U N I D A D I : C L U L A

BIOLOGIA TERCEROBT-02

TEORA CELULAR

2QU ES LA VIDA?Otras preguntas podran ser Qu caracteriza a un ser vivo? Cmo se organiza la vida? Pararesponder tales preguntas se debe recurrir a un enunciado de la teora celular el cual plantea quetodos los organismos vivos estn formados por clulas. Si las clulas son las unidadesfundamentales de la vida, entonces una comprensin ms acabada de su estructura, su fisiologa,su comportamiento y su evolucin, podr llevarnos a acercarnos a las respuestas que buscamos.Comencemos la tarea revisando el resto de los enunciados de la teora celular.

Figura 1. Observacin de Clulas Vegetales. (a) dibujos de Robert Hooke de dos cortes de un trozo decorcho, reproducidos de su Micrographia, publicada en 1665. (b) Microfotografa electrnica de barrido deun corte de corcho. Hooke fue el primero en utilizar la palabra clula para describir los minsculoscompartimentos que en conjunto constituyen un organismo. Las clulas de este trozo de corcho estnmuertas, todo lo que se ve son las paredes celulares.

TEORA CELULAREsta teora se asent hace ms de siglo y medio, como el principio fundamental de la biologamoderna. Sus enunciados son: Todos los organismos estn compuestos por una o ms clulas: Unidad Estructural. Las reacciones qumicas de un organismo vivo, incluidos los procesos que liberan energa y

las reacciones biosintticas ocurren dentro de las clulas: Unidad Funcional. Las clulas se originan de otras clulas preexistentes. Unidad de Origen. Las clulas contienen la informacin hereditaria de los organismos de los cuales son parte y

pasa de las clulas progenitoras a las clulas hijas. Unidad de Herencia.

31. Diferentes tipos de clulas: DiversidadLas clulas difieren en tamao, aspecto y funcin. Si consideramos el tamao, la bacteriaTreponema pallidum tiene unos cuantos micrmetros, al compararla con el huevo de rana de 1 mmun dimetro, esta aparece enorme a su lado. En cuanto a formas son muy variadas, basta conobservar la gran diversidad de formas de protozoos que presenta la figura 2.

Figura 2. Estas especies de protozoos ilustran la gran variedad que existe dentro de esta clase demicroorganismos unicelulares. Las ilustraciones estn realizadas en diferentes escalas, pero en cada caso labarra representa 10 m. Los microorganismos en: (A), (B), (E), (F) e (I) tienen ciclos; (C), es uneuglenoide; (D), es una ameba; (G), es un dinoflagelado y (H), es un heliozoo.

En los pluricelulares la forma de la clula est relacionada con sus funciones particulares a modode ejemplo una clula nerviosa tpica del cerebro humano est muy extendida, enva sus sealeselectroqumicas a lo largo del axn que es 10.000 veces ms largo que ancho y recibe seales deotras clulas a travs de una masa de prolongaciones ms cortas, las dendritas, que brotan de sucuerpo o soma.Las modificaciones particulares de la clula para cumplir su funcin hacen a algunas clulas tanespecializadas que pierden su capacidad de reproducirse, como las neuronas, la divisin de tareasque se da en un organismo pluricelular hace que se especialicen de tal forma que las tornadependientes en muchos requerimientos bsicos, tal como la transmisin de instruccionesgenticas a la generacin siguiente, la cual es delegada a clulas especializadas como elvulo y el espermatozoide.En relacin con los requerimientos qumicos son muy distintas, hay clulas que en presencia deoxgeno mueren y otras no pueden vivir sin su presencia. Algunas clulas requieren paramantenerse y prosperar slo agua, luz, aire y minerales bsicos, en cambio otras necesitan unamezcla compleja de molculas producidas por otras clulas.

42. La microscopa revel la unidad de la vida; clulas simples y clulascomplejas

Hoy se dispone de la tecnologa para descifrar los principios fundamentales que regulan laestructura y la actividad de las clulas. En el campo de la microscopa se ha avanzado unaenormidad desde el microscopio ptico que permita aumentar las imgenes de las clulas hasta1000 veces y tena acceso a detalles de 0.2 m , luego vino el microscopio electrnico detransmisin (MET), que proporciona un aumento til hasta un milln de veces con unaresolucin de 2 nm.,por ltimo el microscopio electrnico de barrido, que crea imgenessorprendentes de objetos tridimensionales con gran profundidad de foco y una resolucin de entre3 nm. y 20 nm (Figura 3).

Figura 3. Escala de tamaos. Escala de los intervalos de tamaos que se pueden observar a simple vistacon microscopio ptico y con microscopio electrnico. Aunque todos los segmentos de la escala tienen elmismo tamao, cada segmento representa, en realidad, un dcimo de la longitud del segmento anterior. Lostamaos de algunas estructuras qumicas y biolgicas se indican a la izquierda de la escala.

3. Clulas procariontes y eucariontesDe todos los tipos de clulas reveladas por el microscopio, las bacterias tienen la estructurams simple y estn ms cerca de mostrarnos lo esencial de la vida.As es, las bacterias carecen de organelos e incluso de ncleo que contenga su DNA. Losorganismos cuyas clulas tienen ncleo se denominan eucariontes. Los organismos cuya clulano tiene ncleo diferenciado se denominan procariontes, por lo general los trminos bacteria yprocarionte se utilizan como sinnimos, pero la categora procarionte abarca otro tipo de clulamuy diferente a las bacterias comunes.

Toda clula, sea eucarionte o procarionte tienen en comn: material gentico. membrana celular. maquinaria metablica.

5(Unicelular,multicelular,eucariota)

4. Clasificacin de los seres vivosSe reconocen tres dominios: Eubacterias (o bacterias) y Archaea en las clulas procariontes, yen las eucariontes el dominio Eukarya que agrupa cuatro reinos: Protista, Fungi, Planta yAnimal. En el afn de acercarnos a las respuestas de las preguntas que inician esta gua, con elconvencimiento que un estudio en mayor profundidad de la biologa celular ser un paso en esadireccin, se revisarn aspectos estructurales y funcionales de clulas procariontes y eucariontes

Figura 4. Clasificacin de los seres vivos en tres dominios y seis reinos.

4.1 Bacteria y Archea: Dominios Procariontes ArchaeaProsperan en condiciones extremas, tanto acuticas como terrestres, pueden soportartemperaturas superiores a 100 C o inferiores de 0C, concentraciones salinas muy altas y pHextremos.

BacteriaSu pequeo tamao incide en su morfologa, actividad, diversidad y flexibilidad metablica ytiene consecuencias importantes en su capacidad de adaptacin fisiolgica, su distribucinecolgica y manipulacin en el laboratorio (Figura 5).

4.2. Dominio Eukaria y sus ReinosEn este Dominio se agrupan 4 Reinos: Protista, Fungi, Planta y Animal

65. Estudio de la clula procarionte: Bacteria

Figura 5. Esquema general de la bacteria.

Posee pared celular, no posee un sistema de endomembranas. Algunas presentan por fuerade la pared una capa de glucoprotenas.Tienen una molcula de DNA principal, circular, cerrada que se llama cromosoma bacteriano yal lugar que ocupa en el citoplasma se le denomina nucleoide. Adems, puede contar con trozospequeos DNA circulares, extracromosmicos, que llevan pocos genes y estn relacionados con laresistencia a los antibiticos que se denominan plsmidos.Se reproducen por fisin binaria, durante este proceso se producen mutaciones queconstituyen la mayor fuente de variabilidad gentica, en un cultivo de E. coli que se ha dividido30 veces, alrededor del 1.5% de las clulas son mutantes. Como son haploides las mutacionespueden expresarse rpidamente y as ser seleccionadas. Tambin consiguen variabilidadgentica a travs de mecanismos tales como la conjugacin, transformacin y transduccin.Para su movilizacin utilizan flagelos constituidos por la protena flagelina, adems poseefimbrias o pilis que utilizan para adherirse a las superficies y en la conjugacin.

Poseen diversas formas que han servido para su clasificacin (Figura 6).

Figura 6. Tipos morfolgicos de bacterias.

7En el citoplasma se observan molculas, macromolculas y estructuras como los ribosomas.Segn su nutricin, hay bacterias auttrofas (fosintticas y quimiosintticas) y otrashetertrofas, unas beneficiosas que se utilizan en la industria y otras las parsitas que noscausan enfermedades y las saprfitas, que son degradadores y participan en los ciclosbiogeoqumicos, funcin ecolgicamente muy importante (Figura 7).

Figura 7. Esquema general del ciclo de la materia en un ecosistema.

Pueden respirar aerbica y/o anaerbicamente. Los que respiran aerbicamente poseenmesosoma que es un repliegue en la membrana que contiene las enzimas y las protenastransportadoras de electrones necesarias para la respiracin con oxgeno.Tambin se observa en la membrana un repliegue llamado laminilla que lleva los pigmentos y lasprotenas transportadoras de electrones necesarias para la fotosntesis.

AMBIENTE

PRODUCTORES CONSUMIDORES

DEGRADADORES oDESCOMPONEDORES

MateriaInorgnica

Materiaorgnica

MateriaOrgnica

BACTERIASy

Hongos

MateriaInorgnica

MateriaOrgnica

MateriaInorgnica

86. Dominio EukaryaA continuacin revisaremos las principales estructuras de la clula eucarionte y un resumen de suscaractersticas comparadas con la clula procarionte en la tabla 1.

Figura 8-a. Clula animal.

Figura 8-b. Clula vegetal.

9Tabla 1. Comparacin estructural entre clulas procariontes y eucariontes.

1mm= 103 m = 106 nm m

Caractersticas Clula Procarionte Clula Eucarionte

Representantes

Bacterias, como la Salmonella tiphy causante de laFiebre Tifoidea, el vibrion cholerae del Clera y laTreponema pallidum de la Sfilis; las utilizadas en laindustria alimentaria como los cultivos lcteosLactobacilus bulgaricus y el Estreptococcus termophilusen el yogurt y la ms utilizada en trabajos de laboratoriola Escherichia coli.

Los Protistas que comprende a los Algascomo el luche o el cochayuyo y a losProtozoos como la Ameba y el Paramecio.Fungi que comprende a los Hongos como laslevaduras y el champin. Planta como losmusgos y el pino y Animal como el coral,las moscas, medusas, pumas, entre otros).

Tamao y Forma

Son de pequeo tamao (de 0,5 10 m de dimetro)el cual incide en su morfologa, actividad, diversidad yflexibilidad metablica. Tambin tiene consecuenciasimportantes en su capacidad de adaptacin fisiolgica,su distribucin ecolgica y manipulacin en ellaboratorio (Figura 3 y 4).

Tienen mayor dimetro que las clulasprocariontes, entre 10 50 m y lasdiversas formas estn determinadas segnla funcin que desempean.

Membrana Celular Doble capa de fosfolpidos y protenas. Doble capa de fosfolpidos y protenas.

Pared Celular

Est presente en todos los procariontes y es glicopeptdicao de peptidoglucano. En algunas bacterias una capa depolisacridos llamada cpsula rodea a ambas estructuras(membrana y pared) y tiene por funcin proteger a labacteria, como por ejemplo, de la desecacin.

No todos los eucariontes poseen paredcelular est presente en las clulasvegetales (celulosa) en algunos protistas yen hongos (quitina). No se encuentra enclulas animales.

Presentacin delDNA

La molcula de DNA se encuentra libre en el citoplasma,sin histonas, de forma doble, circular y cerrada al que sedenomina cromosoma bacteriano.Adems, se pueden encontrar pequeos segmentos deADN circulares extracromosmicos, llamados plsmidosque tienen pocos genes y se relacionan con la resistenciaa los antibiticos.

El DNA est asociado a protenas (histonasy no histonas), a lo que se denominacromatina, la que tiene una disposicinlineal.La cromatina est delimitada por unamembrana llamada carioteca, a estaestructura se le denomina ncleo.

Compartimentaliza-cin citoplasmtica

No poseen ya que no tienen un sistema deendomembranas. Pueden respirar aerbica oanaerbicamente. Los que respiran aerbicamenteposeen mesosomas que son repliegues internos de lamembrana. Tambin se observan en la membranarepliegues llamados laminillas que contienen lospigmentos que le permiten realizar la fotosntesis.

Poseen, ya que cuentan con un sistemacomplejo de estructuras membranosasllamadas organelos, que permitencompartimentalizar o dividir sus funciones,Son ejemplos de ellos las mitocondrias,cloroplastos, lisosomas, vacuolas, retculoendoplasmtico, entre otros.

Ribosomas Se observan libres o en grupos en el citoplasma; sonpequeos y livianos, y en ellos se sintetizan protenas.

Se observan en el citoplasma y tambinadheridos a organelos; son ms grandes ypesados que los de los procariontes y enellos se sintetizan protenas.

Locomocin Algunas bacterias utilizan flagelos constituidos por unaprotena llamada flagelina.Poseen cilios y flagelos organizados porun esqueleto microtubular constituido poruna protena llamada tubulina.

Reproduccin Reproduccin Asexuada o Fisin binaria o simpledivisin (Figura 5). Reproduccin asexuada y sexuada.

NutricinHay bacterias auttrofas (fotosintticas yquimiosintticas) y otras hetertrofas, entre las cualesestn las parsitas que nos causan enfermedades y lassaprfitas, que son degradadores y participan en losciclos biogeoqumicos, funcin ecolgica muy importante(Figura 6).

Hay organismos auttrofos fotosintticos yhetertrofos.

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PREGUNTAS DE DESARROLLO1. Sobre las bacterias:

a) Seale a que corresponde la estructura llamada plsmido y cul es su funcin.__________________________________________________________________________________________________________________________________________________

b) Cules son las caractersticas ms relevantes del ADN bacteriano?

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c) Las bacterias se reproducen por fisin binaria, por este proceso cada 20 minutos unabacteria origina dos. Si usted coloca una bacteria en un recipiente con el nutrientenecesario y sabe que el recipiente se llenar en 10 horas producto de su reproduccin. Enqu momento el cultivo tendr la mitad de bacterias del total? a las 5 horas? a las 2horas y 20 minutos? a las 9 horas y 40 minutos?

d) Cules son los tipos de nutricin de las bacterias?

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e) Cul es la funcin de la estructura denominada laminilla?

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f) Qu significa que las bacterias sean saprfitas?

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g) Nombre un ejemplo de utilizacin de bacterias en la industria.

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h) Marca con una X las enfermedades causadas por bacterias.

1. Sfilis2. Gonorrea3. SIDA

RespondaEn el siguiente esquema de bacteria, seala la funcin de cada estructuraen los espacios enmarcados.

Preguntas de seleccin mltiple

1. Las clulas bacterianas a diferencia de las clulas animales poseenI) ADN circular.II) pared celular.III) ribosomas.

A) Solo II.B) Solo I y II.C) Solo I y III.D) Solo II y III.E) I, II y III.

4. Neumona5. Gripe6. Sarampin

7. Parotiditis (paperas)8. Clera9. Hepatitis B

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2. Sobre la Teora Celular, se puede afirmar correctamente queI) toda clula debe poseer un lmite que es la pared celular.II) la disposicin de las clulas de un organismo determina su estructura total.III) un botnico y un zologo son los primeros que establecieron las bases de la teora.

A) Solo I.B) Solo III.C) Solo I y II.D) Solo II y III.E) I, II y III.

3. Si un organismo unicelular presenta mitocondrias, no debiera poseerI) ADN circular.II) laminillas.III) plsmidos.

A) Solo II.B) Solo I y II.C) Solo I y III.D) Solo II y III.E) I, II y III.

4. Los organismos que se presentan estn asociados a un Reino, uno de ellos est mal asociadoA) pulga--Animal.B) paramecio--Animal.C) champin--Fungi.D) cochayuyo--Protista.E) levadura--Fungi.

5. Entre un espermatozoide y una bacteria hay diferencias enI) la estructura del flagelo.II) tamao de los ribosomas.III) las bases nitrogenadas que se aparean en el ADN.

A) Solo II.B) Solo I y II.C) Solo I y III.D) Slo II y III.E) I, II y III.

RESPUESTAS

DMON-BT02

Preguntas 1 2 3 4 5Claves B D E B B

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