5.2: Comparación de células procariotas y eucariotas

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Las células se dividen en una de dos categorías amplias: procariotas y eucariotas. Los organismos predominantemente unicelulares de los dominios Bacterias y Archaea se clasifican como procariotas (pro — = antes; — karyon — = núcleo). Las células animales, las células vegetales, los hongos y los protistas son eucariotas (eu — = true).

Todas las células comparten cuatro componentes comunes: 1) una membrana plasmática, una cubierta externa que separa el interior de la célula de su entorno circundante; 2) citoplasma, que consiste en una región similar a un gel dentro de la célula en la que se encuentran otros componentes celulares; 3) ADN, el material genético de la célula; y 4) ribosomas, partículas que sintetizan proteínas.

Componentes de las células procariotas

Los procariotas difieren de las células eucariotas en varias formas importantes. Una célula procariota es un organismo simple, unicelular (unicelular) que carece de un núcleo, o de cualquier otro orgánulo unido a la membrana. En breve llegaremos a ver que esto es significativamente diferente en eucariotas. El ADN procariota se encuentra en la parte central de la célula: una región oscurecida llamada nucleoide (Figura\(\PageIndex{1}\)).

En esta ilustración, la célula procariota tiene forma ovalada. El cromosoma circular se concentra en una región llamada nucleoide. El líquido dentro de la célula se llama citoplasma. Los ribosomas, representados como pequeños círculos, flotan en el citoplasma. El citoplasma está encerrado por una membrana plasmática, que a su vez está encerrado por una pared celular. Una cápsula rodea la pared celular. La bacteria representada tiene un flagelo que sobresale de un extremo estrecho. Los pili son pequeñas protuberancias que se proyectan desde la cápsula en todas las direcciones. — **Figura\(\PageIndex{1}\):** 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, compuesta por azúcares y aminoácidos, y muchas tienen una cápsula de polisacárido (carbohidrato) (Figura\(\PageIndex{1}\)). La pared celular actúa como una capa extra de protección, ayuda a la célula a mantener su forma y evita la deshidratación. La cápsula permite que la célula se adhiera a las superficies de su entorno. Algunos procariotas tienen flagelos, pili o fimbrias. Los flagelos se utilizan para la locomoción, mientras que la mayoría de los pili se utilizan para intercambiar material genético durante un tipo de reproducción llamado conjugación.

Componentes de las células eucariotas

En la naturaleza, la relación entre forma y función es evidente en todos los niveles, incluido el nivel de la célula, y esto quedará claro a medida que exploremos las células eucariotas. El principio “la forma sigue a la función” se encuentra en muchos contextos. Por ejemplo, las aves y los peces tienen cuerpos aerodinamizados que les permiten moverse rápidamente por el medio en el que viven, ya sea aire o agua. Significa que, en general, se puede deducir la función de una estructura mirando su forma, porque los dos están emparejados.

Una célula eucariota es una célula que tiene un núcleo unido a la membrana y otros compartimentos o sacos unidos a la membrana, llamados orgánulos, que tienen funciones especializadas. En el resto de este capítulo se discutirán las funciones de los diversos orgánulos. La palabra eucariota significa “núcleo 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 tienen funciones celulares especializadas, así como los órganos de tu cuerpo tienen funciones especializadas.

dibujo de una celda — **Figura\(\PageIndex{2}\):** Una célula eucariota generalizada que muestra algunos de los orgánulos. (Crédito de la foto: Mediran, Wikimedia. 14 ago 2002)

Tanto los animales como las plantas son eucariotas. A pesar de sus similitudes fundamentales, existen algunas diferencias llamativas entre células animales y vegetales. Las células animales tienen centriolos, centrosomas (discutidos bajo el citoesqueleto) y lisosomas, mientras que las células vegetales no. Las células vegetales tienen una pared celular, cloroplastos, plasmodesmas y plastidios utilizados para el almacenamiento, y una gran vacuola central, mientras que las células animales no.

Parte A: Esta ilustración muestra una célula eucariota típica, que tiene forma de huevo. El líquido dentro de la célula se llama citoplasma, y la célula está rodeada por una membrana celular. El núcleo ocupa aproximadamente la mitad del ancho de la célula. Dentro del núcleo se encuentra la cromatina, la cual está compuesta por ADN y proteínas asociadas. Una región de la cromatina se condensa en el nucleolo, una estructura en la que se sintetizan los ribosomas. El núcleo está encerrado en una envoltura nuclear, la cual está perforada por poros revestidos de proteínas que permiten la entrada de material en el núcleo. El núcleo está rodeado por el retículo endoplásmico rugoso y liso, o ER. El RE suave es el sitio de síntesis lipídica. La sala de emergencia rugosa tiene ribosomas incrustados que le dan un aspecto accidentado. Sintetiza proteínas de membrana y secretoras. Además de la sala de emergencia, muchos otros orgánulos flotan dentro del citoplasma. Entre ellos se encuentra el aparato de Golgi, que modifica proteínas y lípidos sintetizados en la sala de emergencias. El aparato de Golgi está hecho de capas de membranas planas. Las mitocondrias, que producen energía para la célula, tienen una membrana externa y una membrana interna altamente plegada. Otros orgánulos más pequeños incluyen peroxisomas que metabolizan los desechos, lisosomas que digieren los alimentos y vacuolas. Los ribosomas, responsables de la síntesis de proteínas, también flotan libremente en el citoplasma y se representan como pequeños puntos. El último componente celular mostrado es el citoesqueleto, el cual tiene cuatro tipos diferentes de componentes: microfilamentos, filamentos intermedios, microtúbulos y centrosomas. Los microfilamentos son proteínas fibrosas que recubren la membrana celular y conforman la corteza celular. Los filamentos intermedios son proteínas fibrosas que mantienen los orgánulos en su lugar. Los microtúbulos forman el huso mitótico y mantienen la forma celular. Los centrosomas están hechos de dos estructuras tubulares en ángulo recto entre sí. Forman el centro organizador de microtúbulos.

Parte b: Esta ilustración representa una célula vegetal eucariota típica. El núcleo de una célula vegetal contiene cromatina y un nucleolo, lo mismo que en una célula animal. Otras estructuras que una célula vegetal tiene en común con una célula animal incluyen ER rugosa y lisa, el aparato de Golgi, mitocondrias, peroxisomas y ribosomas. El líquido dentro de la célula vegetal se llama citoplasma, al igual que en una célula animal. La célula vegetal tiene tres de los cuatro componentes citoesqueléticos que se encuentran en las células animales: microtúbulos, filamentos intermedios y microfilamentos. Las células vegetales no tienen centrosomas. Las plantas tienen cinco estructuras no encontradas en células animales: plasmodesmas, cloroplastos, plastidios, una vacuola central y una pared celular. Los plasmodesmas forman canales entre las células vegetales adyacentes. Los cloroplastos son responsables de la fotosíntesis; tienen una membrana externa, una membrana interna y una pila de membranas dentro de la membrana interna. La vacuola central es una estructura muy grande, llena de fluido que mantiene la presión contra la pared celular. Los plastidios almacenan pigmentos. La pared celular se localiza fuera de la membrana celular.

Consulta\(\PageIndex{1}\)

Consulta\(\PageIndex{2}\)

Tamaño de Celda

Con 0.1—5.0 μm de diámetro, las células procariotas son significativamente más pequeñas que las células eucariotas, las cuales tienen diámetros que van desde 10—100 μm (Figura\(\PageIndex{3}\)). El pequeño tamaño de los procariotas permite que los iones y las moléculas orgánicas que ingresan en ellos se propaguen 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 desarrollado diferentes adaptaciones estructurales para mejorar el transporte celular. En efecto, el gran tamaño de estas células 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 celda se hace más grande, se vuelve cada vez más difícil para la celda adquirir materiales suficientes para soportar los procesos dentro de la celda, debido a que el tamaño relativo de la superficie a través de la cual los materiales deben transportarse disminuye.

Se muestran los tamaños relativos en una escala logarítmica, de 0.1 nm a 1 m. Los objetos se muestran desde el más pequeño hasta el más grande. El objeto más pequeño que se muestra, un átomo, tiene aproximadamente 1 nm de tamaño. Los siguientes objetos más grandes que se muestran son lípidos y proteínas; estas moléculas están entre 1 y 10 nm. Las bacterias son de aproximadamente 100 nm y las mitocondrias son de aproximadamente 1 µm. Las células vegetales y animales están entre 10 y 100 µm. Un huevo humano está entre 100 µm y 1 mm. Un huevo de rana mide aproximadamente 1 mm, un huevo de gallina y un huevo de avestruz están ambos entre 10 y 100 mm, pero un huevo de avestruz es más grande. A modo de comparación, un humano mide aproximadamente 1 m de altura. — **Figura\(\PageIndex{3}\):** Esta figura muestra los tamaños relativos de diferentes tipos de células y componentes celulares. Se muestra un humano adulto para comparación.

El tamaño pequeño, en general, es necesario para todas las células, ya sean procariotas o eucariotas. Examinemos por qué es así. Primero, consideraremos el área y el volumen de una celda típica. No todas las celdas son de forma esférica, pero la mayoría tienden a aproximarse a una esfera. Quizás recuerdes por tu curso de geometría que la fórmula para el área superficial de una esfera es 4πr ², mientras que la fórmula para su volumen es 4πr ^3/3. Así, a medida que aumenta el radio de una celda, su superficie aumenta a medida que el cuadrado de su radio, pero su volumen aumenta a medida que el cubo de su radio (mucho más rápidamente). Por lo tanto, a medida que una celda aumenta de tamaño, su relación superficie a volumen disminuye. Este mismo principio se aplicaría si la celda tuviera la forma de un cubo (Figura\(\PageIndex{4}\)). Si la célula crece demasiado grande, la membrana plasmática no tendrá suficiente área de superficie para soportar la velocidad de difusión requerida para el volumen aumentado. En otras palabras, a medida que una célula crece, se vuelve menos eficiente. Una forma de ser más eficiente es dividir; otra forma es desarrollar orgánulos que realicen tareas específicas. Estas adaptaciones conducen al desarrollo de células más sofisticadas llamadas células eucariotas.

celdas cúbicas — **Figura\(\PageIndex{4}\):** El volumen aumenta más rápido que el área superficial. El área de superficie de la celda pequeña es de 1mm x 1mm x 6 lados = 6mm ². El volumen de la celda pequeña es de 1mm x 1mm x 1mm = 1mm ³. Esto da una relación de área de superficie a volumen de 6:1. El área de superficie de la celda más grande es de 2mm x 2mm x 6 lados = 24mm ². El volumen de la celda grande es de 2mm x 2mm x 2mm = 8mm ³. Esto da una relación de área de superficie a volumen de 3:1 (24:8 reduce a 3:1).

Consulta\(\PageIndex{3}\)

Referencias

A menos que se indique lo contrario, las imágenes de esta página están bajo licencia CC-BY 4.0 de OpenStax.

Texto adaptado de: OpenStax, Conceptos de Biología. OpenStax CNX. mayo 18, 2016 http://cnx.org/contents/b3c1e1d2-839...9a8aafbdd@9.10