biología celular

BIOLOGÍA CELULAR O CITOLOGÍA

1. Definición de Biología celular.

La citología o biología celular es la rama de la biología que estudia las células en lo que concierne a su estructura, sus funciones y su importancia en la complejidad de los seres vivos. Citología viene del griego κγτοs cavidad.
Con la invención del microscopio óptico fue posible observar estructuras nunca antes vistas por el hombre, las células. Esas estructuras se estudiaron más detalladamente con el empleo de técnicas de citoquímica y con la ayuda fundamental del microscopio electrónico.
La biología celular se centra en la comprensión del funcionamiento de los sistemas celulares, de cómo estas células se regulan y la comprensión del funcionamiento de sus estructuras. Una disciplina afín es la biología molecular.

- Componentes pricipales del estudio celular:

-  membrana plasmática

 -  citoesqueleto

-  núcleo celular

-  ribosomas

-  retículo endoplásmico

-  aparato de Golgi

-  mitocondrias

-  cloroplastos

-  lisosomas

-  peroxisomas

 -  vacuolas

 -  pared celular 

2. CLASIFICACIÓN 

1-Membrana Celular o Plasmática

Concepto. También es llamada plasmalema, es el elemento más serio e indispensable de la célula, ya que es el único procedimiento que poseen las células para desarrollar una vida propia, o sea, tener un medio interno; delimitando así el espacio interno con el externo al cubrir la superficie externa de cada célula. Es una envoltura delicada y elástica que regula el contenido celular; podemos decir también que preserva la identidad de las células desde el punto de vista de su organización básica por medio del glicocalix. La vida es posible en las células si se evita que se mezclen deliberadamente las diversas enzimas y substancias que contienen.

Presencia.- en casi todas las células animales y vegetales (pared celular, estructura celulosa, mucopolisacárido), además de bacterias y otros organismos inferiores.

Descubrimiento.- Danielli y Davson en 1930.

Estudio.- Ectobiología.- el estudio de su estructura y función.

Grosor.- oscila entre 70 y 100 A aproximadamente, aunque se distribuye 40 A para cada capa proteica y 35 para la doble capa lipídica lo que da en total 75 A promedio.

Visualización.- Esta estructura no es visible en M.O porque en este no se distinguen objetos menores de 2.500 A, pero sí en M.E.

Estructura.- presenta estructura trilaminar: Una capa de lípidos bimolecular en el centro con los polos hidrófobos de moléculas lipídicas enfrentándose y los polos hidrófilos mirando hacia las capas de moléculas proteínicas en los límites interno (hialoplasma) y externo (medio extracelular).

Aunque la superficie de las membranas de las células difiere en su composición exacta dependiendo del tipo de célula, todas las membranas celulares están compuestas de dos tipos básicos de moléculas: proteínas y lípidos (grasas) lo que se denomina a este concepto trilaminar como unidad de membrana (Robertson)

2-Vacuolas

Concepto.-. Son vesículas secretorias que tienen aspecto de gránulos porque su contenido proteico se coagula durante la fijación y por esto se las conoce como gránulos secretorios, en el ser vivo su contenido no es sólido y son vesículas. Estos tienen etapas de formación, así encontramos a los gránulos prosecretorios que son los gránulos secretorios en etapa inicial de formación, posteriormente serán expulsados por extrusión, disminuirán de tamaño constituyéndose en gránulos libres y tomaran el nombre de vacuolas de condensación siendo esta una vesícula membranosa.

Presencia.- en células animales y vegetales.

Diámetro.- promedio de 1.5 um. 4

Aspecto.- en células vegetales es el componente más voluminoso, cuando estas son jóvenes son más pequeñas y en mayor cantidad, y cuando llegan a la madurez estas se unen y conforman una gran vacuola central que desplaza al hialoplasma y a los organoides citoplasmáticos, a menudo esta gran vacuola se encuentra atravesada por finas travéculas de hialoplasma en donde están incluidos organoides; en las células animales son de diversos tipos según el organismo y su función.

Número y Tamaño.- son variables.

Visualización.- al M.O.

Estructura.- Tiene una membrana vacuolar y un contenido vacuolar. La membrana vacuolar (parte externa) se llama tonoplasto y es una estructura trilaminar; en cuanto el contenido vacuolar (parte interna) es ópticamente vacío, es más fluido y menos refringente que el hialoplasma, puede contener inclusiones de sales, especialmente oxalato de calcio, y en algunos casos gránulos lipídicos y proteicos o de carácter coloidal con partículas de carga eléctrica negativa, este coloide electronegativo probablemente el único carácter químico generalizado del aparato vacuolar ya que el mismo presenta gran heterogeneidad en las diferentes células.

3-Aparato de Golgi.

Concepto.- es una estructura citoplasmática de origen membranoso que se encuentra constituido por cisternas, vacuolas y vesículas dispuestas paralelamente unas con otras permaneciendo cerca del núcleo.

Presencia.- en células animales y vegetales, mas no en hongos, bacterias y algas.

Descubrimiento.- en 1898 por Camilo Golgi utilizando un método de tinción de plata, pero se comprueba en 1950 con el M.E.

Visualización.- al M.O. sólo con adecuadas técnicas de tinción y el M.E. comprueba su existencia.

Morfología.- Depende, fundamentalmente del tipo de células consideradas; así, es igual dentro de una misma especie, aunque varía su forma de confluir, pues suele ser constante para cada grupo celular y que varía sólo conforme a la función que dichas células desempeñan, aunque también aparece como una pila de sacos planos y huecos, rodeadas por membranas que a menudo se encuentran a continuación de las membranas del retículo endoplasmático, tiene bordes perforados llenos de proteínas, suele estar localizado cerca del núcleo y rodeando los centriolos, cada pila tiene una cara formadora cis que es convexa y una cara madura trans cóncava. La cara cis esta en la porción inferior y tiene diversas vesículas pequeñas de transferencia, en cuanto que la cara trans vesículas secretorias mas grande, en cuanto que cada saco de la organela contiene enzimas que modifican las proteínas a su paso por esta zona.

Estructura.- Sáculos, Microvesículas y Vacuolas que tienen una cubierta de estructura membranosa, son decir lipoprotéica. Los sáculos son bolsas achatadas dispuestas en forma paralela que al corte aparecen como un sistema de membranas de 60 a 70 A de espesor se encuentran en las pilas en un numero de tres a ocho; las microvesículas de forma esférica y de alrededor de 600 A, estas aparentemente se originan por frotación a partir de sáculos, con los que están íntimamente relacionados; las vacuolas que pueden llegar a ser del tamaño de una mitocondria y también se originan a partir de los sáculos aplanados.

Función.- su principal función es la de secreción celular y de síntesis teniendo una activa participación en la acumulación, acondicionamiento y eliminación de productos de secreción al exterior; estas substancias pueden ser lípidos, proteínas, enzimas, enzimas, coenzimas. Realiza la adición de los carbohidratos a la molécula de proteína, para formar las glucoproteínas (forma en que las proteínas son secretadas al medio ambiente celular). Es activo en la formación de membranas y paredes celulares. 6 Almacena, modifica, concentra substancias secretales al exterior por la célula. Una vez que el procesamiento final de la proteína acaba, las proteínas se eliminan del aparato de Golgi y se transportan a su destino en vesículas.

4-Mitocondrias o Condrioma

Orgánulo celular, que se encarga fundamentalmente del metabolismo respiratorio de la célula.

Las mitocondrias son los orgánulos celulares encargados de suministrar la mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular, actúan por tanto,como centrales energéticas de la célula y sintetizan ATP a expensas de los carburantes metabólicos (glucosa, ácidos grasos y aminoácidos). La mitocondria presenta una membrana exterior permeable a iones, metabolitos y muchos polipéptidos. Eso es debido a que contiene proteínas que forman poros llamados Porinas o VDAC ( canal aniónico dependiente de voltaje ), que permiten el paso de moléculas de hasta 10 kD y un diámetro aproximado de 20 Å.

Las mitocondrias contienen su propio ADN y se piensa que representan organismos similares a las bacterias incorporados a la célula eucariota hace unos 700 millones de años (incluso ya desde hace unos 1500 millones). Funcionan como sitio de liberación de energía (después de la glicólisis que se realiza en el citoplasma) y formación deATP por quimiósmosis. Se encuentran rodeadas por dos membranas, la interna forma una serie de repliegues: las crestas mitocondriales, la superficie donde se genera el ATP.

Una característica peculiar de las mitocondrias es que son de origen materno, ya que sólo el óvulo aporta las mitocondrias a la célula original, y cómo la mitocondria posee ADN, podemos decir que esta información va pasando a las generaciones exclusivamente a través de las mujeres, aunque existen informes que podria ser ocasionalmente trasferido por el padre (Schwartz and Vissing, 2002).

5- Lisosomas

Concepto.- es un organoide citoplasmático que contiene enzimas hidrolíticas y que se encuentra separado del resto de los elementos intracelulares por medio de una membrana lisosómica, se fabrican en el retículo endoplasmático y aparato de Golgi, son estructuras de membrana única con membranas dentro sin dividir.

Sinonimia.- proviene de lisis que significa destrucción y de soma que significa cuerpo.

Descubrimiento.- deDuve vio por primera vez en 1949, pero su identificación fue en el año de 1955.

Presencia.- en todas las células animales y en ciertas células del tejido meristemático presente en la raíz de algunos vegetales.

Tamaño y forma.- Varían en su forma y tamaño porque se funden con otras vesículas para llevar a cabo sus funciones, sin embargo se cree que tienen un diámetro promedio de 0.5 um y forma esferica.6

Visualización.- al M.E. y al M.O. Coloreando con sulfato de plomo.

Ubicación.- en células que desempeñan tareas digestivas como en los glóbulos blancos y macrófagos. Su número es mayor en células secretoras y protectoras, es decir, de defensa.

Estructura.- formado por una membrana envolvente lipoprotéica (0.2 – 0.8 u)

Clasificación.- se los clasifica tomando en cuenta su forma y función:

a. Gránulo de reserva o lisosoma original; tiene una membrana lipoprotéica y su parte interna tiene enzimas del tipo de las hidrolasas.

b. Vacuola digestiva o fagosoma; asociación de un lisosoma y un vacuolo alimenticio, tiene elementos citoplasmáticos no digeridos pero sí almacenados como los Hidratos de Carbono.

c. Cuerpo residual; partícula lisosómica que contiene sustancias que no pudieron ser digeridas, se hallan aquí los tejidos destruidos que están en proceso de digestión.

d.  Vacuola autofágica; es un caso especial en donde la partícula lisosómica contiene partes de la misma célula en proceso de destrucción, pierde la célula estabilidad.

Composición Química.- Se compone por hidrolasas como las fosfatasas, proteasas y sulfactasas dentro de la que se encuentra fosfatasas ácidas que son enzimas digestivas que actúan liberando fosfato inorgánico, casi todas son glucoproteinas sintetizadas en el retículo endoplasmático rugoso.

Origen.- del ergastoplasma específicamente de los ribosomas por su contenido enzimático; de la membrana plasmática.

Función.- Los lisosomas contienen enzimas digestivas que dividen las grandes moléculas, como las proteínas, las grasas y los ácidos nucleicos, en componentes más pequeños que puedan ser oxidados por la mitocondria. Los lisosomas también se presentan para realizar otros procesos digestivos, como aquellos relacionados con la fagocitosis y pinocitosis. Cuando una bacteria entra en la célula, los lisosomas se fusionan con la vesícula de material englobado y descargan sus enzimas digestivas para disolver el material, presentando un mecanismo inmunológico, por lo tanto de defensa. De forma similar, cuando una célula incorpora grandes moléculas de comida, las enzimas de los lisosomas dividen la comida en productos más pequeños y simples que pueda usar la célula.

5-Ribosomas

Concepto.- son organoides citoplasmáticos que participan en la biosíntesis de proteínas.

Presencia.- en todas las células

Descubrimiento.- en 1946 por George Palader

Visualización.- al M. E

Ubicación.- pueden estar independientes o en grupos formando polirribosas por ejemplo en la cara interna del retículo endoplasmático granuloso

Número y forma.- son esféricos de numero variable, se encuentran en relación con el contenido de ARN

Tamaño.- un ribosoma de dos unidades: 25nm de diámetro. 6

Subunidades.- con métodos de ultracentrifugación estas se dan según el comportamiento en la sedimentación "S" = Svedberg, unidad de medida de sedimentación. Los ribosomas se agregan o disgregan dependiendo también de la concentración de Mg++ en el medio intracelular.

Tipo 80 S: unidad ribosómica

Tipos 30 y 50 S: subunidades ribosómicas

Composición Química.- Cada uno está formado por dos subunidades de tamaño desigual, formados por al menos 40 proteínas diferentes y una estructura de ARN denominada ARN ribosómico. En el interior de estos ribosomas varias sustancias químicas, denominadas aminoácidos, conducidas por señales del núcleo se unen en el orden correcto y preciso para formar proteínas, la parte principal de la materia orgánica en las células vivas. Las proteínas realizan la mayoría de las reacciones químicas importantes que ocurren en las células. También son importantes en el mantenimiento de su estructura.

Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos unidos unos a otros como cuentas de un collar. Las distintas proteínas tienen diferentes secuencias de aminoácidos, determinadas o codificadas por el ADN.

El ácido ribonucléico constituido por 6.000 nucleótidos ordenados en 6 cadenas de 1.000 nucleótidos cada una, 4 de los cuales se encuentran en las partículas 60 S y 2 en las 40 S, contiene mucha guanina y citosina (63%) y proteínas básicas semejantes a las histonas, estas no son solubles en el hialoplasma (37%). Los nucleótidos están formados por una base nitrogenada, un azúcar y ácido fosfórico (fosfato); entre las cadenas están proteínas estructurales impidiendo que estas se golpeen.

Coloración.- dan reacción Feulgen negativa

Origen.- en el núcleo y bajo el control del ADN

Función.- son máquinas empleadas en la síntesis de proteínas, las fábricas de proteínas son agrupaciones de ribosomas, los polirribosomas están unidos por una sola cadena de ARNm, y al eliminar este los polirribosomas se disgregan.

6-Retículo endoplasmatico

El retículo endoplasmático es un complejo sistema de membranas dispuestas en forma de sacos aplanados y túbulos que están interconectados entre sí compartiendo el mismo espacio interno.
Hay dos tipos:
- El dominio rugoso del retículo endoplasmático se caracteriza por organizarse en una trama de túbulos alargados o sacos aplanados y apilados, más o menos regulares en su forma, con numerosos ribosomas asociados a sus membranas. La cantidad de ribosomas asociados a sus membranas condiciona la forma de este orgánulo, de tal manera que cuando el número de ribosomas asociados aumenta los túbulos se expanden adoptando la forma de cisternas aplanadas. Esta morfología es claramente visible en imágenes tomadas con el microscopio electrónico de las células secretoras de proteínas, las cuales tienen el retículo endoplasmático muy desarrollado.
La principal misión del retículo endoplasmático rugoso es la síntesis de proteínas que irán destinadas a diferentes lugares.
- Retículo endoplasmático liso Es un entramado de túbulos membranosos interconectados entre sí y que se continúan con las cisternas del retículo endoplasmático rugoso. No tienen ribosomas asociados a sus membranas, de ahí el nombre de liso, por tanto la mayoría de las proteínas que contiene son sintetizadas en el retículo endoplasmático rugoso. Es abundante en aquellas células implicadas en el metabolismo de grasas, detoxificación y almacén de calcio.

7-Nucleo

Contiene la mayor parte del material genético celular, organizado en múltiples moléculas lineales de ADN de gran longitud formando complejos con una gran variedad de proteínas como las histonas para formar los cromosomas. El conjunto de genes de esos cromosomas se denomina genoma nuclear. La función del núcleo es mantener la integridad de esos genes y controlar las actividades celulares regulando la expresión génica. Por ello se dice que el núcleo es el centro de control de la célula.

Las principales estructuras que constituyen el núcleo son la envoltura nuclear, una doble membrana que rodea completamente al orgánulo y separa s contenido del citoplasma, además de contar con poros nucleares que permiten el paso a través de la membrana para la expresión génetica y el mantenimiento cromosómico.