4.1: Estructura y función celular
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Objetivos de aprendizaje
- Definir una célula, identificar los principales componentes comunes de las células humanas y diferenciar entre fluido intracelular y fluido extracelular
- Describir la estructura y funciones de la membrana plasmática (celular)
- Describir el núcleo y su función
- Identificar la estructura y función de los orgánulos citoplásmicos
Una célula es el ser vivo más pequeño del organismo humano, y todas las estructuras vivas del cuerpo humano están hechas de células. Hay cientos de diferentes tipos de células en el cuerpo humano, que varían en forma (por ejemplo, redondas, planas, largas y delgadas, cortas y gruesas) y tamaño (por ejemplo, pequeñas células granulares del cerebelo en el cerebro (4 micrómetros), hasta los enormes ovocitos (huevos) producidos en los órganos reproductores femeninos (100 micrómetros) y función. Sin embargo, todas las células tienen tres partes principales, la membrana plasmática, el citoplasma y el núcleo. La membrana plasmática (a menudo llamada membrana celular) es una barrera delgada y flexible que separa el interior de la célula del ambiente fuera de la célula y regula lo que puede pasar dentro y fuera de la célula. Internamente, la célula se divide en el citoplasma y el núcleo. El citoplasma (cyto- = célula; - plasma = “algo moldeado”) es donde se llevan a cabo la mayoría de las funciones de la célula. Parece una jalea de frutas mixta parecida a un bocado, donde la jalea acuosa se llama citosol; y los diferentes frutos que contiene se llaman orgánulos. El citosol también contiene muchas moléculas e iones involucrados en las funciones celulares. Diferentes orgánulos también realizan diferentes funciones celulares y muchos también están separados del citosol por membranas. El orgánulo más grande, el núcleo está separado del citoplasma por una envoltura nuclear (membrana). Contiene el ADN (genes) que codifican las proteínas necesarias para que la célula funcione.
En términos generales, el ambiente interno de una célula se llama el fluido intracelular (ICF), (intra- = dentro; referido a todo el fluido contenido en el citosol, orgánulos y núcleo) mientras que el ambiente fuera de una célula se llama el fluido extracelular (ECF) (extra- = fuera de; referidos a todos los fluidos fuera de las células). El plasma, la parte líquida de la sangre, es el único compartimento ECF que une todas las células del cuerpo.
Figura\(\PageIndex{1}\) 3-D: representación de una célula humana simple. Se retiró la mitad superior del volumen celular. El número 1 muestra el núcleo, los números 3 al 13 muestran diferentes orgánulos sumergidos en el citosol, y el número 14 en la superficie de la célula muestra la membrana plasmática
Conceptos, términos y verificación de hechos
Preguntas de estudio Escribe tu respuesta en forma de oración (no respondas usando palabras sueltas)
1. ¿Qué es una célula?
2. ¿Qué es una membrana plasmática?
3. ¿Qué es un citoplasma?
4. ¿Qué es el líquido intracelular (ICF)?
5. ¿Qué es el líquido extracelular (ECF)?
La membrana plasmática (celular) separa el ambiente interno de una célula del fluido extracelular. Se compone de una bicapa fluida de fosfolípidos (dos capas de fosfolípidos) como se muestra en la figura\(\PageIndex{2}\) a continuación, y otras moléculas. No muchas sustancias pueden atravesar la bicapa fosfolipídica, por lo que sirve para separar el interior de la célula del líquido extracelular. Otras moléculas que se encuentran en la membrana incluyen colesterol, proteínas, glicolípidos y glicoproteínas, algunas de las cuales se muestran en la figura\(\PageIndex{3}\) a continuación. El colesterol, un tipo de lípido, hace que la membrana sea un poco más fuerte. Las diferentes proteínas que se encuentran cruzando la bicapa (proteínas integrales) o en su superficie (proteínas periféricas) tienen muchas funciones importantes. Las proteínas de canales y transportadoras (portadoras) regulan el movimiento de moléculas e iones específicos dentro y fuera de las células. Las proteínas receptoras en la membrana inician cambios en la actividad celular al unirse y responder a señales químicas, como las hormonas (como una cerradura y una llave). Otras proteínas incluyen aquellas que actúan como anclajes estructurales para unirse a células y enzimas vecinas. Las glicoproteínas y glicolípidos en la membrana actúan como marcadores de identificación o marcadores en la superficie extracelular de la membrana. Así, la membrana plasmática tiene muchas funciones y funciona tanto como puerta de entrada como barrera selectiva.
Figura\(\PageIndex{2}\) Los fosfolípidos forman la estructura básica de una membrana celular. Las colas hidrofóbicas de los fosfolípidos están enfrentadas al núcleo de la membrana, evitando el contacto con el ambiente acuoso interno y externo. Las cabezas hidrofílicas están orientadas hacia la superficie de la membrana en contacto con el fluido intracelular y el fluido extracelular.
Figura\(\PageIndex{3}\) Pequeña área de la membrana plasmática que muestra lípidos (fosfolípidos y colesterol), diferentes proteínas, glicolípidos y glicoproteínas.
Conceptos, términos y verificación de hechos
Preguntas de estudio Escribe tu respuesta en forma de oración (no respondas usando palabras sueltas)
1. ¿Cuál es la función de la membrana celular?
2. ¿Cuáles son los tres tipos de biomoléculas que forman la membrana celular?
Casi todas las células humanas contienen un núcleo donde se encuentra el ADN, el material genético que finalmente controla todos los procesos celulares. El núcleo es el orgánulo celular más grande, y el único visible usando un microscopio óptico. Al igual que el citoplasma de una célula está encerrado por una membrana plasmática, el núcleo está rodeado por una envoltura nuclear que separa el contenido del núcleo del contenido del citoplasma. Los poros nucleares en la envoltura son pequeños agujeros que controlan qué iones y moléculas (por ejemplo, proteínas y ARN) pueden entrar y salir del núcleo. Además del ADN, el núcleo contiene muchas proteínas nucleares. En conjunto, el ADN y estas proteínas se llaman cromatina. Una región dentro del núcleo llamada nucleolo está relacionada con la producción de moléculas de ARN necesarias para transmitir y expresar la información codificada en el ADN. Ver todas estas estructuras a continuación en la figura\(\PageIndex{4}\).
Figura\(\PageIndex{4}\) Núcleo de una célula humana. Encuentra ADN, envoltura nuclear, nucleolo y poros nucleares. La figura también muestra cómo la capa externa de la envoltura nuclear continúa como retículo endoplásmico rugoso, lo que se discutirá en el próximo objetivo de aprendizaje.
Conceptos, términos y verificación de hechos
Preguntas de estudio Escribe tu respuesta en forma de oración (no respondas usando palabras sueltas)
1. ¿Cuál es la envolvente nuclear?
2. ¿Qué es un poro nuclear?
3. ¿Cuál es la función del núcleo?
Un orgánulo es cualquier estructura dentro de una célula que realiza una función metabólica. El citoplasma contiene muchos orgánulos diferentes, cada uno con una función especializada. (El núcleo discutido anteriormente es el orgánulo celular más grande pero no se considera parte del citoplasma). Muchos orgánulos son compartimentos celulares separados del citosol por una o más membranas muy similares en estructura a la membrana celular, mientras que otros como los centriolos y los ribosomas libres no tienen membrana. Consulte la figura\(\PageIndex{5}\) y tabla a\(\PageIndex{1}\) continuación para conocer la estructura y funciones de diferentes orgánulos como las mitocondrias (que están especializadas para producir energía celular en forma de ATP) y los ribosomas (que sintetizan las proteínas necesarias para que la célula funcione). Las membranas del retículo endoplásmico rugoso y liso forman una red de tubos interconectados dentro de las células que son continuas con la envoltura nuclear. Estos orgánulos también están conectados al aparato de Golgi y a la membrana plasmática por medio de vesículas. Diferentes células contienen diferentes cantidades de diferentes orgánulos dependiendo de su función. Por ejemplo, las células musculares contienen muchas mitocondrias mientras que las células del páncreas que producen enzimas digestivas contienen muchos ribosomas y vesículas secretoras.
Figura Ejemplo\(\PageIndex{5}\) típico de una célula que contiene los orgánulos primarios y estructuras internas. La\(\PageIndex{1}\) siguiente tabla describe las funciones de mitocondrias, retículo endoplásmico rugoso y liso, aparato de Golgi, vesículas secretoras, peroxisomas, lisosomas, microtúbulos y microfilamentos (fibras del citoesqueleto)
| Organelos | Funciones | Estructura | |
|---|---|---|---|
| Mitocondrias | Importante en la producción de ATP (energía celular) |  |
|
| Retículo endoplásmico rugoso (RER) | Participa en la síntesis de proteínas (los ribosomas en su membrana sintetizan proteínas) |  |
|
| Retículo Endoplásmico Liso (SER) | Sintetiza lípidos y almacena calcio en las células musculares | ||
|
Ribosomas (mostrado aquí sintetizando una proteína) Encontrado adscrito al RER y libre en el citosol |
Sintetizar proteínas |  |
|
| Aparato de Golgi (también conocido como el complejo de Golgi) | Participo en la modificación de proteínas y empaquetina en pequeñas vesículas unidas a membrana |  |
|
| Las vesículas son pequeñas estructuras redondas encerradas en membranas | Vesículas de transporte | Mover sustancias entre compartimentos dentro de las celdas |  |
| Vesículas secretoras | Unir con la membrana celular para liberar contenido, como moco a ECF |  |
|
| Peroxisomas | Contienen enzimas que catabolizan (descomponen) los ácidos grasos y algunas toxinas químicas |  |
|
| Lisosomas | Contienen enzimas digestivas |  |
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Fibras del Citoesqueleto a) microtúbulos hechos de tubulina, (b) microfilamentos hechos de actina, y c) fibras intermedias hechas de queratinas |
Proporcionar y andamios celulares internos |  |
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Centrioles (que se encuentra en una zona de la celda llamada centrosoma) |
Organizar el movimiento del ADN durante la división celular |  |
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Conceptos, términos y verificación de hechos
Preguntas de estudio Escribe tu respuesta en forma de oración (no respondas usando palabras sueltas)
1. ¿Qué es un orgánulo?
2. ¿Cuáles son los orgánulos que figuran en el módulo?