La estructura y función de una célula

La estructura y función de una célula

las c√©lulas representan los objetos m√°s peque√Īos, o al menos los m√°s irreductibles, que presentan todas las cualidades asociadas con la perspectiva m√°gica llamada "vida", como el metabolismo (extracci√≥n de energ√≠a de fuentes externas para potenciar los procesos internos) y la reproducci√≥n . a este respecto, ocupan el mismo nicho en biolog√≠a que los √°tomos en qu√≠mica: ciertamente se pueden dividir en partes m√°s peque√Īas, pero aisladamente, esas piezas realmente no pueden hacer mucho. en cualquier caso, el cuerpo humano, sin duda contiene una gran cantidad de ellos - m√°s del 30 billones de d√≥lares (Es decir, 30 millones de millones).

Un refr√°n com√ļn tanto en las ciencias naturales como en el mundo de la ingenier√≠a es "la forma se ajusta a la funci√≥n". esto significa esencialmente que si algo tiene que hacer un trabajo determinado, probablemente se ver√° 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.

descubrimiento de la celda

el concepto de materia, tanto viviente como no viviente, que consiste en un gran n√ļmero de unidades discretas y similares ha existido desde la √©poca de Dem√≥crito, un erudito griego cuya vida abarc√≥ los siglos 5 y 4 aC pero que las c√©lulas son demasiado peque√Īas para ser vistas a simple vista, no fue hasta el siglo XVII, despu√©s de la invenci√≥n de los primeros microscopios, que nadie pudo visualizarlos.

A Robert Hooke generalmente se le atribuye haber acu√Īado el t√©rmino "celda" en un contexto biol√≥gico en 1665, aunque su trabajo en esta √°rea se centr√≥ en el corcho. unos 20 a√Īos despu√©s, anton van leeuwenhoek descubri√≥ las bacterias. Sin embargo, pasar√°n varios siglos m√°s antes de que las partes espec√≠ficas de una c√©lula y sus funciones se puedan aclarar y describir completamente. En 1855, el cient√≠fico relativamente oscuro, Rudolph Virchow, teoriz√≥, correctamente, que las c√©lulas vivas solo pueden provenir de otras c√©lulas vivas, aunque las primeras observaciones de la replicaci√≥n cromos√≥mica a√ļn estaban a un par de d√©cadas.

células procariotas vs. eucariotas

los procariotas, que abarcan los dominios taxon√≥micos bacterias y arqueas, han existido durante aproximadamente tres mil millones y medio de a√Īos, lo que representa aproximadamente tres cuartos de la edad de la Tierra. (la taxonom√≠a es la ciencia que se ocupa de la clasificaci√≥n de los seres vivos; dominio es la categor√≠a de m√°s alto nivel dentro de la jerarqu√≠a). Los organismos procari√≥ticos generalmente consisten de una sola c√©lula.

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 c√©lulas 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 a√Īos, una c√©lula engull√≠a una bacteria aer√≥bica (que usa ox√≠geno), que serv√≠a para los prop√≥sitos de ambas formas de vida porque la bacteria "ingerida" proporcionaba un medio de producci√≥n de energ√≠a para la c√©lula hu√©sped al tiempo que proporcionaba un entorno de apoyo para la c√©lula hu√©sped. endosimbionte .

composición y función celular

Las c√©lulas var√≠an ampliamente en tama√Īo, forma y distribuci√≥n de sus contenidos, especialmente en el √°mbito de los eucariotas. estos organismos son mucho m√°s grandes y m√°s diversos que los procariotas, y en el esp√≠ritu de la "funci√≥n de ajuste de forma" mencionada anteriormente, estas diferencias son evidentes incluso a nivel de c√©lulas 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 tambi√©n tienen una pared celular externa a la membrana celular, al igual que las plantas. en los eucariotas, el ADN est√° encerrado en un n√ļcleo, que tiene su propia membrana plasm√°tica muy similar a la que rodea a la c√©lula.

la membrana plasm√°tica

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 plasm√°tica es semipermeable , lo que significa que, m√°s bien como un guardabosques en un club nocturno, otorga la entrada a ciertas mol√©culas mientras niega la entrada a otras. Las mol√©culas peque√Īas como la glucosa (el az√ļcar que sirve como la fuente de combustible definitiva para todas las c√©lulas) y el di√≥xido de carbono pueden moverse libremente dentro y fuera de la c√©lula, esquivando las mol√©culas de fosfol√≠pidos alineadas perpendicularmente a la membrana en su totalidad. otras "sustancias" son transportadas activamente a trav√©s de la membrana por "bombas" impulsadas por trifosfato de adenosina (atp), un nucle√≥tido que sirve como la "moneda" de energ√≠a de todas las c√©lulas.

el n√ļcleo

El n√ļcleo funciona como el cerebro de las c√©lulas eucariotas. La membrana plasm√°tica alrededor del n√ļcleo se llama la envoltura nuclear. Dentro del n√ļcleo hay cromosomas , que son "trozos" de ADN; el n√ļmero de cromosomas var√≠a 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 c√©lula eucariota se divide, el ADN dentro del n√ļcleo lo hace primero, despu√©s de que todos los cromosomas se replican. Este proceso, llamado mitosis , se detalla m√°s adelante.

Ribosomas y síntesis de proteínas.

Los ribosomas se encuentran en el citoplasma de c√©lulas tanto eucariotas como procariotas. en los eucariotas, se agrupan a lo largo de ciertos org√°nulos (estructuras unidas a la membrana que tienen funciones espec√≠ficas, como lo hacen los √≥rganos como el h√≠gado y los ri√Īones en una escala mayor). Los ribosomas producen prote√≠nas siguiendo las instrucciones que aparecen en el "c√≥digo" del ADN y se transmiten a los ribosomas por medio del √°cido ribonucleico mensajero (mrna).

despu√©s de que la mrna se sintetiza en el n√ļcleo utilizando el ADN como plantilla, abandona el n√ļcleo y se une a los ribosomas, que ensamblan prote√≠nas de entre 20 amino√°cidos diferentes . el proceso de hacer mrna se llama transcripci√≥n , mientras que la s√≠ntesis de prote√≠nas en s√≠ se conoce como traducci√≥n .

mitocondria

ninguna discusi√≥n sobre la composici√≥n y funci√≥n de las c√©lulas eucariotas podr√≠a ser completa o incluso relevante sin un tratamiento exhaustivo de las mitocondrias. estos org√°nulos que son notables en al menos dos formas: han ayudado a los cient√≠ficos a aprender mucho sobre los or√≠genes evolutivos de las c√©lulas en general, y son casi los √ļnicos responsables de la diversidad de la vida eucari√≥tica al permitir el desarrollo de la respiraci√≥n celular.

Todas las c√©lulas utilizan la glucosa de az√ļcar de seis carbonos como combustible. Tanto en los procariotas como en los eucariotas, la glucosa sufre una serie de reacciones qu√≠micas denominadas colectivamente gluc√≥lisis , que genera una peque√Īa cantidad de atp para las necesidades de la c√©lula. en casi todos los procariotas, este es el final de la l√≠nea metab√≥lica. pero en los eucariotas, que son capaces de usar ox√≠geno, los productos de la gluc√≥lisis pasan a la mitocondria y experimentan m√°s reacciones.

El primero de ellos es el ciclo de Krebs , que crea una peque√Īa cantidad de atp, pero en su mayor√≠a funciona para acumular mol√©culas intermedias para el gran final de la respiraci√≥n celular, la cadena de transporte de electrones . El ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz de las mitocondrias (la versi√≥n del organelo de un citoplasma privado), mientras que la cadena de transporte de electrones, que produce la gran mayor√≠a de atp en eucariotas, se manifiesta en la membrana mitocondrial interna.

otros org√°nulos unidos a la membrana

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

  • Ret√≠culo endopl√°smico: este org√°nulo es una red de t√ļbulos que consiste en una membrana plasm√°tica que es continua con la envoltura nuclear. su trabajo consiste en modificar prote√≠nas de nueva fabricaci√≥n para prepararlas para sus funciones celulares posteriores como enzimas, elementos estructurales, etc., adapt√°ndolas a las necesidades espec√≠ficas de la c√©lula. Tambi√©n fabrica carbohidratos, l√≠pidos (grasas) y hormonas. El ret√≠culo endopl√°smico aparece como suave o √°spero en la microscop√≠a, formas que se abrevian ser y rer respectivamente. el rer se designa as√≠ porque est√° "salpicado" de ribosomas; Aqu√≠ es donde se produce la modificaci√≥n de la prote√≠na. El ser, por otro lado, es donde se ensamblan las sustancias antes mencionadas.
  • Cuerpos de golgi: tambi√©n llamados aparato de golgi. Se parece a una pila aplanada de sacos unidos a la membrana, y contiene l√≠pidos y prote√≠nas en ves√≠culas que luego se separan del ret√≠culo endopl√°smico. Las ves√≠culas suministran los l√≠pidos y prote√≠nas a otras partes de la c√©lula.
  • Lisosomas: todos los procesos metab√≥licos generan desechos, y la c√©lula debe poseer un medio para deshacerse de ellos. Esta funci√≥n est√° a cargo de los lisosomas, que contienen enzimas digestivas que descomponen las prote√≠nas, las grasas y otras sustancias, incluidos los propios org√°nulos desgastados.
  • Vacuolas y ves√≠culas: estos org√°nulos son sacos que se desplazan alrededor de diversos componentes celulares, llev√°ndolos de una ubicaci√≥n intracelular a la siguiente. La principal diferencia es que las ves√≠culas pueden fusionarse con otros componentes membranosos de la c√©lula, mientras que las vacuolas no pueden fusionarse. En las c√©lulas vegetales, algunas vacuolas contienen enzimas digestivas que pueden descomponer mol√©culas grandes, no como los lisosomas.
  • Citoesqueleto: este material consiste en microt√ļbulos, complejos de prote√≠nas que ofrecen soporte estructural al extenderse desde el n√ļcleo a trav√©s del citoplasma hasta la membrana plasm√°tica. en este sentido, son como las vigas y vigas de un edificio, que act√ļan para evitar que toda la c√©lula din√°mica se colapse sobre s√≠ misma.

ADN y división celular

cuando las c√©lulas bacterianas se dividen, el proceso es simple: la c√©lula copia todos sus elementos, incluido su ADN, mientras duplica su tama√Īo aproximadamente, y luego se divide en dos en un proceso conocido como fisi√≥n binaria.

La divisi√≥n celular eucariota es m√°s complicada. Primero, el ADN en el n√ļcleo se replica mientras que la envoltura nuclear se disuelve, y luego los cromosomas replicados se separan en n√ļcleos 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 despu√©s de la profase. despu√©s de eso, el n√ļcleo se divide y se forman nuevas envolturas nucleares alrededor de dos conjuntos id√©nticos de cromosomas.

finalmente, la c√©lula como un todo se divide en un proceso conocido como citocinesis . cuando ciertos defectos est√°n presentes en el ADN gracias a malformaciones heredadas (mutaciones) o la presencia de sustancias qu√≠micas da√Īinas, la divisi√≥n celular puede realizarse sin control; Esta es la base para los c√°nceres, un grupo de enfermedades para las que no hay cura, aunque los tratamientos contin√ļan mejorando para permitir una calidad de vida enormemente mejorada.



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