permitir el paso de sustancias o impedirlo,

1- El transporte de sustancias puede darse a través de los lípidos o de los canales

2-También se encarga del reconocimiento celular de sustancias extrañas y de informar a la célula de las señales que le llegan.

NÚCLEO Es un cuerpo grande, frecuentemente esférico, que solo se encuentra en la célula eucariota. Está rodeado por una envoltura nuclear, que es parte del retículo endoplasmático y que lo rodea formando una membrana doble. En el núcleo se encuentra la cromatina, formada por ADN+ARN+proteínas . Cuando la célula se está dividiendo (MITOSIS) la cromatina se reparte en una especie de bastoncitos llamados cromosomas. En INTERFASE, dentro del núcleo, las moléculas de ADN y proteínas están organizadas en cromosomas que suelen aparecer dispuestos en pares idénticos. Los cromosomas están muy retorcidos y enmarañados y es difícil identificarlos por separado. Pero justo antes de que la célula se divida, se condensan y adquieren grosor suficiente para ser detectables como estructuras independientes.

El núcleo contiene la información genética de la célula. Con ella dirige la actividad de la célula, gracias a una de las funciones más importantes que realiza: LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS. El ADN del interior de cada cromosoma es una molécula única muy larga, que aparece enrollada, y que contiene secuencias lineales de genes. Éstos encierran a su vez instrucciones codificadas para la construcción de las moléculas de proteínas y ARN necesarias para producir una copia funcional de la célula. Los orificios de la membrana son los poros nucleares. A través de ello pueden salir del núcleo los ARNs etc. El nucleolo es una región especial en la que se sintetiza el ARN ribosómico (ARNr), necesario para formar los ribosomas. El núcleo controla la síntesis de proteínas en el citoplasma enviando mensajeros moleculares. Youtube: elgenoma humano

RIBOSOMAS Son los orgánulos celulares mas numerosos y no tienen membrana. Están formados por dos subunidades: la mayor y la menor, unidas al RNAm. Es un orgánulo universal, pero en procariotas tiene un menor tamaño Función.-La síntesis de proteínas. Los aminoácidos son transportados por el RNA de transferencia (tRNA), específico para cada uno de ellos, y son llevados hasta el RNA mensajero (mRNA), dónde se aparean el codón de éste y el anticodón del RNA de transferencia, por complementariedad de bases, y de ésta forma se sitúan en la posición que les corresponde RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO Es una red de cavidades membranosas interconectadas que forman cisternas, sacos, túbulos … Existe una zona del RE que contiene ribosomas asociados a su cara, que es el rugoso y que continúa con la membrana externa del núcleo. Otra parte se comunica con el Golgi, a través de vesículas transportadoras o por túbulos. Hay dos tipos: Retículo endoplasmático Rugoso: RER Denominado así por la existencia de rugosidades presentes en los sáculos y que son ribosomas adosados a ellos. Función: -Transporta las proteínas que se han sintetizado en los ribosomas y que suelen exportarse a otros compartimentos celulares, almacenándose previamente en las cisternas, desde donde pasan posteriormente al aparato de Golgi. El retículo liso (REL), que no presenta ribosomas en la membrana, se encarga de la síntesis de lípidos de membrana, fosfolípidos y colesterol,

EL APARATO DE GOLGI El aparato de Golgi está integrado por cisternas membranosas y aplanadas que se unen en grupos de 4 a 6 para formar un dictiosoma, al cual se asocian multitud de vesiculitas esféricas (vesículas de Golgi), encargadas del transporte y la secreción de sustancias. Las vesículas golgianas se clasifican, según su contenido, en lisosomas (repletos de enzimas digestivas), vacuolas (parecidas a los lisosomas pero que actúan

como almacén de nutrientes y de productos de desecho) y vesículas de secreción (con sustancias útiles que segrega la célula). LOS ORGÁNULOS CELULARES TRABAJANDO JUNTOS La coordinación entre los distintos orgánulos es fundamental en la vida de la célula, como vemos en este ejemplo de digestión de una bacteria. Existe una estrecha relación entre el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi, puesto que muchas de las proteínas almacenadas en el RE son transportadas en unas vesículas generadas en él. Las proteínas se forman en los ribosomas. bajo mandato del núcleo celular. Pasan al RER y de aquí a Golgi, de donde se destinarán a formar lisosomas, vesículas de secreción e incluso vacuolas, algunas de las cuales son digestivas, ya que digieren la bacteria o una mitocondria inservible (autofagia).

bacteria

Vacuola digestiva

LOS LISOSOMAS Los lisosomas son pequeñas bolsitas que contienen enzimas necesarias para la digestión celular de numerosas macromoléculas, normalmente indeseables, procedentes del medio externo o de la propia célula.. Tienen gruesas paredes para evitar la autodigestión. Constituyen el aparato digestivo de la célula. VACUOLAS Una vacuola es una vesícula muy grande, llena de líquido y rodeada por una membrana. Son orgánulos característicos de células vegetales, en las que suelen ser más abundantes y más voluminosas, pudiendo llegar a ocupar prácticamente todo el volumen celular. Se forman por fusión de vesículas procedentes del golgi. Normalmente contienen agua, sales, azúcares y proteínas. La vacuola pulsátil de la imagen elimina agua en microorganismos que viven en medios hipotónicos para evitar la turgescencia, como ocurre en este paramecio.

Digestión de la bacteria y de una mitocondria

Las proteínas (enzimas) del RER pasan al ap. Golgi para formar lisosomas

EL CENTROSOMA o los CENTRIOLOS. Los centriolos se presentan de dos en dos orientados perpendicularmente entre sí, formando el centrosoma, localizado próximo al núcleo. El centriolo es considerado un centro formador de microtúbulos y sólo aparece en células animales. Durante la división, cada centriolo se mueve a lugares opuestos del núcleo, y de cada uno crece un haz de túbulos que forman el huso mitótico, que separará las cromátidas de los cromosomas y dirigirán su movimiento.

Las celulas de las plantas forman el huso pero sin centriolos. CILIOS Y FLAGELOS. Son prolongaciones citoplasmáticas dotadas de movimiento. Son mecanismos de locomoción y en el caso de los cilios, de captura de alimentos. Los cilios son cortos y abundantes. El flagelo es largo, en forma de látigo, y sólo hay uno o dos.

En la base de cada cilio y flagelo hay un centriolo que dirige su movimiento. LA PARED CELULAR Es la capa externa rígida que rodea exclusivamente a las células vegetales y a las procariotas, por encima de la membrana plasmática. Sirve como elemento de protección y sostén de las células. Es una gruesa cubierta formada por fibras de celulosa. La pared puede engrosarse más y cargarse de sustancias como lignina que forma el leño del tronco de los árboles, para dar rigidez en soporte. La suberina en la piel de la patata y el corcho en el alcornoque.

MITOCONDRIA Son orgánulos que se encuentran tanto en animales como en vegetales. Constan de dos membranas: externa e interna, la cual se repliega formando crestas mitocondriales. El espacio interior se llama matriz y contienen algo de ADN y ribosomas, como se aprecia en esta imagen del ME. Función: La RESPIRACIÓN CELULAR mediante la cual producen la energía necesaria para la actividad celular. Las mitocondrias actúan como centrales energéticas de la célula, quemando los nutrientes (glucosa, lípidos) con el oxígeno y eliminando CO2 La energía se acumula en forma de ATP (la moneda energética de la célula) para ser utilizada donde se necesite. La verdadera respiración ocurre en las células; éstas necesitan energía para realizar sus funciones (que se dan gracias a las reacciones químicas) y la sacan de unas moléculas energéticas que llamamos materia orgánica. Estas biomoléculas contienen energía QUÍMICA, llamada así porque está en sus enlaces químicos C-C, C-H etc. Para sacarla hay que romper los enlaces de las moléculas orgánicas, como la glucosa, oxidando o quemando (reaccionando con oxígeno) y esto se hace gracias a la respiración celular. Ésta consiste en producir energía a partir de los alimentos y el oxígeno, eliminando dióxido de carbono. Todas las células, también las vegetales, respiran para obtener la energía que necesitan

MITOCONDRIA

GLUCOSA se prepara en el citoplasma Y produce dos moléculas de 3 carbonos C-C-C

En las crestas se produce ATP o ENERGÍA para realizar las funciones vitales: todas las reacciones químicas que hacen posible la vida

Reacciones químicas METABOLISMO para funcionar. El proceso comienza en el citoplasma donde la glucosa (que tiene 6 C) se parte en dos moléculas de 3 carbonos, que entran en las mitocondrias. En la matriz mitocondrial continúa la ruptura de enlaces y termina en las crestas, donde se aprovecha toda la energía liberada en las oxidaciones para fabricar ATP. Este pceso se llama FOSFORILACIÓN OXIDATIVA pues el ADP + P+ energía de las oxidaciones produce ATP.

Algunas bacterias y hongos microscópicos pueden romper la molécula de glucosa sin el oxígeno y producir energía. Este proceso es la FERMENTACIÓN. Nuestras células musculares pueden hacerlo, en situaciones de mucha necesidad de ATP y poca disponibilidad de oxígeno. Estos organismos pueden vivir en condiciones anaerobias (sin oxígeno), a diferencia de los aerobios, que necesitamos oxígeno para vivir. Respiración Aerobia: C6H12O6 + 6 O2 = 6CO2 + 6 H2O + 38 ATP Fermentación :

C6H12O6

= 2CO2 + 2 CH2OH-C + 2 ATP

Vemos que en la fermentación la glucosa no se ha oxidado completamente, por tanto, la producción de ATP es menor.

CLOROPLASTO Orgánulo exclusivo de vegetales y algas. Consta de dos membranas y tiene numerosos sacos internos que se agrupan formando una especie de montoncitos de monedas llamados GRANA y que contienen el pigmento verde llamado clorofila. Además, contienen ADN y ribosomas en el espacio interior, que se llama ESTROMA.

Función: Realiza la fotosíntesis o síntesis de materia orgánica a partir de materia inorgánica, gracias a la energía de la luz y con eliminación de oxígeno. Se explica en el archivo fotosíntesis y se resume en esta reacción que aparece sin ajustar:

7- RELACIÓN ENTRE RESPIRACIÓN CELULAR Y FOTOSÍNTESIS: transformación de energía y materia

- En cuanto a la materia, las plantas transforman la MI en MO gracias a que fijan el CO2 en moléculas orgánicas, desprendiendo oxígeno. En la respiración, la MO se transforma en inorgánica gracias al oxígeno, con desprendimiento de CO2. Los carbonos de nuestras biomoléculas proceden del Co2 del aire. -En cuanto a la energía, las plantas son capaces de captar la energía de la gracias a la fotosíntesis. En la fase luminosa la energía lumínica se transforma en ATP (energía química) y en la fase oscura el ATP sirve para formar materia orgánica, de manera que su energía queda fijada en forma de enlaces C-C de las biomoléculas. La energía de estos enlaces también es energía química, útil para los seres vivos. En la respiración celular, la energía química de estas moléculas se transforma en ATP, que acumula también energía química, que puede ser utilizada para las funciones vitales. Nuestra energía procede de la energía del sol, transformada. ACTIVIDAD DE LAS PLANTAS DE DÍA Y DE NOCHE Recordemos que las plantas también tienen que realizar la Respiración Celular en las mitocondrias para obtener energía en forma de ATP, a partir de las moléculas orgánicas que ellas mismas producen.