Explora las características estructurales y funcionales de las células eucariotas, desde el núcleo hasta las organelas y su importancia en la vida compleja en nuestro planeta.
Características de las Células Eucariotas
No necesita mirar más allá del cuerpo humano para comprender la composición de las células eucarióticas, ya que todas las personas tienen estas células dentro de ellas. En biología, solo hay dos tipos de células: eucarióticas y procariotas. En la clasificación taxonómica de toda la vida, las formas de vida de células eucarióticas pertenecen al dominio Eukarya, siendo Bacteria y Archaea los otros dos dominios.
La sorprendente diferencia entre las células eucariotas y las procariotas, al comparar ambos tipos de células, es que las células eucariotas tienen un núcleo distintivo con ADN unido por proteínas y contenido dentro de su propia cámara separada dentro de la célula.
Los organismos vivos que caen bajo estos últimos dominios consisten en organismos unicelulares. El dominio Eukarya en el sistema de clasificación de Linnaean contiene los reinos de protistas, hongos, plantas y animales. Si bien hay algunos protozoos de células unificadas en el dominio eukarya, la mayoría de los organismos vivos clasificados en este dominio son entidades multicelulares.
Orígenes de células eucariotas
En este momento, los científicos afirman que toda la vida comenzó en la Tierra hace aproximadamente 3.5 o mil millones de años, basándose en los registros fósiles de las primeras formas de vida. Parece que las células procarióticas evolucionaron primero como células muy pequeñas (aproximadamente 1 o 2 micrómetros de tamaño (abreviadas como µm), en comparación con las células eucariotas, que generalmente son de aproximadamente 10 µm o más. Un µm representa una millonésima parte de un metro. Los registros geológicos muestran que las células eucariotas aparecieron por primera vez hace unos 2.100 millones de años.
Último ancestro universal común
Los estudios prolongados de las formas de vida celulares llevaron a los científicos a concluir que las células eucarióticas que viven en la actualidad comparten un único antepasado común. Pero en julio de 2016, el «New York Times» informó que un grupo de biólogos evolutivos, dirigido por el Dr. William F. Martin de la Universidad Heinrich Heine en Dusseldorf, Alemania, concluyó que toda la vida en el planeta comparte un único antepasado común: El último ancestro común universal, apodado LUCA.
No sin controversia, el Dr. Martin y la teoría de su grupo indican que el mapa genético que desarrollaron durante la búsqueda de los orígenes de LUCA apunta a una forma de bacteria, que se cree vivió hace unos 4 mil millones de años, 560 millones de años después de la creación del Tierra. Mientras Darwin postulaba que la vida comenzó en un pequeño y cálido estanque, el grupo de Martin descubrió que el mapa genético apuntaba a una forma de vida unicelular que vivía en respiraderos volcánicos profundos en el fondo del océano. Ellos creen que esta forma de vida dio origen a los dominios Bacteria y Archaea, con el dominio Eukarya emergiendo hace unos 2 mil millones de años.
Características distintivas de las células eucariotas
Mientras que ambos tipos de células comparten algunas características comunes, las células eucariotas son más complejas. Las características distintivas que definen las células eucariotas incluyen:
***Todas las células eucariotas tienen un núcleo cerrado por separado dentro del citoplasma de la célula.
***Las mitocondrias existen de una forma u otra dentro del núcleo de las células eucariotas.
***Todas las células eucariotas existentes contienen una estructura o elementos citoesqueléticos.
***Las células eucariotas utilizan flagelos y cilios para moverse; Hay algunos eucariotas que no los tienen, aunque sus antepasados sí.
***Tienen cromosomas dentro del núcleo, que consiste en una única molécula de ADN lineal en espiral alrededor de proteínas alcalinas llamadas histonas.
***La reproducción celular en las células eucariotas se produce a través de la mitosis, un proceso por el cual los cromosomas se dividen mediante el uso de componentes dentro del citoesqueleto.
***Todas las células eucariotas tienen paredes celulares.
***La membrana plasmática de las células eucariotas
***Todas las células tienen una membrana plasmática que separa el interior de la célula de su entorno exterior. La membrana contiene proteínas incrustadas y otros componentes que permiten el paso de iones, oxígeno, agua y moléculas orgánicas para entrar y salir de la célula. Los subproductos de desechos, como el dióxido de carbono y el amoníaco, con la ayuda de los «activadores» de proteínas, también pasan a través de estas membranas celulares. ***Estas membranas pueden adoptar formas únicas, como los microvilos que se encuentran en las células que recubren el intestino delgado, lo que aumenta la superficie de la célula para absorber los nutrientes de los alimentos en el tracto digestivo.
Citoplasma: sustancia gelatinosa dentro de la célula
Una vista dentro de la célula muestra una sustancia semilíquida con forma de gelatina que se extiende desde la membrana celular hasta el núcleo cerrado. Los orgánulos, varias estructuras especializadas dentro de la célula, flotan en este gel que consiste en citosol, en el citoesqueleto y múltiples sustancias químicas. El citoplasma es principalmente de 70 a 80 por ciento de agua, pero en forma de gel. El citoplasma dentro de una célula eucariota también contiene proteínas y azúcares, aminoácidos, ácidos nucleicos y grasos, iones y una gran cantidad de moléculas solubles en agua.
El citoesqueleto en la célula eucariota
Dentro del citoplasma hay un citoesqueleto que consiste en microfilamentos, microtúbulos y fibras intermedias que ayudan a mantener la forma de la célula, proporcionan un ancla a los orgánulos y son responsables del movimiento celular. Los elementos que componen los microtúbulos y microfilamentos se ensamblan según sea necesario para el movimiento celular y se vuelven a ensamblar cuando cambian las necesidades de la célula.
El núcleo de la célula
Muchas palabras científicas tienen su origen en latín o griego, y las células eucariotas no son una excepción. El mismo nombre de la célula, desglosado en sus orígenes, significa «bien o verdadera tuerca», representativo del núcleo de la célula. Eu en griego significa bien o verdadero, mientras que la palabra base karyo significa nuez. Las células procariotas no tienen un núcleo cerrado dentro de la célula, ya que el material genético, aunque en el centro de la célula, existe dentro del citoplasma de la célula.
El núcleo de la célula eucariota almacena la cromatina, que consiste en ADN y proteínas, en una sustancia similar a un gel llamada nucleoplasma. La envoltura nuclear que rodea el núcleo consta de dos capas; Membranas permeables internas y externas que permiten el paso de iones, moléculas y material de ARN entre el nucleoplasma dentro del núcleo y el interior de la célula. El núcleo también es responsable de la producción de ribosomas. El núcleo del material de ADN de las células eucariotas, los cromosomas, proporciona un plan de clases para la reproducción celular.
División celular y replicación
A nivel microscópico, las células se dividen y se replican, una característica compartida por células eucariotas y procariotas para crear nuevas células a partir de células viejas. Pero las células procarióticas se dividen utilizando la fisión binaria, mientras que las células eucarióticas se dividen por un proceso llamado mitosis. Esto no incluye la reproducción sexual entre las especies, que ocurre a través de la meiosis, donde un solo óvulo y un espermatozoide se combinan para crear un ser vivo completamente nuevo. Solo las células no reproductivas se dividen por mitosis en el dominio Eukarya.
También conocidas como células somáticas, las células no reproductivas constituyen la mayoría de las células del cuerpo humano, incluidos sus tejidos y órganos, como el tracto digestivo, los músculos, la piel, los pulmones y las células ciliadas. Las células reproductivas (espermatozoides y óvulos) dentro de las células eucariotas no son células somáticas. La mitosis involucra múltiples etapas que definen el estado divisional de esa célula: profase, prometafase, metafase, anafase, telofase y citocinesis. Antes de la división, la célula descansa en un estado de interfase.
A través de una serie de etapas, el cromosoma se replica a sí mismo, y cada hebra se mueve a polos opuestos dentro del núcleo para permitir que la envoltura del núcleo converja y rodee cada cromosoma. En las células animales, un surco de escisión separa los diploides, o células hijas, en dos. En las células de plantas eucariotas, un tipo de placa celular se forma antes de la nueva pared celular que separa las células hijas. Tras la división, cada célula hija es un duplicado genético de la célula original.
División celular de la meiosis de las células eucariotas
La división celular de la meiosis es el proceso por el cual los organismos vivos dentro del dominio Eukarya crean sus células sexuales como el esperma masculino y las óvulos femeninos. La diferencia entre la mitosis y la meiosis es que el material genético dentro de las células diploides es el mismo, mientras que en la meiosis, cada nueva célula contiene un diseño distintivo y único de información genética.
Una vez que ocurre la meiosis, las células de esperma y óvulos están disponibles para crear una nueva forma de vida. Esto permite la diversidad genética entre todas las entidades vivientes que se reproducen sexualmente. Durante la división celular de la meiosis, que ocurre básicamente en dos etapas, la meiosis I y la meiosis II, una pequeña parte de cada cromosoma se rompe y se une a otro cromosoma llamado recombinación genética. Este pequeño paso es responsable de la diversidad genética entre una especie. Antes de la meiosis I, la célula reproductiva existe en interfase, en preparación para la división celular.
Los ribosomas de células eucariotas producen proteínas
Cada parte de una célula eucariota tiene un papel importante que desempeñar para mantener la vida de la célula. Los ribosomas, por ejemplo, cuando se observan a través de un microscopio electrónico, pueden aparecer de dos maneras: como una colección de uvas o como pequeños puntos que flotan dentro del citoplasma de la célula. También pueden adherirse a la pared interior de la membrana plasmática o en la membrana externa de la envoltura nuclear como subunidades grandes o pequeñas. La producción de proteínas es un propósito esencial de todas las células, y casi todas las células contienen ribosomas, especialmente en células que producen una gran cantidad de proteínas. Las células en el páncreas, responsables de generar enzimas que ayudan a la digestión, contienen muchos ribosomas.
El Sistema Endomembrana
El sistema endomembrana está compuesto por la envoltura nuclear, la membrana plasmática, el aparato de Golgi, las vesículas, el retículo endoplásmico y otras estructuras derivadas de estos elementos. Todos desempeñan un papel en la función de la célula, aunque algunos difieren en su apariencia y propósito. El sistema endomembrana mueve proteínas y membranas alrededor de la célula. Por ejemplo, algunas de las proteínas construidas en los ribosomas están unidas al retículo endoplásmico rugoso, una construcción que se asemeja a un laberinto que se adhiere al exterior del núcleo. Estas estructuras ayudan a modificar y mover proteínas, entre otros propósitos, a donde se necesitan en la célula.
La Fábrica de Energía de las Células Eucariotas
Todas las células requieren energía para funcionar, y la mitocondria es la planta de energía de la célula. Las mitocondrias producen trifosfato de adenosina, abreviado como ATP, que es una molécula, la moneda de la energía de toda la vida, que transporta energía dentro de la célula por un corto tiempo. Esta estructura mitocondrial en la célula reside en el citoplasma entre la membrana externa de la célula y las paredes externas del núcleo de la célula. Contienen sus propios ribosomas y ADN con una bicapa de fosfolípidos infundida con proteínas.
Diferencias entre células eucariotas y células animales
Las plantas y los animales caen bajo el dominio Eukarya debido a las características principales de las células eucariotas, pero existen diferencias entre las células dentro de los reinos de plantas y animales. Mientras que las células eucariotas de plantas y animales tienen microtúbulos, pequeños tubos que ayudan a segregar los cromosomas durante la división celular, las células animales también tienen centrosomas y lisosomas presentes en las células eucariotas, mientras que las plantas no. Las células vegetales, además de tener cloroplastos que ayudan en la fotosíntesis (convirtiendo la energía del sol en alimento), por ejemplo, también tienen una gran vacuola central, un espacio dentro de la célula que contiene principalmente líquido y está encerrado por una membrana.
Cloroplastos En Células De Plantas Eucariotas
Los cloroplastos son las estructuras dentro de las células vegetales eucarióticas que contienen clorofila y enzimas que contribuyen al proceso de fotosíntesis en el que las plantas producen alimentos a partir del agua y el dióxido de carbono utilizando la energía del sol. Estas pequeñas fábricas son responsables de liberar el oxígeno como producto de la fotosíntesis a la atmósfera.
Estas grandes estructuras de la célula vegetal contienen ADN y una doble membrana, así como un sistema de membrana interno hecho de tilacoides que aparecen como sacos aplanados. El estroma es el espacio entre la membrana externa y el tilacoide que contiene ADN de cloroplasto, la «fábrica» que produce proteínas para el cloroplasto, así como otras enzimas y proteínas.
