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5.1: Características de las células eucariotas - Biología

5.1: Características de las células eucariotas - Biología


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Objetivos de aprendizaje

  • Identificar y describir estructuras y orgánulos exclusivos de las células eucariotas.
  • Comparar y contrastar estructuras similares que se encuentran en células procariotas y eucariotas.

Los organismos eucariotas incluyen protozoos, algas, hongos, plantas y animales. Algunas células eucariotas son microorganismos unicelulares independientes, mientras que otras son parte de organismos multicelulares. Las células de los organismos eucariotas tienen varias características distintivas. Sobre todo, las células eucariotas se definen por la presencia de un núcleo rodeado por una membrana nuclear compleja. Además, las células eucariotas se caracterizan por la presencia de orgánulos unidos a la membrana en el citoplasma. Los orgánulos como las mitocondrias, el retículo endoplásmico (RE), el aparato de Golgi, los lisosomas y los peroxisomas se mantienen en su lugar mediante el citoesqueleto, una red interna que apoya el transporte de componentes intracelulares y ayuda a mantener la forma celular (Figura ( PageIndex {1} )). El genoma de las células eucariotas está empaquetado en múltiples cromosomas en forma de bastón, a diferencia del cromosoma único de forma circular que caracteriza a la mayoría de las células procariotas. La tabla ( PageIndex {1} ) compara las características de las estructuras de las células eucariotas con las de las bacterias y arqueas.

Tabla ( PageIndex {1} ): Resumen de estructuras de celda.

Estructura celularProcariotasEucariotas
BacteriasArqueas
Tamaño~ 0,5–1 μM~ 0,5–1 μM~ 5-20 μM
Relación superficie-volumenElevadoElevadoBajo
NúcleoNoNo
Características del genoma
  • Cromosoma único
  • Circular
  • Haploide
  • Carece de histonas
  • Cromosoma único
  • Circular
  • Haploide
  • Contiene proteínas similares a las histonas
  • Múltiples cromosomas
  • Lineal
  • Haploide o diploide
  • Contiene histonas
División celularFisión binariaFisión binariaMitosis, meiosis
Composición de lípidos de la membrana
  • Ligado al éster
  • Ácidos grasos de cadena lineal
  • Bicapa
  • Vinculado a éter
  • Isoprenoides ramificados
  • Bicapa o monocapa
  • Ligado al éster
  • Ácidos grasos de cadena lineal
  • Esteroles
  • Bicapa
Composición de la pared celular
  • Peptidoglicano, o
  • Ninguno
  • Pseudopeptidoglicano, o
  • Glicopéptido, o
  • Polisacárido o
  • Proteína (capa S), o
  • Ninguno
  • Celulosa (plantas, algunas algas)
  • Quitina (moluscos, insectos, crustáceos y hongos)
  • Sílice (algunas algas)
  • La mayoría de los demás carecen de paredes celulares.
Estructuras de motilidadFlagelos en espiral rígidos compuestos de flagelinaFlagelos espirales rígidos compuestos de flagelinas arquealesFlagelos flexibles y cilios compuestos de microtúbulos, unidos a la membrana
Orgánulos contenidos por membranaNoNo
Sistema endomembranosoNoNoSí (ER, Golgi, lisosomas)
Ribosomas70S70S
  • 80S en citoplasma y ER rugoso
  • 70S en mitocondrias, cloroplastos

Ejercicio ( PageIndex {1} )

Identifique dos diferencias entre células eucariotas y procariotas.

Enfoque clínico: parte 1

Al llegar a casa de la escuela, Sarah, de 7 años, se queja de que una gran mancha en su brazo no deja de picar. Sigue rascándolo, llamando la atención de sus padres. Mirando más de cerca, ven que es un punto circular rojo con un borde rojo elevado (Figura ( PageIndex {2} )).

Figura ( PageIndex {2} ): La tiña se presenta como un anillo rojo elevado en la piel. (crédito: Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades)

Al día siguiente, los padres de Sarah la llevan a su médico, quien examina el lugar con una lámpara de Wood. La lámpara de Wood produce luz ultravioleta que hace que la mancha en el brazo de Sarah tenga fluorescencia, lo que confirma lo que el médico ya sospechaba: Sarah tiene un caso de tiña. La madre de Sarah está mortificada al escuchar que su hija tiene un "gusano". ¿Cómo pudo pasar esto?

Ejercicio ( PageIndex {2} )

¿Cuáles son algunas formas probables en las que Sarah podría haber contraído la tiña?

Núcleo

A diferencia de las células procariotas, en las que el ADN está contenido libremente en la región nucleoide, las células eucariotas poseen un núcleo (plural = núcleos), que está rodeado por una membrana nuclear compleja que alberga el genoma del ADN (Figura ( PageIndex {3} ) ). Al contener el ADN de la célula, el núcleo controla en última instancia todas las actividades de la célula y también desempeña un papel esencial en la reproducción y la herencia. Las células eucariotas suelen tener su ADN organizado en múltiples cromosomas lineales. El ADN dentro del núcleo está altamente organizado y condensado para encajar dentro del núcleo, lo que se logra envolviendo el ADN alrededor de proteínas llamadas histonas.

Aunque la mayoría de las células eucariotas tienen un solo núcleo, existen excepciones. Por ejemplo, protozoos del género Paramecio suelen tener dos núcleos completos: un núcleo pequeño que se utiliza para la reproducción (micronúcleo) y un núcleo grande que dirige el metabolismo celular (macronúcleo). Además, algunos hongos forman transitoriamente células con dos núcleos, llamadas células heterocariotas, durante la reproducción sexual. Las células cuyos núcleos se dividen, pero cuyo citoplasma no, se denominan cenocitos.

El núcleo está unido por una membrana nuclear compleja, a menudo llamada envoltura nuclear, que consta de dos bicapas lipídicas distintas que son contiguas entre sí (Figura ( PageIndex {4} )). A pesar de estas conexiones entre las membranas interna y externa, cada membrana contiene lípidos y proteínas únicos en sus superficies interna y externa. La envoltura nuclear contiene poros nucleares, que son complejos proteicos grandes en forma de roseta que controlan el movimiento de materiales hacia adentro y hacia afuera del núcleo. La forma general del núcleo está determinada por la lámina nuclear, una red de filamentos intermedios que se encuentran justo dentro de las membranas de la envoltura nuclear. Fuera del núcleo, los filamentos intermedios adicionales forman una malla más suelta y sirven para anclar el núcleo en su posición dentro de la célula.

Nucleolo

El nucleolo es una región densa dentro del núcleo donde ocurre la biosíntesis del ARN ribosómico (ARNr). Además, el nucleolo es también el sitio donde comienza el ensamblaje de los ribosomas. ¿Como hace esto? Algunos cromosomas tienen secciones de ADN que codifican ARN ribosómico. Los complejos prerribosomales se ensamblan a partir de ARNr y proteínas en las subunidades ribosómicas del nucleolo; estos luego se transportan al citoplasma, donde se completa el ensamblaje del ribosoma (Figura ( PageIndex {5} )).

Cromosomas y cromatina

Entre el nucleolo y la envoltura nuclear se encuentra la 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, y transportan la información (genes) necesaria. Quizás recuerde que en los procariotas, el ADN está organizado en un solo cromosoma circular. Los cromosomas eucariotas son típicamente lineales y las células eucariotas contienen múltiples cromosomas distintos. Muchas células eucariotas contienen dos copias de cada cromosoma y, por tanto, son diploides. La longitud de un solo cromosoma excede en gran medida la longitud de la célula, por lo que un cromosoma debe empaquetarse en un espacio muy pequeño para que quepa dentro de la célula. Por ejemplo, la longitud combinada de todo el ADN del genoma humano mediría aproximadamente 2 metros si se extendiera por completo, y algunos genomas eucariotas son muchas veces más grandes que el genoma humano. Cada especie eucariota tiene un número específico de cromosomas en el núcleo de las células de su cuerpo. 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 revueltos. Estos complejos de proteína-cromosoma desenrollados se denominan cromatina (Figura ( PageIndex {6} )); la cromatina describe el material que forma los cromosomas tanto cuando se condensa como si se descondensa.

Figura ( PageIndex {6} ):(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 NIH; datos de la barra de escala de Matt Russell)

Ribosomas

Los ribosomas citoplasmáticos en las células eucariotas son ribosomas 80S, compuestos por una subunidad pequeña 40S y una subunidad grande 60S. En términos de tamaño y composición, esto los diferencia de los ribosomas de las células procariotas. Los dos tipos de ribosomas eucariotas citoplasmáticos se definen por su ubicación en la célula: ribosomas libres y ribosomas unidos a la membrana. Los ribosomas libres se encuentran flotando en el citoplasma y sirven para sintetizar proteínas solubles en agua; Los ribosomas unidos a la membrana se encuentran unidos al lado citoplasmático del retículo endoplásmico rugoso y producen proteínas para su inserción en la membrana celular o proteínas destinadas a la exportación desde la célula.

En contraste, los ribosomas que se encuentran en orgánulos eucariotas como las mitocondrias o los cloroplastos tienen ribosomas 70S, el mismo tamaño que los ribosomas procariotas. Las diferencias entre los ribosomas eucariotas y procariotas son clínicamente relevantes porque ciertos antibióticos están diseñados para apuntar a uno u otro. Por ejemplo, la cicloheximida se dirige a la acción eucariótica, mientras que el cloranfenicol se dirige a los ribosomas procarióticos.1 Dado que las células humanas son eucariotas, generalmente no se ven dañadas por los antibióticos que destruyen los ribosomas procariotas en las bacterias. Sin embargo, a veces pueden producirse efectos secundarios negativos porque las mitocondrias en las células humanas contienen ribosomas procarióticos.

Sistema endomembranoso

El sistema de endomembrana, exclusivo de las células eucariotas, es una serie de túbulos membranosos, sacos y discos aplanados que sintetizan muchos componentes celulares y mueven materiales dentro de la célula (Figura ( PageIndex {7} )). Debido a su mayor tamaño celular, las células eucariotas requieren este sistema para transportar materiales que no se pueden dispersar solo por difusión. El sistema de endomembranas comprende varios orgánulos y conexiones entre ellos, incluido el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi, los lisosomas y las vesículas.

Retículo endoplásmico

El retículo endoplásmico (RE) es una matriz interconectada de túbulos y cisternas (sacos aplanados) con una sola bicapa lipídica (Figura ( PageIndex {7} )). Los espacios dentro de las cisternas se denominan luz de la sala de emergencias. Hay dos tipos de RE, retículo endoplásmico rugoso (RER) y retículo endoplásmico liso (SER). Estos dos tipos diferentes de RE son sitios para la síntesis de tipos de moléculas claramente diferentes. El RER está salpicado de ribosomas unidos al lado citoplásmico de la membrana. Estos ribosomas producen proteínas destinadas a la membrana plasmática (Figura ( PageIndex {8} )). Después de la síntesis, estas proteínas se insertan en la membrana del RER. Luego, pequeños sacos de RER que contienen estas proteínas recién sintetizadas brotan y se mueven al aparato de Golgi para su procesamiento posterior, directamente a la membrana plasmática, a la membrana de otro orgánulo o fuera de la célula. SER no tiene ribosomas y, por lo tanto, parece "suave". Participa en la biosíntesis de lípidos, la síntesis y degradación de carbohidratos y la desintoxicación de medicamentos y venenos; y almacenamiento de iones de calcio.

Aparato de Golgi

El aparato de Golgi fue descubierto dentro del sistema de endomembranas en 1898 por el científico italiano Camillo Golgi (1843-1926), quien desarrolló una nueva técnica de tinción que mostraba estructuras de membrana apiladas dentro de las células de Plasmodium, el agente causante de la malaria. El aparato de Golgi está compuesto por una serie de discos membranosos llamados dictiosomas, cada uno con una única bicapa lipídica, que se apilan (Figura ( PageIndex {9} )).

La modificación, clasificación, etiquetado, empaquetado y distribución de lípidos y proteínas tiene lugar en el aparato de Golgi. Las enzimas en el aparato de Golgi modifican los lípidos y proteínas transportados desde el RE al Golgi, a menudo añadiéndoles componentes de carbohidratos, produciendo glicolípidos, glicoproteínas o proteoglicanos. Los glicolípidos y las glicoproteínas a menudo se insertan en la membrana plasmática y son importantes para el reconocimiento de señales por parte de otras células o partículas infecciosas. Los diferentes tipos de células se pueden distinguir entre sí por la estructura y disposición de los glicolípidos y glicoproteínas contenidos en sus membranas plasmáticas. Estos glicolípidos y glicoproteínas comúnmente también sirven como receptores de superficie celular.

Vesículas y vacuolas

Las vesículas y vacuolas son esferas membranosas de un solo lípido, bicapa, con interiores huecos 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, lo que las convierte en excelentes unidades de almacenamiento.

Las vesículas de transporte que salen del RE con proteínas, carbohidratos y otros bienes o desechos se fusionan con un aparato de Golgi al recibirlas, o cis, cara. Las proteínas se procesan dentro del aparato de Golgi, y luego vesículas de transporte adicionales que contienen las proteínas modificadas y los lípidos se desprenden del aparato de Golgi en su salida, o trans, cara. Estas vesículas salientes se mueven y se fusionan con la membrana plasmática (a través de la exocitosis) o la membrana de otros orgánulos (Figura ( PageIndex {9} )).

Lisosomas

En la década de 1960, el científico belga Christian de Duve (1917-2013) descubrió los lisosomas, orgánulos del sistema de endomembranas unidos a la membrana que contienen enzimas digestivas. Ciertos tipos de células eucariotas usan lisosomas para descomponer varias partículas, como alimentos, orgánulos dañados o restos celulares, microorganismos o complejos inmunes. La compartimentación de las enzimas digestivas dentro del lisosoma permite que la célula digiera la materia de manera eficiente sin dañar los componentes citoplasmáticos de la célula.

Ejercicio ( PageIndex {3} )

Nombra los componentes del sistema de endomembranas y describe la función de cada componente.

Peroxisomas

A Christian de Duve también se le atribuye el descubrimiento de peroxisomas, orgánulos unidos a la membrana que no forman parte del sistema de endomembranas (Figura ( PageIndex {10} )). Los peroxisomas se forman independientemente en el citoplasma a partir de la síntesis de proteínas peroxinas por los ribosomas libres y la incorporación de estas proteínas peroxinas en los peroxisomas existentes. Los peroxisomas en crecimiento luego se dividen mediante un proceso similar a la fisión binaria.

Los peroxisomas fueron nombrados por primera vez por su capacidad para producir peróxido de hidrógeno, una molécula altamente reactiva que ayuda a descomponer moléculas como el ácido úrico, los aminoácidos y los ácidos grasos. Los peroxisomas también poseen la enzima catalasa, que puede degradar el peróxido de hidrógeno. Junto con el SER, los peroxisomas también juegan un papel en la biosíntesis de lípidos. Al igual que los lisosomas, la compartimentación de estas moléculas degradantes dentro de un orgánulo ayuda a proteger el contenido citoplasmático de daños no deseados.

Los peroxisomas de ciertos organismos están especializados para satisfacer sus necesidades funcionales particulares. Por ejemplo, los glioxisomas son peroxisomas modificados de levaduras y células vegetales que realizan varias funciones metabólicas, incluida la producción de moléculas de azúcar. De manera similar, los glicosomas son peroxisomas modificados producidos por ciertos tripanosomas, los protozoos patógenos que causan la enfermedad de Chagas y la enfermedad del sueño africana.

Citoesqueleto

Las células eucariotas tienen un citoesqueleto interno hecho de microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos. Esta matriz de fibras y tubos proporciona soporte estructural, así como una red sobre la cual los materiales se pueden transportar dentro de la celda y en los que se pueden anclar los orgánulos (Figura ( PageIndex {11} )). Por ejemplo, el proceso de exocitosis implica el movimiento de una vesícula a través de la red citoesquelética hacia la membrana plasmática, donde puede liberar su contenido.

Los microfilamentos están compuestos por dos hebras entrelazadas de actina, cada una compuesta por monómeros de actina que forman cables filamentosos de 6 nm de diámetro.2 (Figura ( PageIndex {11} )). Los filamentos de actina trabajan junto con proteínas motoras, como la miosina, para efectuar la contracción muscular en animales o el movimiento ameboide de algunos microbios eucariotas. En los organismos ameboides, la actina se puede encontrar en dos formas: una forma de gel polimerizada más rígida y una forma soluble más fluida y no polimerizada. La actina en forma de gel crea estabilidad en el ectoplasma, el área gelatinosa del citoplasma justo dentro de la membrana plasmática de los protozoos ameboides. Las extensiones temporales de la membrana citoplasmática llamadas pseudópodos (que significa "pies falsos") se producen a través del flujo directo de filamentos de actina solubles hacia los pseudópodos, seguido por el ciclo gel-sol de los filamentos de actina, lo que da como resultado la motilidad celular. Una vez que el citoplasma se extiende hacia afuera, formando un pseudópodo, el citoplasma restante fluye hacia arriba para unirse al borde de ataque, creando así la locomoción hacia adelante. Más allá del movimiento ameboide, los microfilamentos también participan en una variedad de otros procesos en las células eucariotas, incluido el flujo citoplasmático (el movimiento o la circulación del citoplasma dentro de la célula), la formación de surcos de escisión durante la división celular y el movimiento muscular en animales (Figura ( PageIndex {12} )). Estas funciones son el resultado de la naturaleza dinámica de los microfilamentos, que pueden polimerizar y despolimerizar con relativa facilidad en respuesta a señales celulares, y sus interacciones con motores moleculares en diferentes tipos de células eucariotas.

Los filamentos intermedios (Figura ( PageIndex {13} )) son un grupo diverso de filamentos citoesqueléticos que actúan como cables dentro de la célula. Se denominan "intermedios" porque su diámetro de 10 nm es más grueso que el de la actina pero más delgado que el de los microtúbulos.3 Están compuestos por varias hebras de subunidades polimerizadas que, a su vez, están formadas por una amplia variedad de monómeros. Los filamentos intermedios tienden a ser más permanentes en la célula y mantienen la posición del núcleo. También forman la lámina nuclear (revestimiento o capa) justo dentro de la envoltura nuclear. Además, los filamentos intermedios juegan un papel en el anclaje de las células en los tejidos animales. La proteína de filamento intermedio desmina se encuentra en los desmosomas, las estructuras proteicas que unen las células musculares y las ayudan a resistir las fuerzas físicas externas. La queratina, la proteína del filamento intermedio, es una proteína estructural que se encuentra en el cabello, la piel y las uñas.

Los microtúbulos (Figura ( PageIndex {14} )) son un tercer tipo de fibra citoesquelética compuesta de dímeros de tubulina (α tubulina y β tubulina). Estos forman tubos huecos de 23 nm de diámetro que se utilizan como vigas dentro del citoesqueleto.4 Al igual que los microfilamentos, los microtúbulos son dinámicos y tienen la capacidad de ensamblarse y desmontarse rápidamente. Los microtúbulos también trabajan con proteínas motoras (como dineína y kinesina) para mover orgánulos y vesículas dentro del citoplasma. Además, los microtúbulos son los componentes principales de los flagelos y cilios eucariotas, que componen tanto el filamento como los componentes basales del cuerpo (Figura ( PageIndex {21} )). Los microtúbulos también participan en la división celular, formando el huso mitótico que sirve para separar los cromosomas durante la mitosis y la meiosis. El huso mitótico es producido por dos centrosomas, que son esencialmente centros organizadores de microtúbulos, en extremos opuestos de la célula.

Ejercicio ( PageIndex {4} )

Compare y contraste los tres tipos de estructuras citoesqueléticas que se describen en esta sección.

Teoría endosimbiótica

A medida que los científicos avanzaban hacia la comprensión del papel de las células en los tejidos de plantas y animales, otros examinaban las estructuras dentro de las propias células. En 1831, el botánico escocés Robert Brown (1773–1858) fue el primero en describir observaciones de núcleos, que observó en células vegetales. Luego, a principios de la década de 1880, el botánico alemán Andreas Schimper (1856-1901) fue el primero en describir los cloroplastos de las células vegetales, identificando su papel en la formación de almidón durante la fotosíntesis y observando que se dividían independientemente del núcleo.

Basado en la capacidad de los cloroplastos para reproducirse de forma independiente, el botánico ruso Konstantin Mereschkowski (1855-1921) sugirió en 1905 que los cloroplastos pueden haberse originado a partir de bacterias fotosintéticas ancestrales que viven simbióticamente dentro de una célula eucariota. Propuso un origen similar para el núcleo de las células vegetales. Esta fue la primera articulación de la hipótesis endosimbiótica y explicaría cómo evolucionaron las células eucariotas a partir de bacterias ancestrales.

La hipótesis endosimbiótica de Mereschkowski fue impulsada por el anatomista estadounidense Ivan Wallin (1883-1969), quien comenzó a examinar experimentalmente las similitudes entre mitocondrias, cloroplastos y bacterias; en otras palabras, para poner a prueba la hipótesis endosimbiótica mediante una investigación objetiva. Wallin publicó una serie de artículos en la década de 1920 que apoyaban la hipótesis endosimbiótica, incluida una publicación de 1926 en coautoría con Mereschkowski. Wallin afirmó que podía cultivar mitocondrias fuera de sus células huésped eucariotas. Muchos científicos descartaron sus cultivos de mitocondrias como resultado de la contaminación bacteriana. El trabajo moderno de secuenciación del genoma apoya a los científicos disidentes al mostrar que gran parte del genoma de las mitocondrias se ha transferido al núcleo de la célula huésped, lo que impide que las mitocondrias puedan vivir por sí mismas.6 7

Las ideas de Wallin con respecto a la hipótesis endosimbiótica fueron ignoradas en gran medida durante los siguientes 50 años porque los científicos no sabían que estos orgánulos contenían su propio ADN. Sin embargo, con el descubrimiento del ADN mitocondrial y del cloroplasto en la década de 1960, resucitó la hipótesis endosimbiótica. Lynn Margulis (1938-2011), una genetista estadounidense, publicó sus ideas sobre la hipótesis endosimbiótica de los orígenes de las mitocondrias y los cloroplastos en 1967.8 En la década previa a su publicación, los avances en microscopía habían permitido a los científicos diferenciar las células procariotas de las eucariotas. En su publicación, Margulis revisó la literatura y argumentó que los orgánulos eucariotas como las mitocondrias y los cloroplastos son de origen procariota. Presentó un creciente cuerpo de datos microscópicos, genéticos, de biología molecular, fósiles y geológicos para respaldar sus afirmaciones.

Una vez más, esta hipótesis no fue inicialmente popular, pero la creciente evidencia genética debido al advenimiento de la secuenciación del ADN apoyó la teoría endosimbiótica, que ahora se define como la teoría de que las mitocondrias y los cloroplastos surgieron como resultado de que las células procariotas establecieran una relación simbiótica dentro de un eucariota. host (Figura ( PageIndex {15} )). Con la teoría endosimbiótica inicial de Margulis ganando amplia aceptación, amplió la teoría en su libro de 1981 Symbiosis in Cell Evolution. En él, explica cómo la endosimbiosis es un factor impulsor importante en la evolución de los organismos. La secuenciación genética y el análisis filogenético más recientes muestran que el ADN mitocondrial y el ADN del cloroplasto están muy relacionados con sus homólogos bacterianos, tanto en la secuencia del ADN como en la estructura cromosómica. Sin embargo, el ADN mitocondrial y el ADN del cloroplasto se reducen en comparación con el ADN nuclear porque muchos de los genes se han movido desde los orgánulos al núcleo de la célula huésped. Además, los ribosomas mitocondriales y de cloroplasto son estructuralmente similares a los ribosomas bacterianos, más que a los ribosomas eucariotas de sus huéspedes. Por último, la fisión binaria de estos orgánulos se parece mucho a la fisión binaria de las bacterias, en comparación con la mitosis realizada por las células eucariotas. Desde la propuesta original de Margulis, los científicos han observado varios ejemplos de endosimbiontes bacterianos en las células eucariotas modernas. Los ejemplos incluyen las bacterias endosimbióticas que se encuentran dentro de las entrañas de ciertos insectos, como las cucarachas, y los orgánulos similares a bacterias fotosintéticas que se encuentran en los protistas.10

Ejercicio ( PageIndex {5} )

  1. ¿Qué afirma la teoría endosimbiótica moderna?
  2. ¿Qué evidencia respalda la teoría endosimbiótica?

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 (Figura ( PageIndex {16} )). El término "mitocondria" fue acuñado por primera vez por el microbiólogo alemán Carl Benda en 1898 y luego fue conectado con el proceso de respiración por Otto Warburg en 1913.

Cada mitocondria tiene dos membranas lipídicas. La membrana externa es un remanente de las estructuras de la membrana de la célula huésped original. La membrana interna se deriva de la membrana plasmática bacteriana. La cadena de transporte de electrones para la respiración aeróbica utiliza proteínas integrales incrustadas en la membrana interna. La matriz mitocondrial, que corresponde a la ubicación del citoplasma de la bacteria original, es la ubicación actual de muchas enzimas metabólicas. También contiene ADN mitocondrial y ribosomas 70S. Las invaginaciones de la membrana interna, llamadas crestas, evolucionaron para aumentar el área de superficie para la ubicación de reacciones bioquímicas. Los patrones de plegamiento de las crestas difieren entre varios tipos de células eucariotas y se utilizan para distinguir diferentes organismos eucariotas entre sí.


Figura ( PageIndex {16} ): Cada mitocondria está rodeada por dos membranas, la interior de las cuales está plegada en forma extensiva en crestas y es el sitio del espacio entre membranas. La matriz mitocondrial contiene el ADN mitocondrial, los ribosomas y las enzimas metabólicas. La micrografía electrónica de transmisión de una mitocondria, a la derecha, muestra ambas membranas, incluidas las crestas y la matriz mitocondrial. (crédito "micrografía": modificación del trabajo de Matthew Britton; datos de barra de escala de Matt Russell)

Cloroplastos

Las células vegetales y las células de las algas contienen cloroplastos, los orgánulos en los que se produce la fotosíntesis (Figura ( PageIndex {17} )). La fotosíntesis es la serie de reacciones que utilizan dióxido de carbono, agua y energía luminosa para producir glucosa y oxígeno. Todos los cloroplastos tienen al menos tres sistemas de membranas: la membrana externa, la membrana interna y el sistema de membrana tilacoide. Dentro de las membranas externa e interna se encuentra el estroma del cloroplasto, un líquido similar a un gel que constituye gran parte del volumen de un cloroplasto y en el que flota el sistema tilacoide. El sistema tilacoide es una colección muy dinámica de sacos de membrana plegados. Es donde se encuentra el pigmento verde clorofila fotosintético y ocurren las reacciones lumínicas de la fotosíntesis. En la mayoría de los cloroplastos de plantas, los tilacoides están dispuestos en pilas llamadas grana (singular: granum), mientras que en algunos cloroplastos de algas, los tilacoides flotan libremente.


Figura ( PageIndex {17} ): La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos, que tienen una membrana externa y una interna. Pilas de tilacoides llamadas grana forman una tercera capa de membrana.

Otros orgánulos similares a las mitocondrias han surgido en otros tipos de eucariotas, pero sus funciones difieren. Los hidrogenosomas se encuentran en algunos eucariotas anaeróbicos y sirven como lugar de producción de hidrógeno anaeróbico. Los hidrogenosomas generalmente carecen de su propio ADN y ribosomas. Los cinetoplastos son una variación de las mitocondrias que se encuentran en algunos patógenos eucariotas. En estos organismos, cada célula tiene una mitocondria única, larga y ramificada en la que el ADN del cinetoplasto, organizado como múltiples piezas circulares de ADN, se encuentra concentrado en un polo de la célula.

Organelos relacionados con mitocondrias en parásitos protozoarios

Muchos protozoos, incluidos varios protozoos parásitos que causan infecciones en humanos, pueden identificarse por su apariencia inusual. Las características distintivas pueden incluir morfologías celulares complejas, la presencia de orgánulos únicos o la ausencia de orgánulos comunes. Los parásitos protozoarios Giardia lamblia y tricomonas vaginalis son dos ejemplos.

G. lamblia, una causa frecuente de diarrea en humanos y muchos otros animales, es un parásito anaeróbico que posee dos núcleos y varios flagelos. Su aparato de Golgi y su retículo endoplásmico están muy reducidos y carece por completo de mitocondrias. Sin embargo, tiene orgánulos conocidos como mitosomas, orgánulos unidos a doble membrana que parecen ser mitocondrias severamente reducidas. Esto ha llevado a los científicos a creer que G. lambliaLos antepasados ​​poseyeron una vez mitocondrias que evolucionaron para convertirse en mitosomas. T. vaginalis, que causa la vaginitis, una infección de transmisión sexual, es otro parásito protozoario que carece de mitocondrias convencionales. En cambio, posee hidrogenosomas, orgánulos de doble membrana unidos a las mitocondrias que producen hidrógeno molecular utilizado en el metabolismo celular. Los científicos creen que los hidrogenosomas, como los mitosomas, también evolucionaron a partir de las mitocondrias.5

La capa límite: la envolvente celular

Membrana de plasma

La estructura de la membrana plasmática de la mayoría de los tipos de células bacterianas y eucariotas es una bicapa compuesta principalmente de fosfolípidos formados con enlaces éster y proteínas. Las proteínas de la superficie celular son importantes para una variedad de funciones. (revise el capítulo 3, sección 3 para más detalles, se describirá más en el capítulo 8) A diferencia de la membrana procariota, las membranas eucariotas contienen esteroles, incluido el colesterol, que alteran la fluidez de la membrana. Además, muchas células eucariotas contienen algunos lípidos especializados, incluidos los esfingolípidos, que se cree que desempeñan un papel en el mantenimiento de la estabilidad de la membrana, además de participar en las vías de transducción de señales y la comunicación de célula a célula.

Pared celular

Además de una membrana plasmática, algunas células eucariotas tienen una pared celular. Las células de hongos, algas, plantas e incluso algunos protistas tienen paredes celulares. Dependiendo del tipo de célula eucariota, las paredes celulares pueden estar hechas de una amplia gama de materiales, incluida la celulosa (hongos y plantas); sílice biogénica, carbonato de calcio, agar y carragenano (protistas y algas); o quitina (hongos). En general, todas las paredes celulares proporcionan estabilidad estructural a la célula y protección frente a tensiones ambientales como la desecación, cambios en la presión osmótica y lesiones traumáticas.6

La matriz extracelular

Las células de los animales y algunos protozoos no tienen paredes celulares para ayudar a mantener la forma y proporcionar estabilidad estructural. En cambio, muchos de estos tipos de células eucariotas producen una matriz extracelular para este propósito. Secretan una masa pegajosa de carbohidratos y proteínas en los espacios entre las células adyacentes (Figura ( PageIndex {18} )). Algunos componentes proteicos se ensamblan en una membrana basal a la que se adhieren los componentes restantes de la matriz extracelular. Los proteoglicanos suelen formar la masa voluminosa de la matriz extracelular, mientras que las proteínas fibrosas, como el colágeno, proporcionan fuerza. Tanto los proteoglicanos como el colágeno están unidos a las proteínas de fibronectina, que, a su vez, se unen a las proteínas de la integrina. Estas proteínas integrinas interactúan con proteínas transmembrana en las membranas plasmáticas de las células eucariotas que carecen de paredes celulares. Esto los hace similares y diferentes al glucocáliz que se encuentra en las células procariotas.

En las células animales, la matriz extracelular permite que las células dentro de los tejidos resistan el estrés externo y transmite señales desde el exterior de la célula hacia el interior. La cantidad de matriz extracelular es bastante extensa en varios tipos de tejidos conectivos, y las variaciones en la matriz extracelular pueden dar a diferentes tipos de tejidos sus propiedades distintivas. Además, la matriz extracelular de una célula huésped es a menudo el sitio donde los patógenos microbianos se adhieren para establecer la infección. Por ejemplo, Streptococcus pyogenes, la bacteria que causa la faringitis estreptocócica y varias otras infecciones, se une a la fibronectina en la matriz extracelular de las células que recubren la orofaringe (región superior de la garganta).

Flagelos y cilios

Algunas células eucariotas usan flagelos para la locomoción; sin embargo, los flagelos eucariotas son estructuralmente distintos de los que se encuentran en las células procariotas. Mientras que el flagelo procariota es una estructura rígida y giratoria, un flagelo eucariota se parece más a un látigo flexible compuesto por nueve pares paralelos de microtúbulos que rodean un par central de microtúbulos. Esta disposición se conoce como una matriz 9 + 2 (Figura ( PageIndex {19} )). Los microtúbulos paralelos utilizan proteínas motoras de dineína para moverse entre sí, lo que hace que el flagelo se doble.

Los cilios (singular: cilio) son una estructura externa similar que se encuentra en algunas células eucariotas. Exclusivo de los eucariotas, los cilios son más cortos que los flagelos y, a menudo, cubren toda la superficie de una célula; sin embargo, son estructuralmente similares a los flagelos (una matriz de microtúbulos 9 + 2) y utilizan el mismo mecanismo de movimiento. Una estructura llamada cuerpo basal se encuentra en la base de cada cilio y flagelo. El cuerpo basal, que ayuda a conectar el cilio o flagelo a la célula, está compuesto por una serie de microtúbulos tripletes similares a los de un centríolo pero incrustados en la membrana plasmática. Debido a su longitud más corta, los cilios utilizan un movimiento ondulante rápido, flexible. Además de la motilidad, los cilios pueden tener otras funciones, como arrastrar partículas hacia el interior o hacia las células. Por ejemplo, los protozoos ciliados utilizan el barrido de los cilios para mover las partículas de alimento a sus partes bucales, y las células ciliadas en el tracto respiratorio de los mamíferos laten en sincronía para barrer la mucosidad y los desechos hacia arriba y hacia afuera de los pulmones (Figura ( PageIndex {19} )).

Ejercicio ( PageIndex {6} )

  1. Explique cómo se compara la envoltura celular de las células eucariotas con la de las células procariotas.
  2. Explique la diferencia entre flagelos eucariotas y procariotas.

Conceptos clave y resumen

  • Las células eucariotas se definen por la presencia de un núcleo que contiene el genoma del ADN y está unido por un membrana nuclear (o membrana nuclear) compuesto por dos bicapas lipídicas que regulan el transporte de materiales dentro y fuera del núcleo a través de los poros nucleares.
  • Las morfologías de las células eucariotas varían mucho y pueden ser mantenidas por diversas estructuras, incluido el citoesqueleto, la membrana celular y / o la pared celular.
  • los nucléolo, ubicado en el núcleo de las células eucariotas, es el sitio de síntesis ribosómica y las primeras etapas del ensamblaje de los ribosomas.
  • Las células eucariotas contienen Ribosomas 80S en el retículo endoplásmico rugoso (ribosomas unidos a la membrana) y citoplasma (ribosomas libres). Contienen ribosomas de los años 70 en mitocondrias y cloroplastos.
  • Las células eucariotas han evolucionado endomembrana sistema, que contiene orgánulos unidos a la membrana que participan en el transporte. Estos incluyen vesículas, el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi.
  • los retículo endoplasmático liso juega un papel en la biosíntesis de lípidos, el metabolismo de carbohidratos y la desintoxicación de compuestos tóxicos. los retículo endoplasmático rugoso contiene ribosomas 80S unidos a la membrana que sintetizan proteínas destinadas a la membrana celular
  • los Aparato de Golgi procesa proteínas y lípidos, típicamente mediante la adición de moléculas de azúcar, produciendo glicoproteínas o glicolípidos, componentes de la membrana plasmática que se utilizan en la comunicación de célula a célula.
  • Lisosomas contienen enzimas digestivas que descomponen las pequeñas partículas ingeridas por endocitosis, partículas grandes o células ingeridas por fagocitosisy componentes intracelulares dañados.
  • los citoesqueleto, compuesto de microfilamentos, filamentos intermedios, y microtúbulos, proporciona soporte estructural en células eucariotas y sirve como una red para el transporte de materiales intracelulares.
  • Centrosomas son centros organizadores de microtúbulos importantes en la formación del huso mitótico en la mitosis.
  • Teoría endosimbiótica afirma que las mitocondrias y los cloroplastos, orgánulos que se encuentran en muchos tipos de organismos, tienen su origen en bacterias. Hay información genética y estructural significativa que respalda esta teoría.
  • Mitocondrias son el sitio de la respiración celular. Tienen dos membranas: una externa y una interna con crestas. La matriz mitocondrial, dentro de la membrana interna, contiene el ADN mitocondrial, los ribosomas 70S y las enzimas metabólicas.
  • Cloroplastos son utilizados por las plantas y algunos protistas para ayudar a recolectar energía solar y transformarla en azúcares para alimentos, componentes estructurales u otros usos.
  • La membrana plasmática de las células eucariotas es estructuralmente similar a la que se encuentra en las células procariotas, y los componentes de la membrana se mueven de acuerdo con el modelo de mosaico fluido. Sin embargo, las membranas eucariotas contienen esteroles, que alteran la fluidez de la membrana, así como glicoproteínas y glicolípidos, que ayudan a la célula a reconocer otras células y partículas infecciosas.
  • Las células de hongos, algas, plantas y algunos protistas tienen un pared celular, mientras que las células de los animales y algunos protozoos tienen un pegajoso la matriz extracelular que proporciona soporte estructural y media la señalización celular.
  • Los flagelos eucariotas son estructuralmente distintos de los flagelos procariotas, pero tienen un propósito similar (locomoción). Cilios son estructuralmente similares a los flagelos eucariotas, pero más cortos; pueden usarse para locomoción, alimentación o movimiento de partículas extracelulares.

Notas al pie

  1. A.E. Barnhill, M.T. Cervecero, S.A. Carlson."Efectos adversos de los antimicrobianos a través de la inhibición predecible o idiosincrásica de los componentes mitocondriales del huésped". Agentes antimicrobianos y quimioterapia 56 no. 8 (2012): 4046–4051.
  2. Fuchs E, Cleveland DW. "Un andamio estructural de filamentos intermedios en salud y enfermedad". Ciencias 279 no. 5350 (1998): 514–519.
  3. E. Fuchs, D.W. Cleveland. 5350 (1998): 514–519.
  4. N. Yarlett, J.H.P. Hackstein. "Hidrogenosomas: un orgánulo, múltiples orígenes". Biociencia 55 no. 8 (2005): 657–658.
  5. M. Dudzick. "Protistas". OpenStax CNX. 27 de noviembre de 2013. http://cnx.org/contents/[email protected]
  6. J.M. Jaynes, L.P. Vernon. "El Cyanelle de Cyanophora paradoxa: Casi un cloroplasto cianobacteriano ". Tendencias en ciencias bioquímicas 7 no. 1 (1982): 22–24.

Contribuyente

  • Nina Parker, (Shenandoah University), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) y Brian M. Forster (Saint Joseph's University) con muchos autores contribuyentes. Contenido original a través de Openstax (CC BY 4.0; acceso gratuito en https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


01 Biología celular

Esta página enumera los conocimientos y habilidades esperados para el Tema 1. Útil para la revisión.
Se pueden encontrar notas de revisión detalladas, actividades y preguntas en cada una de las páginas de los subtemas.

  • 1.1 Introducción a las células
  • 1.2 Ultraestructura de las células
  • 1.3 Estructura de la membrana
  • 1.4 Transporte de membranas
  • 1.5 El origen de las células
  • 1.6 División celular

1.1 Introducción a las células

  • Según la teoría celular, los organismos vivos están compuestos por células.
  • Los organismos que constan de una sola célula realizan todas las funciones de la vida en esa célula, p. Ej. Paramecio, Clorella.
  • Identificar las características de los seres vivos (Sr. H. Gren - metroetabolismo, rrespuesta homeostasis, gramoRowth reproducción, mixcreción y amplificador norteutrición).
  • La relación entre el área de la superficie y el volumen es importante en la limitación del tamaño de la celda.
  • Los organismos multicelulares tienen propiedades que surgen de la interacción de sus componentes celulares (propiedades emergentes)
  • Los tejidos especializados pueden desarrollarse por diferenciación celular en organismos multicelulares.
  • La diferenciación implica la expresión de algunos genes y no de otros en una célula.
  • Las células madre pueden dividirse y diferenciarse a lo largo de diferentes vías en el desarrollo embrionario, lo que hace que las células madre sean útiles para usos terapéuticos (por ejemplo, la enfermedad de Stargardt).
  • Existen preocupaciones éticas sobre el uso de células madre embrionarias.
  • Calcula el aumento de una imagen de microscopio electrónico a partir de una barra de escala.
  • Calcule el tamaño de la muestra usando una barra de escala.
  • Calcule el tamaño de la muestra con aumento.

1.2 Ultraestructura de las células

  • La estructura simple de las células procariotas.
  • La estructura compartimentada de las células eucariotas.
  • El poder de resolución de los microscopios electrónicos es de entre 10 micras y 1 nm, mientras que los microscopios ópticos resuelven detalles entre 1 mm y 1 micras.
  • Explique cómo la composición de los orgánulos será diferente en células con diferentes funciones, p. Ej. células de glándulas exocrinas (por ejemplo, células caliciformes que producen moco y células mesófilas en empalizada que realizan la fotosíntesis).
  • Aplicación: explica cómo la estructura de los procariotas les permite dividirse por fisión binaria.

1.3 Estructura de la membrana

  • Los fosfolípidos forman bicapas en el agua debido a las propiedades anfipáticas de las moléculas de fosfolípidos.
  • Las proteínas de membrana son diversas en términos de estructura, posición en la membrana y función.
  • El colesterol es un componente de las membranas de las células animales.
  • Las partículas se mueven a través de las membranas por difusión simple, difusión facilitada, ósmosis y transporte activo.
  • Aplicación: el colesterol en las membranas de los mamíferos reduce la fluidez de la membrana y la permeabilidad a algunos solutos.
  • ¿Puedes dibujar un diagrama del modelo de mosaico fluido?
  • ¿Puede explicar cómo la evidencia de la microscopía electrónica llevó a la propuesta del modelo Davson-Danielli?
  • ¿Puede esbozar la evidencia que llevó a la falsificación del modelo de Davson-Danielli y al apoyo del modelo de Singer-Nicolson?
  • Aplicación: el colesterol en las membranas de los mamíferos reduce la fluidez de la membrana y la permeabilidad a algunos solutos.
  • Habilidad: Dibujo del modelo de mosaico fluido.
  • Habilidad: Análisis de evidencias de microscopía electrónica que llevaron a la propuesta del modelo Davson-Danielli.
  • Habilidad: Análisis de la falsificación del modelo Davson-Danielli que dio lugar al modelo Singer-Nicolson.

1.4 Función de membrana

  • Las partículas se mueven a través de las membranas por difusión simple, difusión facilitada, ósmosis y transporte activo.
  • La fluidez de las membranas permite que los materiales sean llevados a las células por endocitosis o liberados por exocitosis. Las vesículas mueven materiales dentro de las células.
  • Sepa cómo la estructura ayuda al funcionamiento de las bombas de sodio y potasio para el transporte activo y los canales de potasio para facilitar la difusión en los axones.
  • Comprenda por qué los tejidos (u órganos) que esperan ser utilizados en procedimientos médicos deben bañarse en una solución con la misma osmolaridad que el citoplasma para prevenir la ósmosis.
  • Destreza: Estimación de la osmolaridad en tejidos bañando muestras en soluciones hipotónicas e hipertónicas (Práctica 2).
  • Aplicación: Estructura y función de bombas de sodio y potasio para el transporte activo y canales de potasio para facilitar la difusión en los axones.
  • Aplicación: Los tejidos u órganos que se utilizarán en procedimientos médicos deben bañarse en una solución con la misma osmolaridad que el citoplasma para prevenir la ósmosis.
  • Destreza: Estimación de la osmolaridad en tejidos bañando muestras en soluciones hipotónicas e hipertónicas (Práctica 2).

1.5 El origen de las células y 1.6 División celular

  • Las primeras células deben haber surgido de material no vivo.
  • El origen de las células eucariotas puede explicarse mediante la teoría endosimbiótica.
  • La mitosis es la división del núcleo en dos núcleos hijos genéticamente idénticos.
  • Los cromosomas se condensan por superenrollamiento durante la mitosis.
  • La citocinesis ocurre después de la mitosis y es diferente en células vegetales y animales.
  • La interfase es una fase muy activa del ciclo celular con muchos procesos que ocurren en el núcleo y el citoplasma (incluidos G1, S, G2).
  • Las ciclinas están involucradas en el control del ciclo celular.
  • Los mutágenos, oncogenes y metástasis están involucrados en el desarrollo de tumores primarios y secundarios.
  • Aplicación: Evidencia de los experimentos de Pasteur & rsquos de que la generación espontánea de células y organismos no ocurre ahora en la Tierra.
  • Aplicación: La correlación entre el tabaquismo y la incidencia de cánceres.
  • Habilidad: Identificación de fases de mitosis en células vistas con microscopio o en micrografía (profase, metafase, anafase y telofase).
  • Habilidad: Determinación de un índice mitótico a partir de una micrografía.

Introducción a las celdas 1.1

La teoría celular establece que todos los organismos están hechos de células, pero la estructura de estas células es variable. Si bien esto es cierto en la mayoría de los casos, existen algunas excepciones notables, como el músculo esquelético.

Ultraestructura de las células 1.2

Las células eucariotas son más grandes que las células procariotas y tienen una estructura más compartimentada ya que la endosimbiosis conduce a la creación de orgánulos. Es importante dibujar células eucariotas y procariotas y reconocer orgánulos.

Estructura de la membrana 1.3

Los primeros modelos de membranas incluían proteínas y fosfolípidos, pero no en la misma estructura que los vemos hoy. En este tema se investigan los componentes de las membranas celulares y la estructura de las membranas como estructuras fluidas y dinámicas.

Transporte de membranas 1.4

La membrana controla lo que entra y sale de la célula. Esto incluye el uso de difusión y ósmosis. A veces, la membrana utiliza proteínas integrales como canales y bombas, a veces la membrana rodea algo que necesita moverse dentro o fuera de la célula.

El origen de las células 1.5

La vida ha evolucionado desde las primeras células hasta todas las células que encontramos en la enorme diversidad de organismos actuales. Este tema cubre los orígenes de las células y la teoría celular propuesta por Pasteur y Schwaan cuando se creía la generación espontánea de células.

División celular 1.6

El control de la división celular es tan esencial para la supervivencia de organismos multicelulares como para la reproducción de organismos unicelulares. Este tema cubre el movimiento de los cromosomas en la división de células eucariotas por mitosis.


Contenido

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

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

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

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

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

Estructura de las células eucariotas Editar

Las células eucariotas están compuestas por los siguientes orgánulos:

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

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

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

Metabolismo celular Editar

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

Señalización celular Editar

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

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

Ciclo celular Editar

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

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

Mortalidad celular, inmortalidad del linaje celular Editar

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

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


Orígenes y actividades del exosoma eucariota

El exosoma es un complejo exonucleolítico 3'-5 'de múltiples subunidades que se conserva en estructura y función en todos los eucariotas estudiados hasta la fecha. El complejo está presente tanto en el núcleo como en el citoplasma, donde trabaja continuamente para asegurar cantidades y calidad adecuadas de ARN facilitando el procesamiento y la renovación normales del ARN, así como participando en mecanismos de control de calidad de ARN más complejos. Los avances recientes en el campo han demostrado de manera convincente que la actividad nucleolítica del exosoma se mantiene mediante solo dos cofactores de exonucleasa, uno de los cuales también es una endonucleasa. La asociación adicional del exosoma con las actividades de ARN-helicasa y poli (A) polimerasa da como resultado una máquina molecular flexible que es capaz de lidiar con la multitud de sustratos de ARN celular que se encuentran en las células eucariotas. Curiosamente, el mismo conjunto básico de actividades enzimáticas se encuentra en las células procariotas, lo que, por lo tanto, podría ilustrar el origen evolutivo del sistema eucariota. En este comentario, comparamos las características estructurales y funcionales de los sistemas de degradación de ARN eucariotas y procariotas, con énfasis en algunas de las redes funcionales en las que el exosoma de ARN participa en eucariotas.


Retículo endoplásmico

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Retículo endoplásmico (ER), en biología, un sistema de membrana continuo que forma una serie de sacos aplanados dentro del citoplasma de las células eucariotas y cumple múltiples funciones, siendo importante particularmente en la síntesis, plegamiento, modificación y transporte de proteínas. Todas las células eucariotas contienen un retículo endoplásmico (RE). En las células animales, el RE suele constituir más de la mitad del contenido membranoso de la célula. Las diferencias en ciertas características físicas y funcionales distinguen los dos tipos de ER, conocidos como ER rugoso y ER suave.

¿Qué es el retículo endoplásmico?

  • El retículo endoplásmico (RE) es un sistema de membrana continuo que forma una serie de sacos aplanados dentro del citoplasma de las células eucariotas.
  • Todas las células eucariotas contienen un RE.
  • En las células animales, el RE suele constituir más de la mitad del contenido membranoso de la célula.
  • El RE se puede clasificar en dos formas funcionalmente distintas: el retículo endoplásmico liso (SER) y el retículo endoplásmico rugoso (RER).

¿Cuál es la diferencia entre retículo endoplásmico liso y rugoso?

El RE se puede clasificar en dos formas funcionalmente distintas: retículo endoplásmico liso (SER) y retículo endoplásmico rugoso (RER). La distinción morfológica entre los dos es la presencia de partículas sintetizadoras de proteínas, llamadas ribosomas, unidas a la superficie exterior del RER. Las funciones del SER, una red de vesículas de membrana tubular fina, varían considerablemente de una célula a otra, siendo una función importante la síntesis de fosfolípidos y colesterol, que son componentes principales del plasma y las membranas internas. El RER es generalmente una serie de sacos aplanados conectados. Desempeña un papel central en la síntesis y exportación de proteínas y glicoproteínas y se estudia mejor en células secretoras especializadas en estas funciones. Las muchas células secretoras del cuerpo humano incluyen células hepáticas que secretan proteínas séricas (p. Ej., Albúmina), células endocrinas que secretan hormonas peptídicas (p. Ej., Insulina), células acinares pancreáticas que secretan enzimas digestivas y células del cartílago que secretan colágeno.

¿Cuál es la función del retículo endoplásmico?

El retículo endoplásmico (RE) cumple funciones importantes, particularmente en la síntesis, plegamiento, modificación y transporte de proteínas. Las diferencias en ciertas características físicas y funcionales distinguen los dos tipos de ER, conocidos como ER rugoso (RER) y ER suave (SER). Los ribosomas en RER, que le dan al RER su apariencia rugosa, se especializan en la síntesis de proteínas que poseen una secuencia señal que las dirige específicamente al RE para su procesamiento. Las proteínas sintetizadas por el RER tienen destinos finales específicos, como la membrana celular, el exterior de la célula o el propio RE. SER participa en la síntesis de lípidos, incluidos el colesterol y los fosfolípidos, que se utilizan en la producción de nueva membrana celular. En las células del hígado, SER contribuye a la desintoxicación de medicamentos y productos químicos nocivos. El retículo sarcoplásmico es un tipo especializado de SER que regula la concentración de iones calcio en el citoplasma de las células del músculo estriado.

¿Cuándo se descubrió el retículo endoplásmico?

La ER se notó por primera vez a fines del siglo XIX, cuando los estudios de células teñidas indicaron la presencia de algún tipo de estructura citoplasmática extensa, entonces conocida como gastroplasma. El microscopio electrónico hizo posible el estudio de la morfología del RE en la década de 1940, cuando se le dio su nombre actual.

Rough ER se llama así por su apariencia rugosa, que se debe a los ribosomas adheridos a su superficie externa (citoplasmática). El RE rugoso se encuentra inmediatamente adyacente al núcleo celular y su membrana es continua con la membrana externa de la envoltura nuclear. Los ribosomas en el RE rugoso se especializan en la síntesis de proteínas que poseen una secuencia señal que las dirige específicamente al RE para su procesamiento. (Varias otras proteínas en una célula, incluidas las destinadas al núcleo y las mitocondrias, se dirigen a la síntesis en los ribosomas libres o en las que no están unidas a la membrana del RE ver el ribosoma del artículo). Las proteínas sintetizadas por el ER rugoso tienen destinos finales específicos. Algunas proteínas, por ejemplo, permanecen dentro del RE, mientras que otras se envían al aparato de Golgi, que se encuentra al lado del RE. Las proteínas secretadas por el aparato de Golgi se dirigen a los lisosomas oa la membrana celular, y otras están destinadas a la secreción al exterior de la célula. Las proteínas destinadas al transporte al aparato de Golgi se transfieren desde los ribosomas en el RE rugoso al lumen del RE rugoso, que sirve como sitio de plegamiento, modificación y ensamblaje de proteínas.

La proximidad del RE rugoso al núcleo celular le da al RE un control único sobre el procesamiento de proteínas. El RE rugoso puede enviar señales rápidamente al núcleo cuando ocurren problemas en la síntesis y el plegamiento de proteínas y, por lo tanto, influye en la tasa general de traducción de proteínas. Cuando las proteínas mal plegadas o desplegadas se acumulan en la luz del RE, se activa un mecanismo de señalización conocido como respuesta de la proteína desplegada (UPR). La respuesta es adaptativa, de modo que la activación de la UPR desencadena reducciones en la síntesis de proteínas y mejoras en la capacidad de plegamiento de proteínas del RE y la degradación de proteínas asociada al RE. Si la respuesta adaptativa falla, las células se dirigen a sufrir apoptosis (muerte celular programada).


8.4 Cromosomas: los vectores de la herencia

Un cromosoma es una molécula de ácido desoxirribonucleico (ADN) con parte o todo el material genético (genoma) de un organismo. La mayoría de los cromosomas eucariotas incluyen proteínas de empaquetamiento que, con la ayuda de las proteínas chaperonas, se unen y condensan la molécula de ADN para evitar que se convierta en una maraña inmanejable. Esta estructura del genoma tridimensional juega un papel importante en la regulación transcripcional.

La palabra cromosoma proviene del griego χρῶμα (croma, "color") y σῶμα (soma, "cuerpo"), que describe su fuerte tinción por tintes particulares. El término fue acuñado por el científico alemán Heinrich Wilhelm Gottfired von Waldeyer-Hartz, en referencia al término cromatina, que a su vez fue introducido por Walther Flemming, quien descubrió la división celular.

Los cromosomas normalmente son visibles bajo un microscopio óptico solo cuando la célula está experimentando división celular. Antes de que esto suceda, cada cromosoma se copia una vez (fase S) y la copia se une al original mediante un centrómero, lo que da como resultado una estructura en forma de X si el centrómero está ubicado en el medio del cromosoma o un dos brazos. estructura si el centrómero se encuentra cerca de uno de los extremos. El cromosoma original y la copia ahora se denominan cromátidas hermanas. Durante la metafase, la estructura en forma de X se denomina cromosoma en metafase. En esta forma altamente condensada, los cromosomas son más fáciles de distinguir y estudiar. En las células animales, los cromosomas alcanzan su nivel más alto de compactación en anafase durante la segregación cromosómica.

Los procariotas (bacterias y arqueas) suelen tener un solo cromosoma circular, pero existen muchas variaciones. Los cromosomas de la mayoría de las bacterias, que algunos autores prefieren llamar genóforos, pueden variar en tamaño desde solo 130.000 pares de bases en las bacterias endosimbióticas. Candidatus Hodgkinia cicadicola y Candidatus Tremblaya princeps, a más de 14.000.000 pares de bases en la bacteria que habita en el suelo Sorangium cellulosum. Las espiroquetas del género Borrelia son una excepción notable a esta disposición, con bacterias como Borrelia burgdorferi, la causa de la enfermedad de Lyme, que contiene un solo cromosoma lineal.

Los cromosomas en eucariotas están compuestos de fibra de cromatina. La fibra de cromatina está formada por nucleosomas (octámeros de histonas con parte de una hebra de ADN adherida y envuelta a su alrededor). Las fibras de cromatina son empaquetadas por proteínas en una estructura condensada llamada cromatina. La cromatina contiene la gran mayoría del ADN, pero una pequeña cantidad heredada por vía materna se puede encontrar en las mitocondrias. La cromatina está presente en la mayoría de las células, con algunas excepciones, por ejemplo, los glóbulos rojos.

La cromatina permite que las moléculas de ADN muy largas encajen en el núcleo celular. Durante la división celular, la cromatina se condensa aún más para formar cromosomas visibles microscópicamente. La estructura de los cromosomas varía a lo largo del ciclo celular. Durante la división celular, los cromosomas se replican, dividen y pasan con éxito a sus células hijas para garantizar la diversidad genética y la supervivencia de su progenie. Los cromosomas pueden existir como duplicados o no duplicados. Los cromosomas no duplicados son dobles hélices simples, mientras que los cromosomas duplicados contienen dos copias idénticas (llamadas cromátidas o cromátidas hermanas) unidas por un centrómero.

Los eucariotas poseen múltiples cromosomas lineales grandes contenidos en el núcleo de la célula. Cada cromosoma tiene un centrómero, con uno o dos brazos que se proyectan desde el centrómero, aunque, en la mayoría de las circunstancias, estos brazos no son visibles como tales. Además, la mayoría de los eucariotas tienen un pequeño genoma mitocondrial circular y algunos eucariotas pueden tener cromosomas citoplasmáticos circulares o lineales pequeños adicionales.

En los cromosomas nucleares de los eucariotas, el ADN no condensado existe en una estructura semiordenada, donde se envuelve alrededor de histonas (proteínas estructurales), formando un material compuesto llamado cromatina.

8.4.1 Cromatina en interfase

Durante la interfase (el período del ciclo celular en el que la célula no se divide), se pueden distinguir dos tipos de cromatina:

  • Eucromatina, que consiste en ADN que está activo, por ejemplo, que se expresa como proteína.
  • Heterocromatina, que consiste principalmente en ADN inactivo. Parece tener propósitos estructurales durante las etapas cromosómicas.

La heterocromatina se puede distinguir en dos tipos

  • Heterocromatina constitutiva, que nunca se expresa. Se encuentra alrededor del centrómero y generalmente contiene secuencias repetitivas.
  • Heterocromatina facultativa, que a veces se expresa.

8.4.2 Cromatina en metafase y división

En las primeras etapas de la mitosis o meiosis (división celular), las hélices dobles de la cromatina se condensan cada vez más. Dejan de funcionar como material genético accesible (la transcripción se detiene) y se convierten en una forma transportable compacta. Esta forma compacta hace que los cromosomas individuales sean visibles y forman la estructura clásica de cuatro brazos, un par de cromátidas hermanas unidas entre sí en el centrómero. Los brazos más cortos se llaman p brazos (del francés petit, pequeño) y los brazos más largos se llaman q brazos (q sigue a p en el alfabeto latino qg "grande" alternativamente a veces se dice q es la abreviatura de cola que significa cola en francés) . Este es el único contexto natural en el que los cromosomas individuales son visibles con un microscopio óptico.

Los cromosomas mitóticos en metafase se describen mejor mediante una matriz comprimida longitudinalmente organizada linealmente de bucles de cromatina consecutivos.

Durante la mitosis, los microtúbulos crecen a partir de centrosomas ubicados en los extremos opuestos de la célula y también se adhieren al centrómero en estructuras especializadas llamadas cinetocoros, uno de los cuales está presente en cada cromátida hermana. Una secuencia de bases de ADN especial en la región de los cinetocoros proporciona, junto con proteínas especiales, una unión más duradera en esta región. Luego, los microtúbulos separan las cromátidas hacia los centrosomas, de modo que cada célula hija hereda un conjunto de cromátidas. Una vez que las células se han dividido, las cromátidas se desenrollan y el ADN se puede volver a transcribir. A pesar de su apariencia, los cromosomas están altamente condensados ​​estructuralmente, lo que permite que estas estructuras de ADN gigantes estén contenidas dentro de un núcleo celular.

8.4.3 Cromosomas humanos

Los cromosomas en los seres humanos se pueden dividir en dos tipos: autosomas (cromosomas corporales) y alosomas (cromosomas sexuales). Ciertos rasgos genéticos están relacionados con el sexo de una persona y se transmiten a través de los cromosomas sexuales. Los autosomas contienen el resto de la información genética hereditaria. Todos actúan de la misma manera durante la división celular. Las células humanas tienen 23 pares de cromosomas (22 pares de autosomas y un par de cromosomas sexuales), lo que da un total de 46 por célula (Figura 8.3). Además de estos, las células humanas tienen muchos cientos de copias del genoma mitocondrial. La secuenciación del genoma humano ha proporcionado una gran cantidad de información sobre cada uno de los cromosomas (tabla 8.2).

Tabla 8.2: Ensamblaje del genoma humano GRCh38.p12 (nucleótidos) y GRCh38.p13 (genes codificantes). Longitud de la secuencia de ADN y número de genes codificantes de cada cromosoma humano. Las longitudes totales se calculan sumando la longitud de las bases secuenciadas y los huecos estimados.
Cromosoma Largo total Codificación de genes
1 248,956,422 2,057
2 242,193,529 1,303
3 198,295,559 1,078
4 190,214,555 753
5 181,538,259 885
6 170,805,979 1,048
7 159,345,973 999
8 145,138,636 685
9 138,394,717 780
10 133,797,422 733
11 135,086,622 1,317
12 133,275,309 1,034
13 114,364,328 32
14 107,043,718 81
15 101,991,189 61
16 90,338,345 859
17 83,257,441 1,186
18 80,373,285 268
19 58,617,616 1,473
20 64,444,167 546
21 46,709,983 233
22 50,818,468 494
X 156,040,895 852
Y 57,227,415 66
MONTE 16,569 13
Despuesto 4,485,509
Genoma 3,099,734,149 20,415

8.4.4 Número de cromosomas en varios organismos

Las siguientes tablas (Tablas 8.3 y 8.4) dan el número total de cromosomas (incluidos los cromosomas sexuales) en un núcleo celular. Por ejemplo, la mayoría de los eucariotas son diploides, como los humanos que tienen 22 tipos diferentes de autosomas, cada uno presente como pares homólogos (es decir, un cromosoma de cada tipo heredado de la madre y uno del padre) y dos cromosomas sexuales. Esto da 46 cromosomas en total. Otros organismos tienen más de dos copias de sus tipos de cromosomas, como el trigo harinero, que es hexaploide y tiene seis copias de siete tipos de cromosomas diferentes: 42 cromosomas en total.

Los miembros normales de una especie eucariota particular tienen todos el mismo número de cromosomas nucleares. Otros cromosomas eucariotas, es decir, los cromosomas pequeños mitocondriales y similares a plásmidos, son mucho más variables en número y puede haber miles de copias por célula.

Tabla 8.3: Números de cromosomas en algunas plantas.
Planta Número de cromosomas
Helecho lengua de víbora (poliploide) aprox. 1200
Arabidopsis thaliana (diploide) 10
Trigo Einkorn (diploide) 14
Centeno (diploide) 14
Maíz (diploide o paleotetraploide) 20
Trigo duro (tetraploide) 28
Pan de trigo (hexaploide) 42
Tabaco cultivado (tetraploide) 48
Tabla 8.4: Números de cromosomas (2n) en algunos animales.
Animal Número de cromosomas
Muntjac indio 7
Mosca de la fruta común 8
Milpiés de la píldoraArthrosphaera fumosa) 30
Lombriz (Octodrilus complanatus) 36
Zorro tibetano 36
Gato domestico 38
Cerdo doméstico 38
Ratón de laboratorio 40
Rata de laboratorio 42
Conejo (Oryctolagus cuniculus) 44
Hámster sirio 44
GuppyPoecilia reticulata) 46
Humano 46
Liebres 48
Gorilas, chimpancés 48
Oveja domestica 54
Caracol de jardín 54
Gusano de seda 56
Elefantes 56
Vaca 60
Burro 62
conejillo de indias 64
Caballo 64
Perro 78
Erizo 90
Pez de colores 100–104
Martín pescador 132

Las especies que se reproducen asexualmente tienen un conjunto de cromosomas que son iguales en todas las células del cuerpo. Sin embargo, las especies asexuales pueden ser haploides o diploides.

Las especies que se reproducen sexualmente tienen células somáticas (células corporales), que son diploides [2n] que tienen dos juegos de cromosomas (23 pares en humanos con un juego de 23 cromosomas de cada padre), un juego de la madre y otro del padre. Los gametos, células reproductoras, son haploides [n]: tienen un conjunto de cromosomas. Los gametos se producen por meiosis de una célula de línea germinal diploide. Durante la meiosis, los cromosomas coincidentes del padre y la madre pueden intercambiar pequeñas partes de sí mismos (cruzamiento) y, por lo tanto, crear nuevos crmosomas que no se heredan únicamente de ninguno de los padres. Cuando un gameto masculino y femenino se fusionan (fertilización), se forma un nuevo organismo diploide.

Algunas especies de animales y plantas son poliploides [Xn]: tienen más de dos juegos de cromosomas homólogos. Las plantas importantes en la agricultura, como el tabaco o el trigo, suelen ser poliploides, en comparación con sus especies ancestrales. El trigo tiene un número haploide de siete cromosomas, que todavía se observa en algunos cultivares, así como en los progenitores silvestres. Los tipos más comunes de pasta y trigo harinero son poliploides, con 28 cromosomas (tetraploides) y 42 (hexaploides), en comparación con los 14 cromosomas (diploides) del trigo silvestre.

8.4.5 Cromosomas procarióticos

Las especies de procariotas generalmente tienen una copia de cada cromosoma principal, pero la mayoría de las células pueden sobrevivir fácilmente con múltiples copias. Por ejemplo, Buchnera, un simbionte de pulgones tiene múltiples copias de su cromosoma, que van desde 10 a 400 copias por célula. Sin embargo, en algunas bacterias grandes, como Epulopiscium fishelsoni pueden estar presentes hasta 100.000 copias del cromosoma. Los plásmidos y los pequeños cromosomas similares a plásmidos son, como en los eucariotas, muy variables en número de copias. La cantidad de plásmidos en la célula está determinada casi en su totalidad por la tasa de división del plásmido: la división rápida produce un alto número de copias.


Resumen de la sección

La transcripción en eucariotas implica uno de los tres tipos de polimerasas, dependiendo del gen que se transcribe. La ARN polimerasa II transcribe todos los genes que codifican proteínas, mientras que la ARN polimerasa I transcribe los genes de ARNr duplicados en tándem y la ARN polimerasa III transcribe varios ARN pequeños, como los genes de ARNr 5S, ARNt y ARN nuclear pequeño. El inicio de la transcripción en eucariotas implica la unión de varios factores de transcripción a secuencias promotoras complejas que normalmente se localizan corriente arriba del gen que se está copiando. El ARNm se sintetiza en la dirección 5 & # 8242 a 3 & # 8242, y el complejo FACT se mueve y vuelve a ensamblar los nucleosomas a medida que pasa la polimerasa. Mientras que las ARN polimerasas I y III terminan la transcripción mediante métodos dependientes de proteínas o ARN en horquilla, la ARN polimerasa II transcribe 1000 o más nucleótidos más allá de la plantilla del gen y escinde el exceso durante el procesamiento previo al ARNm.


Anafase

Durante la anafase, la "fase ascendente", las proteínas cohesinas se degradan y las cromátidas hermanas se separan en el centrómero. Cada cromátida, ahora llamada cromosoma, es empujada rápidamente hacia el centrosoma al que está unido su microtúbulo. La célula se alarga visiblemente (forma ovalada) a medida que los microtúbulos polares se deslizan entre sí en la placa de metafase donde se superponen.

Figura 10 Anafase. Crédito de la foto Kelvin13 Wikimedia.


5.1: Características de las células eucariotas - Biología

¿Cuáles son las características definitorias de eucariota ¿células?

Preguntas de práctica

academia Khan

Preparación oficial de MCAT (AAMC)

Paquete de preguntas sobre biología, vol. 1 Pregunta 40

Paquete de preguntas de biología, Vol. 2. Pasaje 8 Pregunta 50

• Las células eucariotas tienen un núcleo y orgánulos unidos a la membrana, además de sufrir una división mitótica.

Núcleo: membrana que alberga material genético

Orgánulos: compartimentos de membrana con funciones especializadas

División mitótica: División celular que da como resultado dos células hijas, cada una con el mismo número y tipo de cromosomas que la célula madre.

Membranaligado: orgánulos, lo que significa que estos orgánulos (por ejemplo, mitocondrias, lisosomas, etc.) están rodeados por una bicapa de fosfolípidos

Eucariota: son organismos cuyas células tienen un núcleo encerrado dentro de membranas


La vacuola

Mire una célula vegetal bajo el microscopio y es probable que vea una grande burbuja ocupando mucho espacio. Esa es la vacuola central.

En las plantas, la vacuola central se llena de agua y sustancias disueltas, y puede volverse tan grande que ocupa las tres cuartas partes de la célula. Aplica presión de turgencia a la pared celular para ayudar a "inflar" la celda para que la planta pueda mantenerse erguida.

Otros tipos de células eucariotas, como las células animales, tienen vacuolas más pequeñas. Diferentes vacuolas ayudan a almacenar nutrientes y productos de desecho, por lo que se mantienen organizados dentro de la célula.


Ver el vídeo: CARACTERISTICAS DE LAS CELULAS EUCARIOTAS (Junio 2022).


Comentarios:

  1. Kirk

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  2. Clayson

    Completamente comparto tu opinión. En él, algo es también para mí, parece que es una excelente idea. Estoy de acuerdo contigo.

  3. Bennet

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