Componentes Químicos de las Células

Los seres vivos están compuestos de bioelementos (C, H, O, N, P, S) y de biomoléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) e inorgánicas.

Biomoléculas Inorgánicas

• Agua: De gran importancia en los seres vivos, con gran poder de disolución para transportar y facilitar las reacciones metabólicas.
• Sales minerales:
  • Insolubles (cristalizadas/precipitadas): Se encuentran en esqueletos y exoesqueletos.
  • Solubles (disueltas/disociadas): Se encuentran en iones como el NaCl.
  Funciones: Regular el pH, ósmosis, contracciones musculares y transmisión del impulso nervioso.

Biomoléculas Orgánicas

• Glúcidos/Hidratos de Carbono

  • Monosacáridos: Glucosa y fructosa, que dan energía a las células. Ribosa y desoxirribosa, que forman parte de los ácidos nucleicos.
  • Disacáridos: Sacarosa (plantas), lactosa (leche) y maltosa (azúcar de la malta).
  • Polisacáridos: Reservan energía y tienen función estructural. El almidón almacena moléculas de glucosa en animales, y el glucógeno en plantas. La celulosa es la más importante, formando parte de la pared celular y las células vegetales.

• Lípidos

  • Triglicéridos: Glicerina + 3 ácidos grasos, que reservan energía.
  • Ceras: Repelen el agua, aislando y protegiendo de la humedad a animales y plantas.
  • Fosfolípidos: El ácido fosfórico que forma parte de la membrana celular por su reacción contra el agua.
  • Lípidos isoprenoides o terpenos: Vitaminas A, E y K.
  • Esteroides: Colesterol, vitamina D y hormonas sexuales masculinas y femeninas.

• Proteínas

  Biomoléculas de gran tamaño. La estructura es responsable de su actividad biológica, con varios niveles de complejidad:
  • Estructura primaria: Corresponde a su secuencia de aminoácidos.
  • Estructura secundaria: Plegamiento tridimensional de la proteína por interacciones entre sus aminoácidos (alfa-hélice y beta-lámina).
  • Estructura terciaria: Interacciones entre aminoácidos y el medio donde se encuentra la proteína.
  • Estructura cuaternaria: Asociación de varias cadenas proteicas, como la hemoglobina en la sangre.
  Funciones:
  • Estructural: Membranas y orgánulos celulares.
  • Enzimática o catalítica: Regulación de reacciones.
  • Transporte: Se realiza gracias a la sangre (oxígeno, lípidos, colesterol).
  • Defensa: Realizada por proteínas (anticuerpos).
  • Movimiento: Por proteínas contráctiles de células musculares (actina y miosina).

• Ácidos Nucleicos

  Grandes moléculas formadas por la unión de otras moléculas más pequeñas denominadas nucleótidos.
  • Nucleótido:
    • Monosacárido (ribosa o desoxirribosa)
    • Ácido fosfórico (fosfato)
    • Base nitrogenada:
      • ADN (adenina, timina, guanina, citosina)
      • ARN (adenina, uracilo, guanina, citosina)

ADN y ARN: Estructura y Función

ADN (Ácido Desoxirribonucleico)

Molécula donde se localiza la información genética de las células de los organismos. La secuencia de nucleótidos del ADN se convierte en otra secuencia de aminoácidos.

Características del ADN:

• Es una molécula de dos cadenas antiparalelas y complementarias, con bases nitrogenadas compuestas de adenina, timina, guanina y citosina.
• La molécula se enrolla sobre un eje imaginario para formar la doble hélice.
• La replicación es el proceso de copia del ADN para crear dos moléculas idénticas, fundamental para la división celular.

ARN (Ácido Ribonucleico)

Características del ARN:

• Es otra molécula de una sola hebra o cadena, con bases ligeramente distintas al ADN, conteniendo adenina, uracilo, guanina y citosina.

Tipos de ARN:

• ARN mensajero (ARNm): Tiene una secuencia complementaria a una de las hebras de la molécula de ADN. Contiene información para la síntesis de una proteína (traducción en los ribosomas).
• ARN de transferencia (ARNt): Transporta aminoácidos a los ribosomas durante la traducción (de ARN a proteína).
• ARN ribosómico (ARNr): Forma parte de la estructura de los ribosomas.

En 1953, James Watson y Francis Crick publicaron un artículo sobre la doble hélice del ADN. Rosalind Franklin y Maurice Wilkins también participaron en el proyecto fotográfico de su estructura.

Replicación del ADN, Transcripción y Traducción

Replicación del ADN

División celular: Repartir dos copias del material genético a las células hijas. Durante la replicación, pasamos de cromosomas con una cromátida a cromosomas con dos cromátidas. Tiene lugar en el núcleo durante la fase S.

Etapas:

1. La doble hélice se desenrolla y las dos cadenas se separan (se rompen los puentes de hidrógeno). Participan varias enzimas en este proceso.
2. Utilizando cada hebra como molde, se van sintetizando las dos cadenas complementarias a partir de nucleótidos libres presentes en el núcleo.
3. Los nucleótidos de las nuevas cadenas se unen a sus complementarios.
4. El proceso continúa hasta que se tienen dos copias de la molécula original de ADN.

Este método de replicación se llama replicación semiconservativa, ya que tenemos una hebra original y otra complementaria. La ARN polimerasa (ARNpol) tiene función de reparación de errores, ya que si no se corrigen dan lugar a mutaciones.

Transcripción

Proceso por el cual la secuencia del ADN (gen) se copia a una molécula de ARNm. Utilizando como molde una de las cadenas de ADN, se sintetiza una de ARNm a partir de nucleótidos libres en el núcleo (ARNpol). Ya finalizada la transcripción del gen, el ARNm abandona el núcleo y sale al citoplasma.

Traducción

Proceso de síntesis de una proteína tomando como molde la información contenida en un ARNm. Este proceso tiene lugar en el citoplasma, llevado a cabo por los ribosomas. Se produce un cambio de lenguaje (nucleótidos-aminoácidos). La secuencia de aminoácidos se acumula hasta el final o hasta que una base finaliza (UAA, UAG y UGA).

Código Genético

Conjunto de instrucciones que contiene la secuencia de nucleótidos del ADN. Código de 3 letras (triplete/codón). Existen 61 tripletes de aminoácidos. Hay 3 tripletes que no codifican a ningún aminoácido. El código genético es universal. Esta propiedad permite transferir genes de unos organismos a otros.

Teoría Celular y Tipos de Células

La teoría celular es el estudio y conocimiento de la célula, que ha ido ligado con el desarrollo de instrumentos y técnicas de observación (Hooke, Leeuwenhoek).

Célula Procariota

• No tienen núcleo.
• Tienen plásmidos (pequeños fragmentos de ADN).
• Tienen membrana plasmática de lípidos, proteínas y glúcidos.
• Tienen ribosomas en el citoplasma, donde se producen las proteínas.
• Tienen flagelos para desplazarse.
• Tienen pelos que permiten unirse a otras bacterias.

Célula Eucariota

Animal

• Membrana plasmática: Bicapa de lípidos, proteínas y glúcidos que hace que la estructura sea regular.
• Aparato de Golgi: Cisternas membranosas donde se modifican proteínas y lípidos que se distribuyen por las vesículas a la membrana.
• Ribosomas: Formados por proteínas y ARNr, sintetizan proteínas mediante la traducción del ARNm.
• Centriolos: Solo existen en la célula animal y forman parte del centrosoma.
• Mitocondria: Llevan a cabo la respiración celular, con su propio ADN.
• Citoesqueleto: Red proteica que soporta el citoplasma, responsable del movimiento celular (microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos).
• Lisosoma: Vesículas con enzimas que llevan a cabo la digestión intracelular, peroxisomas y distintas reacciones de oxidación.
• Retículo endoplasmático rugoso: Tiene ribosomas en la cara externa que sintetizan proteínas que pasan al aparato de Golgi.
• Retículo endoplasmático liso: Elimina sustancias tóxicas y produce lípidos.
• Citosol: Medio acuoso que envuelve a los orgánulos y al núcleo.
• Vesícula y peroxisoma: Estructuras membranosas.
• Núcleo:
  • Nucléolo: Estructura rica en ARN y ADN donde se sintetiza el ARN que forma los ribosomas.
  • Cromatina: Moléculas de ADN con histonas, forma fibras para crear cromosomas, bañadas por el nucleoplasma.
  • Envoltura nuclear: Dos membranas. La externa tiene ribosomas asociados, en continuidad con el retículo endoplasmático rugoso.

Vegetal

• Ribosomas, retículo endoplasmático liso, retículo endoplasmático rugoso, membrana plasmática, mitocondria, todo el conjunto del núcleo y aparato de Golgi (ver en la célula animal).
• Carecen de centriolos.
• Vacuola: Hacen la digestión intracelular y almacenan sustancias.
• Pared celular: Creada por celulosa, protege la célula de la absorción del agua.
• Microtúbulos: Estructura hueca que forma el huso mitótico, cilios y flagelos.
• Cloroplasto: Orgánulo que contiene un sistema interno de membranas que tienen clorofila (pigmento fotosintetizante).
• Plasmodesmos: Orificios de la pared celular que permiten el paso de moléculas entre células contiguas.

Postulados de la Teoría Celular

1. La célula es la unidad estructural de los seres vivos, que están compuestos de una o más células.
2. La célula es la unidad fisiológica de los seres vivos, realiza las funciones vitales (nutrición, relación y reproducción).
3. La célula es la unidad reproductiva de los seres vivos, toda célula procede por división de otra célula preexistente.
4. La célula es la unidad genética de los seres vivos, contiene el material hereditario que transmite las características de una célula madre a las células hijas.

Reproducción Celular: Mitosis y Meiosis

Es un proceso por el cual una célula da lugar a dos células hijas genéticamente iguales entre sí. Los cromosomas se localizan en el núcleo, poseen información genética para las células hijas. Tienen instrucciones para organizar la estructura y función de las hijas, formadas por ADN + proteínas. Cada cromosoma tiene una molécula de ADN y solo son visibles en la división celular, el resto del tiempo es cromatina. Antes de la división celular, el ADN tiene que duplicarse/replicarse, haciendo que la cromatina se condense y los cromosomas se hagan visibles. Como resultado de la replicación, los cromosomas pasan de tener una cromátida a tener dos.

Cariotipo

Conjunto de cromosomas de un individuo, característico de cada especie. La célula humana tiene 2n = 46 cromosomas. 23 parejas, de las cuales 22 son autosomas y una es sexual (XX en mujeres y XY en hombres). En células humanas hay somáticas que se reproducen por mitosis y los gametos por meiosis. Los cromosomas homólogos contienen información para tener las mismas características.

Tipos de Cromosomas

• Metacéntrico: Cromosoma con una estructura simétrica e igual.
• Submetacéntrico: Cromosoma que tiene unos brazos más largos que otros, pero sin apenas diferencia.
• Acrocéntrico: Cromosoma con unos brazos más largos que otros, con mucha diferencia.
• Telocéntrico: Cromosoma que carece o que tiene muy poco y muy juntos los brazos superiores.

Tumores

Cuando no hay un buen control de la división celular, las células se dividen como quieren y sin limitación, produciendo tumores.

• Benignos: Las células se dividen en un área limitada sin dañar ningún órgano.
• Malignos: Destruyen órganos, formando lesiones y perjudicando a la salud.

Prevención del cáncer:

• No fumar.
• Diagnosticarlo con tiempo.
• Mantener un ritmo de vida saludable.
• Detección inmediata.

Tratamiento contra el cáncer:

Bloquean la división celular destruyendo esas células tumorales descontroladas, con posibilidades de causar malestar y lesiones, siendo así acompañadas de cirugías.

• Físicos: Radioterapia.
• Químicos: Quimioterapia.

El Ciclo Celular

Conjunto de acontecimientos en la vida de una célula desde que se forma hasta que se divide.

Interfase

Ocupa la mayor parte de la vida de la célula, con alta actividad metabólica.

• G1: Síntesis de proteínas, aumenta el volumen del citoplasma y número de orgánulos. Algunas células se pueden pausar en la fase G0.
• S: Duplicación del ADN, donde los cromosomas pasan a tener dos cromátidas.
• G2: Producción y preparación de nuevos orgánulos para la división celular.

División Celular

• Mitosis: División del núcleo y reparto del material genético entre células hijas.
• Citocinesis: Reparto del citoplasma, orgánulos y separación de las células.

Mitosis

División del núcleo celular para dar lugar a dos células hijas con idéntica información genética que la célula madre. El movimiento de los cromosomas está controlado por los centriolos y el huso mitótico. Estos se anclan a las fibras del huso y controlan la separación de las cromátidas y su desplazamiento. Los centriolos solo están presentes en células animales.

• Profase: La cromatina condensada forma cromosomas, desaparece la membrana celular y el nucléolo, después los centriolos se mueven hacia los polos formando así el huso mitótico.
• Metafase: Los cromosomas se meten en los microtúbulos del huso y se disponen en el centro de la célula (ecuador).
• Anafase: Las cromátidas idénticas se separan, las fibras del huso se acortan y arrastran a las cromátidas a los polos de las células.
• Telofase: Los cromosomas se descondensan formando cromatina, aparece la membrana nuclear y el nucléolo, desaparece el huso mitótico.

Citocinesis

Después de la mitosis se produce la citocinesis/división del citoplasma.

• En células animales: Se forma un anillo contráctil produciendo un surco de segmentación que va estrangulando a la célula madre, hasta dividirse en dos células hijas.
• En células vegetales: Aquí no se produce la estrangulación por la rigidez de la pared celular, se forma un tabique de separación o fragmoplasto (fusión de vesículas del aparato de Golgi) dando lugar a una nueva pared celular.

Meiosis

Proceso de división celular para dar lugar a cuatro células haploides, gametos distintos entre sí y distintos de la madre. Tiene lugar en órganos productores de gametos. En este proceso no hay duplicación de ADN entre ellas.

• Interfase: Duplicación del ADN.
• Profase I: Condensación y apareamiento de cromosomas homólogos.
• Metafase I: Los cromosomas se insertan en el huso y se sitúan en el centro de la célula.
• Anafase I: Los cromosomas se separan y migran a polos opuestos.
• Telofase I y citocinesis: Formación de las dos células hijas haploides.
• Profase II: Comienza la segunda división, se forma más huso.
• Metafase II: Los cromosomas se colocan en el centro de la célula.
• Anafase II: Las cromátidas se separan y migran hacia los polos.
• Telofase II y citocinesis: Se forma la envoltura nuclear, se divide el citoplasma, se forman cuatro células haploides.

Recombinación Genética

Durante la meiosis (profase I) se produce intercambio de fragmentos cromosómicos entre cromosomas homólogos. Este proceso se llama entrecruzamiento, dando resultado a la recombinación genética.

Diferencias entre Mitosis y Meiosis