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1.2: Organización celular - Células procariotas y eucariotas - Biología


Objetivos de aprendizaje

  1. Describa brevemente por qué, en términos de diferencias en el tamaño celular, una célula eucariota es estructuralmente más compleja y compartimentada que una célula procariota.
  2. Cuando se le dé una descripción, determine si una célula es procariota o eucariota y explique por qué.
  3. Explique brevemente por qué los virus no se consideran procariotas ni eucariotas.

Según la teoría celular, la célula es la unidad básica de vida. Todos los organismos vivos están compuestos por una o más células. Según la organización de sus estructuras celulares, todas las células vivas se pueden dividir en dos grupos: procariotas y eucariotas (también deletreado procariotas y eucariotas). Los animales, las plantas, los hongos, los protozoos y las algas poseen todos tipos de células eucariotas. Solo las bacterias tienen tipos de células procariotas.

Las células procariotas son generalmente mucho más pequeñas y más simples que las eucariotas (Figura ( PageIndex {1} )). Las células procariotas son, de hecho, capaces de ser estructuralmente más simples debido a su pequeño tamaño. Cuanto más pequeña es una celda, mayor es su relación superficie / volumen (el área de la superficie de una celda en comparación con su volumen).

El área de superficie de un objeto esférico se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:

[S = 4 , pi , r ^ 2 ]

El volumen de un objeto esférico se puede calcular mediante la fórmula:

[V = dfrac {4} {3} , pi , r ^ 3 ]

Por ejemplo, una celda esférica de 1 micrómetro (µm) de diámetro, el tamaño promedio de una bacteria en forma de coco, tiene una relación superficie / volumen de aproximadamente 6: 1, mientras que una celda esférica que tiene un diámetro de 20 µm tiene un relación superficie-volumen de aproximadamente 0,3: 1.

Una gran proporción de superficie a volumen, como se ve en las células procariotas más pequeñas, significa que los nutrientes pueden llegar fácil y rápidamente a cualquier parte del interior de las células. Sin embargo, en la célula eucariota más grande, el área de superficie limitada en comparación con su volumen significa que los nutrientes no pueden difundirse rápidamente a todas las partes interiores de la célula. Es por eso que las células eucariotas requieren una variedad de orgánulos internos especializados para llevar a cabo el metabolismo, proporcionar energía y transportar sustancias químicas por toda la célula. Ambos, sin embargo, deben realizar los mismos procesos de vida. Algunas características que distinguen a las células procariotas y eucariotas se muestran en la Tabla ( PageIndex {1} ). Todas estas características se analizarán en detalle más adelante en la Unidad 1.

Tabla ( PageIndex {1} ): células eucariotas versus procariotas

Cuerpo nuclear

célula eucariota

una. El cuerpo nuclear está limitado por una membrana nuclear que tiene poros que lo conectan con el retículo endoplásmico (ver Figura ( PageIndex {2} ) y Figura ( PageIndex {3} )).
B. Contiene uno o más cromosomas lineales emparejados compuestos de ácido desoxirribonucleico (ADN) asociado con proteínas histonas).
C. Hay un nucléolo. El ARN ribosómico (ARNr) se transcribe y ensambla en el nucleolo.
D. El cuerpo nuclear se llama núcleo.

Una micrografía electrónica de un núcleo celular, que muestra el nucleolo teñido de oscuro. (Dominio público; Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de EE. UU. / Institutos Nacionales de Salud)

célula procariota

una. El cuerpo nuclear no está limitado por una membrana nuclear (vea la Figura ( PageIndex {4} )).
B. Por lo general, contiene un cromosoma circular compuesto de ácido desoxirribonucleico (ADN) asociado con proteínas similares a las histonas.
C. No hay nucléolo.
D. El cuerpo nuclear se llama nucleoide.

División celular

célula eucariota

una. El núcleo se divide por mitosis.
B. Las células sexuales haploides (1N) en organismos diploides o 2N se producen a través de la meiosis.

célula procariota

una. La célula generalmente se divide por fisión binaria. No hay mitosis.
B. Las células procariotas son haploides. No se necesita meiosis.

Membrana citoplasmática: también conocida como membrana celular o membrana plasmática.

célula eucariota

célula procariota

una. La membrana citoplasmática (Figura ( PageIndex {4} )) es una bicapa de fosfolípidos fluida (Figura ( PageIndex {5} )) que generalmente carece de esteroles. Las bacterias generalmente contienen moléculas similares a los esteroles llamadas hopanoides (Figura ( PageIndex {7} )).

b) La membrana es incapaz de endocitosis y exocitosis.

Estructuras citoplásmicas

célula eucariota

célula procariota

una. Los ribosomas están compuestos por una subunidad 50S y una 30S que se unen durante la síntesis de proteínas para formar un ribosoma 70S. Vea la Figura ( PageIndex {8} ).

- Densidades de subunidades ribosómicas: 50S y 30S

B. Los orgánulos unidos a la membrana interna como las mitocondrias, el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi, las vacuolas y los lisosomas están ausentes (ver Figura ( PageIndex {4} ))
C. No hay cloroplastos. La fotosíntesis suele tener lugar en pliegues o extensiones derivadas de la membrana citoplasmática.
D. No hay mitosis ni huso mitótico.
mi. Los diversos filamentos estructurales del citoplasma forman colectivamente el citoesqueleto procariota. Los filamentos citoesqueléticos juegan un papel esencial en la determinación de la forma de una bacteria (coco, bacilo o espiral) y también son críticos en el proceso de división celular por fisión binaria y en la determinación de la polaridad bacteriana.

Enzimas respiratorias y cadenas de transporte de electrones

célula eucariota

- El sistema de transporte de electrones se encuentra en la membrana interna de las mitocondrias. Contribuye a la producción de moléculas de ATP a través de la quimiosmosis.

-Micrografía electrónica de una mitocondria del Departamento de Biología de la Universidad de Nuevo México.

célula procariota

Pared celular

célula eucariota

una. Las células vegetales, las algas y los hongos tienen paredes celulares, generalmente compuestas de celulosa o quitina. Las paredes de las células eucariotas nunca están compuestas de peptidoglicano (consulte la Figura ( PageIndex {3} )).
B. Las células animales y los protozoos carecen de paredes celulares (consulte la Figura ( PageIndex {2} )).

célula procariota

una. Con pocas excepciones, los miembros del dominio Bacterias tienen paredes celulares compuestas de peptidoglicano (ver Figura ( PageIndex {4} )).
B. Miembros del dominio Archae tienen paredes celulares compuestas de proteína, un carbohidrato complejo o moléculas únicas que se asemejan pero no son iguales al peptidoglicano.

Organelos locomotores

célula eucariota

célula procariota

Organismos representativos

  • célula eucariota: el dominio Eukarya: animales, plantas, algas, protozoos y hongos (levaduras, mohos, hongos).
  • célula procariota: el dominio Bacterias y el dominio Archae.

Dado que los virus son acelulares, no contienen orgánulos celulares, no pueden crecer ni dividirse y no llevan a cabo un metabolismo independiente, no se consideran procariotas ni eucariotas. Debido a que los virus no son células y no tienen orgánulos celulares, solo pueden replicarse y ensamblarse dentro una célula huésped viva. Convierten la célula huésped en una fábrica para fabricar partes virales y enzimas virales y ensamblar los componentes virales.

Los virus, que poseen características tanto vivas como no vivas, se discutirán en la Unidad 4. Recientemente, los virus han sido declarados como entidades vivas en base a la gran cantidad de pliegues proteicos codificados por genomas virales que se comparten con los genomas de las células. Esto indica que los virus probablemente surgieron de múltiples células antiguas.

Resumen

  1. Hay dos tipos básicos de células en la naturaleza: procariotas y eucariotas.
  2. Las células procariotas son estructuralmente más simples que las células eucariotas.
  3. Cuanto más pequeña es una celda, mayor es su relación superficie / volumen.
  4. Cuanto menor sea la relación superficie / volumen, más estructuralmente compleja (compartimentada) debe ser una célula para llevar a cabo funciones vitales.
  5. Existen diferencias fundamentales entre las células procariotas y eucariotas.
  6. Las bacterias son células procariotas; los hongos, protozoos, algas, plantas y animales están compuestos por células eucariotas.
  7. Los virus no son células, por lo que no son procariotas ni eucariotas. Solo pueden replicarse dentro de una célula viva.

Ultraestructura de células procariotas

Algunos de los principales órganos celulares involucrados en la ultraestructura de la célula procariota son los siguientes:

1. Envoltura celular 2. Citoplasma 3. Nucleoide 4. Apéndices.

Las células procariotas son las más simples de la mayoría de las células primitivas. Los registros de microfósiles sugieren que han evolucionado hace 2.500 millones de años y existieron como los únicos organismos en la tierra durante los siguientes mil millones de años hasta que los eucariotas evolucionaron hace unos 1.500 millones de años. Las afirmaciones anteriores de que los microfósiles procarióticos más antiguos, los estromatolitos (es decir, colonias gigantes de cianobacterias antiguas o BGA) de hace 3.500 millones de años son en realidad artefactos minerales sin vida.

El techo de procariotas es la unidad estructural de dos grupos microbianos: las arqueobacterias y las eubacterias. A pesar de las variaciones de forma y tamaño, las estructuras fundamentales de las células procariotas son las mismas. Cada célula procariota es esencialmente un sistema de una sola envoltura que consiste en protoplasma encerrado dentro de la envoltura celular. La ultraestructura de una célula procariota, particularmente una célula bacteriana típica, consta de envoltura celular, citoplasma, nucleoide, plásmidos y apéndice de superficie.

1. Sobre celular:

Es la cubierta protectora de la célula bacteriana que tiene tres capas básicas: el glvcocáliz más externo, la pared celular media y la membrana celular más interna (membrana plasmática),

Es la capa más externa de la envoltura celular que se compone químicamente de polisacáridos con o sin proteínas. Cuando la glucocalixis es espesa y dura, se llama cápsula y cuando forma una vaina suelta se llama capa de limo.

Aunque no es esencial para la supervivencia bacteriana, el glucocálix tiene muchas funciones:

(a) Protege a las células de la desecación, toxinas y fagocitos,

(b) Ayuda en la adhesión, inmunogenicidad y virulencia.

Es la capa intermedia rígida de la envoltura celular la que da forma y evita que una bacteria estalle de forma osmótica en una solución hipotónica. En las bacterias Gram-positivas, la pared celular es de una sola capa y de grosor casi uniforme (10 a 80 nm). Está compuesta de peptidoglicano (mureína o mucopéptido), que consiste en una red tridimensional de hebras de gliceo entrecruzadas por cadenas de péptidos. Cada hebra de glucano tiene 20-130 unidades de longitud y consta de dos aminoazúcares alternados, N-acetilglucosamina (NAG) y N-acetilmuramicacid (NAM).

Ciertos antibióticos (penicilina) lisozima previenen el entrecruzamiento y matan las bacterias. Las paredes de las bacterias grampositivas también contienen ácidos teicoicos (polifosfato polimérico, pero las proteínas están casi ausentes. Los ácidos teicoicos actúan como antígeno de superficie. En las bacterias gramnegativas, la pared celular tiene dos capas y solo tiene un grosor de 7,5 a 12 nm. un peptidoglicano delgado y la capa externa es una unidad de membrana llamada membrana externa La membrana externa es una bicapa lipídica que consta de fosfolípidos, proteínas y un lípido único, lipopolisacárido (LPS).

Las moléculas de LPS están presentes solo en la cara exterior de la membrana exterior. La membrana externa también contiene proteínas similares a canales llamadas porinas, a través de las cuales entran o salen sustancias de bajo peso molecular. En algunas bacterias Gram-negativas (.Mycobacterium, Noccardia) la pared contiene ácidos grasos de cadena larga llamados ácidos micólicos. En las paredes de las bacterias Gram negativas, un espacio lleno de líquido presente a ambos lados de la capa de peptidoglicano, es decir, entre la membrana externa de la pared celular y la membrana celular. Este espacio se llama periplasma o gel periplásmico. Actúa como lisosoma bacteriano.

Muchas especies de bacterias no tienen paredes, ya sea que se desarrollan espontáneamente o son inducidas por agentes degradantes de la pared celular. Estas bacterias se denominan formas L, en honor al Instituto Lister de Londres. Las formas L de bacterias pueden desarrollar una pared celular, pero los mollicutos nunca desarrollarán una pared celular.

Es la capa más interna de la envoltura celular. Es una membrana dinámica semipermeable, cuasi fluida, similar a la de la membrana eucariota. Pero la única diferencia es que, en las bacterias, carecen de esteroles en lugar de los hopanoides presentes. Los hopanoides son moléculas pentacíclicas similares a los esteroles que estabilizan la membrana celular bacteriana. En bacterias Gram-negativas en ciertos lugares, la cara externa de la membrana plasmática es continua con la cara interna de la membrana externa para formar las uniones de Bayer. Hay alrededor de 200-400 uniones de capa y # 8217 presentes en una célula Gram-negativa.

En una célula bacteriana, la membrana plasmática realiza muchas funciones:

(a) Conserva el citoplasma

(b) Evitar la pérdida de componentes esenciales por fugas.

(c) Ayuda en el movimiento de nutrientes, desechos y secreciones a través de la membrana.

(d) Contiene moléculas receptoras que detectan y responden a las sustancias químicas en su entorno. Como respiración, fotosíntesis, síntesis de lípidos y componentes de la pared celular.

(f) Se invagina para formar mesosoma y tilacoides de cianobacterias.

2. Citoplasma:

Es un complejo granular cristalo-coloidal que llena toda la célula procariota excluyendo el nucleoide. El citoplasma contiene mesosomas, cromatóforos, ribosomas, cuerpos de inclusión y plásmidos.

(i) Mesosoma (o condrioides):

Es un pliegue membranoso enrevesado de la membrana plasmática. El mesosoma cuando está conectado con el nucleoide se llama mesosoma septal y cuando no está conectado se llama mesosoma lateral.

(b) Replicación y distribución de cromosomas a las células hijas.

(d) Incrementar el área de superficie de la membrana plasmática.

(e) El mesosoma puede considerarse análogo a las mitocondrias de las células eucariotas, ya que estos son los sitios de las enzimas respiratorias. Por lo tanto, los mososomas también se denominan & # 8220 mitocondrias de células procariotas & # 8221 o & # 8220 mitocondrias bacterianas & # 8221.

(ii) Cromatóforos:

Estos son sistemas de membrana interna de células procariotas. Estos son muy extensos y complejos en formas fotosintéticas como cianobacterias y bacterias púrpuras, donde se les llama tilacoides. En las bacterias nitrificantes, los cromatóforos aumentan el área metabólica.

Los ribosomas procarióticos son de naturaleza 70S y constan de subunidades 5OS más grandes y subunidades 30S más pequeñas. Durante la síntesis de proteínas, alrededor de 4-8 ribosomas se unen a un solo ARNm para formar polirribosomas o polisomas. Ribosomas no funcionales presentes en subunidades separadas.

(iv) Cuerpos de inclusión:

Estas son estructuras no vivas presentes libremente en el citoplasma. Los cuerpos de inclusión pueden ser orgánicos o inorgánicos. Incluyen principalmente reservas de alimentos y orgánulos procarióticos especiales como vacuolas de gas, cromosomas, carboxisomas y magnetosomas. Excepto la reserva de alimentos, otros cuerpos de inclusión están rodeados por una membrana no unitaria de una sola capa que tiene un espesor de 2-5 nm.

Se trata de materiales de reserva o granulados de almacenamiento que no están delimitados por ningún sistema de membranas. Generalmente, una determinada especie bacteriana almacena solo un tipo de material de reserva. Además, el contenido celular del material de reserva es bajo en las células en crecimiento activo, pero aumenta cuando las células carecen de nitrógeno.

Los gránulos de volutina (= gránulos de polifosfato) y los gránulos de azufre son cuerpos de inclusión inorgánicos que almacenan fosfato y azufre respectivamente. Estos gránulos también se denominan gránulos metacromáticos debido a su capacidad para tomar diferentes colores a los tintes básicos. Las reservas de alimentos orgánicos presentes en algunas bacterias son los gránulos de glucógeno, los gránulos de proteínas (= cianoficina), los gránulos de cianofíceos (= los gránulos de almidón) y los gránulos de PHB. Los gránulos de PHB (poli β-hidroxibutirato) son un depósito de almacenamiento de ácidos grasos en el caso de especies de Pseudomonas, Bacillus, Azotobacter. El PHB se utiliza comercialmente para preparar plásticos biodegradables.

Estas son las inclusiones orgánicas de la mayoría de las formas acuáticas que flotan libremente. Cada vacuola de gas es un agregado de un número variable de vesículas de gas cilíndricas huecas. Las vacuolas de gas ayudan a flotar, para un posicionamiento adecuado en el agua para atrapar la luz solar para la fotosíntesis y proteger contra las radiaciones dañinas.

Estas son vesículas en forma de cigarro que encierran pigmentos fotosintéticos como la bacterioclorofila c, d o e. Los clorosomas son estructuras distintas que se encuentran justo debajo de la membrana plasmática, pero unidas firmemente a ella por una placa basal. Estos se encuentran en las bacterias verdes.

Estos son los principales sitios de CO2 Fijación en caso de procariotas autótrofos como cianobacterias, bacterias púrpuras, bacterias nitrificantes, etc.

Estas son las vesículas llenas de cristales de magnetita (Fe3O4). Los magnetosomas ayudan a las bacterias a orientarse en un campo magnético y a determinar la dirección de la natación.

Laderberg y Hays (1952) introdujeron el término & # 8216plasmid & # 8217 a los ADN bicatenarios extra cromosómicos autoreplicantes en forma de anillo que se encuentran en el citoplasma de los procariotas. También se encuentran en eucariotas (levadura) y sus orgánulos. Los plásmidos se utilizan como vector ideal para la transferencia indirecta de genes en tecnología de ADN recombinante (ingeniería genética).

Los plásmidos son generalmente círculos cerrados de doble hebra de D.N A con tamaños que varían de 1-300 pares de kilobases (1 Kbp = 1000bp) y llevan 5-100 genes. Por lo tanto, los plásmidos a menudo se denominan minicromosomas. También se conocen como elementos autónomos prescindibles porque los genes que portan no tienen ningún papel en la viabilidad y el crecimiento bacteriano.

El número medio de plásmidos por célula bacteriana se denomina número de copias. Los plásmidos con un número de copias bajo (1-2) se denominan plásmidos de copia única, mientras que aquellos con un número de copias alto (10-30) se denominan plásmidos de copias múltiples. Algunos plásmidos pueden integrarse temporalmente o desprenderse del cromosoma principal y se denominan episomas, por ejemplo, plásmido F. Cabe señalar que todos los episomas son plásmidos, pero no todos los plásmidos son episomas. El término episoma fue acuñado por Jacob y Wollman 1958).

Sobre la base de la función, los plásmidos son de los siguientes tipos & # 8211

Lleva el factor de fertilidad (factor F) responsable de la formación de los pili sexuales y la conjugación. Por lo tanto, a menudo se le llama plásmido F.

Lleva un factor de resistencia (R) que proporciona resistencia a antibióticos, metales pesados, radiación UV, etc., p. Rl.R4G etc.

Lleva el factor colicinogénico que produce colicinas (bacteriocinas) para matar otras bacterias.

(D) Plásmido degradativo:

Se descompone hidrocarburo en petróleo, p. Ej. presente en Pseudomonas putida [una bacteria modificada genéticamente que degradaría los cuatro tipos de sustratos, es decir, OCT (octano, hexano, dceno), XYL (xileno, tolueno), CAM (alcanfor) y NAH (naftaleno)>

Estos son tumores que incluyen plásmidos transportados por Agrabacterium tumefaciens. Ti-plásmido lleva

El ADN-T (ADN transformador), que tiene una longitud de 200 Kpb y causa la enfermedad de la agalla de la corona en las plantas, el ADN-T es un vector ideal para la transferencia de genes en las plantas.

Un subsuelo de plásmidos Ti que inducen los tumores de la raíz pilosa, por ejemplo, - A-rizógeno.

El plásmido se puede clasificar en función del número de copias por célula.

(a) Plásmido liberado: normalmente mantiene múltiples copias por célula.

(b) Plásmido riguroso: tiene un número limitado de copias por célula.

3. Nucleoide

El nucleoide es el material genético de una célula procariota que ocupa hasta 1/5 del interior de la célula bacteriana. Está representado por un solo ADN ds desnudo circular que está muy enrollado y súper enrollado con la ayuda de poliatinos (proteínas nucleoides) y ARN. El nucleoide es una estructura compacta con envoltura nuclear y nucleolo, y por lo tanto no es un núcleo organizado sino un núcleo incipente. En Escherichia coli, el ADN compacto tiene 1,2 mm de longitud, lo que equivale aproximadamente a 250-700 veces la longitud de la célula. El nucleoide está unido a la membrana plasmática directamente o por mesosomas.

4. Apéndices:

Los apéndices superficiales presentes en la célula bacteriana pueden ser flagelos móviles o pili y fimbrias inmóviles.

(a) Flagelos (cantar Flagellum):

Estos son apéndices locomotrices finos y peludos largos (1-71 m) presentes en la superficie bacteriana para nadar. Su número y disposición se llama flagelación, que son rasgos característicos de diferentes géneros de bacterias.

Algunas bacterias portan flagelos de vaina rodeados por una extensión de la membrana celular. En Vibrio, la flagelación es de tipo mixto en el que el flagelo con vaina polar está presente junto con muchos flagelos sin vaina dispuestos peritricamente.

La ultraestructura de cada flagelo muestra 3 partes: cuerpo basal, gancho y filamento. El cuerpo basal consta de una raíz central con dos pares de anillos. En las bacterias Gram positivas, el cuerpo basal posee dos pares de anillos, el par externo (anillos L y P) permanece unido a la membrana externa, mientras que el par interno (anillos S y M) permanece conectado a la membrana celular. En las bacterias grampositivas, por otro lado, solo está presente el par interno (Sand M) y los restos adheridos a la membrana celular (fig. 2.4).

El anzuelo es de estructura ligeramente más ancha y curva de unos 45 nm de largo que conecta, cuerpo basal con el filamento. El filamento tiene una estructura cilíndrica hueca de aproximadamente 1-70 nm de largo y 20 nm de diámetro. Filamento compuesto por 3-8 espirales de proteínas flagelianas. Pero el gancho se compone de un tipo diferente de proteínas.

El flageilo bacteriano gira 360 & # 8243 en lugar de un movimiento de látigo hacia adelante y hacia atrás. Como resultado, la célula bacteriana gira en la dirección opuesta y empuja a la bacteria hacia adelante.

(b) Pili (sing. Pilus) y fimbrias:

Estos dos términos se han utilizado a menudo indistintamente. Los pili son excrecencias tubulares de aproximadamente 18-20 nm compuestas de proteína pilina. Se informan solo en bacterias Gram negativas de células donantes donde ayudan en la conjugación. Por lo tanto, los pili también se denominan sex-pili o F-pili. Su número es de 1 a 4 por celda. Las fimbrias son apéndices superficiales parecidos a cerdas que ayudan en la adhesión y la longitud de adherencia mutua varía entre 6,1 y 7,5 nm y un diámetro de 3 a 10 nm.


Compara y contrasta las células procariotas y eucariotas y el impacto que tienen los virus sobre ellas.

Escriba un informe ilustrado de 4000 palabras sobre biología celular.

Introducción de la unidad
1.1: Discutir las características seleccionadas de las células vivas
1.2: Compara y contrasta las células procariotas y eucariotas y el impacto que tienen los virus en ellas
1.3: Discutir la estructura subcelular eucariota y los orgánulos
2.1: Explicar el papel de la membrana celular en la regulación de nutrientes y productos de desecho.
2.2: Explica cómo las células animales utilizan los nutrientes para proporcionar energía para el crecimiento, el movimiento y la división celular.
2.3: Discutir la síntesis de proteínas
2.4: Explicar el papel de los ácidos nucleicos en el núcleo y el citoplasma
3.1: Explicar la generación de tejidos especializados a partir de células madre embrionarias
3.2: Explicar la importancia de la interfase y los factores que inician la división celular.
3.3: Explica cómo cada célula hija recibe la misma información genética
3.4: Comparar y contrastar las células cancerosas con las células normales

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Transcripción: de ADN a ARNm

Tanto los procariotas como los eucariotas realizan fundamentalmente el mismo proceso de transcripción, con la importante diferencia del núcleo unido a la membrana en los eucariotas. Con los genes unidos al núcleo, la transcripción ocurre en el núcleo de la célula y la transcripción del ARNm debe ser transportada al citoplasma. Los procariotas, que incluyen bacterias y arqueas, carecen de núcleos unidos a la membrana y otros orgánulos, y la transcripción se produce en el citoplasma de la célula. Tanto en procariotas como en eucariotas, la transcripción se produce en tres etapas principales: iniciación, alargamiento y terminación.


Células

Las primeras células que surgieron hace unos 3.500 millones de años probablemente se parecían a las bacterias o arqueas, tenían estructuras relativamente simples y carecían de núcleos u orgánulos internos. La mayoría de los árboles filogenéticos de la vida muestran Archaea y Bacteria divergiendo primero del Último Ancestro Común Universal (LUCA). Por lo tanto, inferimos que el LUCA tenía una estructura celular simple, con citoplasma delimitado por algún tipo de membrana de bicapa de fosfolípidos, y sin núcleos o compartimentos de membrana interna u orgánulos.

Árbol de la vida filogenético con 3 dominios, basado en secuencias de ARNr 16S, de Wikimedia Commons

Las bacterias y las arqueas se clasifican como procariotas, es decir, células sin núcleo, aunque a algunos biólogos modernos no les gusta el término porque las procariotas parecen no formar un grupo monofilético.

Methanococcus janaschii, con muchos flagelos, imagen cortesía del Museo de Paleontología de la UC, www.ucmp.berkeley.edu.

Las bacterias y las arqueas tienen diversas morfologías celulares, pero todas tienen algunas características estructurales comunes.

Estructura de células procariotas, de Wikipedia

  • un solo cromosoma circular (algunas especies tienen dos cromosomas circulares)
  • una región nucleoide que contiene el ADN cromosómico, sin una membrana circundante que lo separe del citoplasma
  • pequeñas moléculas circulares de ADN llamadas plásmidos dispersas en el citoplasma.

Además de su membrana celular de bicapa de fosfolípidos, tienen paredes celulares que difieren en composición entre las bacterias y las arqueas. Las células procariotas son generalmente más pequeñas que las eucariotas. Tienen un citoesqueleto rudimentario y pueden tener flagelos de motilidad.

Escala relativa de tamaños de celda, de Wikipedia

Evolución de eucariotas

Hace unos 2.1-2.400 millones de años, aparecieron las primeras células eucariotas en el registro fósil. Esto coincide con, o ocurre poco después, el Gran Evento de Oxigenación. Las membranas de las células eucariotas tienen esteroles, cuya síntesis requiere oxígeno molecular. ¿Cómo surgieron los eucariotas? Una pista es que los genes eucariotas para las proteínas que replican el ADN y sintetizan el ARN en el núcleo son similares a los genes Archaeal, mientras que los genes eucariotas para el metabolismo energético y la biosíntesis de lípidos en el citoplasma se parecen a los genes bacterianos. Esta observación llevó a la hipótesis actual de que los eucariotas evolucionaron a partir de un antiguo evento de endosimbiosis o fusión celular entre un Archaeon y una Bacterium.

La evolución eucariota requirió muchas innovaciones. Uno es endocitosis (absorbiendo moléculas unidas a la membrana plasmática formando una pequeña vesícula, una estructura similar a una burbuja formada por un saco de bicapa lipídica que encierra el líquido interno). Los procariotas modernos carecen de endocitosis o fagocitosis (llevando partículas a la célula formando una vesícula grande). Pero la endocitosis o fagocitosis es esencial para absorber y albergar endosimbiontes dentro de un recinto de membrana y conduce a la formación de vesículas dentro de la célula. La invaginación de la membrana plasmática en el interior del citoplasma para rodear los cromosomas de la célula puede conducir a la formación de una envoltura de membrana que separa el compartimento nuclear del resto de la célula y al desarrollo simultáneo de un sistema de endomembrana.

Las proteínas necesarias para la endocitosis comparten similitudes estructurales con las proteínas de los poros nucleares, lo que sugiere un origen evolutivo común para el sistema de endomembranas y el núcleo. Fig. 5 de Devos et al. 2004, PLoS Biology doi: 10.1371 / journal.pbio.0020380

Por lo tanto, la fagocitosis / endocitosis puede explicar la formación del núcleo encerrado por una envoltura nuclear, el sistema de endomembranas y la evolución de mitocondrias y cloroplastos a partir de endosimbiosis de bacterias aerobias y cianobacterias, respectivamente.

Estructura de la célula eucariota

Célula eucariota de Wikipedia

¿Qué deben saber los estudiantes de biología de primer año sobre la estructura de una célula eucariota? En lugar de intentar memorizar detalles sobre los diversos orgánulos y estructuras celulares, los estudiantes deben pensar en los principales sistemas celulares.

Citoplasma

El citoplasma es la región interna de la célula delimitada por la membrana plasmática, excluyendo el interior del núcleo y las regiones interiores de los orgánulos y el sistema de endomembranas. El citoplasma contiene ribosomas, ARNt y ARNm para la síntesis de proteínas, el citoesqueleto, muchas enzimas metabólicas y proteínas que funcionan en la señalización celular. El citoplasma está tan lleno de macromoléculas que tiene la consistencia de un gel hidratado, muchas de las moléculas de agua están asociadas con otras moléculas.

Sistema endomembranoso

El sistema de endomembranas incluye la envoltura nuclear, el retículo endoplásmico (RE), el complejo de Golgi, los lisosomas, las vesículas de transporte, las vesículas secretoras, los endosomas y la membrana plasmática. La doble membrana de la envoltura nuclear es contigua al RE.

Sistema de endomembranas de Wikipedia. El RE rugoso tiene ribosomas unidos a la membrana del RE. Los ribosomas unidos al ER sintetizan proteínas en la membrana o luz del ER (espacio interno). Otros ribosomas permanecen en el citoplasma y sintetizan proteínas que permanecen en el citoplasma o van al núcleo o las mitocondrias o cloroplastos.

Que todas estas membranas comprenden un solo sistema queda claro cuando pensamos en la biogénesis de membranas. Para que las células crezcan, deben producir más lípidos y proteínas de membrana.

Proteínas de membrana para el sistema de endomembranas y proteínas para la secreción están hechos en el ER áspero (rER) por ribosomas acoplados a canales de proteínas en la membrana del RE. La cadena polipeptídica que emerge del ribosoma pasa a través del canal hacia el RE. lumen (el espacio interior de la sala de emergencias) y comienza a plegarse. Cualquier parte de la cadena que forme hélices alfa hidrófobas permanece incrustada en la membrana del RE, como dominios transmembrana. Las proteínas recién sintetizadas en la membrana o luz del rER se mueven hacia el ER suave, donde están parcialmente glicosilados (los grupos oligosacáridos están unidos covalentemente a aminoácidos particulares). Los lípidos de la membrana (fosfolípidos, esteroles) también se fabrican y se agregan al RE liso. Vesículas de transporte que contienen proteínas de membrana y proteínas secretadas, brotan del RE liso y viajan al Golgi. Estas vesículas se fusionan con el Golgi, agregando sus lípidos de membrana y proteínas de membrana, así como su contenido interno, a las vesículas de Golgi. En el Golgi, las proteínas de membrana y las proteínas secretadas se clasifican y procesan mediante una glicosilación adicional. Las proteínas lisosomales se segregan en vesículas que se pellizcan y se vuelven lisosomas. Las proteínas secretadas se empaquetan en vesículas secretoras que se pellizcan y se transportan a la periferia celular, donde las vesículas secretoras se fusionan con la membrana plasmática, agregando sus lípidos y proteínas a la membrana plasmática y descargando su contenido interno al exterior de la célula.
ER rugoso & # 8211 & gt ER liso & # 8211 & gt vesículas de transporte & # 8211 & gt Golgi & # 8211 & gt vesículas secretoras & # 8211 & gt PM
Tenga en cuenta que el sistema de endomembranas no incluye mitocondrias ni cloroplastos, que son orgánulos independientes y se discutirán más adelante en el contexto del metabolismo energético. Las proteínas destinadas a las mitocondrias o cloroplastos, así como las proteínas destinadas al interior del núcleo, son elaboradas por ribosomas citoplásmicos libres (desacoplado a cualquier membrana). Estas proteínas luego se importan a los respectivos orgánulos a través de sistemas especializados de importación de proteínas (mitocondrias y cloroplastos) o mediante los complejos de poros nucleares (núcleos). Por supuesto, las proteínas que funcionan en el citoplasma también son producidas por ribosomas citoplasmáticos libres.

Citoesqueleto

El citoesqueleto es otro sistema celular. Consiste en microfilamentos de actina, varios tipos de filamentos intermedios y microtúbulos. Estas son estructuras dinámicas necesarias para la forma celular, la movilidad celular y la organización y movimiento de materiales dentro de la célula. Microfilamentos son más delgadas y forman redes cerca de la membrana plasmática para estabilizar o cambiar la forma de la célula, especialmente cuando partes de la membrana se extienden hacia afuera. Microtúbulos (polimerizados a partir de dímeros de alfa y beta tubulina) sirven como pistas para el movimiento de las vesículas de transporte y las vesículas secretoras por las proteínas motoras, y también para el movimiento de los cromosomas durante la división celular. En resumen, los microfilamentos son para la forma de la célula, los microtúbulos son para mover cosas dentro de la célula.

La matriz extracelular

Fuera de la célula, superpuesta a la membrana plasmática, se encuentra la matriz extracelular. En plantas y levaduras, esta es la pared celular. En las células animales, se compone de colágeno y otros polímeros de proteínas y polisacáridos.

Núcleo

El núcleo contiene los cromosomas de la célula. Toda la replicación y transcripción del ADN cromosómico para producir ARN se produce en el núcleo, así como el procesamiento del ARN. The enzymes that perform these tasks, the proteins that bind to DNA to form chromatin, indeed all proteins in the nucleus, are made by ribosomes in the cytoplasm, and then imported into the nucleus through the nuclear envelope pore complexes. Conversely, ribosomal and messenger RNAs are made in the nucleus and exit the nucleus via the same pore complexes, so they can function in cytoplasmic protein synthesis.

Cellular dynamics: Inner Life of the Cell molecular animation

Watch the Inner Life of the Cell video below, and see if you can identify the various components of the endomembrane system and narrate what is going on. This video is for more advanced students, but the middle of the video, starting with the plasma membrane, beautifully illustrates the dynamic interconnections between the cell structures.

The video begins with leukocytes (white blood cells) rolling along a blood vessel. Endothelial cells are the cells that form the inner lining of the blood vessel. Cell surface proteins on the white blood cell interact and bind to the cell surface proteins on the lining of the blood vessel to slow down and stop the white blood cell. From here the video dives into the cell.

The key parts to watch for:

  • The plasma membrane is a fluid mosaic of phospholipids and proteins.
  • Sphingolipids and cholesterol make parts of the plasma membrane rigid – these rigid parts are called lipid rafts, that are important for cell signaling.
  • The cell contains different types of cytoskeletal elements – the video shows spectrin, an intermediate filament actin microfilaments and microtubules. Let’s not worry about additional details mentioned in the video.
  • Motor proteins “walk” along the microtubules, transporting vesicles back and forth. The “walking” of these motor proteins is powered by ATP hydrolysis.
  • The nuclear envelope contains pores, and mRNA molecules exit the nucleus into the cytoplasm through the nuclear pores.
  • Free ribosomes in the cytoplasm translate and make proteins that stay in the cytoplasm, or partner with special proteins that deliver them to mitochondria and other organelles that are independent of the endomembrane system.
  • Free ribosomes also initiate translation of endomembrane system proteins and secreted proteins, but they stall until they are docked to a protein complex in the rER. The rER is “rough” because all the ribosomes located there gives this portion of the ER a rough appearance in electron micrographs. Membrane proteins are embedded in the ER membrane, whereas secreted proteins end up in the lumen.
  • The membrane and secreted proteins are transported in vesicles to the Golgi.
  • The Golgi completes the glycosylation of these proteins.
  • Secretory vesicles are transported from the Golgi to the plasma membrane, where they fuse.
  • You can ignore the rest of the video, although it’s really cool. It shows how white blood cells squeeze between the cells that line the blood vessel to get into the tissues at a site of infection and inflammation.


Cell Structure Flashcards Preview

What name is given to the basic functional and structural unit of all living organisms?

The basic structural and functional unit of all known life-forms is the celda.

For the AP Biology exam, you'll want to be familiar with animal and plant cells, as well as the general structure of bacterial cells.

los teoría celular, originally composed in 1838, includes three primary tenets. Nómbralos.

  1. The cell is the basic unit of life.
  2. All living things are composed of cells, whether one or many.
  3. All cells arise from other cells.

All cells can be categorized into which two broad groups?

Procariota y células eucariotas

Prokaryotic cells are generally simpler and include bacterial species. Eukaryotes can range from single-celled organisms (like yeast) to complex animals (like humans).

What main features characterize células eucariotas?

Células eucariotas have membrane-bound organelles, including nuclei, and linear chromosomes. They are also larger than prokaryotic cells and differ in specific aspects like flagellum structure.

Eukaryotic cells can comprise either unicellular or multicellular organisms.

What main features characterize células procariotas?

Células procariotas lack membrane-bound organelles. They generally contain one circular chromosome within a nucleoid region, but can also possess circular plasmids outside the genome.

Prokaryotic cells always comprise unicellular organisms.

How do eukaryotic and prokaryotic cells differ with respect to orgánulos?

Unlike eukaryotes, prokaryotes lack a nucleus, as well as all membrane-bound organelles.

Note that membrane-bound organelles include mitochondria, lysosomes, the ER, and the Golgi apparatus, but not ribosomes. Prokaryotes do contain ribosomes, a fact that may appear on the AP Biology exam.

How do eukaryotic and prokaryotic organisms differ in their cellular organization?

Prokaryotes are always unicellular, while eukaryotes can be either unicellular or multicellular.

One common example of a unicellular eukaryote is yeast, a fungus. Most other single-celled eukaryotes are classified as protists.

Determine if an organism with the following traits is a prokaryote or a eukaryote:

This organism is a eucariota.

Only a eukaryote would possess mitochondria, since prokaryotes lack membrane-bound organelles. Eukaryotes also have linear, not circular, chromosomes. Note that both eukaryotes and prokaryotes can be unicellular.

los citosol is the fluid contained within a cell.

In contrast, the cytoplasm includes both the intracellular fluid and all of the extranuclear organelles.

los cytoplasm includes both the intracellular fluid, or cytosol, and the organelles.

The only organelle that is not included in the cytoplasm is the nucleus.

Un orgánulo is a separate, specialized structure within a cell.

Many organelles are enclosed by lipid bilayers, but some, including ribosomes, are not membrane-bound.

What is the cellular role of the membrana de plasma?

los membrana de plasma, also called the cell membrane, protects the interior of the cell from its environment. It also limits the movement of specific materials into and out of the cell.

Describe the composition of the membrana de plasma.

The plasma membrane consists of a bicapa de fosfolípidos, with polar heads on the exterior (pointing toward the extracellular fluid and cytoplasm) and nonpolar tails on the interior.

The membrane also contains cholesterol, associated large proteins, and sphingolipids, among other components.

Explain the Modelo de mosaico fluido.

los Modelo de mosaico fluido is used to describe the plasma membrane. It is composed of lipids with a "mosaic" of embedded proteins and other components, and its "fluidity" allows these macromolecule components to move laterally within the membrane.

In animal cells, which organelle serves as the location for DNA in the form of linear chromosomes?

los núcleo holds the cell's linear chromosomes. It is also the site of DNA replication and transcription.

While the mitochondria also include DNA, mitochondrial DNA is found in small circular chromosomes, not linear ones.

What structural features are present in the núcleo?

The nucleus is encased in a double membrane, known as the nuclear envelope. This membrane is marked by channels called nuclear pores. Inside, a fluid (the nucleoplasm) surrounds linear chromosomes.

In what part of the cell is the nucléolo located, and what function does it serve?

The nucleolus is located within the nucleus. It serves as the site of ribosomal RNA transcription and synthesis of ribosomal subunits.

Which organelle has two subunits and serves as the location for protein synthesis?

los ribosoma

Ribosomes are small organelles found in both eukaryotic and prokaryotic cells. At these organelles, proteins are synthesized (translated). A typical ribosome includes a small and a large subunit, although the sizes of these subunits vary depending on the type of cell.

How do eukaryotic and prokaryotic organisms differ in the composition of their ribosomes?

Eukaryotic ribosomes are slightly larger, with a 40S and a 60S subunit combining to yield 80S. Prokaryotic ribosomes have a 30S and a 50S subunit, which combine to form 70S.

The abbreviation "S" refers to the rate at which a molecule settles in a centrifuge.

Describe the structural characteristics of the retículo endoplásmico (RE).

The ER is a folded membrane divided into two regions: rough ER y ER suave.

Rough ER contains ribosomes bound to its surface, while the smooth ER does not.

Within the cell, what is the role of the retículo endoplásmico (RE)?

The ER is involved in a variety of processes, with smooth ER and rough ER performing different functions. los ER suave is involved in lipid anabolism and detoxification, while the rough ER, with its many ribosomes, is the site of protein translation.

Both types of ER help synthesize macromolecules and shuttle them to the Golgi apparatus to be secreted from the cell.

What biological products are synthesized in the rough endoplasmic reticulum?

The rough ER synthesizes proteinas.

These can include enzymes and peptide hormones, among other examples.

What biological products are synthesized in the smooth endoplasmic reticulum?

The smooth ER synthesizes lipids.

These include steroid hormones and phospholipids, among other examples.

What is the cellular role of the Aparato de Golgi?

los Aparato de Golgi modifies molecules that arrive from the ER. It has the ability to break off into vesicles and can thus facilitate the exocytosis of these modified products.

What main cellular function is performed by the mitocondrias?

Mitocondrias are involved in cellular metabolism, specifically the production of energy via aerobic respiration.

In the mitochondria, the Krebs cycle produces electron carriers, while the electron transport chain facilitates the formation of a proton gradient. This gradient is used to produce ATP.

What membranes and spaces are present in a mitochondrion?

Mitochondria contain both an outer and an inner membrane. The intermembrane space is located between the two, while the mitochondrial matrix is the innermost space, bounded by the inner membrane.

Both membranes are phospholipid bilayers.

Binary fission is most relevant to the production of which organelle?

Binary fission is the method of replication for mitocondrias.

Just like prokaryotic asexual reproduction, which produces identical daughter cells, this method of division yields identical organelles.

Which organelle found in animal cells may have arisen as a result of mutualism?

Mitochondria may have evolved from a symbiotic relationship between small bacteria and larger cells. Esto se conoce como endosymbiotic theory.

Like all instances of mutualism, this situation is thought to have provided benefits to both organisms. The smaller bacterium was given a livable environment while providing energy for the larger host.

What is the cellular role of lisosomas?

Lisosomas break down engulfed pathogens, nutrient molecules, and components of the cell itself that are no longer functional.

Like the stomach, a lysosome contains enzymes and an acidic interior.

What are peroxisomes, and what cellular function do they perform?

Peroxisomas are small membrane-bound organelles that contain enzymes. They function in fatty acid breakdown, detoxification, and facilitation of the pentose phosphate pathway.

Peroxisomes are named for hydrogen peroxide (H2O2), which can be both formed and broken down within the organelle. This is important because H2O2 is a poisonous radical initiator.


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