Biología PDF - Dos Clases de Células (PDF)

## 1.3 DOS CLASES DE CÉLULAS FUNDAMENTALMENTE DIFERENTES Una vez que el microscopio electrónico estuvo disponible, los biólogos fueron capaces de examinar la estructura interna de una gran variedad de células. A partir de estos estudios se encontró que existen dos tipos básicos de células (procario...

## 1.3 DOS CLASES DE CÉLULAS FUNDAMENTALMENTE DIFERENTES Una vez que el microscopio electrónico estuvo disponible, los biólogos fueron capaces de examinar la estructura interna de una gran variedad de células. A partir de estos estudios se encontró que existen dos tipos básicos de células (procariotas y eucariotas) que se diferencian por su tamaño y tipos de estructuras internas u organelos. La existencia de dos clases distintas de células, sin intermedios conocidos, constituye una de las divisiones de evolución más fundamentales en el mundo de la biología. ### **Células procariotas** Las **células procariotas**, que en su estructura son más simples, incluyen a las bacterias, mientras que las **células eucariotas** tienen una estructura más compleja e incluyen a los protistas, hongos, plantas y animales. No se sabe con certeza cuándo aparecieron las células procariotas por primera vez en la Tierra. La evidencia de vida procariota se obtuvo de rocas con aproximadamente 2700 millones de años de edad. Estas rocas no contienen tan solo microbios fosilizados, sino también moléculas orgánicas complejas que son características de tipos particulares de organismos procariotas, incluidas las cianobacterias. Es improbable que tales moléculas se sintetizaran de manera abiótica, esto es, sin la participación de células vivas. Las cianobacterias aparecieron hace casi 2400 millones de años, porque es cuando la atmósfera fue enriquecida con oxígeno molecular (O₂), que es un producto secundario de la actividad fotosintética de estas células procariotas. El comienzo de las células eucariotas también está rodeado de incertidumbre. Los animales complejos aparecieron de forma más repentina en los registros fósiles hace unos 600 millones de años, pero hay muchas evidencias de que los organismos eucariotas más simples estuvieron presentes en la Tierra desde hace más de 1000 millones de años. ### **Características que diferencian a las células procariotas de las eucariotas** La siguiente es una breve comparación entre células procariotas y eucariotas que hace evidentes muchas diferencias básicas entre los dos tipos, así como bastantes similitudes. Las semejanzas y diferencias entre los dos tipos de células se muestran en el cuadro 1-1. Las propiedades que comparten reflejan que las células eucariotas casi con certeza evolucionaron a partir de ancestros procariotas. | Características comunes: | | |---|---| | Membrana plasmática de estructura similar | | | Información genética codificada en el DNA mediante códigos genéticos idénticos | | | Mecanismos similares para la transcripción y traducción de la información genética, incluidos ribosomas semejantes | | | Rutas metabólicas compartidas | | | Aparato similar para la conservación de la energía química en forma de ATP | | | Mecanismos semejantes para la fotosíntesis | | | Mecanismos parecidos para sintetizar e insertar las proteínas de membrana | | | Estructura similar de proteosomas | | | Características de las células eucariotas que no se encuentran en procariotas: | | |---|---| | División de la célula en núcleo y citoplasma, separados por una envoltura nuclear que contiene estructuras complejas de poros | | | Los cromosomas son complejos y están compuestos por DNA y proteínas relacionadas capaces de compactarse en estructuras mitóticas | | | Organelos citoplásmicos membranosos complejos | | | Organelos citoplásmicos especializados para la respiración aerobia y fotosintesis | | | Un sistema complejo de citoesqueleto y asociado con proteinas motoras | | | Cilios y flagelos complejos | | | Son capaces de ingerir materiales líquidos y sólidos y atraparlos dentro de vesículas membranosas plasmáticas | | | Paredes celulares (en plantas) | | | La división celular utiliza un huso mitótico | | | Presencia de dos copias de genes por célula | | | Presencia de tres enzimas diferentes para sintetizar RNA | | | Reproducción sexual que requiere meiosis y fecundación | | Aunque una "simple" levadura de panadería tiene sólo un poco más DNA (12 millones de pares de bases que codifican cerca de 6200 proteínas) que los procariotas más complejos, la mayor parte de las células eucariotas poseen mucha más información genética. Las células procariotas y las eucariotas poseen cromosomas que contienen DNA. Las eucariotas muestran un número determinado de cromosomas separados, cada uno de los cuales posee una sola molécula lineal de DNA. En cambio, casi todas las procariotas que se han estudiado contienen un cromosoma circular único. Lo más importante es que, el DNA cromosómico de las eucariotas, a diferencia del de las procariotas, se relaciona estrechamente con proteínas para formar un material nucleoproteínico complejo que se conoce como cromatina. El citoplasma de los dos tipos de células también es muy diferente. El de una célula eucariota se conforma con una gran diversidad de estructuras, como es evidente por el análisis de micrografias electrónicas de cualquier célula vegetal o animal. Incluso las levaduras, las células eucariotas más simples, son mucho más complejas desde el punto de vista estructural que una bacteria promedio, aunque estos dos organismos poseen un número similar de genes. Las células eucariotas tienen una disposición de organelos limitados por membrana. Los organelos eucariotas incluyen mitocondria, donde la energía química está disponible para alimentar las actividades celulares; un reticulo endoplásmico, en donde se elaboran muchas de las proteínas y lípidos de la célula; el aparato de Golgi es el lugar en el que los materiales se clasifican, modifican y transportan a destinos celulares específicos, además de diferentes vesículas simples, limitadas por membranas de tamaños diferentes. Las células vegetales muestran organelos membranosos adicionales, incluidos los cloroplastos, que son los sitios en los que se realiza la fotosíntesis, y muchas veces una gran vacuola única que puede ocupar la mayor parte del volumen celular. Tomadas como un grupo, las membranas celulares eucariotas sirven para dividir el citoplasma en compartimientos, dentro de los cuales se llevan a cabo actividades especializadas. En cambio, el citoplasma de las células procariotas está libre en esencia de estructuras membranosas. Las membranas citoplásmicas de las células eucariotas forman un sistema de canales interconectados y vesiculas que trabajan en el transporte de sustancias de una parte a otra de la célula y entre su interior y el ambiente. A causa de su tamaño pequeño, la comunicación directa intracitoplásmica es menos importante en las células procariotas, en las que el flujo de materiales puede efectuarse por difusión simple. Las células eucariotas también contienen numerosas estructuras sin membrana celular que las limite. Los túbulos alargados y filamentos del citoesqueleto están incluidos en este grupo y participan en la contractilidad celular, movimiento y soporte. Hasta hace poco tiempo se pensó que las células procariotas carecían de un citoesqueleto, pero se encontraron en algunas bacterias filamentos de citoesqueleto primitivo. Por el momento es posible afirmar que el citoesqueleto de los procariotas es mucho más simple en sentidos estructural y funcional en comparación con los eucariotas. Ambos tipos de células tienen ribosomas que son partículas no membranosas y funcionan como "mesas de trabajo" sobre las cuales las proteínas de las células se elaboran. Aunque los ribosomas de las células procariotas y eucariotas poseen dimensiones considerables (los procariotas son más pequeños e incluyen muchos menos componentes), estas estructuras participan en el ensamblaje de proteínas con un mecanismo similar en ambos tipos de células. ### **Tipos de células procariotas** Las diferencias entre las células procariotas y eucariotas se basan de manera principal en su complejidad estructural (como se detalla en el cuadro 1-1) y no en las relaciones filogenéticas. Los procariotas están divididos en dos grandes grupos taxonómicos o dominios: Archaea (arqueobacterias) y Bacteria (o eubacterias). De acuerdo con la opinión actual, los miembros de la arqueobacteria se vinculan de forma más estrecha con los eucariotas respecto de otros grupos de procariotas (Bacteria). El dominio arqueobacteria incluye a varios grupos de organismos cuyos lazos evolutivos entre unos y otros se manifiestan por similitudes de la secuencia nucleótida de sus ácidos nucleicos. Las especies más conocidas de arqueobacteria son las que viven en ambientes extremos e inhóspitos; a menudo se conocen como "extremófilas". Entre los organismos de arqueobacteria figuran los metanógenos, los halófilos, acidófilos y termófilos. Todos los otros procariotas se clasifican en el dominio de Bacteria. Este dominio incluye a las células vivas más pequeñas, el micoplasma, que también son los únicos procariotas conocidos sin una pared celular y que contienen un genoma con apenas 500 genes. Se han utilizado las mismas estrategias moleculares para explorar la notable diversidad de los "pasajeros invisibles" que viven alrededor o en nuestro cuerpo, en los hábitat como tubo digestivo, boca, vagina y piel. Esta colección de microbios, que se conoce como microbioma, es tema de varios esfuerzos internacionales de investigación dirigidos a identificar y caracterizar estos microorganismos en personas de diferentes edades, regimenes alimentarios, geografia y estados de salud. Por ejemplo, se ha demostrado que los seres humanos obesos y delgados tienen poblaciones bacterianas notablemente diferentes en su tubo digestivo. Conforme un individuo obeso pierde peso, su perfil bacteriano se modifica para hacerse similar al de los individuos más delgados. estudios realizados en ratones sugieren que algunas especies bacterias que predominan en individuos obesos pueden liberar más calorías de los alimentos ingeridos que sus contrapartes en el tubo digestivo de individuos delgados, lo que contribuye aún más al incremento de peso. ### **Tipos de células eucariotas: especialización celular** En muchos aspectos, las células eucariotas más complejas no se encuentran dentro de las plantas o animales, sino en los protistas, organismos de una sola célula (unicelulares), como los que se muestran en la figura 1-16. Todos los mecanismos necesarios para las actividades complejas en las cuales intervienen estos organismos (sensores ambientales, captación de alimento, eliminación del exceso de líquidos, evasión de depredadores) están confinados dentro de una sola célula. Los organismos unicelulares complejos representan una vía evolutiva. Un camino alternativo ha llevado a la evolución de los organismos multicelulares en la cual diferentes tipos celulares especializados efectúan distintas actividades. Las células especializadas se forman por un proceso conocido como diferenciación. Por ejemplo, un óvulo humano fecundado experimenta un desarrollo embrionario que leva a la formación de alrededor de 250 tipos distintos de células diferenciadas. Algunas de ellas formarán parte de una glándula digestiva especifica, otras se convertirán en componentes de un gran músculo esquelético, otras más constituyen un hueso, etc. La ruta de diferenciación seguida por cada célula embrionaria depende de manera fundamental de las señales que ésta recibe del ambiente circundante; dichas señales dependen a su vez de la posición de dicha célula dentro del embrión. Como se revisa en la sección Perspectiva humana en este capítulo, los investigadores han aprendido a controlar el proceso de diferenciación en cajas de cultivo y aplicar este conocimiento al tratamiento de las enfermedades humanas complejas. Como resultado de la diferenciación, distintos tipos celulares adquieren una apariencia característica y contienen materiales únicos.