Estructura Celular Y Funcion.docx

ESTRUCTURA CELULAR Y FUNCION

Figura 3.1 (a) Células del seno nasal (vistas con un microscopio óptico), (b) células de cebolla (observadas con un microscopio de luz), y (c) células bacterianas de Vibrio tasmaniensis (vistas usando un electrón de barrido microscopio) son de organismos muy diferentes, pero todos comparten ciertas características de la célula básica estructura. (crédito a: modificación del trabajo por Ed Uthman, MD; crédito b: modificación del trabajo por Umberto Salvagnin; crédito c: modificación del trabajo por Anthony D'Onofrio; datos de barra de escala de MattRussell) Introducción: Cierra los ojos e imagina una pared de ladrillos. ¿Cuál es el elemento básico de esa pared? Es un solo ladrillo, por supuesto. Al igual que una pared de ladrillo, su cuerpo se compone de bloques de construcción básicos, y los bloques de construcción de tu cuerpo son celulas Su cuerpo tiene muchos tipos de células, cada una especializada para un propósito específico. Así como se hace una casa a partir de una variedad de materiales de construcción, el cuerpo humano se construye a partir de muchos tipos de células. Por ejemplo, las células epiteliales protegen la superficie del cuerpo y cubren los órganos y las cavidades corporales internas. Células óseas ayuda a apoyar y proteger el cuerpo. Las células del sistema inmune luchan contra las bacterias invasoras. Adicionalmente, los glóbulos rojos transportan oxígeno por todo el cuerpo. Cada uno de estos tipos de células juega un papel vital durante el crecimiento, desarrollo y mantenimiento diario del cuerpo. A pesar de su enorme variedad, sin embargo, todas las células comparten ciertas características fundamentales.

3.1 | Cómo se estudian las células: Al final de esta sección, podrá: • Describir los roles de las células en los organismos • Comparar y contrastar microscopía de luz y microscopía electrónica • Resumir la teoría celular Una célula es la unidad más pequeña de un ser vivo. Un ser vivo, como usted, se llama un organismo. Por lo tanto, las células son los bloques de construcción básicos de todos los organismos. En organismos multicelulares, varias células de un tipo particular se interconectan entre sí y funcionan funciones compartidas para formar tejidos (por ejemplo, tejido muscular, tejido conectivo y tejido nervioso), varios tejidos se combinan para formar un órgano (por ejemplo, estómago, corazón o cerebro) y varios órganos conformar un sistema de órganos (como el sistema digestivo, el sistema circulatorio o el sistema nervioso). Varios los sistemas que funcionan juntos forman un organismo (como un elefante, por ejemplo). Hay muchos tipos de células y todas están agrupadas en una de dos categorías amplias: procariotas y eucariota Las células animales, las células vegetales, las células fúngicas y las células protistas se clasifican como eucarióticas, mientras que las bacterias y las células de archaea se clasifican como procariotas. Antes de discutir los criterios para determinar ya sea que una célula sea procariota o eucariota, veamos primero cómo los biólogos estudian las células.

Microscopía Las celdas varían en tamaño. Con pocas excepciones, las células individuales son demasiado pequeñas para ser vistas a simple vista, por lo que los científicos usan microscopios para estudiarlos. Un microscopio es un instrumento que magnifica un objeto. Más las imágenes de las células se toman con un microscopio y se llaman micrografías. Microscopios de luz Para darle una idea del tamaño de una célula, un glóbulo rojo humano típico es de aproximadamente ocho millonésimas de metro u ocho micrómetros (abreviado como μm) de diámetro; la cabeza de un alfiler es aproximadamente dos milésimas de un metro (milímetros, o mm) de diámetro. Eso significa que aproximadamente 250 glóbulos rojos podrían caber en la cabeza de un alfiler. La óptica de las lentes de un microscopio óptico cambia la orientación de la imagen. Un espécimen que está boca arriba y mirando hacia la derecha en el portaobjetos del microscopio aparecerá boca abajo y mirando hacia la izquierda cuando visto a través de un microscopio, y viceversa. Del mismo modo, si la diapositiva se mueve hacia la izquierda mientras se mira el microscopio, parecerá que se mueve hacia la derecha, y si se mueve hacia abajo, parecerá moverse hacia arriba. Esto ocurre porque los microscopios usan dos juegos de lentes para ampliar la imagen. Debido a la forma en que la luz viaja a través de las lentes, este sistema de lentes produce una imagen invertida (binoculares y una disección el microscopio funciona de manera similar, pero incluye un sistema de aumento adicional que hace que el la imagen parece estar en posición vertical). La mayoría de los microscopios estudiantiles se clasifican como microscopios de luz (Figura 3.2a). La luz visible pasa y está doblado por el sistema de lentes para permitir al usuario ver la muestra. Microscopios de luz son ventajosas para ver organismos vivos, pero dado que las células individuales son generalmente transparentes, sus componentes no son distinguibles a menos que estén coloreados con manchas especiales. La tinción, sin embargo, usualmente mata las células. Los microscopios de luz comúnmente utilizados en el laboratorio universitario de pregrado aumentan hasta aproximadamente 400 veces. Dos parámetros que son importantes en el microscopio son el aumento y el poder de resolución. La ampliación es el grado de ampliación de un objeto. La resolución del poder es la capacidad de un microscopio para permitir que el ojo distinga dos estructuras adyacentes como separadas; cuanto mayor es la resolución, más cerca están dos objetos pueden ser, y mejor es la claridad y el detalle de la imagen. Cuando se usan lentes de inmersión en aceite, la ampliación generalmente se incrementa a 1,000 veces para el estudio de células más pequeñas, como la mayoría de las procariotas Células. Debido a que la luz que entra a una muestra desde abajo se enfoca en el ojo de un observador, la muestra puede ser visto usando microscopía óptica. Por esta razón, para que la luz pase a través de una muestra, la muestra debe ser delgado o translúcido. Para otra perspectiva sobre el tamaño de la celda, prueba el HowBig (http://openstaxcollege.org/l/cell_sizes2) interactivo. Un segundo tipo de microscopio utilizado en laboratorios es el microscopio de disección (figura 3.2b). Estas los microscopios tienen un aumento menor (20 a 80 veces el tamaño del objeto) que los microscopios de luz y puede proporcionar una vista tridimensional de la muestra. Los objetos gruesos pueden examinarse con muchos componentes en foco al mismo tiempo. Estos microscopios están diseñados para dar un aspecto claro y magnificado vista de la estructura del tejido así como de la anatomía de todo el organismo. Al igual que los microscopios de luz, la mayoría

los modernos microscopios de disección también son binoculares, lo que significa que tienen dos sistemas de lentes separados, uno para cada ojo Los sistemas de lentes están separados por una cierta distancia y, por lo tanto, proporcionan una sensación de profundidad en la vista de su sujeto para facilitar las manipulaciones a mano. Los microscopios de disección también tienen ópticas que corrigen la imagen para que parezca vista a simple vista y no como una imagen invertida imagen. La luz que ilumina una muestra debajo de un microscopio de disección generalmente viene de arriba del muestra, pero también se puede dirigir desde abajo.

Figura 3.2 (a) La mayoría de los microscopios de luz utilizados en un laboratorio de biología de la universidad pueden ampliar las células hasta aproximadamente 400 veces. (b) Los microscopios de disección tienen un aumento menor que la luz microscopios y se utilizan para examinar objetos más grandes, como los tejidos. Microscopios Electrónicos: A diferencia de los microscopios de luz, los microscopios electrónicos usan un haz de electrones en lugar de un haz de luz. Esto no solo permite una mayor ampliación y, por lo tanto, más detalles (Figura 3.3), también proporciona mayor poder de resolución. La preparación de una muestra para ver bajo un microscopio electrónico matará eso; por lo tanto, las células vivas no se pueden ver utilizando este tipo de microscopía. Además, el haz de electrones se mueve mejor en el vacío, por lo que es imposible ver los materiales vivos. En un microscopio electrónico de barrido, un rayo de electrones se mueve hacia adelante y hacia atrás a través de la superficie de la célula, representación de los detalles de las características de la superficie celular por reflexión. Las células y otras estructuras son usualmente cubierto con un metal como el oro. En un microscopio electrónico de transmisión, el haz de electrones se transmite a través de la célula y proporciona detalles de las estructuras internas de una célula. Como se imaginarán, el electrón Los microscopios son significativamente más voluminosos y caros que los microscopios ópticos.

Figura 3.3 (a) Las bacterias de Salmonella se observan con un microscopio óptico. (b) Este electrón de barrido la micrografía muestra bacterias Salmonella (en rojo) que invaden las células humanas. (crédito a: modificación del trabajo por CDC, Instituto de Patología de las Fuerzas Armadas, Charles N. Farmer; crédito b: modificación del trabajo por Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH; datos de barra de escala de Matt Russell Citotécnico ¿Alguna vez oyó hablar de un examen médico llamado Papanicolau (figura 3.4)? En esta prueba, una El médico toma una pequeña muestra de células del cuello uterino de un paciente y la envía a un laboratorio médico donde un citotécnico tiñe las células y las examina para detectar cualquier cambioque podría indicar cáncer de cuello uterino o una infección microbiana. Los citotecnólogos (cito- = célula) son profesionales que estudian las células a través de microscopía exámenes y otras pruebas de laboratorio. Están entrenados para determinar qué celular los cambios están dentro de los límites normales o son anormales. Su enfoque no se limita a las células del cuello uterino;estudian muestras celulares que provienen de todos los órganos. Cuando notan anormalidades,consultan a un patólogo, que es un médico que puede hacer un diagnóstico clínico. Los citotecnólogos desempeñan papeles vitales para salvar las vidas de las personas. Cuando las anormalidades son descubierto temprano, el tratamiento de un paciente puede comenzar antes, lo que generalmente aumenta el posibilidades de un tratamiento exitoso.

Figura 3.4 Estas células del cuello uterino, vistas a través de un microscopio óptico, se obtuvieron de una prueba de Papanicolaou Las celdas normales están a la izquierda. Las celdas de la derecha están infectadas con humanos virus del papiloma. (crédito: modificación del trabajo por Ed Uthman, datos de barra de escala de Matt Russell)

Teoría celular Los microscopios que utilizamos hoy en día son mucho más complejos que los utilizados en los 1600 por Antony van Leeuwenhoek, un tendero holandés que tenía gran habilidad en la elaboración de lentes. A pesar de las limitaciones de sus lentes ahora antiguas, van Leeuwenhoek observó los movimientos de protistas (un tipo de célula única organismo) y esperma, que colectivamente denominó "animálculos". En una publicación de 1665 llamada Micrographia, el científico experimental Robert Hooke acuñó el término "célula" (del latín cella, que significa "habitación pequeña") para las estructuras en forma de caja que observó al ver el corcho tejido a través de una lente. En la década de 1670, van Leeuwenhoek descubrió bacterias y protozoos. Avances posteriores en lentes y la construcción del microscopio permitió a otros científicos ver diferentes componentes dentro de las células. A fines de la década de 1830, el botánico Matthias Schleiden y el zoólogo Theodor Schwann estudiaban tejidos y propuso la teoría celular unificada, que establece que todos los seres vivos están compuestos por uno o más células, que la célula es la unidad básica de la vida, y que todas las células nuevas surgen de las células existentes. Estos principios Sigue en pie hoy 3.2 | Comparando procariotas y eucariotas Células Al final de esta sección, podrá: • Nombre ejemplos de organismos procariotas y eucariotas • Comparar y contrastar células procariotas y células eucariotas • Describir los tamaños relativos de diferentes tipos de células Las células se dividen en una de dos categorías amplias: procariotas y eucariotas. El predominantemente unicelular organismos de los dominios Bacterias y Archaea se clasifican como procariotas (pro = antes; -cariono = núcleo). Las células animales, las células vegetales, los hongos y los protistas son eucariotas (eu- = verdadero). Componentes de células procariotas Todas las células comparten cuatro componentes comunes: 1) una membrana plasmática, una cubierta externa que separa el el interior de la celda de su entorno; 2) citoplasma, que consiste en una región gelatinosa dentro de la celda en la que se encuentran otros componentes celulares; 3) ADN, el material genético de la célula; y 4) ribosomas, partículas que sintetizan proteínas. Sin embargo, los procariotas difieren de las células eucariotas en varias formas Una célula procariota es un organismo simple, unicelular (unicelular) que carece de núcleo o cualquier otro membrana ligada al orgánulo. Veremos en breve que esto es significativamente diferente en eucariotas. El ADN procariota se encuentra en la parte central de la célula: una región oscura llamada nucleoide (Figura 3.5).

Figura 3.5 Esta figura muestra la estructura generalizada de una célula procariota. A diferencia de Archaea y eucariotas, las bacterias tienen una pared celular hecha de peptidoglicano, compuesto de azúcares y aminoácidos, y muchos tienen una cápsula de polisacáridos (Figura 3.5). La pared celular actúa como un extra capa de protección, ayuda a la célula a mantener su forma y previene la deshidratación. La cápsula permite célula para unir a las superficies en su entorno. Algunos procariotas tienen flagelos, pili o fimbrias. Flagella son utilizado para la locomoción, mientras que la mayoría de los pili se utilizan para intercambiar material genético durante un tipo de reproducción llamada conjugación Células eucariotas En la naturaleza, la relación entre forma y función es evidente en todos los niveles, incluido el nivel de célula, y esto se aclarará a medida que exploramos las células eucarióticas. El principio "la forma sigue a la función" es encontrado en muchos contextos. Por ejemplo, las aves y los peces tienen cuerpos aerodinámicos que les permiten moverse rápidamente a través del medio en el que viven, ya sea aire o agua. Significa que, en general, uno puede deduce la función de una estructura al observar su forma, porque las dos están emparejadas. Una célula eucariótica es una célula que tiene un núcleo unido a la membrana y otro ligado a la membrana compartimentos o sacos, llamados organelos, que tienen funciones especializadas. La palabra eucariótico significa "Kernel verdadero" o "núcleo verdadero", aludiendo a la presencia del núcleo unido a la membrana en estas células. La palabra "orgánulo" significa "pequeño órgano" y, como ya se mencionó, los orgánulos se han especializado funciones celulares, al igual que los órganos de su cuerpo tienen funciones especializadas. Tamaño de celda Con 0.1-5.0 μm de diámetro, las células procariotas son significativamente más pequeñas que las células eucarióticas, que tienen diámetros que van desde 10-100 μm (Figura 3.6). El pequeño tamaño de procariotas permite iones y orgánicos moléculas que los ingresan para expandirse rápidamente a otras partes de la célula. Del mismo modo, cualquier residuo producido dentro de una célula procariota puede moverse rápidamente. Sin embargo, las células eucariotas más grandes han evolucionado de forma diferente

adaptaciones estructurales para mejorar el transporte celular. De hecho, el gran tamaño de estas celdas no sería posible sin estas adaptaciones. En general, el tamaño de la celda es limitado porque el volumen aumenta mucho más rápidamente que el área de superficie celular. A medida que una célula se hace más grande, se vuelve más y más difícil para el célula para adquirir materiales suficientes para soportar los procesos dentro de la celda, debido a que el tamaño relativo del área de superficie a través del cual los materiales deben ser transportados disminuye.

Figura 3.6 Esta figura muestra los tamaños relativos de diferentes tipos de células y componentes celulares. Un adulto humano se muestra para comparar. 3.3 | Células eucariotas Al final de esta sección, podrá: • Describir la estructura de las células vegetales y animales eucarióticas • Indique el papel de la membrana plasmática • Resume las funciones de los principales orgánulos celulares • Describe el citoesqueleto y la matriz extracelular En este punto, debe quedar claro que las células eucariotas tienen una estructura más compleja que las procariotas Células. Los orgánulos permiten que ocurran varias funciones en la celda al mismo tiempo. Antes de discutir las funciones de los orgánulos dentro de una célula eucariota, examinemos primero dos componentes importantes de la célula: la membrana plasmática y el citoplasma

Figura 3.7 Esta figura muestra (a) una célula animal típica y (b) una célula vegetal típica.

¿Qué estructuras tiene una célula vegetal que una célula animal no tiene? Qué estructuras Qué tiene una célula animal que una célula de planta no tiene?

La membrana de plasma Al igual que los procariotas, las células eucariotas tienen una membrana plasmática (Figura 3.8) compuesta de un fosfolípido bicapa con proteínas integradas que separa el contenido interno de la célula de su entorno ambiente. Un fosfolípido es una molécula de lípidos compuesta por dos cadenas de ácidos grasos, una cadena principal de glicerol, y un grupo fosfato. La membrana plasmática regula el paso de algunas sustancias, como moléculas orgánicas, iones y agua, impidiendo el paso de algunos para mantener las condiciones internas, mientras trayendo o quitando activamente otros. Otros compuestos se mueven pasivamente a través de la membrana

Figura 3.8 La membrana plasmática es una bicapa de fosfolípidos con proteínas integradas. Existen otros componentes, como colesterol y carbohidratos, que se pueden encontrar en la membrana de Además de fosfolípidos y proteínas. Las membranas plasmáticas de las células que se especializan en la absorción se pliegan en proyecciones similares a dedos llamadas microvellosidades (singular = microvellosidades). Este plegado aumenta la superficie de la membrana plasmática. Tal las células generalmente se encuentran alineadas en el intestino delgado, el órgano que absorbe los nutrientes de los alimentos digeridos. Este es un excelente ejemplo de forma que coincide con la función de una estructura. Las personas con enfermedad celíaca tienen una respuesta inmune al gluten, que es una proteína que se encuentra en el trigo, cebada y centeno. La respuesta inmune daña las microvellosidades y, por lo tanto, las personas afectadas no pueden absorber nutrientes. Esto conduce a desnutrición, calambres y diarrea. Los pacientes que padecen celiaquía deben siga una dieta sin gluten.

El citoplasma El citoplasma comprende el contenido de una célula entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear (una estructura para ser discutida en breve). Se compone de organelos suspendidos en el citosol similar a un gel, el citoesqueleto y varios productos químicos (Figura 3.7). Aunque el citoplasma consiste de 70 a 80 por ciento agua, tiene una consistencia semisólida, que proviene de las proteínas que contiene. Sin embargo, las proteínas no son las únicas moléculas orgánicas que se encuentran en el citoplasma. Glucosa y otros azúcares simples, polisacáridos, aminoácidos, ácidos nucleicos, ácidos

grasos y derivados de glicerol se encuentran allí también. Iones de sodio, el potasio, el calcio y muchos otros elementos también se disuelven en el citoplasma. Muchos metabólicos reacciones, incluida la síntesis de proteínas, tienen lugar en el citoplasma. El citoesqueleto Si tuviera que eliminar todos los orgánulos de una célula, la membrana plasmática y el citoplasma los únicos componentes que quedan? No. Dentro del citoplasma, todavía habría iones y moléculas orgánicas, además de una red de fibras de proteína que ayuda a mantener la forma de la célula, asegura ciertos orgánulos en posiciones específicas, permite que el citoplasma y las vesículas se muevan dentro de la célula, y permite unicelular organismos para moverse de forma independiente. En conjunto, esta red de fibras de proteínas se conoce como citoesqueleto. Hay tres tipos de fibras dentro del citoesqueleto: microfilamentos, también conocidos como filamentos de actina, filamentos intermedios y microtúbulos (Figura 3.9)

Figura 3.9 Microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos componen el citoesqueleto de una célula. Los microfilamentos son las fibras citoesqueléticas más delgadas y funcionan en los componentes celulares en movimiento, para ejemplo, durante la división celular. También mantienen la estructura de las microvellosidades, el plegamiento extensivo del membrana plasmática encontrada en células dedicadas a la absorción. Estos componentes también son comunes en el músculo células y son responsables de la contracción de las células musculares. Los filamentos intermedios son de diámetro intermedio y tienen funciones estructurales, como mantener la forma de la célula y anclar los orgánulos. Bordillo, el compuesto que fortalece el cabello y las uñas, forma un tipo de filamento intermedio. Microtúbulos son las más gruesas de las fibras del citoesqueleto. Estos son tubos huecos que pueden disolverse y reformarse rápidamente. Los microtúbulos guían el movimiento del orgánulo y son las estructuras que llevan los cromosomas a sus polos durante la división celular. También son los componentes estructurales de los flagelos y los cilios. En cilios y flagelos, el microtúbulos están

organizados como un círculo de nueve microtúbulos dobles en el exterior y dos microtúbulos en el centro. El centrosoma es una región cercana al núcleo de células animales que funciona como una organización de microtúbulos centrar. Contiene un par de centriolos, dos estructuras que se encuentran perpendiculares entre sí. Cada centriolo es un cilindro de nueve tripletes de microtúbulos. El centrosoma se replica a sí mismo antes de que una célula se divida, y los centríolos juegan un rol en tirar del cromosomas duplicados a los extremos opuestos de la celda divisoria. Sin embargo, la función exacta de la los centríolos en la división celular no están claros, ya que las células que tienen los centríolos extirpados aún pueden dividirse, y las células vegetales, que carecen de centriolos, son capaces de dividir las células. Flagella y Cilia Los flagelos (singular = flagelo) son estructuras largas y parecidas a pelos que se extienden desde la membrana plasmática y se usan para mover una celda completa, (por ejemplo, esperma, Euglena). Cuando está presente, la celda tiene solo una flagelo o algunos flagelos. Cuando los cilios (singular = cilio) están presentes, sin embargo, son muchos en número y se extienden a lo largo de toda la superficie de la membrana plasmática. Son estructuras cortas y parecidas a un cabello que se usan para mover células enteras (como el paramecio) o mover sustancias a lo largo de la superficie externa del célula (por ejemplo, los cilios de las células que recubren las trompas de Falopio que mueven el óvulo hacia el útero, o cilios que recubren las células del tracto respiratorio que mueven material particulado hacia la garganta que tiene el moco atrapado) El sistema de la endomembrana El sistema de endomembrana (endo = dentro) es un grupo de membranas y orgánulos (Figura 3.13) en células eucariotas que trabajan juntas para modificar, empaquetar y transportar lípidos y proteínas. Incluye la envoltura nuclear, los lisosomas y las vesículas, el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi, que 70 CAPÍTULO 3 | ESTRUCTURA Y FUNCIÓN CELULAR Este contenido está disponible de forma gratuita en http://cnx.org/content/col11487/1.8 lo cubriremos en breve. Aunque técnicamente no está dentro de la célula, la membrana plasmática está incluida en sistema endomembrana porque, como verán, interactúa con los otros orgánulos endomembranosos. El núcleo Típicamente, el núcleo es el orgánulo más prominente en una célula (Figura 3.7). El núcleo (plural = núcleos) alberga el ADN de la célula en forma de cromatina y dirige la síntesis de ribosomas y proteínas. Veámoslo con más detalle (Figura 3.10).