Biología Celular)
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La célula es la unidad estructural y funcional de todos los conocidos que viven organismos . Es la unidad más pequeña de un organismo que se clasifica como la vida, ya veces se llama el bloque de construcción de la vida. Algunos organismos, como la mayoría de las bacterias , son unicelulares (consistir de una sola célula). Otros organismos, como los humanos , son multicelular. (Los seres humanos tienen un estimado de 100 billones de dólares o 10 14 células; un tamaño de celda típica es de 10 m; una masa de células típico es 1 nanogramos.) La célula más grande conocida es un avestruz huevo. En 1837 antes de que se desarrolló la teoría celular final, un checo Jan Evangelista Purkyně observó pequeñas "gránulos" mientras observa el tejido de la planta a través de un microscopio. La teoría celular, desarrollado por primera vez en 1839 por Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann, establece que todos los organismos están compuestos de una o más células. Todas las células provienen de células preexistentes. Las funciones vitales de un organismo ocurren dentro de las células, y todas las células contienen la información hereditaria necesaria para la regulación de las funciones celulares y para transmitir información a la próxima generación de células.
La célula palabra viene del latín cellula, es decir, una pequeña habitación. El nombre descriptivo para la estructura biológica más pequeña fue elegido por Robert Hooke en un libro que publicó en 1665 cuando comparó la células de corcho que vieron a través de su microscopio para las habitaciones pequeñas monjes vivían.
Principios generales
Cada célula es al menos algo autónomo y auto-mantenimiento: se puede tomar en nutrientes , convertir estos nutrientes en energía, realizar funciones especializadas, y reproducir lo más necesario. Cada celda almacena su propio conjunto de instrucciones para llevar a cabo cada una de estas actividades.
Todas las células tienen varias habilidades diferentes:
- La reproducción por división celular: ( fisión binaria / mitosis o meiosis).
- Uso de enzimas y otras proteínas codificada por DNA genes y realizado a través de intermedios de ARN mensajero y ribosomas.
- Metabolismo, incluyendo la toma de las materias primas, la construcción de componentes de la célula, la conversión de energía , moléculas y la liberación subproductos. El funcionamiento de una célula depende de su capacidad para extraer y utilizar la energía química almacenada en las moléculas orgánicas. Esta energía se libera y luego se usa en vías metabólicas.
- Respuesta a la externa e interna estímulos tales como cambios en la temperatura, pH o niveles de nutrientes.
- Contenido de la celda están contenidos dentro de una membrana de la superficie celular que se hace de una bicapa lipídica con proteínas incrustado en él.
Algunos células procariotas contener importantes compartimentos de membrana internas, pero eucariotas células tienen un conjunto especializado de compartimentos de membrana interna. El material se mueve entre estos compartimentos por regulada tráfico y transporte de pequeñas esferas de material unido a la membrana llamados vesículas.
Anatomía de las células
Hay dos tipos de células: eucariotas y procariotas. Las células procariotas son generalmente independiente, mientras que las células eucariotas se encuentran a menudo en los organismos multicelulares.
Las células procariotas
Los procariotas se diferencian de los eucariotas ya que carecen de una membrana nuclear y una núcleo de la célula. Los procariotas también carecen de la mayoría de los orgánulos intracelulares y estructuras que se ven en las células eucariotas. Hay dos tipos de procariotas, bacterias y arqueas, pero éstos son similares en las estructuras generales de sus células. La mayoría de las funciones de orgánulos, como las mitocondrias, los cloroplastos, y el aparato de Golgi, son asumidas por la membrana plasmática de la célula procariota. Las células procariotas tienen tres regiones arquitectónicos: apéndices llamados flagelos y pili - proteínas unidas a la superficie celular; un envoltura celular - que consta de una cápsula, una la pared celular, y una membrana de plasma; y un región citoplásmica que contiene el genoma de la célula (ADN) y ribosomas y varios tipos de inclusiones. Otras diferencias incluyen:
- La membrana de plasma (una bicapa de fosfolípidos) separa el interior de la célula de su entorno y sirve como un faro de filtro y las comunicaciones.
- La mayoría de los procariotas tienen una pared celular (algunas excepciones son Mycoplasma (bacterias) y Thermoplasma (arqueas)). Esta pared se compone de peptidoglicano en bacterias, y actúa como una barrera adicional contra las fuerzas exteriores. También evita que la célula "explosión" ( citolisis) a partir de presión osmótica en contra de una entorno hipotónica. Una pared celular también está presente en algunos eucariotas como las plantas (celulosa) y los hongos , pero tiene una composición química diferente.
- Un cromosoma procariota es generalmente una molécula circular (una excepción es el de la bacteria Borrelia burgdorferi, que causa la enfermedad de Lyme ). Incluso sin un núcleo real, el ADN se condensa en un nucleoide. Los procariotas pueden llevar elementos de ADN extracromosómicos llamados plásmidos, que son generalmente circulares. Los plásmidos pueden realizar funciones adicionales, tales como resistencia a los antibióticos.
Las células eucariotas
Orgánulos:
(1) nucléolo
(2) núcleo
(3) ribosoma
(4) vesícula
(5) retículo endoplasmático rugoso (ER)
(6) Aparato de Golgi
(7) Citoesqueleto
(8) retículo endoplásmico liso
(9) las mitocondrias
(10) vacuola
(11) citoplasma
(12) lisosoma
(13) centríolos dentro centrosoma
Eucariotas células son aproximadamente 10 veces el tamaño de un procariota típica y pueden ser tanto como 1000 veces mayor en volumen. La principal diferencia entre procariotas y eucariotas es que las células eucariotas contienen compartimentos de membrana en la que las actividades metabólicas específicas tienen lugar. La más importante de ellas es la presencia de un núcleo de la célula, un compartimiento de membrana delineado que alberga el ADN de la célula eucariota. Este es el núcleo que da la eucariota su nombre, que significa "verdadero núcleo." Otras diferencias incluyen:
- La membrana plasmática se asemeja a la de los procariotas en la función, con pequeñas diferencias en la configuración. Las paredes celulares pueden o no estar presente.
- El DNA eucariótico está organizado en una o más moléculas lineales, llamado cromosomas, que se asocian con proteínas histonas. Todo el ADN cromosómico se almacena en el núcleo de la célula, separado del citoplasma por una membrana. Algunos eucariota orgánulos tales como mitocondrias también contienen algo de ADN.
- Los eucariotas pueden moverse usando cilios o flagelos. Los flagelos son más complejos que los de los procariotas.
| Los procariotas | Los eucariotas | |
|---|---|---|
| Organismos típicos | bacterias , arqueas | protistas, hongos , plantas , animales |
| El tamaño típico | ~ 10.01 micras | ~ 10-100 m ( células de esperma, aparte de la cola, son más pequeños) |
| Tipo de núcleo | región nucleoide; sin verdadero núcleo | núcleo real con doble membrana |
| ADN | circular (por lo general) | moléculas lineales ( cromosomas) con histonas proteínas |
| ARN / proteína-síntesis | acoplados en citoplasma | De síntesis de ARN en el interior del núcleo la síntesis de proteínas en el citoplasma |
| Los ribosomas | 50S + 30S | 60S + 40S |
| Estructura citoplasmática | muy pocas estructuras | altamente estructurado por endomembranes y una citoesqueleto |
| El movimiento celular | flagelos hecha de flagelina | flagelos y cilios que contiene microtúbulos; lamellipodia y filopodios contiene actina |
| Las mitocondrias | ninguno | uno a varios miles (aunque algunos carecen de mitocondrias) |
| Los cloroplastos | ninguno | en algas y plantas |
| Organización | células generalmente individuales | las células individuales, colonias, más altos organismos multicelulares con células especializadas |
| División celular | Fisión binaria (simple división) | La mitosis (fisión o en ciernes) La meiosis |
| Célula animal típica | Célula vegetal típica | |
|---|---|---|
| Orgánulos |
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| Estructuras adicionales |
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Componentes subcelulares
Todas las células, ya sean procariota o eucariota , tienen una membrana que envuelve la célula, separa su interior de su entorno, regula lo que se mueve dentro y fuera (permeable selectivamente), y mantiene el potencial eléctrico de la célula. Dentro de la membrana, una salado citoplasma ocupa la mayor parte del volumen celular. Todas las células poseen ADN , el material hereditario de genes, y ARN, que contiene la información necesaria para construir diversas proteínas tales como enzimas, maquinaria primaria de la célula. También hay otros tipos de biomoléculas en células. En este artículo se mostrará una lista de estos componentes primarios de la célula, a continuación, describa brevemente su función.
Membrana celular: definición de límite de una célula
El citoplasma de una célula está rodeado por una membrana celular o membrana plasmática. La membrana plasmática en plantas y procariotas se cubre generalmente por una pared celular. Esta membrana sirve para separar y proteger una célula de su entorno circundante y está compuesto principalmente de una doble capa de lípidos ( moléculas hidrofóbicas semejantes a la grasa) y hidrófilas de fósforo moléculas. Por lo tanto, la capa se denomina bicapa de fosfolípidos. También se puede llamar una membrana mosaico fluido. Incrustado dentro de esta membrana es una variedad de proteínas moléculas que actúan como canales y bombas que se mueven diferentes moléculas dentro y fuera de la célula. La membrana se dice que es "semi-permeable ', en que se puede dejar que una sustancia ( molécula o ion ) pasan a través libremente, pasar a través de una medida limitada o no pasar a través en absoluto. Membranas de la superficie de la célula también contienen proteínas receptoras que permiten a las células para detectar moléculas de señalización externos tales como hormonas .
Citoesqueleto: andamio de una célula
El citoesqueleto actúa para organizar y mantener la forma de la célula; anclas orgánulos en el lugar; ayuda durante endocitosis, la absorción de los materiales externos por una célula, y la citocinesis, la separación de las células hijas después de división celular; y mueve partes de la célula en los procesos de crecimiento y la movilidad. El citoesqueleto eucariota se compone de microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos. Hay un gran número de proteínas asociadas con ellos, cada uno controlando la estructura de una célula por dirección, la agrupación, y la alineación de los filamentos. El citoesqueleto procariota es menos bien estudiado pero está implicado en el mantenimiento de la forma celular, la polaridad y la citocinesis.
Material genético
Existen dos tipos diferentes de material genético: ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN). La mayoría de los organismos usan ADN para su almacenamiento de información a largo plazo, pero algunos virus (por ejemplo, retrovirus) tienen ARN como su material genético. La información biológica contenida en un organismo se codifica en su secuencia de ADN o ARN. ARN también se utiliza para el transporte de información (por ejemplo, mRNA) y funciones enzimáticas (por ejemplo, ARN ribosomal) en organismos que utilizan ADN para el código genético en sí mismo. ARN de transferencia (ARNt) moléculas se utilizan para añadir aminoácidos específicos durante el proceso de proteínas traducción.
Material genético procariótico está organizado en una molécula de ADN circular sencilla (la bacteriana cromosoma) en el región nucleoide del citoplasma. Material genético eucariota se divide en diferentes moléculas lineales, llamadas los cromosomas dentro de un núcleo discreta, generalmente con material genético adicional en algunos orgánulos como mitocondrias y cloroplastos (ver teoría endosimbiótica).
Una célula humana tiene material genético en el núcleo (la nuclear genoma) y en las mitocondrias (la genoma mitocondrial). En los seres humanos el genoma nuclear se divide en 23 pares de moléculas de ADN lineales llamados cromosomas. El genoma mitocondrial es una molécula de ADN circular distinta de la del ADN nuclear. Aunque el ADN mitocondrial es muy pequeño en comparación con los cromosomas nucleares, códigos para 13 proteínas implicadas en la producción de energía mitocondrial, así como tRNAs específicos.
Material genético extraño (más comúnmente ADN) puede también ser introducido artificialmente en la célula por un proceso llamado transfección. Esto puede ser transitoria, si el ADN no se inserta en la célula de genoma, o estable, si lo es. Algunos virus también insertan su material genético en el genoma.
Orgánulos
El cuerpo humano contiene muchos diferentes órganos, como el corazón, pulmón y riñón, con cada órgano de realizar una función diferente. Las células también tienen una serie de "pequeños órganos," llamado orgánulos, que se adapten y / o especializado para la realización de una o más funciones vitales.
Hay varios tipos de orgánulos dentro de una célula animal. Algunos (como el núcleo y aparato de Golgi) son típicamente solitarios, mientras que otros (como las mitocondrias , peroxisomas y lisosomas) puede ser numerosas (cientos de miles). La citosol es el líquido gelatinoso que llena la celda y rodea los orgánulos.
- Mitocondrias y cloroplastos (los generadores de energía)
- Las mitocondrias son orgánulos auto-replicantes que se producen en varios números, formas y tamaños en el citoplasma de todas las células eucariotas. Las mitocondrias juegan un papel crítico en la generación de energía en la célula eucariota. Las mitocondrias generan energía de la célula por el proceso de la fosforilación oxidativa, la utilización de oxígeno para liberar energía almacenada en los nutrientes celulares (típicamente perteneciente a la glucosa ) para generar ATP . Las mitocondrias se multiplican por división en dos.
- Orgánulos que se modifican los cloroplastos se denominan en términos generales plastidios, y están involucrados en el almacenamiento de energía a través del proceso de la fotosíntesis , que utiliza energía solar para generar hidratos de carbono y oxígeno a partir de dióxido de carbono y agua.
- Las mitocondrias y cloroplastos contienen cada uno su propio genoma, que es independiente y distinto del genoma nuclear de una célula. Ambos de estos orgánulos contienen este ADN en plásmidos circulares, al igual que las células procariotas, apoyando firmemente la teoría de la evolución de endosimbiosis; ya que estos orgánulos contener sus propios genomas y tienen otras similitudes con los procariotas, que se cree que han desarrollado a través de una relación simbiótica después de ser engullido por una célula primitiva.
- Los ribosomas
- La ribosoma es un gran complejo de ARN y proteínas moléculas. Aquí es donde se producen las proteínas. Los ribosomas se pueden encontrar ya sea foating libremente o unido a una membrana (el retículo endoplásmico rugoso en eucariotas, o la membrana celular en procariotas).
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Estructuras fuera de la pared celularCápsulaEstá presente sólo en algunas bacterias fuera de la pared celular. Es gelatinosa en la naturaleza. La cápsula puede ser polisacárido como en neumococos, meningococos o polipéptido como Bacillus anthracis o ácido hialurónico como en los estreptococos. Las cápsulas no se tiñeron mediante tinción ordinaria y pueden detectado por tinción especial. La cápsula es antigénica. La cápsula tiene la función antiphagocytic lo que determina la virulencia de muchas bacterias. También juega un papel en la unión del organismo a las membranas mucosas. Los flagelosLos flagelos son el órgano de la movilidad. Surgen de citoplasma y extruir a través de la pared celular. Son hilo largo y grueso como apéndices, de naturaleza proteica, formado por la proteína flagelina (antigénica). No pueden ser teñidas por la tinción de Gram. Tienen una tinción especial. De acuerdo a su disposición que pueden ser monotrichate, amphitrichate, lophotrichate, peritrichate. Fimbrias (pili)Son el pelo corto y delgado como filamentos, formada de proteína llamada pilina (antigénica). Las fimbrias son responsables de attachement de las bacterias a los receptores específicos de las células humanas (adherencia). Hay tipos especiales de pili llamada (pili sexual) que participan en el proceso de conjunción. Funciones de la célulaEl crecimiento celular y el metabolismoEntre sucesivas divisiones celulares, las células crecen a través del funcionamiento del metabolismo celular. El metabolismo de la célula es el proceso por el cual las células individuales procesan moléculas de nutrientes. Metabolismo tiene dos divisiones: catabolismo, en el que la célula se rompe moléculas complejas para producir energía y poder reductor, y anabolismo, en el que la célula utiliza energía y poder reductor para construir moléculas complejas y realizar otras funciones biológicas. Los azúcares complejos consumidos por el organismo pueden desglosarse en una molécula de azúcar menos químicamente compleja llamada glucosa . Una vez dentro de la célula, la glucosa se descompone para producir trifosfato de adenosina ( ATP ), una forma de energía, a través de dos vías diferentes. La primera vía, glucólisis, no requiere oxígeno y se conoce como metabolismo anaeróbico. Cada reacción está diseñado para producir algunos iones de hidrógeno que luego pueden ser utilizados para hacer paquetes de energía (ATP). En procariotas, la glucólisis es el único método utilizado para la conversión de energía. La segunda vía, llamado el ciclo de Krebs, o ciclo del ácido cítrico, se produce dentro de la mitocondria y es capaz de generar suficiente ATP para ejecutar todas las funciones celulares.  Una visión general de la síntesis de proteínas. Dentro de núcleo de la célula (azul claro), genes (ADN, azul oscuro) transcrito en RNA. Este ARN es entonces sujeto a modificación y el control post-transcripcional, resultando en una madura mRNA (rojo) que se transporta a continuación fuera del núcleo y en el citoplasma (melocotón), donde se somete traducción en una proteína. ARNm se traduce por ribosomas (púrpuras) que responden a las tres bases codones del ARNm de las tres bases anti-codones de la adecuada tRNA. Proteínas recién sintetizadas (negro) se modifican a menudo adicional, tal como mediante la unión a una molécula efectora (naranja), para convertirse en completamente activa. Creación de nuevas célulasLa división celular requiere una sola célula (llamado una célula madre) que divide en dos células hijas. Esto conduce al crecimiento en organismos multicelulares (el crecimiento de tejido) y para la procreación ( reproducción vegetativa) en organismos unicelulares. Las células procariotas se dividen por fisión binaria. eucariotas células generalmente son sometidos a un proceso de división nuclear, llamado mitosis, seguido por la división de la célula, llamado citocinesis. La célula diploide también puede sufrir meiosis para producir células haploides, normalmente cuatro. Las células haploides sirven como gametos en los organismos multicelulares, fusionando para formar nuevas células diploides. La replicación del ADN, o el proceso de duplicar el genoma de una célula, se requiere cada vez que una célula se divide. Replicación, como todas las actividades celulares, requiere proteínas especializadas para llevar a cabo el trabajo. Síntesis de proteínasLas células son capaces de sintetizar nuevas proteínas, que son esenciales para la modulación y el mantenimiento de las actividades celulares. Este proceso implica la formación de nuevas moléculas de proteínas a partir de aminoácidos bloques de construcción basados en la información codificada en el ADN / ARN. La síntesis de proteínas en general, consta de dos pasos principales: la transcripción y traducción. La transcripción es el proceso donde se utiliza la información genética en el ADN para producir una hebra de ARN complementario. Esta cadena de ARN se procesa para dar ARN mensajero (ARNm), que es libre de migrar a través de la célula. moléculas de ARNm se unen a los complejos de proteína-ARN llamados los ribosomas se encuentra en el citosol, donde se traducen en secuencias de polipéptidos. El ribosoma media la formación de una secuencia de polipéptido basado en la secuencia de ARNm. La secuencia de ARNm se relaciona directamente con la secuencia de polipéptidos mediante la unión a ARN de transferencia (ARNt) moléculas adaptadoras en los bolsillos de unión dentro del ribosoma. El nuevo polipéptido a continuación se pliega en una molécula de proteína tridimensional funcional. El movimiento de la célula o la motilidadLas células pueden moverse durante muchos procesos tales como: la curación de heridas, la respuesta inmune y la metástasis del cáncer. Para la cicatrización de heridas que se produzca, las células blancas de la sangre y las células que ingieren las bacterias se mueven a la zona de la herida para matar a los microorganismos que causan infecciones. A los mismos fibroblastos tiempo (células del tejido conectivo) se mueven allí para remodelar las estructuras dañadas. En el caso del desarrollo del tumor, las células de un tumor primario se alejan y propagarse a otras partes del cuerpo. Motilidad celular implica muchos receptores, reticulación, la agrupación, la unión, la adhesión, motor y otras proteínas. El proceso se divide en tres pasos - saliente del borde de ataque de la célula, la adhesión del borde de ataque y deadhesion en el cuerpo de la célula y la parte trasera, y la contracción del citoesqueleto para tirar de la célula hacia adelante. Cada uno de estos pasos es impulsado por fuerzas físicas generadas por segmentos únicos del citoesqueleto. Orígenes de las célulasEl origen de las células tiene que ver con el origen de la vida, que comenzó el historia de la vida en la Tierra. El nacimiento de la célula marcó el paso de la química prebiótica a la vida biológica. Origen de la primera célula
La unidad de selección en los organismos modernos y las poblaciones de organismos no está claro, con la selección natural se propuso trabajar en el nivel de genes, células, organismos individuales, grupos de organismos e incluso especies. Ninguno de estos modelos son mutuamente excluyentes y la selección puede actuar en varios niveles al mismo tiempo. Sin embargo, en una vista centrada en los genes de la evolución, la vida se considera en términos de replicadores-es decir, los ADN moléculas en el organismo. Si las moléculas de ADN libremente flotantes que codifican para enzimas no están encerrados en las células, las enzimas que se benefician de un replicador de dado (por ejemplo, mediante la producción de nucleótidos) pueden hacerlo menos eficiente, y de hecho en beneficio replicadores pueden competir. Si toda la molécula de ADN de un replicador está encerrado en una celda, a continuación, las enzimas codificadas de la molécula se mantendrá cerca de la misma molécula de ADN. El replicador se beneficiará directamente de sus enzimas codificadas. Bioquímicamente, esferoides similares a células formadas por proteinoides se observan por calentamiento de aminoácidos con ácido fosfórico como catalizador . Llevan muchos de los rasgos básicos proporcionados por las membranas celulares. Protocélulas basados proteinoide encierran las moléculas de ARN pueden haber sido las primeras formas de vida celular en la Tierra. Algunos anfífilos tienen la tendencia a formar espontáneamente membranas en agua. Una membrana esférica cerrada contiene agua y es un precursor hipotético a la membrana celular moderna compuesta de proteínas y fosfolípido membranas bicapa. Origen de las células eucariotasLa célula eucariota parece haber evolucionado a partir de un comunidad simbiótica de células procariotas. Es casi seguro que el ADN de soporte de orgánulos como las mitocondrias y la cloroplastos son lo que queda de la antigua simbiótica oxígeno para respirar proteobacterias y cianobacterias, respectivamente, donde el resto de la célula parece estar derivado de un ancestral células procariotas archaean - una teoría denomina teoría endosimbiótica. Todavía hay un debate considerable sobre si orgánulos como el hidrogenosoma anterior al origen de las mitocondrias , o viceversa: ver el hipótesis del hidrógeno para el origen de las células eucariotas. El sexo, como la coreografía estereotipada de la meiosis y singamia que persiste en casi todas las existentes eucariotas, puede haber jugado un papel en la transición de procariotas a eucariotas. Un "origen de sexo como la vacunación" teoría sugiere que el genoma eucariota acreción de los genomas de parásitos prokaryan en numerosas rondas de transferencia lateral de genes. Sex-como-singamia (sexo fusión) surgió cuando los huéspedes infectados comenzaron intercambiando genomas nuclearizadas contienen coevolved simbiontes, de transmisión vertical que transmitían protección contra la infección horizontal por simbiontes más virulentas. Historia
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