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La CélulaGeneralidades, Citoplasma y Organelas Membranosas
Profesora Mayra Jiménez
Unidad I. Introducción al estudio de la Histología y Morfología Celular
Objetivo General: Especificar las herramientas que utiliza la histología para el estudio ultraestructural de tejidos y de la célula como unidad morfológica y funcional del organismo
Contenido: • La célula: concepto, función, tipos (procariotas y eucariotas), tamaños, formas y organizaciones celulares.• Métodos de observación directa de células y tejidos vivos. Métodos de fraccionamiento celular.
• Compartimentación celular: Citoplasma. Organelas membranosas: membrana plasmática o plasmalema: módelos, movilización de sustancias, receptores. Transporte vesicular. Exocitosis y Endocitosis. Endosomas. Lisosomas
La Teoría celular
Las células se descubrieron en el siglo XVII. El inglés Robert Hooke, en 1665. Con un microscopio muy rudimentario
Examinó una preparación de corcho y descubrió que parecía estar compuesto por pequeñas celdillas rodeadas de paredes rígidas
Hasta el siglo XIX dos científicos, Matthias Jakob Schleiden y
Theodor Schwann, formularon una teoría que explicara la estructura y funcionamiento de las células
En 1839, establecieron que todo ser vivo está formado por una o muchas células, que ésta es la estructura más pequeña que cumple todas las funciones vitales, y que toda célula procede a su vez de otra célula que se ha dividido.
Principios de la Teoría Celular 1.Todos los seres vivos están constituidos por una o más células, es
decir, la célula es la unidad morfológica de todos los seres vivos.
2. La célula es capaz de realizar todos los procesos necesarios para permanecer con vida, es decir, la célula es la unidad fisiológica de los organismos.
3. Toda célula proviene de otra célula.
4. La célula contiene toda la información sobre la síntesis de su estructura y el control de su funcionamiento y es capaz de transmitirla a sus descendientes, es decir, la célula es la unidad genética autónoma de los seres vivos.
El primer y segundo principios fueron establecidos por Schleiden y Schwann; posteriormente Virchow aportó el tercer principio sobre el origen de la célula. La teoría celular se puede completar con el cuarto principio propuesto por Sutton y Boveri
Funciones de las células
Nutrición Las células necesitan agua para mantener sus estructuras y su
equilibrio interno, y también se nutren de sustancias que toman del medio.
Ellas mismas son capaces de transformar esas sustancias en materia propia, o bien, la descomponen para obtener la energía necesaria para vivir. A la vez, tienen que expulsar los desechos al exterior. Todos estos procesos reciben, en conjunto, el nombre de metabolismo celular.
Funciones de las células
Relación La función de relación de una célula
es su capacidad para recibir y responder a estímulos que provienen del exterior. Las células reaccionan fundamentalmente a la presencia de alimento, pues éste asegura su supervivencia.
Las células detectan básicamente estímulos de dos tipos: químicos y físicos. Un ejemplo de estímulo químico es la variación en la concentración de sal en el medio.
Los Estímulos físicos son los cambios de temperatura, de luz, de presión, de gravedad o los cambios eléctricos.
Las células responden a estos estímulos por medio de un movimiento o de una variación en su actividad interna, es decir, en su fisiología.
Funciones de las células
Funciones de las células
Reproducción La reproducción es la capacidad de una célula
(denominada célula madre) para dividirse en dos células hijas, idénticas entre sí e idénticas a la célula original. Por tanto, toda célula procede de otra célula anterior, mediante un proceso denominado división celular.
Células Procariotas
La célula procariota es muy sencilla y se caracteriza por carecer de membrana nuclear, por lo que el núcleo es difuso y el material genético se encuentra libre en el citoplasma.
Se trata de células más pequeñas, con un grado de complejidad estructural menor que las eucariotas, y tan sólo constituyen organismos unicelulares, como las bacterias.
Su citoplasma no presenta prácticamente ningún orgánulo y la membrana plasmática posee unos pliegues hacia el interior. En la parte externa se origina una envoltura protectora y resistente, la pared celular, de composición variada, rígida y responsable de la forma de la célula.
Célula Eucariota
La célula eucariota es más compleja y alcanza mayores niveles de organización al poder construir organismos unicelulares o pluricelulares. La organización eucariota la presentan las protoctistas, los hongos, las plantas y los animales.
Atendiendo a la naturaleza de los seres vivos, las células se dividen en animales y vegetales. Aunque poseen la misma estructura, las células vegetales tienen unos orgánulos característicos (plastos) y una cubierta externa de celulosa (pared celular) que las células animales no presentan
Forma y Tamaño de las células
La forma de las células está condicionada principalmente por su función. Puede variar en función de la ausencia de pared celular rígida, de las tensiones de uniones a células contiguas, de la viscosidad del citosol, de fenómenos osmóticos y de tipo de citoesqueleto interno.
El tamaño celular es muy variable. En general varía entre 10-60 µm (1 µm=1/1000 mm) Los factores que limitan su tamaño son la capacidad de captación de nutrientes del medio que les rodea y la capacidad funcional del núcleo.
Organizaciones celulares
En los organismos pluricelulares, las características específicas de cada célula están determinadas por las proteínas que elabora.
Ej. Las células de la piel son ricas en queratina, sustancia de protección.
Las musculares contienen miosina, que permite la contracción y el relajamiento de las fibras.
Piel
Tejido muscular
Organizaciones celulares
Las proteínas de las neuronas (células del sistema nervioso) participan en la transmisión de impulsos eléctricos, a través de sustancias químicas llamadas neurotransmisores.
El tejido cartilaginoso es elástico; con él se forman las articulaciones -uniones entre dos huesos- , que facilitan el movimiento. Tejido cartilaginoso
Métodos de Observación directa de células y tejidos vivos
• Estudio de poblaciones celulares vivas fuera del organismo (Cultivo in vitro)
1.- Cultivo de células: aisladas y no organizadas en un tejido
2.- Cultivo de Tejido
3.- Cultivo de Órganos
Métodos de Fraccionamiento Celular
• Separa los componentes celulares y mantiene al mismo tiempo sus funciones
1.- Centrifugación Diferencial: para la separación de organelas celulares
2.- Centrifugación por gradientes de densidad: se obtiene mayor cantidad de fracciones más limpias
3.- Cromatografía (Bioquímica, biología celular)
4.- Electroforesis (Bioquímica, biología celular)
Estudio de las Células
Ejemplo de Centrifugación: Es un método por el cual se
pueden separar sólidos de líquidos de diferente densidad mediante una centrifugadora, la cual imprime a la mezcla un movimiento rotatorio con una fuerza de mayor intensidad que la gravedad, provocando la sedimentación del sólido o de las partículas de mayor densidad.
Ejemplo de Centrifugación Las partículas experimentan una aceleración que las obliga a sedimentar.
Estudio de las Células
Estudio de las células: Centrifugación diferencial La centrifugación diferencial se basa en la existencia de diferentes partículas en la
suspensión que difieren en su densidad de la del medio. Si se centrifuga en condiciones suaves (poco tiempo, poco fuerza de aceleración)
sedimentarán las partículas mayores y/o más densas. Cuando el sobrenadante de la primera centrifugación es centrifugado de nuevo en
condiciones de mas tiempo y más fuerza de aceleración sedimentan de nuevo las partículas más densas presentes,.. y así sucesivamente.
Se pueden aplicar condiciones crecientes de severidad en la centrifugación y obtener una colección de sedimentos que corresponden sucesivamente a fracciones de partículas de diferente tamaño y/o densidad.
Estudio de las células
Ultracentrifugación o Centrifugación por Gradiente de Densidad
Consiste en la separación de las partículas en función de su densidad de flotación.
La técnica no solo permite la separación de varios, si no todos, los componentes de la muestra, y también permite realizar medidas analíticas.
La muestra se dispone por encima y se mezcla con un gradiente de densidad que contiene una concentración muy elevada de sacarosa o de cloruro de cesio, cuya densidad aumenta desde la zona superior a la inferior
Al centrifugar cada componente subcelular se desplazará hacia arriba o hacia abajo hasta que alcance una posición en la que su densidad sea igual a la de su entorno
Estudio de las células
Ultracentrifugación Como consecuencia se
producirán una serie de bandas discretas, las más próximas al fondo del tubo contendrán las partículas con mayor densidad de flotación. Este método también se conoce como equilibrio en gradiente de densidad.
Se emplean diferentes sustancias para conseguir los gradientes de densidad, como son sacarosa, percol, cloruro de cesio,.
Estudio de las células
Purificación y separación de ácidos nucleicos (AN) El ARN es el ácido nucleico más abundante en la célula, y puede
purificarse fácilmente. Existen diversos métodos para extraer los ácidos nucleicos. Ejemplo: Para el análisis de PCR (Reacción en cadena de
polimerasa, es necesario hacer una extracción previa del AN en cuestión
Primer paso: Lisis celular para liberar los ácidos nucleicos
(buffer de lisis: tiosulfato de guanidina)
Segundo paso: Purificar los AN para separarlos y aislarlos
(mediante lavados con pH y concentración óptimas)
Tercer paso: Usar una sustancia especial. Ej
Silica Magnética donde los AN se van a adherir
Estudio de las células
Cuarto Paso: Queda complejo silica magnética-AN
Quinto paso: Separar la silica magnética con procesos especiales magnetizados y dejar libre y purificados los ácidos nucleicos.
Aplicación de la técnica de PCR: permite amplificar más de un millón de veces un ADN obtenido a partir de una región seleccionada del genoma, siempre y cuando se conozca una parte de su secuencia de nucleótidos
Estudio de las células
Aplicaciones de la PCR En investigación: Una aplicación de la PCR de extrema
importancia es la clonación de secuencias de ADN en vectores En medicina: Permite el genotipificar la especie o especies que
provocan un determinado cuadro infeccioso. La PCR también se puede usar en revisiones médicas
rutinarias, como en los servicios de donantes de sangre, para test de rutina. A través de esta técnica se pueden detectar infecciones peligrosas en el donante (como VIH o Hepatitis B)
El diagnóstico de enfermedades hereditarias presentes en el genoma
Otros: Los campos de la paleontología, antropología biológica y la medicina y antropología forense
La Célula: Generalidades
La célula incluye el núcleo (nucleoplasma) y el protoplasma circundante (citoplasma), rodeada en su totalidad por una membrana muy delgada de protoplasma especializado, la membrana celular o plasmalema.
El núcleoplasma se encuentra separado del citoplasma por una membrana de protoplasma especializado, la membrana nuclear o nucleolema.
• El citoplasma contiene las organelas, unidades de protoplasma especializado con funciones celulares específicas, y las inclusiones en un gel acuoso llamado matriz citoplasmática.(citosol)
La Célula: Generalidades
Características fisiológicas de las células:
Absorción: capacidad celular de captar sustancias del medio circundante.
Secreción: capacidad de transformar moléculas absorbidas en un producto específico que luego es eliminado (secreción).
Excreción: capacidad de descartar los productos de desecho formados por sus procesos metabólicos.
Respiración: capacidad de producir energía mediante la utilización del oxígeno absorbido en la oxidación de los nutrientes.
Irritabilidad: capacidad de la célula de reaccionar ante un estímulo.
Conductividad: capacidad de transmitir los efectos de la estimulación hacia otras partes de la célula y hacia otras células.
Contractilidad: capacidad de la célula de acortarse en una dirección determinada, como reacción a un estímulo.
Reproducción: capacidad de generar células nuevas por partición de las ya existentes (división celular)
La Célula: Generalidades
Componentes químicos de las células:
Entre 70 – 80% de las células esta compuesto por agua.
El peso seco restante esta compuesto de la siguientes moléculas Componentes Inorgánicos:
Iones: sodio, potasio y calcio
Componentes Orgánicos: Proteínas Hidratos de carbono Lípidos Ácidos nucleicos
Organelas membranosas: Membrana plasmática Retículo endoplasmático de
superficie rugosa (rER) Retículo endoplasmático de
superficie lisa (sER) Aparato de Golgi Endosomas Lisosomas Vesículas de transporte Mitocondrias Peroxisomas
Organelas no membranosas: Microtúbulos Filamentos Centríolos Ribosomas
Citoplasma
Citoplasma
Contiene las organelas y las inclusiones en una matriz citoplasmática (citosol).
Las organelas se clasifican en: Organelas membranosas: poseen
membranas plasmáticas que separan el medio interno de la organela del citoplasma circundante.
Organelas no membranosas: carecen de membrana plasmática.
Inclusiones: carecen de membrana biológica. Elementos diversos: cristales, gránulos de pigmento, lípidos, glucógeno y productos de desecho
Organelas membranosas: MEMBRANA PLASMÁTICA
Es una estructura de lípidos en doble capa (bicapa lipídica) que forma el límite de la célula y los límites de muchas organelas intracelulares. Puede verse con el microscopio electrónico de transmisión.
El espesor total es de aproximadamente 8-10 nm. Compuesta por lípidos anfipáticos (fosfolípidos, colesterol) y 2
tipos de proteínas. La interpretación actual de la organización molecular consiste en
el modelo del mosaico fluido modificado.
Membrana Plasmática
Las proteínas integrales de la membrana desempeñan funciones importantes en el metabolismo, la regulación y la integración de las células.
De acuerdo a su función existen 6 categorías de proteínas de membrana: Bombas, canales, receptores, ligadores, enzimas y proteínas estructurales
Las sustancias que entran o salen de la célula deben atravesar la membrana plasmática.
Transporte de membrana Proteínas de transporte de
membrana Proteínas transportadoras:
transfieren moléculas hidrosolubles pequeñas. Sufre cambios en su conformación. Son muy selectivas. Pueden requerir energía (transporte activo) o no (transporte pasivo).
Proteínas canal: transfieren moléculas hidrosolubles pequeñas. Crean canales hidrófilos. Son selectivas para los iones.
Organelas membranosas: MEMBRANA PLASMÁTICA
Difusión simple: a favor de su gradiente de concentración
Transporte vesicular Proceso que comprende cambios conformacionales de la membrana plasmática en sitios específicos y la ulterior formación de vesículas desde la membrana o la fusión de vesículas con ésta.
Endocitosis: proceso de transporte vesicular en el cual la sustancia entra en la célula.
Exocitosis: proceso inverso, es decir, el transporte vesicular en el cual las sustancias abandonan la célula.
Organelas membranosas: MEMBRANA PLASMÁTICA
Membrana Plasmática
Endocitosis La captación de líquido y
macromoléculas durante la endocitosis depende de tres mecanismos diferentes:
1.- Pinocitosis: incorporación inespecífica de líquido y pequeñas moléculas proteicas a través de vesículas de tamaño reducido
Membrana Plasmática
Endocitosis 2.- Fagocitosis:
incorporación de partículas grandes como bacterias, detritos celulares y otros materiales extraños. Proceso no selectivo Forma vesículas grandes llamados fagosomas. Células especializadas del sistema fagocítico mononuclear.
Membrana Plasmática
3.- Endocitosis mediada por receptores
-Permite la entrada selectiva de moléculas específicas en la célula
-Los receptores de carga reconocen y fijan las moléculas específicas que entran en contacto con la membrana plasmática
-Las regiones específicas se convierten en fositas cubiertas
Membrana Plasmática
3.- Endocitosis mediada por receptores
-Las moléculas de clatrina forman una especie de jaula similar a un cesto que contribuye a cambiar la forma de la membrana plasmática para que se produzca una invaginación
-El resultado de la endocitosis mediada por receptores se conoce como vesícula cubierta
Membrana Plasmática
Exocitosis Existen 2 mecanismos generales: 1.- Mecanismo Constitutivo: las
sustancias destinadas a la exportación son enviadas en forma continua hacia la membrana plasmática en vesículas de transporte
2.- Mecanismo de secreción regulada: células especializadas como las endocrinas, exocrinas y las neuronas concentran las proteínas de secreción y las almacenan temporalmente en vesículas secretoras dentro del citoplasma, hasta que halla un estímulo hormonal o nervioso para la secreción de las mismas
Organelas membranosas: Membrana Plasmática
Endosomas: Son organelas membranosas que están relacionados con todos los mecanismos endocíticos
Se consideran organelas citoplasmáticas estables o estructuras temporarias formadas como consecuencia de la endocitosis
Endosomas tempranos: (precoces, iniciales) restringidos a una región del citoplasma cercana a la membrana celular en la que se fusionan las vesículas originadas en esa membrana.
Endosomas tardíos: (avanzados, finales o prelisosomas). Las vesículas que viajan hacia estructuras más profundas del citoplasma que luego se convertirán en lisosomas
Compartimientos endosómicos de la célula
-Se ilustra el destino de las proteínas (circulos rojos)
-Primero se encuentran en vesículas cubiertas que las entregan a los endosomas tempranos.
-Los receptores se reciclan hacia la membrana plasmática
-Las proteínas incorporadas se transportan mediante cuerpos multivesiculares (MVB) hacia los endosomas tardíos
-Las proteínas transportadas se degradan en los lisosomas.
-Los cambios de pH se deben al transporte activo de protones hacia el interior de los compartimientos endosómicos
Organelas membranosas: MEMBRANA PLASMÁTICA
Endosomas Tardíos
-Se encuentran cerca de aparato de Golgi y del núcleo
-Poseen una estructura más compleja y tienen membranas internas con aspecto de catáfilas de cebolla
-Su pH es más ácido con un promedio de 5,5
-Maduran hasta convertirse en lisosomas
Endosomas Tempranos
- Se encuentran en el citoplasma más periférico- Tienen una estructura tubulovesicular y la luz está dividida en compartimientos (cisternas) separados por la invaginación de la membrana.- Su medio interno es apenas ácido 6,2-6,5- Su función principal es clasificar y reciclar las proteínas incorporadas por los mecanismos de endocitosis
Organelas membranosas: MEMBRANA PLASMÁTICA
Lisosomas: son organelas digestivas ricas en enzimas hidrolíticas: proteasas, nucleasas, glucosidasas, lipasas y fosfolipasas en solución ácida; las enzimas necesitan esta solución ácida para un funcionamiento óptimo.
Tienen a su cargo la degradación de las macromoléculas derivadas de los mecanismos endocíticos, así como de la célula misma en un proceso llamado: autofagia
Poseen una membrana singular que es resistente a la digestión hidrolítica que ocurre en su luz.
Los lisosomas de algunas células son visibles al microscopio óptico por su cantidad, su tamaño y su contenido.
Organelas membranosas: MEMBRANA PLASMÁTICA
Mecanismos que suministran material para la digestión intracelular en los lisosomas
1.- Partículas extracelulares grandes: bacterias, detritos celulares, materiales extraños ingresan por fagocitosis. El fagosoma se fusiona con el lisosoma y se forma un fagolisosoma.
2.- Partículas Extracelulares pequeñas: proteínas extracelulares, proteínas de membrana, complejos ligando-receptor ingresan por pinocitosis y endocitosis.
3.- Partículas Intracelulares: orgánulos enteros, proteínas citoplasmáticas y otros componentes celulares son aisladas del citosol por membranas del retículo endoplasmático, transportadas hacia los lisosomas y degradadas por el proceso de autofagia
