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No confundir con biología celular .

Célula
Wilson1900Fig2.jpg
Células de raíz de cebolla ( Allium cepa ) en diferentes fases del ciclo celular (dibujado por EB Wilson , 1900)
Celltypes.svg
Una célula eucariota (izquierda) y una célula procariota (derecha)
Identificadores
MallaD002477
THH1.00.01.0.00001
FMA686465
Terminología anatómica

La célula (del latín cella , que significa "habitación pequeña" [1] ) es la unidad básica estructural, funcional y biológica de todos los organismos conocidos. Las células son las unidades de vida más pequeñas y, por lo tanto, a menudo se las denomina "los componentes básicos de la vida". El estudio de las células se llama biología celular, biología celular o citología.

Las células consisten en citoplasma encerrado dentro de una membrana , que contiene muchas biomoléculas como proteínas y ácidos nucleicos . [2] La mayoría de las células vegetales y animales solo son visibles bajo un microscopio óptico , con dimensiones entre 1 y 100  micrómetros . [3] La microscopía electrónica proporciona una resolución mucho más alta que muestra una estructura celular muy detallada. Los organismos se pueden clasificar en unicelulares (que consisten en una sola célula, como las bacterias ) o multicelulares (que incluyen plantas y animales). [4] La mayoríaLos organismos unicelulares se clasifican como microorganismos .

El número de células en plantas y animales varía de una especie a otra; Se ha estimado que los humanos contienen alrededor de 40 billones (4 × 10 13 ) de células. [a] [5] El cerebro humano representa alrededor de 80 mil millones de estas células. [6]

Las celdas fueron descubiertas por Robert Hooke en 1665, quien las nombró por su parecido con las celdas habitadas por monjes cristianos en un monasterio. [7] [8] La teoría celular , desarrollada por primera vez en 1839 por Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann , establece que todos los organismos están compuestos por una o más células, que las células son la unidad fundamental de estructura y función en todos los organismos vivos, y que todas las células provienen de células preexistentes. [9] Las células surgieron en la Tierra hace al menos 3.500 millones de años. [10] [11] [12]

Tipos de celdas

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

Células procariotas

Artículo principal: Procariota
Estructura de una célula procariota típica

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

Una célula procariota tiene tres regiones:

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

Células eucariotas

Artículo principal: eucariota

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

  • La membrana plasmática se parece a la de los procariotas en función, con pequeñas diferencias en la configuración. Las paredes celulares pueden estar presentes o no.
  • El ADN eucariota está organizado en una o más moléculas lineales, llamadas cromosomas , que están asociadas con proteínas histonas . Todo el ADN cromosómico se almacena en el núcleo celular , separado del citoplasma por una membrana. [4] Algunos orgánulos eucariotas, como las mitocondrias, también contienen algo de ADN.
  • Muchas células eucariotas están ciliadas con cilios primarios . Los cilios primarios desempeñan un papel importante en la quimiosensación, la mecanosensación y la termosensación. Por tanto, cada cilio puede "verse como una antena celular sensorial que coordina un gran número de vías de señalización celular, a veces acoplando la señalización a la motilidad ciliar o alternativamente a la división y diferenciación celular". [15]
  • Los eucariotas móviles pueden moverse usando cilios móviles o flagelos . Las células móviles están ausentes en las coníferas y las plantas con flores . [16] Los flagelos eucariotas son más complejos que los de los procariotas. [17]
Comparación de características de células procariotas y eucariotas
ProcariotasEucariotas
Organismos típicosbacterias , arqueasprotistas , hongos , plantas , animales
Tamaño típico~ 1–5  μm [18]~ 10-100 μm [18]
Tipo de núcleoregión nucleoide ; sin núcleo verdaderoverdadero núcleo con doble membrana
ADNcircular (generalmente)moléculas lineales ( cromosomas ) con proteínas histonas
Síntesis de ARN / proteínasacoplado en el citoplasmaSíntesis de ARN en el núcleo
síntesis de proteínas en el citoplasma
Ribosomas50S y 30S60S y 40S
Estructura citoplásmicamuy pocas estructurasaltamente estructurado por endomembranas y un citoesqueleto
Movimiento celularflagelos hechos de flagelinaflagelos y cilios que contienen microtúbulos ; lamellipodia y filopodia que contienen actina
Mitocondriasningunouno a varios miles
Cloroplastosningunoen algas y plantas
Organizacióngeneralmente celdas individualescélulas individuales, colonias, organismos multicelulares superiores con células especializadas
División celularfisión binaria (división simple)mitosis (fisión o gemación)
meiosis
Cromosomascromosoma únicomás de un cromosoma
Membranasmembrana celularMembrana celular y orgánulos unidos a la membrana

Componentes subcelulares

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

Membrana

Artículo principal: membrana celular
Diagrama detallado de la membrana celular de la bicapa lipídica

La membrana celular , o membrana plasmática, es una membrana biológica que rodea el citoplasma de una célula. En los animales, la membrana plasmática es el límite exterior de la célula, mientras que en las plantas y los procariotas suele estar cubierta por una pared celular . Esta membrana sirve para separar y proteger una célula de su entorno circundante y está hecha principalmente de una doble capa de fosfolípidos , que son anfifílicos (en parte hidrófobos y en parte hidrófilos ). Por lo tanto, la capa se denomina bicapa de fosfolípidos o, a veces, membrana de mosaico fluido. Incrustado dentro de esta membrana hay una estructura macromolecular llamada porosomael portal secretor universal en las células y una variedad de moléculas de proteínas que actúan como canales y bombas que mueven diferentes moléculas dentro y fuera de la célula. [4] La membrana es semipermeable y selectivamente permeable, ya que puede dejar que una sustancia ( molécula o ión ) pase libremente, pase a través de forma limitada o no pase en absoluto. Las membranas de la superficie celular también contienen proteínas receptoras que permiten que las células detecten moléculas de señalización externas como las hormonas .

Citoesqueleto

Artículo principal: Citoesqueleto
Imagen fluorescente de una célula endotelial. Los núcleos se tiñen de azul, las mitocondrias se tiñen de rojo y los microfilamentos se tiñen de verde.

El citoesqueleto actúa para organizar y mantener la forma de la célula; ancla orgánulos en su lugar; ayuda durante la endocitosis , la absorción de materiales externos por una célula y la citocinesis , la separación de las células hijas después de la división celular ; y mueve partes de la célula en procesos de crecimiento y movilidad. El citoesqueleto eucariota está compuesto por microtúbulos , filamentos intermedios y microfilamentos . En el citoesqueleto de una neurona, los filamentos intermedios se conocen como neurofilamentos . Hay una gran cantidad de proteínas asociadas con ellos, cada una de las cuales controla la estructura de una célula al dirigir, agrupar y alinear filamentos.[4] El citoesqueleto procariota está menos estudiado, pero participa en el mantenimiento de la forma celular, la polaridad y la citocinesis. [19] La subunidad de la proteína de los microfilamentos es una pequeña proteína monomérica llamada actina . La subunidad de los microtúbulos es una molécula dimérica llamada tubulina . Los filamentos intermedios son heteropolímeros cuyas subunidades varían entre los tipos de células en diferentes tejidos. Pero algunas de las proteínas de la subunidad de los filamentos intermedios incluyen vimentina , desmina , lamina (láminas A, B y C), queratina (múltiples queratinas ácidas y básicas), proteínas de neurofilamento (NF-L, NF-M).

Material genético

Artículos principales: ADN y ARN
Ácido desoxirribonucleico (ADN)

Existen dos tipos diferentes de material genético: ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN). Las células utilizan el ADN para almacenar información a largo plazo. La información biológica contenida en un organismo está codificada en su secuencia de ADN. [4] El ARN se utiliza para el transporte de información (por ejemplo, ARNm ) y funciones enzimáticas (por ejemplo, ARN ribosómico ). Las moléculas de ARN de transferencia (ARNt) se utilizan para agregar aminoácidos durante la traducción de proteínas .

El material genético procariota está organizado en un cromosoma bacteriano circular simple en la región nucleoide del citoplasma. El material genético eucariota se divide en diferentes [4] moléculas lineales llamadas cromosomas dentro de un núcleo discreto, generalmente con material genético adicional en algunos orgánulos como mitocondrias y cloroplastos (ver teoría endosimbiótica ).

Una célula humana tiene material genético contenido en el núcleo celular (el genoma nuclear ) y en las mitocondrias (el genoma mitocondrial ). En los seres humanos, el genoma nuclear se divide en 46 moléculas de ADN lineales llamadas cromosomas , que incluyen 22 pares de cromosomas homólogos y un par de cromosomas sexuales . El genoma mitocondrial es una molécula de ADN circular distinta del ADN nuclear. Aunque el ADN mitocondrial es muy pequeño en comparación con los cromosomas nucleares, [4] codifica 13 proteínas involucradas en la producción de energía mitocondrial y ARNt específicos.

El material genético extraño (más comúnmente ADN) también se puede introducir artificialmente en la célula mediante un proceso llamado transfección . Esto puede ser transitorio, si el ADN no se inserta en el genoma de la célula , o estable, si lo está. Ciertos virus también insertan su material genético en el genoma.

Orgánulos

Artículo principal: Organelo

Los orgánulos son partes de la célula que están adaptadas y / o especializadas para llevar a cabo una o más funciones vitales, análogas a los órganos del cuerpo humano (como el corazón, pulmón y riñón, donde cada órgano realiza una función diferente). [4] Tanto las células eucariotas como las procariotas tienen orgánulos, pero los orgánulos procariotas son generalmente más simples y no están unidos a la membrana.

Hay varios tipos de orgánulos en una célula. Algunos (como el núcleo y el aparato de Golgi ) son típicamente solitarios, mientras que otros (como las mitocondrias , cloroplastos , peroxisomas y lisosomas ) pueden ser numerosos (cientos o miles). El citosol es el líquido gelatinoso que llena la célula y rodea los orgánulos.

Eucariota

Células cancerosas humanas, específicamente células HeLa , con ADN teñido de azul. La célula central y más a la derecha están en interfase , por lo que su ADN es difuso y todos los núcleos están marcados. La célula de la izquierda está atravesando una mitosis y sus cromosomas se han condensado.
Representación 3D de una célula eucariota
  • Núcleo celular : el centro de información de una célula, el núcleo celular es el orgánulo más conspicuo que se encuentra en una célula eucariota . Alberga los cromosomas de la célula y es el lugar 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 envoltura nuclear . La envoltura nuclear aísla y protege el ADN de una célula de varias moléculas que podrían dañar accidentalmente su estructura o interferir con su procesamiento. Durante el procesamiento, el ADN se transcribe o se copia en un ARN especial., llamado ARN mensajero (ARNm). Este ARNm luego se transporta fuera del núcleo, donde se traduce en una molécula de proteína específica. El nucleolo es una región especializada dentro del núcleo donde se ensamblan las subunidades de los ribosomas. En los procariotas, el procesamiento del ADN tiene lugar en el citoplasma . [4]
  • Mitocondrias y cloroplastos : generan energía para la célula. Las mitocondrias son orgánulos autorreplicantes que se presentan en varios números, formas y tamaños en el citoplasma de todas las células eucariotas. [4] La respiración ocurre en las mitocondrias celulares, que generan la energía de la célula por fosforilación oxidativa , usando oxígeno para liberar la energía almacenada en los nutrientes celulares (típicamente pertenecientes a la glucosa ) para generar ATP . Las mitocondrias se multiplican por fisión binaria , como los procariotas. Los cloroplastos solo se pueden encontrar en plantas y algas, y capturan la energía del sol para producir carbohidratos a través de la fotosíntesis .
Diagrama del sistema de endomembranas
  • Retículo endoplásmico : el retículo endoplásmico (RE) es una red de transporte de moléculas dirigidas a ciertas modificaciones y destinos específicos, en comparación con las moléculas que flotan libremente en el citoplasma. El RE tiene dos formas: el RE rugoso, que tiene ribosomas en su superficie que secretan proteínas hacia el RE, y el RE liso, que carece de ribosomas. [4] El RE liso juega un papel en el secuestro y liberación de calcio.
  • Aparato de Golgi : la función principal del aparato de Golgi es procesar y empaquetar las macromoléculas , como proteínas y lípidos, que son sintetizadas por la célula.
  • Lisosomas y peroxisomas : Los lisosomas contienen enzimas digestivas ( hidrolasas ácidas ). Ellos digieren orgánulos en exceso o desgastados , partículas de alimentos y virus o bacterias engullidos . Los peroxisomas tienen enzimas que liberan a la célula de peróxidos tóxicos . La célula no podría albergar estas enzimas destructivas si no estuvieran contenidas en un sistema de membrana. [4]
  • Centrosoma : el organizador del citoesqueleto: el centrosoma produce los microtúbulos de una célula, un componente clave del citoesqueleto . Dirige el transporte a través de la sala de emergencias y el aparato de Golgi . Los centrosomas están compuestos por dos centriolos , que se separan durante la división celular y ayudan en la formación del huso mitótico . Un solo centrosoma está presente en las células animales . También se encuentran en algunos hongos y células de algas.
  • Vacuolas : Las vacuolas secuestran los productos de desecho y en las células vegetales almacenan agua. A menudo se describen como espacios llenos de líquido y están rodeados por una membrana. Algunas células, sobre todo Amoeba , tienen vacuolas contráctiles, que pueden bombear agua fuera de la célula si hay demasiada agua. Las vacuolas de las células vegetales y las células fúngicas suelen ser más grandes que las de las células animales.

Eucariotas y procariotas

  • Ribosomas : el ribosoma es un gran complejo de moléculas de ARN y proteínas . [4] Cada uno consta de dos subunidades y actúa como una línea de ensamblaje donde el ARN del núcleo se usa para sintetizar proteínas a partir de aminoácidos. Los ribosomas se pueden encontrar flotando libremente o unidos a una membrana (el retículo endoplasmático rugoso en eucariotas o la membrana celular en procariotas). [20]

Estructuras fuera de la membrana celular.

Muchas células también tienen estructuras que existen total o parcialmente fuera de la membrana celular. Estas estructuras son notables porque no están protegidas del entorno externo por la membrana celular semipermeable . Para ensamblar estas estructuras, sus componentes deben ser transportados a través de la membrana celular mediante procesos de exportación.

Pared celular

Más información: pared celular

Muchos tipos de células procariotas y eucariotas tienen una pared celular . La pared celular actúa para proteger a la célula mecánica y químicamente de su entorno y es una capa adicional de protección para la membrana celular. Los diferentes tipos de células tienen paredes celulares formadas por diferentes materiales; Las paredes celulares de las plantas están compuestas principalmente de celulosa , las paredes celulares de los hongos están compuestas por quitina y las paredes celulares de las bacterias están compuestas por peptidoglicano .

Procariota

Cápsula

Algunas bacterias tienen una cápsula gelatinosa fuera de la membrana celular y la pared celular. La cápsula puede ser polisacárido como en neumococos , meningococos o polipéptidos como Bacillus anthracis o ácido hialurónico como en estreptococos . Las cápsulas no están marcadas por los protocolos de tinción normales y pueden detectarse con tinta china o azul de metilo ; lo que permite un mayor contraste entre las celdas para la observación. [21] : 87

Flagelos

Los flagelos son orgánulos para la movilidad celular. El flagelo bacteriano se extiende desde el citoplasma a través de la (s) membrana (s) celular (es) y se extruye a través de la pared celular. Son apéndices parecidos a hilos largos y gruesos, de naturaleza proteica. Un tipo diferente de flagelo se encuentra en arqueas y un tipo diferente se encuentra en eucariotas.

Fimbrias

Una fimbria ( fimbria plural también conocida como pilus , pili plural) es un filamento corto, delgado, parecido a un cabello que se encuentra en la superficie de las bacterias. Las fimbrias están formadas por una proteína llamada pilina ( antigénica ) y son responsables de la unión de las bacterias a receptores específicos en las células humanas ( adhesión celular ). Hay tipos especiales de pili implicados en la conjugación bacteriana .

Procesos celulares

Los procariotas se dividen por fisión binaria , mientras que los eucariotas se dividen por mitosis o meiosis .

Replicación

Artículo principal: División celular

La división celular implica que una sola célula (llamada célula madre ) se divide en dos células hijas. Esto conduce al crecimiento de organismos multicelulares (el crecimiento de tejido ) y a la procreación ( reproducción vegetativa ) en organismos unicelulares . Las células procariotas se dividen por fisión binaria , mientras que las células eucariotas generalmente se someten a un proceso de división nuclear, llamado mitosis , seguido de división de la célula, llamado citocinesis . Una célula diploide también puede sufrir meiosis para producir células haploides, generalmente cuatro. Haploidelas células sirven como gametos en organismos multicelulares, fusionándose para formar nuevas células diploides.

La replicación del ADN , o el proceso de duplicar el genoma de una célula, [4] siempre ocurre cuando una célula se divide por mitosis o fisión binaria. Esto ocurre durante la fase S del ciclo celular .

En la meiosis, el ADN se replica solo una vez, mientras que la célula se divide dos veces. La replicación del ADN sólo se produce antes de la meiosis I . La replicación del ADN no ocurre cuando las células se dividen por segunda vez, en la meiosis II . [22] La replicación, como todas las actividades celulares, requiere proteínas especializadas para realizar su trabajo. [4]

Un esbozo del catabolismo de proteínas , carbohidratos y grasas.

Reparación de ADN

Artículo principal: reparación del ADN

En general, las células de todos los organismos contienen sistemas enzimáticos que escanean su ADN en busca de daños y llevan a cabo procesos de reparación cuando se detectan daños. [23] Se han desarrollado diversos procesos de reparación en organismos que van desde bacterias hasta humanos. La prevalencia generalizada de estos procesos de reparación indica la importancia de mantener el ADN celular en un estado intacto para evitar la muerte celular o errores de replicación debido a daños que podrían conducir a una mutación . La bacteria E. coli es un ejemplo bien estudiado de un organismo celular con diversos procesos de reparación del ADN bien definidos . Estos incluyen: (1) reparación por escisión de nucleótidos , (2) reparación de desajustes de ADN, (3) unión de extremos no homólogos de roturas de doble hebra, (4) reparación recombinacional y (5) reparación dependiente de la luz ( fotorreactivación ).

Crecimiento y metabolismo

Una descripción general de la síntesis de proteínas.
Dentro del núcleo de la célula ( azul claro ), los genes (ADN, azul oscuro ) se transcriben en ARN . Luego, este ARN se somete a modificación y control postranscripcionales, lo que da como resultado un ARNm maduro ( rojo ) que luego se transporta fuera del núcleo y al citoplasma ( melocotón ), donde se traduce en una proteína. El ARNm es traducido por ribosomas ( violeta ) que coinciden con los codones de tres bases.del ARNm a los anti-codones de tres bases del ARNt apropiado . Las proteínas recién sintetizadas ( negras ) a menudo se modifican aún más, por ejemplo, al unirse a una molécula efectora ( naranja ), para volverse completamente activas.
Artículos principales: crecimiento celular y metabolismo

Entre las sucesivas divisiones celulares, las células crecen mediante el funcionamiento del metabolismo celular. El metabolismo celular es el proceso mediante el cual las células individuales procesan moléculas de nutrientes. El metabolismo tiene dos divisiones distintas: catabolismo , en el que la célula descompone moléculas complejas para producir energía y poder reductor , y anabolismo , en el que la célula usa energía y poder reductor para construir moléculas complejas y realizar otras funciones biológicas. Los azúcares complejos que consume el organismo se pueden descomponer en moléculas de azúcar más simples llamadas monosacáridos , como la glucosa . Una vez dentro de la célula, la glucosa se descompone para producir trifosfato de adenosina ( ATP ), [4] una molécula que posee energía fácilmente disponible, a través de dos vías diferentes.

Síntesis de proteínas

Artículo principal: Biosíntesis de proteínas

Las células son capaces de sintetizar nuevas proteínas, que son esenciales para la modulación y mantenimiento de las actividades celulares. Este proceso implica la formación de nuevas moléculas de proteínas a partir de bloques de construcción de aminoácidos basados ​​en información codificada en ADN / ARN. La síntesis de proteínas generalmente consta de dos pasos principales: transcripción y traducción .

La transcripción es el proceso en el que se utiliza información genética en el ADN para producir una hebra de ARN complementaria. Esta cadena de ARN luego se procesa para producir ARN mensajero (ARNm), que puede migrar libremente a través de la célula. Las moléculas de ARNm se unen a complejos proteína-ARN llamados ribosomas ubicados en el citosol , donde se traducen en secuencias polipeptídicas. El ribosoma media la formación de una secuencia polipeptídica basada en la secuencia de ARNm. La secuencia de ARNm se relaciona directamente con la secuencia de polipéptidos uniéndose a moléculas adaptadoras de ARN de transferencia (ARNt) en bolsas de unión dentro del ribosoma. El nuevo polipéptido luego se pliega en una molécula de proteína funcional tridimensional.

Motilidad

Artículo principal: Motilidad

Los organismos unicelulares pueden moverse para encontrar comida o escapar de los depredadores. Los mecanismos comunes de movimiento incluyen flagelos y cilios .

En los organismos multicelulares, las células pueden moverse durante procesos como la cicatrización de heridas, la respuesta inmune y la metástasis del cáncer . Por ejemplo, en la cicatrización de heridas en animales, los glóbulos blancos se mueven al sitio de la herida para matar los microorganismos que causan la infección. La motilidad celular involucra muchos receptores, entrecruzamiento, agrupamiento, unión, adhesión, proteínas motoras y otras. [24] El proceso se divide en tres pasos: protuberancia del borde anterior de la célula, adhesión del borde anterior y desadhesión en el cuerpo y la parte posterior de la célula y contracción citoesquelética para tirar de la célula hacia adelante. Cada paso está impulsado por fuerzas físicas generadas por segmentos únicos del citoesqueleto. [25] [26]

Navegación, control y comunicación

Ver también: Cibernética § En biología

En agosto de 2020, los científicos describieron una forma en que las células, en particular las células de un moho limoso y las células derivadas del cáncer de páncreas de ratón, pueden navegar de manera eficiente a través de un cuerpo e identificar las mejores rutas a través de laberintos complejos: generando gradientes después de descomponer los quimioatrayentes difusos que Permítales percibir los próximos cruces de laberintos antes de llegar a ellos, incluso en las esquinas. [27] [28] [29]

Multicelularidad

Artículo principal: organismo multicelular

Especialización / diferenciación celular

Artículo principal: diferenciación celular
Tinción de Caenorhabditis elegans que resalta los núcleos de sus células.

Los organismos multicelulares son organismos que constan de más de una célula, en contraste con los organismos unicelulares . [30]

En los organismos multicelulares complejos, las células se especializan en diferentes tipos de células que se adaptan a funciones particulares. En los mamíferos, los principales tipos de células incluyen células de la piel , células musculares , neuronas , células sanguíneas , fibroblastos , células madre y otras. Los tipos de células difieren tanto en apariencia como en función, pero son genéticamente idénticos. Las células pueden ser del mismo genotipo pero de diferente tipo celular debido a la expresión diferencial de los genes que contienen.

La mayoría de los tipos de células distintos surgen de una sola célula totipotente , llamada cigoto , que se diferencia en cientos de tipos de células diferentes durante el curso del desarrollo . La diferenciación de las células está impulsada por diferentes señales ambientales (como la interacción célula-célula) y diferencias intrínsecas (como las causadas por la distribución desigual de moléculas durante la división ).

Origen de la multicelularidad

Artículo principal: organismo multicelular

La multicelularidad ha evolucionado de forma independiente al menos 25 veces, [31] incluso en algunos procariotas, como cianobacterias , mixobacterias , actinomicetos , Magnetoglobus multicelularis o Methanosarcina . Sin embargo, los organismos multicelulares complejos evolucionaron solo en seis grupos eucariotas: animales, hongos, algas pardas, algas rojas, algas verdes y plantas. [32] Evolucionó repetidamente para las plantas ( Chloroplastida ), una o dos veces para los animales , una vez para las algas pardas y quizás varias veces para los hongos , los mohos limosos y las algas rojas .[33] La multicelularidad puede haber evolucionado a partir de colonias de organismos interdependientes, de celularización o de organismos en relaciones simbióticas .

La primera evidencia de multicelularidad proviene de organismos similares a las cianobacterias que vivieron hace entre 3 y 3,5 mil millones de años. [31] Otros fósiles tempranos de organismos multicelulares incluyen la disputada Grypania spiralis y los fósiles de las lutitas negras de la Formación Paleoproterozoica Francevillian Group Fossil B en Gabón . [34]

La evolución de la multicelularidad a partir de antepasados ​​unicelulares se ha replicado en el laboratorio, en experimentos de evolución que utilizan la depredación como presión selectiva . [31]

Orígenes

Artículo principal: Historia evolutiva de la vida.

El origen de las células tiene que ver con el origen de la vida , que inició la historia de la vida en la Tierra.

Origen de la primera celda

Los estromatolitos son abandonados por cianobacterias , también llamadas algas verdiazules. Son los fósiles de vida más antiguos que se conocen en la Tierra. Este fósil de mil millones de años es del Parque Nacional Glacier en los Estados Unidos.
Más información: Abiogénesis y evolución de las células

Existen varias teorías sobre el origen de pequeñas moléculas que dieron lugar a la vida en la Tierra primitiva . Pueden haber sido transportados a la Tierra en meteoritos (ver meteorito de Murchison ), creados en respiraderos de aguas profundas o sintetizados por rayos en una atmósfera reductora (ver el experimento de Miller-Urey ). Hay pocos datos experimentales que definan cuáles fueron las primeras formas autorreplicantes. Se cree que el ARN es la molécula autorreplicante más temprana, ya que es capaz de almacenar información genética y catalizar reacciones químicas (ver la hipótesis del mundo del ARN ), pero alguna otra entidad con el potencial de autorreplicarse podría haber precedido al ARN, como arcilla oácido nucleico peptídico . [35]

Las células surgieron hace al menos 3.500 millones de años. [10] [11] [12] La creencia actual es que estas células eran heterótrofas . Las primeras membranas celulares eran probablemente más simples y permeables que las modernas, con una sola cadena de ácidos grasos por lípido. Se sabe que los lípidos forman espontáneamente vesículas bicapa en agua y podrían haber precedido al ARN, pero las primeras membranas celulares también podrían haber sido producidas por ARN catalítico, o incluso haber requerido proteínas estructurales antes de que pudieran formarse. [36]

Origen de las células eucariotas

Más información: Evolución de la reproducción sexual

La célula eucariota parece haber evolucionado a partir de una comunidad simbiótica de células procariotas. Los orgánulos portadores de ADN, como las mitocondrias y los cloroplastos , descienden de antiguas proteobacterias y cianobacterias simbióticas que respiran oxígeno , respectivamente, que fueron endosimbióticas por un procariota arquea ancestral .

Todavía existe un debate considerable sobre si los orgánulos como el hidrogenosoma son anteriores al origen de las mitocondrias , o viceversa: consulte la hipótesis del hidrógeno para el origen de las células eucariotas.

Historia de la investigacion

Artículo principal: teoría celular
Dibujo de celdas en corcho de Hooke , 1665
  • 1632-1723: Antonie van Leeuwenhoek aprendió por sí mismo a fabricar lentes , construyó microscopios ópticos básicos y dibujó protozoos, como Vorticella, del agua de lluvia y bacterias de su propia boca.
  • 1665: Robert Hooke descubrió células en corcho , luego en tejido vegetal vivo usando un microscopio compuesto temprano. Acuñó el término celda (del latín cella , que significa "habitación pequeña" [1] ) en su libro Micrographia (1665). [37]
  • 1839: Theodor Schwann y Matthias Jakob Schleiden aclararon el principio de que las plantas y los animales están hechos de células, concluyendo que las células son una unidad común de estructura y desarrollo, fundando así la teoría celular.
  • 1855: Rudolf Virchow declaró que las nuevas células provienen de células preexistentes por división celular ( omnis cellula ex cellula ).
  • 1859: Louis Pasteur (1822-1895) contradijo la creencia de que las formas de vida pueden ocurrir espontáneamente ( generatio spontanea ) (aunque Francesco Redi había realizado un experimento en 1668 que sugería la misma conclusión).
  • 1931: Ernst Ruska construyó el primer microscopio electrónico de transmisión (TEM) en la Universidad de Berlín . En 1935, había construido un EM con el doble de resolución que un microscopio óptico, revelando orgánulos que antes no se podían resolver.
  • 1953: Basado en el trabajo de Rosalind Franklin , Watson y Crick hicieron su primer anuncio sobre la estructura de doble hélice del ADN.
  • 1981: Lynn Margulis publicó Symbiosis in Cell Evolution detallando la teoría endosimbiótica .

Ver también

  • Corteza celular
  • Cultivo de células
  • Modelo celular
  • Cytorrhysis
  • Cytoneme
  • Citotoxicidad
  • Célula humana
  • Balsa de lípidos
  • Esquema de la biología celular
  • Parakaryon myojinensis
  • Plasmólisis
  • Sincitio
  • Nanotubo de tunelización
  • Bóveda (orgánulo)

Referencias

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Notas

  1. ^ Una aproximación hecha para alguien que tiene 30 años, pesa 70 kilogramos (150 libras) y mide 172 centímetros (5,64 pies) de altura. [5] La aproximación no es exacta, este estudio estimó que el número de células era 3,72 ± 0,81 × 10 13 . [5]

Otras lecturas

  • Alberts B, Johnson A, Lewis J, Morgan D, Raff M, Roberts K, Walter P (2015). Biología molecular de la célula (6ª ed.). Garland Science. pag. 2. ISBN 9780815344322.
  • Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2014). Biología molecular de la célula (6ª ed.). Guirnalda. ISBN 9780815344322.; La cuarta edición está disponible gratuitamente en el National Center for Biotechnology Information Bookshelf.
  • Lodish H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipurksy SL, Darnell J (2004). Biología celular molecular (5ª ed.). WH Freeman: Nueva York, NY. ISBN 9780716743668.
  • Cooper GM (2000). La célula: un enfoque molecular (2ª ed.). Washington, DC: Prensa de ASM. ISBN 9780878931026.

enlaces externos

  • MBInfo - Descripciones sobre funciones y procesos celulares
  • MBInfo - Organización celular
  • Inside the Cell : un folleto de educación científica de los Institutos Nacionales de Salud , en PDF y ePub .
  • Cells Alive!
  • Biología celular en "The Biology Project" de la Universidad de Arizona .
  • Center of the Cell en línea
  • La Biblioteca de imágenes y videos de la Sociedad Estadounidense de Biología Celular , una colección de imágenes fijas, videoclips y libros digitales revisados ​​por pares que ilustran la estructura, función y biología de la célula.
  • Blog de HighMag , imágenes fijas de células de artículos de investigación recientes.
  • Nuevo microscopio produce deslumbrantes películas en 3D de células vivas , 4 de marzo de 2011 - Instituto Médico Howard Hughes .
  • WormWeb.org: Visualización interactiva del linaje celular C. elegans - Visualice todo el árbol del linaje celular del nematodo C. elegans
  • Microfotografías de células