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Tema Célula cnceptos básicos
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La primera célula
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J Organismos procariotas
. ^ — ‘ -L o s w ru s
la velocidad de difusiónqUemflUyenenTest de comprensión
historia de la vida en la Tierra comenzó en algún momento, //¿zce ozs/ 4(900 m/7/o- ¿fe ¿7//OS. es£ instante originario, algo que era simple materia inorgánica, se combi
nó de modo tal que dio paso a algo totalmente nuevo: materia viva. Cómo se dio este paso trascendental sigue siendo un misterio que los biólogos y los químicos todavía no han podido revelar.
Era una época en la que nuestro planeta era muy joven, los continentes recién se habían formado (aunque eran distintos a los de ahora) y en la atmósfera no existía el oxígeno. En algún momento, y gracias a la energía solar y a la falta de oxígeno, se formaron los primeros bloques químicos, que más tarde se ensamblarían en moléculas más complejas: elADN (ácido desoxirribonucleico), y el ARN (ácido ribonucleico), sustancias que tienen la increíble habilidad de fabricar copias de sí mis
mas a partir del medio circundante. Es po- que las primeras cadenas de ADN
y ARN se replicaran con múltiples fallas, pero aquellas que lo hacían mejor eran más duraderas, perfeccionando
una y otra vez sus facultades de replicarse, preparándose para el paso si
guiente: armar las primeras células que, según se cree, aparecieron en
charcos de agua poco profundos.De alguna manera un día,
hace 4000 millones de años, las primeras células comenzaron a flotar en una sopa química primordial. Y compitieron por los
compuestos que utilizaban para sobrevivir y reproducirse. De ahí en
más, empezaron a funcionar los meca- de la evolución, aquellos que ex
plicó brillantemente Charles Darwin, y que permitieron la diversificación y
transformación de las formas de vida,llegar a nosotros y a todos los demás
seres que nos rodean.
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Pero hay un dato muy interesante que surge de las últimas investigaciones científicas: todos los organismos vivos que existen ahora en el planeta, todos sin excepción, desde la más simple de las bacterias hasta las enormes ballenas azules, descienden de una sola célula.Una y sólo una. Y hay un motivo para pensarlo: el código genético, que está inscripto en el ADN y que transmite los rasgos hereditarios, es el mismo en todos los seres vivos. Sin embargo, ese código genético es totalmente arbitrario, es decir que no forzosamente debía ser ese, ni que necesariamente las primeras células lo compartieran o que lo tuvieran que adoptar por necesidades químicas o vitales. No hay ninguna posibilidad -o la posibilidad es tan remota que no se puede tomar en cuenta- que, por casualidad, el mismo código haya surgido en distintos lugares a la vez.
Si el código genético es el mismo en todos los organismos vivos, la única explicación posible es que todos los organismos desciendan de una sola célula, que por alguna razón, probablemente casual, se impuso a las demás. Esta célula pudo multiplicarse más rápidamente, diversificarse con más eficacia y transmitir el código a sus descendientes. Una sola célula dio origen a todos los seres vivos del planeta, nuestra verdadera tatarabuela originaria.
• ¿Cuál es la molécula clave en la historia de la vida? ¿Qué características tiene?• ¿Les sorprende que todos los organismos vivos desciendan de una sola célula? ¿Por qué?• Muchas veces, al hablar de los orígenes de la vida, se menciona el caldo primigenio. ¿En qué consistía este caldo?
c a p í t u lo 7 La célula 109
El conocimiento que se tiene en la actualidad de las células se debe al microscopio.• El microscopio óptico (MO) es elque se usa habitualmente, y puede aumentar una imagen hasta 1000 veces su tamaño real. Con él se pueden observar las estructuras celulares de mayor tamaño.• El microscopio electrónico de transferencia (MET) es el único que permite ver todas las estructuras celulares, ya que aumenta la imagen hasta 1 millón de veces.• El microscopio electrónico de barrido (MEB) obtiene imágenes tridimensionales de la superficie de lo que se observa, con aumentos similares al MET, generalmente menores.
Las células procariotas y eucariotasEl A
todos lo dos tipo
Todos los seres vivos están formados por células. Algunos son unicelulares, es decir, están constituidos por una sola célula, como las bacterias, los protistas, algunas algas y las levaduras. Otros seres vivos están formados pormuchas células, como los hongos, las plan- %. ijBÍ8Í5llitetas y los animales; son organismos muí-
o pluricelulares.A pesar de las diferencias que exis-
ten entre las células, todas tienen ca- f i f i * -gracterísticas comunes:
• poseen una membrana, que separa \el interior de la célula del medio externo; jjj¡¡B jy jJ| ^ F
• poseen material genético o hereditario;• poseen citoplasma, donde se llevan Bacterias vistas al MEB.
a cabo las distintas funciones celulares.De acuerdo con su organización, se pueden diferenciar dos tipos
de células: procariotas y eucariotas.La diferencia más notoria entre los dos tipos celulares es que las
eucariotas poseen núcleo, ya que el material hereditario está separado del resto de la célula por una membrana doble. En cambio, la células procariotas no tienen núcleo; el material genético está disperso en el citoplasma, en una zona llamada nucleoide, sin una envoltura nuclear que lo contenga.
Organismomulticelular.
Los paramecios son organismos unicelulares.
teínas
Otra células p. terísticas plastos. endoplas
Tanti pacios o las distin branas in
Aden de fílame citoesqu
Los ri células pi unir ami:
' J l & c j '
Los microscopios Membrana
Núcleo
Material genético
Citoplasma
Célula del testículo de una anguila de agua dulce, vista con MET. Aumento: 3000 x
Bacteria Escherichia coli, vista con MET. Aumento: 23.000 x
Célula eucariota(del griego, eu: verdadero; karyon: núcleo).Los Protistas (protozoos y algas unicelulares), los Hongos, las Plantas y los Animales están constituidos por células de tipo eucariota. En general, el tamaño de estas células es mucho mayor que el de las procariotas.
Célula procariota(del griego, pro: antes, karyon: núcleo). Todos los organismos que pertenecen al reino Monera (arquibacterias y eu- bacterias) están formados por células procariotas. Estos seres vivos son los más sencillos que se conocen.
Cloroplasti (sólo en cé
110 La célula c a p í t u l o 7
ADN EUCARIOTA ADN PROCARIOTA
Espermatozoides(células sexuales masculinas)
En el núcleo de cada célula de los seres humanos (con excepción de las células sexuales o gametas) hay 46 moléculas de ADN o, lo que es equivalente, 46 cromosomas.
Neurona(célula del sistema nervioso)
El material genético (ADN)El ADN es el material hereditario o genético de las células de
todos los seres vivos. Está organizado de distinta manera en los dos tipos celulares.
• Se encuentra en el núcleo.• Está asociado con proteínas.• Cada célula tiene varias moléculas.• La asociación entre las moléculas de ADN y las proteínas constituyen
filamentos de cromatina.• Cuando estos filamentos de cromatina se enrollan y condensan, forman estructuras compactas llamadas cromosomas.
• Cada cromosoma está formado por una molécula de ADN y las proteínas asociadas a ella.• El número de moléculas de ADN, y por lo tanto de cromosomas, varía en las distintas especies.
• Se encuentra disperso en una zona del citoplasma (nucleoide).• No está asociado con proteínas.• Cada célula tiene una sola molécula de ADN.• La molécula es grande y circular, es decir que está cerrada como si fuera un anillo.• Muchos organismos procariotas poseen plásmidos, que son peque
ñas moléculas de ADN circular con información que no es fundamental para el funcionamiento normal del organismo.
tos son i, como
is al MEB.
Las organelas y otras estructuras celularesOtra diferencia fundamental entre las células eucariotas y las
células procariotas, es que las eucariotas poseen estructuras características llamadas organelas, como las mitocondrias y los cloro- plastos, y un sistem a de membranas internas, como el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi.
Tanto las organelas como el sistema de membranas limitan espacios o compartimentos en el citoplasma, donde se llevan a cabo las distintas funciones. Estos compartimentos limitados por membranas internas no existen en las células procariotas.
Además, en el citoplasma de las células eucariotas hay una red de filamentos de proteína que constituye un esqueleto interno, el citoesqueleto.
Los ribosomas son las únicas organelas que poseen tanto las células procariotas como las eucariotas. Su función es ensamblar o unir aminoácidos para formar proteínas.
■ * . Mitocondrias vistas con MET.Estas organelas están presentes en células vegetales y animales.
Mitocondria
Cloroplasto visto con MET(sólo en células eucariotas vegetales).
• ¿Cuáles son las características comunes de las células procariotas y las eucariotas?• Relacionen la etimología de los términos que designan a los dos tipos celulares con su estructura.• ¿Cuáles son los seres vivos formados por células procariotas y cuáles, por células eucariotas? Mencionen ejemplos.• ¿Por qué los organismos unicelulares son microscópicos?• Mencionen algunas diferencias que pueden establecerse entre los dos tipos celulares.• ¿De qué manera determinarían si un organismo unicelular, visto al microscopio óptico, pertenece al reino Monera o al reino Protista?
c a p ít u l o 7 La célula 1 1 1
Guía de léctura
Informacióngráfica La célula animal y la célula vegetal
Microscopio antiguo
El núcleo
a. Envoltura nuclear: separa el ¡n terior del núcleo del citoplasma.b. Cromatina: ADN y proteínas.c. Nucléolo: en él se construyen los ribosomas.
Los lisosomas
Son vesículas que contienen enzimas digestivas y se originan a partir del aparato de Golgi.
Las vacuolas
Son sacos o bolsas rodeadas por una úni ca membrana. Pueden ser temporarias o permanentes, y contienen sustancias nutritivas o de desecho.
La membrana plasmáticaEstá constituida por una doble capa de fosfolípidos, proteínas y glúcidos (azúcares).Sus principales funciones son:• regular la entrada y salida de sustancias a la célula;• limitar al citoplasma del medio exterior;• permitir la interacción con otras células.
El citoplasma
Es todo lo que se encuentra entre la membrana pías mática y la membrana nuclear.La matriz líquida, o hialoplasma, está constituida por agua, sales minerales y gran cantidad de moléculas orgá nicas (enzimas, aminoácidos, ácidos grasos y nucleóti- dos, entre otras). Contiene a las organelas, en las cuales se van a cumplir tas diferentes funciones celulares.
Las mitocondrias
Presentan un par de membranas: la externa y la interna.Las membranas rodean a una matriz o cavidad.La membrana interna: se pliega hacia adentro y forma las crestas miíocondriales.En las mitocondrias se lleva a cabo la respiración celular aeróbica, proceso gracias al cual se libera la energía química contenida en los nutrientes, con el aporte de oxígeno. Esta energía se acumula en “ enlaces de alta energía” en la molécula de ATP (adenosín-tri-fosfato).
Esquema de molécula de ATP Citoesqueleto
Es una red de fibras de proteínas que mantienen la estructura celular y forman canales para que circulen las sustancias.
Los cloroplastos y los plástidos
MitocondriaZona de comunicación entre células wá
- \Citoesqueleto
Citoplasma Membrana plasmática
Son pequeñas estructuras, que están asociadas al retículo endoplasmático rugoso o pueden estar libres en el citoplasma. En este caso, sintetizan proteínas que quedan en el interior de la célula.
La pared celular
La vacuola central
El retículo endoplasmático liso (REL)
El aparato de Golgi
El retículo endoplasmático rugoso (RER)
Aparato de Golgi
Los ribosomas
artici-elular.
nas céiu- ¡sorber -olonga- srana y el
sínas quellar y for- en las
Tiene muchos ribosomas adheridos a la parte externa de la membrana.Estos sintetizan proteínas, que necesita la propia célula, como las que forman la membrana, o las que se exportan al exterior de la célula, hacia otras partes del cuerpo, como las enzimas digestivas y las hormonas.
Los plástidos incoloros o leucoplas- tos almacenan sustancias de reserva, como almidón, aceites o proteínas.- Los cromoplastos poseen pigmentos. Entre ellos, los que tienen actividad fotosintética, como los cloroplastos, contienen clorofila.Los que no tienen actividad fotosintética, tienen pigmentos que dan color a las flores, a los frutos y a otras partes de las plantas.
Es una estructura que se ubica por fue ra de la membrana plasmática. Está 1 presente también en los hongos, y su función es proteger y dar sostén a la célula. Está compuesta por celulosa y otros polisacáridos; en los hongos es de quitina.
Es ün conjunto de sacos membranosos que, entre otras funciones, recibe los productos formados en el retículo, los empaqueta y loStransporta a otras partes de la célula o los envía fuera de ella.
Almafcerta distintas sustancias, romo agtia, nutrientes o desechos metabólicos, y además sirve para dar soporté a la célula.
Carece de ribosomas adosados Ésu membrana. Su función es sintetizar lípi- dos y hormonas.'
Núcleo
Glucoproteína/
Glúcido(azúcar)
Proteína Canal
Colesterol (lípido)
La membrana plasmáticaLa membrana plasmática permite que las sustancias entren y
salgan de la célula, pero además regula el flujo de esas sustancias. A través de la membrana, la célula recibe información del ambiente externo y se comunica con otras células.
El modelo que representa la estructura de la membrana se llama de m osaico fluido, y fue desarrollado por dos biólogos, Singer
y Nicolson, en 1972. Según este modelo, la célula está constituida por una doble capa de fosfolípidos, colesterol
(en las células animales), glúcidos y una gran variedad de proteínas.
La doble capa es muy fluida, y las moléculas de lípidos se mueven en forma independiente, como si estuviesen flotando. Las proteínas atraviesan la capa de lípidos, y algunas sobresalen hacia fuera o hacia adentro del citoplasma.
Doble capa de fosfolípidos
/Citoplasma
Entrada y salida de iones (Na, Cl, Ca) Difusión
La difusión es el movimiento de moléculas desde un lugar donde están en mayor concentración hacia otro donde están en menor concentración.
Por ejemplo, al tirar una gota de colorante en un vaso con agua, al cabo de un cierto tiempo toda el agua del vaso se colorea de manera uniforme. En este caso, las moléculas de colorante se difunden en el agua.
El movimiento neto de las moléculas de colorante se realiza desde la región de mayor concentración de colorante (la gota) hacia la región de menor concentración, o sea, el agua del vaso.
A medida que disminuyen las diferencias de concentración, el colorante se difunde más lentamente, hasta que no hay diferencias de concentraciones entre el agua y el colorante. Entonces, la difusión se detiene y no hay cambios en la concentración del agua ni en la del colorante.
Ciertas sustancias como el oxígeno y el dióxido de carbono, difunden a través de la doble capa de lípidos que forman la membrana plasmática. En cambio, el sodio, el ión cloruro y el calcio pasan por canales que se forman a través de las proteínas de la membrana.
Moléculas de colorante
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1 1 4 La célula c a p ít u l o 7
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OsmosisLa osmosis es la difusión de agua a través de una m em brana
sem iperm eable, es decir que deja pasar ciertas sustancias y otras no. En la célula, el agua se mueve a través de la membrana desde una zona de alta concentración de moléculas de agua hacia otra zona de baja concentración de moléculas de agua.
La osmosis desempeña un papel fundamental en la vida de las células. En general, la concentración de agua dentro de la célula y en el líquido extracelular es igual, por lo que el agua no tiende a entrar ni salir de la célula. Pero, si la célula toma contacto con una solución que tiene menor concentración de agua que la que existe en su interior, el agua de la célula sale hacia afuera por osmosis. Esto provoca que las células disminuyan de volumen, hasta que las concentraciones de agua dentro y fuera de las células se igualen.
Si, por el contrario, la solución que rodea a una célula tiene mayor concentración de agua que de sustancias disueltas, el agua entra en la célula, haciendo que esta se hinche, y puede llegar a estallar si la concentración de sales en la solución que rodea a la célula es muy baja.
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ealiza ota) ha-[SO.
ción, el r’eren- ces, la leí agua
rbono,lai y el )teínas
agua
Membrana
Tejido vegetal visto al MO.
Guía de lectura
Glóbulo rojo
Igual movimiento de agua hacia adentro y hacia afuera de las células.
Movimiento de agua neto hacia afuera de las células.
Movimiento de agua neto hacia el interior de las células.
En las células vegetales, que tienen la pared celular rígida, el agua entra por osmosis a la gran vacuola. Esta presión empuja al citoplasma contra la pared celular y ayuda a que la célula mantenga su forma. Cuando la vacuola central pierde agua, la célula se achica.
Ganancia de agua Vacuola
Las moléculas de agua difunden desde la región en donde están más concentradas, hacia la región en donde están menos concentradas.
Glóbulos rojos vistos al MEB.
Célula turgente.
La salida de agua de las vacuolas de las células provoca que las plantas se marchiten.
El citoplasma se encoge y se aleja de la pared celular.
• ¿Qué es la difusión?• ¿Qué sustancias pasan por difusión a través de la membrana plasmática?• ¿Qué significa que la membrana plasmática es “ semipermeable” ?• ¿Cuál es la importancia de la osmosis para las células?• ¿Por qué no se puede condimentar una ensalada mucho tiempo antes de servirla? Relaciónenlo con el proceso de osmosis.
1 1 5 1c a p i t u lo 7 La célula
El núcleoModelo de célula animal. Cas
léculasbásican
El material hereditario de las células eucariotas está en el interior del núcleo. Este, por lo general, se encuentra en el centro, tiene forma esférica y ocupa, aproximadamente, el 10 % del volumen celular.
Está limitado por la envoltura nuclear, formada por dos membranas concéntricas. Esta presenta perforaciones o poros que permiten la entrada y salida de distintos materiales, es decir que conecta al interior del núcleo con el citoplasma.
En el interior del núcleo se encuentra el jugo nuclear, el m aterial hereditario y el nucléolo, estructura en la cual se arman los ribosomas. Una vez formados, los ribosomas pasan desde el interior del núcleo hacia el citoplasma, a través de los poros de la envoltura nuclear.
Núcleo
Nucléolo
Jugonuclear
Materialhereditario núcleo
los distMembrana
Membrana El material genético son las moléculas de ADN, encargadas de regular el funcionamiento de la célula.
Estas moléculas son de gran tamaño y están formadas por otras moléculas más pequeñas, llamadas nucleótidos, unidas entre sí. Por lo tanto, las moléculas de ADN se pueden clasificar como: m acromoléculas (macro: grande) o como polímeros (poli: muchos, mero: parte), cuyas unidades o monómeros (mono: uno) son los nucleótidos.
Cada nucleótido está formado por tres moléculas:• una base nitrogenada,• un monosacárido de cinco átomos de carbono (desoxirribosa),• un ácido fosfórico (o grupo fosfato).Existen cuatro bases nitrogenadas distintas: adenina, timina,
citosina y guanina. La desoxirribosa y el ácido fosfórico no cambian en uno u otro nucleótido; por lo tanto, los cuatro nucleótidos se diferencian sólo por el tipo de base que poseen.
aumenEnvoltura nuclear
Modelo de ADN (polímero)
mosonNucleótido(monómero)
Nucleótido(monómero)
consta!
Cada molécula de ADN está formada por millones de nucleótidos que se disponen en dos cadenas o hebras de nucleótidos.
no son distint ne un 1mas es centróción p; ordena
Base nitrogenada-----Ácido fosfórico
Los nucleótidos de cada cadena están Monosacáridounidos entre sí por las bases nitrogenadas. ^La unión entre las bases siempre se establece de la misma manera: la adenina se une con la timina y la citosina se une con la guanina.
Cada segmento de ADN que tiene información para unacaracterística determinada se llama gen. Es decir que Genun gen es una región de JHR Tipo de cabelloADN, formada por cientos ■ ■ Color de ojoso miles de nucleótidos, f lÜ l Alturaque controla una carac- wmi- Tipo de sangreterística hereditaria, porejemplo el color I |
man ocuenc:mero
En este modelo, cada color representa un tipo de nucleótido.
La célula c a p ít u l o 7
Cromatina y cromosomasCasi todas las células se reproducen. Para ello, duplican las mo
léculas de ADN y luego se dividen en dos. Este proceso consta básicamente de dos períodos, la división celular y la interfase, que se suceden en forma cíclica y constituyen el ciclo celular.
Las características estructurales del núcleo y del material hereditario varían en los distintos períodos del ciclo celular.
Durante la interfase, las células crecen, forman más organelas, aumentan de tamaño y duplican el material hereditario. En esta etapa, el ADN forma fibras muy finas (crom atina), que están dispersas y entremezcladas en el núcleo. Vistas al microscopio, no pueden diferenciarse unas de otras.
En cambio, durante la división celular el material hereditario está muy enrollado y compactado, y forma estructuras -los crom osom as- que pueden observarse con el microscopio óptico.
Cada especie tiene en sus células un número de cromosomas constante y característico. A este conjunto de cromosomas se lo llama cariotipo.
En el cariotipo de la especie humana se observa que los 46 cromosomas no son iguales. Existen 23 modelos distintos, cada tipo de cromosoma tiene un tamaño determinado, y la zona más estrecha del cromosoma, llamada centrómero, está ubicado en una posición particular. Los cromosomas se ordenan de a pares; cada par tiene una secuencia de genes que le es propio (de cada modelo hay dos cromosomas).
• Las células que tienen dos cromosomas de cada modelo se llaman células diploides. El par de cromosomas que tiene la misma secuencia de genes, el mismo tamaño y la misma posición del centrómero se llama par de cromosomas homólogos o par homólogo.
• Las células que tienen un solo juego de cromosomas, todos distintos, son células haploides.
, ¿ C? ' ' Los chimpancés y los gorilas tienen 48 cromosomas; la cebolla tiene 16; el maíz ,20; las abejas, 32 y los ratones, 40.
I I $
n y 2n
El número de cromosomas distintos de una célula se identifica con la letra n. Por ejemplo, en la especie huma na el valor de n es 23.Como existen 2 cromosomas de cada tipo, las células humanas, y las de todos los organismos diploides, son 2n. En cambio, las células haploides, como las células sexuales o gametas, son n.
iCromosomas Cromatina
Tejido de ápice de raíz de maíz, visto con el MO. Aumento: 1000 x.
Guía de lectura
• ¿Qué estructuras forman el núcleo de las células?• ¿Qué características presenta la envoltura nuclear?• ¿Cuál es la función del nucléolo?• ¿Qué es un gen? ¿Y un nucleó- tido?• ¿A qué se llama ciclo celular?• ¿A qué se llama cariotipo?• ¿Qué relación existe entre el ADN, la cromatina y los cromosomas?• ¿Qué significa que una célula sea diploide?• ¿Qué tiene en común cada par de cromosomas homólogos?
. Información * gráfica La reproducción celular
El mecanismo por el cual se originan dos células a partir de una célula, debe asegurar que cada una de las células hijas reciba la mis
ma información genética que la célula madre, es decir, que posean los mismos cromosomas. Para ello, antes de que se produzca la división ce
lular, el ADN debe duplicarse y luego condensarse, para que pueda repartirse equitativamente, y cada célula hija reciba una copia completa del material
genético. También, el citoplasma debe repartirse entre las dos células hijas.La división del núcleo se llama mitosis o cariocinesis. La división del citoplasma se llama citocinesis y se produce, generalmente, al mismo tiempo que las últimas etapas de la división del núcleo.
Etapas de la duplicación del ADN y formación de cromosomas.
Interfase
Cromatina Duplicación
División celular
Cromosoma
Profase
1. Al inici; la replica cada cror idénticas El nuclec polos de
Envolturinuclearfragmenl
Ciui
5. Los i se acó! dos. Es bles” , i la otra
La mitc vegeta mitosi: males, duce p una pU ecuad<
DUPLICACIÓN DEL ADN
I La duplicación o replicación del ADN se produce antes de la división celular, en la interfase.
Cuando se inicia la duplicación, los enlaces que mantienen unidas a las dos cadenas de la molécula de ADN se rompen. De esta forma, las bases nitrogenadas de los nucleótidos que forman cada cadena quedan expuestas.
Molécula hija
nueva
Moléculamadre
Ingreso de nucleótidos
A partir de cada molécula madre de ADN, se forman dos molé culas hijas, idénticas entre sí e idénticas a la original, con la misma secuencia u ordenamiento de nucleótidos que la molécula que las originó.Como cada molécula hija tiene una cadena de nucleótidos vieja (que pertenecía a la molécula madre y sirvió de molde) y otra recién formada, se dice que la duplicación de ADN es semiconservativa: conserva la mitad de la molécula original.
Molécula hija
Cadenavieja
Cromátidashermanas
Cadena vieja
En el núcleo hay nucleótidos libres que se aparean de manera complementaria con las bases de las cadenas de ADN (la adenina (A) con la timina (T) y la ci- tosina (C) con la guanina (G)). Los nucleótidos recién llegados se unen entre sí y forman una cadena nueva de ADN.
ARN, ADN y el origen de la vidaAdemás del ADN, las células de todos los organismos tienen otro tipo de ácido nucleico, llamado ARN, capaz de producir copias de sí mismo.Para muchos investigadores, antes de que tas proteínas y el ADN evolucionaran, las moléculas de ARN ya existían en el mar, formando copias de sí mismas y controlando la síntesis de otras moléculas. Los seres vivos actuales tienen ADN como portador de la información hereditaria. En algún momento de la evolución, el ADN reemplazó al ARN en su función de portador de la información genética, y las células se fueron complejizando. Es posible que las primeras formas de vida hayan surgido así. Aunque no hay registros fósiles de los orígenes de las primeras células, los experimentos y las pruebas de laboratorio realizados apoyan estas ideas.
1 1 8 La célula c a p í t u lo 7
le una a mis- ean los ón ce- epartir- iterial
na se as eta-
ulular
na
f
nes que nentaria ? ADN y la ci
jos nu- en entre le ADN.
los molé- >n la j molé-
tidos molde) tDN es >riginal.
La mitosls en las células vegetales es similar a la mitosís en las células animales. La citocinesis se produce por la formación de una placa celular, en el ecuador de la célula madre. Tejido de raíz de cebolla visto al MO.
Meta fase
Anafase
Profase
Metafase
de dos 3. Los cromosomas quedan alineados en lacromátidas mitad de la célula (ecuador).
Anafase
Telofase
P r o c e s o d e m it o s ís y c it o c
Si bien la mitosís es un proceso continuo, tradicionalmente se divide en fases o etapas, para facilitar su comprensión.
Célula en interfase
Centríolosduplicados
Envoltura nuclear ------------
1. Al iniciarse la división celular, las moléculas de ADN hijas, producidas durante la replicación, se condensan y quedan unidas por el centrómero. Por lo tanto, cada cromosoma que resulta de esta condensación está formado por dos mitades idénticas, llamadas cromátidas hermanas.El nucléolo desaparece, los centríolos se duplican y se desplazan hacia los polos de la célula.
Huso mitótico
Envoltura nuclear fragmentada
2. A medida que los centríolos se alejan, forman el huso mitótico o acromático, que es un conjunto de fibras de proteína. Cada cromosoma se une, a nivel del centrómero, a una de las fibras del huso mitótico. La envoltura nuclear se desintegra.
Cromosoma
Condensación del ADN Las moléculas de ADN se enrollan alrededor de proteínas llamadas histonas y luego se compactan hasta formar el cromosoma.
4. En el ecuador, el centrómero se divide, por lo que las cromátidas hermanas, se separan. En este momento, cada cromátida es un cromosoma.
5. Los cromosomas inician su viaje hacia los polos, porque se acortan las fibras del huso mitótico a las que están unidos. Es decir que, de cada uno de los cromosomas “dobles” , una cromátida hermana se desplaza hacia un polo y la otra va hacia el polo opuesto.
6. Los cromosomas hijos (ex cromátidas herma- l (* fjy ) ñas) llegan a los polos y comienzan a desconden-sarse, se reorganiza la envoltura nuclear y reaparece el nucléolo.7. Simultáneamente, se produce la división del citoplasma (citocinesis), por una especie de estrangulamiento, hasta que quedar totalmente separadas las dos células hijas.
Centrómero
Cromátida
Cromosoma de una cromátida
Profase
Placa celular
Telofase
Interfase
Aumento: 400 x.
c a p í t u lo 7 La célula 1 1 9
Organismos procariotas
Anabaena(cianobacteria vista al MET).
Colonias de distintas especies de cianobacterias
Anabaena Spirulina
Los grupos de organismos que presentan células procariotas son las cianobacterias y las bacterias. Se caracterizan por tener pared celular, membrana plasmática, citoplasma, ribosomas y flagelos, y una cápsula o vaina de sustancias mucosas que los recubre por fuera de la pared celular. Las funciones vitales se llevan a cabo en el citoplasma.
La mayoría de los organismos procariotas son unicelulares, pero algunos forman colonias, en las que varias células se agrupan y
envueltas por una cubierta común. En las colonias, cada célula conserva su propia individualidad y funcionalidad.
s cianobacteriasSon organismos que forman colonias de pocas células y habi
tan en cuerpos de agua dulce o marinos. Las colonias se mantienen unidas a través de una cápsula común formada por glucoproteínas. Las cianobacterias hacen fotosíntesis, y además de la clorofila presentan otros pigmentos, como el beta-caroteno, las xantofilas, la ficocianina y la ficoeritrina. Estos pigmentos les dan el color azul- verdoso, típico de estos organismos.
Membranas fotosintéticasMaterial genético
Nostoc
Stigonema Tolypothríx
La célula c a p í t u lo 7
EstrucEn L
la pared ácido m
Algi o no est ro puedi
La membun replie celular.! bacteria’.
Los plásque conl ciones, c
En fas y lídan co Las hei por oti
La< seres v gánica impon
La ganisn des, cc
En plicaci ADN; plasm. mosor forma dos cr célula trangi por lo dos cé
Reserva de alimentos
Las bacteriasSon el grupo más variado y numeroso de procariotas. Las bac
terias son pequeñas, y en cuanto a su forma presentan tres tipos básicos: esféricas, cilindricas y con forma de bastoncito ondulado.
• Las bacterias esféricas se llaman cocos; pueden estar aisladas o formar asociaciones que reciben distintos nombres: diplococos, estreptococos, estafilococos y sarcinas.
• Si tienen forma cilindrica se llaman bacilos.• Si su aspecto es ondulado se llaman vibrios o vibriones, y si
son espiralados, se denominan espirilos. Las formas que presentan han permitido identificarlas y clasificarlas.
OGO
Cocos
Diplococos | Estreptococos ' Estafilococos ;
Cocos Bacilos
Pared celular
Membrana
Estructura de una bacteriaEn la estructura de una bacteria se puede diferenciar la cápsula,
la pared celular, la membrana y el citoplasma, con los ribosomas y el ácido nucleico.
Algunas bacterias no presentan cápsula; el hecho de que se forme o no esta estructura depende del medio en el cual viva la bacteria, pero puede sobrevivir sin ella.
La membrana fotosintética es La pared celular, además de darle sostén me-un repliegue de la membrana celular. Está presente en las bacterias autótrofas.
Los plásmidos son porciones de ADN circular, que contienen genes para determinadas funciones, como la resistencia a ciertos antibióticos.
cánico, tiene poros a través de los cuales las sustancias pueden entrar o salir.
Membrana celular
Ribosomas
Los flagelos son prolongaciones filiformes ancladas en la membrana. Su número y distribución son típicos de cada especie de bacteria, y permiten el desplazamiento activo de estos organismos.
La cápsula es una cubierta gelatinosa formada por gluco- proteínas o por polisacáridos.
En cuanto a su nutrición, se distinguen las bacterias autótrofas y las heterótrofas. Las autótrofas usan energía lumínica u oxidan compuestos inorgánicos para producir compuestos orgánicos. Las heterótrofas deben incorporar sustancias orgánicas producidas por otros organismos.
Las bacterias que viven y se alimentan de los restos de otros seres vivos se denominan saprobias, y transforman la materia orgánica en inorgánica, que devuelven al ambiente. Por eso son muy importantes para la vida de los ecosistemas.
Las bacterias parásitas viven alimentándose a expensas de organismos vivos, a los que les pueden provocar graves enfermedades, como el cólera, la fiebre tifoidea, la difteria o la tuberculosis.
En cuanto a la reproducción, la división celular comprende la re- plicación o duplicación del ADN y la división del citoplasma. Una vez que el cromosoma se ha duplicado, se forma un tabique entre los dos cromosomas hijos y la célula progenitora se estrangula por ese tabique, por lo que se separan lasdos células hijas. ADN Tabique
Guía de lectura
• ¿Cuáles son las principales características de las células procariotas?• ¿Cuáles son los grupos de organismos que presentan este tipo celular?• Mencionen los principales rasgos de las cianobacterias.• ¿De qué manera se puede clasificar a las bacterias de acuerdo con su forma?• ¿Qué estructuras celulares están presentes en las bacterias?• ¿De qué manera obtienen su alimento? ¿Cómo es la forma de reproducción?• ¿De qué manera la Tierra pudo haber sido sembrada por alguna forma de vida?
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Bacteriasextraterrestres
Para algunos científicos, la Tierra fue “ sembrada” por vida proveniente de otros mundos: células parecidas a bacterias se originaron en otro planeta y luego llegaron a la Tierra en un asteroide.Un meteorito proveniente de Marte, que cayó en la Antártida hace 13.000 años, refuerza esta teoría, pues encontraron bastoncitos parecidos a bacterias fosilizadas en ese meteorito.A esta hipótesis se la llama Pans- permia dirigida.
Casos y ^ conceptos Los virus
La palabra virus significa “veneno”, y se utilizó para designar a las partículas que originaban enfermedades pero que, por su reducido
tamaño, no podían observarse con el microscopio óptico. La primera imagen de un virus se obtuvo con un microscopio electrónico en 1942.
Los virus carecen de estructura celular y no realizan las funciones propias de una célula, por lo tanto, no pueden considerarse seres vivos. Están
formados por una sola molécula de ácido nucleico (ADN o ARN), rodeada de una cubierta de proteínas llamada cápside. Algunos tienen por fuera de la cáp- side una envoltura, semejante a la membrana de las células.
Virus de la gripe. Ataca la mucosa respiratoria humana.
Cabeza. Contiene el ADN
Bacteriófago\Algunos bacteriófagos se fijan por medio de la cápside a la superficie de la bacteria e inyectan el ácido nucleico en el citoplasma de la célula hospedadora, dejando la cápside en el exterior celular.
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K
Parásito: organismo que vive a expensas de otro.
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Los virus son parásitos ¡ntracelularesCuando los virus se encuentran fuera de la célula a la que pa-
rasitan (células hospedadoras), son partículas que no llevan a cabo ninguna actividad y se los denomina viriones. Pero cuando ingresan en una célula, se multiplican utilizando los materiales celulares para formar más partículas del virus, y alteran, así, el normal funcionamiento de la célula parasitada. Una vez que el virus ingresa en la célula hospedadora, utiliza la maquinaria de esa célula para realizar muchas copias de sí mismo. Luego estas abandonan la célula para infectar a otras células.
Existen virus capaces de infectar células animales, células vegetales y bacterias. Estos últimos se llaman bacteriófagos o, simplemente, fagos.
Hoy se conocen cientos de virus distintos, cada uno de ellos con capacidad para infectar un tipo particular de célula. Esto significa que cada virus parasita sólo una variedad específica de células y no puede --------------------------------------- infectar a otras. Por ejemplo, el bac
teriófago T4 es un virus que infecta a la bacteria llamada Escherichia coli-, el virus de la hepatitis B sólo infecta a las células del hígado.
Virus del mosaico. Infectan células vegetales, en especial las hojas.
Modelo de bacteriófagos infectando una célula
Mecanismos de replicación de los virusLos virus que infectan a las células animales poseen una envol
tura de lípidos con proteínas. Estas proteínas son reconocidas por determinadas estructuras de la membrana de la célula a la que pa- rasitan, que permiten que el virus se fije a ella (1).
Una vez que se ha hecho este "reconocimiento" por parte de la célula, se produce la fusión entre la membrana del virus y la membrana celular. Cuando el virus penetra, la cápside se desintegra y el ácido nucleico del virus queda libre en el citoplasma celular (2). Así, se forman en el interior de la célula cientos de copias de las partículas virales: por un lado se hacen copias del material hereditario del virus, y por otro, se sintetizan las proteínas que forman la cápside. Luego se produce el ensamblado entre el ácido nucleico y la cápside (3).
Algunos virus actúan de manera diferente. Integran su ácido nucleico al ADN de la célula hospedadora y quedan en un estado de latencia. Cuando se divide la célula que tiene el virus integrado en sus cromosomas, las células hijas también poseen el virus. Posteriormente, el virus puede salir de su estado de latencia y activarse, realizar copias de sí mismo y abandonar la célula para infectar a otras.
Cápside con ADN
Proteína de la envoltura vírica
O
n
Proteína de la cápside
O\
ADN o ARN
Fago El ADN del fago se integraal ADN bacterial
División celularEstado de latencia
Bacteria ADN del fago
Síntesis de las proteínas víricas
Formación del virus•' x f
T 'f jl
Liberación ie los virus%A4./e
.5-
Estadoactivo
Ciertos virus de ARN tienen la capacidad de "transformar" su ARN en ADN en el citoplasma de la célula. Luego el ADN viral ingresa en el núcleo y se acopla con el ADN de la célula parasitada.Esto sucede, por ejemplo, con el VIH, que es el virus de la inmu- nodeficiencia humana o SIDA.
En el hombre, los virus son responsables de la gripe, el resfrío común, la hepatitis, el SIDA, los herpes, la poliomielitis (parálisis infantil), las paperas, la varicela, la mononucleosis, el sarampión y la rabia, entre otras.
Ensamble de la cápside con las proteínas
Formación de la envoltura a partir de la membrana de la célula parasitada
Envoltura vírica
Membrana celular
Virus hijo
Guía de lectura
• ¿Cuál es la estructura de los virus?• ¿Por qué los virus no pueden considerarse seres vivos?• ¿A qué se llama virión?• ¿Qué significa que los virus pa- rasitan de manera específica a las células?• ¿De qué manera los virus ingresan en las células a las que para- sitan?• ¿Qué sucede en el interior de la célula, una vez que se produjo el ingreso del virus?• ¿Por qué los virus perjudican a las células a las que parasitan?• Mencionen enfermedades originadas por virus.
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Procedimientosde trabajo Análisis de los factores que influyen
en la velocidad de difusiónCuando se analiza de qué manera influye un factor en un proceso,
es importante mantener los demás factores constantes. De este modo se puede tener la certeza de que los resultados obtenidos se deben al factor que
se está estudiando. En caso contrario, es imposible determinar cuál de los factores es el responsable de los resultados registrados.
Los factores que intervienen en una actividad experimental se denominan variables. Observen y analicen la siguiente actividad experimental. Algunas de sus variables son
/ la cantidad de agua, la cantidad de sulfato de cobre, la temperatura del agua y el tiempo.
1. Se numeran tres vasos ¡guales, del 1 al 3. Luego se coloca en cada uno de ellos, hasta la mitad de su capacidad:Vaso N°l, agua templada de la canilla.Vaso N°2, agua hirviendo.Vaso N°3, agua fría de la heladera.2. Se mide con el termómetro la temperatura en cada vaso, y se anotan los valores registrados.
3. Se coloca en cada vaso un cristal de sulfato de cobre, aproximadamente del mismo tamaño.4. Se mide con un reloj con minutero el tiempo que tarda cada cristal en difundir totalmente en el agua y se anotan los valores obtenidos.
En esta experiencia, una de las variables se modifica, la temperatura (agua templada, caliente y fría), mientras que las otras se mantienen fijas, como la cantidad de agua, el recipiente que contiene el agua, la cantidad de sulfato de cobre. La variable que se modifica se llama independiente, mientras que las que no se modifican se llaman constantes.
Pero, además de estas variables, existe la variable dependiente, que es la que se modifica a causa de la variable independiente. En este caso, el tiempo que tarda en difundir los cristales de sulfato cobre.
Los resultados obtenidos se pueden representar en un gráfico de dos ejes perpendiculares entre sí: el eje horizontal se llama de abscisas, y en él se ubica la variable independiente; el eje vertical se llama de
ordenadas, y en él se colocan los valores de la variable dependiente, que es la que no varía con la voluntad del experimentador y depende de la anterior. ordenadas
En los ejes se anotan las escalas correspondientes a cada variable comenzando por cero, en la intersección entre ambos ejes. Las escalas elegidas son arbitrarias, pero deben permitir una distribución proporcional de los datos. abscisas
Para poner en práctica
ti
Realicen el siguiente trabajo experimental:1. Llenen 3 vasos de precipitado con agua de la canilla: el primero hasta 1 cm antes del borde superior, el segundo hasta la mitad y el tercero hasta la cuarta parte.2. Tomen tres cristales de sulfato de cobre del mismo tamaño y, simultáneamente, coloquen un cristal en cada vaso.3. Midan con un reloj la velocidad de difusión en cada uno de los vasos. Respondan:¿Cuál es la variable independiente? ¿Por qué?¿Qué variables se mantuvieron constantes?¿Qué variable se modificó a causa de la variable independiente? ¿Cómo se llama esta variable?4. Realicen un gráfico según los resultados obtenidos.
1 2 4 La célula CAPÍTULO 7
Test de comprensión
1. Coloquen una cruz según corresponda:
ESTRUCTURA
Pared celular Membrana plasmática
Material genético Envoltura nuclear NucléoloRetículo endoplasmático lisoRetículo endoplasmático rugoso
Aparato de GolgiMitocondriasRibosomas
PlástidosCentríolosVacuolas
CÉLULA PROCARIOTA CÉLULA EÜCARIOTA ANIMAL CÉLULA EUCARIOTA VEGETAL
2. Recuadren los organismos que están constituidos por células procariotas.
Bacterias Hongos Animales Cianobacterias Plantas Protozoos
3. Elijan la opción correcta.a) ¿Qué estructura contiene el material genético en una célula eucariota?— El retículo endoplasmático.
El núcleo.El nucléolo.
b) En una célula animal, el límite externo es:□ la pared celular.U el citoplasma.□ la membrana plasmática.
c) ¿Durante qué fase del ciclo celular se duplica el ADN?. : La metafase.—I La cariocinesis.
La profase._J La interfase.
_J La citocinesis.| Ninguna de las opciones es correcta.
d) En la mitosis, durante la anafase se separan:
J cromosomas homólogos._J cromátidas homologas._J cromátidas hermanas._J Ninguna de las opciones es correcta.
e) Al finalizar la mitosis, el número de cromosomas:
□ se duplicó._ no varió._ se redujo a la mitad.
_J Ninguna de las opciones es correcta.
f) En las células procariotas:_J no puede realizarse la fotosíntesis porque care
cen de cloroplastos. u nunca hay pared celular._J los ribosomas están asociados al retículo
endoplasmático rugoso... la membrana plasmática presenta pliegues que
contienen enzimas.
4. Tachen las palabras de color que no correspondan.
La difusión es un mecanismo por el cual una sustancia se desplaza desde un lugar donde está en MAYOR - MENOR - IGUAL concentración, hacia otro donde está en MAYOR - MENOR - IGUAL concentración.
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