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 metabolismo (extracción de energía de fuentes externas para impulsar procesos internos) y reproducción. En este sentido, ocupan el mismo nicho en biología que los átomos en química: ciertamente pueden dividirse en partes más pequeñas, pero de forma aislada, esas partes no pueden hacer mucho. En cualquier caso, el cuerpo humano ciertamente contiene muchos de ellos, más de 30 billones (eso es 30 millón millón).

Un estribillo común tanto en las ciencias naturales como en el mundo de la ingeniería es "la forma se ajusta a la función". Esto esencialmente significa que si algo tiene un trabajo determinado que hacer, probablemente parecerá que es capaz de hacerlo ese trabajo; a la inversa, si algo parece estar hecho para realizar una tarea o tareas determinadas, es muy probable que esto sea exactamente lo que hace.

La organización de las células y los procesos que llevan a cabo están íntimamente relacionados, incluso inseparables, y el dominio de la Los conceptos básicos de la estructura y función celular son gratificantes en sí mismos y necesarios para comprender plenamente la naturaleza de la vida. cosas.

El concepto de materia, tanto viva como no viviente, como un gran número de unidades discretas y similares ha existido desde la época de Demócrito, un erudito griego cuya vida abarcó los siglos V y IV a. C. Pero dado que las células son demasiado pequeñas para ser vistas con el a simple vista, no fue hasta el siglo XVII, después de la invención de los primeros microscopios, que nadie pudo visualizar realmente ellos.

A Robert Hooke se le atribuye generalmente haber acuñado el término "célula" 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, pasarían varios siglos antes de que las partes específicas de una célula y sus funciones pudieran aclararse y describirse completamente. En 1855, el científico relativamente oscuro Rudolph Virchow teorizó, correctamente, que las células vivas solo pueden provenir de otras células vivas, a pesar de que las primeras observaciones de la replicación cromosómica estaban todavía en un par de décadas.

Los procariotas, que abarcan los dominios taxonómicos Bacteria y Archaea, han existido durante aproximadamente tres mil quinientos millones de años, que es aproximadamente tres cuartas partes de la edad de la Tierra. (Taxonomía es la ciencia que se ocupa de la clasificación de los seres vivos; dominio es la categoría de nivel más alto dentro de la jerarquía). Los organismos procarióticos generalmente constan de una sola célula.

Los eucariotas, el tercer dominio, incluyen animales, plantas y hongos; en resumen, cualquier cosa viva que puedas ver sin instrumentos de laboratorio. Se cree que las células de estos organismos surgieron de procariotas como resultado de endosimbiosis (del griego de "vivir juntos por dentro"). Hace cerca de 3 mil millones de años, una célula engulló una bacteria aeróbica (que usa oxígeno), que sirvió para los propósitos de ambas formas de vida. porque la bacteria "ingerida" proporcionó un medio de producción de energía para la célula huésped al mismo tiempo que proporcionaba un entorno de apoyo Para el endosimbionte.
Lea más sobre las similitudes y diferencias de las células procariotas y eucariotas.

Las células varían ampliamente en tamaño, forma y distribución de su contenido, especialmente dentro del reino de los eucariotas. Estos organismos son mucho más grandes y mucho más diversos que los procariotas, y en el espíritu de "forma se ajusta a la función "a la que se hizo referencia anteriormente, estas diferencias son evidentes incluso a nivel de celdas individuales.

Consulte cualquier diagrama de célula, y no importa a qué organismo pertenezca la célula, tiene la seguridad de ver ciertas características. Estos incluyen un membrana de plasma, que encierra el contenido celular; la 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 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 eucariotas, el ADN está encerrado en un núcleo, que tiene su propia membrana plasmática muy similar a la que rodea a la propia célula.

La membrana plasmática de las células consta de 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 hidrofílico "cabezas", que se atraen al agua debido a su carga, y hidrofóbico "colas", que no están cargadas y por lo tanto tienden a apuntar lejos del agua. Las porciones hidrófobas de cada capa se enfrentan entre sí en el interior de la doble membrana. El lado hidrófilo de la capa exterior mira hacia el exterior de la célula, mientras que el lado hidrófilo de la capa interior mira hacia el citoplasma.

Fundamentalmente, la membrana plasmática es semipermeable, lo que significa que, como un portero en un club nocturno, otorga la entrada a ciertas moléculas mientras niega la entrada a otras. Moléculas pequeñas como glucosa (el azúcar que sirve como fuente de combustible fundamental para todas las células) y dióxido de carbono. puede moverse libremente dentro y fuera de la célula, esquivando las moléculas de fosfolípidos alineadas perpendicularmente a la membrana como un entero. Otras sustancias se transportan activamente a través de la membrana mediante "bombas" impulsadas por trifosfato de adenosina (ATP), un nucleótido que actúa como la "moneda" de energía de todas las células.
Lea más sobre la estructura y función de la membrana plasmática.

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

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

Los ribosomas se encuentran en el citoplasma de células eucariotas y procariotas. En eucariotas se agrupan a lo largo de ciertos orgánulos (estructuras unidas a membranas que tienen funciones específicas, como lo hacen órganos como el hígado y los riñones en el cuerpo a mayor escala). Los ribosomas producen proteínas utilizando instrucciones contenidas en el "código" del ADN y transmitidas a los ribosomas por el ácido ribonucleico mensajero (ARNm).

Después de que el ARNm se sintetiza en el núcleo utilizando ADN como plantilla, abandona el núcleo y se adhiere a los ribosomas, que ensamblan proteínas de entre 20 diferentes. aminoácidos. El proceso de elaboración de ARNm 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 completo 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 células en general, y son casi los únicos responsables de la diversidad de la vida eucariota al permitir el desarrollo de células respiración.

Todas las células utilizan la glucosa de azúcar de seis carbonos como combustible. Tanto en procariotas como en 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 utilizar oxígeno, los productos de la glucólisis pasan a las mitocondrias y sufren más reacciones.

El primero de ellos es el ciclo de Krebs, que crea una pequeña cantidad de ATP pero principalmente funciona para almacenar moléculas intermedias para el gran final de la respiración celular, el cadena de transporte de electrones. El ciclo de Krebs tiene lugar en el matriz de las mitocondrias (la versión del orgánulo de un citoplasma privado), mientras que la cadena de transporte de electrones, que produce la abrumadora mayoría de ATP en eucariotas, se transpira en el interior mitocondrial membrana.

Las células eucariotas cuentan con una serie de elementos especializados que subrayan las amplias necesidades metabólicas interrelacionadas de estas células complejas. Éstas incluyen:

• Retículo endoplásmico: Este orgánulo es una red de túbulos que consta de una membrana plasmática que es continua con la envoltura nuclear. Su trabajo es modificar las proteínas recién fabricadas 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 liso o rugoso en microscopía, formas que se abrevian SER y RER respectivamente. El RER se designa así porque está "tachonado" de ribosomas; aquí es donde ocurre la modificación de la proteína. El SER, por otro lado, es donde se ensamblan las sustancias antes mencionadas.
• Cuerpos de Golgi: También llamado aparato de Golgi. Parece una pila aplanada de sacos unidos a la membrana y empaqueta los lípidos y las proteínas en vesículas que luego se desprenden del retículo endoplásmico. Las vesículas transportan los lípidos y las 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 proteínas, grasas y otras sustancias, incluidos los propios orgánulos desgastados.
• Vacuolas y vesículas: Estos orgánulos son sacos que se mueven alrededor de varios componentes celulares, llevándolos de una ubicación intracelular a la siguiente. Las principales diferencias es que las vesículas pueden fusionarse con otros componentes membranosos de la célula, mientras que las vacuolas no. En las células vegetales, algunas vacuolas contienen enzimas digestivas que pueden descomponer moléculas grandes, como lo hacen los lisosomas.
• Citoesqueleto: Este material consta de 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 las vigas de un edificio, que actúan para evitar que toda la célula dinámica se derrumbe sobre sí misma.

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

La división de células eucariotas está más involucrada. Primero, el ADN en el núcleo se replica mientras 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 prometafase, inmediatamente después de la profase. Después de eso, el núcleo se divide y se forman nuevas envolturas nucleares alrededor de los dos conjuntos idénticos de cromosomas.

Finalmente, la célula en su conjunto 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 continuar sin control; esta es la base de los cánceres, un grupo de enfermedades para las que aún no existe cura, aunque los tratamientos continúan mejorando para permitir una calidad de vida mucho mejor.