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