FISIOLOGIA: INTRODUCCION AL ESTUDIO DE LA CELULA

CLASE DEL MIERCOLES 8 DE JUNIO DE 2011. CATEDRA DE FISIOLOGIA HUMANA. CARRERA DE KINESIOLOGIA.

1. NIVELES DE ORGANIZACION EN BIOLOGIA

En la mayor parte de los individuos pluricelulares, las células se organizan de acuerdo a sus características y funciones conformando tejidos como el conectivo, muscular, epitelial, nervioso (Nivel Tisular). Los tejidos están ordenados en estructuras funcionales, denominadas órganos como el corazón y los pulmones en los animales, o las hojas y las raíces en las plantas. Las funciones biológicas básicas se llevan a cabo por un sistema o aparato, que es una asociación coordinada de tejidos y órganos. Los organismos o individuos pluricelulares están formados por sistemas que actúan en forma coordinada y rigurosa.

Niveles de Organización

1. Nivel Subatómico

2. Nivel Atómico

3. Nivel Molecular (Monosacáridos, Aminoácidos, Nucleótidos, etc.)

4. Nivel Macromolecular (Polisacáridos, Proteínas, Acidos nucleicos, Lípidos complejos, etc. )

5. Nivel Prebiótico o Supramacromolecular (Virus )

6. Nivel Subcelular (Organoides: Mitocondrias, Cloroplastos, Ribosomas, etc.)

7. NIVEL CELULAR {Célula Procarionte, Célula Eucarionte) Individuos Unicelulares: Bacterias, Algas unicelulares, Levaduras, Protozoos, etc.

8. Nivel Tisular (Tejidos: Conectivo, Epitelial, Muscular, etc.)

9. Organos (Corazón. Pulmones. Estómago, etc.)

10. Sistemas y Aparatos (Aparato Circulatorio, Sistema digestivo, etc. )

11. Organismos(Individuos Pluricelulares, Animales y Vegetales Superiores).

12. Población

13. Comunidad.

14. Ecosistema

15. Universo

 2. CARACTERISTICAS DE LAS CELULAS

Todas las células están cubiertas por una membrana externa, llamada membrana plasmática, que las separa de otras células y del medio circundante con el cual intercambian materia y energía. Este intercambio esta altamente regulado y es selectivo. De esta forma la membrana plasmática debe actuar no sólo como limite celular sino también como barrera selectiva. Por lo tanto la célula, mantiene una composición química muy ordenada y diferente a la del entorno.

Todas las células poseen un metabolismo o conjunto de reacciones químicas, que posibilitan el mantenimiento de la vida. Este metabolismo para sustentarse necesita de una o más fuentes de energía. Las células, necesitan de distintivos tipos de moléculas energéticas:

* Monedas energéticas, como el ATP

* Moléculas combustibles, como la glucosa o los ácidos grasos

* Moléculas de reserva de energía, como el glucógeno o el almidón

Dentro de las reacciones para obtener e interconvertir diferentes forma de energía, son muy importantes las reacciones de oxido-reducción o reacciones REDOX. En este tipo de reacciones es esencial la participación de las coenzimas de oxido-reducción, como el NAD+ y el FAD.

Todas las células, almacenan en forma de ADN, ácido desoxirribonucleico, a información necesaria para controlar sus actividades (reproducción, metabolismo), y para establecer su propia estructura. El ADN, es un polímero formado por una secuencia lineal, de monómeros, llamados nucleótidos. Esta secuencia de nucleótidos, especifica una secuencia de aminoácidos (estructura primaria de una proteína). La especificidad de la secuencia de aminoácidos determinada por la secuencia de bases del ADN esta regida por el código genético. La secuencia de bases del ADN, que codifica una proteína, es un GEN. Las proteínas, son moléculas que llevan a cabo gran parte de las funciones celulares. Muchas proteínas son enzimas, moléculas encargadas de dirigir y regular el metabolismo celular. Las enzimas aceleran las reacciones químicas, haciéndolas compatibles con la vida. De esta manera las enzimas, dirigen la síntesis y degradación de todas las moléculas biológicas, incluidos lípidos, glúcidos, proteínas y los mismos ácidos nucleicos. De esta forma, el ADN al almacenar la estructura de las enzimas y otras proteínas reguladoras, ejerce el control del metabolismo celular.

El ADN utiliza un segundo ácido nucleico, el ARN, ácido ribonucleico, como intermediario. A partir de la secuencia de bases del ADN, que codifica una proteína, se sintetiza una secuencia de bases de ARN. Este proceso es llamado transcripción. EL ácido ribonucleico encargado de transportar la información, recibe la denominación de ARN mensajero. Este ARN mensajero, porta la información necesaria para la síntesis de proteínas, proceso llamado traducción, el cual tiene lugar en el citoplasma con la intervención de dicho ARNm, los ribosomas y el ARNt que porta los aminoácidos.

Las células para perpetuarse necesitan reproducirse. Esto significa que la información almacenada en el ADN debe duplicarse para poder ser transmitida a las células hijas. El ADN tiene la excepcional característica de ser una molécula capaz de autorreplicarse, es decir de generar una copia de si misma. Este proceso es llamado duplicación o replicación. 

3. CARACTERISTICAS DE LAS CELULAS

¿Por qué son tan pequeñas las células? Las células deben captar alimento y otros materiales a través de su membrana plasmática y deben eliminar los productos de desecho, generados en las distintas reacciones metabólicas rápidamente antes de que estos se acumulen hasta niveles tóxicos para la supervivencia celular. Por lo tanto, las células son pequeñas, de modo que en ellas las moléculas recorren distancias cortas, lo que acelera las actividades celulares. 

Además, a mayor superficie celular, mayor es el transporte de moléculas a través de la membrana, siendo importante para la continuidad de los procesos metabólicos la proporción superficie celular sobre volumen celular. Supongamos una célula de forma cúbica, cuanto más grande es, su superficie crece proporcionalmente lado x lado, es decir a la segunda potencia de la longitud de un lado, en cambio el volumen celular aumenta proporcionalmente a la tercera potencia. Por lo tanto, el volumen celular aumenta más que su superficie a medida que la célula crece, determinando el limite superior al tamaño de la célula en cuestión. Está célula sólo podrá iniciar el proceso de división celular (previa duplicación de su ADN) o perecerá. 

Por otra parte, debemos recordar que en las células el material Genético (localizado en el núcleo, en células eucariontes), posee un área limitada de influencia sobre el citoplasma circundante, que es el que incrementa marcadamente su tamaño durante el crecimiento celular, siendo otra limitante del tamaño celular la relación núcleo/citoplasma.

4. COMPONENTES DE UNA CELULA TIPICA

Si bien existe una gran diversidad entre estas células, el modelo básico es similar, presentando como estructura sobresaliente el núcleo celular.

Núcleo celular

Las diversas partes de una célula eucariótica interactúan de forma integrada. Esto es posible eporque existe un centro primordial de control: el núcleo celular. Una membrana doble, la envoltura nuclear (constituida por dos unidades de membrana), controla el transporte, muy selectivo, de sustancias entre el núcleo y el citoplasma. El pasaje se realiza a través de los poros nucleares. La envoltura nuclear posee ribosomas adheridos a la cara citoplasmática y una estructura proteica en su parte interna llamada lamina nuclear, que sirve como esqueleto al núcleo. 

En el interior del núcleo, se encuentra el material genético (ADN) asociado a proteínas básicas llamadas histonas, formando una estructura fibrilar muy enrollada denominada cromatina y el nucleolo, sitio de ensamblaje de los ribosomas (estructuras esenciales para la síntesis de proteínas, formados por ARN ribosomal y proteína). El ARN ribosómico se sintetiza en el nucleolo, y las proteínas ribosómicas en el citoplasma, para pasar después al núcleo y de allí al nucleolo, donde se unen al ARN ribosomal para formar los ribosomas.

Tabla 1.5- Características del Núcleo Celular y sus Componentes
Estructura : Núcleo Celular	Descripción	Función
Núcleo	Estructura rodeada por una doble membrana con poros. Contiene cromatina/cromosomas y nucleolo.	Regular la función celular. Control del metabolismo, reproducción (ciclo celular) y diferenciación celular.
Envoltura Nuclear	Estructura formada por dos unidades de membrana unidas a nivel de los poros nucleares.	Continuación del REG. Posee poros que regulan el pasaje entre núcleo y citoplasma
Nucleolo	Cuerpo granular en el núcleo, que consiste en ARN y proteínas.	Sitio de síntesis del RNA ribosómico y de ensamble de los ribosomas.
Cromatina	ADN asociado a proteínas, tanto estructurales (histonas) como a proteínas regulatorias. La cromatina es visible durante la interfase celular	Empaquetamiento (plegamiento) de ADN. El ADN compone los genes. Funciones regulatorias de la transcripción genética.
Cromosomas	ADN asociado a proteínas, en estado superenrrollado. Visible en forma de estructuras cilíndricas cuando la célula se divide, ya sea en mitosis o meiosis.	Contienen los genes que son las unidades de información, que rigen las funciones y estructura celular.

Rodeando al núcleo encontramos el citoplasma, coloide donde predominan como constituyentes agua, iones, enzimas y donde se encuentran incluidos los organelos celulares. El citoplasma se encuentra separado del ambiente exterior por la membrana plasmática.

Membrana plasmática

Estructuralmente esta compuesta por una bicapa fosfolipídica. El colesterol esta presente en las células animales, pero esta ausente, en general, en plantas, hongos y procariontes (salvo micoplasmas). 

La membrana plasmática también contiene múltiples proteínas con diversas funciones. Podemos dividirlas en dos grandes grupos: a) proteínas integrales de membrana y b) proteínas periféricas de membrana. Las primeras atraviesan la membrana de lado a lado, mientras que las segundas están en contacto con la membrana, pero no la atraviesan. Algunas son enzimas reguladoras, otras receptores hormonales. Existen también proteínas transportadoras y canales reguladoras del movimiento de iones y moléculas a través de la membrana plasmática, de allí su enorme especificidad. 

Otra función importante de la membrana es la comunicación intercelular y el reconocimiento de diversos tipos de molécula (hormonas, virus, anticuerpos, toxinas, etc.) que interactúan con ella. En general esta función es llevada acabo por glucoproteínas y glucolípidos, que se encuentran solo en el lado externo de la membrana plasmática. Se cree que los glúcidos juegan un importante papel en la adhesión entre células. A esta capa, de glucolípidos y glucoproteínas se la denomina glucocálix. 

Sistema de endomembranas

Este sistema se compone de sistemas membranosos interconectados entre sí, como el retículo endoplalmático liso o agranular (REL), el retículo endoplasmático rugoso o granular (REG) y el aparato de Golgi. Estas estructuras permiten la circulación de sustancias siempre dentro de formaciones limitadas por membrana interactuando por medio de vesículas.

Tabla 1.6 - Organización del Sistema de endomembranas
Estructura	Descripción	Función
Retículo endoplasmático rugoso (REG)	Membranas internas en forma de sacos aplanados y túbulos. Con ribosomas adheridos a su superficie externa. La envoltura nuclear es parte del REG.	Síntesis de Proteínas destinadas a secreción(exportación) o a la incorporación de membranas.
Retículo endoplasmático liso (REL)	Membranas internas donde predominan los túbulos. Sin ribosomas adheridos.	Sitio de biosíntesis de lípidos y detoxificación de medicamentos.
Aparato de Golgi	Pilas de sacos membranosos aplanados (dictiosomas). Funcional y estructuralmente polarizado.	Modificación de proteínas (glicosilación). Empaquetamiento de proteínas secretadas. Clasificación de las proteínas que se distribuyen a membrana plasmática, secreción o lisosomas.
Lisosomas	Vesículas (sacos) membranosas	Contienen enzimas hidrolíticas, que desdoblan materiales ingeridos, secreciones y deshechos celulares.
Vacuolas	Sacos membranosos principalmente, en plantas, hongos y algas.	Transporte de materiales, deshechos y agua.

Organelas

Tabla 1.7 - Principales organoides membranosos de la célula eucarionte
Estructura	Descripción	Función
Mitocondria	Organelas semiautónomas. Poseen ADN y ribosomas tipo procarionte. Una doble membrana les sirve de envoltura. La membrana interna forma las crestas mitocondriales.	Metabolismo aeróbico. Sitio de muchas de las reacciones de la respiración celular. Allí se realizan el ciclo de Krebs, la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa. Es decir la transformación de la energía de lípidos o glucosa (moléculas combustibles) en ATP (moneda energética).
Cloroplasto	Organela semiautónoma. Posee ADN y ribosomas tipo procarionte. Una doble membrana envuelve a los tilacoides. La clorofila, se encuentra en las membranas tilacoidales.	La clorofila capta la energía luminosa para formar ATP y otros compuestos con gran cantidad de energía. Estos compuestos altamente energéticos sirven para sintetizar, glucosa a partir de CO2.
Microcuerpos (Peroxisomas)	Vesículas membranosas que contienen diversas enzimas relacionadas con el metabolismo del oxigeno y el peróxido de hidrogeno. No poseen ADN ni ribosomas	Sitio de muchas reacciones metabólicas. Enzimas que protegen de la toxicidad del oxigeno, por ejemplo la catalasa.

Ribosomas y Polirribosomas

Son estructuras redondeadas que a diferencia de las anteriores, carecen de unidad de membrana.

Están constituidos por dos subunidades, mayor y menor separadas entre sí. Ambas subunidades se unen cuando leen una molécula de ARNm. Las subunidades están formadas por ARNr y proteínas, siendo ensambladas en el nucleolo. Cuando hay varios ribosomas unidos a una molécula de ARNm, lo denominamos polirribosoma.

La función de los ribosomas es sintetizar proteínas.

Citoesqueleto

El citoesqueleto es una red de fibras proteínicas. Esta red es dinámica encontrándose en constante cambio. Sus funciones, son esenciales para las células eucariontes y abarcan motilidad celular, forma, diferenciación, reproducción, regulación, etc.

Tabla 1.8 - Organización General del citoesqueleto
Estructura	Descripción	Función
Microtúbulos	Tubos huecos compuestos por la forma monomérica de la proteína tubulina. (monómero globular)	Sostén estructural, participan en el movimiento de organelas y la división celular (aparato mitótico), componentes de cilios, flagelos y centríolos.
Filamentos de actina (microfilamentos)	Estructura sólida en forma de huso consistente en la proteína actina. (monómero globular)	Sostén estructural, participan en el movimiento de la célula y sus organelos y en la división celular.
Filamentos intermedios	Proteínas filamentosas, en forma de tubos. Compuestas por monómeros fibrosos.	Sostén estructural. Forman redes que conectan la membrana plasmática con la envoltura nuclear.
Centríolos	Pares de cilindros huecos, localizados cerca del centro de la célula, formados por microtúbulos.	El huso mitótico se forma entre los centríolos durante la división de células animales, fija y organiza los microtúbulos. Están ausentes en las plantas superiores.
Cilios	Proyecciones relativamente cortas que se extienden desde la superficie celular. Compuestas por microtúbulos.	Movimiento de algunos organismos unicelulares. Se utiliza para mover materiales en la superficie de algunos tejidos.
Flagelos	Proyecciones largas compuestas por microtúbulos. Cubiertos por membrana plasmática	Locomoción celular de espermatozoides y algunos organismos unicelulares.

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