EL HOLANDÉS ANTONIE VAN LEEWENHOEK (1632 – 1723) INVENTOR DEL MICROSCOPIO

● Leeuwenhoek fue pionero en observación de protozoos, glóbulos rojos sanguíneos, capilares, ciclos biológicos de insectos...

● Dedicado al comercio y con escasa formación científica, construyó como entretenimiento diminutas lentes biconvexas con las que conseguía observar muestras que montaba sobre la cabeza de un alfiler, ampliándolas hasta 300 veces.

Microbios que Leeuwenhoek

observó (con un aumento que

superaba el de los primeros

microscopios con lentes múltiples).

MICROSCOPIO DE

LEEUWENHOEKTornillos

para enfoque

Muestra en la puntadel alfiler

Lente

ROBERT HOOCKE (Inglaterra 1635-1702)

● Al observar en 1665 un trozo de corcho con un rudimentario microscopio, comprobó que estaba formado por celdas semejantes a las de los panales de las abejas por lo que las llamó “células” (Hoy sabemos que corresponden a paredes vegetales vacías de células muertas).

El desarrollo de la microscopía durante los siglos XVIII y XIX permitió que en 1838 el botánico Schleiden y en 1839 el zoólogo Schwann

formularan la TEORÍA CELULAR

(para vegetales y animales respectivamente).

1. Todos los organismos son células o están constituidos por células.

2. Las unidades reproductoras (los gametos y esporas) son también células.

3. Las células no se crean de nuevo: toda célula proviene de otra célula.

4. Existen seres unicelulares y seres pluricelulares.

5. La célula es la unidad anatómica, fisiológica y reproductora de los seres vivos.

Precioso microscopio del siglo XX

¿Por qué las células suelen ser pequeñas?

● El cubo de 4 cm de arista, los ocho cubos de 2 cm de arista y los 64 cubos de 1 cm de arista tienen todos el mismo volumen. Pero al dividir el volumen en porciones, la superficie total aumenta.

● Del mismo modo, al ser las células pequeñas tienen mayor superficie (aumentando la eficacia de entrada y salida de materiales) en relación al volumen (materia viva que atender).

Cubo de 4 cm de arista: superficie 96 cm2

volumen 64 cm3 superficie/volumen 1,5:18 cubos de 2 cm de arista: superficie 192 cm2

volumen 64 cm3 superficie/volumen 3:164 cubos de 1 cm de arista: superficie 384 cm2

volumen 64 cm3 superficie/volumen 6:1

MEMBRANA PLASMÁTICA: BICAPA MOSAICO FLUIDO

● Cortes teñidos con O4Os (tetróxido de osmio) observados al microscopio electrónico evidencian una organización en sandwich de 2 bandas oscuras flanqueando 1 banda clara.

● La estructura de la membrana plasmática se describe como un “mosaico (de piezas de varios tipos encajadas) fluido” con dos caras asimétricas

MEMBRANA PLASMÁTICA: COMPOSICIÓN QUÍMICA

● LÍPIDOS anfipáticos (glicero y esfingolípidos) en bicapa forman la estructura básica. En animales además colesterol. Los lípidos se autoensamblan, la membrana se autosella: la membrana tiene un comportamiento fluido.

● PROTEÍNAS transportadoras, receptoras de señales químicas y catalizadoras de algunas reacciones. Su posición es variada: unas transmembrana (con la zona hidrófoba incluida en la bicapa); otras periféricas. La membrana es asimétrica tanto por la posición de las proteínas como por la posición de los glúcidos.

– GLÚCIDOS oligosacáridos unidos covalentemente a lípidos y a proteínas. Protegen la superficie (digestivo), lubrican al estar hidratados (facilitan desplazamiento) y son señales de reconocimiento celular. Si son abundantes se denominan “glicocálix”.

MEMBRANA PLASMÁTICA: FLUIDEZ

● La bicapa lipídica no tiene un comportamiento rígido sino fluido: las moléculas lipídicas rotan y difunden.

● La fluidez de la membrana es importante para permitir cambios de conformación de las proteínas incluidas, la continuidad genética de unas membranas con otras, la fusión de membranas (exo y endocitosis, fecundación...) y la citocinesis (en animales)

● La fluidez de membrana depende del grado de insaturación de los ácidos grasos y de la abundancia de colesterol (molécula plana y rígida)

DIFERENCIACIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

● Cortéx celular de filamentos de actina: controla cambios de forma (5)

● Microvellosidades: evaginaciones que aumentan la superficie (4)

● Uniones estancas: bandas de adhesión total (1)

● Desmosomas: uniones de anclaje firme (2)

● Uniones comunicantes o gap (3)

(4)

(5)(5)

DIFERENCIACIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA:CÓRTEX CELULAR

● Filamentos de actina. ● Situado en el lado interno de la

membrana y unido a proteínas de membrana.

● Controla cambios de forma (movimiento amebiano (A), citocinesis animal (C), endocitosis (E)

E

C

A

DIFERENCIACIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA:MICROVELLOSIDADES

● Evaginaciones digitiformes numerosas

● Mantenidas por un esqueleto interno de microfilamentos (1)

● Aumentan la superficie y facilitan el trasvase

● Abundan en células del epitelio delgado y de las nefronas.

(1)Corte transversal de las microvellosidades de una célula

DIFERENCIACIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA:UNIONES ESTANCAS

● Estas bandas de adhesión total unen dos células vecinas.

● Así se obliga a las sustancias de medio a entrar en las células y se impide que se filtren en los espacios intercelulares.

DIFERENCIACIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA:DESMOSOMAS

● Uniones reforzadas entre células.● Permiten un firme anclaje entre

ellas.● El desmosoma presenta un

cuerpo denso que se fija al citoplasma celular mediante filamentos de queratina

DIFERENCIACIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA:UNIONES COMUNICANTES O GAP

● Son canales proteicos o poros directos entre células que facilitan la eficaz transferencia de sustancias.

● Abundan entre las células que forman el músculo cardiaco: las uniones comunicantes suponen un libre trasvase de iones y facilitan la contracción sincrónica de todas las células.

MEMBRANA PLASMÁTICA: FUNCIONES

• Independiza al interior celular del medio externo actuando como una barrera selectiva.

• Determina la extensión del contacto con el medio.

• Recibe estímulos específicos.

• Genera señales químicas o eléctricas.

Por todo ello, la membrana plasmática ...

... NO ES UNA ESTRUCTURA PASIVA.

MEMBRANA PLASMÁTICA:

TRANSPORTE DE SUSTANCIAS

● La membrana presenta una permeabilidad selectiva. ● El transporte pasivo es un proceso de difusión (siempre a favor de

gradiente, de donde hay más hacia donde hay menos). ● El transporte activo actúan bombas proteícas de membrana, que

requieren energía (ATP) para transportar las moléculas al otro lado. El transporte se realiza en contra del gradiente electroquímico.

● Transporte de moléculas de elevada masa molecular: existen tres mecanismos principales: endocitosis, exocitosis y transcitosis; siempre es fundamental el papel que desempeñan las llamadas vesículas revestidas de filamentos proteicos de clatrina.

MEMBRANA PLASMÁTICA: TRANSPORTE PASIVO (a favor de gradiente) POR LA BICAPA

• Difusión simple a través de la bicapa (1):

✗ ... de moléculas lipídicas como las hormonas esteroideas, anestésicos como el éter y fármacos liposolubles.

✗ ... de sustancias apolares como el oxígeno y el nitrógeno atmosférico.

✗ ... de algunas moléculas polares de muy pequeño tamaño, como el agua, el CO2, el etanol y la glicerina. La difusión del agua recibe el nombre de ósmosis

●

MEMBRANA PLASMÁTICA: TRANSPORTE PASIVO (a favor de gradiente) POR CANALES

• Difusión simple a través de canales (2) mediante las denominadas proteínas de canal, inespecíficas. Así se trasvasan pasivamente iones como el Na+, K+, Ca2+, Cl- cuando se excitan las células nerviosas.

• Las proteínas de canal tienen apertura regulada, por ejemplo por voltaje o por ligando, como ocurre con neurotransmisores u hormonas, que se unen a una determinada región, el receptor de la proteína de canal, que sufre una transformación estructural que induce la apertura del canal.

(2)

MEMBRANA PLASMÁTICA: TRANSPORTE PASIVO (a favor de gradiente) facilitado

• Difusión facilitada (3). Permite el transporte específico de pequeñas moléculas polares, como los aminoácidos, monosacáridos, etc, que al no poder atravesar la bicapa lipídica, requieren que proteínas transmembranosas faciliten su paso.

• Estas proteínas reciben el nombre de proteínas transportadoras o permeasas que, al unirse a la molécula a transportar sufren un cambio en su estructura que arrastra a dicha molécula hacia el interior de la célula

MEMBRANA PLASMÁTICA: TRANSPORTE ACTIVO (en contra de gradiente)

● Transporte activo (4). También actúan proteínas de membrana, pero requieren energía (ATP). El transporte se realiza en contra del gradiente electroquímico. Ejemplo: bomba de Na/K, y bomba de Ca.

● La bomba de Na+/K+: proteína transmembranosa que bombea Na+ hacia el exterior de la membrana y K+ hacia el interior. Con ella se bombea 3 Na+ hacia el exterior por cada 2 K+ hacia el interior, con la hidrólisis acoplada de ATP. Tiene una gran importancia fisiológica sobre todo en la neurona; todas las células animales gastan más del 30% del ATP que producen (y las células nerviosas más del 70%) en esta bomba.

MEMBRANA PLASMÁTICA:

TRANSPORTE DE GRANDES PARTÍCULAS

• Existen dos mecanismos principales: endocitosis y exocitosis. Siempre es fundamental el papel de las vesículas revestidas que se encuentran rodeadas de filamentos proteicos de clatrina.

• ENDOCITOSIS: la célula capta partículas del exterior mediante una invaginación de la membrana en la que se engloba la partícula a ingerir. Se produce la estrangulación de la invaginación originándose una vesícula que encierra el material ingerido. Según la naturaleza de las partículas englobadas, se distinguen:

✗ Pinocitosis de líquidos y partículas en disolución.

✗ Fagocitosis que ingiere microorganismos y restos celulares; se forman grandes vesículas fagosomas.

✗ Endocitosis mediada por un receptor por el que sólo entra la sustancia para la cual existe el receptor en la membrana.

Protozoo FAGOCITANDO a otro protozoo

1

2

3 4

MEMBRANA PLASMÁTICA: TRANSPORTE DE GRANDES PARTÍCULAS

• EXOCITOSIS: macromoléculas contenidas en vesículas citoplasmáticas son transportadas desde el interior celular hasta la membrana plasmática, para ser vertidas. La membrana de la vesícula y la membrana plasmática se fusionan. Así las células eliminan sustancias sintetizadas por la célula, o bien sustancias de desecho.

● Existe un equilibrio entre la exocitosis y la endocitosis, para mantener la membrana plasmática y mantener el volumen celular.

Células gástricassecretoras de

mucus (observa

acumulación de vesículas de secreción

en el polo superior)

Detalle de vesícula secretora

FUNCIONES DE LA MEMBRANA:RECEPCIÓN DE SEÑALES

El modo en que las señales externas son recibidas por la célula varía en función de la naturaleza química de la señal:

• Si las señales externas son moléculas pequeñas e hidrófobas pasan por difusión entre los lípidos. Así sucede con las hormonas esteroides que se dirigen al núcleo donde intervienen activando o desactivando genes.

• Si las señales externas son grandes e hidrófobas -como hormonas proteicas- suele generarse un segundo mensajero intracelular.

La molécula señal externa o primer mensajero no penetra y al ser recibida en la membrana determina la formación de AMP cíclico intracelular, mensajero interno secundario que a su vez desencadena una cascada de acontecimientos, hasta provocar la respuesta celular.

RECONOCIMIENTO DE SEÑALES Y

SEGUNDO MENSAJERO

RECONOCIMIENTO DE SEÑALES Y SEGUNDO MENSAJERO

• Unión de la molécula señal a su receptor y activación de éste. • El complejo formado por el receptor y la molécula señal, activa a una

proteina de membrana llamada proteina G • Ésta activa a su vez, el enzima de membrana adenilato-ciclasa, que a partir

de ATP sintetiza AMPc • Y por último, el AMPc activa a una enzima intracelular capaz de activar a

otros muchos enzimas intracelulares, que desencadenan una cascada de acontecimientos, hasta provocar la respuesta celular

MATRIZ EXTRACELULAR(en algunos tejidos).

Tejidos conectivos● En los tejidos conectivos

animales las células no están unidas entre sí sino inmersas en una sustancia intercelular.

● Estos tejidos están constiuidos por células, proteínas fibrosas extracelulares y cemento intercelular (1 y 3). Los componentes extracelulares son secretados por Golgi.

●

(1)

(2)

(3)• Las principales proteinas fibrosas

extracelulares son elastina y colágeno.• En el cemento intercelular aparecen disueltos

polisacáridos como ácido hialurónico. • Dependiendo de la abundancia de elastina,

colágeno (2) o de la presencia de sustancias minerales (hueso) el tejido presenta propiedades mecánicas diferentes.

TEJIDOS CONECTIVOS: conjuntivo

adiposocartilaginoso

óseohematopoyético

● Estando formados por células separadas, proteínas fibrosas extracelulares y cemento intercelular, existen varios tipos y subtipos de conectivos.

● La diferencia entre ellos está en el tipo y proporción de matriz extracelular y de proteínas, lo que determina diferencias en las propiedades y las funciones

➔CONJUNTIVOEnvuelve órganos y aporta vasos sanguíneos a tejidos que carecen de ellos como epitelial, muscular, cartílago y nerviosoConjuntivo laxo en dermis -la dermis aporta vasos sanguíneos a la epidermis-Conjuntivo fibroso (mucho colágeno) en periostio -envuelve hueso-, pericondrio -cartílago-, perimisio -músculo- y perineuro -nervio-Conjuntivo elástico (mucha elastina) en pleuras y arterias.

➔ADIPOSOSemejante al conjuntivo con muchas células almacenadoras de grasa llamadas adipocitos.Bajo la piel y en la médula amarilla de la caña de los huesos largos (tuétano)

➔CARTILAGINOSO, con cemento intercelular semisólido➔ÓSEO, con cemento intercelular mineralizado

➔HEMATOPOYÉTICOFormador de células sanguíenas en la médula roja de los huesos esponjosos

Fibras de colágeno

TEJIDOS CONJUNTIVOS ● Conecta los demás tejidos y los refuerza.● Al contener vasos sanguíneos aproxima

la sangre a tejidos que carecen de vasos como el epitelial, el muscular, el nervioso, y el cartilaginoso.

● En las imágenes se observa el conjuntivo que engloba las células musculares (perimisio) y el conjuntivo que engloba muchas células nerviosas (perineuro, epineuro y meninges).

● Asímismo existe conjuntivo que rodea al hueso (periostio) y al cartílago (pericondrio)

● Los ligamentos son la prolongación de los periostios de ambos huesos.

● Los tendones son la prolongación de los perimisios hasta los periostios

perineuro

t. adiposo

epineuro

perimisio

PARED CELULAR VEGETAL● La pared vegetal está en todas las

células vegetales por fuera de la membrana plasmática. Tiene una estructura más regular que la matriz extracelular. Proporciona rigidez a la célula vegetal.

● Se forma por secreción de materiales, de modo que los más recientes van quedando más cerca de la membrana plasmática. Crece de fuera a dentro.

(1)

● La pared se interrumpe a nivel de los plasmodesmos o puentes intercitoplasmáticos entre células vecinas.

● Composición:

✗ Celulosa: muchas cadenas paralelamente dispuestas unidas por puentes de hidrógeno forman la fibrilla de celulosa (2)

✗ Hemicelulosa y pectina, heteropolisacáridos

✗ Lignina, suberina o cutina (cera)

(2)

PARED - VACUOLAS:ESQUELETO HIDRÁULICO

● La pared vegetal proporciona rigidez, junto con las vacuolas, a la célula vegetal funcionando en conjunto como un esqueleto hidraúlico- sobre todo cuando la pared no está muy engrosada.

● Las vacuolas son vesículas sobre todo desarrolladas en las células vegetales, ocupando en ellas más de la mitad del volumen celular. Actúan controlando la turgencia de la planta (una planta marchita lo está por pérdida de agua en sus vacuolas).

PARED CELULAR VEGETAL

Xilema o vasos leñosos x60

Tallo de trigo, gruesas paredes de los vasos leñosos x150

(1) Epidermis de cebolla, células vivas (obsérvese el núcleo) x150

● Según el grado de desarrollo:

✗ Células con sólo pared primaria, delgada y que no impide el crecimiento de la célula.

✗ Células con pared secundaria, más gruesa y organizada, que impide el crecimiento de la célula (2 en la diapositiva anterior)

● A veces la pared está impregnada de lignina (polímero de fenol, como en los vasos leñosos 2), suberina 3 (corteza de tronco) o ceras (hojas y frutos)

● Si la pared es gruesa y está impregnada de sustancias impermeabilizantes las células mueren (vasos leñosos y suber -corteza de tronco-)

(3)(3)

(2)(2)

PARED VEGETAL: PLASMODESMOS

● Tras la cariocinesis o reparto del material genético, la citocinesis* vegetal sucede gracias a un fragmoplasto (F) o tabique formado por ordenación de vesículas de RE y Golgi hasta fusionarse con la membrana de la célula madre. Las discontinuidades del fragmoplasto son el origen de los puentes plasmodesmos*Citocinesis: reparto de citoplasma entre células hijas

● La pared se interrumpe a nivel de los plasmodesmos o puentes intercitoplasmáticos entre células vecinas.

F

F