Biología: la vida en la Tierra


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1 Teresa Audesirk Gerald Audesirk Bruce E. Byers Biología: la vida en la Tierra Capítulo 4 Estructura y función de la célula

2 Contenido del capítulo Qué es la teoría celular? 4.2 Cuáles son las características básicas de las células? 4.3 Cuáles son las características principales de las células eucarióticas? 4.4 Cuáles son las características principales de las células procarióticas?

3 Contenido de la sección Qué es la teoría celular? Todos los seres vivos se componen de una o más células.

4 Qué es la teoría celular? Los principios de la teoría celular moderna: Todo organismo vivo se compone de una o más células. Los organismos vivos más pequeños son células individuales y las células son las unidades funcionales de los organismos multicelulares. Todas las células nacen de células preexistentes.

5 Contenido de la sección Cuáles son las características básicas de las células? Las funciones de las células limitan su tamaño. Todas las células tienen características comunes. Hay dos tipos básicos de células: procarióticas y eucarióticas.

6 Las funciones de las células limitan su tamaño Casi todas las células son pequeñas, y miden entre 1 y 100 micras de diámetro.

7 FIGURA 4-1 Tamaños relativos. Las dimensiones que suelen encontrarse en biología van desde unos 100 metros (altura de las secuoyas más altas) hasta unas cuantas micras (diámetro de la mayoría de las células) y unos cuantos nanómetros (diámetro de muchas moléculas grandes). Observa que en el sistema métrico (empleado casi exclusivamente en la ciencia en muchas regiones del mundo) se dan nombres distintos a las dimensiones que difieren en factores de 10, 100 y 1000.

8 Las funciones de las células limitan su tamaño Las células necesitan intercambiar nutrimentos y desechos con su ambiente exterior. Ninguna parte de la célula puede estar alejada de su ambiente exterior.

9 Todas las células tienen características comunes La membrana plasmática encierra a la célula y regula el flujo de material.

10 FIGURA 4-2 La membrana plasmática

11 Todas las células tienen características comunes El citoplasma es el espacio interior donde ocurren las reacciones metabólicas de la célula. Contiene organelos. La porción fluida (citosol) contiene agua, sales y una variedad de moléculas orgánicas.

12 Célula animal representativa

13 Célula vegetal representativa

14 Todas las células tienen características comunes Todas las células usan el ADN (ácido desoxirribonucleico), como plano de la herencia. Todas las células usan el ARN (ácido ribonucleico ), para copiar y ejecutar la construcción de las proteínas.

15 Todas las células tienen características comunes Todas las células obtienen energía y nutrimentos del ambiente. Todas las células utilizan bloques de construcción para construir las moléculas de la vida.

16 Hay dos tipos básicos de células Las células pueden ser: Procarióticas: antes del núcleo. Eucarióticas: núcleo verdadero.

17 Hay dos tipos básicos de células Procarióticas Antes del núcleo

18 flagelo procariótico gránulo de alimento ribosomas cromosoma (región nucleoide) pelo cápsula o capa mucilaginosa pared celular plásmido (DNA) citosol membrana plasmática FIGURA 4-20a Células procarióticas

19 FIGURA 4-20b Células procariónticas

20 Hay dos tipos básicos de células Eucarióticas Núcleo verdadero

21 Célula animal representativa

22 Célula vegetal representativa

23 Contenido de la sección Cuáles son las características principales de las células eucarióticas? Las paredes celulares sirven de sostén a algunas células eucarióticas. El citoesqueleto brinda forma, soporte y movimiento. Los cilios y flagelos mueven a la célula o a los líquidos para que éstos pasen por la célula. El núcleo es el centro de control de la célula eucariótica.

24 Contenido de la sección Cuáles son las características principales de las células eucarióticas? (continuación) El citoplasma eucariótico incluye un complejo sistema de membranas. Las vacuolas desempeñan muchas funciones. Las mitocondrias extraen energía de las moléculas de alimento. Los cloroplastos captan la energía solar y la transforman en energía química. Las plantas utilizan plástidos para almacenamiento.

25 Características principales Las células eucarióticas suelen medir más de 10 micras de diámetro. Una diversidad de organelos encerradas dentro de membranas realizan funciones específicas. El citoesqueleto da forma y organización.

26 Características principales Las células animales y vegetales difieren en cuanto a paredes celulares, cloroplastos, plástidos, vacuolas centrales, y centriolos.

27 Célula animal representativa

28 Célula vegetal representativa

29 Célula animal representativa

30 Paredes celulares Las superficies exteriores de las plantas, hongos y algunos protistas tienen recubrimientos relativamente rígidos y sin vida que se llaman paredes celulares. Las paredes celulares están hechas de polisacáridos como la celulosa o la quitina. Las paredes celulares soportan y protegen a las células que de otra manera serían frágiles y por lo general son porosas.

31 Paredes celulares Las paredes celulares están hechas de polisacáridos como la celulosa o la quitina.

32 Paredes celulares Las paredes celulares de las plantas pueden tener varias capas: Las paredes celulares primarias de las plantas son exteriores. Las paredes celulares secundarias son interiores. Las paredes celulares primarias de las células contiguas se unen por medio de la laminilla intermedia.

33 FIGURA 4-5 Paredes de células vegetales

34 El citoesqueleto El citoesqueleto forma una red de fibras proteicas dentro del citoplasma. Está formado por microtúbulos, filamentos intermedios y microfilamentos.

35 FIGURA 4-6a El citoesqueleto

36 FIGURA 4-6b El citoesqueleto

37 El citoesqueleto Funciones importantes del citoesqueleto: Mantiene y da forma a la célula. Proporciona el movimiento celular. Proporciona el movimiento de los organelos, incluyendo la vesículas formadas durante la endocitosis y exocitosis. Facilita la división celular en los movimientos de los cromosomas y la citocinesis.

38 Cilios y flagelos Los cilios y flagelos son delgadas extensiones de la membrana plasmática.

39 FIGURA 4-7 Cilios y flagelos

40 Cilios y flagelos Los cilios y los flagelos están formados por microtúbulos en una disposición 9+2, estos se dirigen hacia arriba desde un cuerpo basal (derivado de un centriolo) anclado justo debajo de la membrana plasmática. Los cilios son cortos (10-25 micras) y numerosos, mientras que los flagelos son largos (50-75 micras) y menos numerosos.

41 Célula animal representativa

42 Cilios y flagelos Largos pares de microtúbulos se deslizan juntos (usando ATP), provocando el movimiento de los cilios y flagelos. Funciones: Los cilios o flagelos se pueden usar para mover a la célula. Los cilios se pueden usar para crear corrientes de liquido que se mueve en su ambiente.

43 Cilios y flagelos Funciones: Los cilios o flagelos se pueden usar para mover a la célula. Los cilios se pueden usar para crear corrientes de liquido que se mueve en su ambiente.

44 Cómo se mueven los cilios y flagelos

45

46 El núcleo El núcleo es un organelo que consta de tres partes principales: Envoltura nuclear Cromatina Nucleolo

47 El núcleo La envoltura nuclear separa a los cromosomas del citoplasma. La envoltura consta de una doble membrana con poros nucleares para la transportación de moléculas (agua, iones, proteínas, trozos de ribosomas y RNA). La membrana nuclear exterior tiene ribosomas incrustados.

48 FIGURA 4-9a El núcleo

49 FIGURA 4-9b El núcleo

50 El núcleo El núcleo contiene DNA en varias configuraciones. Cromosomas condensados (durante la división celular). Cromatina difusa (el DNA dirige las reacciones por medio de un RNA mensajero para realizar la síntesis de proteínas celulares).

51 FIGURA 4-10 Cromosomas

52 El núcleo Región dentro del núcleo que se tiñe de color oscuro llamada nucleolo. Son los sitios donde se realiza la síntesis de los ribosomas. Los ribosomas sintetizan las proteínas.

53 FIGURA 4-11 Ribosomas

54 Sistema de membranas El sistema de membranas incluye la membrana plasmática y las membranas de algunos organelos (núcleo, retículo endoplásmico, aparato de Golgi, lisosomas, vesículas y vacuolas).

55 Sistema de membranas La membrana plasmática aísla a la célula y permite la regulación del transporte. Las plantas, los hongos, y además algunos protistas, tienen una pared celular fuera de la membrana plasmática.

56 Sistema de membranas Los sacos membranosos llamados vesículas transportan las membranas y el contenido especializado entre las regiones separadas del sistema de membranas. El retículo endoplásmico (RE), forma canales encerrados por membrana dentro del citoplasma. Existen dos formas de RE: liso rugoso

57 Sistema de membranas El retículo endoplásmico (RE), forma canales encerrados por membrana dentro del citoplasma. Existen dos formas de RE: RE liso RE rugoso

58 FIGURA 4-12 Retículo endoplásmico

59 ribosomas vesículas FIGURA 4-12 (parte 1) Retículo endoplásmico

60 Sistema de membranas El RE liso no tiene ribosomas. Contiene enzimas que eliminan la toxicidad de las drogas (en las células del hígado), sintetizan lípidos y almacena iones de calcio.

61 vesículas retículo endoplásmico liso FIGURA 4-12 (parte 3) Retículo endoplásmico

62 Sistema de membranas El RE rugoso tiene ribosomas incrustados en el exterior. Fabrica las proteínas como las enzimas digestivas y hormonas como la insulina que algunas células excretoras exportan a su ambiente y en sus membranas tienen enzimas que sintetizan varios lípidos.

63 Retículo endoplásmico rugoso

64 Sistema de membranas El aparato de Golgi es una pila de bolsas aplanadas e interconectadas. Recibe proteínas del RE (a través de las vesículas) y las clasifica. Modifica algunas moléculas (por ejemplo, las proteínas a glucoproteínas). Empaca el material en vesículas para exportarlo.

65 El aparato de Golgi es una pila de bolsas membranosas aplanadas que se derivan del retículo endoplásmico. Las vesículas se fusionan, de manera continua, y se separan del aparato de Golgi y del RE, transportando material del RE al aparato de Golgi y de regreso. La flecha larga indica la dirección del movimiento de los materiales dentro del aparato de Golgi conforme son modificados y separados. Las vesículas brotan del aparato de Golgi por una cara opuesta al RE; algunas producen lisosomas, y otras transportan sustancias a la membrana plasmática para la exocitosis.

66 FIGURA 4-13 (parte 1) El aparato de Golgi aparato de Golgi

67 Las vesículas que llevan proteínas del RE se fusionan con el aparato de Golgi FIGURA 4-13 (parte 2) El aparato de Golgi Las vesículas que llevan proteínas modificadas dejan el aparato de Golgi

68 Sistema de membranas Destino de tres sustancias producidas por el sistema de membranas: 1. Las proteínas secretadas en el RER, viajan a través de Golgi, y luego son exportadas por la membrana plasmática. La Figura 4-14 ilustra el proceso de los anticuerpos, proteínas producidas por los glóbulos blancos que se adhieren a los organismos invasores y ayudan a destruirlos.

69 FIGURA 4-14 Fabricación y exportación de una proteína

70 Sistema de membranas 2. Las proteínas digestivas producidas en el RER, viajan a través del aparato de Golgi, y se empacan como lisosomas para usarse en la célula. Los lisosomas se funden con las vacuolas alimentarias y digieren el alimento en nutrimentos básicos.

71 FIGURA 4-15 Formación y función de lisosomas y vacuolas alimentarias.

72 Sistema de membranas 3. Las proteínas y lípidos de la membrana producidos en el RE fluyen a través del aparato de Golgi, y reabastecen o agrandan las membranas plásmáticas y de los organelos.

73 FIGURA 4-13 El aparato de Golgi

74 Las vacuolas desempeñan muchas funciones Vacuolas: bolsas de membrana celular llenas de fluido. Funciones de las vacuolas Las vacuolas contráctiles de organismos de agua dulce recolectan y drenan el agua.

75 FIGURA 4-16 (parte 1) Vacuolas contráctiles

76 Las vacuolas desempeñan muchas funciones Funciones de las vacuolas (continuación): Las vacuolas centrales vegetales tienen varias funciones. Participan en el equilibrio hídrico de la célula. Almacenan desechos, nutrimentos o pigmentos tóxicos. Proporcionan presión de turgencia en el citoplasma para mantener la rigidez de la célula.

77 Las mitocondrias extraen energía del alimento Las mitocondrias son organelos redondos, ovalados o tubulares que tienen un par de membranas. La membrana interior forma pliegues profundos llamados crestas. El compartimiento intermembranas está ubicado entre la membrana externa e interna. La matriz se encuentra entre los pliegues de la membrana interior.

78 FIGURA 4-17 Una mitocondria

79 Membrana exterior Membrana interior Compartimiento intermembranas matriz crestas FIGURA 4-17 (parte 1) Una mitocondria

80 Membrana exterior Membrana interior Compartimiento intermembranas matriz crestas 0.2 micras FIGURA 4-17 (parte 2) Una mitocondria

81 Las mitocondrias extraen energía del alimento Las mitocondrias podrían ser restos de bacterias procarióticas (hipótesis endosimbiótica).

82 Las mitocondrias extraen energía del alimento Funcionan como las centrales eléctricas de la célula. Las mitocondrias extraen energía de las moléculas de alimento. La energía extraída es almacenada en enlaces de alta energía del ATP. El proceso de extracción de energía implica reacciones anaeróbicas y aeróbicas.

83 Cloroplastos Los cloroplastos son organelos especializados rodeados por una doble membrana: Membrana exterior. Membrana interior; en la cual se encierra un fluido llamado estroma. La pila de bolsas membranosas, huecas e interconectadas (grana) dentro del estroma se llaman tilacoides.

84 FIGURA 4-18 Un cloroplasto

85 Membrana exterior Membrana interior estroma tilacoide Canal que interconecta tilacoides Granum (pila de tilacoides) FIGURA 4-18 (parte 2) Un cloroplasto 1 micra

86 Cloroplastos Las membranas de los tilacoides contienen clorofila y otros pigmentos que capturan la luz del sol y sintetizan azúcar, a partir del CO 2 y agua (fotosíntesis).

87 Membrana exterior Membrana interior estroma tilacoide Canal que interconecta tilacoides FIGURA 4-18 (parte 1) Un cloroplasto Granum (pila de tilacoides)

88 Las plantas utilizan plástidos para almacenamiento Los plástidos se encuentran sólo en las plantas y en los protistas fotosintéticos. Están rodeados por una doble membrana. Funciones: Almacenan el almidón, que se forma a partir de los azúcares producidos durante la fotosíntesis. Almacenan las moléculas de los pigmentos que imparten el color a las frutas maduras.

89 Las plantas utilizan plástidos para almacenamiento Funciones: Almacenan el almidón, que se forma a partir de los azúcares producidos durante la fotosíntesis. Almacenan las moléculas de los pigmentos que imparten el color a las frutas maduras.

90 FIGURA 4-19 Un plástido

91 Contenido de la sección Cuáles son las características principales de las células procarióticas? Las células procarióticas son pequeñas y tienen características especializadas en su superficie. Casi todas las células procarióticas (bacterias) miden < 5 micras de largo. Las células procarióticas tienen menos estructuras especializadas en su citoplasma.

92 Células procarióticas Casi todas las células procarióticas (bacterias) miden < 5 micras de largo.

93 FIGURA 4-1 Tamaños relativos

94 Células procarióticas Por lo general, está presente una pared celular rígida.

95 FIGURA 4-20 Células procarióticas

96 Cromosoma (región nucleoide) Pared celular Membrana plasmática ribosomas cápsula FIGURA 4-20c Células procarióticas

97 Células procarióticas Algunas bacterias pueden moverse, impulsadas por flagelos. Las bacterias infecciosas tienen cápsulas revestidas con polisacáridos y capas legamosas en su superficie. Los pelos son proteínas que se proyectan hacia fuera de la pared de la célula de algunas bacterias para aumentar su adhesión.

98 Células procarióticas Pueden tomar forma de bastoncillos (bacilos), esferas (cocos) o hélices (espirilos).

99 FIGURA 4-20b Células procariontes

100 Células procarióticas Tienen un solo cromosoma circular que consiste en una hebra larga de DNA. Este cromosoma está enroscado y se encuentra en la región central de la célula, llamada región nucleoide. Pequeños anillos de DNA (plásmidos) ubicados en el citoplasma.

101 Células procarióticas Carecen de núcleo y de otros organelos encerrados en membranas. Algunas bacterias fotosintéticas tienen membranas internas en las cuales se localizan las proteínas que captan la luz. El citoplasma puede contener gránulos de alimento.

102 FIGURA 4-20d Células procarióticas Membranas fotosínteticas

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