TEORÍA CELULAR

TEORÍA CELULAR

Theodor Schwan

Mathias Schleiden

Morfológica

FisiológicaGenética

Procariotas

Células sin núcleo celular diferenciado, es decir, cuyo ADN se encuentra disperso en el citoplasma.

Las células procariotas son pequeñas y menos complejas que las eucariotas.

Contienen ribosomas

Procariotas Archea

BacteriaPoseen una membrana celular compuesta de lípidos, en forma de una bicapa y sobre ella se encuentra una cubierta en la que existe un polisacárido complejo denominado peptidoglicano

La membrana celular tiene una estructura similar a la de las demás células, pero su composición química es única, con enlaces tipo éter en sus lípidos. Tienen una capa de pseudomureina.

Procariotas y Eucariotas

Célula Eucarionte

Vegetal

Comparación de estructuras en células animales y vegetales

Célula animal típica Célula vegetal típica

Estructuras básicas • Membrana plasmática

• Citoplasma• Citoesqueleto

Organelos• Núcleo (con Nucléolo) • Retículo endoplasmatico

rugoso • Retículo endoplasmatico liso• Ribosomas• Aparato de golgi• Mitocondria • Vesículas• Lisosomas• Vacuolas• Centrosoma (con Centriolos)

• Núcleo (con Nucléolo) • Retículo endoplasmático rugoso• Retículo endoplasmático liso• Ribosomas• Aparato de Golgi (Dictiosomas) • Mitocondria• Vesículas• Lisosomas• Vacuola central (con Tonoplast) • Plastidios (Cloroplastos, Leucoplastos,

Cromoplastos)• Microcuerpos (Peroxisomas, Glioxisomas)

Estructuras adicionales • Flagelo

• Cilios• Flagelo (sólo en gametos) • Pared celular• Plasmodesmos

• Membrana plasmática• Citoplasma• Citoesqueleto

Estructura y

Fisiología Celular

Singer y Nicolson (1972)

MEMBRANA CELULAR

TRANSPORTE

PERMEABILIDADSELECTIVA

DIFUSIÓN

EXOCITOSIS

FAGOCITOSIS

PINOCITOSIS

Estos filamentos tienen importancia en el movimiento de la célula y en la forma celular. Se agrupan en el Cortex celular, que es una zona que rodea, por dentro, la membrana plasmática.

Filamentos de actina

Microtúbulo

Filamentos intermedioConstituido por fibras unidas entre si por enlaces hidrofóbicos (al igual que las anteriores), encargados de generar la resistencia mecánica.

Los microtúbulos son los encargados del transporte dentro de la célula, la ubicación de los organelos y la generación de movimientos.

KinesinasDineinas

Citoesqueleto: Microtúbulos, filamentos intermedios y microfilamentos

• Estructuras sólidas, de subunidades de actina

• Soporte estructural, movimiento celular y de organelos, división celular

• Fibras resistentes estables, formadas de polipéptidos: Ej. Miosina

• Refuerzan citoesqueleto, estabilizan la forma celular

• Tubos huecos de tubulina• Soporte estructural, movimiento

celular y de organelos, división celular, en cilios, flagelos, centriolos y cuerpos basales

• Organización del huso mitótico

• Ausente en plantas

CENTRIOLOS

Locomoción de espermatozoides y algunos organismos unicelulares (protozoarios, bacterias)

FLAGELOS

Desplazamiento en organismos unicelulares y movimiento de materiales en superficies epiteliales

CILIOS

(1) Nucléolo (2) Núcleo celular (3) Ribosoma (4) Vesículas de secreción (5) Retículo endoplasmático rugoso (6) Aparato de Golgi (7) Citoesqueleto (8) Retículo endoplasmático liso (9) Mitocondria (10) Vacuola (11) Citoplasma (12) Lisosoma (13) Centríolo

SÍNTESIS DE PROTEÍNASSíntesis de polipéptidos (procariontes y eucariontes)

RNA RIBOSÓMICOUn ribosoma es una estructura citoplásmica de nucleoproteina que actúa como la maquinaria para la síntesis dc proteínas a partir de los moldes de mRNA.

Los componentes de los ribosomas de mamíferos, que tienen un peso molecular de aproximadamente 4.2 x 106 y una velocidad de sedimentación de 8OS

Las funciones de las moléculas del RNA ribosómico en la partícula ribosómica, son necesarias para el ensamblaje ribosómico y parecen tener papeles clave en la fijación del mRNA a los ribosomas y en su traducción.

DIGESTIÓNCELULAR

Síntesis de polipéptidos (procariontes y eucariontes)

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

DETOXIFICACIÓN

SINTESIS LÍPIDOS

SECRECIÓN

CELULARModificación, empaque para secreción y distribución de proteínas para otros organelos

GENERAR ENERGÍA

Respiración celular: ciclo de Krebs, transporte de electrones y fosforilación oxidativa

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Tamaño:•Longitud: 0.5 – 10 μm•Diámetro: 0.5 – 1 μmN◦/célula: 1 – 1000Condrioma celular: conjunto de mitocondrias en la célula. Ejm. Hepatocito de 1000 – 2000 mitocondrias (1/5 del volumen celular).Estructura:•Membrana interna (Crestas)•Membrana externa•Espacio Intermembranoso•Matriz

Mitocondria: Estructura y Composición

Composición Molecular: Proteínas y fosfolípidos de las membranas son muy diferentes.

BCM: Clase 7 30

ATP Sintasa(F0F1)Cresta

Membrana Externa (bicapa lipidica)•50% de proteínas, 50% lípidos•Permeable a iones, moléculas 5Kd (metabolitos, polipéptidos)•Contiene enzimas implicados en síntesis de lípidos.

•Contiene:80% proteínas, 20% lípidos de los cuales 10%

es cardiolipinaTransportadores de la cadena de electrones

(Complejo I-IV)Otros Transportadores de membrana.Traslocasa ADP-ATPATP Sintasa (F0F1)

MatrizContiene:•Complejo Piruvato DH•Enzimas del Ciclo Ácidos Tricarboxilicos •Enzimas β- oxidación•Enzimas de oxidación de Aminoácidos•Ribosoma, ADN•Muchas otras enzimas•ATP, ADP, Mg+2, Ca+2, K+

•Muchos intermediarios metabólicos solubles

RibosomasCanales Porina

Espacio IntermembranosoContiene Citocromo cEnzimas dependientes de ATP para fosforilar otros nucleótidos.

Difosfatidilglicerol (DPG)

Cardiolipina

Membrana Interna (altamente selectiva)•Impermeable a moléculas 5 Kd y iones, incluido H+

VDAC

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Mitocondria: FuncionesIntegración del metabolismo de los azúcares

Oxidación del piruvatoCiclo de los ácidos tricarboxilicos (ATC)Metabolismo de los aminoácidosMetabolismo de los ácidos grasos y esteroidesRespiración celularProducción de la EnergíaTermogénesis

Catálisis de varias reacciones metabólicas. Ejs. Degradación de H2O2 mediante la catalasa; degradación del etanol

La separación del material genético del citoplasma circundante es una de las características más importantes que distingue a las células eucariotas de las procariotas.

NÚCLEO CELULAR

Núcleo celular

Envoltura nuclear

Membrana nuclear externa Ribosomas

Complejo de Poro Nuclear

Membrana nuclear interna

Cromatina(ADN + Histonas)

Heterocromatina

Eucromatina

Nucleoplasma

Nucleolo

Lámina nuclear

Envoltura nuclear• La envoltura nuclear separa el genoma nuclear

(ADN + Histonas) del citoplasma.

• Define el compartimiento nuclear.

• Consiste en dos membranas concéntricas que son penetradas por los complejos de poro nuclear.

• La membrana nuclear interna y externa se continúan pero mantiene una diferente composición proteica.

Membrana nuclear externa • Se relaciona con el citoplasma.

• Continua con la membrana del Retículo Endoplasmático Rugoso.

• Interactúa con ribosomas involucrados en la síntesis de proteínas.

• Las proteínas sintetizadas son transportadas hacia el espacio perinuclear que se continúa con la luz del Retículo Endoplasmático.

Citoplasma

nucleoplasma

Membrana nuclear interna • Se relaciona con el

nucleoplasma.

• Tiene proteínas de anclaje para la cromatina y la lámina nuclear.

• Carece de ribosomas.

• Se continua con la membrana nuclear externa.

Citoplasma

nucleoplasma

Lámina nuclear• Red proteica de filamentos

intermedios tipo V.• Constituye el nucleoesqueleto

celular.• Tiene un espesor de 75 ƞm.• Determina el tamaño y la forma

nuclear.• Posibilita la integridad mecánica y la

posición de los complejos de poro nuclear.

• Proporciona el soporte estructural a la envoltura nuclear.

Lámina nuclear

• Mantienen el núcleo en su forma esférica.• Permite el montaje y desmontaje de la envoltura

nuclear durante la división celular (desmontaje del núcleo en la mitosis y el montaje del núcleo en las células hijas).

• Interviene durante:– Replicación del ADN.– Transcripción del ADN.– Apoptosis.

Lámina nuclear• La lámina forma un interfaz

molecular entre la membrana nuclear interna y la cromatina.

• Las lamininas estructuran la lámina nuclear.

• En menor concentración, las lamininas se distribuyen por todo el nucleoplasma.

• Las lamininas A y C se unen a la heterocromatina.

• La laminina B se une al receptor de lamina B (LBR), que está conectado a la envoltura nuclear, como una proteína de membrana.

• La fosforilación de las lamininas A y C las solubiliza durante la profase, lo que permite la disolución de la lámina nuclear.

• La laminina B permanece unido a su receptor durante la profase.

CROMOSOMAS

El cromosoma es el material hereditario (ADN) organizado alrededor de un esqueleto proteico, cuyas funciones son las de conservar, transmitir y expresar la información genética

Cromosomas / Cromatina

• Los cromosomas aparecen al principio de la mitosis y desaparecen cuando la división celular ha terminado.

• La aparición y desaparición de los cromosomas fue una pregunta desafiante para los citólogos en otros tiempos:

¿Cuál es la naturaleza de los cromosomas en la célula no mitótica?

Crom

osom

a Crom

atina

Núcleo interfásico

¿Cómo es posible que el ADN de 2 metros de longitud se acomode en un núcleo de sólo 10 µm (1 x 10-5 m) de diámetro?

Núcleo celular 50

Existen 5 tipos de histonas: H1, H2A, H2B, H3 y H4.

Amanzo

Histona Nº residuos PMContenido en moles % de

Lys/Arg ModificaciónLys Arg

H1 213 21.000 27,7 1,4 19,78 Fosforilación

H2A 129 13.900 10,9 9,3 1,17 Fosforilación, acetilación

H2B 125 13.774 15,2 6,1 2,49 Fosforilación, acetilación

H3 135 15.273 9,6 13,3 0,72Acetilación, metilación

fosforilación

H4 102 11.236 10,8 13,7 0,79Acetilación, metilación

fosforilación

Cromatina• La unidad básica estructural de la cromatina es el

nucleosoma.

• El núcleo está formado por un octámero constituido por dos subunidades de las siguientes histonas: – H2A (dos unidades)– H2B (dos unidades)– H3 (dos unidades)– H4 (dos unidades) octámero

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CROMATINA:

Nucleosoma• El ADN gira 1.8 veces alrededor del octámero (146 pares de

nucleótidos).• Un nucleosoma típico está asociado a 200 pares de bases (pb)

y está formado por un núcleo ("core") y un ligador (o "linker").

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Nucleosoma

• Alrededor del octámero se enrolla el ADN (140 pb) dando casi dos vueltas (una vuelta y tres cuartos).

• El resto del ADN (60 pb) forma parte del ligador ("linker") y está interaccionando con la histona H1.

• La cantidad de ADN asociado con un nucleosoma varia de una especie a otra, de 154 pb a 241 pb, esta variación se debe fundamentalmente a la cantidad de ADN asociada al ligador ("linker").

• Las fibras de ADN de doble cadena desnudo tienen un grosor de 2 ƞm.

• La asociación del ADN con las histonas genera los nucleosomas que muestran unos 10 ƞm de diámetro.

• Los nucleosomas se pueden enrollar helicoidalmente para formar un solenoide que constituyen las fibras de cromatina de los núcleos interfásicos con un diámetro aproximado de 30 ƞm.

• Los solenoides pueden volverse a enrollar para dar lugar a supersolenoides con un diámetro de 400 a 600 ƞm que constituirían las fibras de los cromosomas metafásicos.

Eucromatina / Heterocromatina• La cromatina puede presentar distintos

grados de empaquetamiento.

• La cromatina mayoritaria, la que constituye la mayor parte del núcleo recibe el nombre de eucromatina, se encuentra relativamente sin condensar y distribuida por el núcleo.

• La cromatina minoritaria (10%) es la heterocromatina, se encuentra en un estado muy condensado. Es transcripcionalmente inactiva y contiene secuencias de ADN altamente repetitivas.

Características de la CromatinaTIPO DE CROMATINA ESTADO FÍSICO CAMBIO QUÍMICO TIPO DE GENES REPLICACIÓN

EUCROMATINA Laxa Acetilada Activos Fase S temprana

HETEROCROMATINA condensada Metilada Silentes Fase S tardía

EUCROMATINA Y HETEROCROMATINA

Nucléolo

• Estructurado por proteínas y ácido nucleico.

• Lugar de transcripción.• Ensamblaje de ribosomas.

nucleolo

ESTRUCTURA EXTERNA DE LOS CROMOSOMAS

Tamaño:

Número:

Los cromosomas sufren grandes variaciones en su tamaño a lo largo del ciclo celular, pasando de estar muy poco compactados (interfase) a estar muy compactados (metafase)

El número de cromosomas se denomina número diploide y se representa como 2n. El número de cromosomas de un juego cromosómico y que se corresponde con el número de cromosomas de un gameto de la especie se le denomina número haploide y se representa como n.

CARIOTIPO HUMANO

El cariotipo es un esquema, foto o dibujo de los cromosomas de una célula metafásica ordenados de acuerdo a su morfología (metacéntricos, submetacéntricos, telocéntricos, subtelocéntricos y acrocéntricos) y tamaño, que están caracterizados y representan a todos los individuos de una especie.

CÉLULAS VEGETALES