La estructura y función de una célula

las células representan los objetos más pequeños, o al menos los más irreductibles, que presentan todas las cualidades asociadas con la perspectiva mágica llamada "vida", como el metabolismo (extracción de energía de fuentes externas para potenciar los procesos internos) y la reproducción . a este respecto, ocupan el mismo nicho en biología que los átomos en química: ciertamente se pueden dividir en partes más pequeñas, pero aisladamente, esas piezas realmente no pueden hacer mucho. en cualquier caso, el cuerpo humano, sin duda contiene una gran cantidad de ellos - más del 30 billones de dólares (Es decir, 30 millones de millones).

Un refrán común tanto en las ciencias naturales como en el mundo de la ingeniería es "la forma se ajusta a la función". esto significa esencialmente que si algo tiene que hacer un trabajo determinado, probablemente se verá como si fuera capaz de hacer ese trabajo; a la inversa, si algo parece estar hecho para realizar una tarea o tareas determinadas, entonces hay una buena probabilidad de que esto sea exactamente lo que hace esa cosa.

la organización de las células y los procesos que llevan a cabo están íntimamente relacionados, incluso son inseparables, y dominar los conceptos básicos de la estructura y función celular es gratificante en sí mismo y necesario para comprender completamente la naturaleza de los seres vivos.

el concepto de materia, tanto viviente como no viviente, que consiste en un gran número de unidades discretas y similares ha existido desde la época de Demócrito, un erudito griego cuya vida abarcó los siglos 5 y 4 aC pero que las células son demasiado pequeñas para ser vistas a simple vista, no fue hasta el siglo XVII, después de la invención de los primeros microscopios, que nadie pudo visualizarlos.

A Robert Hooke generalmente se le atribuye haber acuñado el término "celda" en un contexto biológico en 1665, aunque su trabajo en esta área se centró en el corcho. unos 20 años después, anton van leeuwenhoek descubrió las bacterias. Sin embargo, pasarán varios siglos más antes de que las partes específicas de una célula y sus funciones se puedan aclarar y describir completamente. En 1855, el científico relativamente oscuro, Rudolph Virchow, teorizó, correctamente, que las células vivas solo pueden provenir de otras células vivas, aunque las primeras observaciones de la replicación cromosómica aún estaban a un par de décadas.

los procariotas, que abarcan los dominios taxonómicos bacterias y arqueas, han existido durante aproximadamente tres mil millones y medio de años, lo que representa aproximadamente tres cuartos de la edad de la Tierra. (la taxonomía es la ciencia que se ocupa de la clasificación de los seres vivos; dominio es la categoría de más alto nivel dentro de la jerarquía). Los organismos procarióticos generalmente consisten de una sola célula.

Los eucariotas, el tercer dominio, incluyen animales, plantas y hongos; en resumen, cualquier cosa viva que se pueda ver sin instrumentos de laboratorio. se cree que las células de estos organismos han surgido de procariotas como resultado de la endosimbiosis (del griego de "vivir juntos en el interior"). hace cerca de 3 mil millones de años, una célula engullía una bacteria aeróbica (que usa oxígeno), que servía para los propósitos de ambas formas de vida porque la bacteria "ingerida" proporcionaba un medio de producción de energía para la célula huésped al tiempo que proporcionaba un entorno de apoyo para la célula huésped. endosimbionte .

Las células varían ampliamente en tamaño, forma y distribución de sus contenidos, especialmente en el ámbito de los eucariotas. estos organismos son mucho más grandes y más diversos que los procariotas, y en el espíritu de la "función de ajuste de forma" mencionada anteriormente, estas diferencias son evidentes incluso a nivel de células individuales.

Consulte cualquier diagrama celular, y no importa a qué organismo pertenece la célula, tiene la seguridad de ver ciertas características. estos incluyen una membrana plasmática , que encierra los contenidos celulares; el citoplasma , que es un medio gelatinoso que forma la mayor parte del interior de la célula; ácido desoxirribonucleico (ADN), el material genético que las células pasan a las células hijas que se forman cuando una célula se divide en dos durante la reproducción; y los ribosomas, que son estructuras que son los sitios de síntesis de proteínas.

Los procariotas también tienen una pared celular externa a la membrana celular, al igual que las plantas. en los eucariotas, el ADN está encerrado en un núcleo, que tiene su propia membrana plasmática muy similar a la que rodea a la célula.

La membrana plasmática de las células consiste en una bicapa de fosfolípidos , cuya organización se deriva de las propiedades electroquímicas de sus partes constituyentes. Las moléculas de fosfolípidos en cada una de las dos capas incluyen "cabezas" hidrofílicas , que son atraídas hacia el agua debido a su carga, y "colas" hidrofóbicas , que no están cargadas y, por lo tanto, tienden a alejarse del agua. Las porciones hidrófobas de cada capa se enfrentan entre sí en el interior de la membrana doble. el lado hidrófilo de la capa exterior mira hacia el exterior de la célula, mientras que el lado hidrófilo de la capa interna mira hacia el citoplasma.

De manera crucial, la membrana plasmática es semipermeable , lo que significa que, más bien como un guardabosques en un club nocturno, otorga la entrada a ciertas moléculas mientras niega la entrada a otras. Las moléculas pequeñas como la glucosa (el azúcar que sirve como la fuente de combustible definitiva para todas las células) y el dióxido de carbono pueden moverse libremente dentro y fuera de la célula, esquivando las moléculas de fosfolípidos alineadas perpendicularmente a la membrana en su totalidad. otras "sustancias" son transportadas activamente a través de la membrana por "bombas" impulsadas por trifosfato de adenosina (atp), un nucleótido que sirve como la "moneda" de energía de todas las células.

El núcleo funciona como el cerebro de las células eucariotas. La membrana plasmática alrededor del núcleo se llama la envoltura nuclear. Dentro del núcleo hay cromosomas , que son "trozos" de ADN; el número de cromosomas varía de una especie a otra (los humanos tienen 23 tipos distintos, pero 46 en total, uno de cada tipo de la madre y otro del padre).

cuando una célula eucariota se divide, el ADN dentro del núcleo lo hace primero, después de que todos los cromosomas se replican. Este proceso, llamado mitosis , se detalla más adelante.

Los ribosomas se encuentran en el citoplasma de células tanto eucariotas como procariotas. en los eucariotas, se agrupan a lo largo de ciertos orgánulos (estructuras unidas a la membrana que tienen funciones específicas, como lo hacen los órganos como el hígado y los riñones en una escala mayor). Los ribosomas producen proteínas siguiendo las instrucciones que aparecen en el "código" del ADN y se transmiten a los ribosomas por medio del ácido ribonucleico mensajero (mrna).

después de que la mrna se sintetiza en el núcleo utilizando el ADN como plantilla, abandona el núcleo y se une a los ribosomas, que ensamblan proteínas de entre 20 aminoácidos diferentes . el proceso de hacer mrna se llama transcripción , mientras que la síntesis de proteínas en sí se conoce como traducción .

ninguna discusión sobre la composición y función de las células eucariotas podría ser completa o incluso relevante sin un tratamiento exhaustivo de las mitocondrias. estos orgánulos que son notables en al menos dos formas: han ayudado a los científicos a aprender mucho sobre los orígenes evolutivos de las células en general, y son casi los únicos responsables de la diversidad de la vida eucariótica al permitir el desarrollo de la respiración celular.

Todas las células utilizan la glucosa de azúcar de seis carbonos como combustible. Tanto en los procariotas como en los eucariotas, la glucosa sufre una serie de reacciones químicas denominadas colectivamente glucólisis , que genera una pequeña cantidad de atp para las necesidades de la célula. en casi todos los procariotas, este es el final de la línea metabólica. pero en los eucariotas, que son capaces de usar oxígeno, los productos de la glucólisis pasan a la mitocondria y experimentan más reacciones.

El primero de ellos es el ciclo de Krebs , que crea una pequeña cantidad de atp, pero en su mayoría funciona para acumular moléculas intermedias para el gran final de la respiración celular, la cadena de transporte de electrones . El ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz de las mitocondrias (la versión del organelo de un citoplasma privado), mientras que la cadena de transporte de electrones, que produce la gran mayoría de atp en eucariotas, se manifiesta en la membrana mitocondrial interna.

las células eucariotas cuentan con una serie de elementos especializados que subrayan las necesidades metabólicas extensas e interrelacionadas de estas células complejas. éstos incluyen:

• Retículo endoplásmico: este orgánulo es una red de túbulos que consiste en una membrana plasmática que es continua con la envoltura nuclear. su trabajo consiste en modificar proteínas de nueva fabricación para prepararlas para sus funciones celulares posteriores como enzimas, elementos estructurales, etc., adaptándolas a las necesidades específicas de la célula. También fabrica carbohidratos, lípidos (grasas) y hormonas. El retículo endoplásmico aparece como suave o áspero en la microscopía, formas que se abrevian ser y rer respectivamente. el rer se designa así porque está "salpicado" de ribosomas; Aquí es donde se produce la modificación de la proteína. El ser, por otro lado, es donde se ensamblan las sustancias antes mencionadas.
• Cuerpos de golgi: también llamados aparato de golgi. Se parece a una pila aplanada de sacos unidos a la membrana, y contiene lípidos y proteínas en vesículas que luego se separan del retículo endoplásmico. Las vesículas suministran los lípidos y proteínas a otras partes de la célula.
  
• Lisosomas: todos los procesos metabólicos generan desechos, y la célula debe poseer un medio para deshacerse de ellos. Esta función está a cargo de los lisosomas, que contienen enzimas digestivas que descomponen las proteínas, las grasas y otras sustancias, incluidos los propios orgánulos desgastados.
• Vacuolas y vesículas: estos orgánulos son sacos que se desplazan alrededor de diversos componentes celulares, llevándolos de una ubicación intracelular a la siguiente. La principal diferencia es que las vesículas pueden fusionarse con otros componentes membranosos de la célula, mientras que las vacuolas no pueden fusionarse. En las células vegetales, algunas vacuolas contienen enzimas digestivas que pueden descomponer moléculas grandes, no como los lisosomas.
• Citoesqueleto: este material consiste en microtúbulos, complejos de proteínas que ofrecen soporte estructural al extenderse desde el núcleo a través del citoplasma hasta la membrana plasmática. en este sentido, son como las vigas y vigas de un edificio, que actúan para evitar que toda la célula dinámica se colapse sobre sí misma.

cuando las células bacterianas se dividen, el proceso es simple: la célula copia todos sus elementos, incluido su ADN, mientras duplica su tamaño aproximadamente, y luego se divide en dos en un proceso conocido como fisión binaria.

La división celular eucariota es más complicada. Primero, el ADN en el núcleo se replica mientras que la envoltura nuclear se disuelve, y luego los cromosomas replicados se separan en núcleos hijos. esto se conoce como mitosis y consta de cuatro etapas distintas: profase, metafase, anafase y telofase; muchas fuentes insertan una quinta etapa, llamada prometaphase, justo después de la profase. después de eso, el núcleo se divide y se forman nuevas envolturas nucleares alrededor de dos conjuntos idénticos de cromosomas.

finalmente, la célula como un todo se divide en un proceso conocido como citocinesis . cuando ciertos defectos están presentes en el ADN gracias a malformaciones heredadas (mutaciones) o la presencia de sustancias químicas dañinas, la división celular puede realizarse sin control; Esta es la base para los cánceres, un grupo de enfermedades para las que no hay cura, aunque los tratamientos continúan mejorando para permitir una calidad de vida enormemente mejorada.