Biología Celular - Principios de los Organismos

Biología Celular

Unidad 0: Principios de los Organismos

La Célula: Unidad básica, estructural y funcional de la vida y de todos los organismos vivos en el mundo.

Formadas por las mismas macromoléculas, en ellas fluye la información genética en la misma dirección.

Descubiertas supuestamente por Robert Hooke en el año 1665, quien observo celdillas en una lámina de corcho. En realidad se trataban de las paredes celulares.

La Microscopia: Ciencia especializada en la observación de imágenes imperceptibles al ojo humano. Sus principios son la magnificación (capacidad de aumentar el nivel de la imagen) y la resolución (nitidez y definición de la imagen).

• Micr. Ópticos: Son capaces de ver sustancias vivas y a color. Se basa en el aumento de una imagen imperceptible para el ojo humano. Pueden ser de campo claro (la luz puesta bajo la muestra), de contraste (se aumenta el contraste en diferentes partes) o de fluorescencia (la muestra se tiñe con material fluorescente y expuesta a luces de onda adecuada)
• Micr. Electrónicos: Estos ven muestras ya por barrido (imágenes en 3D) o por transmisión (imágenes de corte pero excelentes).

Dominio de los Organismos:

• Procariontes: -Eubacterias

                      -Arqueobacterias

• Eucariontes:  - Eucariotas

Células Procariontes:

• Diversas y unicelulares. Diferentes formas
• No poseen organelos o núcleos físicos
• Pueden ser aeróbicos (dependen del O2) o anaeróbicos (no dependen del O2)
• Organotróficas, litotróficas o fotosintéticas.

Células Eucariontes:

• Complejas. Poseen organelos y núcleo y tienen tamaños variados
• Pueden ser unicelulares o pluricelulares.

• Teoría de la Endogénesis: La mitocondria podría ser una estructura “viral” que vive simbiontemente junto a la célula.
• Organismos Modelos: Usados para investigación y análisis. Ej.: E. Coli, Levadura, Ratón común.

Comportamiento Químico de las Células: Somos sistemas químicos complejos que funcionan lejos del equilibrio del ambiente. La química de la vida se basa en el carbono y sus reacciones ocurren en medios acuosos. Están dominadas por los polímeros y reguladas por las enzimas.

El 96% del peso de un organismo está formado por solo cuatro elementos: carbono, hidrogeno, oxígeno y nitrógeno. Estos se unen gracias a varios enlaces atómicos, entre estos el covalente, iónico, puente de hidrogeno y Van der Waals.

• Las enzimas son capaces de romper o crear enlaces covalentes, que son 100 más fuertes que la energía térmica.

El Agua: Forma el 70% del peso celular y se enlaza entre ellas por puentes de hidrogeno. Es el disolvente universal por excelencia. Las reacciones y la vida misma ocurren gracias al agua.

• Cuando los ácidos interactúan con el agua, estos liberan protones. Y las bases liberan iones hidroxilos.

Unidad 1: Biomoléculas

Hechas a partir de los elementos mencionados anteriormente.

Los Carbohidratos: También conocidos como azucares, tienen la función de ser energía a corto plazo (glucógeno, almidón), ser un soporte estructural de las células (celulosa, quitina) y ayudar en la señalización de la membrana plasmática.

Su unidad es el monosacárido, el cual se une entre sí por enlaces covalentes denominados glicósidos. Dichos monómeros pueden formar disacáridos (2), oligosacáridos (3, 4, 5…) o polisacáridos (+1000). Los que tienen importancia biológica pueden tener entre 3 y 6 carbonos. Su estructura puede ser lineal o ramificada y pueden ser isómeros (tener misma fórmula molecular pero diferente estructura molecular). Los isómeros son útiles para la distribución espacial y la generación de variedades.

Los Lípidos: Son moléculas insolubles en el agua pero solubles en grasas y disoluciones orgánicas (benceno). Tienen como función la construcción de la membrana celular (fosfolípidos) y la reserva energética (trigliceros) Su unidad básica es el ácido graso.

• El ácido graso NO se considera un monómero.

El ácido graso tiene una cadena hidrocarbonada larga e hidrofóbica que se une a una cabeza cargada e hidrofilica. Se comporta como un ácido y puede almacenarse en el citoplasma como grasas saturadas.

• Pueden ser saturados o insaturados, estos últimos teniendo enlace doble. Los saturados forman grupos compactos y rígidos, en cambio los insaturados son irregulares y difíciles de empaquetar.

Las Proteínas: 

Moléculas formadas por aminoácidos (a.a), que poseen un ácido carboxilo y un amino. Existen solo 20 a.a en la naturaleza y se abrevian en Alamina y Glutamina. Se unen entre sí por enlaces covalentes denominados peptídicos. Presentan 4 tipos de estructura:

• Estruc. Primaria: Cadena de a.a enlazada por enlaces covalentes, formando proteínas o polipéptidos. Los a.a con carga positiva son bases y los de carga negativa son ácidos.

En las cadenas combinadas hay interacciones internas: atracción electroestática, puentes de hidrogeno, unión Van der Waals.

La Estruc. Primaria defina a la Estruc. Secundaria.

• Estruc. Secundaria: Involucra a la formación de puentes de hidrogeno entre los grupos N-H y C=O del esqueleto polipéptido. Puede formar:

• Alfa-Hélices: Cilindros en espiral de cadenas polipeptídicas
• Beta-Laminas: Estructuras planas. Las hay paralelas o anti-paralelas.

• Estruc. Terciaria: Ordenamiento especial de a-hélices y b-laminas que forman dominios en la cadena polipeptídica. Unidas por puentes disulfuro, Van der Waals, enlaces iónicos, puentes de H.

• Dominio: porción de la Estruc. Terciaria que posee mayor densidad.

• Estruc. Cuaternaria: Formado por más de una subunidad proteica. Requiere cofactores (moléculas no proteicas esenciales en la actividad proteica).

• Proteínas fibrosas son las que forman tejidos a partir de asociación de células independientes. Son abundantes fuera de la célula (matriz extracelular)
• Proteínas extracelulares son las que se estabilizan por entrecruzamiento covalente.
• El plegamiento proteico es auxiliado por las chaperonas moleculares. Son proteínas que se unen a cadenas parcialmente plegadas, ayudándolas a plegarse. Son vitales debido al sobre-poblamiento proteico en el citoplasma, evitando uniones erróneas.
• El mal plegamiento de una proteína puede causar estrés en el Retículo Endoplásmico, además de mal funcionamiento de esta y dar origen a enfermedades degenerativas como el Alzheimer y la Anemia.

Función de las proteínas:

• Enzimas: Capaces de catalizar la formación o quiebre de enlaces covalentes
• Señalización: Acarrean señales de célula en célula.
• Transportadoras

Métodos de estudio de las proteínas:

• Cultivo celular → Células “in vitro”.

• Células madre.

• Rompimiento Celular: 

• Mecánico.
• Detergente.
• Ciclo de congelación.
• Ultrasonidos.
• Soluciones hipo-osmóticas.

RESULTADO: EXTRACTO CELULAR HOMOGENIZADO

Todos los componentes del extracto son separados a través de la centrifugación:

• Según velocidades:

• Baja: células enteras, núcleos, citoesqueletos.
• Media: mitocondrias, lisosomas, peroxisomas.
• Alta: microsomas, vesículas pequeñas.
• Muy Alta: ribosomas, viruses, macromoléculas grandes.

• Según gradientes de densidad:

• Sedimentación de densidad (5-20% solución sacarosa)
• Sedimentación de equilibrio (20-70% solución sacarosa)

• Según fisiología de las proteínas:

• Forma.
• Tamaño.
• Carga.
• Hidrofobicidad.
• Afinidad con otras moléculas.

Cromatografía: Se separan moléculas basado en sus diferencias existentes entre su estructura y composición. Esto sucede en un soporte estacionario inserto dentro de una columna. Los niveles de interacción entre el soporte y las moléculas  permitirán la migración de estas últimas a través del soporte.

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