La célula es la unidad estructural y funcional básica de todos los seres vivos conocidos. Es la unidad más pequeña de un organismo clasificado como ser vivo y a menudo se le conoce como el material de construcción de la vida. [1] Algunos organismos, como la mayoría de las bacterias, son unicelulares (compuestos por una sola célula). Otros organismos, como los humanos, son multicelulares. (Se estima que los humanos tienen 100 billones o 1014 células; el tamaño celular típico es de 10 µm; la masa celular típica es 1 nanogramo). La célula más grande conocida es un óvulo de avestruz no fertilizado. [2]
En 1835, antes de que se formulara la teoría celular definitiva, Jan Evangelista Pulkin observó pequeños "gránulos" mientras observaba el tejido vegetal a través de un microscopio. La teoría celular, propuesta por primera vez por Matthias Jacob Schleiden y Theodor Schwann en 1839, sostiene que todos los seres vivos están compuestos de una o más células, y que todas las células descienden de células preexistentes, dentro de las células ocurren funciones biológicas importantes y que todas las células contienen el Información genética necesaria para regular la función celular y transmitir información a la siguiente generación de células. [3]
La palabra celda proviene del latín cellula, que significa habitación pequeña. El término que describe las estructuras biológicas más pequeñas fue acuñado por Robert Hooke en un libro que publicó en 1665, cuando comparaba las células de corcho que veía al microscopio con las células en las que vivían los monjes. [4]
[editar] Principios generales
Células de ratón cultivadas en una placa de Petri. Las células crecen en grandes grupos, pero cada célula individual mide aproximadamente 10 micrones de ancho. Cada célula es autosuficiente y autosostenible, al menos hasta cierto punto: puede absorber nutrientes, convertirlos en energía, realizar funciones especializadas y reproducirse cuando sea necesario. Cada célula tiene su propio conjunto de instrucciones para llevar a cabo estas actividades.
Todas las células tienen varias capacidades diferentes:[5]
Reproducirse por división celular: (fisión binaria/mitosis o meiosis).
Utiliza enzimas y otras proteínas codificadas por genes de ADN y producidas a través de intermediarios de ARN mensajero y ribosomas.
El metabolismo implica absorber materias primas, construir componentes celulares, convertir energía, moléculas y liberar subproductos. La función de una célula depende de su capacidad para extraer y utilizar la energía química almacenada en moléculas orgánicas. Esta energía se libera y luego se utiliza en vías metabólicas.
Respuestas a estímulos externos e internos, como cambios de temperatura, pH o niveles de nutrientes.
El contenido de las células está contenido en la membrana de la superficie celular, que está compuesta por una bicapa lipídica con proteínas incrustadas en su interior.
Algunas células procarióticas contienen importantes compartimentos de unión a endomembranas, [6] pero las células eucariotas tienen un conjunto especializado de compartimentos de endomembranas.
[editar] Anatomía Celular
Existen dos tipos de células: las células eucariotas y las células procariotas. Las células procariotas suelen ser autónomas, mientras que las células eucariotas tienden a encontrarse en organismos multicelulares.
[Editor] Células procarióticas
Artículo principal: Procariotas
Diagrama de estructura típica de las células procarióticas Las células procarióticas son más simples que las células eucariotas, sin núcleo y sin eucariotas La mayoría de los demás orgánulos de la celda. Hay dos tipos de procariotas: bacterias y arqueas que comparten una estructura general similar.
Las células procariotas tienen tres regiones estructurales:
En el exterior, los flagelos y los pili sobresalen de la superficie celular. Se trata de estructuras formadas por proteínas (no se encuentran en todos los procariotas) que facilitan el movimiento y la comunicación entre las células.
Rodeando a la célula se encuentra la envoltura celular, normalmente compuesta por una membrana que cubre la membrana plasmática; pared, aunque algunas bacterias también tienen una cubierta llamada tegumento. La envoltura proporciona rigidez a la célula y separa el interior de la célula de su entorno, actuando como un filtro protector. Aunque la mayoría de los procariotas tienen paredes celulares, existen excepciones como los micoplasmas (bacterias) y los termoplasmas (arqueas). En las bacterias, la pared celular está compuesta de peptidoglicano y sirve como barrera adicional contra fuerzas externas. También evita que las células se hinchen y eventualmente exploten (citólisis) debido a la presión osmótica en un ambiente hipotónico. Algunas células eucariotas (células vegetales y células fúngicas) también tienen paredes celulares;
El interior de la célula es la región citoplasmática, que contiene el genoma celular (ADN), ribosomas y diversas inclusiones. Los cromosomas de los procariotas suelen ser moléculas circulares (Borrelia burgdorferi, que causa la enfermedad de Lyme, es una excepción).
Aunque no se forma un núcleo, el ADN se condensa en nucleoides. Los procariotas pueden transportar elementos de ADN extracromosómicos llamados plásmidos, que suelen ser circulares. Los plásmidos tienen funciones adicionales, como la resistencia a los antibióticos.
[editar]Células eucariotas
Artículo principal: Eucariotas
Diagrama de una célula animal (eucariota) típica que muestra componentes subcelulares.
Organelos:
(1) Núcleo
(2) Núcleo
(3) Ribosomas
( 4) Vesículas
(5) Retículo endoplásmico rugoso
(6) Aparato de Golgi
(7) Citoesqueleto
(8) Liso retículo endoplasmático
(9) Mitocondrias
(10) Vacuola
(11) Citoplasma
( 12) Lisosoma
(13) Centrosoma El tamaño de los centriolos en las células eucariotas es aproximadamente 15 veces mayor que el de los procariotas típicos, y el volumen puede llegar a 1000 veces. La principal diferencia entre procariotas y eucariotas es que las células eucariotas contienen compartimentos unidos a membranas en los que se producen actividades metabólicas específicas. El más importante de ellos es la presencia del núcleo, un compartimento rodeado de membrana que alberga el ADN de la célula eucariota. Es este núcleo el que da su nombre a los eucariotas, que significa "núcleo verdadero". Otras diferencias incluyen:
La membrana plasmática es funcionalmente similar a la de los procariotas y ligeramente diferente en estructura. La pared celular puede estar presente o no.
El ADN eucariota está compuesto por una o más moléculas lineales, llamadas cromosomas, asociadas a proteínas histonas. Todo el ADN cromosómico se almacena en el núcleo, separado del citoplasma por una membrana. Algunos orgánulos eucariotas, como las mitocondrias, también contienen algo de ADN.
Muchas células eucariotas tienen cilios primarios. Los cilios primarios juegan un papel importante en las sensaciones químicas, mecánicas y térmicas. Por lo tanto, los cilios pueden "considerarse como antenas celulares sensoriales que coordinan una gran cantidad de vías de señalización celular, a veces acoplando señales al movimiento ciliar o la división y diferenciación celular [7]
Los eucariotas pueden explotar los cilios móviles o". movimiento de flagelos. Los flagelos son más complejos que los de los procariotas.
Tabla 1: Comparación de las características de las células procarióticas y las células eucariotas.
Organismos típicos: bacterias, arqueas, protistas, hongos, plantas, animales
¿Tamaños típicos ~ 1–10? metros ~ 10-100? m (los espermatozoides, a excepción de la cola, son relativamente pequeños)
Tipo de región nucleoide del núcleo celular; no eucariota, eucariota con doble membrana
En forma de anillo (normalmente) moléculas lineales (cromosomas)
Síntesis de ARN-/proteínas en el citoplasma acopladas a síntesis de ARN en el núcleo
Síntesis de proteínas en el citoplasma
ribosomas 50S+30S 60S+40S
La estructura citoplasmática es un número muy pequeño de estructuras altamente estructuradas compuestas por la membrana interna y el citoesqueleto
Compuesta por flagelina, flagelos y cilios que contienen microtúbulos. Flagelo de motilidad celular; que contienen lamelípodos y filópodos
Ninguno en algas y plantas con entre uno y varios miles de mitocondrias (aunque algunos no tienen mitocondrias) Cloroplastos
Los tejidos suelen ser células individuales, colonias de células individuales, superiores organismos multicelulares con células especializadas
División celular Fisión binaria (división simple) Mitosis (división o gemación)
Meiosis
Tabla 2: Estructuras comparativas de células animales y células vegetales Células animales típicas Células vegetales típicas
Orgánulos celulares Núcleo
Nucleolo (dentro del núcleo)
Retículo endoplásmico rugoso
RE liso
Ribosomas
Citoesqueleto
Aparato de Golgi
Citoplasma
mitocondrias
vesículas
lisosomas
centrosomas
Centriolos
Vacuolas
Núcleo
Nucleolo (dentro del núcleo)
Red de endoplasma rugoso
RE liso
Ribosoma
Citoesqueleto
Golgi (Diccionario)
Citoplasma
mitocondrias
[editar] componentes subcelulares
Células eucariotas (izquierda) y células procarióticas (derecha) Todas las células, ya sean procarióticas o eucariota, hay una membrana que rodea la célula, que separa el interior de la célula del medio ambiente, regula la entrada y salida de sustancias (permeabilidad selectiva) y mantiene el potencial eléctrico de la célula. Dentro de la membrana celular, el citoplasma que contiene sales ocupa la mayor parte del volumen de la célula. Todas las células tienen ADN (el material genético de los genes) y ARN, que contienen la información necesaria para producir diversas proteínas (como las enzimas, la principal maquinaria de la célula). Hay otros tipos de biomoléculas en las células. Este artículo enumerará estos componentes principales de la unidad y luego describirá brevemente sus funciones.
[editar] Membrana celular: el límite de la célula
Artículo principal: Membrana celular
El citoplasma de una célula está rodeado por la membrana celular o plasma membrana. La membrana plasmática de plantas y procariotas suele estar recubierta por una pared celular. Esta membrana sirve para aislar y proteger las células del entorno circundante y está compuesta principalmente por una bicapa de lípidos (moléculas hidrofóbicas similares a las grasas) y moléculas de fósforo hidrofílicas. Por lo tanto, esta capa se llama bicapa de fosfolípidos. También se le puede llamar membrana incrustada en fluido. Incrustadas en esta membrana hay varias moléculas de proteínas que actúan como canales y bombas, moviendo diferentes moléculas dentro y fuera de la célula. Este tipo de membrana se denomina "membrana semipermeable" porque permite que las sustancias (moléculas o iones) pasen libremente, de forma limitada o no pasen a través de ella. Las membranas de la superficie celular también contienen proteínas receptoras que permiten a las células detectar moléculas de señalización externas, como las hormonas.
[Editor] Citoesqueleto: el andamiaje de las células
Artículo principal: Citoesqueleto
Células endoteliales de la arteria pulmonar bovina: núcleos teñidos de azul y mitocondrias teñidas de rojo, F- La actina, un componente importante de los microfilamentos, se tiñe de verde. Se tomaron imágenes de las células en un microscopio de fluorescencia. Las funciones del citoesqueleto son organizar y mantener la forma de la célula; mantener los orgánulos en su lugar; ayudar en la endocitosis (la absorción de sustancias externas por la célula) y la citocinesis (la separación de las células hijas después de la división celular); en el crecimiento y partes móviles de la célula durante el movimiento. El citoesqueleto eucariota está compuesto por microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos. Hay una gran cantidad de proteínas asociadas a ellos, cada una de las cuales controla la estructura de la célula guiando, agrupando y organizando los filamentos.
El citoesqueleto procariótico está menos estudiado pero participa en el mantenimiento de la forma, la polaridad y la citocinesis de las células. [8]
[editar] Material genético
Existen dos tipos diferentes de material genético: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). La mayoría de los organismos utilizan el ADN para almacenar información a largo plazo, pero algunos virus, como los retrovirus, utilizan el ARN como material genético. La información biológica contenida en un organismo está codificada en su secuencia de ADN o ARN. El ARN también se utiliza para el transporte de información (p. ej., ARNm) y funciones enzimáticas en organismos que utilizan el propio ADN como código genético (p. ej., ARN ribosómico). Las moléculas de ARN de transferencia (ARNt) se utilizan para agregar aminoácidos específicos durante la traducción de proteínas.
El material genético de los procariotas está formado por una simple molécula de ADN circular (cromosoma bacteriano) en la región nucleoide del citoplasma. El material genético de los eucariotas se divide en diferentes moléculas lineales llamadas cromosomas dentro del núcleo discreto de la célula, a menudo con material genético adicional en algunos orgánulos como las mitocondrias y los cloroplastos (ver teoría de la endosimbiosis).
Las células humanas tienen material genético en el núcleo (genoma nuclear) y en las mitocondrias (genoma mitocondrial). El genoma nuclear humano se divide en 23 pares de moléculas de ADN lineales llamadas cromosomas. El genoma mitocondrial es una molécula de ADN circular que es diferente del ADN nuclear. Aunque el ADN mitocondrial es muy pequeño en comparación con los cromosomas nucleares, codifica 13 proteínas implicadas en la producción de energía mitocondrial, así como ARNt específicos.
El material genético extraño (más comúnmente ADN) también puede introducirse artificialmente en las células mediante un proceso llamado transfección. Si el ADN no se inserta en el genoma de la célula, esto puede ser temporal; si lo está, puede ser estable. Ciertos virus también insertan su material genético en el genoma.
[editar] Orgánulos celulares
Artículo principal: Orgánulos celulares
El cuerpo humano contiene muchos órganos diferentes, como el corazón, los pulmones y los riñones, cada uno de los cuales que realiza diferentes funciones. Las células también tienen un conjunto de "pequeños órganos" llamados orgánulos que están adaptados y/o especializados para realizar una o más funciones importantes.
Existen varios tipos de orgánulos en las células animales. Algunos (como el núcleo y el aparato de Golgi) suelen estar aislados, mientras que otros (como las mitocondrias, los peroxisomas y los lisosomas) pueden ser numerosos (de cientos a miles). El citosol es el líquido gelatinoso que llena las células y rodea los orgánulos.
Mitocondrias y cloroplastos: generadores
Las mitocondrias son orgánulos autorreplicantes que se encuentran en diversos números, formas y tamaños en el citoplasma de todas las células eucariotas. Las mitocondrias desempeñan un papel clave en la generación de energía en las células eucariotas. Las mitocondrias producen energía celular mediante el proceso de fosforilación oxidativa, utilizando oxígeno para liberar energía almacenada en los nutrientes celulares (generalmente glucosa) para producir ATP. Las mitocondrias se reproducen dividiéndose en dos.
El orgánulo del cloroplasto modificado es ampliamente conocido como plastidio y participa en el almacenamiento de energía a través del proceso de fotosíntesis, que utiliza la energía solar para producir carbohidratos y oxígeno a partir de dióxido de carbono y agua. [cita requerida]
Las mitocondrias y los cloroplastos contienen cada uno su propio genoma, que es separado y distinto del genoma nuclear de la célula. Ambos orgánulos contienen este ADN en plásmidos circulares, muy parecidos a los procariotas, lo que respalda firmemente la teoría evolutiva de la endosimbiosis. Debido a que estos orgánulos contienen sus propios genomas y comparten otras similitudes con los procariotas, se cree que se desarrollaron a través de una relación simbiótica después de ser engullidos por células primitivas. [Cita requerida]
Ribosomas
Los ribosomas son grandes complejos de moléculas de ARN y proteínas. Cada uno de ellos está formado por dos subunidades y sirve como una línea de ensamblaje, con el ARNm del núcleo de la célula utilizado para sintetizar proteínas a partir de aminoácidos. Los ribosomas pueden flotar libremente o estar unidos a una membrana (retículo endoplasmático rugoso en eucariotas o membrana celular en procariotas). [9]
Núcleo: el centro de información de la célula
El núcleo es el orgánulo más obvio en las células eucariotas. Alberga los cromosomas de la célula y es donde ocurre casi toda la replicación del ADN y la síntesis (transcripción) del ARN. El núcleo es esférico y está separado del citoplasma por una doble membrana llamada membrana nuclear. La membrana nuclear aísla y protege el ADN de la célula de una variedad de moléculas que podrían dañar accidentalmente su estructura o interferir con su procesamiento. Durante el procesamiento, el ADN se transcribe o copia en un tipo especial de ARN llamado ARNm.
Luego, este ARNm se transporta fuera del núcleo de la célula, donde se traduce en una molécula de proteína específica. El nucleolo es una región especializada del núcleo celular donde se reúnen las subunidades ribosómicas. En los procariotas, el procesamiento del ADN se produce en el citoplasma.
Diagrama esquemático del núcleo de una célula
Retículo endoplásmico: solo eucariotas
A diferencia de las moléculas que flotan libremente en el citoplasma, el retículo endoplásmico (ER) es Transporte Redes de moléculas con determinadas modificaciones y destinos específicos. Hay dos formas de retículo endoplásmico: retículo endoplásmico rugoso y retículo endoplásmico liso. El primero tiene ribosomas en su superficie y secreta proteínas al citoplasma. El retículo endoplasmático liso desempeña un papel en el secuestro y liberación de calcio.
Aparato de Golgi: solo eucariotas
La función principal del aparato de Golgi es procesar y empaquetar macromoléculas como proteínas y lípidos sintetizados por las células. Es particularmente importante durante la secreción de proteínas. El aparato de Golgi forma parte del sistema de membrana interna de las células eucariotas. Las vesículas que ingresan al Golgi se procesan en dirección cis-trans, lo que significa que se fusionan en el lado cis del Golgi y, después del procesamiento, se encogen en el lado opuesto (trans) para formar nuevas vesículas en las células animales. [cita requerida]
Diagrama esquemático del sistema de endomembranas
Lisosomas y peroxisomas: solo eucariotas
Los lisosomas contienen enzimas digestivas (hidrolasa ácida). Digieren orgánulos sobrantes o dañados, partículas de alimentos y virus o bacterias engullidos. Los peroxisomas contienen enzimas que eliminan los peróxidos tóxicos de las células. Si estas enzimas destructivas no están contenidas en un sistema unido a una membrana, la célula no puede contenerlas. Estos orgánulos suelen denominarse "bolsas suicidas" debido a su capacidad para detonar y destruir células. [Cita requerida]
Centrosomas: organizadores del citoesqueleto
Los centrosomas producen los microtúbulos de la célula, componentes clave del citoesqueleto. Dirige el transporte a través del RE y el aparato de Golgi. El centrosoma consta de dos centríolos que se separan durante la división celular y contribuyen a la formación del huso mitótico. En las células animales sólo hay un centrosoma. También se encuentran en algunas células de hongos y algas. [cita requerida]
Vacuolas
Las vacuolas almacenan alimentos y productos de desecho. Algunas vacuolas almacenan agua extra. A menudo se describen como espacios llenos de líquido rodeados por una membrana. Algunas células, sobre todo las amebas, tienen vacuolas contráctiles que pueden extraer agua de la célula si hay demasiada agua.
[editar]Estructura fuera de la pared celular
[editar]Cápsula
Algunas bacterias tienen una envoltura similar a un gel fuera de la pared celular. La cápsula puede ser un polisacárido de neumococos, meningococos o un polipéptido de Bacillus anthracis o ácido hialurónico de estreptococos. Cápsulas que no pueden marcarse con tintes comunes pero que pueden detectarse con tintes especiales. Las cápsulas son antigénicas. La cápsula tiene propiedades antifagas y por tanto determina la virulencia de muchas bacterias. También actúa sobre la unión de organismos a las membranas mucosas. [cita requerida]