5.3: Variación en las células
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La figura\(\PageIndex{1}\) muestra una célula bacteriana (de color verde) que ataca a los glóbulos rojos humanos. La bacteria causa una enfermedad llamada fiebre recidivante. Las células bacterianas y humanas se ven muy diferentes en tamaño y forma. Aunque todas las células vivas tienen ciertas cosas en común —como una membrana plasmática y un citoplasma—, diferentes tipos de células, incluso dentro del mismo organismo, pueden tener sus propias estructuras y funciones únicas. Las celdas con diferentes funciones generalmente tienen diferentes formas que se adaptan a su trabajo particular. Las células varían no sólo en forma sino también en tamaño, como muestra este ejemplo. En la mayoría de los organismos, sin embargo, incluso las células más grandes no son mayores que el periodo al final de esta frase. ¿Por qué las células son tan pequeñas?
Explicando el tamaño de celda
| Característica | Cubo Pequeño | Cubo Grande |
|---|---|---|
| lados (S) | \( 1 cm \) | \( 3 cm \) |
| Superficie (SA) | \(6 S^2 = 6 \times 1^2 = 6 cm^2 \) | \(6 S^2 = 6 \times 3^2 = 54 cm^2 \) |
| Volumen (V) | \(S^3 = 1^3 = 1 cm^3\) | \(S^3 = 3^3 = 27 cm^3\) |
| SA:V | \(SA/V = 6/1 = 6\) | \(SA/V = 54/27 = 2\) |
La mayoría de los organismos, incluso los muy grandes, tienen células microscópicas. ¿Por qué las células no se hacen más grandes en lugar de quedarse pequeñas y multiplicarse? ¿Qué limita el tamaño de las celdas?
Las respuestas a estas preguntas son claras una vez que sabes cómo funciona una celda. Para llevar a cabo procesos de vida, una célula debe ser capaz de pasar rápidamente sustancias dentro y fuera de la célula. Por ejemplo, debe ser capaz de pasar nutrientes y oxígeno a la célula y los productos de desecho fuera de la célula. Cualquier cosa que entre o salga de una célula debe cruzar su superficie exterior. Es esta necesidad de pasar sustancias a través de la superficie lo que limita el tamaño de una célula.
Mira los dos cubos de la Figura\(\PageIndex{2}\). Como muestran esta figura y tabla, un cubo más grande tiene menos área de superficie relativa a su volumen que un cubo más pequeño. Esta relación también se aplica a las celdas; una celda más grande tiene menos área de superficie relativa a su volumen que una celda más pequeña. Una célula con un mayor volumen también necesita más nutrientes y oxígeno y produce más desechos. Debido a que todas estas sustancias deben pasar por la superficie de la celda, una celda con un gran volumen no tendrá suficiente superficie para permitirle satisfacer sus necesidades. Cuanto más grande sea la celda, menor será su relación de superficie a volumen, y más difícil será para la célula deshacerse de sus desechos y absorber las sustancias necesarias. Esto es lo que limita el tamaño de la celda.
Forma y función de la celda
Las celdas con diferentes funciones suelen tener diferentes formas. Las células en Figura\(\PageIndex{3}\) - Figura\(\PageIndex{5}\) son solo algunos ejemplos de las muchas formas diferentes que pueden tener las células humanas. Cada tipo de célula en la figura tiene características que le ayudan a hacer su trabajo. Por ejemplo, el trabajo de la célula nerviosa es llevar mensajes a otras células. La célula nerviosa tiene muchas extensiones largas que llegan en todas direcciones, lo que le permite pasar mensajes a muchas otras células a la vez. ¿Ves la cola de cada pequeño espermatozoide? Su cola ayuda a un espermatozoide a “nadar” a través de fluidos en el tracto reproductor femenino para llegar a un óvulo. El glóbulo blanco tiene el trabajo de destruir bacterias y otros patógenos. La figura\(\PageIndex{5}\) muestra el glóbulo blanco grande (en amarillo) que envuelve y destruye bacterias (en naranja).
Células con y sin núcleo
Existe una estructura celular básica que está presente en muchas pero no en todas las células vivas: el núcleo. El núcleo de una célula es una estructura en el citoplasma que está rodeada por una membrana (la membrana nuclear) y contiene ADN. En función de que tengan o no un núcleo, existen dos tipos básicos de células: las células procariotas y las células eucariotas.
Células procariotas
Las células procariotas son células sin núcleo. El ADN en las células procariotas está en el citoplasma más que encerrado dentro de una membrana nuclear. Las células procariotas se encuentran en organismos unicelulares, como la bacteria representada por el modelo a continuación. Los organismos con células procariotas se llaman procariotas. Fueron el primer tipo de organismos en evolucionar y siguen siendo los organismos más comunes en la actualidad.
| Estructura celular | Descripción |
|---|---|
| Flagelo | Proyección (es) larga (es) fuera de la célula en algunas bacterias; ayuda en la motilidad |
| Pili | Pequeñas proyecciones fuera de la celda; ayuda en la fijación |
| Cápsula | Una gruesa capa protectora fuera de la pared celular de algunas bacterias |
| Pared celular | Capa externa de células bacterianas; más químicamente compleja que las paredes celulares eucariotas |
| Membrana Plasma | Bicapa fosfolipídica que marca el exterior del citoplasma |
| Citoplasma | La porción fluida de la célula |
| Ribosoma | Participa en la síntesis de proteínas |
| Nucleoide | ADN circular encontrado en el citoplasma |
| Plasmidio | Pequeños bucles de ADN encontrados en algunas bacterias |
Células eucariotas
Las células eucariotas son células que contienen un núcleo. Una célula eucariota típica está representada por el modelo a continuación. Las células eucariotas suelen ser más grandes que las células procariotas. Se encuentran en algunos organismos unicelulares y todos multicelulares. Los organismos con células eucariotas se llaman eucariotas, y van desde hongos hasta personas.
Además de un núcleo, las células eucariotas también contienen otros orgánulos. Un orgánulo es una estructura dentro del citoplasma que realiza un trabajo específico en la célula. Los orgánulos llamados mitocondrias, por ejemplo, proporcionan energía a la célula, y los orgánulos llamados vacuolas almacenan sustancias en la célula. Los orgánulos permiten que las células eucariotas lleven a cabo más funciones que las células procariotas.
| Estructura | Ubicación | Descripción |
|---|---|---|
| Flagelo | Fuera de la celda | Proyección utilizada para la locomoción en algunas células eucariotas |
| Membrana Plasma | Capa externa de la célula | Bicapa fosfolipídica que encierra el citoplasma |
| Citoplasma | Encuadernado por la membrana plasmática | Región completa entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear, que consiste en orgánulos suspendidos en el citosol gelatinoso, el citoesqueleto y diversos productos químicos |
| Vesículas de Golgi (Aparato de Golgi) |
Citoplasma | Una serie de membranas apiladas que ordenan, etiquetan y empaquetan lípidos y proteínas para su distribución |
| Ribosomas | flotación libre o en ER rugoso | Participa en la síntesis de proteínas |
| Retículo endoplásmico rugoso | Citoplasma | Estructuras membranosas interconectadas que están tachonadas con ribosomas y participan en la modificación de proteínas y síntesis de fosfolípidos |
| Retículo endoplásmico liso | Citoplasma | Estructuras membranosas interconectadas que tienen pocos o ningún ribosomas en su superficie citoplásmica y sintetizan carbohidratos, lípidos y hormonas esteroides; desintoxica ciertos químicos (como pesticidas, conservantes, medicamentos y contaminantes ambientales) y almacena iones de calcio |
| Mitocondrias | Citoplasma | (singular = mitocondria) orgánulos celulares responsables de llevar a cabo la respiración celular, dando como resultado la producción de ATP, la principal molécula portadora de energía de la célula |
| Peroxisoma | Citoplasma | El organelo pequeño y redondo que contiene peróxido de hidrógeno y desintoxica muchos venenos |
| Lisosoma | Citoplasma | Organelo en una célula animal que funciona como componente digestivo de la célula; descompone proteínas, polisacáridos, lípidos, ácidos nucleicos e incluso orgánulos gastados |
| Vesícula secretora | Citoplasma | Saco pequeño unido a membrana que funciona en el almacenamiento y transporte celular; su membrana es capaz de fusionarse con la membrana plasmática y las membranas del retículo endoplásmico y aparato de Golgi |
| Centrosoma (con 2 centriolos) |
Citoplasma | Región en células animales compuesta por dos centriolos que sirven como centro organizador de microtúbulos |
| Filamentos de actina | Citoesqueleto | El elemento más estrecho del citoesqueleto; proporciona rigidez y forma a la célula y permite movimientos celulares |
| Filamentos Intermedios | Citoesqueleto | Componente citoesquelético, compuesto por varias cadenas entrelazadas de proteínas fibrosas, que soporta tensión, apoya las uniones célula-célula y ancla las células a estructuras extracelulares |
| Microtúbulos | Citoesqueleto | El elemento más ancho del citoesqueleto; proporciona una pista a lo largo de la cual las vesículas se mueven a través de la célula, tira de los cromosomas replicados a los extremos opuestos de una célula en división, y es el elemento estructural de los centriolos |
| Citoesqueleto | En toda la celda | Red de fibra proteica que mantiene colectivamente la forma de la célula, asegura algunos orgánulos en posiciones específicas y permite que el citoplasma y las vesículas se muevan dentro de la célula |
| Núcleo | Citoplasma | Organelo celular que aloja el ADN de la célula y dirige la síntesis de ribosomas y proteínas |
| Poro Nuclear | Núcleo | Los poros en la envoltura nuclear permiten que las sustancias entren y salgan del núcleo. |
| Envoltura Nuclear | Núcleo | Estructura de doble membrana que constituye la porción más externa del núcleo |
| Cromatina | Núcleo | Complejo proteína-ADN que sirve como material de construcción de los cromosomas |
| Nucleolo | Núcleo | Cuerpo de tinción oscura dentro del núcleo que se encarga de ensamblar subunidades ribosómicas |
Revisar
- Explica por qué la mayoría de las células son muy pequeñas.
- Discutir variaciones en la forma y función de las células.
- Comparar y contrastar células procariotas y eucariotas.
- Verdadero o Falso. Las células procariotas no tienen mitocondrias.
- Verdadero o Falso. Las células procariotas no tienen ADN.
- Verdadero o Falso. Todos los organismos unicelulares son procariotas.
- ¿Cuál fue el primer tipo de organismo en evolucionar —eucariotas o procariotas? En base a sus estructuras, ¿esto tiene sentido para ti? Explique su respuesta.
- ¿Las células humanas tienen orgánulos? Explique su respuesta.
- ¿Cuáles suelen ser células procariotas o eucariotas más grandes? ¿Qué cree que esto significa para su relativa capacidad para absorber las sustancias necesarias y liberar desechos? Discuta tu respuesta.
- El ADN en los eucariotas está encerrado dentro del _______ ________.
- Nombrar tres tipos diferentes de células en humanos.
- ¿Qué orgánulos proporciona energía en las células eucariotas?
- ¿Cuál es la función de una vacuola en una celda?
Explora más
El siguiente video explica por qué los científicos creen que la endosimbiosis es la base de células complejas.
Atribuciones
- Bacteria Borrelia hermsii por NIAI, dominio público vía Wikimedia Commons
- Cubos de Hana Zavadska; licencia CC BY-NC 3.0 vía Fundación CK-12
- Neurona de Wei-Chung Allen Le, et. al. del artículo de PLOS Remodelación dinámica de pérgolas dendríticas en interneuronas gabaérgicas de corteza visual adulta, CC BY 2.5 vía Wikimedia Commons
- Espermatodos de dominio público vía Wikimedia Commons
- Neutrófilo con ántrax por Volker Brinkmann, CC BY 2.5 vía Wikimedia Commons
- Procariota promedio por LadyofHats, liberado al dominio público a través de Wikimedia Commons
- Célula animal de LadyofHats, liberada al dominio público a través de Wikimedia Commons
- Estructuras celulares, sistema endomembrano y citoesqueleto; para tabla celular adaptada de Biología por BC Campus, CC BY 4.0
- Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0