Biología básica 1

7/21/2019 Biología básica 1

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GRADO EN FILOSOFÍA ONLINE

Biología

(Tema 2)

Carmen Fagoaga

[email protected]

1er Curso 2015-2016

PREGUNTAS CON RESPUESTAS



Biología2

Tema 2. Las Biomoléculas y la Célula

A) Lo que vamos a ver…

2.1. Biomoléculas

2.2. Monómeros y Macromoléculas

2.3. El agua. Propiedades

2.4. Organización celular

2.5. Tipos de células

2.6. Cultivos celulares

2.7. Células madre





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llamamos órganos. Laagrupación de los distintosórganos constituye un sistema y el conjunto de variossistemas interrelacionados

dan lugar a un organismo vivo.A todos estos niveles deorganización es lo quellamamos organizaciónjerárquica los organismosvivos multicelulares.

Así, desde el primer nivel de organización con el cual los biólogos habitualmente se

relacionan, el nivel subatómico, hasta el nivel de la biosfera, se producen interaccionespermanentes. Durante un largo espacio de tiempo estas interacciones dieron lugar alcambio evolutivo. En una escala de tiempo más corta, estas interacciones determinan laorganización jerárquica de la materia viva.

2.1.1 La importancia del carbono

Para entender la vida tal como la conocemos, primero debemos entender un poco dequímica orgánica. En esencia, la química de los organismos vivos es la química de loscompuestos que contienen carbono o sea, los compuestos orgánicos Las moléculas

orgánicas contienen carbono e hidrógeno básicamente. Mientras que muchos químicosorgánicos también contienen otros elementos, es la unión del carbono hidrógeno lo quelos define realmente como orgánicos.

El carbono es singularmenteadecuado para este papel central, por elhecho de que es el átomo más livianocapaz de formar múltiples enlacescovalentes. A raíz de esta capacidad, elcarbono puede combinarse con otros

átomos de carbono y con átomosdistintos para formar una gran variedadde cadenas fuertes y estables y decompuestos con forma de anillo. Lasmoléculas orgánicas derivan susconfiguraciones tridimensionales

primordialmente de sus esqueletos decarbono. Sin embargo, muchas de suspropiedades específicas dependen degrupos funcionales.

Composición atómica de tres organismosrepresentativos

Elemento Humano Alfalfa Bacteria

Carbono 19,37% 11,34% 12,14%

Hidrógeno 9,31% 8,72% 9,94%

Nitrógeno 5,14% 0,83% 3,04%

Oxígeno 62,81% 77,90% 73,68%

Fósforo 0,63% 0,71% 0,60%

Azufre 0,64% 0,10% 0,32%

CHNOPS

Total: 97,90% 99,60% 99,72%



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En la figura anterior, las esferas lilas representan a los átomos de carbono y las esferasazules, más pequeñas, representan a los átomos de hidrógeno. Las varillas de losmodelos -y las líneas en las fórmulas estructurales- representan enlaces covalentes, cadauno de los cuales está formado por un par de electrones. Nótese que cada átomo decarbono forma cuatro enlaces covalentes, con cuatro átomos diferentes como máximo.

Así pues, podemos resumir concluyendo que toda la materia viva está compuesta porbiomoléculas tanto orgánicas como inorgánicas. Y éstas a su vez están constituidas por:

· bioelementos primarios como C, O, N, H, P y S, imprescindibles para formar losprincipales tipos de moléculas biológicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos.nucléicos)

· bioelementos secundarios: todos los restantes; algunos son imprescindibles comoel Ca, Na, Cl, K, Mg, Fe, etc., otros sólo son fundamentales para especiesdeterminadas

· agua (hasta 70-80% del peso celular)

Entre los tipos principales de moléculas orgánicas importantes en los sistemas vivos estánlos carbohidratos o azúcares, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos.

2.2. Monómeros y macromoléculasAlgunas de estas moléculas, como los hidratos de carbono, las proteínas y los ácidos

nucléicos pueden ser poliméricas. Se denomina polímero a toda macromoléculaconstituida por la unión de muchas moléculas pequeñas similares, las que reciben elnombre de monómeros. Cuando dos monómeros similares se unen forman un dímero, sison tres un trímero. Hasta diez se lo nombran genéricamente oligómero.

2.2.1 Aminoácidos y Proteínas

Las proteínas son moléculas muy grandes compuestas de cadenas largas deaminoácidos, conocidas como cadenas polipeptídicas. A partir de sólo veinte aminoácidosdiferentes usados para hacer proteínas se puede sintetizar una inmensa variedad dediferentes tipos de moléculas proteínicas, cada una de las cuales cumple una funciónaltamente específica en los sistemas vivos.

Los aminoácidos que forman parte de las proteínas varían de acuerdo con laspropiedades de sus grupos laterales (R). Cada aminoácido contiene un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH) unidos a un átomo de carbono central. Un átomo dehidrógeno y el grupo lateral están también unidos al mismo átomo de carbono. Estaestructura básica es idéntica en todos los aminoácidos.





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Los monosacáridos como la ribosa, laglucosa y la fructosa, contienen sólo unamolécula de azúcar. Los disacáridosconsisten en dos moléculas de azúcarsimples unidas covalentemente.Ejemplos familiares son la sacarosa(azúcar de caña), la maltosa (azúcar demalta) y la lactosa (azúcar de la leche).Los polisacáridos como la celulosa y elalmidón, contienen muchas moléculas deazúcar simples unidas entre sí y sonmoléculas muy grandes.

.

2.2.2. Lípidos

Los lípidos son un grupo general de sustancias orgánicas insolubles en solventes polares

como el agua, pero que se disuelven fácilmente en solventes orgánicos no polares, tales

como el cloroformo, el éter y el benceno. Típicamente, son moléculas de almacenamiento

de energía, usualmente en forma de grasa o aceite, y cumplen funciones estructurales, como

en el caso de los fosfolípidos , glucolípidos y ceras.

Una molécula de grasa está formada por tres ácidos grasos unidos a una molécula de

glicerol (de aquí el término "triglicérido"). Las largas cadenas hidrocarbonadas quecomponen los ácidos grasos terminan en grupos carboxilo (-COOH), que se unencovalentemente a la molécula de glicerol. Las propiedades físicas de una grasa, como porejemplo su punto de fusión, están determinadas por las longitudes de sus cadenas deácidos grasos y dependen también de si las cadenas son saturadas o no saturadas. Losácidos grasos pueden estar saturados, es decir, no presentar enlaces dobles. Tambiénpueden estar insaturados, es decir, tener átomos de carbono unidos por enlaces dobles.Las cadenas rectas de los ácidos grasos saturados permiten el empaquetamiento de lasmoléculas, produciendo un sólido como la manteca o el cebo. En los grasos insaturados,



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los dobles enlaces provocan que las cadenas se doblen; esto tiende a separar lasmoléculas, produciendo un líquido como el aceite de oliva o de girasol

Algunas plantas también almacenan energía en forma de aceites, especialmente en lassemillas y en los frutos. Las grasas y los aceites contienen una mayor proporción de

enlaces carbono-hidrógeno ricos en energía que los carbohidratos y, en consecuencia,contienen más energía química.

Los lípidos, especialmente los fosfolípidos y los glucolípidos, también desempeñanpapeles estructurales extremadamente importantes. Al igual que las grasas, tanto losfosfolípidos como los glucolípidos están compuestos de cadenas de ácidos grasos unidasa un esqueleto de glicerol. En los fosfolípidos , no obstante, el tercer carbono de lamolécula de glicerol no está ocupado por un ácido graso, sino por un grupo fosfato, alque está unido habitualmente otro grupo polar.

La molécula de fosfolípidoestá formada por dos ácidosgrasos unidos a una molécula deglicerol, como en las grasas, ypor un grupo fosfato (indicadoen color lila) unido al tercercarbono del glicerol. Tambiéncontiene habitualmente un

grupo químico adicional,indicado con la letra R. Las"colas" de ácido graso son nopolares y por lo tanto,hidrofóbicas §; la "cabeza" polar que contiene a los grupos fosfato y R es soluble,hidrofílica §). Los grupos fosfato están cargados negativamente. Como resultado, elextremo fosfato de la molécula es hidrofílico, mientras que las porciones de ácido grasoson hidrofóbicas.

2.2.2. Nucleótidos y Ácidos nucleicos.

La información que dicta las estructuras de la enorme variedad de moléculas deproteínas que se encuentran en los organismos está codificada en moléculas conocidascomo ácidos nucleicos . La información contenida en los ácidos nucleicos es transcripta yluego traducida a las proteínas. Son las proteínas las moléculas que finalmente ejecutaránlas "instrucciones" codificadas en los ácidos nucleicos.

Así como las proteínas están formadas por cadenas largas de aminoácidos, los ácidos nucleicos

están formados por cadenas largas de nucleótidos. Los nucleótidos son moléculas complejas formadas por un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos y una base nitrogenada. Sonlos bloques estructurales de los ácidos desoxirribonucleico (DNA) y ribonucleico (RNA),



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que transmiten y traducen la información genética. Los nucleótidos también desempeñanpapeles centrales en los intercambios de energía que acompañan a las reaccionesquímicas dentro de los sistemas vivos. El principal portador de energía en la mayoría delas reacciones químicas que ocurren dentro de las células es un nucleótido que lleva tresfosfatos, el ATP.

La adenina, la guanina y la citosina seencuentran tanto en el DNA como en elRNA, mientras que la timina se encuentra

sólo en el DNA y el uracilo sólo en el RNA.Aunque sus componentes químicos sonmuy semejantes, el DNA y el RNAdesempeñan papeles biológicos muydiferentes. El DNA es el constituyenteprimario de los cromosomas de lascélulas y es el portador del mensajegenético. La función del RNA estranscribir el mensaje genético presenteen el DNA y traducirlo a proteínas. El

descubrimiento de la estructura yfunción de estas moléculas es hastaahora, indudablemente, el mayor triunfodel enfoque molecular en el estudio de labiología.

La ribosa es el azúcar en los nucleótidosque forman ácido ribonucleico (RNA) y ladesoxirribosa es el azúcar en losnucleótidos que forman ácidodesoxirribonucleico (DNA). Hay cincobases nitrogenadas diferentes en losnucleótidos, que son los sillares deconstrucción de los ácidos nucleicos. Dosde ellas, la adenina y la guanina, se

conocen como purinas . Las otras tres,citosina, timina y uracilo se conocencomo pirimidinas

Los nucleótidos, además de su papel en la formación de los ácidos nucleicos, tienenuna función independiente y vital para la vida celular. Cuando un nucleótido se modificapor la unión de dos grupos fosfato, se convierte en un transportador de energía,



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necesario para que se produzcannumerosas reacciones químicascelulares. El principal portador deenergía, en casi todos los procesosbiológicos, es una molécula

llamada adenosín trifosfato o ATP .

2.3. El agua. Matriz de la vida

El agua, el líquido más común de la superficie terrestre, el componente principal enpeso de todos los seres vivos, tiene un número de propiedades destacables. Estas

propiedades son consecuencia de su estructura molecular y son responsables de la"aptitud" del agua para desempeñar su papel en los sistemas vivos.

La estructura de la molécula de agua estádada por dos átomos de hidrógeno y unátomo de oxígeno que se mantienen unidospor enlaces covalentes. Es una moléculapolar y, en consecuencia, forma enlaces -llamados puentes de hidrógeno- con otrasmoléculas. La molécula de agua es polar, con

dos zonas débilmente negativas y dos zonasdébilmente positivas; en consecuencia, entresus moléculas se forman enlaces débiles.

Estos enlaces, en los que se une un átomode hidrógeno con carga positiva débil queforma parte de una molécula, con un átomo

de oxígeno que posee carga negativa débily que pertenece a otra molécula, seconocen como puentes de hidrógeno.Cada molécula de agua puede formarpuentes de hidrógeno con otras cuatromoléculas de agua. Aunque los enlacesindividuales son débiles y se rompencontinuamente, la fuerza total de losenlaces que mantienen a las moléculasjuntas es muy grande.



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Aunque los enlaces individuales son débiles -se rompen y se vuelven a formarcontinuamente- la fuerza total de los enlaces que mantienen a las moléculas juntas esmuy grande. Los puentes de hidrógeno son los responsables de las propiedadescaracterísticas del agua y determinan muchas de las extraordinarias propiedades delagua. Entre ellas están su gran cohesión, su alta tensión superficial y sus altos calores

específico, de vaporización y de fusión. Los fenómenos de capilaridad e imbibición estántambién relacionados con la presencia de puentes de hidrógeno.

Dentro de los sistemas vivos, muchas sustancias se encuentran en solución acuosa.Una solución es una mezcla uniforme de moléculas de dos o más sustancias. La sustanciapresente en mayor cantidad, que es habitualmente líquida, se llama solvente, y lassustancias presentes en cantidades menores se llaman solutos. La polaridad de lasmoléculas de agua es la responsable de la capacidad solvente del agua. Las moléculaspolares de agua tienden a separar sustancias iónicas, como el cloruro de sodio (NaCl), ensus iones constituyentes. Las moléculas de agua se aglomeran alrededor de los iones con

carga y los separan unos de otros. Las moléculas que se disuelven fácilmente en agua seconocen como hidrofílicas. Las moléculas de agua, a raíz de su polaridad, excluyenactivamente de la solución a las moléculas no polares. Las moléculas excluidas de lasolución acuosa se conocen como hidrofóbicas.

2.4. Organización celular2.4.1. El tamaño de las células

Las células son las unidades básicas de los seres vivos. La mayoría de ellas son de

pequeño tamaño por lo que es indispensable el uso de instrumentos como losmicroscopios para su visualización. Por lo general el poder resolutivo del ojo humano esde 0.2mm (200 µm), o sea la menor distancia vista o resuelta por el ojo humano es de doslíneas separadas 1mm de distancia; si hay dos líneas a 200 µm de distancia, veremos unasola línea. Los microscopios se utilizan para mejorar la resolución.

La invención del microscopio en el siglo XVII posibilitó la serie de descubrimientosposteriores de las mismas. En 1665 Robert Hooke utilizando un microscopio ópticosimple, examinó un corte de corteza, encontró que esta estaba compuesta por una masa

de diminutas cámaras, que llamó “células”, en realidad sólo vió las paredes celulares, ya



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que este tejido está muerto a la madurez y las células ya no tienen contenido. Mas tarde,Hoock y algunos de sus contemporáneos observaron células vivas.

El tipo de microscopio más utilizado es el microscopio óptico (figura) que se sirve de laluz visible para crear una imagen aumentada del objeto. El microscopio óptico más simple

es la lente convexa doble con una distancia focal corta. Estas lentes pueden aumentar unobjeto hasta 15 veces. Por lo general se utilizan microscopios compuestos, que disponende varias lentes con las que se consiguen aumentos mayores. Algunos microscopiosópticos pueden aumentar un objeto por encima de las 2.000 veces.

Desde su invención, la microscopía ha experimentado increíbles adelantos,aumentando no solo su capacidad de resolución sino también el poder de amplificación.Se los puede clasificar en dos grandes grupos: microscopios ópticos y microscopios

electrónicos.

La gran diferencia entre ambostipos es la “radiación” queemplean para iluminar el objetode interés y el límite deresolución, que depende de lascaracterísticas físicas de laradiación empleada (luz visible oelectrones). En el caso de losmicroscopios ópticos, la radiaciónutilizada es la luz visible. En losmicroscopios electrónicos, laradiación es un haz de electrones,posibilitando un poder deresolución de 0,1nm.

Las células son las unidadesbásicas de la estructura y funciónbiológicas. El tamaño de las

células está limitado por la relación entre superficie y volumen; cuanto mayor es lasuperficie de una célula en proporción a su volumen, mayor será la cantidad de materialesque pueden entrar o salir de ella en un espacio de tiempo dado. El tamaño celulartambién está limitado por la capacidad del núcleo para regular las actividades celulares.Las células metabólicamente más activas tienden a ser pequeñas.

2.4.2. Organización subcelular

luz

ojo

ocular

objetivo

especímen

condensador



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Las técnicas microscópicas modernas han confirmado que las células tienen unacompleja arquitectura interna que les permite realizar todas sus funciones. Las célulaseucarióticas eucarióticas contienen una multitud de estructuras especializados en forma yfunción, y así desempeñan actividades particulares requeridas por la economía celular

En general, la célula está organizada en tres partes:

· La Membrana plasmática

· El Citoplasma

· El Núcleo

La Membrana plasmática

Las células están separadas del medio circundantepor una membrana celular o plasmática. Esta membrana

es esencial en la vida celular . No solamente define loslímites de la célula, sino que además permite que la célula exista como una entidaddiferente de su entorno. Esta membrana regula el tránsito de sustancias hacia fuera yhacia adentro de la célula. Además protege su integridad estructural y funcional. Lascélulas de las plantas, de la mayoría de las algas, hongos y procariotas, están ademásseparadas del ambiente por una pared celular elaborada por las células mismas.

La membrana celular, como todas las membranas biológicas, consiste en una delgadacapa de fosfolípidos y proteínas ; tiene entre 7 y 9 nanómetros de grosor y no puede serresuelta por el microscopio óptico. En cambio, con el microscopio electrónico, puede

verse como una doble línea delgada y continua. Las membranas están generalmenterodeadas por un medio acuoso, lo que hace que las moléculas de fosfolípidos sedispongan formando una bicapa. De acuerdo con el modelo del mosaico fluido, lasmembranas celulares, estructuras fluidas y dinámicas, se forman a partir de estas bicapas

de fosfolípidos, en las cuales estánembutidas moléculas de proteínas yde colesterol. Las moléculas delípidos y proteínas pueden, engeneral, desplazarse lateralmentepor la bicapa.

La disposición de los fosfolípidos enuna bicapa en solución acuosa sedebe a su particular estructuraquímica. En el esquema, se indicanlos distintos componentes de lasmembranas biológicas:carbohidratos, colesterol, proteínasintegrales y periféricas. Enprocariotas y algunos protistas, así



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como en plantas y hongos, no se encuentra colesterol. La estructura básica de lamembrana es una red de moléculas fosfolipídicas, en las que se encuentran embutidasmoléculas de colesterol y moléculas grandes de proteína. Las moléculas de fosfolípidoestán dispuestas en una bicapa, con sus colas hidrofóbicas apuntando hacia el interior ysus cabezas hidrofílicas de fosfato apuntando al exterior. Las moléculas de colesterol se

encuentran insertas entre las colas hidrofóbicas. Las proteínas embutidas en la bicapa seconocen como proteínas integrales de membrana. Sobre la cara citoplasmática de lamembrana, las proteínas periféricas de membrana se encuentran unidas a algunas de lasproteínas integrales. La porción de la superficie de una molécula de proteína que seencuentra dentro de la bicapa lipídica es hidrofóbica; la porción de la superficie expuestaafuera de la bicapa es hidrofilica. Se cree que poros con superficies hidrofílicas atraviesanalgunas de las moléculas de proteína. Entremezcladas con las moléculas de fosfolípidosde la capa externa de la bicapa se encuentran moléculas de glucolípidos. Las cadenas decarbohidratos unidas a los glucolípidos y a las proteínas que sobresalen de la cara exteriorde la membrana están implicadas en la adhesión de las células entre sí y en el

"reconocimiento" de moléculas en la superficie de la membrana.

La mayoría de las membranas tiene aproximadamente 40% de lípidos y 60% deproteínas, aunque existe una variación considerable. Las proteínas, extremadamentediversas en su estructura, desempeñan una variedad de actividades y son lasresponsables de la mayoría de las funciones esenciales que cumplen las membranasbiológicas. Algunas proteínas son enzimas y regulan reacciones químicas particulares;otras son receptores, implicados en el reconocimiento y unión de moléculasseñalizadoras, tales como las hormonas; y aun otras son proteínas de transporte, quedesempeñan papeles críticos en el movimiento de sustancias a través de la membrana.

Una distinción fundamental entre las células animales y vegetales (figura) es que lascélulas vegetales están rodeadas por una pared celular La pared se encuentra por fuera

de la membrana y esconstruida por la célula. Entre las célulaseucarióticas se distinguenlas células animales y lasvegetales. Ambos tipos decélulas difieren en varios

aspectos aunque, comoveremos, compartenmuchas características.

El Citoplasma

El citoplasma de la célulaes una solución acuosaconcentrada que contieneenzimas, moléculas



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disueltas e iones -además de organelas en el caso de las células eucarióticas- quedesempeñan funciones especializadas en la vida de la célula. Las células eucarióticascontienen una gran cantidad de organelas, la mayoría de las cuales no existen en lascélulas procarióticas. El citoplasma eucariótico tiene un citoesqueleto que sirve desoporte e incluye microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios. El

citoesqueleto mantiene la forma de la célula, le permite moverse, fija sus organelas ydirige su tránsito.

El citoplasma está atravesado y subdividido por un complejo sistema de membranas, elretículo endoplásmico . En algunas áreas, el retículo endoplásmico está cubierto porribosomas, que son las estructuras especiales sobre las cuales los aminoácidos seensamblan en. Cuanto más proteína esté fabricando una célula, más ribosomas tendrá.Estos son los orgánulos más numerosos en la célula y también se encuentran ribosomasen otras partes del citoplasma. Los complejos de Golgi son centros de empaquetamientoo compactación de moléculas sintetizadas dentro de la célula. Los lisosomas y

peroxisomas son vesículas en las cuales diferentes tipos de moléculas se degradan aconstituyentes más simples que pueden ser utilizados por la célula o en el caso deproductos de desecho, eliminados fácilmente. Las mitocondrias son el asiento de lasreacciones químicas que suministran energía para las actividades celulares. Losribosomas, el retículo endoplásmico y el complejo de Golgi y sus vesículas cooperan en lasíntesis, procesamiento químico, empaquetamiento y distribución de macromoléculas ynuevo material de membrana.

Las mitocondrias son organelas limitadas por membrana en las cuales las moléculasorgánicas que almacenan energía química son degradadas y la energía liberada es

envasada en unidades más pequeñas. En este proceso, la energía liberada es almacenadaen moléculas de ATP que será utilizada luego en otros procesos celulares. En general,cuanto mayores son los requerimientos energéticos de una célula eucariótica enparticular, más mitocondrias contiene.

Todas las células exhiben alguna forma de movimiento El citoesqueleto, que es unared altamente estructurada y compleja de filamentos proteicos, ocupa todo elcitoplasma. Entre sus componentes están los microtúbulos, que tienen aspecto debastones y los filamentos intermedios, que son estructuras filiformes que se concentrancerca de la membrana celular. Los filamentos intermedios del citoesqueleto mantienen la

forma de la célula, fijan sus organelas y dirigen el tránsito molecular intracelular. Losmicrotúbulos del citoesqueleto están involucrados en la división celular. Entre unadivisión celular y otra, funcionan como "rieles" sobre los cuales se muevenunidireccionalmente proteínas motoras asociadas, llevando cargas especiales tales comoorganelas, vesículas llenas de hormonas, neurotransmisores o nutrientes.

La estructura más prominente en muchas células vegetales es una vacuola grande, llenacon una solución de sales y otras sustancias. La vacuola desempeña un papel central almantener la rigidez de la pared celular y la lozanía del cuerpo de la planta. Loscloroplastos (chloro significa "verde") son los plástidos que contienen clorofila y en los







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En los más de 3.500 millones de años transcurridos desde que apareció la vida, losautótrofos más exitosos (o sea, aquellos que han dejado la mayor cantidad dedescendencia y se han diversificado en la mayor variedad de formas) han sido los quedesarrollaron un sistema para hacer uso directo de la energía solar en el proceso defotosíntesis. Con el advenimiento de la fotosíntesis, el flujo de energía en la biosfera

asumió su forma dominante moderna: la energía radiante del Sol, canalizada por mediode los autótrofos fotosintéticos pasa a todas las otras formas de vida.

2.5.1. A nivel funcional: Procariotas y Eucariotas

Existen dos tipos fundamentalmente distintos de células, las procariotas y laseucariotas Las adquisiciones de los eucariotas marcaron muchas diferencias con suspredecesores: los procariotas. En las células procarióticas, todos los procesos ocurren enun único compartimiento limitado por la membrana celular y el material genético seencuentra en forma de una molécula grande y circular de DNA a la que están débilmente

asociadas diversas proteínas. Estematerial genético no estácontenido dentro de un núcleorodeado por una membrana,aunque está ubicado en una regióndefinida llamada nucleoide.

En las células eucarióticas, porel contrario, existe una separaciónespacial de las funciones: el DNA

es lineal y está fuertemente unidoa proteínas especiales. Dentro dela célula eucariótica, el materialgenético se mantiene en uncompartimiento separado (elnúcleo) rodeado por una doble membrana, la envoltura nuclear, que lo separa delcitoplasma y de los otros contenidos celulares. Es decir, el material genético se encuentraen un núcleo bien definido. Es importante comprender que una célula no es unacombinación fortuita de componentes, sino una entidad dinámica e integrada.

EUCARIOTA

PROCARIOTA

ADN

El material genético estáencerrado en una membrana,formando el núcleo.

El material genéticoestá disperso en el citoplasma. Noexiste núcleo celular.

ORGÁNULOS

Contiene muchos orgánulosdiferentes, algunos rodeados demembranas.

Solo posee unos pequeñosorgánulos llamados ribosomas.

ORGANISMOS

Esta organización celular lapresentan todos los seres vivos queno son bacterias.

Este tipo de organización solose da en las bacterias.



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2.6. Cultivos celulares. Una herramiena claveLos científicos han desarrollado metodologías para aislar células y obtener, a partir de

ellas, poblaciones homogéneas que luego pueden ser analizadas, e incluso multiplicarse.Esto ofrece ventajas en la investigación básica ya que permite estudiar diversos procesosque ocurren en las células, y en la investigación aplicada para la producción de moléculasde interés, ingeniería de tejidos, entre otras.

El cultivo celular es el proceso mediante el que células, ya sean células procariotas oeucariotas, pueden cultivarse en condiciones controladas. En la práctica el término"cultivo celular" se usa normalmente en referencia al cultivo de células aisladas deeucariotas pluricelulares, especialmente células animales. El cultivo de células animalesempezó a ser una técnica rutinaria de laboratorio durante los años 50, pero el concepto

de mantener líneas de células vivas separadasdel tejido de origen fue descubierto en el sigloXIX. Las células pueden ser aisladas de lostejidos para cultivos in vitro de muchasmaneras.

El primer paso para aislar células del mismotipo a partir de un tejido (formado por célulasde diversos tipos) es separar la matrizextracelular que las une. Para lograrlo, lamuestra de tejido es tratada con diversas

enzimas proteolíticas (como tripsina ycolagenasas) que degradan las proteínas de lamatriz; también se utilizan agentes que puedensecuestrar al ion calcio, del cual depende la adherencia celular. De esta forma, y medianteuna suave agitación, se obtiene a partir del tejido, una suspensión celular con más de untipo de célula, probablemente. Se pueden utilizar varios métodos para separar losdiferentes tipos celulares de la suspensión celular, según sus propiedades:

1. La diferencia de tamaño de las células permite separarlas por centrifugación.

2. La capacidad que tienen algunos tipos celulares de adherirse al vidrio o al plástico,

permite separarlos de otras células que se adhieren débilmente.

Las células pueden ser cultivadas en una placa de cultivo. La mayoría de las célulasanimales y vegetales aisladas pueden vivir, multiplicarse e incluso expresar propiedadesdiferenciales, si se les provee un medioambiente apropiado (apropiada temperatura;mezcla de gases; determinada concentración de glucosa; un pH concreto, factores decrecimiento, la presencia de otros componentes nutritivos……….etc) en una placa decultivo. Así, las células pueden ser observadas continuamente bajo el microscopio oanalizadas bioquímicamente, con la utilidad de explorar los efectos del agregado oremoción de moléculas específicas, tales como hormonas o factores de crecimiento, al



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cultivo celular. Además, mezclando dos tipos celulares, las interacciones entre ellaspueden ser estudiadas. Cuando los experimentos se realizan sobre cultivos celulares, sedice que son experimentos “in vitro” (“en vidrio”), para diferenciarlos de losexperimentos que se llevan a cabo en organismos completos, a los que se denomina “in

vivo” (“en el organismo viviente”)1.

Las células pueden crecer en suspensión o de manera adherente. Algunas células vivende forma natural sin adherirse a una superficie, como las que existen en el torrentesanguíneo. Otras necesitan una superficie, como la mayoría de células derivadas detejidos sólidos. A las células que crecen sin unirse a una superficie se las llama cultivos ensuspensión. Algunos cultivos celulares adherentes pueden crecer en plástico para elcultivo de tejidos, que puede estar recubierto con componentes de la matriz extracelularpara aumentar sus propiedades de adhesión y proporcionar otras señales necesarias parael crecimiento y diferenciación.

2.6.1. Distintos tipos de cultivos celulares

Actualmente, los cultivos se establecen principalmente a partir de suspensionescelulares generadas por disgregación de tejidos (explicado anteriormente). A diferenciade las bacterias, la mayoría de las células obtenidas de tejidos no están adaptadas para

vivir en suspensión, y requieren unasuperficie sólida en la cual crecer ydividirse. Para los cultivos celulares,este soporte está generalmenteprovisto por la superficie de una placade cultivo plástica. De todas formas,como las diferentes células varían ensus requerimientos, a veces elcrecimiento y diferenciación de lasmismas sólo se logra recubriendo elsoporte plástico con componentes dela matriz extracelular (sustancia querodea y contiene a las células en los

tejidos, con la cuál interactúan), como por ej. colágeno y laminina.

Los cultivos se pueden clasificar en:

·

Cultivos primarios Se denomina cultivo primario a aquellos cultivos preparados directamente a partir de

los tejidos de un organismo, sin proliferación (multiplicación) in vitro. Este tipo de cultivo

puede iniciarse con o sin fraccionamiento para separar los distintos tipos celulares. En la

mayoría de los casos, las células de los cultivos primarios pueden ser removidas del

recipiente de cultivo a uno nuevo donde proliferarán para formar varios cultivos

secundarios.



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· Cultivos secundarios

En estas condiciones, las células suelen crecer hasta cubrir la superficie del recipiente

de cultivo, formando una monocapa (capa de una célula de espesor), donde comoconsecuencia del contacto entre las células se detiene temporalmente su proliferación,

hasta que se las subcultiva a un recipiente con medio fresco; así podrán subcultivarse

durante semanas o meses. En este estadio, las células frecuentemente mostrarán

distintas propiedades en función de su origen. P

· Cultivos continuos o Líneas celulares

La mayoría de las células de los vertebrados cesan su división celular luego de un

número finito de divisiones en cultivo, por un proceso llamado senescencia celular . Por

ejemplo, los fibroblastos humanos normales se dividen solamente entre 25 y 40 veces encultivo, antes de detenerse. En estas células, así como en muchas otras, la capacidad

limitada de proliferación es el resultado de un acortamiento progresivo de los telómeros

(porción de ADN que se encuentra en los extremos de los cromosomas). En las células

somáticas (todas las células que no son células sexuales) se encuentra “apagado” el gen

que codifica para la enzima telomerasa, que se encarga de mantener la integridad de los

telómeros; como consecuencia, los telómeros se acortan en cada división celular. A los

fibroblastos humanos se los puede forzar a proliferar indefinidamente si se les provee el

gen que codifica para la telomerasa; así, pueden propagarse como una línea celular

“inmortalizada”.

2.7. Células madre

Los organismos multicelulares, entre ellos los seres humanos, están formados porunos 200 tipos de células especializadas (neuronas, hepatocitos, células cardíacas, célulasmusculares, células sanguíneas, etc.) que determinan el funcionamiento de cada órgano ydel organismo en su totalidad. Los diversos tipos celulares se originan a partir de célulasindiferenciadas o células madre. Además de la función que tienen las células madreembrionarias en la formación del nuevo individuo, la división y diferenciación de lascélulas madre en el organismo adulto permite regenerar tejidos dañados. Los científicosespecializados en estos temas investigan la posibilidad de desarrollar terapias basadas encélulas madre para tratar determinadas enfermedades. Este área se conoce comomedicina regenerativa o reparadora. Se espera que, en un futuro, las células madre seránla base de tratamientos para enfermedades como el mal de Parkinson, la diabetes yenfermedades cardíacas, entre otras. Esta posibilidad de desarrollar “terapias celulares”aumenta a medida que se conoce más sobre las propiedades de las células madre.











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7. La información genética es tan preciada para una célula eucariótica que, no sólo seencuentra rodeada por la membrana celular, sino que se encuentra a su vez dentro deuna estructura membranosa doble y porosa. ¿Qué estructura o parte de la célula es

ésta? Seleccione una:

a) la membrana plasmáticab) los cromosomasc) el núcleod) el citoplasma

8. Los animales poseemos un sistema respiratorio que se encarga obtener y suministraroxígeno desde los pulmones a cada una de nuestras células, empleando el torrentesanguíneo. Cuando el oxígeno llega a la célula, es empleado para convertir las

moléculas orgánicas, o nutrientes, en energía, lo que se denomina "respiracióncelular". ¿En qué orgánulo se realiza este proceso? Seleccione una:

a) retículo endoplasmáticob) mitocondriasc) aparato o complejo de Golgid) vesícula

9. ¿Cómo se llama la estructura celular que da forma al interior de la célula y ademáspermite su movimiento? Seleccione una:

a) láminab) microtúbuloc) citoesqueletod) cilio o flagelo

10. Las células madre adultas son células: Seleccione una:

a) Multipotenciales: capaces de dividirse y dar lugar a células de dos o trestipos distintos de células

b)

Pluripotenciales: capaces de dividirse y dar lugar a células hijas decualquier tipo celular



Biología27

C) Debes recordar

o Las moléculas orgánicas o compuestos de carbono son el constituyente

fundamental y característico de los seres vivos. Estas moléculas están formadas

por los elementos carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N) y

también, aunque en menor proporción, por fósforo (P) y azufre (S).

o Las moléculas orgánicas pueden ser de pequeños tamaño, o bien pueden alcanzar

un gran tamaño y elevado peso molecular. Estas últimas son polímeros

constituidos por unidades de moléculas más pequeñas que se repiten un número

elevado de veces. Estas macromoléculas representan la esencia de los seres vivos.

o Las biomoléculas pueden clasificarse por su estructura y sus propiedades químicas

en cuatro grandes grupos: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

o Los carbohidratos o glúcidos tienen una estructura química bastante homogénea.

Este grupo incluye a los azúcares sencillos o monosacáridos y a sus combinaciones

(disacáridos y polisacáridos). Su función en los seres vivos es fundamentalmenteenergética.

o Los lípidos incluyen un gran número de compuestos de estructura muy variada, y

que desempeñan funciones muy diversas en los seres vivos. Los más abundantes

son los derivados de los ácidos grasos, como los triglicéridos y fosfolípidos, de

función fundamentalmente energética los primeros y estructural los segundos.

o Las proteínas están constituidas por la unión de varios aminoácidos. Son las

moléculas más variadas y más versátiles de los seres vivos; son fundamentales

tanto para la estructura como para el funcionamiento de las células. Entre éstas

merecen mención especial las enzimas cuya función es acelerar las reacciones

químicas que tienen lugar en los seres vivos.



Biología28

o Los ácidos nucleicos son también polímeros, en los que la molécula unidad es el

nucleótido. Son moléculas esenciales para la vida, puesto que tienen la

información genética y son responsables de su transmisión hereditaria. Existen

dos tipos de ácidos nucleicos: DNA y RNA.

o La célula es la unidad básica de la estructura y de la función de los seres vivos.

o La estructura y organización enormemente compleja de la célula se puede

observar al microscopio óptico y electrónico.

o La membrana plasmática delimita la célula y controla la entrada y salida de

sustancias. Está constituida fundamentalmente por una doble capa de fosfolípidos

y por diversas proteínas cuya posición es variable.

o En el interior de las células hay una gran cantidad de orgánulos distribuidos en el

citoplasma. Cada orgánulo tienen una estructura característica y una función

definida. Otras estructuras celulares le dan forma a la célula constituyendo el

citoesqueleto.

o El núcleo es el centro de control de la célula. Está rodeado por una membrana y ensu interior se encuentra el DNA unido a las proteínas.

o Según su estructura las células se dividen en dos grandes grupos: procariotas y

eucariotas. Las primeras tienen una estructura interna muy sencilla, carecen de

núcleo y prácticamente de orgánulos.

o Las células todavía no diferenciadas del embrión y las que permanecen sin

diferenciar en algunos tejidos adultos, se denominan células madre. Estas célulasconservan la capacidad de proliferar y de convertirse en células especializadas. La

investigación en células madre despierta grandes expectativas por su aplicación

biomédica para la reparación de órganos, injertos y trasplantes.



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D) Para saber más

Alberts B., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., and Walter P. (2002): Molecular

Biology of the Cell , Editorial Garland, 4ta. Edición en ingles, pero existen versionesen español. Disponible (inglés) enhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=mboc4

Barreno M.J. y Izpisúa J.C. (2012): Retos de la medicina regenerativa. Investigación yciencia, Noviembre pgs. 56-63

Bordignon C. (2006): Stem-cell therapies for blood diseases. Nature, Volumen 441 pgs.

1100-102

Curtis H., Barnes N.S., Schnek A., and Flores G. (2006): Invitación a la Biología. Sextaedición. Editorial Panamericana, Buenos Aires

Freeman, S. (2010): Fundamentos de Biología .Tercera edición. Pearson Education S.A.,Madrid

Información sobre células madre -Recurso oficial del Instituto Nacional de Salud deEEUU (NIH) para la investigación con células madre. (Material en inglés) [URL=http://stemcells.nih.gov/ ]

Morcillo, G. y Portela I.(2010): Biología básica. Editorial Sanz y Torres, Madrid

Rodolfa K.T: and Eggan K. (2006): A Transcriptional Logic for Nuclear Reprogramming. Cell126, 652–655

Takahashi K. and Yamanaka S. (2006): Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse

Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors . Cell 126, 663–676,



Biología30

E) Glosario

aminoácidos

[Gr. ammon, se refiere al Dios egipcio del Sol, cerca de cuyo templo se

prepararon por primera vez sales de amonio con estiércol de camello]: moléculas

orgánicas que contienen nitrógeno en forma de amonio, –NH2 y un grupo

carboxilo, –COOH, unidos al mismo átomo de carbono; son los “bloques

estructurales” de las moléculas de proteína.

enzima

Molécula de proteína globular que acelera una reacción química específica.

fosfolípido

Moléculas orgánicas semejantes en estructura a las grasas, en las cuales un

grupo fosfato, en lugar de estar unido a un grupo ácido graso lo está al tercer

carbono de la molécula de glicerol; como resultado, la molécula tiene una

“cabeza” hidrofílica y una “cola” hidrofóbica. Los fosfolípidos forman la

estructura básica de las membranas de las células y de las organelas.

glucolípido

[Gr. glukus, dulce + lipos, grasa] Moléculas orgánicas de estructura semejante

a las grasas, en las cuales en lugar de un ácido graso, una cadena corta de

carbohidratos está unida al tercer carbono de la molécula de glicerol; como

resultado, la molécula tiene una “cabeza” hidrofílica y una “cola” hidrofóbica.

Los glucolípidos son constituyentes importantes de las membranas de las células

y de las organelas

homeostasis

[Gr. homos, mismo o similar + stasis, estar]Mantenimiento de un ambiente

fisiológico interno o de un equilibrio interno relativamente estable en un

organismo.

hormona

Molécula orgánica, habitualmente secretada en cantidades pequeñas en una

parte de un organismo, que regula la función de otro tejido u órgano.



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molécula

[Lat. molecule, dim. de moles, masa]: partícula formada por dos o más átomos

que se mantienen unidos por enlaces químicos; la unidad más pequeña de un

compuesto que exhibe sus propiedades.

monosacárido

[Gr. monos, único + sakcharon, azúcar] Azúcar simple como la glucosa, la

fructosa y la ribosa.

núcleo

[Lat. nucleus, pepita]: 1. El núcleo central de un átomo, que contiene protones

y neutrones y alrededor del cual se mueven los electrones. 2. La estructura

rodeada por membrana, característica de las células eucariontes, que contiene

información genética en forma de DNA organizado en cromosomas. 3. Grupo de

cuerpos celulares nerviosos dentro del sistema nervioso central. 4. Parte o punto

central de una estructura.

organismo

[Gr. organon, instrumento, herramienta]: cualquier criatura viva, unicelular o

multicelular.

polar

Que tiene partes o áreas con propiedades contrastantes u opuestas, como

cargas positivas o negativas, cabeza y cola.

proteína

Compuesto orgánico complejo constituido por una o más cadenas

polipeptídicas, cada una formada por muchos (100 o más) aminoácidos unidos

por enlaces peptídicos.

pirimidina

Base nitrogenada como la citosina, la timina o el uracilo, con una estructura

química característica de un solo anillo; uno de los componentes de los ácidos

nucleicos

purina

Base nitrogenada como la adenina o la guanina con una estructura

característica de dos anillos; uno de los componentes de los ácidos nucleicos.



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F) Autoevaluación

1. Químicamente una grasa es: Seleccione una:

a) un oligoelementob) una proteínac) un carbohidratod) un lípido

2. Los monómeros de las enzimas son: Seleccione una:

a) glucosab) nucleótidosc) aminoácidosd) azúcares

3. Los ácidos nucleicos son: Seleccione una:

a) Catalizadores biológicosb) Moléculas que contienen la información genéticac) Moléculas de cuya degradación química obtienen energía todos los seres

vivosd) Componentes esenciales de las membranas

4. En el siglo XVII se empleó por primera vez la palabra célula. ¿A qué hacía referencia?

Seleccione una:

a) tejidos vegetalesb) la teoría celularc) pequeñas cavidades o habitaciones que se observó en el microscopio





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9. Las células madre embrionarias son células: Seleccione una:

a) Multipotenciales: capaces de dividirse y dar lugar a células de dos o trestipos distintos de células

b) Pluripotenciales: capaces de dividirse y dar lugar a células hijas de cualquiertipo celular

10. Las células adultas que ya poseen un cierto grado de especialización puedenconvertirse en células pluripotenciales mediante: Seleccione una:

a) reprogramación o desdiferenciación celularb) iPSc) cultivo en laboratorio en medio líquido



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Respuestas correctas del test de autoevaluación:

Pregunta Respuesta correcta

1 d)

2 c)

3 b)

4 c)

5 b)

6 b)

7 a)

8 c)

9 b)

10 a)

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Biología básica 1