Biología y Geología Toni: 2º BACHILLERATO. TEMA 6. INTRODUCCIÓN A LA CÉLULA

ÍNDICE

Conocimientos previos
Esquemas
Presentaciones
Imágenes de células y orgánulos celulares
Contenidos animados
El origen de la vida

La célula

Principios de la Teoría celular

El microscopio

Tipos de células

Células procariotas

2. Células eucariotas
1. Animales o autotrofas
2. Vegetales o hetrótrofas
3. Diferencias entre ambas células
10. Orgánulos celulares y su función
11. Teorías sobre el origen de mitocondrias y cloroplastos
12. Ideas fundamentales
13. Prácticas
14. Tareas
15. Vídeos
16. Otras presentaciones
17. Cuestiones
18. Repaso
19. Actividades evaluables

1. Conocimientos previos 2 3

2. ESQUEMAS

3. PRESENTACIONES

4. IMÁGENES DE ORGÁNULOS CELULARES

Imágen célula procariota 2 3
Imágen célula eucariota animal 2 3
Imágen célula eucariota vegetal 2 3

Membrana plasmática

Pared bacteriana

Pared vegetal

Mitocondrias

Núcleo

Aparato de Golgi
Cloroplastos
Retículo endoplasmático
Lisosomas
Peroxisomas
Vacuolas
Cilios y flagelos
Citoesqueleto
Ribosomas
Cromosomas
Células en división
Formas celulares

5. CONTENIDOS ANIMADOS

6. EL ORIGEN DE LA VIDA:

Para explicar el origen de la vida, se suele aceptar la teoría de la sopa primitiva. Esta teoría describe como la vida se debió originar en los océanos, donde se dieron las condiciones adecuadas para que aparecieran moléculas sencillas en el agua y éstas se unieran formando compuestos más complejos en una especie de sopa o caldo. Estas moléculas entre las cuales estaban: proteínas, ácidos, azúcares, sales, grasas... se fueron más tarde uniendo en estructuras que fueron ensayos de lo que más tarde darían las células. Estos ensayos como esferas llenas de moléculas se llamaron coacervados. El autor de esta teoría fue Oparin pero muchos años más tarde ha sido comprobada en el laboratorio por otros científicos como Miller, Urey y Juan Oró.

Hoy se conoce por el registro fósil, que ya existía vida en la tierra hace 3.800 millones de años. Esta vida era similar a la de nuestras bacterias actuales. Se cree que estos primeros organismos debían tener como mínimo:
Una membrana: para separarla del medio externo.
Una organización interna sencilla pero que permitiera el automantenimiento y la reproducción.
Ácidos nucleicos: que podían copiarse a sí mismos y que contienen información para sintetizar proteínas.
Unas estructuras que, auque muy simples, permitían el metabolismo celular para lo cual se necesitan enzimas.

Aunque no es la única hipótesis, la opinión más admitida es que los primeros organismos eran heterótrofos, que se alimentaban de la sopa primordial. Al no existir oxígeno en la atmósfera, además eran anaeróbicos y fermentadores. Con el tiempo los nutrientes se agotaron por la gran cantidad de microorganismos que se alimentaban de ellos y así se facilitó la aparición de organismos capaces de fabricar su propia materia (autótrofos) con fuentes de energía como la luz que convivieron con los seres heterótrofos primitivos. De este modo nacieron los seres fotosintéticos, como las actuales cianobacterias.

La capacidad de estos últimos de emitir oxígeno provocó grandes cambios en la atmósfera. Cuando la cantidad de oxígeno fue abundante se formó el ozono, que sirvió como filtro de radiaciones ultravioletas procedentes del sol. En ese momento la tierra, protegida de los rayos nocivos del sol permitió la expansión de la vida en la superficie del agua y la tierra, en contacto con esta nueva atmósfera. Es así como surge un nuevo metabolismo aeróbico.

ACTIVIDADES: 82 10 11 14 54

ANIMACIONES

7. LA CÉLULA

En 1665, el naturalista inglés Robert Hooke observó una fina lámina de corcho con un microscopio muy básico y distinguió en ella unas celdillas o huecos a las que denominó células. Sin embargo, realmente estaba observando las paredes celulares de células muertas, cuyo interior estaba vacío.

Poco después, en 1674, el holandés Antón van Leeuwenhoek construyó un microscopio rudimentario, de una sola lente, con el que observó gotas de agua, sangre, esperma, etc. Describió con gran detalle los seres y las células que observó, a los que denominó «animáculos».

Posteriores avances en el desarrollo del microscópico y diversas investigaciones llevaron a la conclusión de que las células no estaban vacías y que en su interior se podían observar estructuras.

De esta manera se establecieron:

7.1. Los principios de la teoría celular:

La teoría celular se debe a dos científicos alemanes, el botánico Mathias Schleiden y el zoólogo Theodor Schwann. En 1838, Schleiden señaló por primera vez que las plantas se componen de células. Al año siguiente, Schwann extendió esta generalización a los animales. La teoría celular no tardó en imponerse, pues agrupó un conjunto de datos que ya gozaban de consenso en la comunidad científica y desde entonces se acepta que la célula es la unidad básica de todos los organismos vivos.

En el año 1855, Rudolfh Virchow amplió la teoría celular y afirmó que las células solo surgen por división de otras células preexistentes, contradiciendo así la teoría (que aún entonces tenía muchos adeptos), de que las células pueden surgir por generación espontánea de la materia inanimada.

Durante el siglo XX, la teoría celular fue reafirmada y ampliada y es hoy uno de los conceptos unificadores más importantes de la biología. En su formulación actual, la teoría celular enuncia:

1) Los seres vivos están formados por células y productos celulares.
2) Las células se originan a partir de otras células.
3) Las reacciones químicas del organismo vivo tienen lugar dentro de células.
4) Las células contienen la información hereditaria de los organismos que integran y esta información se transmite de la célula madre a la célula hija.

Todas aquellas características que se hacen evidentes en un organismo complejo y nos permiten reconocerlo como un ser vivo, están presentes en cada una de las células que lo componen.

Las características de las células son:

Tienen una organización compleja.

Son sistemas abiertos: intercambian materia y energía con el medio.

Realizan una serie de transformaciones químicas a las cuales se les da el nombre de metabolismo.

Poseen un programa genético que guía el desarrollo de sus estructuras y su funcionamiento. Ese programa genético está inscripto en la estructura del ADN (ácido desoxirribonucleico) y contiene información para la síntesis de proteínas. Sin embargo, el ADN no participa en forma directa en la elaboración de proteínas. Para ello, la célula sintetiza una molécula intermediaria, el ARN (ácido ribonucleico), donde se transcribe la información genética almacenada en el ADN. El ARN es el artífice directo de la síntesis de proteínas, proceso también llamado traducción. Las proteínas son las ejecutoras del programa. Por lo tanto, la puesta en marcha de un programa genético requiere

Tienen movimiento.

Poseen receptores que les permiten captar señales del medio y responden a ellas.

Se autorregulan.

Se reproducen.

Tamaño celular

Las células miden típicamente unos pocos micrómetros (=1mm = 10-6m) de diámetro. Las células no sobrevivirían con volúmenes mayores. El límite al tamaño celular viene impuesto fundamentalmente por dos necesidades:

Que la superficie celular, a través de la cual se realizan los intercambios con el medio, dé abasto para suministrarle a la célula los nutrientes necesarios y permitirle la eliminación de sus desechos. Cuanto mayor es el volumen de un cuerpo, proporcionalmente menor resulta su superficie. Tómese este simple ejemplo: un cubo A de 30 micrómetro de lado tiene una superficie de 900 micrómetros cuadrados y un volumen de 2700 micrómetro cúbico. Un cubo B de 10 micrómetros de lado tiene una superficie de 900 micrómetros cuadrados cada uno de los 27 cubos pequeños, lo que determina una superficie total de 27000 micrómetros cuadrados y un volumen de 1000 micrómetros cúbicos cada cubo pequeño para un total de 2700 micrómetros cúbicos. Si la superficie de estos cuerpos tuviera que ser utilizada para realizar intercambios, como ocurre con las células, el cuerpo B sería más eficiente que A, ya que dispone de una superficie relativamente mayor para su volumen.

Que el volumen celular sea lo suficientemente pequeño para que las moléculas que participan del metabolismo puedan llegar de una parte a otra de la célula en un tiempo breve.

Magnitud
Tamaños			Pesos			Sedimentación
Metro	m		Gramo	g		Svedberg	(S)
Milímetro	mm	10 E-3 m	Miligramo	mg	10 E-3 g
Micrómetro o micra	µm	10 E-6 m	Microgramo	µm	10 E-6 m
Nanómetro	nm	10 E-9 m	Nanogramo	ng	10 E-9 m
Amgstron	A	10 E-10 m	Picogramo	pg	10 E-12 m
			Unidades de peso molecular	Daltons	1g H= 6.023 E23

Unidades de longitud utilizadas en Biología celular

Tamaño celular: se expresa en micrómetros (millonésima parte del metro)

Tamaño de estructuras subcelulares: se expresa en nanómetros (mil millonésima parte del metro)

Tamaño de macromoléculas: se expresa en angstroms (diez mil millonésima parte del metro).

ACTIVIDADES: 5 7 16 18 19 27 1 2 6 7 8 13 17 23 5

ANIMACIONES

8. El Microscopio

El tamaño de las células es muy variable, la mayoría miden entre 5 y 50 micras. Una micra (μ) o micrómetro (μm) equivale a 0,000001 m. Algunas células son visibles a simple vista como los óvulos de las gallinas (huevos).

Un microscopio óptico es un

microscopio basado en lentes ópticos. También se le conoce como microscopio de luz, (que utiliza luz o "fotones") o microscopio de campo claro. El desarrollo de este aparato suele asociarse con los trabajos de Anton van Leeuwenhoek. Los microscopios de Leeuwenhoek constaban de una única lente pequeña y convexa, montada sobre una plancha, con un mecanismo para sujetar el material que se iba a examinar (la muestra o espécimen). Este uso de una única lente convexa se conoce como microscopio simple, en el que se incluye la lupa, entre otros aparatos ópticos.

Un microscopio electrónico es aquél que utiliza electrones en lugar de fotones o luz visible para formar imágenes de objetos diminutos. Los microscopios electrónicos permiten alcanzar ampliaciones hasta 5100 veces más potentes que los mejores microscopios ópticos, debido a que la longitud de onda de los electrones es mucho menor que la de los fotones "visibles".

Un microscopio electrónico, como el de la imagen, funciona con un haz de electrones generados por un cañón electrónico, acelerados por un alto voltaje y focalizados por medio de lentes magnéticas (todo ello al alto vacío ya que los electrones son absorbidos por el aire). Un rayo de electrones atraviesa la muestra (debidamente deshidratada y en algunos casos recubierta de una fina capa metálica para resaltar su textura) y la amplificación se produce por un conjunto de lentes magnéticas que forman una imagen sobre una placa fotográfica o sobre una pantalla sensible al impacto de los electrones que transfiere la imagen formada a la pantalla de un ordenador. Los microscopios electrónicos producen imágenes sin ninguna clase de información de color, puesto que este es una propiedad de la luz y no hay una forma posible de reproducir este fenómeno mediante los electrones; sin embargo, es posible colorear las imágenes posteriormente, aplicando técnicas de retoque digital a través del ordenador.

ANIMACIONES

ACTIVIDADES: 84 87 89 97 9

9. TIPOS DE CÉLULAS

La célula. Es la estructura viva más sencilla que se conoce, es decir que es capaz de realizar las tres funciones vitales, que son nutrirse, relacionarse y reproducirse. Consta de dos partes que son la membrana plasmática y el citoplasma.

Membrana plasmática. Es la capa que delimita la célula. Regula la entrada y salida de sustancias.
Citoplasma. Es el contenido de la célula. En él se puede diferenciar un medio líquido denominadoplasma o citosol y una serie de estructuras denominadas orgánulos celulares. Los principales son los ribosomas, las vacuolas, las mitocondrias, el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi y, sólo en las células que hacen la fotosíntesis, también los cloroplastos.

En el interior de la célula hay una o más moléculas de una sustancia denominada ADN. Se trata de unas moléculas muy alargadas, tan largas que tienen el aspecto de un hilo de coser, que contienen lainformación genética, es decir la información de como es y como funciona la célula. Una copia de estas moléculas se pasa a cada una de las células hijas para que puedan existir. Según que las moléculas de ADN estén dispersas en el citosol o rodeades de una membrana especial formando una estructura denominada núcleo, se diferencian dos tipos de células: las procariotas y las eucariotas.

ACTIVIDADES: 17 20 21 22 25 29 32 33 34 4 12 20 24 25 28 30 31 32 35 37 39 40 44 46 47 52 53 72

ANIMACIONES

9.1. Células procariotas. Son las células que no tienen núcleo, es decir son las que presentan su ADN más o menos condensado en una región del citoplasma pero sin estar rodeado de una membrana. El ejemplo más importante de células procariotas son las bacterias. Son células muy sencillas, sus orgánulos prácticamente sólo son los ribosomas, los mesosomes (unos orgánulos exclusivos de estas células) y algunas también tienen unos flagelos muy sencillos.

El ADN se encuentra libre y disperso por el citoplasma.
No tienen orgánulos celulares como las mitocondrias, cloroplastos, aparato de Golgi, retículo, etc.
Carecen de citoesqueleto y no tienen movilidad intracelular.

Son más pequeñas que las células eucariotas. Son similares al tamaño de las mitocondrias y cloroplastos de las eucariotas.

Existen tres dominios de seres vivos :

Arqueobacterias - Archaea
Eubacterias - Bacteria
Eucariotas - Eukaria

Los Eucariotas son las células más diferenciadas y complejas.

Los otros dos dominios presentan células más sencillas : Organización procariota


	Procariotas		Eucariotas
	Bacteria	Archaea	Eukaria
Adaptaciones genenerales	Sencillez Rapidez y eficiencia metabólica Estrategia de la R	Sencillez Ambientes extremos	Complejudad Tamaño grande Estrategia de la K
Tamaño	Pequeñas Normalmente de 1 a 5 micras	Pequeñas Normalmente de 1 a 5 micras	Grandes Normalmente de 5 a 50 micras Entre 1.000 y 10.000 veces mayores que procariotastípicas
Material genético	ADN circular Sin nucleosomas: Sin histonas 1 Cromosoma	ADN circular Con nucleosomas: Con proteínas semejantes a histonas 1 Cromosoma	ADN lineal Con nucleosomas y estructuras superiores Ligado a histonas y otras proteínas Varios cromosomas
Membranas internas	Pocas o ninguna Sin membrana nuclear	Ninguna Sin membrana nuclear	Muchas membranas internas - Retículo endoplasmático - Golgi - Lisosomas - Vacuolas - Membrana nuclear
Membranas internas	Formadas por fosfolípidos	Formadas por éteres de terpenos	Formadas por fosfolípidos
Pared celular	Casi siempre presente Formada por peptidoglucano y otros compuestos	Casi siempre presente No formada por peptidoglucano	Frecuente Formada por polisacáridos (celulosa, quitina...) y otras sustancias
Otros orgánulos	Ribosomas pequeños 70s	Ribosomas pequeños 70s (?)	Ribosomas grandes 80s Mitocondrias y Plastos Microtúbulos
Formas	No muy variadas - Cocos - Bacilos - Espirilos - Filamentos	No muy variadas - Cocos - Bacilos - Filamentos - Aplanadas	Muy variadas
Reproducción y Sexualidad	Reproducción asexual Pueden tener procesos parasexuales	Reproducción asexual Pueden tener procesos parasexuales	Reproducción sexual o asexual - Asexual: Mitosis - Sexula: Meiosis y fecundación
Metabolismo	Muy variado	Variado	Poco variado. Todos aerobios

Seres vivos: Células
	- Dominio Bacteria :Bacterias y cianobacterias
	- Dominio Archaea
	- Dominio Eucaria
		- Protistas : Varios reinos de algas y protozoos
		- Reino Hongos
		- Reino Animales
		- Reino Plantas
Formas acelulares con información en Ácidos Nucleicos
	- Virus : Genoma de ADN o ARN con faseextracelular: Virón
	- Plásmidos, viroides, trasposones : Genoma de ADN o ARN sin fase extracelular
Elementos infecciosos sin Ácido nucléico
	Priones: proteínas autotransformables de neuronas

ANIMACIONES

ACTIVIDADES: 10 1 2 3 5 6 8 8 35 36

9.2. Células eucariotas. Son las células que tienen núcleo, es decir son las que presentan su ADN rodeado de una membrana. Tienen estructura eucariota las células de los animales, plantas,algas, hongos y protozoos.

La célula eucariota. Es puede definir como una estructura biológica constituida por tres partes denominadas membrana plasmática, citoplasma y núcleo , y que es capaz de realizar las tres funciones vitales. La célula eucariota es la unidad estructural y funcional de todos los organismos pluricelulares. Presenta formas y tamaños muy diferentes. Generalmente tienen una medida de unos unos 0,020 mm, pero algunas células eucariotas, como la yema del huevo de gallina, tienen más de un centímetro de diámetro

Se diferencian dos tipos principales: las células eucariotas animales o hetrótrofas que formarán los tejidos de los animales y las célula eucariotas vegetales o autótrofas que formarán parte de los tejidos vegetales.

9.2.1. Células animales o heterótrofas: Se caracterizan por no presentar membrana de secreción o, si la presentan, nunca es de celulosa, por tener vacuolas muy pequeñas, por la carencia de cloroplastos y por presentar centrosoma, un orgánulo relacionado con la presencia de cilios y de flagelos.

9.2.2. Células vegetales o autótrofas: Se caracterizan por presentar una pared gruesa de celulosa situada en el exterior (sobre la membrana plasmática), por tener grandes vacuolas y cloroplastos (unos orgánulos de color verde debido a que contienden clorofila, que es la sustancia gracias a la cual pueden realizar la fotosíntesis) y por que no tienen ni cilios ni flagelos.

ACTIVIDADES: 6 9 13 14 15 23 24 26 28 30 31 34 40 41 42 43 47 49 55 56 57 10 1 2 3 5 6 8 8 35 36

9.2.3. DIFERENCIAS ENTRE CÉLULAS ANIMALES Y VEGETALES

Las principales son:

En general, las células vegetales suelen tener forma prismática, mientras que las animales presentan formas muy diversas (estrellada, alargada, globular, aplanada, etc)

Las células vegetales están recubiertas de una pared celular rígida formada por celulosa que contribuye a mantener la forma y el volumen de la célula.

En las vegetales existen los cloroplastos, orgánulos que acumulan clorofila, pero también existen otros tipos de plastos que acumulan otras sustancias, por ejemplo los leucoplastos que acumulan almidón ( son muy abundandtes en las patatas) y los cromoplastos que acumulan sustancias coloreadas (se encuentran en los pétalos de las flores).

En las células animales tenemos centriolos, pero no en las vegetales.

En las células vegetales hay un gran vacuola central, llamada vacuola de turgencia, que ocupa la mayor parte de la célula permitiendo que se mantenga su forma. Sin embargo, en las animales suelen ser más pequeñas y su misión es la reserva de nutrientes

El reparto del citoplasma en la división celular se realiza en las células animales por estrangulamiento, y en las vegetales por el crecimiento de un tabique de separación denominado fragmoplasto.

CUESTIONES: 46 47 48

10. ORGÁNULOS CELULARES Y SU FUNCIÓN

CUESTIONES: 49 57 60

11. TEORÍAS SOBRE EL ORIGEN DE MITOCONDRIAS Y CLOROPLASTOS.

Recordemos que los organismos vivos más antiguos sobre la Tierra eran células procarióticas (3.500 millones de años), habiendo aparecido mucho más tarde las células eucarióticas (700 m.a. tienen los restos más antiguos encontrados de estos organismos). Por tanto, lo único que se puede afirmar es que probablemente, las células eucariotas evolucionaron a partir de procariotas entre los 3.500 y los700 m.a.

Actualmente existen dos teorías que tratan de explicar el posible origen de la célula eucariota.

La Teoría endógena propone que la célula eucariótica es el resultado del aumento de tamaño de la procariótica, junto a una progresiva diferenciación interna, cuyo resultado ha sido el alto grado de complejidad que posee.

La Teoría endosimbiótica, propuesta por la bióloga Lynn Margulis, considera que el alto grado de complejidad se debe a asociaciones entre células que en principio eran independientes entre sí. Este tipo de asociación debió consistir en una simbiosis, relación en la que ambas especies asociadas resultan beneficiadas.

En esta asociación las premitocondrias, que serían bacterias aerobias, conseguirían la oxidación de los alimentos, y las células hospedadoras obtendrían una ganancia en energía. A su vez, los precloroplastos, antiguas cianobacterias, suministrarían alimentos a las células hospedadoras mediante fotosíntesis, y obtendrían de ellas moléculas simples necesarias para realizar dicha función. La asociación de procariotas del tipo de espiroquetas daría lugar, por otro lado, a centríolos, cilios y flagelos.

Después de millones de años de dependencia mutua con las células hospedadoras, estos procariotas simbiontes perderían su independencia, conservando únicamente algunos vestigios de su forma de vida anterior.

De acuerdo con esta hipótesis, las antiguas bacterias habrían entrado al interior de la célula hospedadora por endocitosis, encerradas en unas vesículas endocíticas; esta circunstancia explicaría la doble membrana que poseen tanto mitocondrias como cloroplastos.

Esta teoría endosimbiótica se ve avalada por los siguientes hechos:

1. Tanto mitocondrias como cloroplastos contienen ADN del tipo de células procariotas, no asociado a proteínas histónicas.

2. Los dos orgánulos poseen ribosomas con los que sintetizan sus propias proteínas, también de tipo procariótico (70 S).

3. Ambos orgánulos se reproducen en el interior celular por simple división, como las bacterias

4. Poseen doble membrana, siendo la externa aquella con la que la célula hospedadora rodeó a la célula simbionte que entró.

5. La membrana interna de las mitocondrias posee un tipo de fosfolípido exclusivo de las membranas de los organismos procariotas.

ANIMACIONES

CUESTIONES: 1 29

CONTENIDOS ANIMADOS

Célula animal. Animación

Célula vegetal. Animación

12. IDEAS FUNDAMENTALES

	Todo ser vivo cumple tres funciones: nutrición, relación y reproducción.
	Todo ser vivo está formado por biomoléculas.
	Las biomoléculas pueden ser orgánicas o inorgánicas.
	Las inorgánicas son el agua y las sales minerales.
	Las orgánicas o macromoléculas tienen amplias funciones dentro del organismo y son los azúcares, vitaminas, grasas, proteínas y ácidos nucleicos.
	Todo ser vivo está formado por células.
	Las células son diferentes entre sí y están formadas por orgánulos celulares. Es la unidad anatómica y fisiológica del ser vivo.
	Los orgánulos celulares serán más o menos abundantes y diferentes según el tipo de célula que sea: procariota (sin núcleo) o eucariota (con núcleo).
	La célula eucariota es más evolucionada y puede ser animal o vegetal.
	La célula animal tiene centríolos y nunca tiene pared vegetal ni cloroplastos.
	La célula vegetal nunca tiene centríolos y siempre posee pared y cloroplastos.
	En el núcleo se encuentran los cromosomas que albergan el mensaje genético del ser vivo.
	La célula animal tiene nutrición heterótrofa.
	La célula vegetal tiene nutrición autótrofa por fotosíntesis.
	Las células poseen sensibilidad y pueden reaccionar ante determinados estímulos: luminosos, mecánicos o químicos.
	Los organismos más primitivos son unicelulares.
	Si las células permanecen juntas tras la división celular se pueden formar colonias o seres pluricelulares.
	El mecanismo de división celular de las células eucariotas es por mitosis.
	Existen individuos coloniales que son estados transicionales entre seres unicelulares y pluricelulares.
	Los seres pluricelulares tienen muchas células diferentes que provienen de la célula madre o cigoto por diferenciación celular.
	Las células se agrupan en tejidos. Estos tejidos se asocian para cumplir misiones específicas y forman órganos. Los órganos a su vez se asocian para ir mejorando la función a la que están destinados y forman aparatos o sistemas.
	El conjunto de aparatos o sistemas forman un organismo completo y único.