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4.7: Estructuras internas de células eucariotas - Biología

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4.7: Estructuras internas de las células eucariotas

Célula eucariota: estructura y orgánulos

La celda es la unidad funcional más pequeña dentro de un organismo vivo, que puede funcionar de forma independiente. Está formado por varios tipos de orgánulos que permiten que la célula funcione y se reproduzca. Existen dos clases generales de células: las células simples autosuficientes conocidas como procariota (bacterias y arqueas) y las células dependientes más complejas conocidas como miukaryotic. Los tipos de células eucariotas se encuentran generalmente en animales, plantas, algas y hongos. A los efectos de este artículo, el enfoque principal será la estructura y la histología de la célula animal. También se explorarán las principales diferencias entre las células animales y vegetales.

Como se dijo anteriormente, los componentes fundamentales de una célula son sus orgánulos. Estas orgánulos se componen de diversas combinaciones de átomos y moléculas. Los orgánulos impulsan diferentes funciones de la célula, desde el metabolismo hasta la producción de energía y, posteriormente, la replicación. Las células con funciones particulares se unen para formar organos (es decir, parénquima pulmonar). Los órganos con funciones interrelacionadas trabajan juntos dentro de un sistema (es decir, sistema respiratorio). Estos sistemas, aunque de diferentes funciones, trabajan en sinergia para permitir la organismo (es decir, humano) para sobrevivir. Cada aspecto de una célula es importante para que sobreviva.

Áspero - tiene ribosomas unidos a su superficie, almacena proteínas y es la extensión de la membrana nuclear

Liso - carece de ribosomas, es una colección de sacos independientes o una continuación del RE rugoso y sintetiza lípidos, esteroides y fosfolípidos

Forma - las células animales son irregulares, las células vegetales son rectangulares

Celulosa - ausente en células animales, rodea la membrana plasmática en células vegetales

Producción de ATP - mitocondrias en células animales, cloroplastos en células vegetales

Cillia - presente en células animales, ausente en células vegetales


Células eucariotas: tipos y estructura (con diagrama)

Las células eucariotas se encuentran en todos los votos eucariotas como protistas, plantas, hongos y animales.

Las células eucariotas son demasiado complejas que las células procariotas y evolucionaron a partir de ellas hace unos 1.500 millones de años (BYA).

El tamaño de las células eucariotas varía mucho de 10 mm a 500 mm. El huevo de avestruz es la célula eucariota más grande conocida que mide 170 mm X 150 mm. En las plantas, las células más largas son las fibras del esclerénquima de Ramio (Boehmeria nivea) de Utricaceae. Pero en los animales, las neuronas son las células más largas que alcanzan hasta 3 mt. en elefantes y ballenas.

El tamaño de una celda depende de:

I. Relación superficie / volumen

ii. Relación nucleo-citoplasmática o kern-plásmica

iii. Tamaño y número de cromosomas.

La forma de la célula eucariota puede ser variable o fija. La forma variable ocurre en ameba y glóbulos blancos. La forma fija de la célula se presenta en la mayoría de plantas y animales. En los organismos unicelulares, la forma celular se mantiene mediante la membrana plasmática y el exoesqueleto (p. Ej., Polystomella o Elphidium).

En los organismos multicelulares, la forma de una célula depende principalmente de sus adaptaciones funcionales y, en parte, de la presión externa, la tensión superficial, el estrés interno, la viscosidad del protoplasma y el citoesqueleto. Así, las células eucariotas tienen formas diversas como esféricas, alargadas, fusiformes, discoidales, polihederales, ramificadas, ovaladas, etc.

Tipos de células eucariotas:

En los organismos multicelulares, las células se pueden clasificar en tres tipos principales: indiferenciadas, diferenciadas y. células desdiferenciadas.

1. Células indiferenciadas:

Estas células no especializadas son capaces de experimentar división y desarrollo. Por ejemplo, cigoto, células madre (en animales) y células meristemáticas (en plantas)

2. Células diferenciadas (- Células posmitóticas):

Estas son células especializadas que realizan una función específica y exhiben división del trabajo. Por ejemplo, las células del mesófilo realizan la fotosíntesis, los glóbulos rojos transportan O2 y compañía2 etc. Sin embargo, en los animales la diferenciación celular es un fenómeno irreversible.

3. Células desdiferenciadas:

A veces, las células diferenciadas vuelven a convertirse en células indiferenciadas y llevan a cabo la división celular. El proceso por el cual las células diferenciadas pierden su especialización se llama desdiferenciación. Por ejemplo, el parénquima se desdiferenciaba en células meristemáticas para la cicatrización de heridas, la regeneración y el crecimiento secundario. El cultivo de tejidos y la propagación colonial dependen de la desdiferenciación de las células. Si alguna de las células desdiferenciadas se vuelve a especializar, el proceso se denomina rediferenciación.

Ultraestructura de la célula eucariota:

Aunque las células eucariotas varían en forma, tamaño y funciones, todas muestran algún plan estructural básico. Una célula eucariota generalizada / típica como se ve en el microscopio electrónico (EM) consta de pared celular (ausente en células animales y algunos protistas), membrana plasmática. Citoplasma, núcleo, otros orgánulos e inclusiones. Excepto el núcleo y los plástidos, todas las demás estructuras citoplasmáticas pueden verse bajo EM. La célula eucariota, por definición, posee un núcleo que contiene material nuclear encerrado por una envoltura nuclear de doble capa.

EM ha revelado que el citoplasma tiene una amplia compartimentación debido a la presencia de orgánulos unidos a la membrana. Además, las células eucariotas están sostenidas por el citoesqueleto y tienen apéndices locomotores (cilios o flagelos) en las células móviles. Dado que las funciones de ER, complejo de Golgi, lisosomas y vacuolas están coordinadas, se consideran juntas como un sistema de endomembranas.


Biología 171

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Describir la estructura de las células eucariotas.
  • Comparar células animales con células vegetales
  • Indicar el papel de la membrana plasmática.
  • Resumir las funciones de los principales orgánulos celulares.

¿Alguna vez ha escuchado la frase "la forma sigue a la función"? Es una filosofía que siguen muchas industrias. En arquitectura, esto significa que los edificios deben construirse para apoyar las actividades que se llevarán a cabo en su interior. Por ejemplo, un rascacielos debe incluir varios bancos de ascensores. Un hospital debe tener su sala de emergencias de fácil acceso.

Nuestro mundo natural también utiliza el principio de forma siguiendo a la función, especialmente en biología celular, y esto se aclarará a medida que exploremos las células eucariotas ((Figura)). A diferencia de las células procariotas, las células eucariotas tienen: 1) un núcleo unido a la membrana 2) numerosos orgánulos unidos a la membrana, como el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi, los cloroplastos, las mitocondrias y otros y 3) varios cromosomas en forma de bastón. Debido a que una membrana rodea el núcleo de la célula eucariota, tiene un "núcleo verdadero". La palabra "orgánulo" significa "órgano pequeño" y, como ya mencionamos, los orgánulos tienen funciones celulares especializadas, al igual que los órganos de su cuerpo tienen funciones especializadas.

En este punto, debería tener claro que las células eucariotas tienen una estructura más compleja que las células procariotas. Los orgánulos permiten compartimentar diferentes funciones en diferentes áreas de la célula. Antes de pasar a los orgánulos, examinemos primero dos componentes importantes de la célula: la membrana plasmática y el citoplasma.



Si el nucleolo no pudiera realizar su función, ¿qué otros orgánulos celulares se verían afectados?

La membrana de plasma

Al igual que los procariotas, las células eucariotas tienen una membrana plasmática ((Figura)), una bicapa de fosfolípidos con proteínas incrustadas que separa el contenido interno de la célula de su entorno circundante. Un fosfolípido es una molécula lipídica con dos cadenas de ácidos grasos y un grupo que contiene fosfato. La membrana plasmática controla el paso de moléculas orgánicas, iones, agua y oxígeno dentro y fuera de la célula. Los desechos (como el dióxido de carbono y el amoníaco) también abandonan la célula al pasar a través de la membrana plasmática.


Las membranas plasmáticas de las células que se especializan en la absorción se pliegan en proyecciones en forma de dedos que llamamos microvellosidades (singular = microvellosidades) ((Figura)). Estas células normalmente recubren el intestino delgado, el órgano que absorbe los nutrientes de los alimentos digeridos. Este es un excelente ejemplo de función de seguimiento de formulario.
Las personas con enfermedad celíaca tienen una respuesta inmunitaria al gluten, que es una proteína del trigo, la cebada y el centeno. La respuesta inmune daña las microvellosidades y, por lo tanto, los individuos afectados no pueden absorber los nutrientes. Esto conduce a desnutrición, calambres y diarrea. Los pacientes celíacos deben seguir una dieta sin gluten.


El citoplasma

El citoplasma es la región completa de la célula entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear (una estructura que discutiremos en breve). Está compuesto por orgánulos suspendidos en el citosol en forma de gel, el citoesqueleto y varias sustancias químicas ((Figura)). A pesar de que el citoplasma consta de un 70 a un 80 por ciento de agua, tiene una consistencia semisólida, que proviene de las proteínas que contiene. Sin embargo, las proteínas no son las únicas moléculas orgánicas del citoplasma. También hay glucosa y otros azúcares simples, polisacáridos, aminoácidos, ácidos nucleicos, ácidos grasos y derivados del glicerol. Los iones de sodio, potasio, calcio y muchos otros elementos también se disuelven en el citoplasma. Muchas reacciones metabólicas, incluida la síntesis de proteínas, tienen lugar en el citoplasma.

El núcleo

Por lo general, el núcleo es el orgánulo más prominente de una célula ((Figura)). El núcleo (plural = núcleos) alberga el ADN de la célula y dirige la síntesis de ribosomas y proteínas. Veámoslo con más detalle ((Figura)).


El sobre nuclear

La envoltura nuclear es una estructura de doble membrana que constituye el núcleo y la porción más externa ((Figura)). Tanto la envoltura nuclear como las membranas interna y externa son bicapas de fosfolípidos.

La envoltura nuclear está salpicada de poros que controlan el paso de iones, moléculas y ARN entre el nucleoplasma y el citoplasma. El nucleoplasma es el líquido semisólido dentro del núcleo, donde encontramos la cromatina y el nucleolo.

Cromosomas y cromatina

Para comprender la cromatina, es útil explorar primero los cromosomas, estructuras dentro del núcleo que se componen de ADN, el material hereditario. Quizás recuerde que en los procariotas, el ADN está organizado en un solo cromosoma circular. En eucariotas, los cromosomas son estructuras lineales. Cada especie eucariota tiene un número específico de cromosomas en el núcleo de cada célula. Por ejemplo, en los seres humanos, el número de cromosomas es 46, mientras que en las moscas de la fruta es ocho.
Los cromosomas solo son visibles y distinguibles entre sí cuando la célula se prepara para dividirse. Cuando la célula se encuentra en las fases de crecimiento y mantenimiento de su ciclo de vida, las proteínas se adhieren a los cromosomas y se asemejan a un montón de hilos desenrollados y desordenados. A estos complejos desenrollados proteína-cromosoma los llamamos cromatina ((Figura)). La cromatina describe el material que forma los cromosomas tanto cuando se condensa como se descondensa.



El nucleolo

Ya sabemos que el núcleo dirige la síntesis de ribosomas, pero ¿cómo lo hace? Algunos cromosomas tienen secciones de ADN que codifican ARN ribosómico. Un área de tinción oscura dentro del núcleo llamada nucléolo (plural = nucléolo) agrega el ARN ribosómico con proteínas asociadas para ensamblar las subunidades ribosómicas que luego se transportan a través de los poros en la envoltura nuclear al citoplasma.

Ribosomas

Los ribosomas son las estructuras celulares responsables de la síntesis de proteínas. Cuando los vemos a través de un microscopio electrónico, los ribosomas aparecen como grupos (polirribosomas) o como puntos pequeños y únicos que flotan libremente en el citoplasma. Pueden estar adheridos a la membrana plasmática & # 8217s lado citoplásmico o al retículo endoplásmico & # 8217s & # 8217s lado citoplásmico y la envoltura nuclear & # 8217s membrana externa ((Figura)). La microscopía electrónica nos muestra que los ribosomas, que son grandes complejos de proteínas y ARN, constan de dos subunidades, grandes y pequeñas ((Figura)). Los ribosomas reciben sus "órdenes" para la síntesis de proteínas del núcleo donde el ADN se transcribe en ARN mensajero (ARNm). El ARNm viaja a los ribosomas, que traducen el código proporcionado por la secuencia de las bases nitrogenadas en el ARNm en un orden específico de aminoácidos en una proteína. Los aminoácidos son los componentes básicos de las proteínas.


Debido a que la síntesis de proteínas es una función esencial de todas las células (incluidas las enzimas, hormonas, anticuerpos, pigmentos, componentes estructurales y receptores de superficie), existen ribosomas en prácticamente todas las células. Los ribosomas son particularmente abundantes en las células que sintetizan grandes cantidades de proteínas. Por ejemplo, el páncreas es responsable de crear varias enzimas digestivas y las células que producen estas enzimas contienen muchos ribosomas. Por lo tanto, vemos otro ejemplo de forma siguiendo a la función.

Mitocondrias

Los científicos a menudo llaman a las mitocondrias (singular = mitocondria) las células "centrales eléctricas" o "fábricas de energía" porque son responsables de producir trifosfato de adenosina (ATP), la principal molécula portadora de energía de la célula. ATP representa la energía almacenada a corto plazo de la célula. La respiración celular es el proceso de producción de ATP utilizando la energía química de la glucosa y otros nutrientes. En las mitocondrias, este proceso utiliza oxígeno y produce dióxido de carbono como producto de desecho. De hecho, el dióxido de carbono que exhala con cada respiración proviene de las reacciones celulares que producen dióxido de carbono como subproducto.

De acuerdo con nuestro tema de la función siguiente a la forma, es importante señalar que las células musculares tienen una concentración muy alta de mitocondrias que producen ATP. Sus células musculares necesitan una energía considerable para mantener su cuerpo en movimiento. Cuando sus células no reciben suficiente oxígeno, no producen mucho ATP. En cambio, la producción de ácido láctico acompaña a la pequeña cantidad de ATP que producen en ausencia de oxígeno.

Las mitocondrias son orgánulos de doble membrana de forma ovalada ((Figura)) que tienen sus propios ribosomas y ADN. Cada membrana es una bicapa de fosfolípidos incrustada con proteínas. La capa interna tiene pliegues llamados crestas. Llamamos matriz mitocondrial al área rodeada por los pliegues. Las crestas y la matriz tienen diferentes roles en la respiración celular.


Peroxisomas

Los peroxisomas son orgánulos pequeños y redondos encerrados por membranas simples. Llevan a cabo reacciones de oxidación que descomponen los ácidos grasos y los aminoácidos. También desintoxican muchos venenos que pueden entrar al cuerpo. (Muchas de estas reacciones de oxidación liberan peróxido de hidrógeno, H2O2, lo que sería dañino para las células, sin embargo, cuando estas reacciones se limitan a los peroxisomas, las enzimas descomponen de manera segura el H2O2 en oxígeno y agua.) Por ejemplo, los peroxisomas en las células del hígado desintoxican el alcohol. Los glioxisomas, que son peroxisomas especializados en las plantas, son responsables de convertir las grasas almacenadas en azúcares. Las células vegetales contienen muchos tipos diferentes de peroxisomas que juegan un papel en el metabolismo, la defensa de patógenos y la respuesta al estrés, por mencionar algunos.

Vesículas y vacuolas

Las vesículas y vacuolas son sacos unidos a la membrana que funcionan en el almacenamiento y transporte. Aparte del hecho de que las vacuolas son algo más grandes que las vesículas, existe una distinción muy sutil entre ellas. Las membranas de las vesículas pueden fusionarse con la membrana plasmática u otros sistemas de membrana dentro de la célula. Además, algunos agentes, como las enzimas dentro de las vacuolas de las plantas, descomponen las macromoléculas. La membrana de la vacuola no se fusiona con las membranas de otros componentes celulares.

Células animales versus células vegetales

En este punto, usted sabe que cada célula eucariota tiene una membrana plasmática, citoplasma, núcleo, ribosomas, mitocondrias, peroxisomas y, en algunos casos, vacuolas, pero existen algunas diferencias notables entre las células animales y vegetales. Si bien tanto las células animales como las vegetales tienen centros de organización de microtúbulos (MTOC), las células animales también tienen centriolos asociados con el MTOC: un complejo que llamamos centrosoma. Cada una de las células animales tiene un centrosoma y lisosomas, mientras que la mayoría de las células vegetales no. Las células vegetales tienen una pared celular, cloroplastos y otros plástidos especializados, y una gran vacuola central, mientras que las células animales no.

El centrosoma

El centrosoma es un centro organizador de microtúbulos que se encuentra cerca de los núcleos de las células animales. Contiene un par de centriolos, dos estructuras que se encuentran perpendiculares entre sí ((Figura)). Cada centríolo es un cilindro de nueve tripletes de microtúbulos.


El centrosoma (el orgánulo donde se originan todos los microtúbulos) se replica antes de que una célula se divida, y los centriolos parecen tener algún papel en tirar de los cromosomas duplicados hacia los extremos opuestos de la célula en división. Sin embargo, la función exacta del centríolo en la división celular no está clara, porque las células a las que se les ha eliminado el centrosoma aún pueden dividirse, y las células vegetales, que carecen de centrosomas, son capaces de división celular.

Lisosomas

Las células animales tienen otro conjunto de orgánulos que la mayoría de las células vegetales no tienen: lisosomas. Los lisosomas son el "triturador de basura" de la célula. En las células vegetales, los procesos digestivos tienen lugar en vacuolas. Las enzimas dentro de los lisosomas ayudan a descomponer proteínas, polisacáridos, lípidos, ácidos nucleicos e incluso orgánulos desgastados. Estas enzimas son activas a un pH mucho más bajo que el citoplasma & # 8217s. Por lo tanto, el pH dentro de los lisosomas es más ácido que el pH del citoplasma. Muchas reacciones que tienen lugar en el citoplasma no podrían ocurrir a un pH bajo, por lo que nuevamente, la ventaja de compartimentar la célula eucariota en orgánulos es evidente.

La pared celular

Si examina (Figura), el diagrama de la célula vegetal, verá una estructura externa a la membrana plasmática. Esta es la pared de la celda, una cubierta rígida que protege la celda, proporciona soporte estructural y da forma a la celda. Las células de hongos y algunas células de protistan también tienen paredes celulares. Mientras que el componente principal de las paredes celulares procariotas es el peptidoglicano, la principal molécula orgánica en la pared celular de la planta (y algunos protistas) es la celulosa ((Figura)), un polisacárido compuesto por unidades de glucosa. ¿Alguna vez has notado que cuando muerdes una verdura cruda, como el apio, se rompe? Eso es porque está rompiendo las células de apio y las paredes rígidas de las células con los dientes.


Cloroplastos

Al igual que las mitocondrias, los cloroplastos tienen su propio ADN y ribosomas, pero los cloroplastos tienen una función completamente diferente. Los cloroplastos son orgánulos de células vegetales que realizan la fotosíntesis. La fotosíntesis es la serie de reacciones que utilizan dióxido de carbono, agua y energía luminosa para producir glucosa y oxígeno. Ésta es una gran diferencia entre plantas y animales. Las plantas (autótrofos) pueden producir su propio alimento, como los azúcares, mientras que los animales (heterótrofos) deben ingerir su alimento.

Al igual que las mitocondrias, los cloroplastos tienen membranas externas e internas, pero dentro del espacio encerrado por la membrana interna de un cloroplasto hay un conjunto de sacos de membrana llenos de líquido interconectados y apilados que llamamos tilacoides ((Figura)). Cada pila de tilacoides es un granum (plural = grana).Al fluido encerrado por la membrana interna que rodea al grana lo llamamos estroma.


Los cloroplastos contienen un pigmento verde, la clorofila, que captura la energía luminosa que impulsa las reacciones de la fotosíntesis. Al igual que las células vegetales, los protistas fotosintéticos también tienen cloroplastos. Algunas bacterias realizan la fotosíntesis, pero su clorofila no queda relegada a un orgánulo.

Endosimbiosis Hemos mencionado que tanto las mitocondrias como los cloroplastos contienen ADN y ribosomas. ¿Te has preguntado por qué? Hay pruebas contundentes que apuntan a la endosimbiosis como explicación.

La simbiosis es una relación en la que los organismos de dos especies distintas dependen entre sí para su supervivencia. La endosimbiosis (endo- = "dentro") es una relación mutuamente beneficiosa en la que un organismo vive dentro del otro. Las relaciones endosimbióticas abundan en la naturaleza. Ya hemos mencionado que los microbios que producen vitamina K viven dentro del intestino humano. Esta relación es beneficiosa para nosotros porque somos incapaces de sintetizar la vitamina K. También es beneficiosa para los microbios porque están protegidos de otros organismos y de la desecación, y reciben abundante alimento del entorno del intestino grueso.

Los científicos han notado durante mucho tiempo que las bacterias, las mitocondrias y los cloroplastos son de tamaño similar. También sabemos que las bacterias tienen ADN y ribosomas, al igual que las mitocondrias y los cloroplastos. Los científicos creen que las células huésped y las bacterias formaron una relación endosimbiótica cuando las células huésped ingirieron bacterias aeróbicas y autótrofas (cianobacterias) pero no las destruyeron. A lo largo de muchos millones de años de evolución, estas bacterias ingeridas se especializaron más en sus funciones, convirtiéndose las bacterias aeróbicas en mitocondrias y las bacterias autótrofas en cloroplastos.

La Vacuola Central

Anteriormente, mencionamos las vacuolas como componentes esenciales de las células vegetales. Si miras (Figura)B, verá que las células vegetales tienen cada una una gran vacuola central que ocupa la mayor parte del área de la celda. La vacuola central juega un papel clave en la regulación de la concentración de agua de la célula en condiciones ambientales cambiantes. ¿Alguna vez has notado que si olvidas regar una planta durante unos días, se marchita? Eso se debe a que a medida que la concentración de agua en el suelo se vuelve más baja que la concentración de agua en la planta, el agua sale de las vacuolas centrales y el citoplasma. A medida que la vacuola central se contrae, deja la pared celular sin apoyo. Esta pérdida de apoyo a las paredes celulares de la planta y # 8217s da como resultado una apariencia marchita.

La vacuola central también es compatible con la expansión de la celda. Cuando la vacuola central retiene más agua, la célula se vuelve más grande sin tener que invertir una energía considerable en sintetizar nuevo citoplasma.

Resumen de la sección

Como una célula procariota, una célula eucariota tiene una membrana plasmática, citoplasma y ribosomas, pero una célula eucariota es típicamente más grande que una célula procariota, tiene un núcleo verdadero (es decir, una membrana rodea su ADN) y tiene otros orgánulos unidos a la membrana. que permiten funciones de compartimentación. La membrana plasmática es una bicapa de fosfolípidos incrustada con proteínas. El nucleolo del núcleo es el sitio de ensamblaje de los ribosomas. Encontramos ribosomas en el citoplasma o adheridos al lado citoplasmático de la membrana plasmática o al retículo endoplásmico. Realizan síntesis de proteínas. Las mitocondrias participan en la respiración celular. Son responsables de la mayor parte del ATP producido en la célula. Los peroxisomas hidrolizan ácidos grasos, aminoácidos y algunas toxinas. Las vesículas y vacuolas son compartimentos de almacenamiento y transporte. En las células vegetales, las vacuolas también ayudan a descomponer las macromoléculas.

Las células animales también tienen un centrosoma y lisosomas. El centrosoma tiene dos cuerpos perpendiculares entre sí, los centríolos, y tiene un propósito desconocido en la división celular. Los lisosomas son los orgánulos digestivos de las células animales.

Las células vegetales y las células vegetales tienen cada una una pared celular, cloroplastos y una vacuola central. La pared celular vegetal, cuyo componente principal es la celulosa, protege la célula, proporciona soporte estructural y le da forma a la célula. La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos. La vacuola central puede expandirse sin tener que producir más citoplasma.

Conexiones de arte

(Figura) Si el nucleolo no pudiera realizar su función, ¿qué otros orgánulos celulares se verían afectados?

(Figura) Los ribosomas libres y el retículo endoplásmico rugoso (que contiene ribosomas) no podrían formarse.

Respuesta libre

Ya sabes que los ribosomas abundan en los glóbulos rojos. ¿En qué otras células del cuerpo las encontraría en gran abundancia? ¿Por qué?

Los ribosomas también son abundantes en las células musculares porque las células musculares están formadas por las proteínas producidas por los ribosomas.

¿Cuáles son las similitudes y diferencias estructurales y funcionales entre las mitocondrias y los cloroplastos?

Ambos son similares en que están envueltos en una doble membrana, ambos tienen un espacio intermembrana y ambos producen ATP. Tanto las mitocondrias como los cloroplastos tienen ADN, y las mitocondrias tienen pliegues internos llamados crestas y una matriz, mientras que los cloroplastos tienen clorofila y pigmentos accesorios en los tilacoides que forman pilas (grana) y un estroma.

¿Por qué las membranas plasmáticas están dispuestas como una bicapa en lugar de una monocapa?

La membrana plasmática es una bicapa porque los fosfolípidos que la crean son anfifílicos (cabeza hidrofílica, cola hidrofóbica). Si la membrana plasmática fuera una monocapa, las colas hidrófobas de los fosfolípidos estarían en contacto directo con el interior de la célula. Dado que el citoplasma está compuesto principalmente de agua, esta interacción no sería estable y rompería la membrana plasmática de la célula a medida que las colas fueran rechazadas por el citoplasma (en el agua, los fosfolípidos forman espontáneamente gotas esféricas con las cabezas hidrófilas hacia afuera para aislar las colas hidrofóbicas del agua). Al tener una bicapa, las cabezas hidrófilas están expuestas al citoplasma acuoso y al espacio extracelular, mientras que las colas hidrófobas interactúan entre sí en el medio de la membrana.

Glosario


Células

Las primeras células que surgieron hace unos 3.500 millones de años probablemente se parecían a las bacterias o arqueas, tenían estructuras relativamente simples y carecían de núcleos u orgánulos internos. La mayoría de los árboles filogenéticos de la vida muestran Archaea y Bacteria divergiendo primero del Último Ancestro Común Universal (LUCA). Por lo tanto, inferimos que el LUCA tenía una estructura celular simple, con citoplasma delimitado por algún tipo de membrana de bicapa de fosfolípidos, y sin núcleos o compartimentos de membrana interna u orgánulos.

Árbol de la vida filogenético con 3 dominios, basado en secuencias de ARNr 16S, de Wikimedia Commons

Las bacterias y las arqueas se clasifican como procariotas, es decir, células sin núcleo, aunque a algunos biólogos modernos no les gusta el término porque las procariotas no parecen formar un grupo monofilético.

Methanococcus janaschii, con muchos flagelos, imagen cortesía del Museo de Paleontología de la UC, www.ucmp.berkeley.edu.

Las bacterias y las arqueas tienen diversas morfologías celulares, pero todas tienen algunas características estructurales comunes.

Estructura de células procariotas, de Wikipedia

  • un solo cromosoma circular (algunas especies tienen dos cromosomas circulares)
  • una región nucleoide que contiene el ADN cromosómico, sin una membrana circundante que lo separe del citoplasma
  • pequeñas moléculas circulares de ADN llamadas plásmidos dispersas en el citoplasma.

Además de su membrana celular de bicapa de fosfolípidos, tienen paredes celulares que difieren en composición entre las bacterias y las arqueas. Las células procariotas son generalmente más pequeñas que las eucariotas. Tienen un citoesqueleto rudimentario y pueden tener flagelos de motilidad.

Escala relativa de tamaños de celda, de Wikipedia

Evolución de eucariotas

Hace unos 2.1-2.400 millones de años, aparecieron las primeras células eucariotas en el registro fósil. Esto coincide con, o ocurre poco después, el Gran Evento de Oxigenación. Las membranas de las células eucariotas tienen esteroles, cuya síntesis requiere oxígeno molecular. ¿Cómo surgieron los eucariotas? Una pista es que los genes eucariotas para las proteínas que replican el ADN y sintetizan el ARN en el núcleo son similares a los genes Archaeal, mientras que los genes eucariotas para el metabolismo energético y la biosíntesis de lípidos en el citoplasma se parecen a los genes bacterianos. Esta observación llevó a la hipótesis actual de que los eucariotas evolucionaron a partir de un antiguo evento de endosimbiosis o fusión celular entre un Archaeon y una Bacterium.

La evolución eucariota requirió muchas innovaciones. Uno es endocitosis (absorbiendo moléculas unidas a la membrana plasmática formando una pequeña vesícula, una estructura similar a una burbuja formada por un saco de bicapa lipídica que encierra el líquido interno). Los procariotas modernos carecen de endocitosis o fagocitosis (llevando partículas a la célula formando una vesícula grande). Pero la endocitosis o fagocitosis es esencial para absorber y albergar endosimbiontes dentro de un recinto de membrana y conduce a la formación de vesículas dentro de la célula. La invaginación de la membrana plasmática en las profundidades del citoplasma para rodear los cromosomas de la célula puede conducir a la formación de una envoltura de membrana que separa el compartimento nuclear del resto de la célula y al desarrollo simultáneo de un sistema de endomembrana.

Las proteínas necesarias para la endocitosis comparten similitudes estructurales con las proteínas de los poros nucleares, lo que sugiere un origen evolutivo común para el sistema de endomembranas y el núcleo. Fig. 5 de Devos et al. 2004, PLoS Biology doi: 10.1371 / journal.pbio.0020380

Por lo tanto, la fagocitosis / endocitosis puede explicar la formación del núcleo encerrado por una envoltura nuclear, el sistema de endomembranas y la evolución de mitocondrias y cloroplastos a partir de endosimbiosis de bacterias aerobias y cianobacterias, respectivamente.

Estructura de la célula eucariota

Célula eucariota de Wikipedia

¿Qué deben saber los estudiantes de biología de primer año sobre la estructura de una célula eucariota? En lugar de intentar memorizar detalles sobre los diversos orgánulos y estructuras celulares, los estudiantes deben pensar en los principales sistemas celulares.

Citoplasma

El citoplasma es la región interna de la célula delimitada por la membrana plasmática, excluyendo el interior del núcleo y las regiones interiores de los orgánulos y el sistema de endomembranas. El citoplasma contiene ribosomas, ARNt y ARNm para la síntesis de proteínas, el citoesqueleto, muchas enzimas metabólicas y proteínas que funcionan en la señalización celular. El citoplasma está tan lleno de macromoléculas que tiene la consistencia de un gel hidratado, muchas de las moléculas de agua están asociadas con otras moléculas.

Sistema endomembranoso

El sistema de endomembranas incluye la envoltura nuclear, el retículo endoplásmico (RE), el complejo de Golgi, los lisosomas, las vesículas de transporte, las vesículas secretoras, los endosomas y la membrana plasmática. La doble membrana de la envoltura nuclear es contigua al RE.

Sistema de endomembranas de Wikipedia. El RE rugoso tiene ribosomas unidos a la membrana del RE. Los ribosomas unidos al ER sintetizan proteínas en la membrana o luz del ER (espacio interno). Otros ribosomas permanecen en el citoplasma y sintetizan proteínas que permanecen en el citoplasma o van al núcleo o las mitocondrias o cloroplastos.

Que todas estas membranas comprenden un solo sistema queda claro cuando pensamos en la biogénesis de membranas. Para que las células crezcan, deben producir más lípidos y proteínas de membrana.

Proteínas de membrana para el sistema de endomembranas y proteínas para la secreción están hechos en el ER áspero (rER) por ribosomas acoplados a canales de proteínas en la membrana del RE. La cadena polipeptídica que emerge del ribosoma pasa a través del canal hacia el RE. lumen (el espacio interior de la sala de emergencias) y comienza a plegarse. Cualquier parte de la cadena que forme hélices alfa hidrófobas permanece incrustada en la membrana del RE, como dominios transmembrana. Las proteínas recién sintetizadas en la membrana o luz del rER se mueven hacia el ER suave, donde están parcialmente glicosilados (los grupos oligosacáridos están unidos covalentemente a aminoácidos particulares). Los lípidos de la membrana (fosfolípidos, esteroles) también se elaboran y se agregan al RE liso. Vesículas de transporte que contienen proteínas de membrana y proteínas secretadas, brotan del RE liso y viajan al Golgi. Estas vesículas se fusionan con el Golgi, agregando sus lípidos de membrana y proteínas de membrana, así como su contenido interno, a las vesículas de Golgi. En el aparato de Golgi, las proteínas de membrana y las proteínas secretadas se clasifican y procesan mediante glicosilación adicional. Las proteínas lisosomales se segregan en vesículas que se pellizcan y se vuelven lisosomas. Las proteínas secretadas se empaquetan en vesículas secretoras que se pellizcan y son transportadas a la periferia celular, donde las vesículas secretoras se fusionan con la membrana plasmática, agregando sus lípidos y proteínas a la membrana plasmática y descargando su contenido interno al exterior de la célula.
ER rugoso & # 8211 & gt ER liso & # 8211 & gt vesículas de transporte & # 8211 & gt Golgi & # 8211 & gt vesículas secretoras & # 8211 & gt PM
Tenga en cuenta que el sistema de endomembranas no incluye mitocondrias ni cloroplastos, que son orgánulos independientes y se discutirán más adelante en el contexto del metabolismo energético. Las proteínas destinadas a las mitocondrias o cloroplastos, así como las proteínas destinadas al interior del núcleo, son elaboradas por ribosomas citoplásmicos libres (desacoplado a cualquier membrana). Estas proteínas luego se importan a los respectivos orgánulos a través de sistemas especializados de importación de proteínas (mitocondrias y cloroplastos) o mediante los complejos de poros nucleares (núcleos). Por supuesto, las proteínas que funcionan en el citoplasma también son producidas por ribosomas citoplasmáticos libres.

Citoesqueleto

El citoesqueleto es otro sistema celular. Consiste en microfilamentos de actina, varios tipos de filamentos intermedios y microtúbulos. Estas son estructuras dinámicas necesarias para la forma celular, la movilidad celular y la organización y movimiento de materiales dentro de la celda. Microfilamentos son más delgadas y forman redes cerca de la membrana plasmática para estabilizar o cambiar la forma de la célula, especialmente cuando partes de la membrana se extienden hacia afuera. Microtúbulos (polimerizados a partir de dímeros de alfa y beta tubulina) sirven como pistas para el movimiento de las vesículas de transporte y las vesículas secretoras por las proteínas motoras, y también para el movimiento de los cromosomas durante la división celular. En resumen, los microfilamentos son para la forma de la célula, los microtúbulos son para mover cosas dentro de la célula.

La matriz extracelular

Fuera de la célula, superpuesta a la membrana plasmática, se encuentra la matriz extracelular. En plantas y levaduras, esta es la pared celular. En las células animales, se compone de colágeno y otros polímeros de proteínas y polisacáridos.

Núcleo

El núcleo contiene los cromosomas de la célula. Toda la replicación y transcripción del ADN cromosómico para producir ARN ocurre en el núcleo, así como el procesamiento del ARN. Las enzimas que realizan estas tareas, las proteínas que se unen al ADN para formar cromatina, de hecho todas las proteínas del núcleo, son fabricadas por los ribosomas en el citoplasma y luego se importan al núcleo a través de los complejos de poros de la envoltura nuclear. Por el contrario, los ARN ribosómico y mensajero se producen en el núcleo y salen del núcleo a través de los mismos complejos de poros, por lo que pueden funcionar en la síntesis de proteínas citoplasmáticas.

Dinámica celular: vida interior de la célula animación molecular

Mire el video La vida interior de la célula a continuación y vea si puede identificar los diversos componentes del sistema de endomembranas y narrar lo que está sucediendo. Este video es para estudiantes más avanzados, pero la mitad del video, comenzando con la membrana plasmática, ilustra bellamente las interconexiones dinámicas entre las estructuras celulares.

El video comienza con leucocitos (glóbulos blancos) rodando a lo largo de un vaso sanguíneo. Las células endoteliales son las células que forman el revestimiento interno de los vasos sanguíneos. Las proteínas de la superficie celular en los glóbulos blancos interactúan y se unen a las proteínas de la superficie celular en el revestimiento de los vasos sanguíneos para ralentizar y detener el glóbulo blanco. Desde aquí, el video se sumerge en la celda.

Las partes clave a tener en cuenta:

  • La membrana plasmática es un mosaico fluido de fosfolípidos y proteínas.
  • Los esfingolípidos y el colesterol hacen que partes de la membrana plasmática sean rígidas y estas partes rígidas se denominan balsas lipídicas, que son importantes para la señalización celular.
  • La célula contiene diferentes tipos de elementos citoesqueléticos & # 8211 el video muestra espectrina, un filamento intermedio, microfilamentos de actina y microtúbulos. Dejemos que & # 8217s no se preocupe por los detalles adicionales mencionados en el video.
  • Las proteínas motoras & # 8220 caminan & # 8221 a lo largo de los microtúbulos, transportando vesículas de un lado a otro. El & # 8220walking & # 8221 de estas proteínas motoras es impulsado por la hidrólisis de ATP.
  • La envoltura nuclear contiene poros y las moléculas de ARNm salen del núcleo hacia el citoplasma a través de los poros nucleares.
  • Los ribosomas libres en el citoplasma se traducen y producen proteínas que permanecen en el citoplasma, o se asocian con proteínas especiales que las entregan a las mitocondrias y otros orgánulos que son independientes del sistema de endomembranas.
  • Los ribosomas libres también inician la traducción de las proteínas del sistema de endomembranas y las proteínas secretadas, pero se detienen hasta que se acoplan a un complejo proteico en el rER. El rER es & # 8220 through & # 8221 porque todos los ribosomas ubicados allí le dan a esta porción del ER una apariencia aproximada en micrografías electrónicas. Las proteínas de membrana están incrustadas en la membrana del RE, mientras que las proteínas secretadas terminan en la luz.
  • La membrana y las proteínas secretadas se transportan en vesículas al Golgi.
  • El Golgi completa la glicosilación de estas proteínas.
  • Las vesículas secretoras se transportan desde el aparato de Golgi hasta la membrana plasmática, donde se fusionan.
  • Puede ignorar el resto del video, aunque es realmente genial. Muestra cómo los glóbulos blancos se aprietan entre las células que recubren los vasos sanguíneos para ingresar a los tejidos en un sitio de infección e inflamación.


La hipótesis de la simbiosis está ampliamente aceptada.

Debido a que las mitocondrias y los cloroplastos son estructuras semiautónomas con su propio acervo genético, la microbióloga estadounidense Lynn Margulis postuló en 1970 que habían aparecido durante la evolución, luego de la ingestión, también conocida como endocitosis, de ciertas bacterias de vida libre por parte de otras bacterias. -organismos procariotas celulares. Las bacterias libres inicialmente tenían capacidad respiratoria (mitocondrias) o de fotosíntesis (cloroplastos). Esta endocitosis de cloroplasto puede haber ocurrido hace unos 1.500 millones de años, posiblemente después de la de las mitocondrias. Las bacterias "ingeridas" se mantuvieron en sus huéspedes gracias a una cooperación mutua que resultó beneficiosa para ambas partes. Esto se conoce como relación simbiótica: la bacteria suministró a la célula huésped su proceso de generación de energía, y la célula correspondió protegiendo a la bacteria y alimentándola con los nutrientes necesarios para su funcionamiento. Es esta teoría de la endosimbiosis la que hoy acepta la mayoría de los biólogos.


Una nueva teoría sugiere que un camino alternativo condujo al surgimiento de la célula eucariota

Como unidad fundamental de la vida, la célula es fundamental para toda la biología.Una mejor comprensión de cómo evolucionaron y funcionan las células complejas promete nuevas revelaciones en áreas tan diversas como la investigación del cáncer y el desarrollo de nuevas plantas de cultivo.

Pero pensar profundamente en cómo surgió la célula eucariota es asombrosamente escaso. Ahora, sin embargo, una nueva idea audaz de cómo surgieron las células eucariotas y, por extensión, toda la vida compleja, está dando a los científicos la oportunidad de reexaminar algunos de los dogmas clave de la biología.

Toda la vida compleja, incluidas las plantas, los animales y los hongos, está formada por células eucariotas, células con núcleo y otra maquinaria interna compleja que se utiliza para realizar las funciones que un organismo necesita para mantenerse vivo y saludable. Los seres humanos, por ejemplo, están compuestos por 220 tipos diferentes de células eucariotas que, trabajando en grupos, controlan todo, desde el pensamiento y la locomoción hasta la reproducción y la defensa inmunológica.

Por lo tanto, el origen de la célula eucariota se considera uno de los eventos evolutivos más críticos en la historia de la vida en la Tierra. Si no hubiera ocurrido hace entre 1.6 y 2.000 millones de años, nuestro planeta sería un lugar muy diferente, poblado enteramente por procariotas, organismos unicelulares como bacterias y arqueas.

En su mayor parte, los científicos están de acuerdo en que las células eucariotas surgieron de una relación simbiótica entre bacterias y arqueas. Las arqueas, que son similares a las bacterias pero tienen muchas diferencias moleculares, y las bacterias representan dos de los tres grandes dominios de la vida. El tercero está representado por eucariotas, organismos compuestos por las células eucariotas más complejas.

Las células eucariotas se caracterizan por una elaborada arquitectura interna. Esto incluye, entre otras cosas, el núcleo celular, donde la información genética en forma de ADN se aloja dentro de una mitocondria de doble membrana, orgánulos unidos a la membrana, que proporcionan la energía química que una célula necesita para funcionar y el sistema de endomembranas, que es responsable. para transportar proteínas y lípidos por la célula.

La teoría predominante sostiene que los eucariotas surgieron cuando una arqueona se tragó una bacteria. La bacteria sumergida, sostiene la teoría, dio lugar a las mitocondrias, mientras que las piezas internalizadas de la membrana celular externa de la arqueona formaron los otros compartimentos internos de la célula, incluido el núcleo y el sistema de endomembranas.

& # 8220La teoría actual es ampliamente aceptada, pero no diría que está & # 8216 establecida & # 8217 ya que nadie parece haber considerado seriamente explicaciones alternativas & # 8221, explica David Baum, profesor de botánica y biólogo evolutivo de la Universidad de Wisconsin-Madison. quien, con su primo, el biólogo celular de la University College London Buzz Baum, ha formulado una nueva teoría sobre cómo evolucionaron las células eucariotas. Conocida como la teoría & # 8220 de adentro hacia afuera & # 8221 de la evolución de las células eucariotas, la visión alternativa de cómo llegó a ser la vida compleja se publicó recientemente (28 de octubre de 2014) en la revista de acceso abierto BMC Biology.

La teoría de adentro hacia afuera propuesta por los Baum sugiere que los eucariotas evolucionaron gradualmente a medida que las protuberancias celulares, llamadas ampollas, se extendían para atrapar bacterias similares a las mitocondrias de vida libre. Extrayendo energía de las bacterias atrapadas y utilizando lípidos bacterianos (ácidos grasos orgánicos insolubles) como material de construcción, las ampollas se hicieron más grandes y finalmente envolvieron a las bacterias y crearon las estructuras de membrana que forman los límites del compartimento interno de la célula.

& # 8220La idea es tremendamente simple & # 8221, dice David Baum, quien comenzó a pensar en una teoría alternativa para explicar el surgimiento de la célula eucariota como estudiante de la Universidad de Oxford hace 30 años. & # 8220Es un replanteamiento radical, tomar lo que pensamos que sabíamos (sobre la célula) y darle la vuelta. & # 8221

De vez en cuando, David Baum desempolvaba su idea rudimentaria y la compartía con otros, incluida la fallecida Lynn Margulis, la científica estadounidense que desarrolló la teoría del origen de los orgánulos eucariotas. Durante el año pasado, Buzz y David Baum refinaron y detallaron su idea, que, como cualquier buena teoría, hace predicciones comprobables.

& # 8220 En primer lugar, la idea de adentro hacia afuera sugirió inmediatamente un camino de evolución gradual y constante que requirió pocas innovaciones celulares o moleculares. Esto es justo lo que se requiere de un modelo evolutivo & # 8221, argumenta Buzz Baum, un experto en forma y estructura celular. & # 8220 En segundo lugar, el modelo sugirió una nueva forma de ver las células modernas. & # 8221

"La teoría actual es ampliamente aceptada, pero no diría que está & # 8216 establecida & # 8217 ya que nadie parece haber considerado seriamente explicaciones alternativas".

Las células eucariotas modernas, dice Buzz Baum, pueden ser interrogadas en el contexto de la nueva teoría para responder a muchas de sus características inexplicables, incluido por qué los eventos nucleares parecen heredarse de las arqueas mientras que otras características parecen derivarse de las bacterias.

& # 8220Es refrescante ver a la gente pensar en la célula de manera holística y basándose en cómo evolucionaron las células y los organismos & # 8221, dice Ahna Skop, profesora de genética de la Universidad de Washington en Madison y experta en división celular. La idea es lógica y bien pensada. Ya envié el artículo a todos los biólogos celulares que conozco. Simplemente tiene sentido pensar en la celda y su contenido en el contexto de dónde pueden haber venido. & # 8221

La forma en que las células funcionan cuando se dividen, señala, requiere la interacción de moléculas que han evolucionado durante muchos millones de años para cortar las células en dos en el proceso de división celular. Las mismas funciones moleculares, argumenta, podrían reutilizarse de una manera que se ajuste a la teoría propuesta por los Baum. & # 8220¿Por qué gastar la energía para rehacer algo que se hizo hace miles de años para pellizcar en una celda? Las funciones de estas proteínas simplemente evolucionan y cambian a medida que cambia la estructura y función del organismo. & # 8221

Saber más sobre cómo las células eucariotas se convirtieron en promesas para ayudar a los biólogos a estudiar las propiedades fundamentales de la célula, lo que, a su vez, podría algún día impulsar una mejor comprensión de cosas como el cáncer, la diabetes y otras enfermedades celulares, el envejecimiento y el desarrollo. de características nuevas y valiosas para plantas de cultivo importantes.

“No tengo idea de si es correcto o incorrecto, pero han hecho un buen trabajo al analizar en detalle y proporcionar hipótesis comprobables. Eso, en sí mismo, es increíblemente útil ".

Sin embargo, una trampa para desarrollar la historia evolutiva de la célula eucariota es que, a diferencia de muchas otras áreas de la biología, el registro fósil es de poca ayuda. & # 8220Cuando se trata de células individuales, el registro fósil rara vez es muy útil, & # 8221, explica David Baum. & # 8220 Incluso es difícil distinguir una célula eucariota de una célula procariota. Busqué evidencia de microfósiles con protuberancias, pero, como era de esperar, no había buenos candidatos. & # 8221

Sugiere que una vía potencialmente más fructífera para explorar sería buscar formas intermedias de células con algunas, pero no todas, las características de un eucariota en toda regla. & # 8220 La implicación es que los intermedios que existían se extinguieron, muy probablemente debido a la competencia con eucariotas completamente desarrollados. & # 8221

Sin embargo, con una comprensión más granular de cómo evolucionaron las células complejas, puede ser posible identificar intermedios vivos, dice David Baum: & # 8220 Tengo la esperanza de que una vez que descubramos cómo está enraizado el árbol eucariota, podríamos encontrar algunos eucariotas que tienen rasgos intermedios. & # 8221

& # 8220 Esta es una toma completamente nueva (de la célula eucariota), que encuentro fascinante, & # 8221 señala la profesora de bioquímica de UW-Madison Judith Kimble. & # 8220 No tengo idea de si es correcto o incorrecto, pero ellos & # 8217 han hecho un buen trabajo al extraer en detalle y proporcionar hipótesis comprobables. Eso, en sí mismo, es increíblemente útil. & # 8221


Tensegridad celular

La tensegridad es un principio de construcción que fue descrito por primera vez por el arquitecto R. Buckminster Fuller (Fuller, 1961) y visualizado por primera vez por el escultor Kenneth Snelson (Snelson, 1996). Fuller define los sistemas de tensegridad como estructuras que estabilizan su forma por tensión continua o "integridad tensional" en lugar de por compresión continua (por ejemplo, como se usa en un arco de piedra). Esto se ve claramente en las esculturas de Snelson, que están compuestas por barras aisladas de acero inoxidable que se mantienen en posición y se suspenden en el espacio mediante cables de alta tensión (Fig. 1A). La sorprendente simplicidad de estas esculturas ha llevado a una descripción de la arquitectura de tensegridad como una red tensada de miembros estructurales que resiste la distorsión de la forma y se autoestabiliza al incorporar otros elementos de soporte que resisten la compresión. Estas esculturas y estructuras similares compuestas de puntales de madera y cuerdas elásticas (Fig. 1B) ilustran bellamente el equilibrio de fuerzas subyacente, que se basa en la compresión local y la tensión continua (Fig. 2A) que es responsable de su estabilidad. Sin embargo, no se requieren elementos rígidos, porque se pueden construir estructuras similares a partir de resortes flexibles que simplemente difieren en su elasticidad (Fig. 1C).

Estructuras de tensegridad. (A) Triple corona, una escultura de tensegridad, del artista Kenneth Snelson, que está compuesta por barras de acero inoxidable y cables de tensión. Tenga en cuenta que esta estructura se compone de varios módulos de tensegridad que están interconectados por reglas similares. (B) Una esfera de tensegridad compuesta por seis puntales de madera y 24 cuerdas elásticas blancas, que imita cómo una célula cambia de forma cuando se adhiere a un sustrato (Ingber, 1993b). (C) La misma configuración de tensegridad que en B construida completamente a partir de resortes con diferentes elasticidades.

Estructuras de tensegridad. (A) Triple corona, una escultura de tensegridad, del artista Kenneth Snelson, que está compuesta por barras de acero inoxidable y cables de tensión. Tenga en cuenta que esta estructura se compone de varios módulos de tensegridad que están interconectados por reglas similares. (B) Una esfera de tensegridad compuesta por seis puntales de madera y 24 cuerdas elásticas blancas, que imita cómo una célula cambia de forma cuando se adhiere a un sustrato (Ingber, 1993b). (C) La misma configuración de tensegridad que en B construida completamente a partir de resortes con diferentes elasticidades.

(A) Una vista de gran aumento de una escultura de Snelson con elementos de compresión y tensión de muestra etiquetados para visualizar el equilibrio de la fuerza de tensegridad basado en la compresión local y la tensión continua. (B) Un diagrama esquemático del equilibrio de fuerzas complementarias entre microfilamentos tensados ​​(MF), filamentos intermedios (IF), microtúbulos comprimidos (MT) y el ECM en una región de una matriz de tensegridad celular. Las fuerzas de compresión soportadas por los microtúbulos (arriba) se transfieren a las adherencias de ECM cuando los microtúbulos se rompen (abajo), lo que aumenta la tracción del sustrato.

(A) Una vista de gran aumento de una escultura de Snelson con elementos de compresión y tensión de muestra etiquetados para visualizar el equilibrio de la fuerza de tensegridad basado en la compresión local y la tensión continua. (B) Un diagrama esquemático del equilibrio de fuerzas complementarias entre microfilamentos tensados ​​(MF), filamentos intermedios (IF), microtúbulos comprimidos (MT) y el ECM en una región de una matriz de tensegridad celular. Las fuerzas de compresión soportadas por los microtúbulos (arriba) se transfieren a las adherencias de ECM cuando los microtúbulos se rompen (abajo), lo que aumenta la tracción del sustrato.

Según la definición más general de Fuller, la tensegridad incluye dos clases estructurales amplias, pretensado y geodésico, que no actuarían como una sola entidad o no mantendrían la estabilidad de su forma cuando estuvieran sometidos a esfuerzos mecánicos sin la transmisión continua de fuerzas tensionales (Fuller, 1961 Fuller, 1979). Ingber, 1998 Chen e Ingber, 1999). Los primeros mantienen sus juntas en posición como resultado de un "pretensado" (tensión de tracción preexistente o tensión isométrica) dentro de la estructura (Fig. 1). Estos últimos triangulan sus miembros estructurales y los orientan a lo largo de geodésicas (trayectorias mínimas) para restringir geométricamente el movimiento. Nuestros cuerpos proporcionan un ejemplo familiar de una estructura de tensegridad preesforzada: nuestros huesos actúan como puntales para resistir la tracción de los músculos tensores, tendones y ligamentos, y la estabilidad de la forma (rigidez) de nuestros cuerpos varía según el tono (pretensado) de nuestros músculos. . Los ejemplos de estructuras de tensegridad geodésica incluyen las cúpulas geodésicas de Fuller, los buckminsterfullerenos (Bucky Balls) a base de carbono y los marcos espaciales tetraédricos, que son populares entre la NASA porque mantienen su estabilidad en ausencia de gravedad y, por lo tanto, sin compresión continua.

Algunos investigadores usan tensegridad para referirse solo a las estructuras de "barras y cables" pretensados ​​o subclases particulares de estas (por ejemplo, formas no ancladas) (Snelson, 1996 Heidemann et al., 2000). Dado que Fuller definió el término tensegridad, utilizo aquí su definición más general. La existencia de una base estructural común para estas dos clases diferentes de estructura también está respaldada por trabajos recientes del matemático Robert Connelly. Desarrolló un método muy simplificado para describir configuraciones de tensegridad pretensadas y luego descubrió que las mismas reglas matemáticas fundamentales describen el empaquetamiento más cercano de esferas (Connelly y Back, 1998), que también delinean las diferentes formas geodésicas (Fuller, 1965).

El modelo de tensegridad celular propone que la celda completa es una estructura de tensegridad pretensado, aunque también se encuentran estructuras geodésicas en la celda a escalas de tamaño más pequeñas. En el modelo, las fuerzas de tensión son soportadas por microfilamentos citoesqueléticos y filamentos intermedios, y estas fuerzas están equilibradas por elementos estructurales interconectados que resisten la compresión, más notablemente, puntales de microtúbulos internos y adherencias de matriz extracelular (ECM) (Fig. 2B). Sin embargo, los filamentos individuales pueden tener funciones duales y, por lo tanto, soportar tensión o compresión en diferentes contextos estructurales o en diferentes escalas de tamaño (por ejemplo, los haces rígidos de filamentos de actina soportan compresión en filopodios). El pretensado tensional que estabiliza toda la célula es generado activamente por el aparato contráctil de actomiosina. Contribuciones pasivas adicionales a este pretensado provienen de la distensión celular a través de adherencias a la ECM y otras células, fuerzas osmóticas que actúan sobre la membrana celular y fuerzas ejercidas por la polimerización de filamentos. Los filamentos intermedios que se interconectan en muchos puntos a lo largo de los microtúbulos, los microfilamentos y la superficie nuclear proporcionan rigidez mecánica a la célula a través de sus propiedades materiales y su capacidad para actuar como cables de suspensión que interconectan y endurecen tensionalmente todo el citoesqueleto y la red nuclear. Además, el citoesqueleto interno se interconecta en la periferia celular con una red citoesquelética cortical altamente elástica directamente debajo de la membrana plasmática. La eficiencia del acoplamiento mecánico entre esta red estructural submembranosa y la red citoesquelética interna depende del tipo de complejo de adhesión molecular que se forma en la superficie celular. A continuación, todo el citoesqueleto integrado está impregnado por un citosol viscoso y encerrado por una membrana de superficie de permeabilidad diferencial.


BIO 140 - Biología humana I - Libro de texto

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Capítulo 7

Células eucariotas

Al final de esta sección, podrá:

  • Describir la estructura de las células eucariotas.
  • Comparar células animales con células vegetales
  • Indicar el papel de la membrana plasmática.
  • Resumir las funciones de los principales orgánulos celulares.

¿Alguna vez ha escuchado la frase & ldquoform sigue a la función? & Rdquo Es una filosofía practicada en muchas industrias. En arquitectura, esto significa que los edificios deben construirse para apoyar las actividades que se llevarán a cabo en su interior. Por ejemplo, se debe construir un rascacielos con varios bancos de ascensores. Se debe construir un hospital para que su sala de emergencias sea fácilmente accesible.

Nuestro mundo natural también utiliza el principio de forma siguiendo a la función, especialmente en biología celular, y esto se aclarará a medida que exploremos las células eucariotas (Figura 1). A diferencia de las células procariotas, las células eucariotas tienen: 1) un núcleo unido a la membrana 2) numerosos orgánulos unidos a la membrana, como el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi, los cloroplastos, las mitocondrias y otros y 3) varios cromosomas en forma de bastón. Debido a que el núcleo de una célula eucariota y rsquos está rodeado por una membrana, a menudo se dice que tiene un núcleo verdadero. funciones especializadas.

En este punto, debería tener claro que las células eucariotas tienen una estructura más compleja que las células procariotas. Los orgánulos permiten compartimentar diferentes funciones en diferentes áreas de la célula. Antes de pasar a los orgánulos, examinemos primero dos componentes importantes de la célula: la membrana plasmática y el citoplasma.

Figura 1: estas figuras muestran los orgánulos principales y otros componentes celulares de (a) una célula animal típica y (b) una célula vegetal eucariota típica. La célula vegetal tiene una pared celular, cloroplastos, plastidios y una vacuola central y estructuras que no se encuentran en las células animales. Las células vegetales no tienen lisosomas ni centrosomas.

La membrana de plasma

Al igual que los procariotas, las células eucariotas tienen una membrana plasmática (Figura 2), una bicapa de fosfolípidos con proteínas incrustadas que separa el contenido interno de la célula de su entorno circundante. Un fosfolípido es una molécula lipídica con dos cadenas de ácidos grasos y un grupo que contiene fosfato. La membrana plasmática controla el paso de moléculas orgánicas, iones, agua y oxígeno dentro y fuera de la célula. Los desechos (como el dióxido de carbono y el amoníaco) también abandonan la célula al pasar a través de la membrana plasmática.

Figura 2: La membrana plasmática eucariota es una bicapa de fosfolípidos con proteínas y colesterol incrustados en ella.

Las membranas plasmáticas de las células que se especializan en la absorción se pliegan en proyecciones en forma de dedos llamadas microvellosidades (singular = microvellosidades) (Figura 3). Estas células se encuentran típicamente en el revestimiento del intestino delgado, el órgano que absorbe los nutrientes de los alimentos digeridos. Este es un excelente ejemplo de función de seguimiento de formulario. Las personas con enfermedad celíaca tienen una respuesta inmune al gluten, que es una proteína que se encuentra en el trigo, la cebada y el centeno. La respuesta inmune daña las microvellosidades y, por lo tanto, los individuos afectados no pueden absorber los nutrientes. Esto conduce a desnutrición, calambres y diarrea. Los pacientes celíacos deben seguir una dieta sin gluten.

Figura 3: Las microvellosidades, que se muestran aquí tal como aparecen en las células que recubren el intestino delgado, aumentan el área de superficie disponible para la absorción. Estas microvellosidades solo se encuentran en el área de la membrana plasmática que se enfrenta a la cavidad desde la que se absorberán las sustancias. (crédito & quotmicrografía & quot: modificación del trabajo de Louisa Howard)

El citoplasma

El citoplasma es la región completa de una célula entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear (una estructura que se discutirá en breve). Está formado por orgánulos suspendidos en el citosol en forma de gel, el citoesqueleto y varias sustancias químicas (Figura 1). A pesar de que el citoplasma consta de un 70 a un 80 por ciento de agua, tiene una consistencia semisólida, que proviene de las proteínas que contiene. Sin embargo, las proteínas no son las únicas moléculas orgánicas que se encuentran en el citoplasma. Allí también se encuentran glucosa y otros azúcares simples, polisacáridos, aminoácidos, ácidos nucleicos, ácidos grasos y derivados del glicerol. Los iones de sodio, potasio, calcio y muchos otros elementos también se disuelven en el citoplasma. Muchas reacciones metabólicas, incluida la síntesis de proteínas, tienen lugar en el citoplasma.

El núcleo

Normalmente, el núcleo es el orgánulo más prominente de una célula (Figura 1). El núcleo (plural = núcleos) alberga el ADN celular y rsquos y dirige la síntesis de ribosomas y proteínas. Dejemos que & rsquos lo mire con más detalle (Figura 4).

Figura 4: El núcleo almacena cromatina (ADN más proteínas) en una sustancia similar a un gel llamada nucleoplasma. El nucleolo es una región condensada de cromatina donde se produce la síntesis de ribosomas. El límite del núcleo se llama envoltura nuclear. Consta de dos bicapas de fosfolípidos: una membrana externa y una interna. La membrana nuclear es continua con el retículo endoplásmico. Los poros nucleares permiten que las sustancias entren y salgan del núcleo.

El sobre nuclear

La envoltura nuclear es una estructura de doble membrana que constituye la porción más externa del núcleo (Figura 4). Tanto la membrana interna como la externa de la envoltura nuclear son bicapas de fosfolípidos.

La envoltura nuclear está salpicada de poros que controlan el paso de iones, moléculas y ARN entre el nucleoplasma y el citoplasma. El nucleoplasma es el líquido semisólido dentro del núcleo, donde encontramos la cromatina y el nucleolo.

Cromosomas y cromatina

Para comprender la cromatina, es útil considerar primero los cromosomas. Los cromosomas son estructuras dentro del núcleo que están formadas por ADN, el material hereditario. Quizás recuerde que en los procariotas, el ADN está organizado en un solo cromosoma circular. En eucariotas, los cromosomas son estructuras lineales. Cada especie eucariota tiene un número específico de cromosomas en los núcleos de su cuerpo y células rsquos. Por ejemplo, en los seres humanos, el número de cromosomas es 46, mientras que en las moscas de la fruta es ocho. Los cromosomas solo son visibles y distinguibles entre sí cuando la célula se prepara para dividirse. Cuando la célula se encuentra en las fases de crecimiento y mantenimiento de su ciclo de vida, las proteínas se unen a los cromosomas y se asemejan a un montón de hilos desenrollados y desordenados. Estos complejos de proteína-cromosoma desenrollados se denominan cromatina (Figura 5). La cromatina describe el material que forma los cromosomas tanto cuando se condensa como descondensa.

Figura 5: (a) Esta imagen muestra varios niveles de organización de la cromatina (ADN y proteína). (b) Esta imagen muestra cromosomas emparejados. (crédito b: modificación del trabajo de los datos de la barra de escala del NIH de Matt Russell)

El nucleolo

Ya sabemos que el núcleo dirige la síntesis de ribosomas, pero ¿cómo lo hace? Algunos cromosomas tienen secciones de ADN que codifican ARN ribosómico. Un área de tinción oscura dentro del núcleo llamada nucléolo (plural = nucléolo) agrega el ARN ribosómico con proteínas asociadas para ensamblar las subunidades ribosómicas que luego se transportan a través de los poros en la envoltura nuclear al citoplasma.

Ribosomas

Los ribosomas son las estructuras celulares responsables de la síntesis de proteínas. Cuando se ven a través de un microscopio electrónico, los ribosomas aparecen como grupos (polirribosomas) o como puntos pequeños y únicos que flotan libremente en el citoplasma. Pueden estar adheridos al lado citoplasmático de la membrana plasmática o al lado citoplasmático del retículo endoplásmico y la membrana externa de la envoltura nuclear (Figura 1). La microscopía electrónica nos ha demostrado que los ribosomas, que son grandes complejos de proteínas y ARN, constan de dos subunidades, llamadas acertadamente grandes y pequeñas (Figura 6). Los ribosomas reciben sus "órdenes" para la síntesis de proteínas del núcleo donde el ADN se transcribe en ARN mensajero (ARNm). El ARNm viaja a los ribosomas, que traducen el código proporcionado por la secuencia de las bases nitrogenadas en el ARNm en un orden específico de aminoácidos en una proteína. Los aminoácidos son los componentes básicos de las proteínas.

Figura 6 Los ribosomas están formados por una subunidad grande (arriba) y una subunidad pequeña (abajo). Durante la síntesis de proteínas, los ribosomas ensamblan los aminoácidos en proteínas.

Debido a que la síntesis de proteínas es una función esencial de todas las células (incluidas las enzimas, hormonas, anticuerpos, pigmentos, componentes estructurales y receptores de superficie), los ribosomas se encuentran prácticamente en todas las células. Los ribosomas son particularmente abundantes en las células que sintetizan grandes cantidades de proteínas. Por ejemplo, el páncreas es responsable de crear varias enzimas digestivas y las células que producen estas enzimas contienen muchos ribosomas. Por lo tanto, vemos otro ejemplo de forma siguiendo a la función.

Mitocondrias

Las mitocondrias (singular = mitocondria) a menudo se denominan "centrales eléctricas" o "fábricas de energía" de una célula porque son responsables de producir trifosfato de adenosina (ATP), la principal molécula portadora de energía de la célula. El ATP representa la energía almacenada a corto plazo de la célula. La respiración celular es el proceso de producción de ATP utilizando la energía química que se encuentra en la glucosa y otros nutrientes. En las mitocondrias, este proceso utiliza oxígeno y produce dióxido de carbono como producto de desecho. De hecho, el dióxido de carbono que exhala con cada respiración proviene de las reacciones celulares que producen dióxido de carbono como subproducto.

De acuerdo con nuestro tema de la función siguiente a la forma, es importante señalar que las células musculares tienen una concentración muy alta de mitocondrias que producen ATP. Sus células musculares necesitan mucha energía para mantener su cuerpo en movimiento. Cuando sus células no reciben suficiente oxígeno, no producen mucho ATP. En cambio, la pequeña cantidad de ATP que producen en ausencia de oxígeno se acompaña de la producción de ácido láctico.

Las mitocondrias son orgánulos de doble membrana de forma ovalada (Figura 7) que tienen sus propios ribosomas y ADN. Cada membrana es una bicapa de fosfolípidos incrustada con proteínas. La capa interna tiene pliegues llamados crestas. El área rodeada por los pliegues se llama matriz mitocondrial. Las crestas y la matriz tienen diferentes roles en la respiración celular.

Figura 7. Esta micrografía electrónica muestra una mitocondria vista con un microscopio electrónico de transmisión. Este orgánulo tiene una membrana externa y una interna. La membrana interna contiene pliegues, llamados crestas, que aumentan su superficie. El espacio entre las dos membranas se llama espacio intermembrana y el espacio dentro de la membrana interna se llama matriz mitocondrial. La síntesis de ATP tiene lugar en la membrana interna. (crédito: modificación del trabajo de Matthew Britton, datos de barra de escala de Matt Russel

Peroxisomas

Los peroxisomas son orgánulos pequeños y redondos encerrados por membranas simples. Llevan a cabo reacciones de oxidación que descomponen los ácidos grasos y los aminoácidos. También desintoxican muchos venenos que pueden entrar al cuerpo. (Muchas de estas reacciones de oxidación liberan peróxido de hidrógeno, H2O2, lo que sería dañino para las células, sin embargo, cuando estas reacciones se limitan a los peroxisomas, las enzimas descomponen de manera segura el H2O2 en oxígeno y agua). Por ejemplo, el alcohol es desintoxicado por peroxisomas en las células del hígado. Los glioxisomas, que son peroxisomas especializados en las plantas, son responsables de convertir las grasas almacenadas en azúcares.

Vesículas y vacuolas

Las vesículas y vacuolas son sacos unidos a la membrana que funcionan en el almacenamiento y transporte. Aparte del hecho de que las vacuolas son algo más grandes que las vesículas, existe una distinción muy sutil entre ellas: las membranas de las vesículas pueden fusionarse con la membrana plasmática u otros sistemas de membranas dentro de la célula. Además, algunos agentes, como las enzimas dentro de las vacuolas de las plantas, descomponen las macromoléculas. La membrana de una vacuola no se fusiona con las membranas de otros componentes celulares.

Células animales versus células vegetales

En este punto, usted sabe que cada célula eucariota tiene una membrana plasmática, citoplasma, núcleo, ribosomas, mitocondrias, peroxisomas y, en algunos casos, vacuolas, pero existen algunas diferencias notables entre las células animales y vegetales. Si bien tanto las células animales como las vegetales tienen centros de organización de microtúbulos (MTOC), las células animales también tienen centriolos asociados con el MTOC: un complejo llamado centrosoma. Cada una de las células animales tiene un centrosoma y lisosomas, mientras que las células vegetales no. Las células vegetales tienen una pared celular, cloroplastos y otros plástidos especializados, y una gran vacuola central, mientras que las células animales no.

El centrosoma

El centrosoma es un centro organizador de microtúbulos que se encuentra cerca de los núcleos de las células animales. Contiene un par de centriolos, dos estructuras que se encuentran perpendiculares entre sí (Figura 8). Cada centríolo es un cilindro de nueve tripletes de microtúbulos.

Figura 8. El centrosoma consta de dos centriolos que se encuentran en ángulo recto entre sí. Cada centríolo es un cilindro formado por nueve tripletes de microtúbulos. Las proteínas no tubulínicas (indicadas por las líneas verdes) mantienen unidos los tripletes de microtúbulos.

El centrosoma (el orgánulo donde se originan todos los microtúbulos) se replica antes de que una célula se divida, y los centriolos parecen tener algún papel en tirar de los cromosomas duplicados hacia los extremos opuestos de la célula en división. Sin embargo, la función exacta de los centriolos en la división celular no está clara, porque las células a las que se les ha eliminado el centrosoma aún pueden dividirse, y las células vegetales, que carecen de centrosomas, son capaces de dividirse.

Lisosomas

Las células animales tienen otro conjunto de orgánulos que no se encuentran en las células vegetales: los lisosomas. Los lisosomas son las células y rsquos y ldquo eliminación de basura. & Rdquo En las células vegetales, los procesos digestivos tienen lugar en las vacuolas. Las enzimas dentro de los lisosomas ayudan en la descomposición de proteínas, polisacáridos, lípidos, ácidos nucleicos e incluso orgánulos desgastados. Estas enzimas son activas a un pH mucho más bajo que el del citoplasma. Por lo tanto, el pH dentro de los lisosomas es más ácido que el pH del citoplasma. Muchas reacciones que tienen lugar en el citoplasma no podrían ocurrir a un pH bajo, por lo que nuevamente, la ventaja de compartimentar la célula eucariota en orgánulos es evidente.

La pared celular

Si examina la Figura 1b, el diagrama de una célula vegetal, verá una estructura externa a la membrana plasmática llamada pared celular. La pared de la celda es una cubierta rígida que protege la celda, proporciona soporte estructural y da forma a la celda. Las células de hongos y protistan también tienen paredes celulares. Mientras que el componente principal de las paredes de las células procarióticas es el peptidoglicano, la principal molécula orgánica de la pared celular de la planta es la celulosa (Figura 9), un polisacárido formado por unidades de glucosa. ¿Alguna vez has notado que cuando muerdes una verdura cruda, como el apio, se rompe? Eso es porque estás rompiendo las rígidas paredes celulares de las células de apio con los dientes.

Figura 9. La celulosa es una cadena larga de moléculas de β-glucosa conectadas por un enlace 1-4. Las líneas discontinuas en cada extremo de la figura indican una serie de muchas más unidades de glucosa. El tamaño de la página hace que sea imposible representar una molécula de celulosa completa.

Cloroplastos

Al igual que las mitocondrias, los cloroplastos tienen su propio ADN y ribosomas, pero los cloroplastos tienen una función completamente diferente. Los cloroplastos son orgánulos de células vegetales que realizan la fotosíntesis. La fotosíntesis es la serie de reacciones que utilizan dióxido de carbono, agua y energía luminosa para producir glucosa y oxígeno. Esta es una gran diferencia entre las plantas y los animales: las plantas (autótrofos) pueden producir su propio alimento, como los azúcares, mientras que los animales (heterótrofos) deben ingerir su alimento.

Al igual que las mitocondrias, los cloroplastos tienen membranas externas e internas, pero dentro del espacio encerrado por una membrana interna de cloroplasto y rsquos hay un conjunto de sacos de membrana llenos de líquido interconectados y apilados llamados tilacoides (Figura 10). Cada pila de tilacoides se llama granum (plural = grana). El líquido encerrado por la membrana interna que rodea al grana se llama estroma.

Figura 10. El cloroplasto tiene una membrana externa, una membrana interna y estructuras de membrana llamadas tilacoides que se apilan en grana. El espacio dentro de las membranas tilacoides se llama espacio tilacoide. Las reacciones de captación de luz tienen lugar en las membranas tilacoides y la síntesis de azúcar tiene lugar en el líquido dentro de la membrana interna, que se llama estroma. Los cloroplastos también tienen su propio genoma, que está contenido en un solo cromosoma circular.

Los cloroplastos contienen un pigmento verde llamado clorofila, que captura la energía luminosa que impulsa las reacciones de la fotosíntesis. Al igual que las células vegetales, los protistas fotosintéticos también tienen cloroplastos. Algunas bacterias realizan la fotosíntesis, pero su clorofila no queda relegada a un orgánulo.

Conexión Evolution

Endosimbiosis

Hemos mencionado que tanto las mitocondrias como los cloroplastos contienen ADN y ribosomas. ¿Te has preguntado por qué? Hay pruebas contundentes que apuntan a la endosimbiosis como explicación.

La simbiosis es una relación en la que los organismos de dos especies distintas dependen entre sí para su supervivencia. La endosimbiosis (endo- = & ldquowithin & rdquo) es una relación mutuamente beneficiosa en la que un organismo vive dentro del otro. Las relaciones endosimbióticas abundan en la naturaleza. Ya hemos mencionado que los microbios que producen vitamina K viven dentro del intestino humano. Esta relación es beneficiosa para nosotros porque somos incapaces de sintetizar la vitamina K. También es beneficiosa para los microbios porque están protegidos de otros organismos y de la desecación, y reciben abundante alimento del entorno del intestino grueso.

Los científicos han notado durante mucho tiempo que las bacterias, las mitocondrias y los cloroplastos son de tamaño similar. También sabemos que las bacterias tienen ADN y ribosomas, al igual que las mitocondrias y los cloroplastos. Los científicos creen que las células huésped y las bacterias formaron una relación endosimbiótica cuando las células huésped ingirieron bacterias aeróbicas y autótrofas (cianobacterias) pero no las destruyeron. A lo largo de muchos millones de años de evolución, estas bacterias ingeridas se especializaron más en sus funciones, convirtiéndose las bacterias aeróbicas en mitocondrias y las bacterias autótrofas en cloroplastos.

La Vacuola Central

Anteriormente, mencionamos las vacuolas como componentes esenciales de las células vegetales. Si observa la Figura 1b, verá que las células vegetales tienen cada una una gran vacuola central que ocupa la mayor parte del área de la célula. La vacuola central juega un papel clave en la regulación de la concentración celular y rsquos de agua en condiciones ambientales cambiantes. ¿Alguna vez has notado que si olvidas regar una planta durante unos días, se marchita? Eso se debe a que a medida que la concentración de agua en el suelo se vuelve más baja que la concentración de agua en la planta, el agua sale de las vacuolas centrales y el citoplasma. A medida que la vacuola central se contrae, deja la pared celular sin apoyo. Esta pérdida de apoyo a las paredes celulares de las células vegetales da como resultado la apariencia marchita de la planta.

La vacuola central también apoya la expansión de la celda. Cuando la vacuola central retiene más agua, la célula se agranda sin tener que invertir mucha energía en sintetizar nuevo citoplasma.

Resumen de la sección

Como una célula procariota, una célula eucariota tiene una membrana plasmática, citoplasma y ribosomas, pero una célula eucariota es típicamente más grande que una célula procariota, tiene un núcleo verdadero (lo que significa que su ADN está rodeado por una membrana) y tiene otra membrana. orgánulos unidos que permiten la compartimentación de funciones. La membrana plasmática es una bicapa de fosfolípidos incrustada con proteínas. El núcleo y nucleolo rsquos es el sitio de ensamblaje de los ribosomas. Los ribosomas se encuentran en el citoplasma o se adhieren al lado citoplasmático de la membrana plasmática o al retículo endoplásmico. Realizan síntesis de proteínas. Las mitocondrias participan en la respiración celular y son responsables de la mayor parte del ATP producido en la célula. Los peroxisomas hidrolizan ácidos grasos, aminoácidos y algunas toxinas. Las vesículas y vacuolas son compartimentos de almacenamiento y transporte. En las células vegetales, las vacuolas también ayudan a descomponer las macromoléculas.

Las células animales también tienen un centrosoma y lisosomas. El centrosoma tiene dos cuerpos perpendiculares entre sí, los centríolos, y tiene un propósito desconocido en la división celular. Los lisosomas son los orgánulos digestivos de las células animales.

Las células vegetales y las células vegetales tienen cada una una pared celular, cloroplastos y una vacuola central. La pared celular vegetal, cuyo componente principal es la celulosa, protege la célula, proporciona soporte estructural y da forma a la célula. La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos. La vacuola central puede expandirse sin tener que producir más citoplasma.


Estructura celular eucariota

El siguiente artículo proporciona información sobre la estructura y funciones de varios orgánulos celulares pertenecientes a la célula eucariota.

El siguiente artículo proporciona información sobre la estructura y funciones de varios orgánulos celulares pertenecientes a la célula eucariota.

Las células eucariotas están presentes en organismos vivos complejos como animales, humanos y plantas. Se formaron como resultado de cambios evolutivos que tomaron encaje en las células procariotas. Puede consultar la siguiente imagen para comprender la estructura de la celda.

Estructura y funciones

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Si revisa la estructura de las células eucariotas bajo el microscopio, encontrará que están formadas por una serie de orgánulos celulares, que ayudan al buen funcionamiento de la célula en general. Esencialmente una parte de todas las plantas, animales, hongos, algas y protozoos, estas células diploides tienen 5 micrómetros o más de diámetro y se caracterizan por la presencia de un núcleo, que está ausente en los organismos procariotas.

Pared celular

Es una parte distintiva de las células vegetales y está ausente en los animales. Imparte rigidez. Su material es diferente para diferentes especies de plantas con formas de células alargadas, ovaladas, redondas, rectangulares o cuadradas.

Membrana celular

La parte más externa de la célula es la membrana celular, que encierra todos los orgánulos celulares. Proteger la célula, proporcionar rigidez y controlar el flujo de nutrientes dentro de las células son funciones importantes de la membrana celular.

Citoplasma celular

Esta sustancia líquida similar a un gel se llama matriz, dentro del cual los orgánulos celulares flotan y / o están incrustados. Proporciona el entorno adecuado para llevar a cabo todas las reacciones metabólicas.

Núcleo

Las células eucariotas se consideran avanzadas y complejas.El núcleo está formado por material genético, es decir, el ADN (ácido desoxirribonucleico) y los cromosomas, por lo que se considera el cerebro de la celda. Básicamente, controla todas las funciones de la celda y la guía correctamente.

Nucleolo

El interior del núcleo tiene un área teñida de oscuro llamada nucléolo, que es responsable de la formación de proteínas.

Membrana nuclear

Peculiar en las células eucariotas, la función principal de esta membrana es proteger el núcleo mediante la formación de una vaina protectora a su alrededor.

Nucleoplasma

El núcleo está lleno de este fluido denso que contiene fibras de cromatina, cromosomas y genes que transportan la información genética.

Mitocondrias

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Se encuentran entre los orgánulos celulares más grandes presentes en las células eucariotas. Se caracterizan por su propio ADN, ARN y ribosomas mitocondriales y, por lo tanto, pueden autorreplicarse. Es el sitio clave para la producción de energía en forma de moléculas de ATP y, por lo tanto, ayuda a la fotosíntesis y la respiración.

Plastidios

Otro orgánulo peculiar presente en las células vegetales eucariotas son los plástidos. La fotosíntesis es el proceso único por el cual las plantas preparan su propio alimento con la ayuda de estos orgánulos. Las plantas generalmente contienen cloroplastos que se caracterizan por la presencia de un pigmento de color verde llamado clorofila.

Ribosomas

Son esenciales para la síntesis de proteínas, que incluye la transcripción y traducción. Todos los ribosomas son del tipo 80S, excepto el de las mitocondrias y plastidios, que es del tipo 70S.

Lisosomas

Ayudan principalmente a emprender fagocitosisy promover la digestión intracelular. También son responsables de la secreción de enzimas, que son necesarias para descomponer los restos celulares.

Centrosomas

Los centríolos contenidos dentro de los centrosomas son importantes para el proceso de inicio de la división celular, y el resultado es mitosis o meiosis.

Retículo endoplásmico (ER)

Estos túneles tubulares aplanados interconectados son de dos tipos: retículo endoplásmico rugoso (RER) y retículo endoplásmico liso (SER). En combinación con los ribosomas, ayudan en funciones relacionadas con el transporte de proteínas. ER es considerado como uno de los orgánulos celulares más importantes después de las mitocondrias.

Aparato de Golgi

Su función incluye el procesamiento de proteínas para que las cadenas de proteínas activas se liberen cuando sea necesario.

Vacuolas

Tanto en las plantas como en los animales, las vacuolas son orgánulos llenos de agua responsables del almacenamiento.

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