Origen de la Biología Celular

Origen de la teoría celular

Teoría Fibrilar

• Nació de la observación de estructuras “fibrosas” macroscópicas, de las que dieron cuenta médicos y fisiólogos. • Las fibras eran concebidas como las partes sólidas de los organismos, cuya asociación da lugar a la formación de tejidos y órganos.

Origen de la teoría celular

Teoría Globulista • Nace de la observación al microscopio de ciertas estructuras globulares y como complemento de la teoría fibrilar. • Estas estructuras globulares eran consideradas el origen de las fibras, que eran portadoras de la fuerza vital.

• Los glóbulos dan lugar a las fibras, estructuras en las que reside aquello denominado vida. Los glóbulos tienen su origen en un líquido indiferenciado.

Origen de la teoría celular

Las Primeras Células

Cedillas en Corcho-1655

Origen de la teoría celular

Las Primeras Células

Anton Van Leewenhoek (1674)

Origen de la teoría celular

Primeros Indicios de la Teoría Celular

E. Purkinje (1787-1869)

X. Bichat (1771-1802)

• Bichat (1801) establece el concepto de tejido como unidad morfológica y funcional de los seres vivos. • Dutrochet y Purkinje (1824) consideran a la célula como la unidad estructural y fisiológica de los organismos. • Dutrochet denomina “sarcode” a la sustancia que forma el interior de las células, lo cual es la primera descripción del plasma celular. • Robert Brown (1831) descubre el núcleo en las células vegetales. • Dujardin (1835) descubre el protoplasma en el interior de las células y le asigna el carácter de “materia viva”.

La teoría celular

Teoría Celular

Matthias Schleiden (1804-1881)

1838 Todas las plantas están formadas por células

Theodor Schwann (1810-1882)

1839 Los animales también se encuentran constituidos por células

La teoría celular

División Celular • Propone en 1855 que las células se originan únicamente a partir de células preexistentes, “ommis cellula e cellula”.

Rudolph Virchow (1821-1902)

La teoría celular

División Celular • fue quien denominó “cromatina” a la sustancia que ocupa el interior del mismo. • pero el aporte fundamental fue la descripción de la mitosis y la identificación de los cromosomas.

Walther Flemming (1843 - 1905)

Los ácidos nucleicos

Teoría Cromosómica de la Herencia

Walter S. Sutton (1877-1916)

Theodor Boveri (1862-1915)

Los ácidos nucleicos

El Material Hereditario

Frederick Griffith (1928)

Los ácidos nucleicos

El Material Hereditario Avery et al. (1944)

Los ácidos nucleicos

El Material Hereditario Hershey y Chase (1953)

Los ácidos nucleicos

Estructura del ADN Watson y Crick (1953)

Modelo de la “Doble Hélice”

Los genes

George Beadle – Edward Tatum (1941)

“son segmentos de ADN capaces de dirigir la síntesis de un polipéptido determinado”

La expresión de los genes

• Severo Ochoa descubre la ARN polimerasa y sintetiza por primera vez in vitro una molécula de ARN (Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1959).

La expresión de los genes

Jacob y Monod (1961) • propusieron la hipótesis del mensajero: "debe existir una molécula que transporte la información fielmente desde el ADN hasta las proteínas“.

La expresión de los genes

Brenner & al. (1961) • demostraron la existencia del este intermediario que resultó ser una molécula de ácido ribonucleico que se denominó ARN mensajero.

La expresión de los genes

• Nirenberg y Khorana descifran el código genético (Premio Nobel de Medicina en 1968).

Dogma Central de la Biología Molecular

F. Crick (1970)

Transferencia de genes en animales

Solución de crimenes

Cultivo de Células Vegetales

Mapas de Genomas completos

Diagnósticos

Anticuerpos Monoclonales

Cultivos Celulares Biología Molecular

Tecnología del ADN Bancos de ADN, ARN Proteínas

Fármacos Anti-cáncer

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Marcadores

Ingeniería Genética Síntesis de Nuevas Proteínas

Producción de Proteínas humanas

Nuevas Plantas y Animales Nuevos Alimentos

Clonación

Nuevos Antibióticos

Terapia Génica

Síntesis de Sondas de ADN Localización de desórdenes genéticos

Composición Química de los seres vivos

Compuestos inorgánicos

AGUA • Es el compuesto inorgánico más abundante del cuerpo. • En el hombre constituye alrededor del 75% del cuerpo. • Tiene funciones muy importantes dentro del organismo: • permite que los restantes componentes de las células puedan reaccionar químicamente. • disuelve los productos de desecho del organismo. • participa en la eliminación de los desechos de las células. • tiene la capacidad de absorber calor y eliminar el exceso de temperatura mediante evaporación de líquidos. • permite la distribución del calor de manera uniforme en los tejidos por su gran conductividad.

Compuestos inorgánicos

Sales minerales • Mantener el grado de salinidad y la homeostasis (equilibrio del medio interno) de los organismos. • Regular la presión osmótica y el volumen celular: la entrada o salida de agua a través de la membrana plasmática depende de la concentración de sales en el interior y el exterior de la célula. • Generar potenciales eléctricos: la diferencia de concentración de determinados iones entre el interior y el exterior de la célula genera un potencial de membrana que resulta fundamental para el buen desarrollo de ciertos procesos, como la contracción muscular o la transmisión del impulso nervioso. • Regular la actividad enzimática, al asociarse a los sustratos o a las enzimas que participan en determinadas reacciones metabólicas. • Regulación del pH: las disoluciones amortiguadoras o tampón se encargan de mantener constante el pH del medio interno. • Funciones específicas, pudiendo estar asociadas a otras moléculas orgánicas.

Compuestos inorgánicos

Sales minerales Pueden presentarse en 3 formas diferentes: Precipitadas, Disueltas y Asociadas 1. Precipitadas: forman estructuras sólidas e insolubles, generalmente con función estructural (esquelética).

Silicatos: caparazones de algunos organismos (diatomeas), espículas de algunas esponjas y estructura de sostén en algunos vegetales (gramíneas). Carbonato cálcico: caparazones de algunos protozoos marinos, esqueletos externos de corales, moluscos y artrópodos, así como estructuras duras. Fosfato de calcio: esqueleto de vertebrados.

Compuestos inorgánicos

2. Disueltas: los Aniones y Cationes permiten controlar el pH, mantienen el grado de salinidad y regulan las relaciones osmóticas de las células. Además pueden tener funciones específicas como en la contracción muscular.

3. Asociadas a moléculas orgánicas: fosfoproteínas, fosfolípidos, moléculas energéticas (ATP, GTP). Con funciones estructurales o energéticas.

Compuestos orgánicos

Compuestos orgánicos Hidratos de carbono Lípidos Proteínas Acidos nucleicos

fuente de energía química y elementos estructurales elementos estructurales catalizadores de reacciones reguladores procesos celulares almacenamiento y transmisión de información

Composición típica: 80% agua, 12% proteínas, 5% lípidos, 2% ácidos nucleicos, 1% hidratos de carbono.

Compuestos orgánicos

Hidratos de Carbono

• Son elementos estructurales de las células y sirven también como fuente de energía química. • Los más importantes son los monosacáridos (CH2O)n • Los más útiles para el metabolismo tienen entre 3 y 7 repeticiones de la fórmula básica.

Hidratos de Carbono

Monosacáridos

Glucosa

• constituye la principal fuente de energía de las células y presenta una alta concentración en el cuerpo. • todos los demás hidratos de carbono que se ingieren son convertidos en glucosa y recién ahí son utilizados. • por ello, la glucosa es un componente indispensable en la sangre y alcanza una concentración de 0,1% en los animales superiores como los mamíferos.

Hidratos de Carbono

Disacáridos • sirven principalmente como almacenamiento de energía disponible rápidamente para la célula. Entre los más frecuentes tenemos a la sacarosa y la lactosa.

Sacarosa

Lactosa

• la sacarosa, se halla en la savia de las plantas y permite distribuir energía química a todo el cuerpo. • la lactosa, que se encuentra en la leche de casi todos los mamíferos y tiene la función de suministrar energía al recién nacido para su crecimiento inicial.

Hidratos de Carbono

Oligosacáridos

• casi siempre se encuentran unidos en forma covalente a lípidos o a proteínas, formando glucolípidos y glucoproteínas respectivamente. • tienen funciones importantes en las membranas biológicas, en donde permiten el reconocimiento celular y la adhesión celular.

Hidratos de Carbono

Polisacáridos Glucógeno

Almidón

El almidón y el glucógeno son polisacáridos de tamaño grande que no pueden atravesar la membrana plasmática de las células.

En los animales, el glucógeno se almacena en el hígado y cuando hace falta glucosa, el glucógeno se desdobla liberándose la glucosa a la sangre, mediante la cual se distribuye a todo el cuerpo.

Hidratos de Carbono

Polisacáridos

Celulosa

• El polisacárido más común en las plantas es la celulosa, que forma parte de las paredes celulares rígidas que rodean a las células vegetales. • Debido a la gran cantidad de plantas que hay, la celulosa constituye el compuesto orgánico más abundante sobre el planeta.

Lípidos

Lípidos • Son un grupo heterogéneo que tienen en común solamente la propiedad de ser insolubles en agua. • Los lípidos más importantes en el metabolismo celular son: grasas y aceites fosfolípidos esteroides

Lípidos

Grasas y Aceites

Lípidos

Fosfolípidos

Lípidos

Esteroides

Proteínas

Proteínas • Son las moléculas orgánicas de mayor tamaño en las células • Se parecen a los ácidos nucleicos por la gran complejidad que tienen • Son polímeros formados por la unión de aminoácidos mediante enlaces peptídicos.

Proteínas

Proteínas • En total existen 20 aminoácidos diferentes. • Cada proteína tiene una composición característica de aminoácidos. • Por lo cual el número teórico de proteínas posibles es casi infinito. • La diversidad en la secuencia de a.a. es la responsable de las diferentes funciones que pueden realizar las proteínas.

Proteínas

Niveles de Organización de las Proteínas Estructura Primaria

Cadena polipeptídica

Proteínas

Estructura Secundaria

Hélice Alfa

Lamina plegada Beta

Proteínas

Estructura terciaria

Fibrosa

Globular

Proteínas

Estructura terciaria Fibrosas  presentan forma general alargada  son importantes fuera de la célula como componentes estructurales de las matrices extracelulares  entre las más conocidas se encuentran el colágeno, la elastina y la queratina.  están formadas por fibras largas, que le otorgan a los tejidos una alta resistencia a la tensión.

Globulares  tienen forma compacta y corta  casi siempre se encuentran en el interior de la célula  desempeñan funciones enzimáticas y estructurales en los distintos organelos

Proteínas

Estructura Cuaternaria

Dímero

Proteínas

Enzimas • Tienen la propiedad de acelerar una determinada reacción química sin consumirse. • No son indispensables para que ocurran las reacciones, solamente aceleran la velocidad de reacción. • La gran mayoría son específicas para una sola reacción química. • Tienen la capacidad de reconocer una determinada molécula y unirse a ella en forma específica.

• La unión se produce a través de enlaces débiles en un lugar determinado de la proteína llamado sitio activo. • La especificidad de las enzimas se debe a su estructura tridimensional y a la estructura de su sitio activo.

• Los nombres de las enzimas hacen referencia a su función.

Proteínas

Mecanismo de Acción

orientación de sustratos

cambio en la carga del sustrato

Proteínas

Mecanismo de Acción

cambio en la forma del sustrato

Ácidos Nucleicos • El ARN puede contener desde menos de 100 a varios miles de nucleótidos. • Las moléculas de ADN pueden presentar varios cientos de millones de nucleótidos.

son polímeros lineales formados por la unión de nucleótidos que están ligados mediante uniones fosfodiéster

Tanto el ADN como el ARN presentan solamente cuatro nucleótidos diferentes, pero todos tienen una estructura común. Nucleótido

cada nucleótido está compuesto por un grupo fosfato unido a una pentosa y una base nitrogenada

Nucleótido

los enlaces fosfodiéster unen el carbono 3’ de la pentosa de un nucleótido con el carbono 5’ de la pentosa de otro nucleótido

Nucleótido

en consecuencia, una molécula de ácido nucleico tiene una orientación química de extremo a extremo (5’-3’)

Pentosas

las pentosas son de dos tipos: desoxirribosa en el ADN y ribosa en el ARN

Bases Nitrogenadas

son compuestos heterocíclicos que contienen nitrógeno y carbono en sus anillos

Ácido Fosfórico

• El ácido fosfórico le confiere a los ácidos nucleicos sus propiedades ácidas y permite que formen uniones iónicas con proteínas básicas. • El ADN se une a un tipo particular de proteínas básicas llamadas histonas. • El ADN unido a las histonas forma un complejo nucleoproteico llamado cromatina. • Esta cromatina es el componente fundamental de los cromosomas

Localización

Bases pirimídicas Bases púricas Pentosa Estructura Papel en la célula

Acido desoxirribonucleico (ADN) Acido ribonucleico (ARN) Principalmente en núcleo Principalmente en citoplasma (También en organelas (También en nucléolo y citoplasmáticas) cromosoma) Citosina Citosina Timina Uracilo Adenina Adenina Guanina Guanina Desoxirribosa Ribosa Bicatenaria Monocatenaria Información genética Síntesis de proteínas