Presentación para Biología de 2º de bachillerato. Describe la ultraestructura de la célula eucariota con muchas fotografías de microscopía electrónica, y se describen las funciones de dichos orgánulos.

1. La célula eucariota. Estructura Prof. N. Flores

2. Célula eucariota Esquema célula Heterótrofas (células animales) Autótrofas (células vegetales) La célula típica consta de 3 partes Membrana plasmática Citoplasma Núcleo

3. Esquema de la célula eucariota MEMBRANA PLASMÁTICA con PARED CELULAR (célula vegetal) o GLUCOCALIX (célula animal) CITOPLASMA, HIALOPLASMA, CITOSOL con INCLUSIONES y CITOESQUELETO (microfilamentos, microtúbulos y filamentos intermedios) y ORGÁNULOS CITOPLASMÁTICOS No limitados por membrana RIBOSOMAS CENTROSOMA (CENTRÍOLOS) CILIOS y FLAGELOS Orgánulos membranosos Con membrana simple ... RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO (liso y rugoso) APARATO DE GOLGI VACUOLAS LISOSOMAS PEROXISOMAS Limitados por doble membrana ... MITOCONDRIAS CLOROPLASTOS NÚCLEO En dos estados fisiológicos Núcleo en interfase MEMBRANA NUCLEAR y POROS NUCLEARES NUCLEOPLASMA o JUGO NUCLEAR NUCLEOLO CROMATINA Núcleo en división CROMOSOMAS

4. MEMBRANA PLASMÁTICA La membrana plasmática es la capa fina (7,5 nm) y elástica que rodea al citoplasma celular. Membrana unitaria o celular

6. Componentes de la membrana plasmática Es una envuelta flexible formada por una bicapa lipídica en la que se insertan diversos tipos de proteínas.

7. Componentes de la membrana lipídicos: FOSFOLÍPIDOS , COLESTEROL y GLICOLÍPIDOS Formación de bicapas Los tres tipos de lípidos son anfipáticos y por ello en medios acuosos forman bicapas . El colesterol aumenta la estabilidad mecánica de la bicapa.

8. Componentes de la membrana: PROTEÍNAS Y GLÚCIDOS Las proteínas están muchas unidas a glúcidos como glicoproteínas . Realizan funciones diversas: participan en reacciones energéticas, en intercambios a través de la membrana y muchas de ellas son enzimas.

9. Propiedades de lípidos Capacidad de desplazamiento en la membrana. Aporta fluidez a la membrana. Tipos de desplazamiento : difusión, rotación, flexión y flip-flop. La fluidez de la membrana dependerá de la composición de ácidos grasos (cadenas cortas e insaturadas mayor fluidez) y el contenido en colesterol (disminuye la fluidez por su anillo esteroide rígido).

11. Propiedades de proteínas Debido a la fluidez de la bicapa, muchas proteínas se desplazan lateralmente de forma continua, sin embargo otras son inmóviles ; por ej., ciertas proteínas transmembrana que enlazan la matriz extracelular y el citoesqueleto. La difusión transversal (flip-flop) no se ha observado en las proteínas.

12. Componentes de la membrana: GLÚCIDOS Los glúcido s están como glucolípidos y glucoproteínas , pero sólo aparecen en la cara externa de la membrana. Se llama glicocálix al conjunto de cadenas de oligosacáridos pertenecientes a los glucolípidos y glucoproteínas de la membrana celular. Aparece en la cara externa de la membrana plasmática de muchas células animales, dando el aspecto al microscopio de un fino y corto terciopelo.

13. Modelos de membrana plasmática 1953 Modelo del mosaico fluido. Singer y Nicholson. 1972 La membrana es fluida La membrana es asimétrica (lípidos y proteínas en cara externa e interna diferentes); glicolípidos glicoproteínas siempre en cara externa. La membrana está polarizada

14. Funciones de la membrana La membrana plasmática además de ser el límite entre el interior celular y el medio extracelular , tiene como principal función mantener estable el medio intracelular, lo que hace regulando el paso de sustancias a su través, por ello se dice que tiene una permeabilidad selectiva (semipermeables) . Otras funciones son: - el reconocimiento celular (el glicocálix) - intercambio de señales con el medio externo y con otras células , - la producción y control de gradientes electroquímicos (diferencia de carga y de concentración entre dos puntos en distinto lado de la membrana), - intervención en la citocinesis , - la inmunidad celular , etc.

15. http://www.ac-creteil.fr/biotechnologies/doc_transportmb.htm

16. Mecanismos de transporte a través de las membranas Cuando en el transporte interviene una proteína transportadora, sin o con gasto energético, se habla de transporte mediado .

17. Difusión simple Difusión simple Difusión simple , las sustancias no polares de pequeño tamaño (O 2 , N 2 ), las polares sin carga (agua, CO 2 , glicerol, urea) o solubles en lípidos (etanol, ácidos grasos), pasan a través de la bicapa o a través de proteínas de canal o túnel – por ejemplo para el agua los canales acuosos - que no sufren cambios de conformación. Transporte pasivo

18. Transporte pasivo: DIFUSIÓN Transporte mediado pasivo: DIFUSIÓN FACILITADA

19. Difusión facilitada Transportadores de iones o canales iónicos se abren solo transitoriamente, son, por tanto, canales regulados. Proteína transportadora Permeasa

20. Difusión facilitada Tipos de transporte según nº de moléculas transportadas y dirección Cuando el transporte se realiza gracias a un cambio en la configuración de la proteína transportadora, se habla del mecanismo ping-pong ping pong

22. Transporte activo: BOMBA DE SODIO / POTASIO

23. Actividad: diferencia entre los tipos de transporte en la membrana TRANSPORTE PASIVO TRANSPORTE ACTIVO

24. Endocitosis y exocitosis Macromoléculas y partículas se transportan en el interior de vesículas, entrando por endocitosis y saliendo por exocitosis . La exocitosis ocurre cuando la célula secreta ciertas sustancias y las vesículas se llaman secretoras, como en el caso los neurotransmisores en las sinapsis . Proceso de endocitosis , fagocitosis de una bacteria en división por un glóbulo blanco.

25. Transporte en masa: EXOCITOSIS y ENDOCITOSIS ENDOCITOSIS EXOCITOSIS Ambos procesos suponen la formación y fusión de vesículas rodeadas de membrana. proteínas de canal que conforman un "túnel" que permite el paso de agua y electrolitos a favor de un gradiente de concentración o potencial eléctrico (forman un canal que atraviesa la bicapa en todo su espesor). La partícula que pasa se selecciona de acuerdo a su tamaño y carga. Suelen estar cerrados y abrirse frente a estímulos específicos. El pasaje se realiza de acuerdo al gradiente de concentración de las moléculas. Las células que presentan gran permeabilidad al agua poseen un canal que facilita la entrada de la misma. La proteína responsable: la acuoporina, fue identificada por Peter Agre en eritrocitos, a mediados de los ´80. proteínas de canal que conforman un "túnel" que permite el paso de agua y electrolitos a favor de un gradiente de concentración o potencial eléctrico (forman un canal que atraviesa la bicapa en todo su espesor). La partícula que pasa se selecciona de acuerdo a su tamaño y carga. Suelen estar cerrados y abrirse frente a estímulos específicos. El pasaje se realiza de acuerdo al gradiente de concentración de las moléculas. Las células que presentan gran permeabilidad al agua poseen un canal que facilita la entrada de la misma. La proteína responsable: la acuoporina, fue identificada por Peter Agre en eritrocitos, a mediados de los ´80. proteínas de canal que conforman un "túnel" que permite el paso de agua y electrolitos a favor de un gradiente de concentración o potencial eléctrico (forman un canal que atraviesa la bicapa en todo su espesor). La partícula que pasa se selecciona de acuerdo a su tamaño y carga. Suelen estar cerrados y abrirse frente a estímulos específicos. El pasaje se realiza de acuerdo al gradiente de concentración de las moléculas. Las células que presentan gran permeabilidad al agua poseen un canal que facilita la entrada de la misma. La proteína responsable: la acuoporina, fue identificada por Peter Agre en eritrocitos, a mediados de los ´80.

29. Diferenciaciones de la membrana plasmática Microvellosidades de las células del epitelio intestinal, para aumentar la superficie de absorción. Uniones intercelulares son regiones especializadas de la membrana plasmática que permiten a las células vecinas de un tejido unirse entre sí o intercambiar pequeñas moléculas. Tres tipos en células animales…

30. UNIONES ADHERENTES O DESMOSOMAS Uniones mecánicas que fijan unas células con otras o con su medio extracelular. Ocurren por glicoproteínas de membrana y filamentos del citoplasma y son comunes en tejidos que resisten esfuerzos mecánicos como el muscular cardíaco y la capa cornea de la epidermis (“stratum corneum”).

31. Uniones estrechas u ocluyentes Uniones impermeables : las membranas de células vecinas se unen herméticamente mediante proteínas transmembrana para impedir el paso de sustancias a través de los espacios intercelulares.

32. Uniones comunicantes de tipo gap o hendidura Uniones comunicantes, de tipo “gap” o en hendidura : las células vecinas se conectan por canales proteicos de proteínas túnel huecas, como las sinapsis químicas entre neuronas o eléctricas entre células musculares.

33. Actividad: identifica las siguientes uniones entre células

34. La pared celular Microfotografía de MET (x 3000) de paredes celulares. La pared primaria se forma cuando la célula es joven, las secundarias, más gruesas, se incorpora cuando la célula ha dejado de crecer. Es una capa exterior a la membrana plasmática exclusiva de células vegetales.

35. Estructura química de la pared celular vegetal Composición : de celulosa, hemicelulosa y pectinas, así como de glicoproteínas, todo ello englobado en una matriz hidratada que permite que sea atravesada por difusión por sustancias solubles y de pequeño tamaño.

36. Capas de la pared celular vegetal

38. Comunicaciones entre células PLASMODESMOS : intercomunicaciones en las que se ponen en contacto los citoplasmas de dos células vecinas y en medio pasan túbulos del retículo endoplasmático.

39. Comunicaciones entre células Punteadura areolada Punteaduras si solo falla algunas de las capas, normalmente la pared secundaria. Serán simples, areoladas o con toro .

40. Actividad: Completa los siguientes esquemas sobre la pared celular

42. El CITOPLASMA es el contenido celular entre la membrana plasmática y el núcleo. De apariencia granulosa por la abundancia de ribosomas y los orgánulos. COMPOSICIÓN agua 80%, proteínas 10%, otras sustancias 10%... En el citoplasma se encuentra el citosol o hialoplasma , solución constituida por agua y enzimas donde se realizan importantes reacciones metabólicas.

46. Microfilamento Filamentos intermedios Microtúbulos CITOESQUELETO

47. Los microfilamentos

48. Microfilamentos de actina Formados por monómeros de una proteína contráctil, la actina . Se asocian dos cadenas de subunidades globulares de G-actina para dar una proteína filamentosa o F-actina . Los filamentos de actina son estructuras polarizadas, con un extremo más y otro menos. El extremo más (+) se llama así porque en él predomina la polimerización, adición de nuevos monómeros, mientras que en el extremo menos (-) predomina la despolimerización. Proteínas moduladoras condicionan la organización y polimerización de los filamentos de actina.

50. Los FILAMENTOS INTERMEDIOS se clasifican de acuerdo a la proteína que los compone. Los tipos más conocidos son: Queratinas (tonofilamentos) Proteína ácida fibrilar glial (GFAP) Neurofilamentos Láminas nucleares.

51. Funciones de los filamentos intermedios Tonofilamentos : forman un entramado por el interior celular, situándose preferentemente en las uniones intercelulares tipo desmosomas. Neurofilamentos forman la lámina nuclear , situada debajo de la cara interna de la envoltura nuclear. Funciones: mantener la estructura de la membrana nuclear, servir de soporte a ciertas reacciones de la cromatina, intervenir en la disgregación de la membrana nuclear en la mitosis y el ensamblaje de las membranas nucleares de las células hijas… Función estructural, muy desarrollados en tejidos que soportan tensiones mecánicas. En la epidermis (epitelio plano pluriestratificado) abundan en la capa cornea (=stratum corneum)

52. Microtúbulos Estructura de microtúbulos Son estructuras cilíndricas huecas formadas por proteínas globulares, sobre todo tubulinas (dímeros de α y β-tubulinas ). Un microtúbulo está formado por 13 subunidades de 4 a 5 nm de diámetro con un hueco central. Sección transversal de varios cilios, mostrando la estructura de microtúbulos del axonema.

53. Microtúbulos Hay 13 protofilamentos , cada uno de ellos compuesto por dímeros que se extienden paralelamente al eje longitudinal del microtúbulo. Los heterodímeros están dispuestos dentro del microtúbulo alineados de cabeza a cola. Por tanto, los microtúbulos tienen una polaridad definida y, los dos extremos no son estructuralmente equivalentes . Como la adición de dímeros (la polimerización ) tiene lugar preferentemente en la extremo A (+) y la pérdida en el extremo D (-), el microtúbulo funciona como una "cinta transportadora". Un dímero de tubulina incorporado en el extremo más “ viaja” a lo largo del microtúbulo y eventualmente es despolimerizado en el extremo menos. Se originan en el centro organizador de microtúbulos (MTOC) situados en el centrosoma o los cuerpos basales de cilios y flagelos. Los MTOCs pueden poseer centríolos o no (la célula vegetal no posee centríolos y si MTOC). En ellos existe un tercer tipo de tubulina, llamada γ-tubulina , que actúa nucleando la adición de nuevos dímeros.

54. CENTRIOLOS La localización del centrosoma es central en la célula, de ahí su nombre. Normalmente cerca del núcleo y a su alrededor se disponen los dictiosomas del aparato de Golgi. No presente en células vegetales Son estructuras tubulares típicas de células animales y algas flageladas. Forman parte del centrosoma o citocentro , que consta de 1 ó 2 centríolos (2 se llama diplosoma y se disponen perpendicularmente), un material denso alrededor centrosfera o material pericentriolar de donde parten microtúbulos que forman el aster .

55. Centriolos Centríolo formado por 9 tripletes de microtúbulos periféricos formando un círculo. De los tres microtúbulos, el más interno o microtúbulo A está completo (compuesto de trece protofilamentos). A él se une el microtúbulo B que comparte tres protofilamentos con el A y, el microtúbulo C , el más externo, que comparte tres protofilamentos con el B. Los tripletes se unen entre sí a través de la proteína nexina, que conecta el microtúbulo A con el C del siguiente triplete. De cada triplete salen en forma de radios las fibrillas radiales , dejando una estructura denominada " rueda de carro " ó 9+0 por tener nueve tripletes externos y ninguno en el centro. Tripetes Nexina Función: formar el huso acromácito y cilios y flagelos

56. Dinoflagelado Cilios y flagelos

57. Actividad: rotula los siguientes esquemas e indica a qué orgánulo corresponde

58. Ribosomas y polirribosomas Los ribosomas aparecen en todos los tipos celulares. Libres en el citoplasma o unidos a la membrana RER o a la cara externa de la envoltura nuclear (eucariotas). También existen en el interior de cloroplastos y mitocondrias, (similares a células procariotas). Composición : ARN ribosómico y proteínas. Estructura : dos subunidades (mayor 60S y menor 40S). Función síntesis de proteínas. polirribosomas P

59. Orgánulos con membrana

60. Retículo endoplasmático El retículo endoplasmático o endoplásmico formado por un conjunto de cavidades, conductos y vesículas conectados entre sí, con la membrana plasmática y con la membrana nuclear. La cavidad interna se llama lumen. Hay dos tipos , según tengan o no ribosomas adosados a la cara externa de la membrana, retículo endoplasmático rugoso ( R.E.R .) y liso ( R.E.L. ) Las funciones del R.E. son, en los dos tipos, transporte y almacenamiento de sustancias.

61. Retículo endoplasmático rugoso: R.E.R Síntesis de proteínas y glicosilación

62. Retículo endoplasmático liso: R.E.L Síntesis de lípidos, detoxificación, almacenamiento y regulación de la concentración de iones calcio

63. El Aparato de Golgi (AG) es un sistema mixto de cisternas apiladas o sáculos (compartimentos rodeados de membrana,flechas rojas) y de vesículas (flechas azules) que se localiza en el citoplasma de las células Aparato de Golgi

64. Funciones del aparato de Golgi I

65. RELACIÓN APARATO DE GOLGI Y RETÍCULO ENDOPLASMÁ-TICO

66. Las membranas se sintetizan en el retículo endoplasmático. (1) Parte de la membrana se desplaza hacia adentro para formar una nueva envoltura nuclear(2) Retículo endoplasmático liso y (3) membrana del aparato de Golgi. Desde el aparato de Golgi se desplaza membrana para formar (4) nueva membrana plasmática y (5) membrana que rodea a otros organelos, como los lisosomas. Algunas proteínas sintetizadas en el RER se modifican en el REL y viajan en vesículas al aparato de Golgi, donde se procesan (glicosilan) y se clasifican. Algunas de estas proteínas se empaquetan en vesículas que viajan a la membrana plasmática, donde serán (6) secretadas fuera de la célula, mientras que otras se empaquetan en lisosomas rodeadas por membrana del aparato de Golgi. Los lisosomas primarios podrían fusionarse con vacuolas alimentarias (7) y efectuar la digestión intracelular de partículas de alimento.

67. Funciones del aparato de Golgi II

68. RELACIÓN ENTRE APARATO DE GOLGI Y RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

69. Lisosomas : vesícula cargada de enzimas digestivos (proteasas, lipasas, nucleasas…). Tipos: primarios y secundarios. Autofagolisosoma y fagolisosoma. Vacuolas : bolsas membranosas, en células animales son abundantes y pequeñas (pulsátiles), en células vegetales es una única vacuola de gran tamaño. Los peroxisomas son vesículas esféricas que contienen enzimas oxidasas y catalasa, que degradan el peróxido de hidrógeno o agua oxigenada formada en las oxidaciones a agua y oxígeno.

71. VACUOLAS Sacos limitados por membrana simple o tonoplasto, función de reserva de sustancias (vegetal y animal), presión de turgencia (vegetal), vacuolas pulsátiles (animal), digestivas y fagocitarias… Vacuolas digestivas en ameba

72. Orgánulos limitados por doble membrana

73. Mitocondrias

74. ESTRUCTURA DEL ATP http://www.ac-creteil.fr/biotechnologies/doc_biochemistry-ATPstructure.htm En la membrana interna poseen enzimas transportadoras de la respiración celular y ATP sintetasas . En la matriz , contienen gran cantidad de enzimas, ADN mitocondrial (doble y circular) y ribosomas 70S .

75. Función de la mitocondria Respiración celular aerobia Descarboxilación oxidativa Ciclo de Krebs B-oxidación de ácidos grasos Síntesis de ATP

76. CLOROPLASTO En el estroma , enzimas de la fotosíntesis ( ciclo de Calvin ), enzima Rubisco , ADN doble cadena circular, ribosomas 70S y diversas sustancias. En membrana tilacoides , pigmentos fotosintéticos ( clorofilas y carotenoides ), moléculas cadena transporte de electrones y ATP-sintetasa .

77. FOTOSÍNTESIS Fase lumínica (membrana tilacoidal – grana)

78. FOTOSÍNTESIS : fase oscura, estroma 6 RuDP + 6 CO 2 + 12 NADPH + 12 H + + 18 ATP  6 RuDP + Glucosa + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi + 6 H 2 O

79. Y ESTO ES… ESTO ES…

80. Enlaces interesantes de citología Visita guiada por la célula de la Universidad de Vigo http://webs.uvigo.es/mmegias/5-celulas/1-introduccion.php Introducción a la Biología celular de Genomasur http://genomasur.com/lectu.htm Scienceprofonline (Ciencia para profesores online - en inglés) http://scienceprofonline.googlepages.com/home Manual de Biología Celular http://www.ite.educacion.es/w3/eos/MaterialesEducativos/mem2001/biologia/ Ejercicios de evaluación de citología de Educastur http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B2_CELULA/EVALUACION_2/Evaluacion_2.htm Histología de la Facultad de Medicina (Universidad Pontificia Católica de Chile) http://escuela.med.puc.cl/paginas/Cursos/segundo/histologia/HistologiaWeb/indiceGeneral.html La célula en el Blog Aula de Ciencias Naturales http://auladenaturales.wordpress.com/la-celula/ Cuestiones de Citología de Selectividad con guión de respuestas http://www.slideshare.net/mnmunaiz/citologia-selectividad-presentation