U.A.2.- LA CELULA: MORFOLOGIA Y METABOLISMO CELULAR





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Con la ayuda de la técnica y de los científicos del siglo XVII, XVIII, XIX y XX se llegó a establecer la teoría celular con sus principios:



1.- La célula es la unidad estructural de los seres vivos. Todos los seres vivos están formados por una o más de una célula.


2.- La célula es la unidad funcional de los seres vivos. Es la mínima unidad que puede llevar a cabo las funciones básicas de un ser vivo (nutrición, relación, reproducción).


3.- Toda célula proviene de otra preexistente.

4 .- La célula es la unidad genética de los seres vivos. La célula contiene y transmite a sus descendientes toda la información necesaria para formar su estructura y controlar su funcionamiento.

PROCARIOTA



               


EUCARIOTA

A.- CÉLULA ANIMAL



B.- CÉLULA VEGETAL



FOTOSÍNTESIS EN LOS CLOROPLASTOS (CÉLULA VEGETAL)



RESPIRACIÓN CELULAR EN LAS MITOCONDRIAS (CÉLULA ANIMAL Y CÉLULA VEGETAL)







OrgánuloFoto / DibujoFunción
Es una capa compuesta por proteínas y fosfolípidos cuya función es separar el interior del exterior celular e intercambiar sustancias.
CitoplasmaEs el medio interno de la célula. En él se realiza el metabolismo celular y el movimiento de moléculas.
Núcleo Zona separada por membrana que rodea al nucleoplasma y el ADN.
ADN (cromosomas)
Son las fibras de ADN condensadas. Almacenan la información genética.
Mitocondria Realiza la respiración celular. Transforma la materia orgánica en energía: ATP
RibosomaSintetizan proteínas según el código descifrado de el ARN mensajero que a su vez es copia del ADN.
Retículo endoplasmáticoDistribuye, recoge, almacena y transporta las proteínas fabricadas en los ribosomas. También fabrica lípidos y construye la membrana nuclear.
Aparato de GolgiAlmacena y clasifica las proteínas que recibe del retículo endoplasmático.
VesículasSon pequeñas esferas dilatadas a partir del retículo y del Golgi, delimitadas por membrana que almacenan sustancias.
LisosomasPequeñas esferas membranosas que almacenan enzimas digestivas que ayudan a digerir los alimentos.
Pared VegetalDa soporte, protección y esqueleto a la célula vegetal. Está formada por capas superpuestas de celulosa.
Cloroplasto Orgánulo capaz de realizar la fotosíntesis: la transformación de la materia inorgánica en orgánica.
CentríolosAgregado de microtúbulos cilíndricos que forman los cilios y los flagelos y facilitan la división celular en células animales.
LeucoplastosOrgánulos que acumulan almidón fabricado en la fotosíntesis.
Cilios y flagelosOrgánulos que facilitan el movimiento celular.
Vacuolas
Acumulan sustancias de reserva o de desecho.
Forma celularEn las animales variada, en las vegetales prismáticas.


                                       
                                   
   

MEMBRANA PLASMÁTICA
ESTRUCTURA DEL MOSAICO FLUIDO



PASO DE SUBSTANCIAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA


1.- TRANSPORTE PASIVO (SIN CONSUMO A.T.P)

               A.- DIFUSIÓN SIMPLE 
               B.- DIFUSIÓN FACILITADA

2.- TRANSPORTE ACTIVO 
        BOMBA DE SODIO / POTASIO( CON CONSUMO A.T.P)




                        
           GRACIAS A LA BOMBA DE SODIO / POTASIO EL INTERIOR DE LA MEMBRANA SIEMPRE TIENE CARGA NEGATIVA.
                                     
                                        CLOROPLASTO




                                       MITOCONDRIA




                                 
     

FUNCION DEL RETICULO ENDOPLASMATICO RUGOSO, RIBOSOMAS Y APARATO DE GOLGI EN LA SINTESIS DE PROTEINAS.
LA DIVISIÓN CELULAR


EL CICLO CELULAR


1.- Qué es el ciclo celular


Tal como lo expresa la teoría celular, todas las células se forman a partir de células preexistentes. El crecimiento y desarrollo de los organismos vivos depende del crecimiento y multiplicación de sus células, cuando una célula se divide  la información genética contenida en su ADN debe duplicarse de manera precisa y luego las copias se transmiten a cada célula hija. En los procariotas este proceso de división es relativamente sencillo.  En los eucariotas el ADN está organizado en más de un cromosoma, por lo que el proceso de división celular es más complejo. 


A pesar de las diferencias entre procariotas y eucariotas, el ciclo celular de ambos tipos de células sigue estos pasos:
  • Crecimiento.
  • Duplicación del ADN.
  • Separación de las dos copias de ADN (para ello en los eucariotas se empaqueta en forma de unidades discretas o cromosomas).
  • Separación de las dos células "hijas" con lo que finaliza la división celular.


Estos procesos básicos deben ocurrir en ambos tipos de células.


Ciclo celular: es la secuencia cíclica de procesos en la vida de una célula que conserva la capacidad de dividirse. En la célula eucariota consiste de interfase, mitosis y citocinesis.


En general, el ciclo celular comprende dos fases:


A) Interfase: es el período durante el cual la célula crece,  replica su ADN y se prepara para la siguiente división.


B) División o Fase M: es el estadio de división celular, produciéndose a su vez dos sucesos:
b.1.- Mitosis o división del núcleo: se separan los cromosomas hijos replicados anteriormente.
b.2.- Citocinesis o división del citoplasma en dos células hijas.
2.- La interfase


La vida de las células transita por dos etapas que se alternan cíclicamente: interfase y división. La interfase se subdivide en tres períodos G1, S y G2.


2.1.- Periodo G1 


En esta fase tienen lugar las actividades de la célula: secreción, conducción, endocitosis, etc. Comenzando a partir de la citocinesis de la división anterior, la célula hija resulta pequeña y posee un bajo contenido de ATP resultante del gasto experimentado en el ciclo anterior, por lo que en este período se produce la acumulación del ATP necesario y el incremento de tamaño celular.

Es el período que mas variación de tiempo presenta, pudiendo durar días, meses o años. A veces, debido a causas ambientales, puede detenerse el ciclo celular al final de esta fase en lo que se denomina  punto R (de restricción). Las células que no se dividen nuevamente (como las nerviosas o del músculo esquelético) pasan toda su vida en este período, que en estos casos se denomina G0, ya que las células se retiran del ciclo celular.

2.2.- Periodo S


Es la fase de síntesis o replicación del ADN, comienza cuando la célula adquiere el tamaño suficiente y el ATP necesario.  Dado que el ADN lleva la información genética de la célula, antes de la mitosis deben generarse dos copias idénticas para ser repartidas entre las dos células hijas. Durante la interfase el ADN asociado a las histonas constituye la cromatina, que se encuentra desenrollada en largas y delicadas hebras. El ADN es una doble hélice que se abre y cada cadena es usada como molde para la producción de una nueva cadena, que queda unida a la original usada como molde. Por esta razón la replicación del ADN se denomina semiconservativa.


2.3.- Periodo G2


Es el tiempo que transcurre entre la duplicación del ADN y el inicio de la mitosis. Dado que el proceso de síntesis consume una gran cantidad de energía la célula entra nuevamente en un proceso de crecimiento y adquisición de ATP. La energía adquirida durante la fase G2 se utiliza para el proceso de mitosis.


Esquema del ciclo celular.


3.- División celular en procariotas


Los procariotas tienen una organización mucho más simple que la de los eucariotas. El material genético procariota es una sola molécula circular de ADN contenida en una región definida del citoplasma, denominada nucleoide, sin estar separado del mismo por una membrana. Además, suelen haber unidades de ADN de replicación autónomas llamadas plásmidos que si se pierden, la bacteria sigue siendo viable.



Fotografías de Escherichia coli en división celular
El método usual de duplicación de las células procariotas se denomina fisión binaria. La duplicación de la célula va precedida por la replicación del cromosoma bacteriano. Primero se replica y luego pega cada copia a una parte diferente de la membrana celular. Cuando las células que se originan comienzan a separarse, también se separa el cromosoma original del replicado.


Luego de la separación (citocinesis), queda como resultado dos células de idéntica composición genética (salvo que haya habido una mutación espontánea).


Una consecuencia de este método asexual de reproducción es que todos los organismos de una colonia son genéticamente iguales. Cuando se trata una enfermedad originada en una infección bacteriana, una droga que mata a una bacteria matará a todos los miembros de ese clon (colonia). Pero si algún mutante se hace resistente a esa droga, todos sus descendientes lo serán.


4.- División celular en eucariotas


4.1.- El ADN en la división celular


En la célula eucariota el ADN está protegido dentro del núcleo.



La molécula de ADN se encuentra en el núcleo asociada histonas en una estructura filamentosa denominada cromatina. 
Esta compactación permite que la larga molécula de ADN quepa en el núcleo celular.

  • Durante la Interfase la cromatina está dispersa o no compactada; esta etapa de dispersión máxima es la que permite al ADN estar disponible para efectuar sus funciones de replicación y transcripción.


  • Durante la división celular el núcleo sufre cambios muy importantes ya que esta cromatina debe condensarse aún mas para poder distribuirse entre las dos células hijas. La cromatina condensada formar cuerpos compactos denominados cromosomas que son complejas asociaciones de ADN y proteínas .

  • Solo durante la fase de la mitosis del ciclo celular el ADN se presenta condensado formando cromosomas.
    En el resto del ciclo celular (Interfase) la cromatina está dispersa.

A excepción de los gametos (células sexuales), cada célula somática (célula del cuerpo) de un individuo posee un número idéntico de cromosomas (46 en el ser humano) los cuales se presentan a pares. Un miembro del par proviene de cada progenitor. Cada miembro del par se denomina homólogo, así el ser humano tiene 23 pares de homólogos. El número de pares de cromosomas homólogos de una célula se denomina número diploide.



Cariotipo humano, con los 23 pares de cromosomas homólogos.
4.1.- Mitosis


La mitosis es el proceso de formación de dos células hijas idénticas por replicación del ADN y división de los cromosomas de una célula.


La estructura de los cromosomas replicados toma aspecto de x con un punto central llamado centrómero, alrededor del cual aparece un engrosamiento proteico llamado cinetocoro. Los cromosomas replicados consisten en dos moléculas de ADN (junto con sus proteínas asociadas) que se conocen con el nombre de cromátidas. Cada lado simétrico del cromosoma corresponde a una cromátida, o sea, a una de las copias del ADN.




Durante la mitosis los cromosomas replicados se posicionan cerca de la mitad de la célula y luego se segregan de manera que cada célula resultante recibe una copia (una cromátida) de cada cromosoma original (si se comienza con 46 cromosomas en la célula original se termina con 46 cromosomas en las 2 células resultantes, pero partidos por sus cromátidas). Para realizar esto las células utilizan microtúbulos que "tiran" de los cromosomas para llevarlos a cada futura célula. Estos microtúbulos forman en la célula animal una estructura llamada huso mitótico.
Esquema del huso mitótico
Aunque la mitosis es un proceso continuo, los biólogos la han dividido arbitrariamente en 4 fases para su mejor entendimiento: profase, metafase, anafase y telofase.


  1. Profase
    La profase es el primer estadio de la mitosis. La cromatina se condensa en cromosomas, la membrana nuclear se disuelve, los centríolos (si se encuentran presentes) se dividen y los pares migran a los polos, formándose  el huso mitótico. En el citoplasma el retículo endoplasmático y el complejo de Golgi se fragmentan en vesículas, se desorganiza el citoesqueleto por lo que la célula pierde su forma original y se hace esférica.






B) Metafase 
La metafase sigue a la profase. Los cromosomas (que a este punto consisten en dos cromátidas mantenidas juntas por el centrómero) alcanzan su máxima condensación y migran al ecuador de la célula donde las fibras del huso se "pegan" a las fibras del cinetocoro.


C) Anafase 
La anafase comienza con la separación de los centrómeros y el arrastre de las cromátidas a los polos opuestos.




D) Telofase 
En la telofase los cromosomas llegan a los polos de sus respectivos husos, la membrana nuclear se reconstituye, los cromosomas se desenrollan y pasan a formar la cromatina. El nucleolo, que desapareció en la profase, se vuelve a constituir. Donde antes había una célula ahora existen dos pequeñas con exactamente la misma información genética y número cromosómico. Estas células pueden luego diferenciarse en diferentes formas durante el desarrollo.
 
4.2.- Citocinesis 
La citocinesis es el proceso de separación de las células formadas. En tanto la mitosis es la división del núcleo en la citocinesis ocurre la división y la relocalización de los orgánulos y citoplasma en cada nueva célula. Se reestablece el citoesqueleto.


Difiere en las células animales y vegetales. En las células animales, la membrana comienza a constreñirse alrededor de la circunferencia de la célula, formándose un anillo contráctil de miosina y actina. En las células vegetales una serie de vesículas producidas por los dictiosomas divide al citoplasma en la línea media formando una placa celular que crece en forma centrífuga y se fusiona a la membrana de la célula madre dividiendo la célula en dos.


Citocinesis


4.3.- Meiosis


La meiosis es la división celular que permite la creación de gametos (células sexuales).


Comprende dos divisiones sucesivas:
- En una primera división, de una célula madre diploide (2n) se obtienen dos células hijas haploides (n), es decir, cada cromosoma de un par homólogo se separa del otro, por lo que en cada célula hija ya no habrá las versiones de los dos progenitores, sino sólo una.
- En una segunda división meiótica, los cromosomas se separan por sus cromátidas. Así, de dos células n de la primera división meiótica se obtienen cuatro células n.
Igual que en la mitosis, antes de la primera división meiótica hay un periodo de interfase en el que se duplica el ADN. Sin embargo, en la interfase de la segunda división meiótica no hay duplicación del ADN.


La meiosis es un proceso de división nuclear que utiliza los mismos mecanismos que la mitosis, por lo que es bastante parecida, aunque su significado biológico es diferente, ya que reduce a la mitad el número de cromosomas para que no se duplique el número de cromosomas de la especie tras la fecundación (= fusión de gametos).


Se trata de una doble división (de las cuales la segunda es como una mitosis normal) que se da exclusivamente en células diploides. El proceso comienza igual que la mitosis, es decir, con una replicación previa de todas las cadenas de ADN al final de la interfase, de manera que al comenzar la división tenemos doble número de cadenas; tras la duplicación comienza la meiosis.


A) DIVISIÓN I


A.1.- Profase I
Profase temprana de la División I meiótica.Profase tardía de la División I meiótica


Es similar a la de mitosis en cuanto a que es una fase de preparación:
- Desaparece la membrana nuclear (3)
- Se espiralizan las cadenas de ADN, apareciendo los cromosomas (1)
- Se duplican los centriolos (2) y migran a los polos (4)
- Se forma el huso acromático (6)
- Cada par de cromosomas se une a una fibra del huso (5)


Hasta aquí sucede como en una profase mitótica normal. Las diferencias con la profase normal se dan en el comportamiento de los cromosomas, ya que éstos antes de unirse a las fibras del huso se van moviendo y se agrupan por parejas de manera que los cromosomas homólogos quedan formando pares unidos cromátida contra cromátida. Esta unión va a permitir que se lleve a cabo el proceso más importante de la reproducción sexual, ya que permite que las generaciones filiales sean diferentes a las parentales: la recombinación genética. Consiste en que las cromátidas de los cromosomas homólogos que quedan juntas se intercambian trozos de sus cadenas de ADN, lo que da lugar a cromátidas recombinadas que aumentarán la variación en los descendientes.


Recombinación genética


Una vez realizada la recombinación en todos los cromosomas cada par de homólogos se une a una fibra del huso (5), es decir, se colocan dos cromosomas por cada fibra del huso acromático, en lugar de un cromosoma por fibra como sucedía en la mitosis; luego los pares se desplazan para colocarse en el centro de la célula. 


A.2.- Metafase I


Metafase I, con pares de cromosomas formando la placa ecuatorial.


Los pares de cromosomas homólogos se sitúan en la parte media de la célula formando la placa ecuatorial (1). A.3.- Anafase I


Inicio de la anafase I.Final de la anafase I con la llegada de los cromosomas a los polos celulares.


Se produce la separación y migración de los cromosomas homólogos, por lo que a diferencia de lo que sucedía en la mitosis, los que se desplazan son cromosomas enteros en lugar de cromátidas. Al final de la anafase I tenemos dos juegos de cromosomas separados en los polos opuestos de la célula, uno de cada par, por lo que es en esta fase cuando se reduce a la mitad el número de cromosomas.


A.4.- Telofase I


Telofase I


Como en la telofase normal, se puede regenerar nuevamente el núcleo (1), iniciándose inmediatamente la División II.


B) CITOCINESIS I


La célula binucleada divide su citoplasma en dos, quedando dos células hijas que van a entrar en la segunda división meiótica.


C) DIVISIÓN II


Está precedida de una breve interfase, denominada intercinesis, en la que nunca hay duplicación del ADN. Es parecida a una división mitótica, constituida por la profase II, la metafase II, la anafase II y la telofase II.


Es como una mitosis normal que se da simultáneamente en las dos células hijas; en la profase II se unen cromosomas individuales a las fibras del huso y en la anafase II se separan las cromátidas; al final de la citocinesis II tendremos cuatro células hijas que tendrán cada una la mitad de las cadenas de ADN que tenían en la interfase.


Por tanto, el resultado serán células haploides (n) que llamamos gametos. Cuando dos gametos se unan en la fecundación surgirá una célula diploide (2n) que llamamos cigoto, a partir de la cual se desarrollará un nuevo organismo.


Comparación entre mitosis y meiosis.







REPLICACION = DUPLICACION DEL ADN EN LA FASE “S” DEL CICLO CELULAR




"MITOSIS"


"proceso para la formacion de células del cuerpo normales denominadas células somáticas que son diploides(2n)"







......................y los centriolos se duplican.. 



PROFASE -METAFASE -ANAFASE - TELOFASE
"proceso mediante el cual a partir de una célula diploide (2n - 46 cromosomas) se obtienes 2 células diploides (2n - 46 cromosomas)

"MEIOSIS"
"Proceso para la formación de células sexuales haploides denominadas gametos: espermatozoides y óvulos".Se localiza únicamente en ovarios y testículos.


PROFASE I -METAFASE I -ANAFASE I - TELOFASE I
 


PROFASE II -METAFASE II -ANAFASE II - TELOFASE II
"proceso mediante el cual a partir de una célula diploide (2n= 46 cromosomas) se obtienes 4 células haploides (n=23 cromosomas)



EL METABOLISMO CELULAR

                                         


Metabolismo es el conjunto de reacciones y procesos físico-químicos que se dan en la célula.
1.- CATABOLISMO:
- Es la fase de degradación de las biomoléculas, cuya finalidad ultima es la obtención de energía.
ESQUEMA GENERAL DE
LAS RUTAS DEL CATABOLISMO


                                      A T P  Y    N A D



El ATP esta compuesto por:
3 moléculas de ácido fosfórico 
1 molécula de ribosa
1 molécula de la base adenina (A) 

El coenzima NAD esta compuesto por:
1 molécula de adenina (A)
2 molécula de ácido fosforico
2 moléculas de ribosa
1 molécula de ácido nicotínico 

2.- tipos de catabolismo:
a) Respiración




b) Fermentación
La fermentación láctica es una ruta metabólica anaeróbica que ocurre en el citoplasma de la célula, en la cual se oxida parcialmente la glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico.
Este proceso lo realizan muchas bacterias (llamadas bacterias lácticas), hongos, algunos protozoos y muchos tejidos animales; en efecto, la fermentación láctica también se verifica en el tejido muscular cuando, a causa de una intensa actividad motora, no se produce una aportación adecuada de oxígeno que permita el desarrollo de la
respiración aeróbica.
uando el ácido láctico se acumula en las células musculares produce síntomas asociados con la fatiga muscular. Algunas células, como los eritrocitos, carecen de mitocondrias de manera que se ven obligadas a obtener energía por medio de la fermentación láctica; por el contrario, el parénquima muere rápidamente ya que no fermenta, y su única fuente de energía es la respiración aeróbica.

La fermentación alcohólica es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire (oxígeno - O2), originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por regla general azúcares: como pueden ser por ejemplo laglucosa, la fructosa, la sacarosa, el almidón, etc.) para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol (cuya fórmula química es: CH3-CH2-OH), dióxido de carbono (CO2) en forma de gas y unas moléculas de ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico. 
El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales como el vino, la cerveza, la sidra, el cava, etc.1 Aunque en la actualidad se empieza a sintetizar también etanol mediante la fermentación a nivel industrial a gran escala para ser empleado como biocombustible.2 3
La fermentación alcohólica tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbica a los microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno para ello disocian las moléculas de glucosa y obtienen la energía necesaria para sobrevivir, produciendo el alcoholy CO2 como desechos consecuencia de la fermentación. Las levaduras y bacterias causantes de este fenómeno son microorganismos muy habituales en las frutas y cerealesy contribuyen en gran medida al sabor de los productos fermentados 







2.-ANABOLISMO:
.- Es la vía constructiva del metabolismo, es decir, la ruta de síntesis de moléculas complejas a partir de m o l é c u las sencillas.
Fotosíntesis
La fotosíntesis (del griego antiguo φώτο [foto], ‘luz’, y σύνθεσις[síntesis], ‘composición’) es la conversión de materia inorgánica en materia orgánica gracias a la energía que aporta la luz. En este proceso la energía luminosa se transforma en energía química estable, siendo el adenosín trifosfato (ATP) la primera molécula en la que queda almacenada esa energía química. Con posterioridad, el ATP se usa para sintetizar moléculas orgánicas de mayor estabilidad. Además, se debe de tener en cuenta que la vida en nuestro planeta se mantiene fundamentalmente gracias a la fotosíntesis que realizan las algas, en el medio acuático, y las plantas, en el medio terrestre, que tienen la capacidad de sintetizar materia orgánica (imprescindible para la constitución de los seres vivos) partiendo de la luz y la materia inorgánica. De hecho, cada año los organismos fotosintetizadores fijan en forma de materia orgánica en torno a 100.000 millones de toneladas de carbono.

Los orgánulos citoplasmáticos encargados de la realización de la fotosíntesis son los cloroplastos, unas estructuras polimorfas y de color verde (esta coloración es debida a la presencia del pigmento clorofila) propias de las células vegetales. En el interior de estos orgánulos se halla una cámara que contiene un medio interno llamado estroma, que alberga diversos componentes, entre los que cabe destacar enzimas encargadas de la transformación del dióxido de carbono en materia orgánica y unos sáculos aplastados denominados tilacoides cuya membrana contiene pigmentos fotosintéticos. En términos medios, una célula foliar tiene entre cincuenta y sesenta cloroplastos en su interior.

























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