5 Células: la unidad básica de la vida. The inner life of a cell.

5Células: la unidad básica de

la vida

The inner life of a cell

Teoría celular

Células como constituyentes de la vida y su papel

Células: La Unidad Básica de la Vida

• Puntos críticos de la Teoría Celular:

Las células son las unidades fundamentales de la vida.

Todos los organismos están compuestos de células.

Todas las células se originaron de células preexistentes.

• …. Los principios que gobiernan la vida son universales (bacteria, célula humana)

• ….. La vida es continua y el origen de la vida en la tierra fue el origen de las células

¿Características básicas de la vida?


• Una célula está compuesta por aprox. 10.000 tipos diferentes de moléculas que cumplen las tres funciones básicas:

Transformar materia y energía Responder al ambiente Reproducirse

Cómo observar las células?

• La resolución de nuestro ojo alcanza 0.2mm (200m) no suficiente para ver células

• Necesitamos microscopios para ver las células

• Dos tipos generales de microscopio: Microscopios de luz lentes de vidrio para enfocar la luz visible.

Poder de resolución de 0.2 m Permite ver estructuras (necesita coloración diferencial)

Microscopios electrónicos tienen magnetos para enfocar un rayo de electrón los manda a una película donde se hacen visibles.

La longitud de onda de ese rayo es más pequeña que la de la luz visible y por tanto la resolución es mucho mayor (alrededor de 2 nm).

Estructura de las células

http://mgl.scripps.edu/people/goodsell/illustration/public/ecoli-icon.gif

http://mgl.scripps.edu/people/goodsell/illustration/public/ecoli-icon.gif

• Cada célula está rodeada por la membrana plasmática

Crea un compartimento separado (pero no aislado)

Bicapa de fosfolípidos + proteínas embebidas Características:

Permite Homeostasis Barrera semipermeable Recibe señales del ambiente externo Adherencia a células vecinas


La membrana celular: bicapa fosfolipídica


Las células muestran dos patrones de organización:

Procariotes no tienen núcleo u otros compartimentos rodeados por membranas. Carecen de organelos propiamente dichos.

Dominios Archaea y Bacteria

Las primeras células debieron serlo

Eucariotes tienen núcleo núcleo rodeado por una membrana y otros compartimentos (organelos) rodeados de membranas.

Dominio Eukarya (protistas, plantas, animales, hongos)

Doolittle

Células Procariotes

• Clasificadas en Archaea y Bacterias

• Habitan un rango más amplio de ambientes extremos (sobre todo las Archaea) de To, pH y salinidad.

cas.bellarmine.edu/tietjen/ZooLabs/

http://cas.bellarmine.edu/tietjen/ZooLabs/Introduction%20to%20Taxonomy.htm


• Clasificadas en Archaea y Bacterias

• Habitan un rango más amplio de ambientes extremos (sobre todo las Archaea) de To, pH y salinidad.

• Importantes ecológicamente

• Son generalmente más pequeñas que las células eucariotes (0.25x1.2µm a 1.5 x 4µm).

• Cada procariote es una célula única pero muchas veces se organizan en cadenas y grupos de individuos – ej. Biopelículas.

Biopelículas

Célula Procariote

Pero NO membranas internas que rodeen organelos!!!

Fluido y partículas en suspensión


• Características especializadas en algunos procariotas:

La mayoría tienen pared celular (diferente a la eucariota!) rodeando la membrana plasmática.

Algunas bacterias tienen otra membrana rodeando la pared celular: una membrana fosfolipídica rica en polisacáridos.

Muchas veces actúa como toxina en mamíferos

Algunas bacterias tienen cápsula: otra capa externa que sirve de:

Protección a desecación y ataque por otras células. Y de adhesivo

Células Procariotes - variaciones

• Algunas bacterias incluyendo cianobacterias, pueden llevar a cabo fotosíntesis. ¿Cómo? – membrana plasmática se pliega y hace un sistema de membranas internas

• Algunas tienen flagelos, estructuras locomotoras

Flagelo Bacteriano@YouTube

Flagelo procariótico

http://www.youtube.com/watch?v=Ey7Emmddf7Y

Flagelo bacteriano

Células Procariotes - variaciones

• Algunas tienen pili, estructuras ayudan a la bacterias a adherirse a otras durante el proceso de “apareamiento” o en otras células para alimentarse o protegerse.

• Algunas tienen análogos al citoesqueleto eucariota (proteínas parecidas a actina)

• Pili pueden ser usados para intercambio de material genético en bacterias

http://en.citizendium.org/images/thumb/4/48/BacterConjugation.gif/350px-BacterConjugation.gif

Bonnie Bassler habla sobre como se comunican las bacterias

http://www.ted.com/index.php/talks/bonnie_bassler_on_how_bacteria_communicate.html




Células Eucariotes

• Eucariotes: animales, plantas, hongos y protistas, tienen un núcleo rodeado por una membrana en cada una de sus células.

PROCARIOTAS EUCARIOTAS

Nucleoide, no rodeado por membrana Nucleo, rodeado por membrana

Células pequeñas 1-10 µm.Por lo general células grandes, (10-100 µm).

División celular directa –fisión binaria. No hay centríolos, huso mitótico ni microtúbulos. Mayor Reproducción asexual

División celular por mitosisPresenta huso mitótico, o alguna forma de ordenación de microtúbulos. Puede haber rep sexual (no siempre)

Tendencia unicelularTendencia multicelular y formax de tejidos

Formas anaerobias estrictas, facultativas, microarerofílicas y aerobias

Casi exclusivamente aerobias

No organelos Cloroplastos, mitocondrias, Nucleo, RE

Flagelos simples formados por la proteína flagelina

Flagelos compuestos, (9+2) formados por tubulina y otras proteínas

Hay fotosintéticos: enzimas en las membranas celulares

Hay fotosintéticos: en las membranas del cloroplasto

Células Eucariotes

Mayor tamaño (~10x).

Compartimentos rodeados por membranas = organelos.

Compartimentalización: diversas funciones – reacciones químicas

Organelos que Procesan Información

NÚCLEO• Usualmente organelo más grande – 5µm diámetro (exc –

vacuola)

• Contiene la mayoría de ADN de la célula

• Se da la replicación

• Control genético de las actividades celulares

• Nucleolo: dentro del núcleo. Se ensamblan ribosomas (RNA + proteínas)

El Núcleo está rodeado por la membrana nuclear.


• Nucleoplasma = agua y sustancias disueltas

• Envoltura nuclear = dos membranas separadas 10-20 nm

Desaparece durante la división celular y reaparece después – cómo???.

Perforaciones = poros nucleares por donde pasa lo que entra y sale del núcleo

>100 proteínas diferentes

- Por el poro solo pasan cosas pequeñas- Medianas se demoran más- Grandes deben ser importadas por proteínas en los poros Ej: proteínas deben tener Señales de Localización Nuclear - cambian conformación de proteínas de poro ……. abren

Lámina nuclear red de proteínas que dan forma al nucleo


• La cromatina = ADN + proteínas Suelta cuando no en división Empaquetada en cromosomas cuando división

Cromatina dispersa Cromosoma


RIBOSOMAS

• Sitios donde se lleva a cabo la síntesis de proteínas

• ARNr + ~50 proteínas

• Tanto en proca como en euca

• Dónde? Libres en citoplasma, unidos al RE, en mitocondrias y cloroplastos

El Sistema de Endomembranas

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

• Membranas internas de la célula Retículo endoplásmico Aparato de Golgi


RETÍCULO ENDOPLASMICO (RE)

• Red de membranas interconectadas en citoplasma

• Continuo con la envoltura nuclear



• Red de membranas interconectadas en citoplasma

• Continuo con la envoltura nuclear

• Su lumen está aislado del ambiente citoplasmático – composición de iones y proteínas diferente

• Gran superficie

• Tamaño grande pero depende de la célula….


• El RE rugoso (RER) tiene ribosomas anclados a él. Temporalmente Segrega y reparte las proteínas sintetizadas por

los ribosomas – las que no van al citoplasma Modifica proteínas función y localización

• El RE liso (REL) es una región libre de ribosomas. Modifica moléculas pequeñas (drogas, toxinas)

que entran a la célula Modifica algunas proteínas Sintetiza lípidos (e.g., esteroides) Hidroliza glicógeno en células animales


• Qué proteínas entran al RE? Las Exportadas fuera de la célula Las Incorporadas en membranas (plasmática y de organelos) Las que se quedan en RE, van al Golgi, lisosoma…. Las que necesitan formar puentes disulfuro, o glicosilarse Tienen señal en parte N terminal

• Cuáles no? Las que se quedan en el citoplasma Las que van a otros organelos (Mitocondria, Cloroplasto) No tienen señal o tienen señales diferentes


APARATO DE GOLGI

• Conjunto de sacos membranosos o cisternas

• Su forma depende de la célula en cuestión


APARATO DE GOLGI


APARATO DE GOLGI – Funciones

• Recibe proteínas del RE que necesitan más modificaciones

• Concentra, empaca y reparte proteínas para que vayan a su destino final

• Sintetiza componentes de pared celular de plantas


APARATO DE GOLGI

• Cómo van proteínas de RE a Golgi y de Golgi a otros lados?

Se forman vesículas con las proteínas adentro Fusión – separación –fusión de membrabas


APARATO DE GOLGI

3 partes que cumplen funciones diferentesCis: recibe proteínas del RETrans: las manda a otros lados

• http://www.biostudio.com/index_%20cell%20animation%20mac.htm


Lisosomas

• Vesículas que se originan en Golgi

• Tienen enzimas digestivas

• Funciones: Digieren componentes celulares ya utilizados Digieren macromoléculas (a sus monómeros)

y material extraño que entra por fagocitosis

Los Lisosomas Aislan las Enzimas Digestivas del Citoplasma

Organelos que Procesan Energía

MITOCONDRIA

• Convierte la energía química potencial de ciertas moléculas en una forma de energía que la célula pueda aprovechar (ATP).

• Respiración celular: Nutrientes y O2 ATP

• Células que requieren mucha energía tienen muchas mitocondrias.

<1.5µm diametro

Número variable

Membrana externa e interna

Cristas en membrana interna

Proteínas insertadas

Matriz: DNA, ribosomas, proteínas


PLASTIDIOS

• Solo en células vegetales y algunos protistas

• Funciones especializadas

• Varios tipos: Cloroplastos Leucoplastos Cromoplastos

CLOROPLASTOS

• Un tipo de plastidios especializados en fotosíntesis


CLOROPLASTOS

• Un tipo de plastidios especializados en fotosíntesis – tienen clorofila

Algunos organismos son verdes por que hacen simbiosis con organismos fotosintéticos

Sistema de doble membranaPero además: Tilacoides y Grana (membrana muy plegada)Estas membranas tiene clorofila y otros pigmentosEl estroma contiene ADN y ribosomas

Cómo se estudian los organelos?

• Por microscopía o separándolos fisicoquímicamente

Kato et al., 2008. Plant Methods 4:9

Azul: NúcleoRojo: CloroplastosVerde: Mitocondrias

Cómo se estudian los organelos?

• Por microscopía o separándolos fisicoquímicamente

Bernal et al, 2005

Citoesqueleto

• Soporta y mantiene la forma de la célula

• Mantienen a los organelos en su posición

• Mueve lo organelos

• Interactúa con estructuras extracelulares para mantener a la célula en su sitio.

Está compuesto de:

• Microfilamentos

• Filamentos intermedios

• Microtúbulos

Citoesqueleto

Moviento, formaAnclaje de células Motilidad

Microtúbulos

Próxima clase – solo el viernes

•Leer los capítulos sobre Membranas celulares (capítulo 6 en LIFE9) y transmisión de señales y comunicación celular (Capítulo 7 en LIFE9 )

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