CELULA: estructura y función

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CELULA:

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La Importancia de las Células

• Todos los organismos vivos están formados por células

La célula es el más simple conjunto de materia que puede vivir

La estructura celular se correlaciona con su función

Todas las células se originan de células anteriores

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Para estudiar las células los biólogos

utilizan microscopios y herramientas

bioquímicas

Normalmente las células son demasiado

pequeñas para poder ser observadas a simple

vista

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Microscopia

• Los investigadores utilizan microscopios para visualizar las células

• En un microscopio de lúz (LM), la lúz visible pasa a

través del especimen y luego a través de un sistema de lentes de vidrio, los cuáles magnifican la imagen

lentes de vidrio, los cuáles magnifican la imagen

• La resolución mínima de un LM es de alrededor de 200 nm, el tamaño de una bacteria pequeña

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LE 6-2

Measurements

1 centimeter (cm) = 10–2meter (m) = 0.4 inch

1 millimeter (mm) = 10–3m 1 micrometer (µm) = 10–3mm = 10–6m 1 nanometer (nm) = 10–3µm = 10–9m 10 m 1 m Human height Length of some nerve and muscle cells Chicken egg 0.1 m 1 cm Frog egg 1 mm 100 µm

Most plant and animal cells U n a id e d e y e Li g h t m ic ro sc o p e

1 nanometer (nm) = 10–3µm = 10–9m animal cells

10 µm Nucleus 1 µm Most bacteria Mitochondrion Smallest bacteria Viruses 100 nm 10 nm Ribosomes Proteins Lipids 1 nm Small molecules Atoms 0.1 nm Li g h t m ic ro sc o p e E le ctr o n m ic ro sc o p e

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• LMs pueden magnificar efectivamente hasta alrededor de 1000 veces el tamaño real del especimen

• Existen varias técnicas para aumentar el contraste y

permitir que los componentes celulares sean teñidos o marcados

marcados

• La mayoría de las estructuras subcelulares, u organelas, son demasiado pequeñas para ser resueltas por un L

M

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LE 6-3a

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LE 6-3b

50 µm

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• Hay dos tipos básicos de microscopios electrónicos (EMs) que se utilizan para estudiar estructuras

subcelulares

Scanning electron microscopes (SEMs) hacen incidir un

haz de electrones sobre la superficie del especímen, produciendo imágenes en 3D

produciendo imágenes en 3D

Transmission electron microscopes (TEMs) hacen pasar

un haz de electrones a través del especímen

• TEMs son utilizados principalmente para estudiar la ultraestructura interna de las células

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LE 6-4

1 µm Cilia

Longitudinal Cross section 1 µm Longitudinal section of cilium Cross section of cilium

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Aislamiento de organelas por

fraccionamiento celular

• El fraccionamiento celular implica la disrupción de las células y la separación de sus componentes por

ultracentrifugación

• El fraccionamiento celular permite estudiar la estructura y función de las organelas

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LE 6-5a Homogenization Homogenate Tissue cells Differential centrifugation

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LE 6-5b Pellet rich in nuclei and cellular debris 80,000 g 60 min 20,000 g 20 min 1000 g (1000 times the force of gravity) 10 min Supernatant poured into next tube

cellular debris

Pellet rich in mitochondria (and chloro-plasts if cells are from a plant)

Pellet rich in “microsomes” (pieces of plasma membranes and cells’ internal membranes) Pellet rich in ribosomes 150,000 g 3 hr

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Las Células Eucarióticas poseen un

sistema de membranas internas

(compartimentalización)

• La unidad estructural y funcional de un organismo es uno de estos dos tipos celulares: procariótico o

eucariótico

Los organismos de los Dominios Bacteria y Archaea

Los organismos de los Dominios Bacteria y Archaea están formados por Células Procarióticas

Los Protistas, Hongos, Animales, y Plantas, están formados por Células Eucarióticas

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Comparación entre Células

Procarióticas y Eucarióticas

Estructuras básicas de todas las células:

Membrana Plasmática

Substancia semifluida denominada Citosol

Cromosomas (llevan genes)

Ribosomas (fabrican proteínas)

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Las Células Procarióticas no poseen núcleo

En la Célula Procariótica el cromosoma (gral. único,

DNA circular y asociado a pocas proteínas) no está

rodeado por una membrana (nucleoide)

La Célula Procariótica carece de organelas rodeadas

La Célula Procariótica carece de organelas rodeadas por membrana/s

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LE 6-6 Pili Nucleoid Ribosomes Plasma membrane Cell wall Bacterial A typical rod-shaped bacterium

A thin section through the bacterium Bacillus coagulans (TEM) 0.5 µm Capsule Flagella Bacterial chromosome

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• La Célula Eucariótica posee sus cromosomas

(moléculas de DNA lineál, asociadas con muchas proteínas, cromatina) rodeados por una envoltura

nuclear formada por dos membranas (membrana

nuclear externa, membrana nuclear interna).

La Célula Eucariótica posee organelas rodeadas por

La Célula Eucariótica posee organelas rodeadas por membrana/s

Las Células Eucarióticas generalmente son de tamaño mayor que las Procarióticas

• Límite en el tamaño celular impuesto por el metabolismo celular

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LE 6-7

Total surface area (height x width x

6 150 750

1

1 5

Surface area increases while Total volume remains constant

(height x width x number of sides x number of boxes) 6 125 125 150 750 1 1.2 6 6 Total volume

(height x width x length X number of boxes)

Surface-to-volume ratio

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La Membrana Plasmática es una barrera selectiva que permite un adecuado pasaje de oxígeno, nutrientes y productos de desecho, sirviendo al volumen celular

La estructura general de una membrana biológica es una bicapa de fosfolípidos

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LE 6-8

Hydrophilic region

Carbohydrate side chain Outside of cell

Hydrophobic region

Structure of the plasma membrane Hydrophilic

region Phospholipid Proteins Inside of cell 0.1 µm

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La Célula Eucariótica

La Célula Eucariótica posee un sistema de

membranas internas (endomembranas) que

subdividen a la célula en organelas

Las células de plantas y animales poseen

mayoritariamente las mismas organelas

mayoritariamente las mismas organelas

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LE 6-9a Flagellum Centrosome CYTOSKELETON Microfilaments Intermediate filaments

ENDOPLASMIC RETICULUM (ER

Rough ER Smooth ER Plasma membrane Nuclear envelope NUCLEUS Nucleolus Chromatin Microtubules Peroxisome Microvilli Mitochondrion Lysosome Golgi apparatus Ribosomes:

In animal cells but not plant cells: Lysosomes

Centrioles

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LE 6-9b Rough endoplasmic reticulum Smooth endoplasmic reticulum Ribosomes

(small brown dots) Central vacuole Microfilaments Intermediate filaments Microtubules CYTOSKELETON Nuclear envelope Nucleolus Chromatin NUCLEUS Centrosome Golgi apparatus

In plant cells but not animal cells: Chloroplasts

Central vacuole and tonoplast Cell wall

Plasmodesmata

Microtubules

Chloroplast

Plasmodesmata Wall of adjacent cell

Cell wall Mitochondrion

Peroxisome Plasma membrane

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En la Célula Eucariótica las instrucciones genéticas están alojadas en el núcleo y son decodificadas en los ribosomas

En la Célula Eucariótica el Núcleo contiene la mayor parte del DNA

La información codificada en el DNA es decodificada en los Ribosomas para sintetizar Proteínas

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El Núcleo: La biblioteca genética de la

célula

El Núcleo contiene la mayoría de los genes de la célula y es normalmente la organela más conspicua

La envoltura nuclear encierra al núcleo, separándolo del citoplasma

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LE 6-10 Nucleus Nucleolus Chromatin Nuclear envelope: Inner membrane Outer membrane Nuclear pore Nucleus 1 µm Close-up of nuclear envelope Pore complex Ribosome

Pore complexes (TEM) Nuclear lamina (TEM)

1 µm Rough ER

0.25 µm

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Ribosomas: Fábricas de Proteínas en la

Célula

Los Ribosomas son organelas formadas por rRNAs y

proteínas

Los Ribosomas llevan a cabo la síntesis de proteínas en dos lugares:

En el citosol (ribosomas libres)

En el citosol (ribosomas libres)

En la parte externa del retículo endoplasmático

rugoso (RER) o de la membrana nuclear externa

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LE 6-11 Ribosomes ER Cytosol Endoplasmic reticulum (ER) Free ribosomes Bound ribosomes 0.5 µm Large subunit Small subunit Diagram of a ribosome TEM showing ER and ribosomes

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El Sistema de Endomembranas regula el tráfico de proteínas y lleva a cabo funciones metabólicas en la célula

Componentes del Sistema de Endomembranas:

Envoltura Nuclear

Retículo Endoplasmático (RER, REL)

Aparato de Golgi LisosomasVacuolasPeroxisomasPeroxisomasMembrana Plasmática

• Estos componentes son contínuos o están conectados por vesículas de transferencia

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