Citología y Fisiología celular

Citología y Fisiología celular

Introducción y teoría celular:
La célula es muy pequeña, tanto, que escapa a la vista humana por lo que no se decubrieron hasta que no tuvieron las técnicas necesarias necesarias para su observación. Cuando se obtuvieron estas células se descubrió su concepto y teoría celular.

Esta historia comienza en el siglo XVII con Leevnwenhoek (1632-1723). Fue el inventor de un juguete para adultos que fue el primer microscopio y lo hizo aplicando el principio de los lentes covergentes que habían sido descubiertos por los hermanos Jansen en 1590. Consistía en unir las lentes convergentes que permitían ampliar las imágenes y ,con ello, conservar las células. Jugó a observar muchas células como las del semen o el agua de las charcas, además de observarlas también las dibujaba pero sus observaciones estaban mediatizadas por sus convinciones religiosas pseudocientíficas. Para entonceslos descubrimientos científicos se basaban en la biblia también y ello hizo que dibujase las células con cara por lo que realmente no las descubrió. Por aquel entonces se creía en las generaciones espontáneas.
La primera aproximación al concepto de célula fue Hook en 1665 y lo hizo con el microscopio de Leeunwenhoex observando un corcho. Observó que habían unas celdas poliédricas que le recordaba a paneles de abejas y a aquellas las llamaba cells(celda en latín).
Lo que este realmente observaba eran huecos de las células al morir.
A medida que avanzaba el tiempo se fue mejorando las técnicas de observación como el microscopio óptico ya que usa la luz para formar las imágenes que es distinto al microscopio electrónico que se descubrió mucho más adelante.
Otra técnica de observación que se fue mejorando fue utilizar los corte ultrafinos mediante microtomos(ranura donde se introducía el material genéticopara poder ser observado.)
Otra técnica de finales del S.XIX era la posibilidad de hacer tinciones selectivas, tiñiendo orgánulos de forma distinas.
Todo esto permitió que se dieran numerosos descubrimientos (núcleo, citoplasma, aparato de Golgi.)
Entre los años 1838-1839, dos invenstigadores alemanos por separado, Schleiden y Schwan. El primero era botánico y el segundo zoólogo. Se dedicaron a observar tejidos vegetales y animales y elaboran con elos la teoría celular.
Lo que venía a decir esta teoría era que las células de Hook eran la unidad estructural y funcional de los seres vivos capaces de tener una vida independiente.
Cuando se descubre la célula(teoría celular), la pseudociencia(basada en la religión) no le quedó más remedio que admitir la existencia de la célula ya que se veían, pero su origen era por generación espontánea.
Lo que Scheilden y Schwan era como se originaba la célula.
En 1858 Virchow se dedicó a observar muchos animales y plantas y cómo se originaban éstas y observó que siempre procedían de una primera célula.Su famosa máxima era"omnis célula e célula"
Con Vorchow se cerraba el problema de la teoría celular: la célula es la unidad anatómica y fisiológica de los seres vivos. Las células son capaces de realizar las funciones vitales independientemente (autonomía), se nutren, relacionan y reproducen por sí mismos. Esto también ocurre en los pliuricelulares si se les da las condiciones adecuadas. Además toda célula procede de otra.

Origen estructural general y niveles de organización celular.

1.Niveles de organización:
De los seres vivos comparamos lo vivo con lo muerto:particulas elementales,átomos,moléculas,pequeñas amorfas o cristalinas,igual a mineral.

Macromolécula extraordinaria complejas.(proteínas, ácidos nucleicos) no están vivos (no son un nivel de organización biótico)

No son capaces de realizar las funciones vitales, se asocian entre sí formando complejos supramoleculares(proteínas más ARN igual a ribosomas)igual a orgánulos no bióticos.
Sólo la célula tiene una alta complejidad, suficiente para realizar funciones vitales y ser autónomas. Este sería el primer nivel biótico de los seres vivos.
Según su complejidad hay dos tipos celulares, las más primitivas, procariotas y las más evolucionadas, eucariotas. Son dos tipos de organización celular que existen en los seres vivos.
Junto a esto hay otro tipo de organización no celular en los seres vivos, que son los virus.
Los virus comparados con la célula son sencillos (complejos supramoleculares), están formados por ácido nucleico + proteína, no son capaces de realizar por sí mismo las funciones vitales, no tienen metabolismo, ni nutrición, ni reproducirse por sí mismo, sólo hacen la función vital de relación, son parásitos obligados.
Se dice que es la frontera entre lo vivo y lo inerte.


2.Origen y estructura general de las células:
Surgieron hace 3.500 millones de años, en una atmósfera primitiva reductora (rica en NH3, CH4, H2, H2Ov) y energética, procedía de los volcanes, rayos ultravioletas y descargas eléctricas.En estas condiciones se forman los monómeros que terminaban por caer al océano primitivo, que se llama "gran cardo" o "sopa primigenia".
Estos monómeros se forman en sus polímeros:
-aminoácidos→proteínas
-ácidos grasos→lípidos
-nucleótidos→ácidos nucleicos
Un ADN con una serie de proteínas quedó envuelto en una membrana lipídica, se había originado la primera célula.
Esta célula fue procariota, la más sencilla, se había originado la primera bacteria, que sería heterótrofa, fermentativa y anaeróbica.
Se alimentaba de materia orgánica del océano primitivo sin oxígeno porque no existía. Hasta que empezó a escasear el alimento, que constituye la primera crisis energética.
En esta situación la selección natural lo que hizo fue favorecer a unos procariotas capaces de fabricar su propio alimento a partir de la materia inorgánica (fotosíntesis).
Aparecieron las primeras algas cianofíceas (verde-azuladas). Estas algas aseguraban la perpetuación de la vida sobre la Tierra.
Las células eucariotas aparecieron hace 1500 millones de años. Se cree que apareció con la fusión de dos células procariotas que originó el núcleo y los orgánulos membranosos. este eucariota primitivo adquirió la capacidad de realizar la fagocitosis (capacidad de algunas células de destruir las bacterias o agentes nocivos para el organismo).

Cuando fagocitó a un procariota heterótrofo dió lugar a la mitocondria, monómeros + oxígeno, produce energía (respiración celular).
Cuando fagocitó a un alga cianofícea dió lugar a un cloroplasto, materia inorgánica + luz (monómeros).
Cuando mitocondrias y cloroplastos transfirieron a la célula los genes necesarios para su independencia se habían convertido desde célula independiente a orgánulo celular eucariota. Todo esto se conoce como teoría endosimbiótica.
Procariotas:
Tiene un diámetro de 1-10µm. Son más sencillas y más primitivas.
Todas presentan pared celular no celulósica, tanto animal como vegetal.
Me,brana plasmática, ribosomas 70s (síntesis de proteínas), único orgánulo que poseen las células procariotas es el más fundamental. Su ADN no tiene proteínas, forma un único cromosoma circular que está desnudo (sin membrana nuclear), se encuentra en una posición central, se llama nucleoide.
Tienen flagelos(fligelina)
Eucariotas:
Tiene un diámetro entre 10-100µm. Son más complejas.
La diferencia fundamental es la compartimentación de orgánulos membranosos. Estos compartimentos permiten realizar más funciones.
Permite que la célula pueda realizar distintas reacciones químicas aunque sean incompatibles.
Presentan membrana nuclear = núcleo, un compartimento más.
ADN asociado a proteínas = cromatina, que luego forma los cromosomas en división.
Tienen nucleolo donde se produce la síntesis de ARNr.
Núcleo, orgánulo membranoso, retículo endoplasmático que se encarga de la síntesis y tratamiento de lípidos y proteínas, aparato de Golgi (síntesis de glúcidos y tratamiento de sustancias dedicadas a la exportación o almacenamiento de lisosomas).
Tienen ribosomas 80s (síntesis de proteínas).
Mitocondria que realizan la respiración celular, monómeros + oxígeno→ CO2 + H2O + energía.
Tienen cilios y flagelos (tubulina).

-Vegetales: Son iguales que los animales, pero además, tienen pared celular(celulosa), plastos (almidón y pigmentos fotosintéticos)(cloroplastos, realizan la fotosintesis).Tienen muchisimas vacuolas 90%.
No tienen centrosoma( es el responsable de los movimientos de los cromosomas durante la división)
Son las bacterias y las algas verdeazuladas( cianoficeas) son procariotas. Son los únicos que presentan células procariotas, los demás organismos presentan células eucariotas.
¿Cómo explicar la gran variedad de estructuras y funciones celulares en los distintos tejidos? Se debe a la diferenciación celular, total de ADN, represión irreversible 90% genes y 10% proteínas,estructura y funciones.


Membranas celulares/plasmática.
La aparición espontanea de la primera membrana fue lo que dio lugar en la primera célula.
La membrana celular es una frontera entre el interior y el exterior de la célula, es una frontera activa que mediatiza los intercambios célula-medio.
En la membrana celular se localiza una serie de reacciones químicas que tiene que ver con otras funciones que se realizan en la membrana.No tiene nada que ver con el aspecto pasivo de la membrana.
Solo se puede ver con un macroscopio electrónico.
Para su estudio se suele utilizar eritrocitos, globulos rojos (semicélulas) tienen muchas membranas.
Una vez purificada la membrana , se ve que su composición es de un 40% lípidos y un 60% proteínas, esta composición es semejante a la mayoría de las membranas.
Hay membranas más especializadas en alguna función.


1)Lípidos:
Son la mayor parte fosfolípidos, pero tambien hay glucolípidos y colesterol( especialmente en células animales (fitoesteroides))

Todos los lípidos tienen una característica en común, tienen una parte hidrófila(polar) y una parte lipófila (/apolar).Son anfipáticos.Forman bicapas, le dan estructura a la bicapa y propiedades a la membrana que se debe a los lípidos.
La membrana tiene una propiedad que se debe al autoensamblaje,permite la fusión de membranas sin perdida de continuidad, lo mismo que ocurre con las pompas de jabón.

Sin contacto con el medio.Esto permite explicar el funcionamiento de los liposomas, que son vesiculas de fosfolípidos(mediante cosméticos).

El autoensamblaje perimite la endocitosis.

Las membranas también se autosellan.

La rotura de membrana sin perder continuidad permite la exocitosis, basado en las propiedades.Estas se produce por la afinidad química de sus lípidos y anfipáticos.

Fluidez. Las membranas son fluidas, más o menos líquidas (dispersión). Están formadas por bajo punto de fusión de lípidos, ácidos grasos cortos más insaturados. Además los enlaces son siempre débiles (Van der Waals, hidrofóbicos), fluidas y flexibles. Permiten la difusión de las moléculas de la membrana (difusión lateral), síntesis de proteínas asociadas a la membrana (tunel). difusión de arriba a bajo no es posible por el colesterol. El colesterol estabiliza la bicapa e impide que se convierta en monocapa, no difusión de arriba a abajo.

Impermeable. La memebrana es apolar, separa las capas polares. Son impermeables para las sustancias polares y/o que tienen cargas. También para las moléculas que son muy grandes, que llevan un sistema de transporte específico.

2)Proteínas:

Los lípidos le dan a las membranas las propiedades de su estructura. La myoría de sus funciones se deben a las proteínas. Las posiciones de la proteína dentro de la membrana dependen de lo lipófila que sean o apolar. Si es así se encuentran dentro de la bicapa mientras que si es lo contrario estará entremedias o en la cabeza.

La facilidad/dificultad de separar las proteínas dependerán también de su posición.
Las proteínas lipófilas o hidrófobas que se sitúan atravesando la bicapa se denominan intrínsecas y quellas que son lipófobas e hidrófobas se deniminan extrínsecas. Estas se sitúan en al periferia.Al igual que con los lípidos, también poseen difusión lateral(proteínas de túnel) en cuyo caso difunden pero más despacio debido a su mayor peso.

3)Oligosacáridos:
Son cadenas entre 2-10 monosacáridos. Se encuentran combinados con algunos lípidos y proteínas de la membrana que son los glucolípidos/glucoproteínas. Estas se encuentran típicamente en la cara externa de la membrana y constituyen lo que se llama el glicocálix.


4)El modelo del mosaico fluido:
Lo dieron Singer y Nichocson en 1972 como modelo de la membrana vigente.
Según esta membrana, las moléculas de prteínas y lípidos forman un puzzle(mosaico fluido y flexible que permite difundir lateralmente). Las membranas son asimétricas (distintas partes con distintas cosas), el glucálix y las proteínas extrínsecas no están en ambas partes.

Funciones de la membrana plasmática:

SE debe a las proteínas.La membrana tiene un papel durante la división celular pero sus funciones más importantes tienen que ver con el intercambio con el medio y las reacciones químicas que se localizan en ella. Estas reacciones químicas tienen que ver con el intercambio de materia y/o información con el medio y otros que tienen que ver con el movimiento de la célula.

Las proteínas actúan como transportadores de sistancias con el medio.
Actúan como responsables de identificación celular (como un D.N.I.) Esto permite al reconocimiento celular rechazar lo extraño atacándolo. Esto se consigue mediante el glicálix.
Poseen los receptores hormonales no lipídicos.Son específicos.

Una hormona es un sistema químico  de transmisión de la información , va por la sangre , solo afecta a las células diana con receptores para ella.

La adrenalina es el primer mensajero, la célula fabrica AMPc, que es el segundo mensajero, éste desencadena la respuesta celular a la hormona. Por un lado se modifica la permeabilidad de la membrana, aumenta la velocidad del metabolismo, regula la expresión genética (teoría del operon).
El AMPc desencadena en el interior de la célula la respuesta, activa los enzimas reguladores, se activa la fosforilasa quinasa ( 2Fb→Fa), enzimas modulados covalentemente, también activa enzimas alostéricos. Siempre que hay una transmisión química de la información (hormonas, neurotransmisores), debe ser destruido inmediatamente el transmisor para no producir un efecto continuo.
La enzima fosfodiesterasa destruye el AMPc, la cafeína destruye la fosfodiesterasa, la cafeína mantiene más tiempo el estado de excitación de la adrenalina.Actividad ATP asica. Algunas de sus proteínas realizan la hidrólisis del ATP.
H2O + ATP ↔ ADP + Pi + E
Tiene que ver con el transporte, con los movimientos celulares debidos a las proteínas contráctiles (músculos).

1)Transporte de pequeñas moléculas

La membrana son semipermeables, es decir, tiene una permeabilidad selectiva.La membrana resulta impermeable para las grandes moléculas y tambien para otras moléculas polares y con cargas electricas.

El transporte a través de la membrana puede ser pasivo (espontaneo,sin consumo de energía)o bien un transporte activo con consumo de energía.La membrana ejerce el control sobre las sustancias.

1.1)Transporte pasivo:

El transporte es pasivo cuando un soluto es empujado por la presión osmótica,difusión a favor de un gradiente de concentración o químico.

Cuando un soluto tiene cargas electricas.Existe un gradiente electrico.se llama un gradiente electroquímico.

Gradiente químico, sustancia que se mueven empujadas por la presión osmótica.

Estas sustancias se disuelven,que son polares y tambien tienen cargas electricas, se forman gradientes electrico, si le sumas el gradiente químico son gradiente electroquímico.

-Difusión simple, es la forma que tiene de atrabesar la membrana las sustancias apolares,(ác.grasos,O2,N2,hormonas lipídicas,insecticidas).

Como son apolares se disuelven en los lípidos de la membrana y las traviesa por difusión 

En las sustancias polares (H2O, iones), no se disuelven en los lípidos de la membrana, no atraviesan la membrana de esta manera sino que aprovechan las proteínas intrinsecas/transmembrana por difusión canales acuosos(H2O) onoforos(iones).

-Difusión facilitada,son moléculas más grandes y/o polares( amino´´acidos, monosacaridos) estas necesitan la ayuda de un transportador, este transportador son proteínas de las membranas, como todas son específicas de su ligando (aminoácidos, monosacaridos)ambia su estructura e introduciendo la sustancia siempre a favor de un gradiente.

1.2)Transporte activo

Difusión facilitada.Contra gradiente.El cambio estructural del transportador consume energía.
Las moléculas más grandes como virus y bacterias llevan otros mecanismos específicos de transporte, como son la pinocitosis y la fagocitosis. 


Pared celular:
La pared celular es exclusivo de las células vegetales, eucariotas.
Está formada por unas sustancias secretadas (secrección) por las células.Es un orgánulo "extracelular". Como toda secrección lo hace a través del Aparato de Golgi (también sintetiza los componentes de la pared celular).
La formación de la pared celular comienza cuando  se divide una célula. Se forma desde la división celular, formación lámina media. Se llama citocinesis por tabicación.

La lámina media está constituida por polisacáridos y glucoproteínas. Se añaden nuevas capas por aposición (unas capas sobre otras).
Por aposición en la lámina media se pueden juntar entre 3 o 4 capas que están formadas por celulosa y cemento.
Celulosa, son haces paralelos en cada capa y cruzados con la capa anterior y posterior, su estructura y consistencia es cuasicristalina.
Cemento, está formado de polisacáridos, hemicelulosa, preoteínas y sales.
Todo esto constituye la pared primaria.
La pared primaria se caracteriza porque predomina el cemento sobre la celulosa. Es típico de las células embrionarias.
En el meristemo (tejido embrionario) apenas se diferencian, según se van quedando atrás se produce la diferenciación celular (distintos tejidos adultos).
Cuando se da la diferenciación celular se forma la pared secundaria por aposición de la primera.
La pared secundaria tiene de 3 a 20 capas. En ella predomina la celulosa sobre el cemento. Es una pared estándar, sobre esta pared algunas células sufren modificaciones.
Las células que hacen de sosten o las que forman vasos, en la pared secundaria acumulan lignina (proteína rígida), las células de la epidermis producen cutina (cera), las semillas de las gramíneas acumulan Si, CaCO3 para endurecer la semilla, en el corcho suberina que es impermeable e inifugo.

Funciones de la pared celular:

La pared celular sostiene, da rígidez y forma las células vegetales y también protege del choque osmótico. No necesitan esqueleto.
Las células vegetales no tienen plasmolisis porque no explotan, tienen turgencia.
Como es impermeable, las células se comunican a través de unos orificios que atraviesan la pared (punteaduras), que permiten el contacto entre las membranas.
En algunos casos en células más evolucionadas es cuando la célula se divide, la división no es completa, comparten el retículo endoplásmico son los plasmodesmos (citocinesis por tabicación).


Hialoplasma soluble:
En el interior de una célula, es un líquido gelatinoso,dispersión coloidal en estado de sol.
Hialoplasma,también se le conoce por citosol por la dispersión coloidal en estado de sol.
El hiaoloplasma es el medio interno de la célula.Es amorfo y está estructurado por el citoesqueleto.
Si le quitamos el citoesqueleto y las inclusiones(almidón/glucogeno envuelto en membrana, gota de lípidos desnudas, cristales de pigmentos o de proteínas) lo que nos queda es el hiaoloplasma soluble(hialino translucido).
Está formado en un 85% de H2O + monómeros + iones + metabolitos (son sustancias intermedias del metabolismo)+ ARNs + muchas enzimas.
Las enzimas del metabolismo necesarias que ocurren en el hialoplasma son síntesis de proteínas de ribosomas libres, catabolismo anaeróbico de los azúcares y la conversión mecanoquímica de la energía (energía química en movimiento).
El metabolismo que ocurre en el hialoplasma es metabolismo intermediario, comienza y termina en un orgánulo sólo partes intermedias en hialoplasma.
El hialoplasma es el lugar de la encrucijada metabólica.

Orgánulos no memebranosos:

Citoesqueleto y estructuras afines:

El citoplasma está ocupado por un líquido viscoso, coloide, dispersión en estado sol. Siendo un líquido no es amorfo (hialoplasma).
Está estructurado por red de proteínas (citoesqueleto), que da forma a la célula. Sostiene a los orgánulos y está relacionado con los movimientos celulares.
Estructuras afines al citoesqueleto y el citoesqueleto son diferentes estructuras semejantes entre sí y a los filamentos de las células musculares. Son inhibidos por un metabolito citocolasina B (moho).
Los movimientos celulares son fagocitosis, exocitosis, anillo contractil, ciclosis, movimiento de los cromosomas, de los cilios, de los flagelos, contracción muscular, todos son inhibidos por la citocolasina B (dejan de ocurrir). Ciclosis (corrientes citolplasmáticas).
Si todos se inhiben por el mismo tipo de sustancia quiere decir que todos están formados por proteínas parecidas que realizan interacciones semejantes.
Contracción muscular, las células musculares están completamente abarrotadas de unos filamentos llamados miofibrillas.
En estos filamentos se repiten unas estructuras lllamadas sarcómeros, sería la unidad estructural y funcional de la célula muscular.
Un sarcómero está formado por dos tipos de filamentos, filamentos gruesos (miosina) que son fijos por la base y filamentos delgados (actina) que se encuentran entre los filamentos gruesos, éstos son flotantes no están unidos a nada.
Función del sarcómero, la miosina tiene unas cabezas, en un músculo relajado los filamentos gruesos y delgados están separados. Durante la contracción las cabezas de la miosina se unen a los filamentos delgados y después se produce un cambio de orientación de las cabezas de la miosina con consumo de energía.
Se produce un deslizamiento de los filamentos gruesos (fijos) sobre los delgados (flotantes), no se acortan los filamentos se deslizan, se acorta el sarcómero.
Toda la célula muscular y el músculo se acorta. Esto se llama el modelo de los filamentos deslizantes, que es el que explica la contracción muscular.
Los movimientos celulares se deben a estructuras derivadas del citoesqueleto producidas por tres tipos de filamentos.

1)Los microfilamentos:
Tienen un diámetro de 4 nm (10(-9) m). Están formados de actina. La actina es una proteína globular que polimeriza en dos hebras enrolladas helicoidalmente. Son los responsables de los cambios en longitud de las membranas, endocitosis y exocitosis (invaginaciones y evaginaciones de la membrana). Causados por los filamentos.
Por los mismos filamentos se produce el anillo contractil de la citocinesis animal.
2)Filamentos intermedios:
Tienen un diámetro entre 8-10 nm. Varían en cada tipo celular, encontramos:
Neurofibrillas en las neuronas. Los neurotransmisores se fabrican en el Aparato de Golgi. 
Queratina de las células epidérmicas.
Citoesqueleto Los filamentos intermedios producen la ciclosis (corrientes plasmáticas), sirven para mover cosas en la célula o a ella misma. Se produce movimiento, ciclosis.
3)Microtúbulos:
Tienen un diámetro de 25 nm y están formados de una proteína globular que se llama tubulina, se caracteriza porque polimeriza en tubos.
Estos tubos organizados de distintos modos son los responsables de los movimientos del cromosoma durante la división, forman cilios, flagelos, centriolos, corpúsculos basales y base de sustentación del citoesqueleto.
Los filamentos intermedios están pegados a los microtúbulos.
Algunas son estructuras más o menos complejas, algunas son lábiles (se rompen fácilmente), da forma como el huso acromático.
Esto permite a la célula adaptarse a las condiciones de vida. Más estables son los cilios, flagelos y centriolos.
La tubulina se ensambla para formar los microtúbulos siempre en cierta orientación, se llama polaridad.
Poe el lado que se ensambla, se polimerizan, se organizan, es decir, crecen y por el otro lado se despolariza, se desorganiza, es decir, acortan.
Todos estos elementos del citoesqueleto se forman a partir del centro organizador de los microtúbulos. Se encuentra en un orgánulo exclusivo animal llamado centrosoma.

3.1)Centrosoma:
Es un pequeño orgánulo estrellado en la periferia del núcleo y rodeado del Aparato de Golgi.
Está formado por dos centriolos, cilindros de proteínas, que están colocados perpendicular uno del otro.
Alrededor de los centriolos se encuentra la sustancia pericentriolar, aquí nos encontramos la tubulina y enzimas necesarias para su polimerización. 
Esto es el centro organizador de los microtúbulos, desde ahí crecen hacia arriba. 
Los animales son los que tienen centrosoma.
Los vegetales no tienen centrosoma, pero si centro organizador de los microtúbulos, zonas más densas y amorfas que tienen en los polos de las células.

3.2.-Cilios y flagelos:
Lo presentan las células animales y vegetales.
Se diferencian en el número, en la longitud y en el tipo de movimiento que realizan.
Los flagelos se encuentran en 1 o 2, son largos y producen un movimiento de propulsión.
Los cilios son muchos, son cortos y reman.
Son extraordinariamente semejantes, estructural y funcionalmente.