Introducción a la Biología Celular

Células humanas con sus núcleos teñidos de color azul. Microscopía de contraste de fases.
Facultad	Ciencias Formales y Naturales
Departamento	Departamento de Biología
Área	Biología celular
Nivel	Universitario

La biología celular es una rama de la biología que estudia la forma, función y comportamiento de las células.

En este curso universitario está dirigido a personas del área de las ciencias naturales, específicamente las ciencias biológicas y ciencias de la salud. El mismo pretenderá dar un enfoque básico sobre la célula como unidad básica de los seres vivos, yendo desde el estudio de los elementos subcelulares hasta la fisiología celular, junto con disciplinas como la biología del desarrollo.

Módulo 1: Funciones básicas de mantenimiento celular

Tema 1: Organización molecular y funciones de la membrana plasmática

1. Composición y estructura general de las membranas biológicas
2. Modelo del mosaico fluido de Singer y Nicholson
3. Bicapa lipídica: fosfolípidos de la membrana y sus interacciones
4. Proteínas de membrana: modos de interacción con la bicapa lipídica
5. Microdominios de membrana
6. La membrana plasmática como una membrana biológica especializada: estructura y funciones particulares
7. Transporte a través de la membrana
8. Glucoproteínas y glucocálix

Tema 2: Organización y actividades funcionales del núcleo interfásico

1. El núcleo celular como organelo que contiene el material genético
2. ADN y cromatina
3. Concepto de cromosoma
4. Niveles de organización de la cromatina y su rol funcional
5. Territorios cromosómicos
6. Nucleosomas, histonas y sus modificaciones postraduccionales
7. El nucléolo: estructura y función, y pasos esenciales en la producción de subunidades ribosómicas
8. Envoltura y lámina nuclear: estructura interfásica y su modulación en el ciclo celular
9. Poro nuclear: estructura y función general
10. Mecanismos moleculares del transporte de moléculas a través del poro nuclear

Tema 3: Estructura y funciones del citoesqueleto

1. Organización y composición general del citoesqueleto
2. Estructura de los microfilamentos de actina
3. Estructura de los microtúbulos
4. Estructura de los filamentos intermedios y de la lámina nuclear
5. Polimerización y despolimerización y su regulación en el entorno celular
6. Proteínas asociadas al citoesqueleto
7. Proteínas motoras y transporte vectorial de moléculas y organelos
8. Ejemplos de funciones de elementos dinámicos del citoesqueleto
9. El citoesqueleto y su función de sostén mecánico

Tema 4: Organización del espacio subcelular y tránsito intracelular

1. Conceptos de compartimentalización celular y el rol de las membranas biológicas
2. Ribosomas
3. Direccionamiento de proteínas y otras macromoléculas a distintos compartimientos celulares
4. Principales sistemas de organelos rodeados de membrana
5. Retículo endoplásmico
6. Aparato de Golgi
7. Transporte vesicular desde y hacia el interior de la célula
8. Fenómenos de fusión de membranas endo y exocitosis
9. Sistema de endosomas y lisosomas
10. Peroxisomas

Tema 5: Sistemas subcelulares de conversión de energía

1. Principios generales de la conversión energética especializada en organelos
2. Origen evolutivo de mitocondrias y plástidos
3. Genoma y maquinaria de síntesis proteica
4. Estructura general de mitocondrias y plástidos (con énfasis en cloroplastos).
5. Funciones básicas de mitocondrias y cloroplastos: cadenas de transporte electrónico, bases celulares del acoplamiento quimiosmótico, producción y almacenamiento de energía.
6. Síntesis de proteínas de mitocondrias y cloroplastos: endógena y en el citosol.
7. Transporte de proteínas desde el citosol a los diferentes subcompartimientos de mitocondrias y cloroplastos

Módulo 2: Funciones celulares complejas y en relación a la multicelularidad

Tema 1: Señalización intercelular

1. Conceptos generales de señalización celular
2. Moléculas señal y tipos de señalización
3. Tipos de receptores de señales extracelulares
4. Mecanismos de transducción intracelular de señales: proteínas G, segundos mensajeros, fosforilación de proteínas
5. Rol de la localización subcelular de las moléculas de señalización intracelular
6. Señales localizadas o de poca difusión
7. Cascadas de fosforilación amplificación de la señal
8. Ejemplos de vías de transducción intracelular de señales mediante diversos mecanismos

Tema 2: Proliferación y crecimiento celular

1. Definición y generalidades del ciclo celular etapas principales y fenómenos que en ellas ocurren
2. La fase M y sus etapas
3. División celular, mecanismos celulares y moleculares de cada una de las etapas de la división mitótica: profase, prometafase metafase, anafase, telofase
4. Regulación de la cromatina y los cromosomas
5. Dinámica del huso mitótico
6. Principales fenómenos celulares de la citocinesis
7. Regulación del ciclo celular
8. Ciclinas y quinasas dependientes de ciclinas
9. Complejo ciclina-CDK de M y su regulación
10. Regulación del ciclo celular en fase G1-S
11. Rol de las señales extracelulares y crecimiento celular
12. Puntos de control del ciclo celular

Tema 3: Envejecimiento y muerte celular

1. Muerte celular programada (apoptosis): comparación con muerte celular accidental (necrosis)
2. Características morfológicas y bioquímicas de la apoptosis
3. Roles fisiológicos de la apoptosis
4. Bases moleculares de la apoptosis: roles de las caspasas, vías de activación extrínsecas e intrínsecas de caspasas, proteínas reguladoras de apoptosis, señales de supervivencia y estímulos proapoptóticos
5. Envejecimiento celular: aspectos generales del envejecimiento
6. Senescencia celular: mecanismos y roles en el envejecimiento

Tema 4: Polaridad celular e interacción de las células con el entorno tisular

1. Componentes de la matriz extracelular y tipos de matriz extracelular
2. Elementos fibrilares: fibras de colágeno y elásticas
3. Síntesis, secreción y ensamblaje del colágeno
4. Glucoproteínas adhesivas
5. Glucosaminoglucanos y proteoglucanos
6. Interacción de las células con la matriz extracelular, integrinas y
7. complejos de unión a la matriz
8. Conceptos de polaridad celular: establecimiento y mantenimiento de la polaridad en células epiteliales
9. Uniones intercelulares: organización molecular y funciones
10. Especializaciones de membrana
11. La cilia primaria

Tema 5: Motilidad celular: cambios de forma, migración y contractilidad

1. Cambios de forma de la corteza celular
2. Formación de lamelipodios y filopodios
3. Mecanismos de la migración celular: acciones del citoesqueleto y el tráfico de membranas
4. Cilias móviles y flagelos
5. Diapédesis y metástasis
6. Fibras de estrés y contractilidad celular
7. Las células musculares
8. Mecanismos moleculares de la contracción muscular

Módulo 3: Diferenciación celular y desarrollo embrionario

Tema 1: Funciones celulares especializadas: células nerviosas

1. Las células del tejido nervioso
2. Organización y estructura de las neuronas
3. Conceptos de polaridad neuronal
4. Organización del citoesqueleto en neuronas
5. Transporte de moléculas y organelos a lo largo de dendritas y axones
6. Células gliales y algunas de sus funciones
7. Neurogénesis y diferenciación neuronal

Tema 2: Funciones celulares especializadas: inmunidad

1. Conceptos generales de inmunidad
2. Mecanismos de la inmunidad innata
3. Fagocitos y células killer
4. Sistema del complemento
5. Funciones de las células inmunidad adaptativa
6. Estructura y diferenciación de las células especializadas: linfocitos T y linfocitos B
7. Mecanismos de generación y de acción de receptores T e inmunoglobulinas

Tema 3: Mecanismos celulares de la gametogénesis y la fecundación

1. Gametos: generación y características generales
2. Reconocimiento del ovocito por el espermatozoide
3. Mecanismos de prevención de la polispermia
4. Fusión de membranas y eventos desencadenados en el ovocito
5. Establecimiento de la célula huevo incorporación de los centriolos fusión de pronúcleos

Tema 4: Actividades celulares en el desarrollo embrionario temprano

1. Clivaje o segmentación: concepto general y sus variantes
2. Mecanismos moleculares esenciales durante el clivaje: regulación del ciclo celular citocinesis, establecimiento de polaridad celular e inicios de la diferenciación celular
3. Formación del blastocele
4. Establecimiento de ejes embrionarios
5. Gastrulación y formación de las capas germinales
6. Movimientos morfogenéticos y sus mecanismos celulares y moleculares
7. Variantes principales en la gastrulación de vertebrados
8. Neurulación en vertebrados: mecanismos celulares y moleculares de la formación y plegamiento de la placa neural
9. Cresta neural

Tema 5: Células vegetales: aspectos particulares

1. Pared celular y plasmodesmos
2. Regulación osmótica y vacuola
3. Plástidos
4. Particularidades de la división celular
5. Tipos celulares e integración tisular

Propuestas prácticas

Introducción a la microscopía

Práctica n° 1: Conceptos de óptica, imagen real y virtual, límite de resolución, apertura numérica e índice de refracción

1. Técnicas microscópicas de uso común y herramientas básicas para el manejo de microscopios fotónicos
2. Fundamentos de microscopía de contraste de fases, contraste interferencial de Nomarski, epifluorescencia y barrido láser confocal

Práctica n° 2: Introducción a la micrometría mediante métodos ópticos y digitales, obtención y análisis de medidas de longitud

1. Uso de barra de calibración
2. Aproximación a la Microscopía Electrónica de Transmisión (MET) y de Barrido (MEB)
3. Aplicaciones y reconocimiento de técnicas de preparación del material para MET: rutina, criofractura, criograbado profundo, sombreado rotativo, tinción negativa, inmunomarcaje

Elementos de organización subcelular y ultraestructura

1. Análisis de resultados experimentales sobre el movimiento de organelos y la integridad del aparato de Golgi y su relación con el citoesqueleto
2. Análisis de preparados histológicos y micrografías electrónicas para observar distintos elementos subcelulares y su correspondiente ultraestructura

Propiedades de la membrana plasmática

1. Análisis de fenómenos de ósmosis a través de la membrana plasmática de células animales y vegetales
2. Introducción a los conceptos de permeabilidad de membrana, osmolaridad e isotonicidad
3. Regla de Overton

Fraccionamiento subcelular y análisis de organelos

Práctica n° 1: Núcleo

1. Conceptos generales de fraccionamiento subcelular
2. Análisis de la presencia de núcleos en una fracción subcelular mediante la reacción de Feulgen
3. Validación de la reacción sobre macromoléculas en solución
4. Ensayos de la reacción de Feulgen sobre cortes histológicos de hígado
5. Observación de morfología nuclear en preparados histológicos y micrografías electrónicas

Práctica n° 2: Mitocondria

1. Análisis de presencia de mitocondrias en una fracción subcelular: observación al
2. microscopio (con tinción de verde Jano) y detección de la actividad enzimática de la succinato
3. deshidrogenasa
4. Morfología de mitocondrias: observación de micrografías ópticas y electrónicas.

Práctica n° 3: Cloroplasto

1. Obtención de una fracción subcelular enriquecida en cloroplastos y conteo en cámara de Neubauer
2. Extracción de pigmentos fotosintéticos y cromatografía en papel
3. Espectros de absorción
4. Reacción de Hill para evidenciar la fase lumínica de la fotosíntesis
5. Determinación de la concentración de pigmentos

Análisis de parámetros del ciclo celular

1. Observación microscópica de células en interfase y en las distintas etapas de la mitosis, en tejido meristemático
2. Estimación del índice mitótico
3. Estimación de la duración de las fases del ciclo celular con base en datos tomados de la literatura, obtenidos mediante el método de pulso-captura con precursores de ADN marcados
4. Fundamentos y aplicaciones de la citometría de flujo

Células diferenciadas

Práctica n° 1: Células epiteliales

1. Características estructurales y ultraestructurales de los epitelios, en relación a funciones particulares
2. Observación de preparados histológicos: intestino, riñón, tráquea, piel, tiroides y páncreas

Práctica n° 2: Células conjuntivas

1. Observación de células y elementos fibrilares del tejido conjuntivo en preparados histológicos (bola de edema, arteria elástica, hígado, tejido adiposo blanco, cartílago hialino, hueso compacto) y micrografías electrónicas
2. Estudio de algunas propiedades del colágeno de tipo I a partir de tendón de cola de rata: obtención, solubilización y repolimerización

Práctica n° 3: Células nerviosas

1. Análisis de preparados histológicos con diferentes tinciones: corteza cerebral, corteza cerebelosa, médula espinal, nervio
2. Identificación morfológica de distintos tipos neuronales: astrocitos, microglía y células de Schwann
3. Estudio de la ultraestructura neuronal (soma, dendritas y axón) y sinapsis.

Práctica n° 4: Células musculares

1. Observación de células musculares (fibras estriadas esqueléticas, estriadas cardíacas y lisas) en preparados histológicos y micrografías electrónicas.

Desarrollo embrionario

Práctica n°1: Fecundación, clivaje y gastrulación en organismos seleccionados: equinodermos, anfibios y mamíferos

1. Observación de cortes histológicos y preparaciones de embriones in toto. Distribución del vitelo y su relación con los patrones de clivaje.

Práctica n° 2: Neurulación y embriones somáticos de amniotas: el embrión de ave como ejemplo

1. Observación de cortes histológicos y preparaciones de embriones in toto
2. Anexos embrionarios: observación de embrión vivo de pollo

Bibliografía sugerida

Alberts, Bruce (2016). Biología molecular de la célula. Omega. ISBN 978-84-282-1638-8.