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Estudio de las células y los cromosomas F.A. García Sánchez – M.J. Martínez Segura 11 Tema 1: “Estudio de las células y los cromosomas” � Teoría celular. � Partes de la célula animal. � Orgánulos celulares y funciones que desempeñan. OBJETIVOS I. Establecer la importancia de la célula como unidad básica de la vida y de los cromosomas como transmisores de ésta. II. Identificar sobre el esquema de una célula tipo los diferentes orgánulos que la componen. III. Describir los distintos componentes celulares haciendo referencia a su estructura básica y a la función que desempeñan. CONTENIDOS A DESARROLLAR Teoría Celular. Los primeros en establecer unas bases sólidas acerca de la teoría celular fueron Schleiden y Schwann (1838). El primero como botánico y el segundo como zoólogo señalaron que "vegetales y animales son un conjunto de células dispuestas según leyes bien definidas". A partir de este descubrimiento, se formuló la Teoría Celular, uno de los conceptos más amplios y fundamentales en Biología. Los postulados básicos en los que se apoya la Teoría Celular son los siguientes: 1- Todo lo viviente está formado por células. 2- Las células nuevas se forman por división de las células preexistentes. 3- Existe gran parecido entre las células, tanto animales como vegetales. 4- La actividad de un organismo depende de la actividad conjunta de todas sus células. La teoría celular expresa la idea de que la célula es la unidad vital, morfológica, fisiológica y genética de todos los seres vivos: • Unidad vital en el sentido de que es el elemento más pequeño con vida propia; • Unidad morfológica ya que posee una membrana que la limita y separa de otras células; • Unidad fisiológica ya que dentro de ella se realizan todas las funciones básicas de la vida, alimentación, respiración y reproducción; y • Unidad genética pues es en la célula donde están los cromosomas con los genes portadores de toda la carga genética del individuo. Publicado en García Sánchez, F.A. y Martínez Segura, M.J. (2003). Estudio práctico de Biopatología. La base biológica de algunos problemas educativos. Murcia: Diego Marín - ICE Estudio práctico de Biopatología 12 En este apartado nos vamos a centrar en aquellos contenidos que contribuyen a mejorar el conocimiento de la estructura celular, tomando como ejemplo una célula animal. Componentes celulares. La célula se puede definir como "la unidad estructural y funcional orgánica que puede vivir con independencia". Aunque varían en tamaño, forma y función, presentan siempre las siguientes estructuras básicas: membrana, citoplasma y núcleo. Veamos cada una de ellas por separado: Membrana celular. La membrana es una delgada capa elástica, poco visible, formada fundamentalmente por lípidos y proteínas, que recubre la superficie externa de la célula. Tiene como función regular el contenido celular y se encarga de controlar la entrada de elementos nutritivos y la salida de productos de desecho. Sus características de permeabilidad selectiva van a ser claves, tanto para entender el funcionamiento de las células nerviosas o neuronas, como para entender algunas de las alteraciones que acompañan a enfermedades como los Errores Congénitos del Metabolismo. Citoplasma. Es el espacio celular comprendido entre la membrana celular y el núcleo. En su interior se encuentran las siguientes estructuras: • Mitocondrias: tienen forma variada dependiendo de cambios funcionales relacionados con la ingesta de alimentos. Observadas al microscopio aparecen constituidas por dos membranas semitransparentes con unas crestas en su interior. Su principal función es transformar la energía potencial de los nutrientes que llegan al citoplasma celular en energía biológicamente útil para las actividades celulares. Se localizan en la zona del citoplasma que más actividad metabólica requiera. Están formadas por proteínas y lípidos, y se renuevan continuamente, siendo su vida corta. Contienen su propio ADN (distinto del ADN nuclear), el cual es recibido exclusivamente por línea materna (sólo los óvulos aportan mitocondrias al nuevo ser), y suele ser responsable de los trastornos englobados bajo el concepto de enfermedades mitocondriales. Estudio de las células y los cromosomas F.A. García Sánchez – M.J. Martínez Segura 13 • Ribosomas: son pequeñas partículas redondas que se encuentran libres o adosadas a algunas estructuras del citoplasma (fundamentalmente al retículo endoplasmático). Están compuestas fundamentalmente por ácido ribonucléico y proteínas. Su principal función está relacionada con la síntesis de proteínas celulares a partir de la lectura del código genético que aporta el ARN mensajero. • Aparato de Golgi: conjunto de vesículas próximas al núcleo, cuya función principal es la de almacenar las proteínas sintetizadas por los ribosomas -a corto plazo- y sacar fuera de la célula, en forma de vesículas, tanto el material no servible (desechos) como materiales expresamente producidos para su secreción. En efecto, este aparato agrupa y condensa partículas de sustancias que son revestidas por una nítida membrana, que forma los gránulos de secreción. El aparato de Golgi tiene por función la condensación y el revestimiento del producto de secreción de la mayoría de las células glandulares. • Retículo endoplasmático: Consiste en una especie de red de sacos aplanados, túmulos y conductos interconectados. Existen dos tipos unidos entre sí: el rugoso (con ribosomas adosados) y el liso (sin ribosomas). Aunque todas sus funciones aún no han sido dilucidadas, sabemos que participan activamente en la producción de proteínas que la célula fabrica en muchas ocasiones para exportar (proteínas que pasarían del retículo endoplasmático rugoso al liso y luego al aparato de Golgi, desde donde saldrían ya empaquetadas para su utilización o secreción), en la síntesis de lípidos (como hormonas esteroides, por ejemplo), en procesos de destoxificación de la sangre (por ejemplo en el hígado), en la degradación de sustancias (como glucógeno o glucosa), etc. • Centríolo: son dos estructuras cilíndricas cortas cuya función consiste en dirigir los movimientos de la célula (y más concretamente, los desplazamientos de los cromosomas) durante sus procesos de división (mitosis y meiosis). Forman el huso acrosómico o mitótico, sirviendo como puntos de convergencia de los microtúbulos del huso. En la célula en reposo, los centriolos se sitúan como unos gránulos, al lado o en el interior, del aparato de Golgi, cerca del núcleo celular. Las anomalías en la conformación o funcionamiento del huso acrosómico da lugar a células con anomalías cromosómicas muchas veces inviables. Estudio práctico de Biopatología 14 Lisosomas: técnicamente diríamos que son organelas que se observan en el citoplasma celular, en las cuales se produce la digestión que tiene lugar dentro del citoplasma celular. Son como pequeñas bolsas o sacos que contienen algunas de las enzimas necesarias para la digestión celular, las cuales, o bien son muy sensibles al equilibrio ácido-base (pH) existente en la célula (dichas encimas, de no estar protegidas así, serían automáticamente destruidas por el pH celular), o bien podrían llegar a ser peligrosas para la propia célula ya que libres serían capaces de degradar los componentes de la célula viva. Cuando un metabolito entra en la célula queda envuelto en su vacuola correspondiente a la que se acopla el lisosoma para verter en su interior su contenido enzimático, produciéndose así los fenómenos de digestión celular. Esta forma de funcionamiento celular limita las posibilidades de tratamiento de los Errores Congénitos del Metabolismo con técnicas como las terapias de sustitución de encimas. Núcleo. Es una estructura esferoidal u ovalada situada generalmente en el centro de la célula. Está formadapor: • Membrana nuclear: se trata de una membrana muy delgada con características semejantes a las de la membrana plasmática. • Carioplasma: es el citoplasma nuclear y en él se encuentran los cromosomas, los cuales, cuando no están condensados, aparecen como una red irregular de hebras y gránulos denominada cromatina, formada por ácido desoxirribonucléico (ADN) y proteínas. • Nucleolo: cuerpo esférico que se encuentra dentro del núcleo, en número variable. Son formaciones de carácter ácido y ricas en ácido ribonucléico y proteínas. Su función se cree que está relacionada con la síntesis del ácido ribonucléico (ARN). • Los cromosomas, esos cuerpos filamentosos que se encuentran dentro del núcleo celular, son capaces de autoduplicarse y mantener sus propiedades morfológicas y fisiológicas a lo largo de la división celular. Al ser un elemento clave en distintas patologías que nos interesa estudiar, vamos a analizarlos ahora con un poco más de detalle: Estudio de las células y los cromosomas F.A. García Sánchez – M.J. Martínez Segura 15 ∗ Composición: constan principalmente de ADN y proteínas. De ellos dos, el ADN es el compuesto más estable; nunca abandona el núcleo y es capaz de reproducirse por sí mismo. El ADN consta de un azúcar puro (desoxirribosa), fosfato y cuatro bases nitrogenadas: adenina, guanina, timina y citosina. ∗ Forma: tienen forma variada, dependiendo del momento del ciclo celular en que se encuentren. Así, en la interfase (cuando la célula está en reposo) tienen forma filamentosa; en la división celular, adquieren una forma engrosada que los caracteriza. ∗ Tamaño: el tamaño de los cromosomas es muy variado, aunque es constante siempre para un par de cromosomas homólogos. ∗ Número: varía de una especie a otra; aunque, dentro de una misma especie, todas las células suelen tener el mismo número de cromosomas. En el hombre, todas las células tienen 46 cromosomas (23 pares de cromosomas homólogos, 2n), excepto las reproductoras que tienen un número haploide (23 cromosomas). ∗ Función: la función general de los cromosomas es transportar la herencia genética. La estructura de los cromosomas. ♦ Cromátidas: son los brazos que constituyen el cromosoma; en ellas se observan condensaciones claras y oscuras que sirven para la identificación de cada cromosoma. ♦ Centrómero: es la porción intermedia del cromosoma (situada entre sus dos cromátidas). Está compuesto por ADN y sus funciones principales son: − sostener las cromátidas hermanas del cromosoma (la copia del cromosoma), − unir los cromosomas a las fibras del huso mitótico durante la división celular para permitir el movimiento migratorio del cromosoma. − separar las dos cromátidas hermanas durante la división celular, lo que se consigue a través de la duplicación del centrómero. ♦ Genes: son los responsables directos de la herencia y vienen determinados por la secuencia de las bases nitrogenadas que constituyen el ADN del cromosoma. Cada gen de un mismo cromosoma es diferente al otro, mientras que los genes de un par de cromosomas homólogos son semejantes (por lo menos en cuanto al tipo de información genética que portan). Así pues, dos cromosomas homólogos presentan genes dispuestos en un orden similar. Estudio práctico de Biopatología 16 PROPUESTAS DE ACTIVIDADES ACTIVIDAD 1: En el esquema de la estructura de la célula, que aparece a continuación, debes señalar en el dibujo todos las partes y los orgánulos que te indicamos: Membrana / Citoplasma / Mitocondria / Ribosoma / Centríolo / Aparato de Golgi / Lisosoma / Núcleo / Carioplasma / Nucleolo / Membrana Nuclear /Retículo Endoplasmático Liso / Retículo Endoplasmático Rugoso Estudio de las células y los cromosomas F.A. García Sánchez – M.J. Martínez Segura 17 ACTIVIDAD 2: Relaciona cada uno de los siguientes conceptos con la función que desempeñan dentro de la célula y completa esta información cuando sea preciso. Mitocondria Membrana Citoplasma Núcleo Cromatina Centríolo Ribosoma Lisosoma Aparato de Golgi Nucleolo Retículo Endoplasmático Esta relacionado con los procesos de digestión intracelular y para ello contienen en su interior ........................................ Es el cuerpo de la célula, en él están contenidos diferentes orgánulos. Es un centro de almacenamiento y distribución de ....................................... y, en ocasiones, también se ocupa en tareas de excreción celular. Se encargan de sintetizar proteínas. Se relaciona con la síntesis de ARN. Regula las interacciones entre la célula y su entorno. Su función básica es la respiración celular, así como convertir la energía potencial que se encuentra en el combustible celular en una forma útil de energía para la célula. Existe dos tipos: el ........................................ y el ............................................. . Su función es la de sintetizar. Secretar y almacenar algunos productos como: carbohidratos, hormonas esteroides, lípidos, etc. diferentes a las proteínas. Desempeña un papel muy importante en el proceso de división celular, ya que se encarga de dirigir los movimientos de la célula en ese momento. Es el centro de control de la célula y contiene los cromosomas. Es una mezcla de ADN y proteínas que cuando se condensa da lugar a los cromosomas. Estudio práctico de Biopatología 18 ACTIVIDAD 3: Observa y completa el siguiente gráfico con los términos que aparecen a continuación: Centríolo / La membrana celular / Las mitocondrias / ADN / Retículo endoplasmático / enzimas / el núcleo / Aparato de Golgi / Lípidos / Proteínas / Ribosomas / Cromosomas / Retículo Endopasmático Liso / Carioplasma / Lisosomas /Nucleolo / Retículo Endoplasmático Rugoso / Membrana nuclear / La Célula realiza Funciones como División celular Generar energía se realiza a través de se realiza por implica se realiza en está compuesta por contienen puede ser lleva compuesto por en el se encuentran contienen dirigida por Relación extracelular Síntesis, almacenamiento y transporte Estudio de las células y los cromosomas F.A. García Sánchez – M.J. Martínez Segura 19 FUENTES DOCUMENTALES Bibliografía recomendada Curtis, H. (1985). Biología. Barcelona: Panamericana (4ª Ed.). Cap. 5: Cómo están organizadas las células (pp, 124-153). Bibliografía para ampliación De Pablo, J.M. (1998). Estructura, desarrollo y reproducción celular. En A. Abril, E. Ambrosio, M.R. de Blas, A.A. Caminero, A.A., J.M. de Pablo y E. Sandoval (Eds.). Fundamentos biológicos de la conducta. Madrid: Sanz y Torres (pp. 55-98). Duve, C. (1988). La célula viva. Barcelona. Labor. Sandoval, E.. de Pablo, J.M., de Blas, R., Caminero, A. y Ambrosio, E. (1998). Transporte y metabolismo celular. En A. Abril, E. Ambrosio, M.R. de Blas, A.A. Caminero, A.A., J.M. de Pablo y E. Sandoval (Eds.). Fundamentos biológicos de la conducta. Madrid: Sanz y Torres (pp. 99-120). Wallace, R.A., King, J.L. y Sanders, G.P. (1991). Biología molecular y herencia. México: Trillas. CUESTIONES PARA LA VALORACIÓN DE LOS APRENDIZAJES • ¿Cuál es la estructura básica de la membrana plasmática? ¿Cuál es su función?. • ¿Qué función desempeñan los lisosomas en la célula?. • ¿Qué función de la célula se vería afectada si ésta no tuviera centríolo?. • ¿Cuáles son los orgánulos celulares relacionados con la síntesis de proteínas?. • ¿En qué radica la importancia del núcleo?. • ¿Qué papel desempeñan las mitocondrias en la célula?.
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