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La celula eucariota.

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Todo sobre las celulas. Estructura, mitocondrias, cloroplastos, morfologia de las bacterias, ultraestructuras bacterianas, etc.

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Categoría: Apuntes y Monografías > Biología >
Material educativo de Alipso relacionado con celula eucariota
  • Origenes de la biologia celular:
  • La célula:
  • Diferencias entre células estriadas esqueléticas y células cardí:

  • Enlaces externos relacionados con celula eucariota

    LA CELULA EUCARIOTA

    Las células eucariotas tienen una estructura organizada

    A medida que la atmósfera se enriquecía en oxígeno, una parte de las células primitivas que no pudieron adaptarse a estas nuevas condiciones pereció. Otras bien desarrollaron una capacidad para la respiración, bien tuvieron que ocultarse en lugares donde el oxígeno estaba ausente manteniendo su condición de anaerobias. Sin embargo, una tercera clase descubrió que asociándose en simbiosis con una célula aeróbica podía sobrevivir y desarollarse de un forma mucho más rica. Esta es la hipótesis más plausible para la organización metabólica de las células eucariotas de hoy día.

    Por definición y en contraste con las células procariotas, las células eucariotas tienen una estructura organizada y disponen de un cierto número de órganulos. En particular, tienen un núcleo, separado del resto de la célula por una membrana nuclear, consistente principalmente por DNA. El resto de la célula está constituido por el citoplasma, lugar donde tienen lugar la mayor parte de las reacciones metabólicas y donde se encuentra un cierto número de orgánulos. Entre estos hay que destacar:

            mitocondrias y/o cloroplastos

            retículo endoplásmico fino y retículo endoplásmico grueso

            aparato de Golgi

            ribosomas

            lisosomas y peroxisomas

            citoesqueleto

            vacuolas

            flagelos

    La célula eucariota está rodeada, como las procariotas, por una membrana más o menos organizada, constituída fundamentalmente por fosfolípidos y proteínas de membrana que tienen diferentes funciones.

    Mitocondrias

    Las mitocondrias parecen haber evolucionado a partir de algún organismo procariota que se asoció en simbiosis a algún otro organismo primitivo anaerobio. En efecto, en muchos aspectos, las mitocondrias se parecen a los organismos procariotas:

            tiene un tamaño y forma parecidos

            se multiplican por división

            contienen su propio DNA

            el proceso de respiración se lleva a cabo exclusivamente en ellas

            muchas bacteria de hoy día respiran igual que las mitocondrias

    Mediante esta simbiosis, primitivos eucariotas anaerobios habrían sobrevivido en un ambiente cada vez más rico en oxígeno, utilizando la capacidad del procariota asociado de producir energía consumiendo oxígeno atmosférico.

    La adquisición de mitocondrias tuvo, sin duda, importantes repercusiones. Al ocuparse exclusivamente de la respiración, permitió a la membrana especializarse en otras funciones, a diferencia de lo que ocurre en los procariotas en los que debe mantenerse un importante gradiente de H+ en la membrana plasmática para la producción de ATP. De esta forma, la membrana eucariota pudo crear canales iónicos y otros órganulos - receptores - especializados en el intercambio de señales.

    Cloroplastos

    Los cloroplastos llevan a cabo la fotosíntesis de la misma manera que las cianobacterias, absorbiendo la luz solar en la clorofila que existe en sus membranas. También los cloroplastos presentan notables similitudes con las cianobacterias:

            son similares en forma y tamaño

            las membranas en las que se encuentra la clorofila están dispuestas en capas

            se reproducen por división

            contienen DNA con secuencias muy parecidas al DNA bacteriano

    Todo ello sugiere que los cloroplastos evolucionaron a partir de las cianobacterias que se asociaron en simbiosis a alguna célula eucariota primitiva. Este tipo de simbiosis es relativamente frecuente y hoy día se conocen células eucariotas que tienen auténticas cianobacterias.

    FUNCION

    Dr. Pedro F. Mateos

    Departamento de Microbiología y Genética. Facultad de Farmacia. Universidad de Salamanca




    Observando los microorganismos a través de un microscopio podemos apreciar su morfología (tamaño, forma y disposición). Si observamos con mayor número de aumentos podemos apreciar, tanto en la superficie como dentro de la célula, un mayor número de estructuras. La ausencia o presencia de ciertas estructuras nos van a servir para clasificar a los microorganismos.



    I.- MORFOLOGIA DE LAS BACTERIAS

    A.- Tamaño: Invisibles al ojo humano, las bacterias se miden en m que equivale a 10-3 mm. El tamaño de las bacterias varía dependiendo de las especies entre menos de 1 m y 250 m; siendo lo más habitual entre 1 y 10 m. Una característica de las células bacterianas es la alta proporción que existe entre el área de la superficie y el volumen de la célula. Esto significa que poseen una gran superficie a través de la cual pueden entrar nutrientes para alimentar a un pequeño volumen; con lo cual pueden realizar muchas reacciones metabólicas y crecer rápidamente. Así, por ejemplo Escherichia coli tarda 20 minutos en dividirse mientras que una célula de mamífero en laboratorio tarda de 13 a 24 horas.

    B.- Forma: La forma de una bacteria viene determinada por la rigidez de su pared celular. Las bacterias poseen una de las tres formas fundamentales: esférica, cilíndrica o espiral. Las células esféricas se denominan cocos y suelen ser redondeadas aunque pueden ser ovoides o elípticas. A las de forma cilíndrica se las denomina bacilos. Los extremos de estas células suelen ser redondeados, rectos, en forma de huso o cuerno. A las de forma espiral o helicoidal se las denomina espirilos y se caracterizan por su forma de sacacorchos. Existen modificaciones a estas tres formas fundamentales y aunque la mayor parte de las bacterias mantienen constante su forma, algunas especies pueden variar la forma por lo que se les llama pleomórficas. Arthrobacter es un ejemplo de pleomorfismo debido a que su forma cambia en función de la edad del cultivo. También exhiben pleomorfismo aquellas bacterias que no poseen pared celular como es el caso de los micoplasmas. Otro ejemplo son las formas L que son bacterias que carecen de pared celular debido a una situación de estrés (choque térmico u osmótico, antibióticos, etc.), pero cuando cesa el estrés sintetizan de nuevo la pared celular. Debido a que la forma es un carácter taxonómico, el pleomorfismo puede inducirnos a confusión ya que podemos pensar que un cultivo está contaminado con otro tipo de bacterias. Sin embargo, el pleomorfismo no suele ser lo más frecuente.

    C.- Disposición: Muchas veces al mirar al microscopio se observan las células unidas unas a otras. Mientras que las bacterias de forma espiral (espirilos) suelen ser células separadas, otras especies suelen crecer en una disposición característica, disposición que va a depender del plano en el que se realice la división celular y si la célula hija permanece junto a la célula madre una vez realizada la división celular. Cada una de estas disposiciones es típica de una especie particular y puede usarse en identificación. Hay que tener en cuenta que raramente todas las células de una especie se disponen exactamente de la misma manera; por lo que hay que tener en cuenta la disposición predominante cuando se estudian las bacterias.

    Cuando un coco se divide en un plano forma un diplococo o dos células juntas (Neisseria). Cuando un coco se divide en un plano y permanece unido después de varias divisiones formando una cadena se denomina estreptococo (Streptococcus). Si las células se dividen en más de un plano o dimensión la disposición es más complicada. Cuando un coco se divide en ángulo recto al primer plano de división forma tétradas o tetracocos (Pediococcus). Una posterior división en el tercer plano puede resultar en un paquete cúbico de ocho células conocido como sarcinas (Sarcina). Si la división en los tres planos es de forma irregular se forman racimos de uva (Staphylococcus).

    Los bacilos generalmente no se agrupan en disposiciones características, aunque hay excepciones. Por ejemplo, el bacilo de la difteria tiende a agruparse en empalizada. Las células del género Caulobacter (bacilo acuático) crece en roseta sobre rocas y superficies similares. Dentro del género Bacillus algunas especies forman cadenas y se llaman estreptobacilos.

    También existen bacterias ramificadas como son los actinomicetos y ya hemos descrito las formas pleomórficas.


    II.- ULTRAESTRUCTURAS BACTERIANAS

    Las técnicas de microscopía revelan que una célula bacteriana está formada por diversas estructuras que funcionan conjuntamente. Algunas de estas estructuras se encuentran unidas a la superficie de la pared celular, mientras que otras se encuentran dentro de la célula. Algunas son comunes a todas las células com son el citoplasma y la membrana citoplasmática; mientras que otras estructuras están presentes sólo en ciertas especies o aparecen en determinadas condiciones ambientales.

    Una típica célula bacteriana contiene las siguientes estructuras:

    1.- Glicocalix: está compuesta de polímeros
    2.- Pared celular: separa a la bacteria del medio que la rodea. Suele ser rígida y es de naturaleza glúcido-lípido-proteica.
    3.- Periplasma: espacio entre la pared celular y membrana citoplasmática.
    4.- Membrana citoplasmática: separa el citoplasma de la pared celular. Está compuesta de proteínas y lípidos.
    5.- Citoplasma: es una solución coloidal que contiene elementos nucleares, inclusiones citoplasmáticas (vacuolas, vesículas, etc.) y ribosomas.
    6.- Flagelos: nacen en el citoplasma y son estructuras de locomoción. Están compuestos de proteína (flagelina).
    7.- Fimbrias o pili: formaciones piliformes que nacen en el citoplasma. Están compuestos de proteína (pilina).


    GLICOCALIX

    Algunas células bacterianas están rodeadas por una capa de material viscoso llamada glicocalix. Este glicocalix está compuesto por polímeros de azúcares (polisacáridos). Si el glicocalix está organizado en una estructura definida y está unido firmemente a la pared celular se denomina cápsula. Si por el contrario está desorganizado, sin una forma definida y no está firmemente unido a la pared celular se denomina capa mucilaginosa.

    Composición: polisacáridos y en menor proporción polipéptidos.

    Función: Existen diferentes funciones dependiendo de la especie bacteriana:

    Adherencia: es la principal. Streptococcus mutans se adhiere a través de la cápsula a la superficie de los dientes originando caries. Sin la cápsula el microorganismo se elimina fácilmente con la saliva.

    Resistencia a la desecación: las cápsulas poseen muchos grupos polares que al retener moléculas de H2O protegen a la célula frente a la desecación.

    Material de reserva.

    Patogenicidad y virulencia: los neumococos sin cápsula son avirulentos.


    PARED CELULAR

    La pared celular de los organismos procariotas es una estructura rígida que mantiene la forma característica de cada célula bacteriana. Dependiendo de las especies y de las condiciones de cultivo, la pared celular puede suponer desde el 10% al 40% del peso seco de la célula.

    Composición química y propiedades de la pared celular bacteriana: las paredes celulares no son estructuras homogéneas sino que poseen distintas capas que varían según el tipo de bacteria, existiendo diferencias tanto en su grosor como composición. Estas diferencias se utilizan para identificar y clasificar las bacterias, así como diferenciarlas mediante la tinción de Gram.

    La pared celular de las bacterias Gram (-) es más delgada (10 - 15 nm) que la de las Gram (+) (20 - 25 nm). Tanto las bacterias Gram (+) como las Gram (-) poseen un heteropolímero conocido como peptidoglucano o mureína, responsable de la rigidez y fuerza mecánica de la pared celular, de la forma bacteriana y de la resistencia a la lisis osmótica. Es una red bidimensional que rodea a la célula a modo de saco. Existe prácticamente en todas las bacterias y es exclusivo de procariotas. Si bien existen más de 100 peptidoglucanos distintos, su estructura básica está compuesta por tres componentes:

    1.- N-acetilglucosamina (NAG)
    2.- Acido N-acetilmurámico (NAM)
    3.- Péptido de 4 aminoácidos o tetrapéptido, algunos de los cuales son D-aminoácidos.

    Para formar una estructura rígida alrededor de la célula, el tetrapéptido de una cadena se une al de otra a través de un enlace peptídico entre la D-alanina y el ácido meso-diaminopimélico. Algunas zonas del peptidoglucano son abiertas por enzimas bacterianos llamados autolisinas para que así se puedan añadir más polímeros y la célula pueda crecer y dividirse.

    A parte de dar forma a la célula bacteriana, la pared celular sirve como barrera para algunas sustancias impidiendo que penetren dentro de la célula y permitiendo el paso a otras. La importancia de la pared celular se comprende en parte gracias a experimentos usando enzimas que la degradan. La pared celular de una bacteria Gram (+) se destruye completamente con el uso de estos enzimas obteniéndose unas células esféricas llamadas protoplastos. La pared celular de las Gram (-) es más resistente a este tratamiento, manteniendo restos de su pared celular originando esferoplastos. Tanto los protoplastos como los esferoplastos se lisan si los colocamos en un medio hipotónico.

    Pared celular de las bacterias Gram (+): Contiene una sola capa compuesta de peptidoglucano y ácidos teicoicos que son polímeros de glicerol o ribitol fosfatos que se unen al peptidoglucano o a la membrana citoplasmática. Al estar cargados (-) pueden ayudar en el transporte de iones (+).

    Pared celular de las bacterias Gram (-): Contiene dos capas, una membrana externa y una capa de peptidoglucano. El espacio que existe entre la membrana citoplasmática y la membrana externa se denomina espacio periplásmico. La capa característica de las Gram (-) es la membrana externa que actúa como barrera selectiva al paso de algunas sustancias. Su estructura básica es una bicapa lipídica que contiene fosfolípidos (capa interna), lipopolisacáridos y proteínas (capa externa). Esta bicapa está unida al peptidoglucano a través de lipoproteínas. De todos estos componentes, los lipopolisacáridos (LPS) son característicos de las bacterias Gram (-) y sólo se encuentran en la membrana externa. Los LPS están compuestos de tres partes unidas covalentemente:
    1.- Lípido A, localizado en la parte interna; compuesto por un disacárido de glucosamina fosforilado con ácidos grasos de cadena larga.
    2.- Núcleo polisacarídico, localizado en la superficie de la membrana; compuesto por azúcares y KDO (ketodeoxioctónico).
    3.- Antígeno O, localizado fuera de la membrana; compuesto por polisacáridos que contienen azúcares comunes como galactosa y otros exclusivos de bacterias como la abecuosa.


    MEMBRANA CITOPLASMATICA

    Aproximadamente de 7,5 nm, está compuesta fundamentalmente de fosfolípidos (20% - 30%) y proteínas (50% - 70%). Los fosfolípidos forman una bicapa donde se intercalan las proteínas. En la bicapa lipídica, la parte polar soluble en H2O está alineada hacia afuera de la bicapa y la parte no polar hacia adentro. Estos fosfolípidos de la membrana la hacen fluída, permitiendo que las proteínas se muevan alrededor. La mayor parte de las membranas citoplasmáticas de procariotas no contienen como ocurre en los eucariotas esteroles tales como el colesterol por lo que son menos rígidas que las de los eucariotas.

    Función de la membrana citoplasmática:

    - Actúa como barrera para la mayor parte de las moléculas solubles en H2O, siendo mucho más selectiva que la pared celular.
    - Contiene enzimas biosintéticos que actúan en la producción de energía y síntesis de la pared celular.
    - Las células bacterianas no contienen orgánulos como las mitocondrias y cloroplastos de las células eucariotas; sin embargo, la membrana citoplasmática de muchas bacterias se extiende dentro del citoplasma formando unos túbulos que se llaman mesosomas. Estos mesosomas pueden localizarse cerca de la membrana citoplasmática o más adentro en el citoplasma. A estos últimos, los mesosomas centrales, se une el material nuclear de la célula y se piensa que intervienen en la replicación del DNA y división celular. Los mesosomas periféricos parecen estar implicados en la secreción de ciertos enzimas como son las penicilinasas que destruyen la penicilina. También actúan como centros con actividad respiratoria o fotosintética ya que este sistema de membranas aumenta la superficie disponible para estas actividades.


    AREA CITOPLASMICA

    El citoplasma es un fluido que contiene sustancias disueltas y partículas en suspensión como los ribosomas. El 80% del citoplasma corresponde a H2O y el resto lo componen ácidos nucleicos, proteínas, carbohidratos, lípidos, iones orgánicos, compuestos de bajo peso molecular y partículas. En este fluido espeso ocurren muchas reacciones químicas tales como la síntesis del material celular a partir de los nutrientes (anabolismo).

    Ribosomas: son unas partículas donde tiene lugar la síntesis de proteínas. Se encuentran tanto en procariotas como eucariotas. Sin embargo en las células bacterianas al no existir sistemas internos de membranas, los ribosomas se encuentran libres en el citoplasma o bien asociados a la parte interna de la membrana citoplasmática. Los ribosomas están compuestos de un 60% de RNA y un 40% de proteínas. Los ribosomas bacterianos están formados por dos subunidades de diferente tamaño: 50 S y 30 S que conjuntamente forman el ribosoma bacteriano 70 S (S = Svedberg units, unidades de sedimentación donde influyen el tamaño y la forma):

    - 50 S: RNA 23 S + RNA 5 S + 35 proteínas
    - 30 S: RNA 16 S + 21 proteínas

    Inclusiones: diferentes tipos de sustancias químicas pueden acumularse y formar depósitos insolubles en el citoplasma:

    Glóbulos de sulfuro que sirven de reserva de energía para bacterias que oxidan el H2S.

    Gránulos de volutina o gránulos metacromáticos que son de polifosfato. Acumulan fosfato cuando la síntesis de ácidos nucleicos está impedida. Se tiñen de color púrpura con azul de metileno y se usan para identificar ciertas bacterias.

    Poly--hidroxibutirato (PHB) es un material lipídico que actúa como reserva de fuente de carbono y energía. Con sudam III se tiñen de negro.

    Glucógeno es un polímero de glucosa que se tiñe rojo con lugol.


    AREA NUCLEAR

    Al contrario que los eucariotas, los procariotas no poseen una membrana que englobe al núcleo. El material nuclear en una bacteria ocupa la zona central de la célula y parece estar unido a los mesosomas. Este material nuclear llamado nucleoide está formado por un único cromosoma circular. También pueden existir plásmidos que son elementos extracromosómicos compuestos de DNA.


    FLAGELOS

    Son filamentos helicoidales que se extienden desde el citoplasma a través de la pared celular. Los flagelos son los responsables de la movilidad de las bacterias en los líquidos, llegando a velocidades de 100 m / segundo, lo que equivale a 3000 veces la longitud de su cuerpo por minuto. El guepardo, uno de los animales más veloces, alcanza una velocidad máxima de 1500 veces la longitud de su cuerpo por minuto.

    Un flagelo consta de tres partes: cuerpo basal, gancho y filamento. El cuerpo basal que se encuentra dentro de la célula está compuesto por un cilindro central y varios anillos. Las bacterias Gram (-) tienen 2 pares de anillos, los exteriores unidos a la pared celular y los interiores a la membrana citoplásmica. En las bacterias Gram (+) sólo existe un par de anillos, uno está en la membrana citoplasmática y el otro en la pared celular. Los flagelos funcionan rotando como un sacacorcho lo que permite a la bacteria moverse en los líquidos. Los anillos del cuerpo basal, a través de reacciones químicas que consumen energía, rotan el flagelo. El filamento está compuesto de moléculas de una proteína llamada flagelina.

    No todas las bacterias tienen flagelos (son raros en los cocos) pero en aquellas que los poseen (muchos bacilos y espirilos) se utilizan como criterio de clasificación la posición y el número de flagelos:

    Flagelos polares: monotricos, anfitricos y lofotricos

    Flagelos peritricos

    Las bacterias móviles se mueven en una dirección u otra por diferentes razones. Su movimiento puede ser aleatorio, o bien acercarse o alejarse de algo que hay en su ambiente como es buscar luz o alejarse del calor. También exhiben quimiotaxis que es un movimiento en respuesta a productos químicos del ambiente. Por ejemplo, las bacterias se acercan hacia niveles altos de atrayentes como son los nutrientes y se alejan de los niveles altos de sustancias inhibitorias como es el exceso de sales.


    FIMBRIAS O PILI

    Son formaciones piliformes, no helicoidales, que no tienen nada que ver con el movimiento. Suelen ser más cortos, más delgados y más numerosos que los flagelos. Si bien surgen del citoplasma, no se conoce que posean estructuras de anclaje a la célula. Están formados por subunidades de una proteína llamada pilina.

    Diferentes tipos de pili están asociados a diferentes funciones siendo las más conocidas la adherencia a superficies y la reproducción sexual de bacterias (conjugación; paso de plásmidos a través del pili de una célula a otra).


    III.- ENDOESPORAS BACTERIANAS

    Algunas especies de bacterias producen formas de resistencia llamadas esporas que pueden sobrevivir en condiciones desfavorables tales como el calor o la sequía. Estas formas son metabólicamente inactivas, pero bajo condiciones ambientales apropiadas, pueden germinar (comenzar a crecer) y llegar a ser células vegetativas metabólicamente activas las cuales crecen y se multiplican.

    Las esporas que se forman dentro de la célula se llaman endoesporas, produciéndose una por célula. Existen distintos tipos según su forma (ovoides, esféricas) y localización dentro de la célula (centrales, subterminales y terminales). Son muy comunes en el género Clostridium y Bacillus. Cuando una endoespora se libera de la célula madre o esporangio es muy resistente al calor (varias horas hirviendo en el caso de Clostridium botulinum). Las causas de la resistencia al calor parecen ser debidas a que durante la esporulación ocurre un proceso de deshidratación por el cual se elimina la mayor parte del H2O de la espora. A parte, todas las esporas contienen grandes cantidades de ácido dipicolínico (DPA) que no se encuentra en las células vegetativas. El DPA en forma de dipicolinato cálcico supone el 5 - 10% del peso seco de la endoespora y parece localizarse en la parte central de la espora.

    Las endoesporas bacterianas se usan como protección al contrario que las esporas fúngicas que se usan para reproducción.

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