Biología T.1 (4 ESO)

Biología T.1   La célula, unidad básica de la vida

¿QUÉ ES UNA CÉLULA?: Unidad vital en todos los organismos, independiente estructural y fisiológica de reproducción, formada por macromoléculas, moléculas y átomos.

1. Composición de los seres vivos

-Los seres inertes están formados por compuestos químicos inorgánicos: Agua, minerales de las rocas y gases atmosféricos. Principalmente constituidos por OSiAlFeCa (Oxígeno, Silicio, Aluminio, Hierro, Calcio)

-Los seres vivos están formados por compuestos orgánicos e inorgánicos:

·Compuestos inorgánicos: Agua y sales minerales.

·Compuestos orgánicos: Proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y glúcidos. Principalmente constituidos por CHONPS (Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno. Un poco de Fósforo y Azufre)

-Macromoléculas de los seres vivos: (Todos estos son polímeros)

Proteínas

Formadas por aminoácidos. Función reguladora (controlan reacciones químicas y transportan sustancias) y estructural (formación de esqueletos, piel, uñas y recubrimientos celulares). Ej. Monómero: Aminoácido.

Ácidos nucleicos (ADN y ARN)

Formadas por nucleótidos. Contiene la información genética y hereditaria (controla el funcionamiento celular y transmite la información a los descendientes). Ej. Monómero: Nucleótido.

Lípidos

Formados por carbono e hidrógeno. Insolubles en agua. Función estructural (en las membranas celulares), energética (como combustible de reserva) o reguladora (como mensajeros químicos). Ej. Monómero: Ácidos grasos.

Glúcidos

También llamados hidratos de carbono o azúcares. Función energética (son el combustible) y estructural (forman las paredes celulares y tejidos leñosos de las plantas). Ej. monómero: Monosacáridos (Celulosa, sacarosa...).

2. Del microscopio a la teoría celular

En el s.XVI, los ópticos holandeses Janssen inventaron el microscopio compuesto, que Galileo Galilei desarrolló posteriormente. Este hecho hizo posible la teoría celular:

-La teoría celular pone las bases para el estudio de los seres vivos y dice que la célula es la unidad vital en todos los organismos:

·Todos los seres vivos están formados por células.

·Todas las células proceden de otras células preexistentes.

·Las funciones vitales de los organismos se dan también en las células.

·Las células contienen la información genética (ADN) necesaria para regular las funciones celulares y para transmitir esa información a sus descendientes.

Robert Hooke observó con un microscopio compuesto la materia vegetal del corcho y propuso el término célula. Lo que observó en realidad no eran células, sino el armazón formado por la pared celular que queda al morir una célula. Más tarde, se comprobó que las células no estaban vacías, pues en su interior se podían apreciar diversas estructuras.

Más tarde todavía, Anton van Leeuwenhoek fue el primero que observó células vivas, como glóbulos rojos o espermatozoides. Fue el descubridor del mundo microbiano, por sus observaciones de protozoos, algas microscópicas, levaduras, bacterias… a los que llamó animálculos (animales pequeños).

En el s.XIX, el zoólogo alemán Theodor Schwann y el botánico alemán Matthias Schleiden iniciaron el desarrollo de la teoría celular. (con el primer punto de la teoría celular [arriba])

Rudolf Virchow amplió esta teoría comprobando que las células se reproducen.

El histólogo español Santiago Ramón y Cajal estableció que las neuronas son células independientes. De este modo, afirmó que la teoría celular se podía aplicar el tejido nervioso.

El microscopio

-Microscopio: Instrumento óptico para ampliar la imagen de objetos o seres, o de detalles de estos, tan pequeños que no se pueden ver a simple vista. Consta de un sistema de lentes de gran aumento.

·(Óptico) Simple: Inventado por Anton van Leeuwenhoek. Consta de una sola lente esférica. De difícil manejo. 50-300 aumentos.

·(Óptico) Compuesto: Consta de varias lentes: Objetivo, ocular y condensador. De fácil manejo. Hasta 2000 aumentos.

·Electrónico: Inventado en 1930. Sustituye la luz por un haz de electrones y las lentes por campos electromagnéticos. Hasta 1 000 000 aumentos.

3. Organización de la materia viva

Niveles de la materia

-1. Subatómico y Atómico.

-2. Molecular→ Biomolecular [orgánicas(CHONPS y macromoléculas) e inorgánicas (H₂O y sales minerales)]. (Libreta)

-3. Celular (procariota y eucariota) (Eucariota: Vegetal y animal).

-4. Tisular (tejidos [conectivo, nervioso, muscular y epitelial]).

-5. Órganos (ej.: cerebro, corazón, pulmones, estómago…)

-6. Aparatos(6)/sistemas(8) (Libreta)

-7. Organismo (Libreta)

Hay organismos unicelulares (una única célula) y pluricelulares (más de una célula). En ambos casos, las células tienen una estructura similar y realizan de forman individual las funciones vitales de nutrición, relación y reproducción.

3.1 Estructura celular

Todas las células tienen una estructura básica común. En ella destacan:

-Membrana plasmática: Capa que envuelve la célula. A través de ella, intercambia con el exterior materia, energía e información.

-Citoplasma: Material acuoso (delimitado por la membrana plasmática) donde se encuentran los orgánulos y diversas moléculas.

-Material genético (ADN): Compuesto por una o varias moléculas de ácidos nucleicos y se ocupa de controlar el funcionamiento de la célula. Almacena y transmite la información hereditaria.

3.2 Modelos de organización celular

Célula procariota

No tiene membrana nuclear y el material genético (ADN) está en el citoplasma.

Célula eucariota

Tiene membrana nuclear doble que separa el material genético (ADN) del citoplasma.

Evolución de las células eucariotas y procariotas (endosimbiosis)

La teoría endosimbionte fue presentada por Lynn Margulis. Esta teoría explica la evolución de las células eucariotas a partir de la fagocitación y formación de relaciones endosimbióticas con células procariotas.

Las evidencias de esta teoría son:

-Algunos orgánulos tienen su propio ADN (mitocondrias o cloroplastos).

-Algunos orgánulos tienen ribosomas 70-s, propios de las procariotas.

-Tienen una doble membrana.

-La expresión genética y síntesis de proteínas convierte los ácidos nucleicos en proteínas.

1. Una célula preucariota anaeróbica de gran tamaño capturó a una célula procariota aeróbica.

2. Se estableció una relación endosimbiótica entre ellas: la célula capturada obtuvo refugio y alimento a cambio de producir energía mediante la respiración anaeróbica.

3.Los cloroplastos (y mitocondrias) tuvieron un origen similar: la incorporación de cianobacterias produciría células eucariotas fotosintéticas.

4. La célula procariota

Es propio de organismos unicelulares y no se reproducen sexualmente.

-Flagelo (permite el desplazamiento), fimbrias (adhesión y transferencia del material genético) y pilis (desplazamiento y adhesión, solo hay normalmente una o dos, escasas)

-Capas: Cápsula (Una capa poco densa, que suele estar formada por polisacáridos, que permite a estas células formar colonias y evitar la desecación. Desempeña una función defensiva.), Pared celular (envoltura rígida alrededor de la membrana plasmática que hace posible que la célula mantenga su forma) y Membrana plasmática.

-No existe ninguna envuelta que rodee al material genético (ADN), asociado a proteínas y dispuesta en el citoplasma, por lo que no se habla de núcleo, sino de nucleoide.

-El citoplasma no presenta compartimentos. En el destacan los ribosomas (síntesis de proteínas) y unos gránulos de almacenamiento.

Formas celulares de los organismos procariotas

Algunas veces aparecen juntas y dan lugar a pequeñas colonias.

Cocos (bolitas), bacilos (palitos), vibrios (semicircunferencias), espirilos (gusanitos).

4.1 Bacterias

Las bacterias son organismos procariotas.

-Arqueobacterias: Composición química característica muy diferente de las eubacterias y células eucariotas. Extremofilas (viven en ambientes extremos de salinidad, temperatura o acidez).

Formadas por cocos, espirilios o bastones.

·Halófilas: Salinidad elevadas y dan color rosado al agua.

·Termoacidófilas: Ambientes ácidos y temperaturas elevadas (hasta 80ºC).

·Metanógenas: Lugares pobres en oxígeno en los que hay materia orgánica en descomposición.

-Eubacterias: Composición química parecida a las células eucariotas. Viven en casi cualquier sitio:

·Entéricas: Viven en el intestino de los mamíferos. Viven en simbiosis (evitan la proliferación de patógenos y reciben nutrientes de la digestión). Ej.: Escherichia Coli (Bacilos).

·Heterótrofas: Llamadas aeróbicas porque necesitan oxígeno para vivir, descomponen la materia orgánica en inorgánica que los organismos autótrofos lo puedan utilizar. Ej.: Pseudomonas putida (Bacilos).

·Cianobacterias: Fueron las responsables de la acumulación de oxígeno en la atmósfera, a través de la fotosíntesis. (Metabolismo aerobio). Son las bacterias más grandes. Ej.: Nostoc commune (Cocos).

5. La célula eucariota

Tienen distintas formas. Son propios de tanto organismos unicelulares como pluricelulares. Se dividen en dos: (los cuales tiene en común múltiples estructuras y orgánulos, pero hay algunos que son exclusivos de cada tipo celular)

-Célula animal.

-Célula vegetal.

Formas celulares de los organismos eucariotas

Existen células con forma de prisma como las células epiteliales o la célula del iris, con forma estrellada como las neuronas, con forma alargada o fibrosa como las células musculares, con forma redondeada como el óvulo o el adipocito, con forma de disco como el eritrocito…

Algunos organismos eucariotas

Este modelo de organización está presente en organismos unicelulares como los protozoos, en pluricelulares como plantas o animales, o ambos mezclados como algas y hongos.

6. Los componentes de la célula eucariota

6.1 Membrana plasmática

-Es una fina envuelta presente en todas las células. Desempeña una función protectora y regula el intercambio de sustancias entre el citoplasma y el exterior celular, por lo que cumple la función de barrera selectiva.

-Formada por una bicapa de fosfolípidos en  la que también se intercalan proteínas o se mantienen en una sola capa, y glúcidos solo en la capa externa.

La capa externa de la membrana plasmática es hidrófila (ama el H2O) y la interna con “patas” es hidrófoba (odia el H2O), por lo que presenta un carácter anfipático.

-Es fluida, dependiendo del tipo de lípidos que la componen. En las células animales, esa fluidez queda controlada por colesterol, que hace que la membrana sea relativamente rígida. (En las células vegetales no hay colesterol)

-Hay varias formas de entrar en esta barrera selectiva:

·Difusión: El CO2 y el O2, e iones como Na+ y K+, pasan directamente a la célula.

·Osmosis: El agua entra y sale por este método.

·Endocitosis: La célula “come” y “bebe”. Consiste en la formación de un repliegue de la membrana hacia el interior, con la materia capturada de gran tamaño.

·Exocitosis: Endocitosis inversa. Consiste en la expulsión de la materia de gran tamaño y moléculas insolubles hacia el exterior.

·Permeasas: Proteínas que transportan y meten  sustancias a través de la membrana al interior celular. Si actúan contra gradiente de concentración, consumen energía.

6.2 Pared celular   EXCLUSIVA DE LAS CÉLULAS VEGETALES

-Es una matriz extracelular (sustancias que ocupan los espacios existentes entre las células cuando se unen). A veces acumula lignina que da su rigidez a las plantas leñosas.

-Formada por fibras de celulosa que dan rigidez a la célula y mantienen su forma. Diversos polisacáridos y proteínas unen las fibras entre sí, formando una resistente y compleja red.

6.3 Citoplasma

-Está formado por un medio acuoso llamado citosol donde están el citoesqueleto, los orgánulos, las proteínas, aminoácidos, glúcidos, lípidos y sales minerales que están implicados en las reacciones químicas de la célula.

-El citoesqueleto (solo en eucariota) se estructura en una compleja red de filamentos proteicos interconectados. Hay tres tipos de filamentos:

·Microfilamentos: Son polímeros de actina (proteína) que forman redes por todo el citoplasma, y están más concentrados en la membrana plasmática. Son finos y fáciles de romper.

·Filamentos intermedios: Formados por unidades de proteínas alargadas. Fáciles de construir pero difíciles de romper.

-Microtúbulos: Son polímeros de tubulina (proteína) que forman estructuras cilíndricas huecas y muy rígidas.

-El citoesqueleto da forma a la célula, proporciona la capacidad de realizar movimientos, transporta materiales y participa en el movimiento y organización de los orgánulos.

Cuadro amarillo: El movimiento ameboide

Es un tipo de movilidad realizada por los seudópodos; prolongaciones del citoplasma de algunas células libres carentes de membranas rígidas, como las amebas y los glóbulos rojos. La emisión de los seudópodos es posible gracias a la actividad coordinada de las fibras proteínicas del citoesqueleto. (Es como un slime, se expande)

6.4 Orgánulos celulares

Orgánulos celulares no membranosos

Centrosoma   EXCLUSIVO DE LAS CÉLULAS ANIMALES

-Si está en división, se duplica y cada copia se sitúa en cada uno de los polos de la célula.

-Su función es formar y organizar el citoesqueleto, con el cual comparte su composición a base de proteínas. Interviene en el movimiento celular mediante los cilios y flagelos, y participa en la división celular a través de la duplicación de los dos centriolos, formando el huso mitótico.

- Formados por centriolos que están formados por microtúbulos.

Ribosomas

-Se encuentran en el citosol; están en el retículo endoplasmático o en el interior de otros orgánulos, como las mitocondrias y los cloroplastos. También se encuentran en las células procariotas (pero son más pequeñas que la de las eucariotas). Se fabrican en el nucleolo.

-Se encargan de sintetizar las proteínas.

-Tienen dos subunidades (mayor y menor) formadas por ARN y proteínas.

-Su coeficiente de sedimentación es 80-S.

Orgánulos celulares membranosos

Retículo endoplasmático

-Es un sistema membranoso parecido a la membrana plasmática formado por una red de túbulos y sáculos comunicados con el aparato de Golgi y la membrana nuclear.

-En el retículo endoplasmático rugoso se sintetizan proteínas que formarán parte de la membrana del propio retículo y se fabricaran más proteínas para enviarlas al exterior celular. Y el liso se encarga de la síntesis de lípidos.

Aparato de Golgi

-Es un apilamiento de sáculos membranosos aplanados cercanos al núcleo. Junto a esto, hay una serie de vesículas cuyo tamaño es diferente dependiendo del lado en el que se sitúan: en el lado cis son más pequeñas que en el lado trans.

-Tiene una cara cis (mira al retículo endoplasmático, del que recibe las proteínas y lípidos que después madura), y una cara trans (orientada hacia la membrana plasmática y desprende las vesículas de secreción).

-La maduración es simultánea al transporte desde la cara cis a la cara trans, donde se empaquetan las moléculas en vesículas de secreción para ser expulsadas al exterior o distribuidas en el interior celular.

-Aquí se producen la mayoría de los polisacáridos de la célula.

Lisosomas

-Vesículas procedentes del Aparato de Golgi que contienen enzimas digestivas de carácter ácido.

-Se encargan de la digestión celular y de proteger al citosol del ataque de su propio sistema digestivo.

-En la membrana de los lisosomas hay proteínas  transportadoras de los productos finales de la digestión, que salen del citosol, los cuales la célula reutilizará o excretará.

Peroxisomas

-Son orgánulos citoplasmáticos rodeados por una membrana única, en los que se usa principalmente oxígeno y en ellos tienen lugar las reacciones de oxidación.

-Cumplen una función energética y generan peróxido de hidrógeno. También eliminan sustancias tóxicas.

Vacuolas

-Orgánulos propios de las células vegetales, pero también están en las células animales. En una célula puede haber varias vacuolas con funciones distintas.

-Formadas por enzimas y agua.

-Almacenan sustancias que la célula debe eliminar, asimilar, digerir o reservar. Regulan el exterior celular, y ejercen presión en la pared celular manteniendo su rigidez.

Mitocondrias

-Situadas en el citoplasma, delimitadas por una doble membrana. Pueden replicarse.

-Se encargan de la respiración celular, por lo que son una fuente de energía.

-También cuenta con una membrana externa (lisa) y otra interna (con pliegues). Tienen su propio material genético (ADN) y ribosomas 70-s por las crestas mitocondriales.

-Constituyen una fuente de energía para las células eucariotas. Tanto en las crestas como en la matriz, hay enzimas que intervienen en la respiración celular.

-La respiración celular es el proceso mediante el cual se producen reacciones químicas que ocurren en la célula para lograr su funcionamiento. Hay dos tipos de respiración:

·Catabolismo: Moléculas complejas a otras más sencillas, ganando energía. (Respiración celular)

·Anabolismo: Moléculas complejas a partir de simples, gastando energía. (Síntesis de proteínas)

Cloroplastos   EXCLUSIVO DE LAS CÉLULAS VEGETALES

-Están formadas por tilacoides, granas, estroma (citoplasma) y su propio material genético (ADN).

-Son los encargados de hacer la fotosíntesis, por lo que son autótrofas. (Fotosíntesis: Proceso anabólico)

-Fotosíntesis: Proceso que consiste en la fabricación de materia orgánica a partir de materia inorgánica a través del uso de la energía de la luz. En los tilacoides se encuentran varios pigmentos fotosintéticos (como clorofilas y carotenoides), que forman parte de sistemas enzimáticos que hacen posible la captación de energía luminosa.

Tiene dos fases:

·Fase lumínica: En esta fase, la energía electromagnética de la luz se convierte en energía química.

Además, las moléculas de H2O se dividen en O2, que se libera al medio, e H2, que se utilizará posteriormente. Este proceso se llama hidrólisis.

·Fase oscura: En esta fase, se consume parte de la energía obtenida en la fase lumínica.

A partir de materia inorgánica, se sintetiza materia orgánica que después se convierte en glucosa: CO2 del medio y H2 procedente de la hidrólisis del H2O.

6.5 Núcleo

-Estructura que contiene la mayor parte del material genético de la célula.

-Controla el funcionamiento de la célula. Transmite el material genético desde los progenitores hasta sus descendientes. Es el lugar más importante de síntesis de ADN Y ARN.

-Tiene una doble membrana con poros, la membrana nuclear, que permite el intercambio de sustancias entre este y el citoplasma. La membrana externa se continúa en la del retículo endoplasmático, la cual está llena de ribosomas.

-En el nucléolo se fabrican los ribosomas. Además, hay varias moléculas de ADN asociadas a proteínas llamadas histonas, que ayudan a estabilizar y proteger el material genético (ADN).