1.8 Fuentes Bibliográficas en Biología Celular y Molecular

Las consideraciones acerca del alcance actual de la biología celular explican  por que las fuentes de la literatura son tan amplias y diversas. entre la larga lista que se puede hacer, se permite mencionar algunas de las mas especificas: Cell, Cell and Tissue Research, Cytogenetics, Developmental Biology Heredity Journal  of Molecular Biology, Journal of ultrastructure Research, Zeitschrift fur, Zellforschung, Journal de microscopIE, Journal of Cell science, Journal de microscopi, Journal of, Cell Science, Journa of celular cellular and comparative en Physiology, Journa of general Physiology, chromosoma, Cytogentics  and Heredyty, Hereditas,etc.

Frecuentemente aparecen publicaciones sobre biologia celular en revistas mas generales como: Nature, Science  entre otras.

Se encuentran reviciones sobre los avances resientes en internacional Review of Cytology, Advances in Cell and Molecular Biology, Quarterly Review  of Biology, Phisiological Review, Biological Reviews Advances in Genetics, Plant Physiology, Prototoplasma SCientific American, La Recherche , etc.

Para recopilar la bibliográfica existen revistas especiales que proporcionan títulos de trabajos o resúmenes de la literatura y existen muchas monográficas, compendios y tratados que abarcan los diferentes temas especializados en biología celular y que es mencionada en los diferentes capitulos de este libro.

Los estudios bioquímicos demostraron que la materia viviente esta compuesta por los mismos elementos que contribuyen el mundo inorgánico, aun cuando pueden existir diferentes fundamentales en su organización.

1.7 Ultraestructura del Citoplasma

Ultraestructura del citoplasma

El sistema de endomembranas ocupa el citoplasma fundamental, dividiendolo en numerosas secciones y sub secciones. Este sistema es tan polimorfo que es difícil describirlo y definirlo. 

El citoplasma, en general se considera que tiene dos partes: una contenida dentro de un sistema de membranas y, el otro, la matriz citoplasmatica, que queda en el exterior del mismo.

Los componentes mas importantes están en la matriz (citoplasma fundamental) que se encuentra por fuera del sistema de endomembranas. La matriz contiene las principales estructuras vinculadas con la forma y el movimiento de la célula, la síntesis y la actividad metabólica.

Citoesqueleto: Microtúbulos, Organoides, Microtubulares, Microfilamentos y Filamentos Intermediarios

Los Microtúbulos son estructuras tubulares finas y mas bien rígidas, de unos 25nm de diametro , cuyas paredes están compuestas por 13 filamentos individuales. La principal proteína de los microtúbulos es la tubulina. Los microtúbulos citoplasmaticos pueden cambiar rápidamente por un proceso de polimeración o despolimeración de las subunidades de tubulina. Los microtúbulos son los principales componentes de la forma celular lo mismo que el desplazamiento de macromoléculas y organoides por el citoplasma. Los microtúbulos son los principales componentes de los ásteres y el huso' que integran el aparato mitótico durante la división celular.

Los centríolos son estructuras cilíndricas de 0,2 X 0,5um, aproximadamente. Están abiertos en ambos extremos, paredes contienen 9 grupos de tripletes microtubulares dispuestos en círculo. los centriolos emigran hacia los polos de las células animales interviene aparentemente en la formación del huso; las células vegetales carecen de centriolos pero el uso se forma lo mismo sin su ayuda.

los cuerpos basales o cinetosomas son, en su estructura, similares a los centriolos pero se hayan localizados en la base de cilios y flagelos. los cilios son prolongaciones cortas que se extienden hacia el medio circundante. Los flagelos son más largos que los cilios pero tienen el mismo diámetro y estructura. 

los microfilamentos se encuentran entre las estructuras más pequeñas observadas con el microscopio electrónico. Son delgados y están formados principalmente por la proteína actina. Pueden estar vinculados con la miosina y otras proteínas relacionadas con el proceso de contratación. 

El citoesqueleto  contiene también filamentos de tamaño intermedio es decir, entre el tamaño de los microtúbulos y de los microfilamentos. Estos filamentos intermedios contienen diversos proteínas fibrosas y tienen un papel principal mecánico.

El sistema endomembranas: envoltura nuclear, retículo endoplasmático y complejo de Golgi

La envoltura nuclear está formada por sacos aplanados o cisternas, formadas por dos membranas. Estas se unen en los poros, orificios que permiten la transferencia de materiales entre el núcleo y el citoplasma. la membrana interna se halla en contacto con las fibras de cromatina, mientras que la membrana externa está cubierta por ribosomas.

El retículo endoplasmático constituye la mayor parte del sistema de endomembranas. Está compuesto por túbulos y sacos aplanados.

Organoides de membrana: mitocondrias, cloroplastos, lisosomas, peroxisomas.

Las mitocondrias se encuentra en casi todas las células eucarióticas en forma de estructuras cilíndricas de menos de 1 de diametro. En una doble membrana; la membrana interna está plegada en crestas. 

El cloroplastos posee una doble membrana externa, un estroma lleno de muchas enzimas soluble, y un sistema complejo de compartimiento rodeados por membranas. Los cloroplastos son el sitio de la fotosíntesis.

Los lisosomas son organoides polimorfos, incluidos en una sola membrana. contienen un amplio conjunto de enzimas hidrolíticas. los lisosomas se originan en el retículo endoplasmático y el complejo de Golgi.

Los peroxisomas también están rodeados por una sola membrana. contienen enzimas relacionadas con la producción y degradación de peróxidos (H2O2) y cumplen una función protectora de la célula.

1.6 El Nucleo y el Ciclo Celular

La forma del núcleo esta relacionado con él de la célula, en las células esféricas,cubicas o peliedricas generalmente él núcleo es esferoidal; en las células cilíndricas, prismáticas o fosinformes suele ser elipsoidal.

En 1905 Boveri observo que, en las larvas del erizo del mar él tamaño del núcleo era proporcional al numero de cromosomas. En los ovocitos él núcleo ( denominado a menudo vesícula germinal ) es muy activo y alcanza un gran volumen. Cada núcleo somático tiene tamaño especifico que depende del contenido del ADN  y de las proteínas, casi todas las células son mononucleadas pero también existen binucleadas. El crecimiento y desarrollo de los organismos vivos dependen del crecimiento y multiplicación celular.

Entre ambas existe un equilibrio óptimo la denominada relación u índice nucleoplasmatico, que se expresa así:

                      NP:    Vn    

                             Vc-Vn.

Donde Vn es él volumen nuclear y él Vc es él volumen celular

Las células pasan por dos periodos en él curso de la vida:

1. Uno de interfase (no división)

1. Otro de división (en él cual se producen dos células hijas)

Este ciclo se repite en cada generación celular.

Mitosis y Meiosis

La mitosis es la división nuclear asociada a la división de las células somáticas de las células de un organismo eucarístico que no van a convertirse en células sexuales. Una célula mitótica se divide y forma dos células hijas idénticas, cada una de las cuales contiene un juego de cromosomas idéntico al de la célula parental. Las plantas y los animales están formados por miles de millones de células individuales organizadas en tejidos y órganos que cumplen fusiones específicas.

Son las características típicas de la meiosis 1, solo se hacen evidentes después de la replicación del ADN, en lugar de separarse las cromatinas hermanas se comportan como bivalentes o una unidad, como si no hubiera ocurrido duplicación formando una estructura bivalente que en si contiene cuatro cromatinas. Por lo tanto las dos progenies de esta división contiene una cantidad doble de ADN, pero estas están diferente de las células diploides normales.

La mitosis mantiene la continuidad y él numero Diploide de los cromosomas

La continuidad del numero cromosómico es mantenida por medio de una clase especial de división celular de nominada mitosis cuando se produce la división celular de nominada mitosis.

Cuando se produce la división celular, él núcleo presenta una reorganización completa

La mitosis comprende una serie consecutiva de fases conocidas como: profase, metafase, anafase y telofase.

La meiosis reduce los cromosomas a un numero Haploide

Si los gametos (ovulo y espermatozoide ) fueran también diploides él acató resultante tendría él doble de numero diploide de cromosomas para evitar esto, los gametos experimentan un tipo especial de división celular denominada melosis, en la cual él numero diploide normal se reduce a un juego único haploide en cada gameto. La meiosis produce la reducción del numero de cromosomas mediante dos divisores nucleares que solo involucrara una única división de los cromosomas.

Esquema comparativo de la Mitosis y la Meiosis de una celula ideal
que posee cuatro cromosomas (2n).

                               

1.5 Organización General de las Células Eucariotas

En la célula eucariota en interfase el núcleo constituye un compartimiento separado rodeado y limitado por la envoltura nuclear. Otro compartimiento, esta representado por el citoplasma y por ultimo, existe la membrana celular. Cada uno de estos tres compartimientos principales de las células contiene a su vez varios subcomponentes o subcompartimientos.  

Esquema general de la ultraestructura de una célula
animal ideal.

Diversidad morfológica de las células Eucariotas

Las células de un organismo multicelular tienen forma y estructura variable y se diferencian de acuerdo con su función especifica en diferentes tejidos y órganos. Algunas células como las amebas y leucocitos cambian frecuentemente de forma. La forma de una célula depende de sus adaptaciones funcionales y,  de la tensión superficial y la viscosidad del protoplasma, de la acción mecánica ejercida por células adyacentes, y de la rigidez de la membrana celular.  El volumen de la célula es bastante constante para un determinado tipo celular y es independiente del tamaño del organismo.

Variedad de tipos de células que se encuentran en
 tejidos animales

La Membrana Celular

la estructura que separa el contenido de la célula del medio externo es la membrana plasmática. Se trata de una película delgada formada por un bicapa lipídica continua con proteínas intercaladas o adheridas a ambas superficies. La función principal es controlar de manera selectiva la entrada y salida de materiales. Esto incluye el ingreso de agua y moléculas de gran tamaño por el proceso de endocitosis, y la salida de productos celulares por exocitosis.

La membrana plasmática esta cubierta y reforzada por la pared celular en células vegetales y por una cubierta celular en las células animales. La pared celular es la estructura a la que deben su rigidez la mayoria de los tejidos vegetales.

1.4 Micoplasmas, Virus y Viroides

La mayoría de la células procariotas , son pequeñas, miden entre 1 y 10 mm, pero algunas algas azules pueden alcanzar un diámetro de hasta 60 mm. De lo dicho acerca de la E. Coli es evidente que debe existir un limite inferior de tamaño para la célula.

En efecto esta ah de ser lo suficiente grande como para poseer:

• Membrana plasmática

• Contener el material genético suficiente para codificar los diversos arn que intervienen en la síntesis.

• Tener la maquinaria biosintetica para que tenga lugar esta síntesis.

Entre los organismos vivientes que poseen las masa mas pequeña , los que mejor se adaptan  para su estudio son las mas pequeñas llamadas microplasmas  que producen enfermedades infecciosas en diferentes animales y en el hombre que pueden ser cultivados invitro como cualquier otra bacteria. Estos agentes tienen un diámetro variable entre 0,1 y 0.25 mm.

¿QUÉ ES UN MICROPLASMA?

Hay 4 estados de materia: sólido, líquido, gas y plasma . Los plasmas representan más del 99% del universo visible. En general, cuando se aplica energía a un gas, los electrones internos de las moléculas de gas (átomos) se excitan y se desplazan hasta niveles de energía más altos. Si la energía aplicada es lo suficientemente alta, los electrones más externos pueden incluso ser desprendidos de las moléculas (átomos) formando iones. 

Los electrones, las moléculas (átomos), las especies excitadas y los iones forman una sopa de especies que implica muchas interacciones entre especies y demuestran comportamientos colectivos bajo la influencia de campos eléctricos y magnéticos externos.

 CÉLULAS PROCARIONTES DE LOS VIRUS

Los procariontes son unicelulares, resalvo algunos casos como las mixobacterias algunas de las cuales tienen etapas multicelulares en su ciclo de vida. En otros casos crean grandes colonias, como en las cianobacterias. 

Los procariontes se caracterizan por no presentar núcleo celular, mioto ni otros orgánulos. 

La compartimentación, también es frecuente en el mundo procariota en la forma de compartimientos unos delimitados por proteínas y otros delimitados por lípidos.

1.3 Organización General de las Células Procarióticas

Podemos ordenar las especies en grupos de organismos cada vez mas amplios -géneros, ordenes, familias- hasta llegar al nivel de los reinos clásicos: vegetal y animal. Una de las clasificaciones mas recientes, la de Whittaker, propone la división en cinco reinos: monera, potistas, hongos, vegetales y animales, con sus correspondientes subdivisiones.

Es posible identificar a las células entre dos tipos reconocibles: procarioticas o eucarioticas. La principal diferencia entre ambos tipos celulares es que las procarioticas no tienen envoltura nuclear. Las células eucariotas poseen un núcleo verdadero con una complicada envoltura nuclear, a través de la cual tienen lugar los intercambios nucleocitoplasmicos.

En la tabla 1-3 puede verse que únicamente las moneras son células procarioticas, mientras que todos los demás reinos están formados por organismos compuestos por células eucarioticas.

En la tabla 1-4 se establece la comparación de la organización estructural en procariontes y eucariontes, lo que ilustra las diferencias lo mismo que las semejanzas que existen entre estos tipos celulares.

A pesar de las diferencias entre procariontes y eucariontes, hay semejanzas importantes en su organización molecular y en su función. Así, por ejemplo, veremos que todos los organismos vivientes utilizan el mismo código genético y una maquinaria para la síntesis de proteínas.

Organización Celular y Ciclo Energético

Podemos agrupar a todas las células y organismos en otras dos clases principales; Los que pertenecen ala primera clase, denominados autotrofos, utilizan el proceso de la fotosíntesis para transformar CO2 y H2O en la molécula orgánica elemental glucosa, a partir de la cual se producen moléculas mas complejas. La segunda clase de células u organismos heterotrofos, obtienen la energía de diversos hidratos de carbono, grasas y proteínas sintetizados por organismos autotrofos. La liberacion de H2O y CO2 por los organismos heterotroficos completa este ciclo energetico (figura 1.3)

Figura 1-3 Esquema del ciclo de la energía y de la interacción
entre las células fotosinteticas y heterotroficas.

Las bacterias heterotroficas absorben los nutrientes solubles del medio. Los hongos y animales son heterotroficos, mientras que todos los vegetales son autotroficos. 

Escherichia Coli (E. Coli): El Procarionte Mejor Conocido

Una célula bacteriana, como la Escherichia Coli (E. Coli), presenta la ventaja de su fácil cultivo en una solución acuosa de glucosa y varios iones inorgánicos. La Escherichia Coli es un procarionte común y representativo. Es de fácil cultivo, tiene un tiempo de generación corto y se adapta perfectamente a los estudios de laboratorio.

La membrana interna, llamada también membrana plasmática, es una estructura lipoproteica que sirve de barrera molecular con el medio que la rodea. El cromosoma bacteriano es una molécula circular única de ADN desnudo apretadamente plegado dentro del nucleoido. La Escherichia Coli esta rodeada por una membrana plasmática que contiene las enzimas respiratorias y por una pared celular mas rígida. El ADN tiene una longitud de 1 mm y se halla unido por un punto a la membrana plasmática. Contiene información capaz de codificar unas 3.000 moléculas de proteína. El citoplasma contiene entre 20.000 y 30.000 ribosomas, en su mayoría en forma de polirribosomas.

En la Figura 1-4 B aparece un esquema de la pared celular de una bacteria con la posible dispocision de los canales de porina formados por 6 a 8 subunidades que abarcan todo el grosor de la membrana externa.

Figura 1-4 B Esquema de la pared celular de una bacteria Gramnegativa. 

1.2 Historia de la Biología Celular y Molecular

Desarrollo de la Teoría Celular

El establecimiento de la teoría celular, postula que todos los organismos vivientes están compuestos por células y productos celulares. El nombre de células fue empleado por primera vez por Robert Hooke (1655) para describir sus investigaciones sobre "la textura del corcho por medio de lentes de aumento". En el mismo siglo y al comienzo del siguiente, Leeuwenhoek (1674) descubrió células libres, en oposición alas células "empotradas" de Hooke y Grew, y observo cierta organización dentro de ellas, en especial en el núcleo de algunos eritrocitos.

Años después se demostró que las células aseguran la continuidad entre una generación y otra por medio de un mecanismo de mitosis y la exacta división de los cromosomas. Otro descubrimiento importante fue el comienzo del desarrollo de un embrión con la fusión de dos núcleos, uno que procede de un ovulo y el otro de un espermatozoide introducido durante la fertilización. Antes de fines del siglo había quedado establecido que los gametos se forman por división reduccional, que mas adelante se denomino meiosis, por medio de la cual el numero de cromosomas de una especie se mantiene constante de una generación a otra.

Division por Mitosis (izquierda) y division por Meiosis (derecha)

La versión moderna de la Teoría Celular afirma que:

1. las células constituyen las unidades morfológicas y fisiológicas de todos los organismos vivientes.
2. las propiedades de un organismo dado dependen de las de sus células individuales.
3. las células se originan únicamente en otras células y su continuidad se mantiene a través de su material genético, y
4. la unidad mas pequeña de la vida es la célula.

Desarrollo de la Biología Submicroscopica y Molecular

ADN (ácido desoxirribonucleico) 

El conocimiento de la organización microscópica o la ultra estructura de la célula es de interés fundamental, porque prácticamente todas las transformaciones funcionales y fisicoquimicas se producen en la arquitectura molecular de la célula. Podemos atribuir el rápido desarrollo de la biología celular y molecular en el siglo actual de dos factores principales:

1. El mayor poder de resolución que proporcionan la microscopia electrónica y la difracción de rayos X
2. la convergencia en este terreno de otras ramas de la investigación biológica, es especial, la genética, la filosofía y la bioquímica.

En 1865 Gregorio Mendel descubrió las leyes fundamentales de la herencia, pero en ese entonces no se conocían bastante los cambios citologicos que tienen lugar en las células sexuales como para poder interpretar sus observaciones. Por ultimo, Morgan y sus colegas establecieron la teoría cromosomica de la herencia, la que atribuyo a los genes (Johanssen), o unidades hereditarias. loci especificos dentro de las cromosomas. De este modo, debido a la convergencia de la citologia con la genética se origino el estudio de la citogenetica. Aun cuando Miescher (1871) ya había aislado "nucleina" -sustancia que en la actualidad se reconoce como ácido desoxirribonucleico o ADN- de los eritrocitos, no se no se reconoció su importancia como material genético hasta la década de 1950. Watson y Crick (1953) propusieron el modelo del doble hélice del ADN. Este modelo mostraba claramente de que manera podrían duplicarse los genes y ser transmitidos de una célula a otra. En la actualidad el interés de las investigaciones de Biología Molecular esta centralizado en los mecanismos que regulan la expresión genética.

Esta imagen nos muestra las modificaciones posteriores del ADN.

1.1 Niveles de Organizacion en Biologia

La siguiente imagen nos muestra la estructura de los Niveles de Organización Biológica:

Si bien hay aproximadamente cuatro millones de diferentes especies de organismos vivientes, a nivel celular y molecular existe un plan maestro de organización único que es común a todos ellos. En todos los organismos, la célula es la unidad  estructural y funcional básica, todos poseen esencialmente la misma maquinaria bioquímica y tienen, en común,el mismo código genético.

En la materia viviente hay niveles de organización que están interrelacionados de manera compleja y que son mantenidos por transformaciones energéticas. Las fronteras entre estos niveles de organización se hallan determinadas por el limite de resolución del ojo, el microscopio óptico y el microscopio electrónico. Esto permite diferenciar los campos de la anatomía, citologia, ultra-estructura y biología molecular. Con el microscopio electrónico es posible obtener información directa de estructuras comprendidas entre 0,4 y 200 nm. Estos limites pueden correlacionarse con las medidas de las ondas del espectro electromagnético.

Figura 1.2 Escala logarítmica de las dimensiones microscópicas.

En la Figura 1.2 se indican, las dimensiones de la células, bacterias, virus y proteínas. Cada división principal representa un tamaño 10 veces menor que la precedente. A la izquierda se indica la posición de las diferentes longitudes de onda del espectro electromagnético y los limites del ojo humano, a la luz y el microscopio electrónico. A la derecha están los tamaños de las diferentes células, bacterias, PPLO (el organismo mas pequeño), virus, moléculas y átomos.

La célula:Organización estructural

Bienvenidos a nuestro blog, aquí hablaremos sobre la célula, como esta compuesta, su estructura y sus funciones.

A continuación en la siguiente imagen se muestran los nombres de la partes de una célula...

INTRODUCCIÓN:

La célula es unidad mínima de un organismo. Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no consta al menos de una célula. Algunos organismos microscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas, mientras que los animales y plantas están formados por muchos millones de células organizadas en tejidos y órganos. Aunque los virus y los extractos acelulares (priones) realizan muchas de las funciones propias de la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad de crecimiento y reproducción propios de las células y, por tanto, no se consideran seres vivos. La biología estudia las células en función de su constitución molecular (morfología) y la forma en que cooperan entre sí para constituir organismos muy complejos (metabolismo), como el ser humano. Para poder comprender cómo funciona cualquier organismo vivo sano, cómo crece y se desarrolla y qué falla en caso de algún contratiempo, es imprescindible conocer las células que lo constituyen.