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5: Estructura celular - Biología

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5: Estructura celular

Celda: estructura y funciones (con diagrama)

Hagamos un estudio en profundidad de la estructura y funciones de la célula. Después de leer este artículo, aprenderá sobre: ​​1. Comparación de células procariotas y células eucariotas y 2. Estructura y componentes de una célula humana.

La celda es un compartimento donde tienen lugar todas las actividades de la vida. Hay dos tipos básicos de células en la naturaleza, a saber, células procariotas y células eucariotas.

Comparación de células procariotas y células eucariotas:

Células procariotas:

1. Los procariotas son las células más simples sin núcleo ni orgánulos celulares.

2. Las células procariotas son las células más pequeñas (1-10 µm).

3. Unicelular y más temprano en evolucionar (

Hace 4 mil millones de años), todavía disponible.

5. Estas células se reproducen asexualmente.

6. Incluyen bacterias y arqueas.

7. Algunas especies son patógenos altamente evolucionados, por ejemplo, Borrelia burgdorferi.

Células eucariotas:

1. Los eucariotas son células sofisticadas con un núcleo y orgánulos celulares bien definidos.

2. Las células son comparativamente más grandes (10-100 µm).

3. De naturaleza unicelular a multicelular y evolucionada

4. La membrana celular es semipermeable y flexible.

5. Estas células se reproducen tanto asexualmente como sexualmente.

6. Incluya los animales, plantas y hongos.

7. El tamaño varía desde levaduras diminutas hasta secuoyas gigantes, dinosaurios, etc.

Estructura y componentes de una célula humana:

Un grupo de células forma tejido, varios tejidos forman un órgano y diferentes órganos forman el cuerpo.

La estructura y los componentes de una célula humana se dan a continuación:

La capa delgada de proteína y grasa que rodea la célula es la membrana celular. Es semipermeable, permitiendo que algunas sustancias pasen a la célula y bloqueando otras.

Material gelatinoso presente fuera del núcleo en el que se encuentran los orgánulos celulares. Es el sitio de síntesis de proteínas y muchos eventos metabólicos. El citoplasma contiene muchas enzimas para el metabolismo general. Contiene fibra del sistema citoesquelético, que organiza la estructura citoplasmática.

Mitocondrias:

Organelos esféricos a en forma de varilla con doble membrana. La membrana interna se pliega muchas veces, formando una serie de proyecciones (llamadas crestas). La mitocondria se conoce como la central eléctrica de la célula, ya que genera ATP (trifosfato de adenosina), la moneda de energía de la célula.

Pequeños orgánulos compuestos de gránulos citoplasmáticos ricos en ARN que son sitios de síntesis de proteínas. El tamaño del ribosoma se mide en unidades Svedberg (S) derivadas de la sedimentación en una ultracentrífuga (utilizada antes de que estuvieran disponibles los microscopios electrónicos).

En los procariotas, los ribosomas están hechos de subunidades 30S y 50S, se ensamblan en el ribosoma 70S, mientras que en los eucariotas los ribosomas están hechos de subunidades 40S y 60S, se ensamblan en el ribosoma 80S. En las bacterias ocupan el 25% del volumen celular y utilizan el 90% de la energía celular. Menos en muchas células eucariotas especializadas, pero siguen siendo la actividad dominante de casi todas las células.

Es un cuerpo esférico que contiene muchos orgánulos, incluido el nucleolo. Controla muchas de las funciones de la célula (controlando la síntesis de proteínas) y contiene ADN (en los cromosomas). El núcleo está rodeado por la membrana nuclear. Es el lugar de la síntesis de ADN / ARN y el ensamblaje de proteínas. Contiene cromatina, es decir, complejos ADN-proteína. La cromatina puede condensarse en cromosomas durante la división celular.

La membrana nuclear es una estructura de doble capa que rodea el núcleo y contiene muchos poros nucleares. Estos poros permiten que diferentes materiales entren y salgan del núcleo. Los poros tienen & # 8216puertas & # 8217 octagonales hechas de proteína que se abren y cierran a ambos lados dependiendo de señales específicas. El diámetro del poro es de aproximadamente 10 nanómetros (10 x 10 -9 m), menor que el diámetro de un ribosoma completo. Pueden abrirse hasta 26 nm en respuesta a ciertas señales. Algunas señales permiten el movimiento hacia adentro pero no hacia afuera, otras señales controlan el transporte inverso.

El nucleolo está presente dentro del núcleo. Algunas células tienen más de un nucleolo. Es la planta de ensamblaje de ribosomas. Las proteínas ribosómicas se producen en el citoplasma y se transportan de regreso al núcleo. El ARN ribosómico se produce en el núcleo. Estos dos elementos están integrados dentro del nucleolo para crear subunidades ribosómicas. Estos luego se exportan fuera del núcleo a través de los poros nucleares.

Un cuerpo pequeño ubicado cerca del núcleo, también llamado & # 8216 centro organizador de microtúbulos & # 8217. Tiene un centro denso y túbulos radiantes. Los centrosomas son el lugar donde se fabrican los microtúbulos. Durante la división celular (mitosis), el centrosoma se divide y las dos partes se mueven hacia lados opuestos de la célula en división. El centríolo es el centro denso del centrosoma.

Retículo endoplásmico:

Retículo endoplásmico rugoso (RE rugoso):

Un vasto sistema de sacos interconectados, membranosos, doblados y enrollados que se encuentran en el citoplasma de la célula (el RE es continuo con la membrana nuclear externa). El ER rugoso está cubierto de ribosomas que le dan un aspecto rugoso. Rough ER transporta materiales a través de la celda.

Sintetiza proteínas en sacos llamados cisternas para su exportación o movimiento a diferentes orgánulos celulares como el cuerpo de Golgi, o insertarse en la membrana celular pero no en el citoplasma. Las proteínas de transporte designadas para la exportación llevan una señal de péptido en el extremo del crecimiento, lo que hace que la proteína en crecimiento se mueva al RE (acoplamiento), inserte el péptido en la membrana y transloque la cadena polipeptídica en crecimiento a través de la membrana del RE.

Retículo endoplásmico liso (RE liso):

Un vasto sistema de tubos interconectados, membranosos, doblados y enrollados que se encuentran en el citoplasma de la célula (el RE es continuo con la membrana nuclear externa). El espacio dentro de la sala de emergencias se llama luz de la sala de emergencias. Smooth ER transporta materiales a través de la celda. Contiene enzimas que producen y digieren lípidos (grasas) y proteínas de membrana que suavizan los brotes del ER fuera del ER rugoso, moviendo las proteínas y lípidos recién hechos al cuerpo de Golgi, los lisosomas y las membranas. Desintoxica las drogas y los venenos (en el hígado).

Un orgánulo aplanado, en capas, con forma de saco que parece una pila de panqueques. También se le llama aparato de Golgi o complejo de Golgi. Se encuentra cerca del núcleo. Produce las membranas que rodean a los lisosomas. El cuerpo de Golgi empaqueta proteínas y carbohidratos en vesículas unidas a la membrana para exportarlas desde la célula.

Funciona como intracelular & # 8216post office & # 8217 para clasificar nuevas proteínas hechas en rER. Las vesículas que contienen proteína se desprenden del RE, se fusionan con la cara cis de Golgi. Dentro de Golgi, se modifican las cadenas de oligosacáridos de las proteínas. Las vesículas se desprenden de la cara trans del Golgi, transportan proteínas a varios destinos posibles: exportación (fuera de la célula), lisosomas, peroxisomas, membrana celular, etc.

Se trata de orgánulos redondos rodeados de una membrana donde se produce la digestión de los nutrientes celulares debido a la presencia de las enzimas digestivas. Contienen —40 enzimas hidrolíticas como lipasas, proteasas, nucleasas, etc. que descomponen los polímeros orgánicos de todo tipo. Los lisosomas descomponen continuamente proteínas viejas, materiales extraños y muchos desechos.

También provocan la fagocitosis, un proceso en el que se introducen materiales extraños en la célula y & # 8216 se mastican & # 8217. A veces, los lisosomas se abren en la propia célula y provocan la muerte de la célula, lo que se denomina apoptosis, por lo que se denominan bolsas suicidas de la célula.

Cavidades llenas de líquido y rodeadas de membranas dentro de una célula. La vacuola se llena de alimentos que se digieren y de material de desecho que sale de la celda. Hay vacuolas especializadas que funcionan para almacenar grasa en forma de gotitas de grasa (TAG).

Estos son orgánulos celulares esféricos o ovalados de membrana única. También se les llama microcuerpos. Contienen enzima catalasa. Los peroxisomas participan en la oxidación de ácidos grasos de cadena larga y en la síntesis de plasmalógenos y glicolípidos.

Proporciona una estructura fibrosa interna a las células porque la célula no es & # 8216 solo una bolsa en una burbuja & # 8217, contiene muchas fibras internas o & # 8216skeleton & # 8217 internos. No es rígido como el hueso, sino que se puede ensamblar, permite el movimiento celular, la división celular, el movimiento interno de los orgánulos y se descompone en minutos. El sistema citoesquelético está compuesto por microtúbulos y microfilamentos.

Los microtúbulos tienen el diámetro más grande entre las fibras que se encuentran en el citoplasma de todos los eucariotas. Involucra muchas estructuras: cilios, flagelos, fibras del huso que se polimerizan a partir de centriolos durante la mitosis / meiosis. Están hechos de la proteína llamada tubulina y se polimerizan en túbulos huecos de 25 nm de diámetro.

Son orgánulos de locomoción. Ambos contienen 9 anillos dobles de microtúbulos, 2 microtúbulos centrales, dos proteínas motoras, es decir, la proteína motora 1-dineína y la proteína motora 2-quinesina, que permiten el movimiento a lo largo de los microtúbulos.

Otro tipo de fibra que se encuentra en el citoplasma de la mayoría de eucariotas. Involucrado en la contracción muscular, soporte celular, pellizco de las células hijas después de la mitosis.

Matriz extracelular (ECM):

Las células animales no tienen paredes celulares, pero tienen ECM, es decir, una red de macromoléculas fuera de la membrana plasmática. Se compone principalmente de glicoproteínas (proteínas con cadenas de oligosacáridos), especialmente colágeno. Algunas células se unen directamente a la ECM mediante la unión al colágeno o la fibronectina.

Uniones intracelulares:

En los organismos multicelulares, las células adyacentes se mantienen unidas por varios tipos de uniones especializadas:

1. Juntas apretadas:

& # 8216 cinturones & # 8217 especializados que unen dos células firmemente entre sí, evitan que el líquido se filtre al espacio intracelular.

Intercelulares & # 8216 remaches & # 8217 que crean vínculos estrechos entre las células, pero permiten que los fluidos pasen a través de los espacios intracelulares.

Formado por dos anillos de proteínas de conexión incrustados en la membrana celular de las células adyacentes. Permite el paso de agua, pequeños solutos, pero no proteínas, ácidos nucleicos.


Estructura y función celular

La investigación en la estructura y función celular busca determinar los mecanismos mediante los cuales las partes de las células experimentan cambios e interactúan entre sí para llevar a cabo funciones celulares básicas. El campo abarca la morfología celular, fisiología, bioquímica y biología molecular. Los objetivos son comprender la organización y las actividades de las células en todos los niveles, desde el comportamiento de células enteras y orgánulos celulares hasta las relaciones entre las moléculas que las componen. Se emplea una amplia gama de enfoques, que incluyen microscopía óptica y electrónica, electrofisiología, genética molecular y análisis bioquímico. Los miembros del grupo de Biología Celular y Molecular están investigando varias áreas en rápido desarrollo.

Los mecanismos de motilidad celular, incluido el movimiento de células enteras y de sus partes, constituyen un área activa de investigación en biología celular. En los últimos años, ha habido un progreso considerable en la estructura y química de microtúbulos, microfilamentos y proteínas de membrana. La investigación en estas áreas en la Universidad de Virginia incluye estudios sobre el mecanismo del movimiento cromosómico durante la mitosis, del transporte de orgánulos a lo largo de microtúbulos y filamentos de actina, y sobre el comportamiento de los flagelos durante la motilidad celular.

Otra área importante de la biología celular se refiere al control de la función celular mediante señales externas. Un aspecto importante de la investigación en la Universidad de Virginia se relaciona con la función de las células involucradas en los sistemas circulatorios, particularmente el músculo liso vascular y las células endoteliales de la circulación. Se utilizan técnicas que van desde la microscopía de video hasta la clonación de genes para investigar los factores que controlan la circulación y el crecimiento de los tipos de células relevantes.

La matriz extracelular proporciona una fuente de información que es muy importante para determinar la función, la disposición y el desarrollo adecuados de las células. Esta red de proteínas y otras macromoléculas ayuda a organizar e informar a las células de su ubicación, y proporciona guías para sus migraciones a través de un organismo durante la embriogénesis y para la cicatrización de heridas. Varios laboratorios de la Universidad de Virginia exploran la matriz extracelular, su composición y su efecto sobre el desarrollo de células y tejidos.

Las investigaciones sobre los aspectos básicos de la función celular abordan innumerables temas, que van desde el mecanismo de almacenamiento y secreción de proteínas destinadas a ser exportadas desde la célula hasta la naturaleza de los sitios que inician la replicación cromosómica. La diversidad de experiencia y equipo disponible hace posible proyectos colaborativos y facilita enfoques interdisciplinarios para proyectos actuales.


Contenido

Las células se vieron por primera vez en la Europa del siglo XVII con la invención del microscopio compuesto. En 1665, Robert Hooke denominó el bloque de construcción de todos los organismos vivos como "células" después de mirar un trozo de corcho y observar una estructura similar a una célula, [3] [4] sin embargo, las células estaban muertas y no dieron ninguna indicación de la componentes totales reales de una celda. Unos años más tarde, en 1674, Anton Van Leeuwenhoek fue el primero en analizar células vivas en su examen de algas. Todo esto precedió a la teoría celular que establece que todos los seres vivos están formados por células y que las células son la unidad funcional y estructural de los organismos. Esto fue finalmente concluido por el científico de plantas Matthias Schleiden [4] y el científico de animales Theodor Schwann en 1838, quienes observaron células vivas en tejido vegetal y animal, respectivamente. [5] 19 años después, Rudolf Virchow contribuyó aún más a la teoría celular, agregando que todas las células provienen de la división de células preexistentes. [5] Aunque es ampliamente aceptado, ha habido muchos estudios que cuestionan la validez de la teoría celular. Los virus, por ejemplo, carecen de las características comunes de una célula viva, como membranas, orgánulos celulares y la capacidad de reproducirse por sí mismos. [6] Los científicos han luchado para decidir si los virus están vivos o no y si están de acuerdo con la teoría celular.

La investigación de la biología celular de hoy en día analiza diferentes formas de cultivar y manipular células fuera de un cuerpo vivo para realizar más investigaciones en anatomía y fisiología humanas y obtener medicamentos. Las técnicas mediante las cuales se estudian las células han evolucionado. Debido a los avances en microscopía, las técnicas y la tecnología han permitido a los científicos comprender mejor la estructura y función de las células. A continuación se enumeran muchas técnicas comúnmente utilizadas para estudiar la biología celular: [7]

    : Utiliza células de crecimiento rápido en medios, lo que permite una gran cantidad de un tipo de célula específico y una forma eficiente de estudiar las células. [8]: Los marcadores fluorescentes, como GFP, se utilizan para etiquetar un componente específico de la célula. Posteriormente, se utiliza una cierta longitud de onda de luz para excitar el marcador fluorescente que luego se puede visualizar. [8]: utiliza el aspecto óptico de la luz para representar los cambios de fase sólida, líquida y gaseosa como diferencias de brillo. [8]: combina la microscopía de fluorescencia con la formación de imágenes al enfocar la luz y disparar instantáneas para formar una imagen tridimensional. [8]: Implica la tinción de metales y el paso de electrones a través de las células, que se desviarán al interactuar con el metal. Esto finalmente forma una imagen de los componentes que se están estudiando. [8]: Las celdas se colocan en la máquina que utiliza un rayo para dispersar las celdas en función de diferentes aspectos y, por lo tanto, puede separarlas según el tamaño y el contenido. Las células también se pueden marcar con fluorescencia de GFP y también se pueden separar de esa manera. [9]: Este proceso requiere romper la celda usando alta temperatura o sonificación seguida de centrifugación para separar las partes de la celda, lo que permite estudiarlas por separado. [8]

Hay dos clasificaciones fundamentales de células: procariotas y eucariotas. Las células procariotas se distinguen de las eucariotas por la ausencia de un núcleo celular u otro orgánulo unido a la membrana. [10] Las células procariotas son mucho más pequeñas que las eucariotas, lo que las convierte en la forma de vida más pequeña. [11] Las células procariotas incluyen bacterias y arqueas, y carecen de un núcleo celular cerrado. Ambos se reproducen mediante fisión binaria. Las bacterias, el tipo más prominente, tienen varias formas diferentes que incluyen principalmente esféricas y en forma de varilla. Las bacterias se pueden clasificar como gram positivas o gram negativas dependiendo de la composición de la pared celular. Las características estructurales bacterianas incluyen un flagelo que ayuda a la célula a moverse, [12] ribosomas para la traducción del ARN en proteína, [12] y un nucleoide que contiene todo el material genético en una estructura circular. [12] Hay muchos procesos que ocurren en las células procariotas que les permiten sobrevivir. Por ejemplo, en un proceso denominado conjugación, el factor de fertilidad permite que la bacteria posea un pilus que le permite transmitir ADN a otra bacteria que carece del factor F, lo que permite la transmitancia de resistencia y le permite sobrevivir en ciertos ambientes. [13]

Las células eucariotas pueden ser unicelulares o multicelulares [12] e incluyen células de animales, plantas, hongos y protozoos que contienen orgánulos con diversas formas y tamaños. [14]

Estructura de las células eucariotas Editar

Las células eucariotas están compuestas por los siguientes orgánulos:

    : Funciona como el almacenamiento de información genética y del genoma de la célula, que contiene todo el ADN organizado en forma de cromosomas. Está rodeado por una envoltura nuclear, que incluye poros nucleares que permiten el transporte de proteínas entre el interior y el exterior del núcleo. [15] Este es también el sitio para la replicación del ADN, así como para la transcripción del ADN a ARN. Posteriormente, el ARN se modifica y se transporta al citosol para traducirlo en proteína. : Esta estructura se encuentra dentro del núcleo, generalmente densa y de forma esférica. Es el sitio de síntesis del ARN ribosómico (ARNr), que es necesario para el ensamblaje ribosómico. : Funciona para sintetizar, almacenar y secretar proteínas al aparato de Golgi. [16]: Funciona para la producción de energía o ATP dentro de la célula. Específicamente, este es el lugar donde ocurre el ciclo de Krebs o ciclo de TCA para la producción de NADH y FADH. Posteriormente, estos productos se utilizan dentro de la cadena de transporte de electrones (ETC) y la fosforilación oxidativa para la producción final de ATP. [17]: Esto funciona para procesar, empaquetar y secretar aún más las proteínas hasta su destino. Las proteínas contienen una secuencia señal que permite que el aparato de Golgi las reconozca y las dirija al lugar correcto. [18]: El lisosoma funciona para degradar el material traído desde el exterior de la célula o los orgánulos viejos. Contiene muchas hidrolasas ácidas, proteasas, nucleasas y lipasas, que descomponen las diversas moléculas. La autofagia es el proceso de degradación a través de los lisosomas que ocurre cuando una vesícula brota del RE y envuelve el material, luego, se adhiere y se fusiona con el lisosoma para permitir que el material se degrade. [19]: Funciones para traducir ARN en proteína. : Funciona para anclar orgánulos dentro de las células y conformar la estructura y estabilidad de la célula. : La membrana celular puede describirse como una bicapa de fosfolípidos y también está formada por lípidos y proteínas. [12] Debido a que el interior de la bicapa es hidrofóbico y para que las moléculas participen en reacciones dentro de la célula, necesitan poder cruzar esta capa de membrana para ingresar a la célula a través de la presión osmótica, difusión, gradientes de concentración y canales de membrana. . [20]: Función para producir fibras del huso que se utilizan para separar los cromosomas durante la división celular.

Las células eucariotas también pueden estar compuestas por los siguientes componentes moleculares:

    : Esto forma los cromosomas y es una mezcla de ADN con varias proteínas. : Ayudan a propulsar sustancias y también se pueden utilizar con fines sensoriales. [21]

Metabolismo celular Editar

El metabolismo celular es necesario para la producción de energía para la célula y, por lo tanto, su supervivencia e incluye muchas vías. Para la respiración celular, una vez que la glucosa está disponible, la glucólisis ocurre dentro del citosol de la célula para producir piruvato. El piruvato se descarboxila utilizando el complejo multienzimático para formar acetilcoA que se puede utilizar fácilmente en el ciclo del TCA para producir NADH y FADH2. Estos productos están involucrados en la cadena de transporte de electrones para finalmente formar un gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial interna. Este gradiente puede impulsar la producción de ATP y H2O durante la fosforilación oxidativa. [22] El metabolismo en las células vegetales incluye la fotosíntesis, que es simplemente lo opuesto a la respiración, ya que finalmente produce moléculas de glucosa.

Señalización celular Editar

La señalización celular es importante para la regulación celular y para que las células procesen información del entorno y respondan en consecuencia. La señalización puede ocurrir a través del contacto celular directo o señalización endocrina, paracrina y autocrina. El contacto directo célula-célula se produce cuando un receptor de una célula se une a una molécula que está unida a la membrana de otra célula. La señalización endocrina se produce a través de moléculas secretadas en el torrente sanguíneo. La señalización paracrina utiliza moléculas que se difunden entre dos células para comunicarse. Autocrine es una célula que se envía una señal secretando una molécula que se une a un receptor en su superficie. Las formas de comunicación pueden ser a través de:

    : Pueden ser de diferentes tipos, como canales iónicos activados por voltaje o ligando. Permiten la salida y la entrada de moléculas e iones. (GPCR): se reconoce ampliamente que contiene 7 dominios transmembrana. El ligando se une al dominio extracelular y una vez que el ligando se une, esto indica un factor de intercambio de guanina para convertir el GDP en GTP y activar la subunidad G-α. G-α puede dirigirse a otras proteínas como la adenil ciclasa o la fosfolipasa C, que finalmente producen mensajeros secundarios como cAMP, Ip3, DAG y calcio. Estos mensajeros secundarios funcionan para amplificar señales y pueden apuntar a canales iónicos u otras enzimas. Un ejemplo de amplificación de una señal es el cAMP que se une a la PKA y la activa mediante la eliminación de las subunidades reguladoras y la liberación de la subunidad catalítica. La subunidad catalítica tiene una secuencia de localización nuclear que la impulsa a entrar en el núcleo y fosforilar otras proteínas para reprimir o activar la actividad genética. [22]: Se unen a factores de crecimiento, lo que promueve aún más la tirosina en la porción intracelular de la proteína para cruzar el fosforilato. La tirosina fosforilada se convierte en una plataforma de aterrizaje para las proteínas que contienen un dominio SH2 que permite la activación de Ras y la participación de la vía MAP quinasa. [23]

Ciclo celular Editar

El proceso de crecimiento de la célula no se refiere al tamaño de la célula, sino a la densidad del número de células presentes en el organismo en un momento dado. El crecimiento celular se refiere al aumento en la cantidad de células presentes en un organismo a medida que crece y se desarrolla a medida que el organismo crece, al igual que la cantidad de células presentes. Las células son la base de todos los organismos y son la unidad fundamental de la vida. El crecimiento y desarrollo de las células son esenciales para el mantenimiento del hospedador y la supervivencia del organismo. Para este proceso, la célula pasa por los pasos del ciclo celular y el desarrollo que implica el crecimiento celular, la replicación del ADN, la división celular, la regeneración y la muerte celular. El ciclo celular se divide en cuatro fases distintas: G1, S, G2 y M. La fase G, que es la fase de crecimiento celular, constituye aproximadamente el 95% del ciclo. La proliferación de células es instigada por progenitores. Todas las células comienzan de forma idéntica y pueden convertirse esencialmente en cualquier tipo de célula. La señalización celular, como la inducción, puede influir en las células cercanas para diferenciar y determinar el tipo de célula en la que se convertirá. Además, esto permite que las células del mismo tipo se agreguen y formen tejidos, luego órganos y finalmente sistemas. Las fases G1, G2 y S (replicación, daño y reparación del ADN) se consideran la parte de interfase del ciclo, mientras que la fase M (mitosis) es la parte de división celular del ciclo. La mitosis se compone de muchas etapas que incluyen profase, metafase, anafase, telofase y citocinesis, respectivamente. El resultado final de la mitosis es la formación de dos células hijas idénticas.

El ciclo celular está regulado por una serie de factores de señalización y complejos como ciclinas, quinasa dependiente de ciclina y p53. Cuando la célula ha completado su proceso de crecimiento y si se encuentra dañada o alterada, sufre la muerte celular, ya sea por apoptosis o necrosis, para eliminar la amenaza que puede causar a la supervivencia del organismo. [24]

Mortalidad celular, inmortalidad del linaje celular Editar

La ascendencia de cada célula actual presumiblemente se remonta, en un linaje ininterrumpido durante más de 3 mil millones de años, al origen de la vida. En realidad, no son las células las que son inmortales, sino los linajes celulares multigeneracionales. [25] La inmortalidad de un linaje celular depende del mantenimiento del potencial de división celular. Este potencial puede perderse en cualquier linaje particular debido al daño celular, la diferenciación terminal como ocurre en las células nerviosas o la muerte celular programada (apoptosis) durante el desarrollo. El mantenimiento del potencial de división celular durante generaciones sucesivas depende de evitar y reparar con precisión el daño celular, en particular el daño del ADN. En los organismos sexuales, la continuidad de la línea germinal depende de la efectividad de los procesos para evitar el daño del ADN y reparar los daños del ADN que ocurren. Los procesos sexuales en eucariotas, así como en procariotas, brindan una oportunidad para la reparación efectiva de daños en el ADN en la línea germinal mediante recombinación homóloga. [25] [26]

La rama científica que estudia y diagnostica enfermedades a nivel celular se denomina citopatología. La citopatología se utiliza generalmente en muestras de células libres o fragmentos de tejido, en contraste con la rama de patología de la histopatología, que estudia tejidos completos. La citopatología se usa comúnmente para investigar enfermedades que involucran una amplia gama de sitios del cuerpo, a menudo para ayudar en el diagnóstico de cáncer, pero también en el diagnóstico de algunas enfermedades infecciosas y otras afecciones inflamatorias. Por ejemplo, una aplicación común de la citopatología es la prueba de Papanicolaou, una prueba de detección que se usa para detectar el cáncer de cuello uterino y las lesiones precancerosas del cuello uterino que pueden provocar cáncer de cuello uterino.


Contenido

Las células son de dos tipos: eucariotas, que contienen un núcleo, y procariotas, que no lo tienen. Los procariotas son organismos unicelulares, mientras que los eucariotas pueden ser unicelulares o multicelulares.

Células procariotas

Los procariotas incluyen bacterias y arqueas, dos de los tres dominios de la vida. Las células procariotas fueron la primera forma de vida en la Tierra, caracterizadas por tener procesos biológicos vitales que incluyen la señalización celular. Son más simples y más pequeñas que las células eucariotas, y carecen de núcleo y otros orgánulos unidos a la membrana. El ADN de una célula procariota consta de un único cromosoma circular que está en contacto directo con el citoplasma. La región nuclear del citoplasma se llama nucleoide. La mayoría de los procariotas son los más pequeños de todos los organismos, con un diámetro de 0,5 a 2,0 μm. [13]

Una célula procariota tiene tres regiones:

  • Encerrando la célula está la envoltura celular, que generalmente consiste en una membrana plasmática cubierta por una pared celular que, para algunas bacterias, puede estar cubierta por una tercera capa llamada cápsula. Aunque la mayoría de los procariotas tienen una membrana celular y una pared celular, existen excepciones como Micoplasma (bacteria) y Termoplasma (arqueas) que solo poseen la capa de la membrana celular. La envoltura da rigidez a la celda y separa el interior de la celda de su entorno, sirviendo como filtro protector. La pared celular consta de peptidoglicano en bacterias y actúa como una barrera adicional contra las fuerzas externas. También evita que la célula se expanda y estalle (citólisis) debido a la presión osmótica debido a un entorno hipotónico. Algunas células eucariotas (células vegetales y células fúngicas) también tienen una pared celular.
  • Dentro de la célula se encuentra la región citoplasmática que contiene el genoma (ADN), ribosomas y varios tipos de inclusiones. [4] El material genético se encuentra libremente en el citoplasma. Los procariotas pueden transportar elementos extracromosómicos de ADN llamados plásmidos, que suelen ser circulares. Se han identificado plásmidos bacterianos lineales en varias especies de bacterias espiroquetas, incluidos miembros del género Borrelia notablemente Borrelia burgdorferi, que causa la enfermedad de Lyme. [14] Aunque no forma un núcleo, el ADN está condensado en un nucleoide. Los plásmidos codifican genes adicionales, como genes de resistencia a antibióticos.
  • En el exterior, los flagelos y pili se proyectan desde la superficie de la célula. Se trata de estructuras (no presentes en todos los procariotas) compuestas por proteínas que facilitan el movimiento y la comunicación entre las células.

Células eucariotas

Las plantas, los animales, los hongos, los mohos limosos, los protozoos y las algas son eucariotas. Estas células son unas quince veces más anchas que un procariota típico y pueden tener un volumen hasta mil veces mayor. La principal característica distintiva de los eucariotas en comparación con los procariotas es la compartimentación: la presencia de orgánulos unidos a la membrana (compartimentos) en los que tienen lugar actividades específicas. El más importante de ellos es el núcleo celular, [4] un orgánulo que alberga el ADN de la célula. Este núcleo le da al eucariota su nombre, que significa "núcleo verdadero (núcleo)". Otras diferencias incluyen:

  • La membrana plasmática se parece a la de los procariotas en función, con pequeñas diferencias en la configuración. Las paredes celulares pueden estar presentes o no.
  • El ADN eucariota está organizado en una o más moléculas lineales, llamadas cromosomas, que están asociadas con proteínas histonas. Todo el ADN cromosómico se almacena en el núcleo celular, separado del citoplasma por una membrana. [4] Algunos orgánulos eucariotas, como las mitocondrias, también contienen algo de ADN.
  • Muchas células eucariotas están ciliadas con cilios primarios. Los cilios primarios desempeñan un papel importante en la quimiosensación, la mecanosensación y la termosensación. Por tanto, cada cilio puede "verse como una antena celular sensorial que coordina un gran número de vías de señalización celular, a veces acoplando la señalización a la motilidad ciliar o alternativamente a la división y diferenciación celular". [15]
  • Los eucariotas móviles pueden moverse usando cilios móviles o flagelos. Las células móviles están ausentes en las coníferas y las plantas con flores. [16] Los flagelos eucariotas son más complejos que los de los procariotas. [17]

Todas las células, ya sean procariotas o eucariotas, tienen una membrana que envuelve la célula, regula lo que entra y sale (selectivamente permeable) y mantiene el potencial eléctrico de la célula. Dentro de la membrana, el citoplasma ocupa la mayor parte del volumen celular. Todas las células (excepto los glóbulos rojos que carecen de un núcleo celular y la mayoría de los orgánulos para acomodar el espacio máximo para la hemoglobina) poseen ADN, el material hereditario de los genes, y ARN, que contiene la información necesaria para construir diversas proteínas, como las enzimas, la maquinaria primaria de la célula. . También hay otros tipos de biomoléculas en las células. Este artículo enumera estos componentes celulares primarios y luego describe brevemente su función.

Membrana

La membrana celular, o membrana plasmática, es una membrana biológica que rodea el citoplasma de una célula. En los animales, la membrana plasmática es el límite exterior de la célula, mientras que en las plantas y los procariotas suele estar cubierta por una pared celular. This membrane serves to separate and protect a cell from its surrounding environment and is made mostly from a double layer of phospholipids, which are amphiphilic (partly hydrophobic and partly hydrophilic). Hence, the layer is called a phospholipid bilayer, or sometimes a fluid mosaic membrane. Embedded within this membrane is a macromolecular structure called the porosome the universal secretory portal in cells and a variety of protein molecules that act as channels and pumps that move different molecules into and out of the cell. [4] The membrane is semi-permeable, and selectively permeable, in that it can either let a substance (molecule or ion) pass through freely, pass through to a limited extent or not pass through at all. Cell surface membranes also contain receptor proteins that allow cells to detect external signaling molecules such as hormones.

Citoesqueleto

The cytoskeleton acts to organize and maintain the cell's shape anchors organelles in place helps during endocytosis, the uptake of external materials by a cell, and cytokinesis, the separation of daughter cells after cell division and moves parts of the cell in processes of growth and mobility. The eukaryotic cytoskeleton is composed of microtubules, intermediate filaments and microfilaments. In the cytoskeleton of a neuron the intermediate filaments are known as neurofilaments. There are a great number of proteins associated with them, each controlling a cell's structure by directing, bundling, and aligning filaments. [4] The prokaryotic cytoskeleton is less well-studied but is involved in the maintenance of cell shape, polarity and cytokinesis. [19] The subunit protein of microfilaments is a small, monomeric protein called actin. The subunit of microtubules is a dimeric molecule called tubulin. Intermediate filaments are heteropolymers whose subunits vary among the cell types in different tissues. But some of the subunit protein of intermediate filaments include vimentin, desmin, lamin (lamins A, B and C), keratin (multiple acidic and basic keratins), neurofilament proteins (NF–L, NF–M).

Genetic material

Two different kinds of genetic material exist: deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA). Cells use DNA for their long-term information storage. The biological information contained in an organism is encoded in its DNA sequence. [4] RNA is used for information transport (e.g., mRNA) and enzymatic functions (e.g., ribosomal RNA). Transfer RNA (tRNA) molecules are used to add amino acids during protein translation.

Prokaryotic genetic material is organized in a simple circular bacterial chromosome in the nucleoid region of the cytoplasm. Eukaryotic genetic material is divided into different, [4] linear molecules called chromosomes inside a discrete nucleus, usually with additional genetic material in some organelles like mitochondria and chloroplasts (see endosymbiotic theory).

A human cell has genetic material contained in the cell nucleus (the nuclear genome) and in the mitochondria (the mitochondrial genome). In humans the nuclear genome is divided into 46 linear DNA molecules called chromosomes, including 22 homologous chromosome pairs and a pair of sex chromosomes. The mitochondrial genome is a circular DNA molecule distinct from the nuclear DNA. Although the mitochondrial DNA is very small compared to nuclear chromosomes, [4] it codes for 13 proteins involved in mitochondrial energy production and specific tRNAs.

Foreign genetic material (most commonly DNA) can also be artificially introduced into the cell by a process called transfection. This can be transient, if the DNA is not inserted into the cell's genome, or stable, if it is. Certain viruses also insert their genetic material into the genome.

Organelles

Organelles are parts of the cell which are adapted and/or specialized for carrying out one or more vital functions, analogous to the organs of the human body (such as the heart, lung, and kidney, with each organ performing a different function). [4] Both eukaryotic and prokaryotic cells have organelles, but prokaryotic organelles are generally simpler and are not membrane-bound.

There are several types of organelles in a cell. Some (such as the nucleus and golgi apparatus) are typically solitary, while others (such as mitochondria, chloroplasts, peroxisomes and lysosomes) can be numerous (hundreds to thousands). The cytosol is the gelatinous fluid that fills the cell and surrounds the organelles.

Eucariota

  • Cell nucleus: A cell's information center, the cell nucleus is the most conspicuous organelle found in a eukaryotic cell. It houses the cell's chromosomes, and is the place where almost all DNA replication and RNA synthesis (transcription) occur. The nucleus is spherical and separated from the cytoplasm by a double membrane called the nuclear envelope. The nuclear envelope isolates and protects a cell's DNA from various molecules that could accidentally damage its structure or interfere with its processing. During processing, DNA is transcribed, or copied into a special RNA, called messenger RNA (mRNA). This mRNA is then transported out of the nucleus, where it is translated into a specific protein molecule. The nucleolus is a specialized region within the nucleus where ribosome subunits are assembled. In prokaryotes, DNA processing takes place in the cytoplasm. [4]
  • Mitochondria and chloroplasts: generate energy for the cell. Mitochondria are self-replicating organelles that occur in various numbers, shapes, and sizes in the cytoplasm of all eukaryotic cells. [4]Respiration occurs in the cell mitochondria, which generate the cell's energy by oxidative phosphorylation, using oxygen to release energy stored in cellular nutrients (typically pertaining to glucose) to generate ATP. Mitochondria multiply by binary fission, like prokaryotes. Chloroplasts can only be found in plants and algae, and they capture the sun's energy to make carbohydrates through photosynthesis.
  • Retículo endoplásmico: The endoplasmic reticulum (ER) is a transport network for molecules targeted for certain modifications and specific destinations, as compared to molecules that float freely in the cytoplasm. The ER has two forms: the rough ER, which has ribosomes on its surface that secrete proteins into the ER, and the smooth ER, which lacks ribosomes. [4] The smooth ER plays a role in calcium sequestration and release.
  • Aparato de Golgi: The primary function of the Golgi apparatus is to process and package the macromolecules such as proteins and lipids that are synthesized by the cell.
  • Lysosomes and peroxisomes: Lysosomes contain digestive enzymes (acid hydrolases). They digest excess or worn-out organelles, food particles, and engulfed viruses or bacteria. Peroxisomes have enzymes that rid the cell of toxic peroxides. The cell could not house these destructive enzymes if they were not contained in a membrane-bound system. [4]
  • Centrosoma: the cytoskeleton organiser: The centrosome produces the microtubules of a cell – a key component of the cytoskeleton. It directs the transport through the ER and the Golgi apparatus. Centrosomes are composed of two centrioles, which separate during cell division and help in the formation of the mitotic spindle. A single centrosome is present in the animal cells. They are also found in some fungi and algae cells.
  • Vacuolas: Vacuoles sequester waste products and in plant cells store water. They are often described as liquid filled space and are surrounded by a membrane. Some cells, most notably Ameba, have contractile vacuoles, which can pump water out of the cell if there is too much water. The vacuoles of plant cells and fungal cells are usually larger than those of animal cells.

Eukaryotic and prokaryotic

  • Ribosomas: The ribosome is a large complex of RNA and protein molecules. [4] They each consist of two subunits, and act as an assembly line where RNA from the nucleus is used to synthesise proteins from amino acids. Ribosomes can be found either floating freely or bound to a membrane (the rough endoplasmatic reticulum in eukaryotes, or the cell membrane in prokaryotes). [20]

Many cells also have structures which exist wholly or partially outside the cell membrane. These structures are notable because they are not protected from the external environment by the semipermeable cell membrane. In order to assemble these structures, their components must be carried across the cell membrane by export processes.

Pared celular

Many types of prokaryotic and eukaryotic cells have a cell wall. The cell wall acts to protect the cell mechanically and chemically from its environment, and is an additional layer of protection to the cell membrane. Different types of cell have cell walls made up of different materials plant cell walls are primarily made up of cellulose, fungi cell walls are made up of chitin and bacteria cell walls are made up of peptidoglycan.

Procariota

Cápsula

A gelatinous capsule is present in some bacteria outside the cell membrane and cell wall. The capsule may be polysaccharide as in pneumococci, meningococci or polypeptide as Bacillus Anthracis or hyaluronic acid as in streptococci. Capsules are not marked by normal staining protocols and can be detected by India ink or methyl blue which allows for higher contrast between the cells for observation. [21] : 87

Flagelos

Flagella are organelles for cellular mobility. The bacterial flagellum stretches from cytoplasm through the cell membrane(s) and extrudes through the cell wall. They are long and thick thread-like appendages, protein in nature. A different type of flagellum is found in archaea and a different type is found in eukaryotes.

Fimbriae

A fimbria (plural fimbriae also known as a pilus, plural pili) is a short, thin, hair-like filament found on the surface of bacteria. Fimbriae are formed of a protein called pilin (antigenic) and are responsible for the attachment of bacteria to specific receptors on human cells (cell adhesion). There are special types of pili involved in bacterial conjugation.

Replicación

Cell division involves a single cell (called a mother cell) dividing into two daughter cells. This leads to growth in multicellular organisms (the growth of tissue) and to procreation (vegetative reproduction) in unicellular organisms. Prokaryotic cells divide by binary fission, while eukaryotic cells usually undergo a process of nuclear division, called mitosis, followed by division of the cell, called cytokinesis. A diploid cell may also undergo meiosis to produce haploid cells, usually four. Haploid cells serve as gametes in multicellular organisms, fusing to form new diploid cells.

DNA replication, or the process of duplicating a cell's genome, [4] always happens when a cell divides through mitosis or binary fission. This occurs during the S phase of the cell cycle.

In meiosis, the DNA is replicated only once, while the cell divides twice. DNA replication only occurs before meiosis I. DNA replication does not occur when the cells divide the second time, in meiosis II. [22] Replication, like all cellular activities, requires specialized proteins for carrying out the job. [4]

DNA repair

In general, cells of all organisms contain enzyme systems that scan their DNA for damages and carry out repair processes when damages are detected. [23] Diverse repair processes have evolved in organisms ranging from bacteria to humans. The widespread prevalence of these repair processes indicates the importance of maintaining cellular DNA in an undamaged state in order to avoid cell death or errors of replication due to damages that could lead to mutation. E. coli bacteria are a well-studied example of a cellular organism with diverse well-defined DNA repair processes. These include: (1) nucleotide excision repair, (2) DNA mismatch repair, (3) non-homologous end joining of double-strand breaks, (4) recombinational repair and (5) light-dependent repair (photoreactivation).

Growth and metabolism

Between successive cell divisions, cells grow through the functioning of cellular metabolism. Cell metabolism is the process by which individual cells process nutrient molecules. Metabolism has two distinct divisions: catabolism, in which the cell breaks down complex molecules to produce energy and reducing power, and anabolism, in which the cell uses energy and reducing power to construct complex molecules and perform other biological functions. Complex sugars consumed by the organism can be broken down into simpler sugar molecules called monosaccharides such as glucose. Once inside the cell, glucose is broken down to make adenosine triphosphate (ATP), [4] a molecule that possesses readily available energy, through two different pathways.

Síntesis de proteínas

Cells are capable of synthesizing new proteins, which are essential for the modulation and maintenance of cellular activities. This process involves the formation of new protein molecules from amino acid building blocks based on information encoded in DNA/RNA. Protein synthesis generally consists of two major steps: transcription and translation.

Transcription is the process where genetic information in DNA is used to produce a complementary RNA strand. This RNA strand is then processed to give messenger RNA (mRNA), which is free to migrate through the cell. mRNA molecules bind to protein-RNA complexes called ribosomes located in the cytosol, where they are translated into polypeptide sequences. The ribosome mediates the formation of a polypeptide sequence based on the mRNA sequence. The mRNA sequence directly relates to the polypeptide sequence by binding to transfer RNA (tRNA) adapter molecules in binding pockets within the ribosome. The new polypeptide then folds into a functional three-dimensional protein molecule.

Motilidad

Unicellular organisms can move in order to find food or escape predators. Common mechanisms of motion include flagella and cilia.

In multicellular organisms, cells can move during processes such as wound healing, the immune response and cancer metastasis. For example, in wound healing in animals, white blood cells move to the wound site to kill the microorganisms that cause infection. Cell motility involves many receptors, crosslinking, bundling, binding, adhesion, motor and other proteins. [24] The process is divided into three steps – protrusion of the leading edge of the cell, adhesion of the leading edge and de-adhesion at the cell body and rear, and cytoskeletal contraction to pull the cell forward. Each step is driven by physical forces generated by unique segments of the cytoskeleton. [25] [26]

Navigation, control and communication

In August 2020, scientists described one way cells – in particular cells of a slime mold and mouse pancreatic cancer–derived cells – are able to navigate efficiently through a body and identify the best routes through complex mazes: generating gradients after breaking down diffused chemoattractants which enable them to sense upcoming maze junctions before reaching them, including around corners. [27] [28] [29]


Structure of Mitochondrial DNA (With Diagram) | Biología Celular

Mitochondrial DNA is a double stranded circular molecule, which is inherited from the mother in all multi-cellular organisms, though some recent evidence suggests that in rare instances mitochondria may also be inherited via a paternal route. Typically, a sperm carries mitochondria in its tail as an energy source for its long journey to the egg. When the sperm attaches to the egg during fertilization, the tail falls off. Consequently, the only mitochondria the new organism usually gets are from the egg its mother provided. There are about 2 to 10 transcripts of the mt-DNA in each mitochondrion. Compared to chromosomes, it is relatively smaller, and contains the genes in a limited number.

The size of mitochondrial genomes varies greatly among different organisms, with the largest found among plants, including that of the plant Arabidopsis, with a genome of 200 kbp in size and 57 protein-encoding genes. The smallest mtDNA genomes include that of the protist Plasmodium falciparum, which has a genome of only 6 kbp and just 2 protein- encoding genomes. Humans and other animals have a mitochondrial genome size of 17 kbp and 13 protein genes.

Mitochondrial DNA consists of 5-10 rings of DNA and appears to carry 16,569 base pairs with 37 genes (13 proteins, 22 t-RNAs and two r-RNA) which are concerned with the pro­duction of proteins involved in respiration. Out of the 37 genes, 13 are responsible for mak­ing enzymes, involved in oxidative phosphorylation, a process that uses oxygen and sugar to produce adenosine tri-phosphate (Fig. 4.56). The other 14 genes are responsible for making molecules, called transfer RNA (t-RNA) and ribosomal RNA (r-RNA). In some metazoans, there are about 100 – 10,000 separate copies of mt-DNA present in each cell.

Unlike nuclear DNA, mitochondrial DNA doesn’t get shuffled every generation, so it is presumed to change at a slower rate, which is useful for the study of human evolution. Mito­chondrial DNA is also used in forensic science as a tool for identifying corpses or body parts and has been implicated in a number of genetic diseases, such as Alzheimer’s disease and diabetes. Changes in mt-DNA can cause maternally inherited diseases, which leads to faster aging process and genetic disorders.


One Name, Many Types

There are many types of cells. In biology class, you will usually work with plant-like células y animal-like células. We say "animal-like" because an animal type of cell could be anything from a tiny microorganism to a nerve cell in your brain. Biology classes often take out a microscope and look at single-celled microbes from pond water. You might see hydra, amoebas, or euglena.

Plant cells are easier to identify because they have a protective structure called a cell wall made of cellulose. Plants have the wall animals do not. Plants also have organelles such as the green chloroplast or large, water-filled vacuoles. Chloroplasts are the key structure in the process of fotosíntesis.

Cells are unique to each type of organism. If you look at very simple organisms, you will discover cells that have no defined nucleus (prokaryotes) and other cells that have hundreds of nuclei (multinucleado).

Humans have hundreds of different cell types. You have red blood cells that are used to carry oxygen (O2) through the body and other cells specific to your heart muscle. Even though cells can be very different, they are basically compartments surrounded by some type of membrane.


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