Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática

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APUNTES BIOLOGÍA CELULAR Grado en Farmacia Universidad de Barcelona AprenAI 2026-2027 Apuntes de Biología Celular: niveles de organización, biomoléculas, técnicas de microscopía, células procariotas y eucariotas, virus y transporte de membrana.

APREN.AI Índice 1 Niveles de organización y características de los seres vivos Niveles de organización: de la materia inerte a la viva Propiedades esenciales de los seres vivos Criterios de clasificación y taxonomía biológica Organización molecular 2 Agua, buffers y lípidos Composición química celular y propiedades del agua Naturaleza de los lípidos y triacilgliceroles Lípidos de membrana: fosfolípidos, glucolípidos y esteroles Alteraciones del metabolismo lipídico 3 Proteínas y enzimas Monómeros proteicos: estructura y propiedades de los aminoácidos El enlace peptídico y la polimerización proteica Niveles de organización estructural de las proteínas Funciones biológicas y catálisis enzimática Patología molecular: alteración estructural en la anemia falciforme 4 Hidratos de carbono y ácidos nucleicos Monosacáridos: estructura, quiralidad y ciclación Enlace glucosídico, polímeros y regulación glucémica Ácidos nucleicos: monómeros, enlace fosfodiéster y nucleótidos libres Estructura del ADN bicatenario Tipos de ARN y flujo de la expresión génica 5 Métodos de estudio de la célula y técnicas citológicas Fundamentos ópticos y dimensiones celulares Sistemas de microscopía: óptica y electrónica Procesamiento histológico convencional Observación in vivo y cultivos celulares Fraccionamiento celular y centrifugación diferencial 6 Organización celular — Célula procariota, eucariota y entidades acelulares Unidad y diversidad celular: bases compartidas La célula procariota: organización bacteriana y pared La célula eucariota: compartimentación y divergencia de reinos Entidades acelulares: virus, viroides y priones 7 Estructura y transporte a través de la membrana plasmática Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 1 1.

Arquitectura molecular: el modelo de mosaico fluido 2. El glucocálix y las especializaciones de superficie 3. Mecanismos de transporte a través de la membrana 4. Transporte mediado por vesículas (transporte en masa) 8 Resumen para repasar Niveles de organización y clasificación de los seres vivos Biomoléculas: agua, lípidos, glúcidos y proteínas Ácidos nucleicos y flujo de la información genética Citología: métodos, tipos celulares y entidades acelulares Membrana plasmática y mecanismos de transporte Soluciones de las preguntas de repaso Estos apuntes pueden contener errores u omisiones.

Son un material de apoyo y no sustituyen al temario oficial ni al profesorado: contrasta la información importante. Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 2 1 Niveles de organización y características de los seres vivos AL ACABAR SABRÁS Diferenciar con precisión los niveles de organización de la materia inerte de los correspondientes a la materia viva. Explicar las propiedades cardinales que caracterizan a los seres vivos, incluyendo homeostasis y metabolismo. Clasificar organismos biológicos según su morfología nuclear, tipo nutricional y taxones de pertenencia.

PIÉNSALO ANTES DE LEER 1 ¿Por qué un virus o una mitocondria con ADN propio no se consideran seres vivos autónomos? La biología estudia las entidades biológicas analizando su estructura y función desde los componentes más básicos hasta la biosfera. ESQUEMA Mapa general del estudio celular Niveles de organización: de la materia inerte a la viva La materia es el elemento común que conforma la totalidad de los objetos, dotada de cualidades fisicoquímicas particulares. Según su grado de integración, se organiza en dos grandes dominios jerárquicos: inerte y vivo.

Bases y componentes Niveles, biomoléculas y técnicas de estudio Niveles y seres vivos Materia inerte, viva y taxonomía Biomoléculas Agua, lípidos, proteínas, azúcares y nucleótidos Citología y métodos Microscopía y técnicas de análisis celular Estructura celular Procariotas, eucariotas y membrana Modelos celulares Diversidad procariota, eucariota y virus Membrana plasmática Mosaico fluido y transporte celular Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 3 Ámbito Nivel Descripción y alcance Materia inerte Subatómico Partículas elementales que constituyen el átomo. Atómico Unidad mínima elemental que conserva las propiedades físico- químicas del elemento.

Molecular Asociación de átomos con propiedades emergentes nuevas; incluye moléculas sencillas y macromoléculas. Subcelular Complejos macromoleculares y organelas que cumplen funciones específicas en el entorno celular. Materia viva Celular Mínima porción de materia viva dotada de autonomía biológica. Tisular Conjuntos coordinados de células especializadas que constituyen tejidos. Órganos Unidades anatómicas delimitadas formadas por diversos tejidos integrados. Sistemas de órganos Conjunto de órganos que actúan armónicamente en funciones fisiológicas generales. Organismo Individuo viviente constituido por la coordinación de sus sistemas corporales.

Población Grupo de individuos de la misma especie que coinciden en un espacio y periodo dados. Comunidad Interacción entre distintas poblaciones de diferentes especies en una misma área. Ecosistema Relaciones funcionales entre la comunidad biológica y el medio físico circundante. Biosfera Conjunto global de todos los ecosistemas del planeta Tierra. ERROR FRECUENTE Considerar una organela aislada (como una mitocondria) como materia viva. Las organelas pertenecen al nivel subcelular inerte; la vida surge estrictamente a partir del nivel celular coordinado. COMPRUEBA 2 ¿En qué nivel jerárquico emerge por primera vez la condición de materia viva?

Propiedades esenciales de los seres vivos Los organismos comparten un grupo de propiedades fisiológicas que los distinguen de los cuerpos inanimados: Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 4 Organización celular: estructuración a partir de una (unicelular) o varias células (pluricelular). Sistemas abiertos: flujo continuo e intercambio activo de materia y energía con el entorno. Metabolismo: entramado de transformaciones bioquímicas celulares. Comprende las vías de síntesis constructiva (anabolismo) y las de degradación con liberación energética (catabolismo).

Homeostasis: facultad indispensable para sostener constante la composición y estabilidad fisicoquímica del medio interno. Irritabilidad: capacidad para captar estímulos del entorno interno o externo y ejecutar una respuesta adaptada. Crecimiento y desarrollo: incremento dimensional progresivo y cambios estructurales ordenados a lo largo del ciclo vital. Reproducción: mecanismo orientado a engendrar nuevos individuos de la propia especie para asegurar la continuidad biológica. Adaptación y evolución: consolidación de caracteres ventajosos frente al ambiente; su transmisión a la descendencia conforma el proceso evolutivo.

Autopoiesis: aptitud interna para autorregenerarse, automantenerse y sintetizar sus propios elementos constitutivos. COMPRUEBA 3 ¿Cuál es la diferencia fisiológica clave entre el anabolismo y el catabolismo? Criterios de clasificación y taxonomía biológica Para catalogar la biodiversidad se aplican criterios citológicos, tróficos y filogenéticos concretos: Número de células: unicelulares (una célula aislada) o pluricelulares (múltiples células integradas).

Compartimentación nuclear: procariotas (sin envoltura nuclear que aísle el genoma; véase «Organización celular — Célula procariota, eucariota y entidades acelulares») o eucariotas (con núcleo delimitado por membrana; véase «Organización celular — Célula procariota, eucariota y entidades acelulares»). Estrategia de nutrición: autótrofos (capaces de sintetizar sus propias moléculas nutrientes) o heterótrofos (dependientes de biomoléculas elaboradas previamente por otros seres).

La taxonomía clasifica a los individuos en ocho rangos obligatorios, ordenados desde la máxima jerarquía general hasta la unidad más restringida: Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 5 Esquema de las ocho categorías taxonómicas jerárquicas desde dominio a especie. El taxón más extenso es el dominio, mientras que la especie constituye la categoría básica, delimitada como el conjunto de individuos con rasgos anatómicos y funcionales comunes que pueden reproducirse entre sí originando descendencia fértil.

Dentro de estas categorías taxonómicas se reconocen tradicionalmente cinco grandes reinos con características bien delimitadas: Esquema comparativo de los cinco reinos según organización celular y nutrición.

Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 6 Reino Complejidad celular Organización nuclear Tipo de nutrición Pared celular Monera Unicelular Procariota Autótrofa / Heterótrofa Presente (bacteriana) Protista Unicelular / Pluricelular Eucariota Autótrofa / Heterótrofa Variable Fungi Unicelular / Pluricelular Eucariota Heterótrofa Compuesta predominantemente por quitina Plantae Pluricelular Eucariota Autótrofa Compuesta predominantemente por celulosa Animalia Pluricelular Eucariota Heterótrofa Ausente COMPRUEBA 4 ¿Qué dos características distinguen con claridad al reino Fungi del reino Plantae?

IDEAS CLAVE La materia inerte abarca los niveles subatómico, atómico, molecular y subcelular. La célula es la unidad elemental de la vida; no existe vida por debajo de este nivel de organización. Los seres vivos funcionan como sistemas abiertos que intercambian continuamente materia y energía. La homeostasis asegura un medio interno constante frente a las variaciones externas. La taxonomía agrupa a los seres vivos en ocho rangos jerárquicos principales, desde dominio hasta especie. La pared celular de las plantas contiene de modo predominante celulosa, mientras que la de los hongos está formada por quitina. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 5.

¿Por qué un orgánulo como el núcleo o la mitocondria no se clasifica como materia viva? 6. ¿Qué condición biológica obligatoria define a dos individuos como miembros de una misma especie? Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 7 Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 7. ¿A qué nivel de organización biológica pertenece un grupo de individuos de la misma especie en un área común? 8. ¿Qué característica define la nutrición autótrofa? 9. ¿Cuál es la categoría taxonómica más específica en el sistema biológico? 10. ¿Qué reino está formado exclusivamente por organismos procariotas?

Organismo a) Población b) Comunidad c) Ecosistema d) Degradar compuestos sintetizados por otros a) Ingerir macromoléculas del medio extracelular b) Sintetizar las propias moléculas para nutrirse c) Absorber materia orgánica en descomposición d) Especie a) Orden b) Familia c) Género d) Protista a) Monera b) Plantae c) Fungi d) Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 8 2 Agua, buffers y lípidos AL ACABAR SABRÁS Describir la base molecular de las propiedades fisicoquímicas del agua y la función de los tampones biológicos. Diferenciar lípidos saponificables de insaponificables atendiendo a su composición química.

Explicar el comportamiento anfipático de fosfolípidos, glucolípidos y colesterol en el ensamblaje de membranas. Identificar las causas y consecuencias de las dislipemias y el depósito de colesterol en la aterosclerosis. PIÉNSALO ANTES DE LEER 11 ¿Por qué el aceite no se mezcla con el agua mientras que el alcohol o el azúcar sí lo hacen de inmediato? Composición química celular y propiedades del agua La materia viva está constituida por componentes inorgánicos y orgánicos. El agua representa aproximadamente el 80 % del peso celular, mientras que las sales minerales suponen entre el 2 % y el 3 %, participando en la regulación eléctrica de membranas y en la síntesis enzimática y hormonal.

Los elementos biogénicos principales son carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Entre ellos, el átomo de carbono destaca por su versatilidad para formar enlaces covalentes simples, dobles o triples, originando cadenas lineales y anillos moleculares estables. DEFINICIÓN Un puente de hidrógeno es una interacción electrostática atractiva entre un átomo de hidrógeno unido covalentemente a un átomo electronegativo (como el oxígeno) y otro átomo electronegativo cercano. La molécula de agua posee una marcada polaridad debida a la diferencia de electronegatividad entre el oxígeno y los hidrógenos.

Esta distribución asimétrica de cargas permite que cada molécula de agua establezca hasta cuatro puentes de hidrógeno con sus vecinas. De esta estructura derivan dos Organización molecular 2 Agua, buffers y lípidos 3 Proteínas y enzimas 4 Hidratos de carbono y ácidos nucleicos Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 9 propiedades mecánicas esenciales: la cohesión (atracción mutua entre moléculas de agua) y la adhesión (interacción con otras superficies polares). Asimismo, el agua presenta un elevado calor específico y un alto calor de vaporización, actuando como un eficiente termorregulador biológico.

Tipo de compuesto Afinidad por el agua Comportamiento físico Hidrofílico Alta afinidad (polar) Forma atracciones electrostáticas y se disuelve en agua Hidrofóbico Baja afinidad (apolar) No establece puentes de hidrógeno; es repelido por el agua Para evitar variaciones bruscas de acidez que alteren las funciones biológicas, los organismos utilizan amortiguadores o buffers (sistemas amortiguadores como la hemoglobina y diversas proteínas solubles). Estos sistemas captan o ceden protones para mantener el pH constante en los fluidos biológicos (para la regulación del equilibrio interno celular, véase «Niveles de organización y características de los seres vivos»).

COMPRUEBA 12 ¿Por qué las sustancias no polares no logran disolverse en disoluciones acuosas? Naturaleza de los lípidos y triacilgliceroles Los lípidos constituyen un grupo químicamente heterogéneo de biomoléculas. A diferencia de las proteínas o los ácidos nucleicos, los lípidos no forman polímeros típicos formados por monómeros idénticos encadenados (para el concepto de polímero biológico, véase «Organización molecular — Proteínas y enzimas»). Se caracterizan por su insolubilidad en disolventes polares acuosos y su solubilidad en disolventes orgánicos no polares.

Según su composición química y la presencia de ácidos grasos en su estructura, los lípidos se clasifican en dos grandes familias: Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 10 ESQUEMA Clasificación general de los lípidos celulares Lípidos saponificables: contienen ácidos grasos unidos covalentemente; a mayor longitud de la cadena hidrocarbonada, menor es su solubilidad acuosa. Comprenden a los triacilgliceroles, fosfoglicéridos y esfingolípidos. Lípidos insaponificables: carecen de ácidos grasos y derivan formalmente de la polimerización del isopreno. Comprenden a los terpenos y esteroides.

Los triacilgliceroles (o triglicéridos) están constituidos por una molécula de glicerol unida covalentemente a uno, dos o tres ácidos grasos mediante enlaces éster. Cumplen una función primordial de reserva energética a largo plazo, liberando mayor cantidad de energía por gramo tras su oxidación completa que los glúcidos. Las cadenas de ácidos grasos pueden ser saturadas (sin dobles enlaces, sólidas a temperatura ambiente) o insaturadas (con dobles enlaces que generan pliegues en la cadena hidrocarbonada, manteniéndose líquidas a temperatura ambiente). ERROR FRECUENTE Confundir a los lípidos con macromoléculas poliméricas.

Aunque formen agregados supramoleculares de gran tamaño como micelas o membranas, no son polímeros porque sus subunidades no se enlazan de modo covalente repetitivo cabeza-cola. Lípidos de membrana: fosfolípidos, glucolípidos y esteroles Las membranas biológicas basan su arquitectura en lípidos que presentan una doble naturaleza química. Una molécula se clasifica como anfipática cuando contiene al mismo tiempo una región polar hidrofílica y una región apolar hidrofóbica. Los fosfolípidos presentan una cabeza polar formada por glicerol, un grupo fosfato y un alcohol hidrofílico, asociada a dos colas hidrocarbonadas no polares (ácidos grasos).

Esta dualidad estructural obliga a que en medios acuosos se ensamblen espontáneamente formando liposomas, micelas o Lípidos saponificables Contienen ácidos grasos unidos covalentemente Triacilgliceroles Glicerol con tres ácidos grasos Fosfoglicéridos Base de bicapas biológicas Esfingolípidos Basados en ceramida Lípidos insaponificables Sin ácidos grasos, derivados del isopreno Esteroides Núcleo de ciclopentanoperhidrofenantreno Terpenos Derivados lineales o cíclicos del isopreno Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 11 bicapas lipídicas (el modelo detallado de membrana se aborda en «Estructura y transporte a través de la membrana plasmática»).

En estas estructuras, las cabezas polares contactan con el solvente exterior e interior, mientras que las colas hidrofóbicas interaccionan en el centro excluyendo el agua. Esquema estructural de un fosfolípido y agregados en disolución acuosa. Los glucolípidos están compuestos por una ceramida (unidad constituida por el aminoalcohol esfingosina unido a un ácido graso) unida covalentemente a monosacáridos simples (como la glucosa) o a cadenas ramificadas de oligosacáridos. Tienen función estructural en la membrana y orientan siempre sus glúcidos hacia el medio extracelular (para su papel en la asimetría membranosa, véase «Estructura y transporte a través de la membrana plasmática»).

Intervienen directamente en el reconocimiento y señalización celular, permitiendo a las células interactuar de forma específica con su entorno. Los esteroides y esteroles derivan estructuralmente del hidrocarburo policíclico ciclopentanoperhidrofenantreno, formado por 17 carbonos dispuestos en cuatro anillos fusionados. El representante celular fundamental es el colesterol, molécula anfipática gracias a su grupo hidroxilo (- OH) polar en el carbono 3, mientras que sus cuatro ciclos y su cadena lateral son fuertemente hidrofóbicos. Estructura del ciclopentanoperhidrofenantreno y carácter anfipático del colesterol.

Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 12 El colesterol ejerce un papel estructural modulando la fluidez de las membranas celulares y actúa como precursor de moléculas con función de señalización celular interna o sistémica, como las hormonas esteroideas (andrógenos y estrógenos), las sales biliares y las vitaminas liposolubles D y E. COMPRUEBA 13 ¿Cómo repercute la presencia de dobles enlaces cis en las colas de ácidos grasos sobre el ensamblaje de la membrana? Alteraciones del metabolismo lipídico Las alteraciones en la concentración o transporte de los lípidos plasmáticos desencadenan cuadros conocidos como dislipemias.

Estas anomalías se clasifican en primarias (de causa genética directa) o secundarias (asociadas a otras patologías basales, como la diabetes mellitus). Clínicamente pueden manifestarse como hipercolesterolemia aislada, hipertrigliceridemia aislada o dislipemias mixtas. El transporte de lípidos insolubles como el colesterol a través del torrente circulatorio requiere complejos macromoleculares denominados lipoproteínas. Cuando existe un exceso sostenido de colesterol circulante, este se deposita en las paredes vasculares, alterando la fluidez celular endotelial y reduciendo la luz vascular, proceso patológico denominado aterosclerosis.

IDEAS CLAVE El agua es una molécula polar que forma hasta cuatro puentes de hidrógeno, otorgándole alta cohesión, adhesión y propiedades termorreguladoras. Los buffers o amortiguadores estabilizan el pH biológico frente a perturbaciones ácidas o básicas. Los lípidos son biomoléculas insolubles en agua y solubles en solventes orgánicos apolares que no forman polímeros típicos. Los fosfolípidos y glucolípidos son anfipáticos y forman espontáneamente la matriz básica de bicapas y liposomas. El núcleo de ciclopentanoperhidrofenantreno compone esteroles como el colesterol, que modula la fluidez de membrana y origina hormonas esteroideas.

Las dislipemias y el exceso de colesterol circulante favorecen el desarrollo de aterosclerosis en el sistema cardiovascular. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 14. ¿Cuál es la diferencia estructural que divide a los lípidos en saponificables e insaponificables? 15. ¿Qué grupos químicos componen la molécula de un fosfolípido habitual? 16. ¿De qué componentes estructurales deriva una molécula de ceramida? Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 13 ORGANIZACIÓN MOLECULAR 3 Proteínas y enzimas AL ACABAR SABRÁS Identificar la estructura de un aminoácido y clasificarlo según las propiedades de su residuo lateral.

Explicar el mecanismo químico del enlace peptídico y la organización jerárquica de las proteínas. Distinguir las clases principales de enzimas según el tipo de catálisis que realizan. Relacionar una alteración en la estructura primaria proteica con su repercusión clínica en la anemia falciforme. PIÉNSALO ANTES DE LEER 17 ¿Por qué un simple cambio puntual en un aminoácido puede inutilizar por completo a una proteína compleja? Monómeros proteicos: estructura y propiedades de los aminoácidos Las proteínas son macromoléculas biológicas formadas por cadenas lineales de monómeros llamados aminoácidos.

En los organismos vivos existen 20 aminoácidos estándar codificados universalmente en el material genético. Cada aminoácido comparte un esqueleto central idéntico: un átomo central denominado carbono alfa ( ), enlazado covalentemente a cuatro grupos distintos: un grupo amino básico ( ), un grupo carboxilo ácido (-COOH), un átomo de hidrógeno ( ) y una cadena lateral o residuo R. La cadena lateral R es exclusiva de cada aminoácido y define sus propiedades químicas particulares. Debido a la presencia simultánea de un grupo ácido y un grupo básico en su estructura, los aminoácidos son sustancias anfóteras: pueden actuar como ácidos o como bases según el pH del medio.

Cada aminoácido presenta un punto isoeléctrico característico, correspondiente al valor de pH específico en el que su carga neta global es exactamente neutra.

Grupo químico Propiedad de la cadena lateral (R) Ejemplo Alifáticos Cadenas hidrocarbonadas no polares Alanina, Valina Aromáticos Anillo o grupo cíclico aromático Fenilalanina Polares sin carga Cadenas hidrofílicas neutras Serina, Cisteína Cargados positivamente Cadenas laterales con carga básica (+) Lisina, Arginina Cargados negativamente Cadenas laterales con carga ácida (-) Aspartato, Glutamato C α NH 2 H Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 14 Desde el punto de vista nutricional, existen aminoácidos esenciales. Estos corresponden a 10 aminoácidos que el cuerpo no sintetiza por sí mismo y deben incorporarse obligatoriamente mediante la dieta.

COMPRUEBA 18 ¿Por qué se considera que un aminoácido es una molécula anfótera? El enlace peptídico y la polimerización proteica Para construir cadenas polipeptídicas, los aminoácidos se asocian covalentemente mediante el enlace peptídico. Este enlace se establece a través de una reacción de condensación entre el carbono del grupo carboxilo de un aminoácido y el nitrógeno del grupo amino del aminoácido adyacente, liberando en el proceso una molécula de agua ( ). Esquema de condensación entre dos aminoácidos formando un enlace peptídico. La unión inicial de dos aminoácidos origina un dipéptido.

La condensación sucesiva por los extremos genera oligopéptidos y, finalmente, cadenas largas denominadas polipéptidos. Según su composición bioquímica, las proteínas se clasifican en: Proteínas simples: constituidas de forma exclusiva por secuencias peptídicas de aminoácidos. Proteínas conjugadas: formadas por una fracción polipeptídica y un grupo no proteico denominado grupo prostético (por ejemplo, cromoproteínas y nucleoproteínas). H O 2 Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 15 ERROR FRECUENTE No confundas la formación del enlace peptídico con una hidrólisis.

La síntesis peptídica es una reacción de condensación en la que se libera agua; la hidrólisis consume agua para romper el enlace. Niveles de organización estructural de las proteínas La conformación tridimensional de una proteína adopta cuatro niveles jerárquicos de organización, indispensables para su viabilidad funcional: Diagrama de estructuras terciarias características: conformaciones globular y fibrosa. Estructura primaria: secuencia lineal de aminoácidos ordenados a lo largo de la cadena polipeptídica según la información del ADN (véase «Organización molecular — Hidratos de carbono y ácidos nucleicos»).

1 Estructura secundaria: plegamiento local del esqueleto polipeptídico estabilizado por puentes de hidrógeno (véase «Organización molecular — Agua, buffers y lípidos»). Destacan dos patrones repetitivos: la alfa hélice (α-hélice) y la hoja beta plegada (hoja β). 2 Estructura terciaria: conformación tridimensional definitiva que surge del empaquetamiento global de los elementos secundarios y la interacción de los residuos R. Genera dos morfologías principales: proteínas globulares (compactas y solubles) y proteínas fibrosas (alargadas e insolubles).

3 Estructura cuaternaria: acoplamiento espacial de dos o más cadenas polipeptídicas individuales (subunidades), ensambladas por interacciones hidrofóbicas, puentes de hidrógeno o atracciones electrostáticas. 4 Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 16 Esquema de la estructura cuaternaria tetramérica de la hemoglobina. Un modelo representativo de estructura cuaternaria es la hemoglobina, proteína encargada del transporte de oxígeno en los glóbulos rojos del torrente sanguíneo.

PROCESO Niveles de organización estructural de las proteínas 1 Estructura primaria Secuencia lineal de aminoácidos codifi cada en el ADN 2 Estructura secundaria Plegamiento local re petitivo en alfa hélice y hoja beta 3 Estructura terciaria Disposición tridimen sional total de forma globular o fibrosa 4 Estructura cuaternaria Asociación supramo lecular de múltiples cadenas polipeptídi cas independientes COMPRUEBA 19 ¿Qué distingue a la estructura terciaria de la secundaria? Funciones biológicas y catálisis enzimática La variedad conformacional permite a las proteínas llevar a cabo funciones celulares determinantes.

Desde una perspectiva funcional, se agrupan en: Mecánicas y estructurales: suelen poseer conformación fibrosa; proporcionan sostén físico, elasticidad y protección en tejidos y membranas. Dinámicas: suelen adoptar conformación globular; participan en el transporte celular (canales e intercambiadores), defensa inmunológica (anticuerpos), comunicación y transducción de señales (hormonas y receptores), y catálisis metabólica. Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 17 Las enzimas son proteínas especializadas que actúan como biocatalizadores.

Su papel radica en acelerar la velocidad de las reacciones químicas celulares mediante la disminución de la energía de activación necesaria para llevar a cabo el proceso. Se caracterizan por una estricta especificidad de sustrato, catalizando transformaciones concretas a nivel molecular en la saliva, el tracto digestivo y en las rutas del metabolismo celular (véase «Niveles de organización y características de los seres vivos»). Clase Tipo de reacción catalizada 1. Oxidorreductasas Transferencia de electrones (reacciones redox) 2. Transferasas Transferencia de grupos funcionales entre moléculas 3. Hidrolasas Ruptura de enlaces mediante adición de agua (hidrólisis) 4.

Liasas Adición a dobles enlaces o escisión sin hidrólisis 5. Isomerasas Transferencia intramolecular para generar isómeros 6. Ligasas Formación de enlaces (C-C, C-S, C-O, C-N) acoplada a gasto de ATP Patología molecular: alteración estructural en la anemia falciforme Cualquier modificación en la secuencia primaria puede desestabilizar la arquitectura espacial de una proteína y anular su actividad. Un ejemplo paradigmático es la anemia falciforme, un trastorno originado por una mutación genética puntual que altera la estructura de la hemoglobina. Esta deformación molecular modifica la morfología de los eritrocitos, haciendo que adopten forma de hoz.

Como consecuencia, las células falciformes pierden plasticidad, provocan oclusiones en los vasos capilares y comprometen gravemente el flujo sanguíneo. COMPRUEBA 20 ¿Cómo repercute una alteración en la estructura primaria de la hemoglobina en la anemia falciforme? IDEAS CLAVE Los aminoácidos contienen un carbono alfa, grupos amino y carboxilo, hidrógeno y una cadena R que define su comportamiento químico. El enlace peptídico surge mediante una reacción de condensación entre grupos carboxilo y amino con pérdida de una molécula de agua. La jerarquía proteica comprende la estructura primaria, secundaria (alfa hélice y hoja beta), terciaria (globular o fibrosa) y cuaternaria.

Las enzimas operan como biocatalizadores que reducen la energía de activación de reacciones específicas sin consumirse. En la anemia falciforme, una alteración puntual en la secuencia de la hemoglobina deforma los eritrocitos y deteriora la circulación. Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 18 COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 21. ¿Qué grupos funcionales de dos aminoácidos participan directamente en la formación del enlace peptídico? 22. ¿En qué se diferencian las proteínas simples de las conjugadas? 23. ¿Cuál es el mecanismo termodinámico principal por el cual las enzimas incrementan la velocidad de una reacción química?

ORGANIZACIÓN MOLECULAR 4 Hidratos de carbono y ácidos nucleicos AL ACABAR SABRÁS Diferenciar aldosas de cetosas y explicar la formación del enlace glucosídico. Clasificar polisacáridos según su homogeneidad monomérica y describir las alteraciones metabólicas de la glucosa en diabetes. Describir la organización molecular de los nucleótidos y del enlace fosfodiéster 3'-5'. Comparar estructural y funcionalmente la doble hélice de ADN frente a las clases principales de ARN. PIÉNSALO ANTES DE LEER 24 ¿Por qué el ADN adopta una doble hélice estable en agua mientras que la mayoría de los ARN se presentan como cadenas simples?

Monosacáridos: estructura, quiralidad y ciclación Los hidratos de carbono constituyen macromoléculas biológicas formadas por unidades fundamentales denominadas monosacáridos. Químicamente corresponden a polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas con cadenas hidrocarbonadas que contienen habitualmente entre tres y seis átomos de carbono. En cada carbono se sitúa un grupo hidroxilo mediante enlace simple, a excepción de uno que porta el oxígeno carbonílico mediante un doble enlace.

La posición del carbonilo divide a los monosacáridos en dos grandes familias: Aldosas: el grupo carbonilo se ubica en un extremo de la cadena carbonada (carbono terminal primario), formando un aldehído (como en el gliceraldehído). Cetosas: el carbonilo se sitúa en una posición intermedia, típicamente en el carbono 2, originando una función cetona (como en la dihidroxiacetona, la ribulosa o la fructosa). La posición espacial del grupo hidroxilo determina la serie estereoquímica: si se proyecta hacia la derecha pertenece a la serie D, mientras que si se sitúa a la izquierda corresponde a la serie L.

Aunque suelen representarse de forma lineal, en medio acuoso los monosacáridos adoptan Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 19 conformaciones cíclicas estables de elevada solubilidad. En este proceso, el grupo hidroxilo reacciona intramolecularmente con el grupo carbonilo. Así, la glucosa es una aldohexosa que cicla en disolución acuosa formando anillos piranósicos. COMPRUEBA 25 ¿En qué se diferencian funcional y estructuralmente una aldosa de una cetosa? Enlace glucosídico, polímeros y regulación glucémica Para conformar glúcidos de mayor complejidad, los monosacáridos se unen covalentemente a través del enlace glucosídico.

Esta unión ocurre mediante una reacción de condensación entre grupos hidroxilo con desprendimiento simultáneo de una molécula de agua. Según la cantidad de monómeros involucrados, se distinguen las siguientes categorías: Disacáridos: formados por la unión de dos unidades monoméricas. Oligosacáridos: constituidos por cadenas de 3 a 20 monosacáridos. Se unen covalentemente a lípidos y proteínas en las membranas biológicas e intervienen en el reconocimiento celular y la determinación de los grupos sanguíneos en eritrocitos (véase «Estructura y transporte a través de la membrana plasmática»). Polisacáridos: polímeros de alto peso molecular con más de 20 monómeros.

Cumplen roles de reserva energética a corto plazo, soporte estructural y comunicación tisular. Los polisacáridos se agrupan en dos clases principales: Tipo de polisacárido Composición monomérica Organización estructural Ejemplos biológicos Homopolisacáridos Un único tipo de monosacárido repetido Lineal o ramificada Glucógeno, almidón y celulosa Heteropolisacáridos Dos o más tipos diferentes de monosacáridos Lineal o ramificada Glucosaminoglucanos (matriz extracelular) Los glucosaminoglucanos forman complejos asociados a proteínas y constituyen un componente estructural crítico en la sustancia amorfa fundamental de la matriz extracelular en tejidos conectivos animales.

La D-glucosa representa el monosacárido más abundante y el combustible metabólico primordial celular. Tras incorporarse con los alimentos, viaja por la sangre y su concentración se regula mediante la insulina, hormona de origen pancreático liberada por las células beta. Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 20 DEFINICIÓN Diabetes mellitus: conjunto de alteraciones del metabolismo caracterizadas por hiperglucemia persistente o crónica. La diabetes tipo 1 surge por déficit en la producción de insulina tras la destrucción de las células beta pancreáticas; la tipo 2 deriva de una resistencia tisular a la acción de dicha hormona.

COMPRUEBA 26 ¿Qué distingue funcionalmente a los homopolisacáridos de los heteropolisacáridos? Ácidos nucleicos: monómeros, enlace fosfodiéster y nucleótidos libres Los ácidos nucleicos albergan y transfieren la información genética hereditaria en los seres vivos. Son polímeros conformados por subunidades elementales llamadas nucleótidos. Cada nucleótido integra tres componentes esenciales organizados de manera precisa: La polimerización de los nucleótidos forma el esqueleto covalente de los ácidos nucleicos. En los ácidos nucleicos, los nucleótidos se encuentran polimerizados covalentemente mediante enlaces fosfodiéster entre el carbono 3' de una pentosa y el carbono 5' de la siguiente.

Son exclusivamente los nucleótidos monofosfatados los que estructuran estos polímeros. Por su parte, los nucleótidos libres no polimerizados cumplen tareas fisiológicas de primer orden. Los nucleótidos trifosfatados actúan como transportadores de energía química celular derivada de la oxidación de nutrientes hacia los procesos que la requieren. Asimismo, operan como mediadores fisiológicos intracelulares, segundos mensajeros en la transmisión de señales, activadores de la agregación plaquetaria en la coagulación, moduladores de la dilatación vascular y reguladores de la síntesis de ARNt y ARNr en bacterias.

ERROR FRECUENTE No confundas la composición del nucleótido polimerizado con la de los nucleótidos libres energéticos. La cadena del ácido nucleico contiene exclusivamente nucleótidos monofosfato articulados por enlaces fosfodiéster 3'-5'. En cambio, moléculas energéticas como el ATP son nucleótidos trifosfatados libres que liberan energía al hidrolizar sus enlaces fosfato terminales. COMPRUEBA 27 ¿Cuál es la diferencia constitutiva entre un nucleósido y un nucleótido? Una base nitrogenada heterocíclica constituida por carbono y nitrógeno, derivada estructuralmente de la purina o de la pirimidina. 1 Una aldopentosa (azúcar de 5 carbonos), que puede ser ribosa o desoxirribosa.

La unión entre la base nitrogenada y la aldopentosa genera un nucleósido (ribonucleósido o desoxirribonucleósido). 2 Uno, dos o tres grupos fosfato (ácido fosfórico) unidos covalentemente al azúcar del nucleósido, conformando nucleótidos mono-, di- o trifosfatados. 3 Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 21 Estructura del ADN bicatenario El ácido desoxirribonucleico (ADN) almacena las instrucciones genéticas de la célula. Cada uno de sus nucleótidos contiene desoxirribosa, un grupo fosfato y una base nitrogenada. Su conformación espacial típica se define como bicatenaria: Diagrama de la doble hélice de ADN antiparalela y complementaria.

El ADN se organiza en dos cadenas de polinucleótidos complementarias y antiparalelas, enrolladas en una doble hélice alrededor de un eje común. En esta arquitectura, el esqueleto azúcar-fosfato se orienta hacia el exterior polar, mientras que las bases nitrogenadas se disponen hacia el interior hidrófobo. La doble hélice de ADN en conformación B posee aproximadamente 10 pares de bases por vuelta helicoidal, completando un paso de hélice de 3,4 nm. Las uniones débiles mediante puentes de hidrógeno entre las bases opuestas estabilizan la doble hélice y permiten su fácil apertura durante la replicación celular.

La distribución del material genético varía según el linaje celular: En la célula procariota el genoma se concentra en una única molécula circular de ADN denominada cromosoma bacteriano (véase «Organización celular — Célula procariota, eucariota y entidades acelulares»). En la célula eucariota el ADN se reparte en múltiples moléculas lineales distribuidas en cromosomas contenidos dentro del núcleo. En el ADN bacteriano y mitocondrial la molécula se repliega sobre sí misma mediante superenrollamiento, originando una superhélice terciaria. En los virus el genoma puede estar formado por moléculas de ADN empacadas en una cápside proteica.

Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 22 ESQUEMA Clasificación general de los hidratos de carbono Tipos de ARN y flujo de la expresión génica El ácido ribonucleico (ARN) consta de nucleótidos formados por ribosa, un grupo fosfato y bases nitrogenadas. A diferencia del ADN, presenta una arquitectura generalmente monocatenaria (una sola cadena de polinucleótidos): Esquema de una cadena monocatenaria de ARN con bases nitrogenadas expuestas.

Las células albergan tres modalidades principales de ARN con funciones específicas en la síntesis de proteínas: Tipo de ARN Características y peso molecular Función biológica primordial ARN ribosomal (ARNr) Mayor tamaño molecular; forma complejos con proteínas ribosómicas Estructura el ribosoma, cataliza la síntesis proteica y ofrece sitios de anclaje para ARNm y ARNt Monosacáridos Monómeros de 3 a 6 carbonos Aldosas Carbonilo en extremo de cadena Cetosas Carbonilo en posición intermedia Oligosacáridos Cadenas de 3 a 20 monosacáridos Polisacáridos Polímeros de más de 20 monómeros Homopolisacáridos Un único tipo de monómero repetido Heteropolisacáridos Formados por distintos monómeros Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 23 Tipo de ARN Características y peso molecular Función biológica primordial ARN mensajero (ARNm) Monocatenario; estructura policistrónica en procariotas y monocistrónica en eucariotas Transfiere la información genética transcripta desde el ADN hacia los ribosomas ARN de transferencia (ARNt) Molécula adaptadora pequeña con plegamientos internos Transporta aminoácidos específicos al ribosoma según la pauta que marca el ARNm La expresión génica transfiere la información conservada en el ADN hacia la síntesis de proteínas funcionales en un flujo continuo y regulado: Diagrama del flujo de la expresión génica desde ADN hacia proteínas.

Durante este circuito, el ADN se replica para perpetuar la información, se transcribe en ARN y este último se traduce en secuencias de aminoácidos mediante la lectura de tripletes de nucleótidos conforme a las reglas del código genético. Las mutaciones y alteraciones que afectan a estos polinucleótidos constituyen la base de diversas patologías hereditarias humanas. COMPRUEBA 28 ¿En qué difieren estructuralmente los ARN mensajeros de procariotas y de eucariotas? IDEAS CLAVE Los monosacáridos son polihidroxialdehídos (aldosas) o polihidroxicetonas (cetosas) que ciclan en solución acuosa originando formas hemiacetálicas o hemicetálicas estables.

El enlace glucosídico se forma mediante una reacción de condensación con pérdida de una molécula de agua entre grupos hidroxilo de monosacáridos. Los polisacáridos se clasifican en homopolisacáridos de reserva o estructura (glucógeno, almidón, celulosa) y heteropolisacáridos complejos tisulares (glucosaminoglucanos). Los nucleótidos se unen covalentemente a través de enlaces fosfodiéster entre el carbono 3' de una pentosa y el carbono 5' del nucleótido siguiente. El ADN es una doble hélice bicatenaria, complementaria y antiparalela con 10 pares de bases por vuelta en conformación B, mientras que el ARN es típicamente monocatenario y comprende tres clases funcionales (ARNm, ARNt y ARNr).

Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 24 COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 29. ¿Cuáles son los tres componentes fundamentales que estructuran a un nucleótido? 30. ¿Qué grupos químicos y carbonos participan en la conformación del enlace fosfodiéster en la hebra polinucleotídica? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 31. ¿Cuántos puentes de hidrógeno puede establecer como máximo una molécula de agua? 32. ¿Qué define químicamente a una molécula como anfipática? 33. ¿Cuántos carbonos integran los cuatro ciclos del ciclopentanoperhidrofenantreno? 34. ¿Qué consecuencia patológica directa genera el acúmulo excesivo de colesterol intravascular? 35.

¿Cuál es la característica compartida de los aminoácidos que les otorga carácter anfótero? 36. ¿Qué tipo de reacción química da lugar al enlace peptídico? 37. ¿Cómo se clasifica a una enzima que une dos moléculas acoplando la rotura de ATP?

Cuatro puentes de hidrógeno a) Seis puentes de hidrógeno b) Tres puentes de hidrógeno c) Dos puentes de hidrógeno d) Presenta únicamente grupos apolares a) Forma polímeros hidrosolubles lineales b) Contiene solo dobles enlaces conjugados c) Posee regiones hidrofílicas e hidrofóbicas d) 17 carbonos a) 20 carbonos b) 15 carbonos c) 27 carbonos d) Aterosclerosis vascular a) Anemia falciforme b) Acidosis respiratoria c) Desnaturalización proteica d) Presencia de una cadena lateral R hidrofóbica a) Presencia simultánea de grupo carboxilo y amino b) Capacidad de enlazarse mediante puentes disulfuro c) Ausencia de cargas eléctricas en solución neutra d) Fosforilación del carbono alfa a) Hidrólisis con ganancia de agua b) Condensación con liberación de agua c) Oxidación del grupo carboxilo d) Ligasa a) Transferasa b) Liasa c) Isomerasa d) Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 25 38.

¿Qué consecuencia causa la alteración estructural de la hemoglobina en la anemia falciforme? 39. ¿Qué tipo de enlace covalente polimeriza a los monosacáridos con desprendimiento de agua? 40. ¿Qué azúcar conforma a los ribonucleótidos presentes en las cadenas de ARN? 41. ¿Cuántos pares de bases nitrogenadas contiene aproximadamente cada vuelta de la doble hélice del ADN tipo B? 42. ¿Cuál es la función celular directa del ARN de transferencia (ARNt)? 5 Métodos de estudio de la célula y técnicas citológicas AL ACABAR SABRÁS Diferenciar los conceptos de límite de resolución y poder de resolución contrastando el ojo humano con los tipos de microscopio.

Comparar las características ópticas, fuentes y aplicaciones del microscopio óptico, el TEM y el SEM. Describir las fases de la técnica histológica convencional identificando el artefacto de la muerte celular. Explicar el procedimiento de fraccionamiento celular y el orden de sedimentación de los orgánulos por ultracentrifugación.

Pérdida de la capacidad de síntesis enzimática a) Conversión de proteínas globulares en fibrosas normales b) Eritrocitos en forma de hoz que obstruyen vasos c) Destrucción del grupo amino de los lípidos d) Enlace peptídico a) Enlace fosfodiéster b) Enlace éster lipídico c) Enlace glucosídico d) D-Glucosa a) Fructosa b) Desoxirribosa c) Ribosa d) 34 pares de bases a) 5 pares de bases b) 10 pares de bases c) 20 pares de bases d) Estructurar la membrana plasmática a) Aportar aminoácidos específicos al ribosoma b) Contener la información génica total c) Fosforilar directamente a la glucosa d) Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 26 PIÉNSALO ANTES DE LEER 43 ¿Por qué resulta físicamente imposible observar la ultraestructura interna de una mitocondria con un microscopio óptico clásico?

El estudio de la célula requiere instrumentos y técnicas especializadas capaces de superar las limitaciones físicas de la visión humana para analizar estructuras microscópicas y procesos subcelulares. ESQUEMA Métodos de estudio celular Fundamentos ópticos y dimensiones celulares La capacidad de percibir estructuras pequeñas depende de dos conceptos ópticos esenciales. El límite de resolución es la distancia mínima que debe separar a dos puntos para que el sistema visual los reconozca como entidades individuales e independientes.

Por su parte, el poder de resolución define la aptitud de un dispositivo para generar imágenes nítidas y separadas de detalles adyacentes; cuanto menor es la distancia del límite, mayor resulta el poder resolutivo. El ojo humano posee un límite de resolución de 100 µm. La mayoría de las células eucariotas presentan un diámetro que oscila entre 10 y 30 µm, lo que representa un tamaño de tres a diez veces inferior al umbral de visibilidad directa del ojo humano. Por tanto, el análisis citológico exige sistemas de aumento y amplificación óptica.

Microscopía Visualización y magnificación de estructuras Microscopía óptica Luz y lentes de vidrio (0,1-0,2 µm) Microscopía electrónica Electrones y bobinas magnéticas (TEM/SEM) Técnicas citológicas Preparación de cortes y muestras Cultivo in vitro Mantenimiento de células vivas Fraccionamiento Aislamiento físico de organelas Centrifugación diferencial Separación por gradiente de aceleración Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 27 Diagrama de escala comparativa de tamaños y rangos de resolución microscópica.

Sistemas de microscopía: óptica y electrónica Los microscopios superan el umbral visual combinando fuentes de radiación con sistemas de lentes que aumentan la imagen respecto al objeto original: Microscopio óptico estándar (MO): utiliza un sistema mecánico, lentes de vidrio y una fuente luminosa. Consta de un condensador (concentra el haz luminoso sobre la preparación), un objetivo (amplifica la imagen proyectándola hacia el ocular) y un ocular (multiplica el aumento y remite la imagen hacia el ojo). Su límite de resolución es de aproximadamente 0,1 a 0,2 µm. Permite distinguir células enteras y orgánulos grandes, pero no la ultraestructura interna ni los detalles bacterianos más finos.

Microscopio electrónico de transmisión (TEM): emplea un haz acelerado de electrones en el vacío y bobinas de electroimanes organizadas en condensador, objetivo y lente proyectora. La imagen digital se produce cuando los electrones atraviesan la muestra e interactúan con ella dispersándose. Su límite de resolución es de 0,1 nm, lo que incrementa el poder de resolución unas 1000 veces respecto al microscopio óptico. Microscopio electrónico de barrido (SEM): utiliza también bobinas electromagnéticas y un haz de electrones, pero este barre de forma continua la superficie de la muestra.

Los electrones primarios rebotan y se dispersan, permitiendo reconstruir imágenes tridimensionales con relieve de las superficies celulares, con un límite de resolución algo inferior al TEM.

Parámetro Microscopio óptico (MO) Electrónico de transmisión (TEM) Electrónico de barrido (SEM) Fuente de radiación Luz visible Haz de electrones acelerados Haz continuo de electrones Sistema de lentes Lentes ópticas de vidrio Lentes electromagnéticas Lentes electromagnéticas Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 28 Parámetro Microscopio óptico (MO) Electrónico de transmisión (TEM) Electrónico de barrido (SEM) Límite de resolución 0,1 - 0,2 µm 0,1 - 0,2 nm Inferior al TEM (nm) Tipo de visualización Corte bidimensional directo Ultraestructura interna bidimensional digital Superficie tridimensional con relieve COMPRUEBA 44 ¿Por qué el microscopio electrónico posee un poder de resolución mil veces superior al del microscopio óptico?

Procesamiento histológico convencional La observación de tejidos bajo el microscopio óptico convencional requiere una preparación química y física secuencial que conlleva la muerte celular post-mórtem: ERROR FRECUENTE Confundir las estructuras observadas en la microscopía óptica convencional con células vivas funcionales. La técnica histológica tradicional implica deshidratación y fijación química con formol, lo cual causa indefectiblemente la muerte celular. Para observar dinámica celular in vivo deben utilizarse microscopios de contraste de fases o de campo oscuro.

Observación in vivo y cultivos celulares El estudio de procesos vitales dinámicos evita la fijación mediante microscopía de contraste de fase o de campo oscuro, técnicas que modulan la refracción lumínica para generar contraste sin matar las células. Para mantener poblaciones vivas fuera del organismo se recurre al cultivo celular en placas con medios sintéticos enriquecidos con suero: Cultivos primarios: proceden directamente de fragmentos tisulares de origen animal o vegetal disociados mecánicamente y tratados con enzimas para generar una suspensión de células libres independientes.

Cultivos secundarios: se obtienen a partir de un cultivo primario preexistente que se disgrega y transfiere mediante tratamiento con la enzima tripsina hacia nuevos recipientes. Toma de muestra y fijación: se extrae el tejido y se trata con agentes químicos como el formol para estabilizar la arquitectura celular y evitar la degradación enzimática o autólisis. 1 Deshidratación e inclusión: tras eliminar los restos de agua, se incluye la muestra en un bloque de parafina, sustancia que confiere solidez, rigidez y soporte estructural frente al corte. 2 Microtomía: mediante un micrótomo, el bloque incluido se secciona en láminas ultrafinas translúcidas que permiten el paso del haz de luz.

3 Tinción: los cortes se tratan con colorantes histológicos para contrastar los componentes subcelulares, ya que de lo contrario resultarían transparentes. 4 Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 29 Líneas celulares continuas: poblaciones celulares capaces de proliferar de manera indefinida debido a anomalías o características cancerosas adquiridas. COMPRUEBA 45 ¿Qué papel cumple la tripsina en el establecimiento de un cultivo secundario?

Fraccionamiento celular y centrifugación diferencial El fraccionamiento celular es una metodología analítica que consiste en disgregar mecánicamente la célula en sus orgánulos constituyentes para examinar individualmente sus funciones bioquímicas. Requiere dos fases operativas: Homogeneización: ruptura física controlada de la membrana plasmática para liberar el contenido intracelular en un medio amortiguado, generando el homogeneizado celular o lisado.

1 Centrifugación diferencial secuencial: separación de las fracciones subcelulares mediante fuerzas gravitatorias crecientes en una ultracentrífuga: Baja velocidad ( durante 20 min): sedimentación de la fracción más pesada, formada por los núcleos celulares y restos de células enteras. Velocidad media ( durante 20 min): precipitación del sedimento rico en mitocondrias y lisosomas. Alta velocidad ( durante 120 min): precipitación de vesículas del retículo endoplásmico rugoso (microsomas). Ultracentrifugación con detergente ( durante 20 min): aislamiento final del sedimento de ribosomas y vesículas del retículo endoplásmico liso, quedando el citosol soluble en el sobrenadante.

2 1000 g 10000 g 105000 g 105000 g Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 30 Esquema del fraccionamiento celular secuencial por centrifugación diferencial. IDEAS CLAVE El límite de resolución del ojo humano es de aproximadamente 100 µm, mientras que las células eucariotas miden entre 10 y 30 µm. El microscopio óptico alcanza un límite de resolución de 0,1 a 0,2 µm y emplea lentes ópticas de vidrio con luz visible. El microscopio electrónico de transmisión (TEM) utiliza electrones y bobinas magnéticas, alcanzando un límite de 0,1 nm que permite estudiar la ultraestructura interna.

El microscopio electrónico de barrido (SEM) genera imágenes tridimensionales de las superficies celulares al hacer rebotar electrones sobre la muestra. La preparación histológica clásica requiere fijación con formol e inclusión en parafina, provocando la muerte celular post-mórtem. El fraccionamiento celular aísla componentes como núcleos, mitocondrias y ribosomas aplicando fuerzas gravitatorias crecientes en una ultracentrífuga. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 46. ¿Cuál es la diferencia de concepto entre límite de resolución y poder de resolución? 47. ¿En qué orden sedimentan los orgánulos celulares al aplicar centrifugación diferencial?

Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 31 Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 48. ¿Cuál es el límite de resolución del ojo humano? 49. ¿Qué instrumento permite obtener imágenes tridimensionales de las superficies de las muestras? 50. ¿Qué reactivo se utiliza en la fijación histológica clásica para impedir la degradación celular? 51. ¿Qué componente celular sedimenta primero a 1000 g durante el fraccionamiento subcelular? 6 Organización celular — Célula procariota, eucariota y entidades acelulares AL ACABAR SABRÁS Diferenciar la ultraestructura de la célula procariota respecto a la célula eucariota.

Comparar la composición y arquitectura de la pared celular en bacterias Gram-positivas y Gram-negativas. Distinguir las características estructurales entre células animales, vegetales y fúngicas. Explicar la naturaleza acelular de virus, viroides y priones y sus mecanismos infectivos. PIÉNSALO ANTES DE LEER 52 ¿Por qué un virus no puede reproducirse en un tubo de ensayo que solo contenga aminoácidos, glucosa y nucleótidos libres?

Aproximadamente 1 nm a) Aproximadamente 10 µm b) Aproximadamente 0,2 µm c) Aproximadamente 100 µm d) Microscopio electrónico de barrido a) Microscopio óptico estándar b) Micrótomo convencional c) Microscopio electrónico de transmisión d) Tripsina a) Parafina líquida b) Suero sintético c) Formol d) Microsomas a) Mitocondrias b) Ribosomas c) Núcleos d) Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 32 Unidad y diversidad celular: bases compartidas La teoría celular establece que la célula representa la unidad funcional, morfológica y genética fundamental de todo organismo biológico (véase «Niveles de organización y características de los seres vivos»).

A pesar de su enorme diversificación evolutiva, cualquier sistema biológico celular comparte tres componentes universales indispensables: Membrana plasmática: una bicapa lipídica anfipática que separa el medio intracelular del exterior y controla selectivamente los intercambios (véase «Organización molecular — Agua, buffers y lípidos» y «Estructura y transporte a través de la membrana plasmática»). En procariotas carece habitualmente de esteroles como el colesterol. Citoplasma: matriz acuosa interna donde transcurre la mayor parte del metabolismo celular y residen las moléculas biológicas.

Material genético: ADN bicatenario portador del código genético universal que orquesta las funciones celulares y asegura la herencia (véase «Organización molecular — Hidratos de carbono y ácidos nucleicos»). Sobre esta base común existen dos modelos de organización: el procariota y el eucariota. Los organismos pluricelulares y unicelulares complejos derivan de variaciones especializadas de estas arquitecturas. La célula procariota: organización bacteriana y pared Las células procariotas corresponden evolutivamente a organismos unicelulares pertenecientes al reino Monera. Destacan por su simplicidad estructural y menor tamaño frente a las eucariotas.

Presentan un citoplasma continuo y sin subdivisiones membranosas. Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 33 Esquema ultraestructural de una bacteria procariota con nucleoide, plásmidos y cápsula El material genético procariota consiste en una única molécula de ADN circular cerrado que no se encuentra aislada por una membrana, sino agrupada en una región citoplasmática no delimitada denominada nucleoide. En el citoplasma existen también plásmidos, que corresponden a pequeñas moléculas accesorias de ADN bicatenario circular con información para funciones específicas, como la resistencia a antibióticos o toxinas.

Para la síntesis de proteínas, los procariotas emplean ribosomas con un coeficiente de sedimentación de 70S (formados por una subunidad menor y otra mayor), distribuidos libres o en agrupaciones polirribosómicas en el citosol. Exteriormente, la gran mayoría posee una pared celular rígida o flexible y, frecuentemente, una cápsula glucídica protectora para la adhesión a sustratos o entre células. Ciertas especies presentan además apéndices móviles filamentosos denominados flagelos y estructuras tubulares de anclaje llamadas pilos.

La pared celular procariota se divide estructuralmente mediante tinciones diferenciales en dos grandes variantes según su envoltura: Característica Bacterias Gram-positivas Bacterias Gram-negativas Pared de peptidoglicano Capa muy gruesa y homogénea Capa fina o delgada Membrana externa Ausente Presente (bicapa lipídica lipoproteica externa) Coloración típica al microscopio Púrpura / violeta brillante Rosada / rojiza Biología Celular: Biomoléculas, Célula y Membrana Plasmática 34 Dentro de este grupo bacteriano existen dos excepciones destacables: Micoplasmas: representan las bacterias de vida libre más pequeñas conocidas; carecen completamente de pared celular, por lo que no se tiñen y estabilizan su membrana plasmática absorbiendo esteroles del medio extracelular.

Cianobacterias: procariotas fotosintéticos emparentados con las Gram-negativas que integran clorofila en invaginaciones internas denominadas laminillas fotosintéticas. La reproducción procariota ocurre típicamente por fisión binaria: un proceso asexual directo en el que la bacteria crece, duplica su cromosoma circular y divide su citoplasma en dos células hijas idénticas que reciben una copia cromosómica cada una. COMPRUEBA 53 ¿Por qué un antibiótico diseñado para inhibir la síntesis de peptidoglicano resulta inútil frente a una infección provocada por micoplasmas?

La célula eucariota: compartimentación y divergencia de reinos La mayoría de las células eucariotas miden entre 10 y 30 µm de diámetro. Su salto evolutivo clave radica en la compartimentación membranosa, que genera entornos bioquímicos discretos donde enzimas y reactivos actúan simultáneamente sin interferir entre sí. El genoma eucariota está constituido por múltiples moléculas de ADN lineal bicatenario asociadas a proteínas estructurales básicas denominadas histonas (véase «Organización molecular — Proteínas y enzimas»). Este complejo de cromatina se encuentra recluido dentro de un núcleo verdadero rodeado por una doble membrana lipídica perforada por poros: la envoltura nuclear.

El soporte mecánico, el transporte interno y el anclaje organelar dependen de una red proteica tridimensional: el citoesqueleto. A su vez, el sistema de endomembranas y organelas se compone de: Retículo endoplásmico rugoso (RER): túbulos y cisternas tapizadas de ribosomas que procesan y canalizan proteínas. Retículo endoplásmico liso (REL): laberinto membranoso especializado en la…