CÉLULAS

     Microscopio electrónico de barrido, muestra de células de Echerichia Coli.

Definición:

La célula es la unidad morfológica y vital de todo ser vivo. Es el elemento de menor tamaño que puede considerarse vivo. Como tal posee una  membrana de fosfolípidos con permeabilidad selectiva que mantiene un medio interno altamente ordenado y diferenciado del medio externo. Su composición, sujeta a un control homeostático, la cual serian moléculas y algunos metales y electrolitos. Su estructura se automantiene activamente mediante el metabolismo, asegurándose de todos los elementos celulares y su perpetuación por replicación a través de un genoma codificado por ácidos nucleicos. La parte de la biología que estudia a la célula es la citología.

Funciones de las células:

Todas las células realizan tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción. Otras funciones o derivadas de estas serian:

·       Irritabilidad: es la capacidad del protoplasma para responder a un estímulo. Es más notable en las neuronas y desaparece con la muerte celular.

·       Conductividad: es la generación de una onda de excitación (impulso eléctrico) a toda la célula a partir del punto de estimulación. Esta y la irritabilidad son las propiedades fisiológicas más importantes de las neuronas.

·       Contractilidad: es la capacidad de una célula para cambiar de forma, generalmente por acortamiento. Está muy desarrollada en las células musculares.

·       Absorción: es la capacidad de las células para captar sustancias del medio.

·       Secreción: es el proceso por medio del cual la célula expulsa materiales útiles como una enzima digestiva o una hormona.

·       Excreción: es la eliminación de los productos de desecho del metabolismo celular.

Características.

Formas:

Hay células de forma y tamaño muy variado. Algunas de las células bacterianas (células procariotas) más pequeñas tienen forma cilíndrica de menos de una micra o um (1um es = a un millonésima de metro) de longitud. En el extremo opuesto se encuentran las células nerviosas, corpúsculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metros de longitud (por ejemplo las del cuello de la jirafa). Casi todas las células vegetales tienen entre 20 y 30 um de diámetro y con una membrana y pared celular rígida. Las células de los tejidos animales (célula eucariota), suelen ser compactas, entre 10 y 20 um de diámetro y con una membrana superficial deformable y casi siempre muy plegada.

·       Células contráctiles que suelen ser alargadas, como las fibras musculares

·       Células con finas prolongaciones, como las neuronas que transmiten el impulso nervioso.

·       Células con microvellosidades o con pliegues, como las del intestino para ampliar la superficie de contacto y de intercambio de sustancias.

·       Células cúbicas, prismáticas o aplanadas como las epiteliales que recubren superficies como las losas de un pavimento.

Pese a tantas diferencias de aspecto y función, todas las células están envueltas en una membrana -llamada membrana plasmática-que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma. En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar residuos. El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo:

(Término que proviene de una palabra griega que significa cambio). Todas las células contienen información hereditaria codificada en moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN); esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a la descendencia. Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas hay muchas moléculas idénticas o casi idénticas).

Composición Química:

Está dominada por compuestos de carbono y se caracteriza por reacciones acaecidas en solución acuosa y en un intervalo de temperaturas pequeño. La química de los organismos vivientes es muy compleja, más que la de cualquier otro sistema químico conocido. Está dominada y coordinada por polímeros de gran tamaño, moléculas formadas por encadenamiento de subunidades químicas; las propiedades únicas de estos compuestos permiten a células y organismos crecer y reproducirse. Los tipos principales de macromoléculas son las proteínas, formadas por cadenas lineales de aminoácidos; los ácidos nucleicos, ADN y ARN, formados por bases nucleotídicas, y los polisacáridos, formados por subunidades de azúcares.

Células procarióticas y eucarióticas

Entre las células procariotas y eucariotas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna. Las procariotas, que comprenden bacterias y cianobacterias (antes llamadas algas verdeazuladas), son células pequeñas, entre 1 y 5 µm de diámetro, y de estructura sencilla; el material genético (ADN) está concentrado en una región, pero no hay ninguna membrana que separe esta región del resto de la célula. Las células eucariotas, que forman todos los demás organismos vivos, incluidos protozoos, plantas, hongos y animales, son mucho mayores (entre 10 y 50 µm de longitud) y tienen el material genético envuelto por una membrana que forma un órgano esférico conspicuo llamado núcleo.

La célula procariotas

Las bacterias, son células sin núcleo, la zona donde está el ADN y ARN no está limitado por membranas. Por ejemplo: Bacterias.

Procariotas (pro: antes, cariota: núcleo), es una célula sin núcleo celular diferenciado, es decir, su ADN no está confinado en el interior del núcleo, sino, libremente disuelto en el citoplasma.

Las células con núcleo diferenciado, se llaman eucariota. Procarionte es un organismo formado por células procariotas.

La célula procariota es un organismo vivo cuyo núcleo celular no está envuelto por una membrana celular, en comparación con los organismos eucariota, que poseen verdadero o están rodeados por una membrana nuclear. El termino procariota hace referencia a los organismos conocidos como moneras, incluidos en el reino Moneras o Procariotas.

Están metidos en el dominio de bacterias.

Entre las características de las células procariotas, se menciona, que tienen su ADN desnudo y circular; división por fisión binaria; carece de mitocondrias (la membrana citoplasmática ejerce la función que desempeñaría esta), nucleolos y retículos endoplasma ticos.

Posee pared celular, agregados moleculares como el metano, azufre, carbono y sal.

Por todo esto se la diferencia de la célula eucariota.

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Célula eucariota:

Se llama eucariota a todas las células que tienen su material hereditario fundamental (su información genética) encerrado dentro de una doble membrana, la envoltura nuclear, que delimita un núcleo celular. Igualmente estas células vienen a ser microscópicas pero de tamaño grande y variado comparado con las otras células.

Las células eucariota no cuentan con un compartimiento alrededor de la membrana plasmática , como el que tienen las células procariotas.

A los organismos formados por células eucariotas se les llama eucariontes.

A diferencia de las células procariotas, las células eucariotas presentan un citoplasma muy compartimentado, con orgánulos (membranosos) separados o interconectados, limitados por membranas biológicas  que son de la misma naturaleza esencial que la membrana plasmática. El núcleo es solamente el más notable y característico de los compartimentos en que se divide el protoplasma, es decir, la parte activa de la célula. En el protoplasma distinguimos tres componentes principales, a saber, la membrana plasmática, el núcleo y el citoplasma, constituido por todo lo demás. Las células eucariota están dotadas en su citoplasma de un citoesqueleto complejo, muy estructurado y dinámico, formado por microtúbulos y diversos filamentos proteicos. Además puede haber pared celular, que es lo típico de plantas, hongos y protistas pluricelulares, o algún otro tipo de recubrimiento externo al protoplasma.

Diferencias entre las células animales y vegetales

Célula animal:

·       No tiene pared celular (membrana celulósica)

·       Presentan diversas formas de acuerdo con su función.

·       No tiene plastos.

·       Puede tener vacuolas pero no son muy grandes.

·       Presenta centríolos que son agregados de microtúbulos cilíndricos que forman los cilios y los flagelos y facilitan la división celular

Célula vegetal:

·       Presentan una pared celular compuesta principalmente de celulosa) que da mayor resistencia a la célula.

·       Disponen de plastos como cloroplastos (orgánulo capaz de realizar la fotosíntesis), cromoplastos (orgánulos que acumulan pigmentos) o leucoplastos (orgánulos que acumulan el almidón fabricado en la fotosíntesis)..

·       Poseen Vacuolas de gran tamaño que acumulan sustancias de reserva o de desecho producidas por la célula.

·       Presentan Plasmodesmos que son conexiones citoplasmáticas que permiten la circulación directa de las sustancias del citoplasma de una célula a otra.

Comparación de estructuras en células animales y vegetales

Célula animal típica                        Célula vegetal típica Estructuras básicas

Ÿ Estructuras básicas:

Membrana plasmática                        Membrana plasmática

Citoplasma                                           Citoplasma

Citoesqueleto                                       Citoesqueleto

Ÿ ORGANULOS:

Núcleo con nucleolo                           Núcleo con nucleolo

Retículo endoplasmático rugoso        Retículo endoplasmático rugoso

Ribosomas                                           Ribosomas

Aparato de golgi                                  Aparato de golgi

Mitocondria                                         Mitocondria

Vesículas                                             Vesículas

Lisosomas                                            Lisosomas

Centrosoma                                        vacuola central (con tonoplasto)

                                                            Plastos(cloroplastos,leucoplastos,clomoplastos)

                                                            Microcuerpos(peroxisomas,glioxisomas)

Ÿ ESTRUCTURAS ADICIONALES

Flagelos                                               Flagelo (solo en gametos)

Cilios                                                   Pared celular

                                                            Plasmodesmo 

       

                                    

Partes de la célula

1.    El núcleo:

El órgano más conspicuo en casi todas las células animales y vegetales es el núcleo; está rodeado de forma características por una membrana, es esférico y mide unas 5 µm de diámetro. Dentro del núcleo, las moléculas de ADN y proteínas están organizadas en cromosomas que suelen aparecer dispuestos en pares idénticos. Los cromosomas están muy retorcidos y enmarañados y es difícil identificarlos por separado. Pero justo antes de que la célula se divida, se condensan y adquieren grosor suficiente para ser detectables como estructuras independientes. El ADN del interior de cada cromosoma es una molécula única muy larga y arrollada que contiene secuencias lineales de genes. Estos encierran a su vez instrucciones codificadas para la construcción de las moléculas de proteínas y ARN necesarias para producir una copia funcional de la célula.

El núcleo está rodeado por una membrana doble, y la interacción con el resto de la célula (es decir, con el citoplasma) tiene lugar a través de unos orificios llamados poros nucleares. El nucleolo es una región especial en la que se sintetizan partículas que contienen ARN y proteína que migran al citoplasma a través de los poros nucleares y a continuación se modifican para transformarse en ribosomas.

El núcleo controla la síntesis de proteínas en el citoplasma enviando mensajeros moleculares. El ARN mensajero (ARNm) se sintetiza de acuerdo con las instrucciones contenidas en el ADN y abandona el núcleo a través de los poros. Una vez en el citoplasma, el (ARNm) se acopla a los ribosomas y codifica la estructura primaria de una proteína específica.

2.     El citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo. Engloba numerosas estructuras especializadas y orgánulos.

La solución acuosa concentrada en la que están suspendidos los orgánulos se llama citosol. Es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de moléculas grandes y pequeñas, y en la mayor parte de las células es, con diferencia, el compartimiento más voluminoso (en las bacterias es el único compartimiento intracelular). En el citosol se producen muchas de las funciones más importantes de mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposición de moléculas nutritivas y la síntesis de muchas de las grandes moléculas que constituyen la célula.

Aunque muchas moléculas del citosol se encuentran en estado de solución verdadera y se desplazan con rapidez de un lugar a otro por difusión libre, otras están ordenadas de forma rigurosa. Estas estructuras ordenadas confieren al citosol una organización interna que actúa como marco para la fabricación y descomposición de grandes moléculas y canaliza muchas de las reacciones químicas celulares a lo largo de vías restringidas.

3.     El citoesqueleto es una red de filamentos proteicos del citosol que ocupa el interior de todas las células animales y vegetales. Adquiere una relevancia especial en las animales, que carecen de pared celular rígida, porque citoesqueleto mantiene la estructura y la forma de la célula. Actúa como bastidor para la organización de la célula y la fijación de orgánulos y enzimas. También es responsable de muchos de los movimientos celulares. En muchas células, el citoesqueleto no es una estructura permanente, sino que se desmantela y se reconstruye sin cesar. Se forma a partir de tres tipos principales de filamentos proteicos: microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios, unidos entre sí y a otras estructura celulares por diversas proteínas.

Movimientos:

Los movimientos de las células eucarióticas están casi siempre mediatizados por los filamentos de actina o los microtúbulos. Muchas células tienen en la superficie pelos flexibles llamados cilios o flagelos, que contienen un núcleo formado por un haz de microtúbulos capaz de desarrollar movimientos de flexión regulares que requieren energía. Los espermatozoides nadan con ayuda de flagelos, por ejemplo; y las células que revisten el intestino y otros conductos del cuerpo de los vertebrados tienen en la superficie numerosos cilios que impulsan líquidos y partículas en una dirección determinada. Se encuentran grandes haces de filamentos de actina en las células musculares donde, junto con una proteína llamada miosina, generan contracciones poderosas. Los movimientos asociados con la división celular dependen en animales y plantas de los filamentos de actina y los microtúbulos, que distribuyen los cromosomas y otros componentes celulares entre las dos células hijas en fase de segregación. Las células animales y vegetales realizan muchos otros movimientos para adquirir una forma determinada o para conservar su compleja estructura interna.

4.     Las mitocondrias son uno de los orgánulos más conspicuos del citoplasma y se encuentran en casi todas las células eucarióticas. Observadas al microscopio, presentan una estructura característica: la mitocondria tiene forma alargada u oval de varias micras de longitud y está envuelta por dos membranas distintas, una externa y otra interna, muy replegada.

Las mitocondrias son los orgánulos productores de energía. La célula necesita energía para crecer y multiplicarse, y las mitocondrias aportan casi toda esta energía realizando las últimas etapas de la descomposición de las moléculas de los alimentos. Estas etapas finales consisten en el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono, proceso llamado respiración, por su similitud con la respiración pulmonar. Sin mitocondrias, los animales y hongos no serían capaces de utilizar oxígeno para extraer toda la energía de los alimentos y mantener con ella el crecimiento y la capacidad de reproducirse. Los organismos llamados anaerobios viven en medios sin oxígeno, y todos ellos carecen de mitocondrias.

5.     Los cloroplastos son orgánulos aún mayores y se encuentran en las células de plantas y algas, pero no en las de animales y hongos. Su estructura es aún más compleja que la mitocondrial: además de las dos membranas de la envoltura, tienen numerosos sacos internos formados por membrana que encierran el pigmento verde llamado clorofila. Desde el punto de vista de la vida terrestre, los cloroplastos desempeñan una función aún más esencial que la de las mitocondrias: en ellos ocurre la fotosíntesis; esta función consiste en utilizar la energía de la luz solar para activar la síntesis de moléculas de carbono pequeñas y ricas en energía, y va acompañado de liberación de oxígeno. Los cloroplastos producen tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno que utilizan las mitocondrias.

6.    Membranas internas:

 La mayor parte de los componentes de la membrana celular se forman en una red tridimensional irregular de espacios rodeada a su vez por una membrana , llamada retículo endoplasmático (RE), en el cual se forman también los materiales que son expulsados por la célula. El aparato de Golgi está formado por pilas de sacos aplanados envueltos en membrana; este aparato recibe las moléculas formadas en el retículo endoplasmático, las transforma y las dirige hacia distintos lugares de la célula.

Los ribosomas:

Son complejos supramoleculares encargados de sintetizar proteínas a partir de la información genética que les llega del ADN transcrita en forma de ARN como mensajero (ARNm).

 En células eucariota, los ribosomas se elaboran en el núcleo pero desempeñan su función  en el citosol. Están formados por ARN ribosómico (ARNr) y por proteínas. Estructuralmente, tienen dos subunidades. En las células, estos orgánulos aparecen en diferentes estados de disociación. Cuando están completos, pueden estar aislados o formando grupos (polisomas); las proteínas sintetizadas por ellos actúan principalmente en el citosol; también pueden aparecer asociados al retículo endoplasmático rugoso o a la membrana nuclear, y las proteínas que sintetizan son sobre todo para la exportación.

7.     Los lisosomas son pequeños orgánulos de forma irregular que contienen reservas de enzimas necesarias para la digestión celular de numerosas moléculas indeseables.

8.     Los peroxisomas son vesículas pequeñas envueltas en membrana que proporcionan un sustrato delimitado para reacciones en las cuales se genera y degrada peróxido de hidrógeno, un compuesto reactivo que puede ser peligroso para la célula. Las membranas forman muchas otras vesículas pequeñas encargadas de transportar materiales entre orgánulos. En una célula animal típica, los orgánulos están limitados por membranas que pueden ocupar hasta la mitad del volumen celular total.

División celular:

Las plantas y los animales están formados por miles de millones de células individuales organizadas en tejidos y órganos que cumplen funciones específicas. Todas las células de cualquier planta o animal han surgido a partir de una única célula inicial -el óvulo fecundado- por un proceso de división. El óvulo fecundado se divide y forma dos células hijas idénticas, cada una de las cuales contiene un juego de cromosomas idéntico al de la célula parental. Después cada una de las células hijas vuelve a dividirse de nuevo, y así continúa el proceso. Salvo en la primera división del óvulo, todas las células crecen hasta alcanzar un tamaño aproximado al doble del inicial antes de dividirse. En este proceso, llamado mitosis, se duplica el número de cromosomas(es decir, el ADN) y cada uno de los juegos duplicados se desplaza sobre una matriz de microtúbulos hacia un polo de la célula en división, y constituirá la dotación cromosómica de cada una de las dos células hijas que se forman.

Pasos de la división de las células:

·       La célula se prepara para dividirse.

·       Los cromosomas se dividen.

·       Se forma el huso acromático.

·       Las cromátides se alinean en el centro de la célula.

·       Las cromatides se separan.

·       La célula se estrecha por el centro.

·       La membrana celular empieza a dividirse.

Ÿ Las dos nuevas células hijas reciben la misma dotación cromosómica.

Ciclo vital celular:

El ciclo celular es el proceso ordenado y repetitivo en el tiempo mediante el cual una célula madre crece y se divide en dos células hijas. Las células que no se están dividiendo se encuentran en una fase conocida como G₀, paralela al ciclo. La regulación del ciclo celular es esencial para el correcto funcionamiento de las células sanas, está claramente estructurado en fases

·       El estado de no división o interfase. La célula realiza sus funciones específicas y, si está destinada a avanzar a la división celular, comienza por realizar la duplicación de su ADN.

·       El estado de división, llamado fase M, situación que comprende la mitosis y citocinesis. En algunas células la citocinesis no se produce, obteniéndose como resultado de la división una masa celular plurinucleada denominada plasmodio.

A diferencia de lo que sucede en la mitosis, donde la dotación genética se mantiene, existe una variante de la división celular, propia de las células de la línea germinal, denominada meiosis. En ella, se reduce la dotación genética diploide, común a todas las células somáticas del organismo, a una haploide, esto es, con una sola copia del genoma. De este modo, la fusión, durante la fecundación, de dos gametos haploides procedentes de dos parentales distintos da como resultado un cigoto, un nuevo individuo, diploide, equivalente en dotación genética a sus padres.

La interfase consta de tres estadios claramente definidos:

Ciclo Celular:

La interfase consta de tres estadios claramente definidos:

·       Fase G₁: es la primera fase del ciclo celular, en la que existe crecimiento celular con síntesis de proteínas y de ARN. Es el período que trascurre entre el fin de una mitosis y el inicio de la síntesis de ADN. En él la célula dobla su tamaño y masa debido a la continua síntesis de todos sus componentes, como resultado de la expresión de los genes que codifican las proteínas responsables de su fenotipo particular.

·       Fase S: es la segunda fase del ciclo, en la que se produce la replicación o síntesis de ADN. Como resultado cada cromosoma se duplica y queda formado por dos cromatides idénticas. Con la duplicación del ADN, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio.

·       Fase G₂: es la segunda fase de crecimiento del ciclo celular en la que continúa la síntesis de proteínas y ARN. Al final de este período se observa al microscopio cambios en la estructura celular, que indican el principio de la división celular. Termina cuando los cromosomas empiezan a condensarse al inicio de la mitosis.

La fase M es la fase de la división celular en la cual una célula progenitora se divide en dos células hijas idénticas entre sí y a la madre. Esta fase incluye la mitosis, a su vez dividida en: profase, metafase, anafase, telofase; y la citocinesis, que se inicia ya en la telofase mitótica.