Biología Celular)

La célula es la unidad estructural y funcional básica de las formas de vida. Cada célula consta de un citoplasma encerrado dentro de una membrana y contiene muchas biomoléculas como proteínas, ADN y ARN, así como muchas moléculas pequeñas de nutrientes y metabolitos. El término proviene de la palabra latina cellula que significa 'habitación pequeña'.

Las células pueden adquirir una función específica y llevar a cabo diversas tareas dentro de la célula, como la replicación, la reparación del ADN, la síntesis de proteínas y la motilidad. Las células son capaces de especialización y movilidad dentro de la célula. La mayoría de las células se miden en micrómetros debido a su pequeño tamaño.

La mayoría de las células animales y vegetales solo son visibles bajo un microscopio óptico, con dimensiones entre 1 y 100 micrómetros. La microscopía electrónica ofrece una resolución mucho más alta que muestra una estructura celular muy detallada. Los organismos se pueden clasificar como unicelulares (que consisten en una sola célula, como las bacterias) o multicelulares (que incluyen plantas y animales). La mayoría de los organismos unicelulares se clasifican como microorganismos. El número de células en plantas y animales varía de una especie a otra; se ha estimado que el cuerpo humano contiene aproximadamente 37 billones (3,72 × 10¹³) de células. El cerebro representa alrededor de 80 mil millones de estas células.

El estudio de las células y su funcionamiento ha dado lugar a muchos otros estudios en áreas relacionadas de la biología, entre las que se incluyen: el descubrimiento del ADN, la biología de los sistemas del cáncer, el envejecimiento y la biología del desarrollo.

La biología celular es el estudio de las células, que fueron descubiertas por Robert Hooke en 1665, quien las nombró por su parecido con las células habitadas por monjes cristianos en un monasterio. La teoría celular, desarrollada por primera vez en 1839 por Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann, establece que todos los organismos están compuestos de una o más células, que las células son la unidad fundamental de estructura y función en todos los organismos vivos, y que todas las células provienen de pre- celdas existentes. Las células surgieron en la Tierra hace unos 4 mil millones de años.

Tipos de células

Las células son de dos tipos: eucariotas, que contienen un núcleo, y células procariotas, que no tienen núcleo, pero aún tienen una región nucleoide. Los procariotas son organismos unicelulares, mientras que los eucariotas pueden ser unicelulares o multicelulares.

Células procariotas

Estructura de una célula procariota típica

Los procariotas incluyen bacterias y arqueas, dos de los tres dominios de la vida. Las células procariotas fueron la primera forma de vida en la Tierra, caracterizadas por tener procesos biológicos vitales, incluida la señalización celular. Son más simples y más pequeñas que las células eucariotas y carecen de núcleo y otros orgánulos unidos a la membrana. El ADN de una célula procariótica consta de un solo cromosoma circular que está en contacto directo con el citoplasma. La región nuclear en el citoplasma se llama nucleoide. La mayoría de los procariotas son los más pequeños de todos los organismos, con un diámetro de 0,5 a 2,0 μm.

Una célula procariota tiene tres regiones:

• Encerrar la célula es el sobre celular – generalmente consiste en una membrana plasmática cubierta por una pared celular que, para algunas bacterias, puede estar más cubierto por una tercera capa llamada cápsula. Aunque la mayoría de los procariotes tienen una membrana celular y una pared celular, hay excepciones como Micoplasma (bacterias) y Termoplasma (archaea) que sólo poseen la capa de membrana celular. El sobre da rigidez a la célula y separa el interior de la célula de su entorno, sirviendo como filtro protector. La pared celular consiste en peptidoglycan en bacterias y actúa como una barrera adicional contra las fuerzas exteriores. También impide que la célula se expanda y explote (citolisis) de la presión osmótica debido a un ambiente hipotónico. Algunas células eucariotas (células de plantas y células fúngicas) también tienen una pared celular.
• Dentro de la célula está la región citoplasmática que contiene el genoma (DNA), ribosomas y diversos tipos de inclusiones. El material genético se encuentra libremente en el citoplasma. Los prokaryotes pueden llevar elementos extracromosómicos de ADN llamados plasmides, que generalmente son circulares. Plasmides bacterianos lineales se han identificado en varias especies de bacterias espiroquetas, incluyendo miembros del género Borrelia notablemente Borrelia burgdorferi, que causa la enfermedad de Lyme. Aunque no formando un núcleo, el ADN se condensa en un nucleoides. Plasmids codifica genes adicionales, como genes de resistencia antibiótica.
• En el exterior, el proyecto flagella y pili de la superficie de la célula. Estas son estructuras (no presentes en todos los procariotes) hechas de proteínas que facilitan el movimiento y la comunicación entre las células.

Células eucariotas

Estructura de una célula animal típica

Estructura de una célula vegetal típica

Las plantas, los animales, los hongos, los mohos mucilaginosos, los protozoos y las algas son todos eucarióticos. Estas células son unas quince veces más anchas que las de un procariota típico y pueden tener un volumen hasta mil veces mayor. La principal característica distintiva de los eucariotas en comparación con los procariotas es la compartimentación: la presencia de orgánulos (compartimentos) unidos a la membrana en los que tienen lugar actividades específicas. El más importante de ellos es el núcleo celular, un orgánulo que alberga el ADN de la célula. Este núcleo le da al eucariota su nombre, que significa "verdadero núcleo (núcleo)". Algunas de las otras diferencias son:

• La membrana plasmática se asemeja a la de los prokaryotes en función, con diferencias menores en la configuración. Las paredes celulares pueden o no estar presentes.
• El ADN eucarístico se organiza en una o más moléculas lineales, llamadas cromosomas, que se asocian con proteínas de cálculo. Todo el ADN cromosómico se almacena en el núcleo celular, separado del citoplasma por una membrana. Algunos organelles eucariotas como la mitocondria también contienen ADN.
• Muchas células eucariotas se cilian con los ciliares primarios. Los ciliares primarios desempeñan importantes funciones en la quimiosensación, la mechanosensación y la termosensación. Por lo tanto, cada cilium puede ser "visado como una antena celular sensorial que coordina un gran número de vías de señalización celular, a veces acoplando la señal a la motilidad ciliar o alternativamente a la división celular y diferenciación".
• Los eucariotas motiles pueden moverse usando cilia fútil o flagella. Las células motiles están ausentes en coníferas y plantas de floración. La flagelo Eukaryotic es más compleja que la de los prokaryotes.

Formas de celdas

Se ha planteado la hipótesis de que la forma celular, también llamada morfología celular, se forma a partir de la disposición y el movimiento del citoesqueleto. Muchos avances en el estudio de la morfología celular provienen del estudio de bacterias simples como Staphylococcus aureus, E. coli, y B. subtilis. Se han encontrado y descrito diferentes formas celulares, pero aún se desconoce por completo cómo y por qué las células adoptan formas diferentes. Algunas formas de células que se han identificado incluyen bastones, cocos y espiroquetas. Los cocos tienen forma circular, los bacilos tienen forma de varilla alargada y las espiroquetas tienen forma de espiral. También se han determinado muchas otras formas.

Componentes subcelulares

Todas las células, ya sean procariotas o eucariotas, tienen una membrana que envuelve la célula, regula lo que entra y sale (permeabilidad selectiva) y mantiene el potencial eléctrico de la célula. Dentro de la membrana, el citoplasma ocupa la mayor parte del volumen de la célula. Excepto los glóbulos rojos, que carecen de un núcleo celular y de la mayoría de los orgánulos para albergar el máximo espacio para la hemoglobina, todas las células poseen ADN, el material hereditario de los genes, y ARN, que contiene la información necesaria para construir diversas proteínas, como las enzimas, la célula.;s maquinaria primaria. También hay otros tipos de biomoléculas en las células. Este artículo enumera estos componentes celulares primarios y luego describe brevemente su función.

Membrana celular

Diagrama detallado de bicapa lipídica de membrana celular

La membrana celular, o membrana plasmática, es una membrana biológica selectivamente permeable que rodea el citoplasma de una célula. En los animales, la membrana plasmática es el límite exterior de la célula, mientras que en las plantas y procariotas suele estar cubierta por una pared celular. Esta membrana sirve para separar y proteger una célula del entorno que la rodea y está formada principalmente por una doble capa de fosfolípidos, que son anfifílicos (en parte hidrofóbicos y en parte hidrofílicos). Por lo tanto, la capa se denomina bicapa de fosfolípidos o, a veces, membrana de mosaico fluido. Incrustada dentro de esta membrana hay una estructura macromolecular llamada porosoma, el portal secretor universal en las células y una variedad de moléculas de proteína que actúan como canales y bombas que mueven diferentes moléculas dentro y fuera de la célula. La membrana es semipermeable y selectivamente permeable, ya que puede dejar que una sustancia (molécula o ion) la atraviese libremente, la atraviese de forma limitada o no la atraviese en absoluto. Las membranas de la superficie celular también contienen proteínas receptoras que permiten a las células detectar moléculas de señalización externas como las hormonas.

Citoesqueleto

Una imagen fluorescente de una célula endotelial. Los nuclei se manchan azul, las mitocondrias se manchan roja, y los microfilamentos se manchan verde.

El citoesqueleto actúa para organizar y mantener la forma de la célula; ancla organelos en su lugar; ayuda durante la endocitosis, la absorción de materiales externos por una célula y la citocinesis, la separación de las células hijas después de la división celular; y mueve partes de la célula en procesos de crecimiento y movilidad. El citoesqueleto eucariótico está compuesto por microtúbulos, filamentos intermedios y microfilamentos. En el citoesqueleto de una neurona, los filamentos intermedios se conocen como neurofilamentos. Hay una gran cantidad de proteínas asociadas con ellos, cada una de las cuales controla la estructura de una célula dirigiendo, agrupando y alineando los filamentos. El citoesqueleto procariótico está menos estudiado pero está involucrado en el mantenimiento de la forma celular, la polaridad y la citocinesis. La subunidad proteica de los microfilamentos es una pequeña proteína monomérica llamada actina. La subunidad de los microtúbulos es una molécula dimérica llamada tubulina. Los filamentos intermedios son heteropolímeros cuyas subunidades varían entre los tipos de células en diferentes tejidos. Algunas de las proteínas de la subunidad de los filamentos intermedios incluyen vimentina, desmina, lamina (láminas A, B y C), queratina (queratinas ácidas y básicas múltiples) y proteínas de neurofilamento (NF-L, NF-M).

Material genético

Ácido desoxiribonucleico (ADN)

Existen dos tipos diferentes de material genético: ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN). Las células utilizan el ADN para su almacenamiento de información a largo plazo. La información biológica contenida en un organismo está codificada en su secuencia de ADN. El ARN se utiliza para el transporte de información (p. ej., ARNm) y funciones enzimáticas (p. ej., ARN ribosómico). Las moléculas de ARN de transferencia (ARNt) se utilizan para agregar aminoácidos durante la traducción de proteínas.

El material genético procariótico está organizado en un cromosoma bacteriano circular simple en la región nucleoide del citoplasma. El material genético eucariótico se divide en diferentes moléculas lineales llamadas cromosomas dentro de un núcleo discreto, generalmente con material genético adicional en algunos orgánulos como las mitocondrias y los cloroplastos (consulte la teoría endosimbiótica).

Una célula humana tiene material genético contenido en el núcleo celular (el genoma nuclear) y en las mitocondrias (el genoma mitocondrial). En los seres humanos, el genoma nuclear se divide en 46 moléculas de ADN lineal llamadas cromosomas, incluidos 22 pares de cromosomas homólogos y un par de cromosomas sexuales. El genoma mitocondrial es una molécula de ADN circular distinta del ADN nuclear. Aunque el ADN mitocondrial es muy pequeño en comparación con los cromosomas nucleares, codifica 13 proteínas involucradas en la producción de energía mitocondrial y ARNt específicos.

El material genético extraño (por lo general, el ADN) también se puede introducir artificialmente en la célula mediante un proceso llamado transfección. Esto puede ser transitorio, si el ADN no está insertado en el genoma de la célula, o estable, si lo está. Ciertos virus también insertan su material genético en el genoma.

Orgánulos

Los orgánulos son partes de la célula que están adaptadas y/o especializadas para llevar a cabo una o más funciones vitales, análogas a los órganos del cuerpo humano (como el corazón, los pulmones y los riñones, donde cada órgano realiza una función diferente). función). Tanto las células eucariotas como las procariotas tienen orgánulos, pero los orgánulos procariotas son generalmente más simples y no están unidos a la membrana.

Hay varios tipos de orgánulos en una célula. Algunos (como el núcleo y el aparato de Golgi) suelen ser solitarios, mientras que otros (como las mitocondrias, los cloroplastos, los peroxisomas y los lisosomas) pueden ser numerosos (de cientos a miles). El citosol es el fluido gelatinoso que llena la célula y rodea los orgánulos.

Eucariótico

Células de cáncer humano, específicamente células hela, con ADN manchado azul. La célula central y la más derecha están en interfase, por lo que su ADN es difuso y todos los núcleos están etiquetados. La célula de la izquierda está pasando por la mitosis y sus cromosomas se han condensado.

• núcleo celular: Centro de información de una célula, el núcleo celular es el organelle más visible que se encuentra en una célula eucariota. Aloja los cromosomas de la célula, y es el lugar donde ocurren casi todas las réplicas de ADN y síntesis de ARN (transcripción). El núcleo es esférico y separado del citoplasma por una membrana doble llamada el sobre nuclear, el espacio entre estas dos membranas se llama espacio pernuclear. El sobre nuclear aísla y protege el ADN de una célula de varias moléculas que podrían dañar accidentalmente su estructura o interferir con su procesamiento. Durante el procesamiento, el ADN se transcribe o copia en un ARN especial, llamado ARN mensajero (mRNA). Este mRNA se transporta luego fuera del núcleo, donde se traduce en una molécula de proteína específica. El nucleolo es una región especializada dentro del núcleo donde se montan subunidades ribosomas. En los procariotas, el procesamiento de ADN tiene lugar en el citoplasma.
• Mitocondria y cloroplastos: generar energía para la célula. Mitocondria son organelas dobles auto-replicantes que se producen en varios números, formas y tamaños en el citoplasma de todas las células eucariotas. La respiración ocurre en la mitocondria celular, que genera la energía de la célula por la fosforilación oxidativa, utilizando oxígeno para liberar energía almacenada en nutrientes celulares (normalmente relacionados con la glucosa) para generar ATP (la respiración aeróbica). Mitocondria se multiplica por fisión binaria, como prokaryotes. Los cloroplastos sólo se pueden encontrar en plantas y algas, y capturan la energía del sol para hacer carbohidratos a través de la fotosíntesis.

Diagrama del sistema endomembrano

• Reticulum endoplasmático: El reticulum endoplasmático (ER) es una red de transporte para moléculas dirigidas a ciertas modificaciones y destinos específicos, en comparación con moléculas que flotan libremente en el citoplasma. El ER tiene dos formas: la ER áspera, que tiene ribosomas en su superficie que secretan proteínas en la ER, y la ER lisa, que carece de ribosomas. El ER suave juega un papel en la secuestración y liberación de calcio y también ayuda en la síntesis de lípidos.
• Aparatos golgi: La función principal del aparato Golgi es procesar y empaquetar las macromoléculas como proteínas y lípidos sintetizados por la célula.
• Lysosomes and peroxisomes: Los lisosomas contienen enzimas digestivas (hidrolas ácidas). Se digeren excesos o organeles desgastados, partículas de alimentos y virus envueltos o bacterias. Los peroxiomas tienen enzimas que eliminan la célula de peróxidos tóxicos, los lisosomas son óptimamente activos en pH ácido. La célula no podía albergar estas enzimas destructivas si no estuvieran contenidas en un sistema de membrana.
• Centrosome: el organizador de Cytoskeleton: El centrosome produce los microtúbulos de una célula – un componente clave del citoesqueleto. Dirige el transporte a través de la ER y el aparato Golgi. Los centros se componen de dos centrílos que se encuentran perpendiculares entre sí en los que cada uno tiene una organización como un cartucho, que se separan durante la división celular y ayudan en la formación del husillo mitótico. Un solo centrooma está presente en las células animales. También se encuentran en algunas células de hongos y algas.
• Vacuoles: Los productos de desecho de secuoles y las células vegetales almacenan agua. A menudo se describen como espacios llenos de líquido y están rodeados de una membrana. Algunas células, sobre todo Amoeba, tienen vacuoles contradictorios, que pueden extraer agua de la célula si hay demasiado agua. Los vacuoles de las células vegetales y las células fúngicas son generalmente más grandes que los de las células animales. Vacuoles de células vegetales están rodeados de tonoplast que ayuda en el transporte de iones y otras sustancias contra gradientes de concentración.

Eucariotas y procariotas

• Ribosomas: El ribosoma es un gran complejo de ARN y moléculas de proteína. Cada uno consiste en dos subunidades, y actúa como una línea de montaje donde el ARN del núcleo se utiliza para síntesis de proteínas de aminoácidos. Los ribosomas se pueden encontrar flotando libremente o ligados a una membrana (el reticulum endoplasmático rugoso en eucariotas, o la membrana celular en procariotas).

• Plastids: Plastid son organelle con borde de membrana generalmente se encuentran en las células vegetales y euglenoides y contienen específicos pigmentos, afectando así el color de la planta y el organismo. Y estos pigmentos también ayudan en el almacenamiento de alimentos y el tapping de energía ligera. Hay tres tipos de plastoides basados en los pigmentos específicos. Cloroplastos(contiene clorofila y algunos pigmentos carotenoides que ayudan en el tapping de la energía ligera durante la fotosíntesis), cromoplastos(contiene pigmentos carotenoides solubles en grasa como carotenoide naranja y xanthofilas amarillas que ayudan en la síntesis y almacenamiento), Leucoplastas(son plastoides no pigmentados y ayudan en el almacenamiento de nutrientes).

Estructuras fuera de la membrana celular

Muchas células también tienen estructuras que existen total o parcialmente fuera de la membrana celular. Estas estructuras son notables porque no están protegidas del ambiente externo por la membrana celular semipermeable. Para ensamblar estas estructuras, sus componentes deben atravesar la membrana celular mediante procesos de exportación.

Pared celular

Muchos tipos de células procariotas y eucariotas tienen una pared celular. La pared celular actúa para proteger mecánica y químicamente a la célula de su entorno, y es una capa adicional de protección para la membrana celular. Los diferentes tipos de células tienen paredes celulares compuestas de diferentes materiales; Las paredes celulares de las plantas se componen principalmente de celulosa, las paredes celulares de los hongos se componen de quitina y las paredes celulares de las bacterias se componen de peptidoglicano.

Procariótico

Cápsula

Una cápsula gelatinosa está presente en algunas bacterias fuera de la membrana celular y la pared celular. La cápsula puede ser polisacárido como en neumococos, meningococos o polipéptido como Bacillus anthracis o ácido hialurónico como en estreptococos. Las cápsulas no están marcadas por los protocolos de tinción normales y pueden detectarse con tinta china o azul de metilo; lo que permite un mayor contraste entre las celdas para la observación.

Flagelos

Los flagelos son orgánulos para la movilidad celular. El flagelo bacteriano se extiende desde el citoplasma a través de la(s) membrana(s) celular(es) y sale a través de la pared celular. Son apéndices largos y gruesos en forma de hilo, de naturaleza proteica. En las arqueas se encuentra un tipo diferente de flagelo y en los eucariotas se encuentra un tipo diferente.

Fimbrias

Una fimbria (fimbriae en plural, también conocida como pilus, pili en plural) es un filamento corto, delgado y similar a un cabello que se encuentra en la superficie de las bacterias. Las fimbrias están formadas por una proteína llamada pilina (antigénica) y son responsables de la unión de las bacterias a receptores específicos en las células humanas (adhesión celular). Hay tipos especiales de pili involucrados en la conjugación bacteriana.

Procesos celulares

Los procariotes se dividen por fisión binaria, mientras que los eucariotas se dividen por mitosis o meiosis.

Replicación

La división celular involucra una sola célula (llamada célula madre) que se divide en dos células hijas. Esto conduce al crecimiento en organismos multicelulares (crecimiento de tejido) ya la procreación (reproducción vegetativa) en organismos unicelulares. Las células procariotas se dividen por fisión binaria, mientras que las células eucariotas suelen pasar por un proceso de división nuclear, llamado mitosis, seguido de división de la célula, llamada citocinesis. Una célula diploide también puede sufrir meiosis para producir células haploides, generalmente cuatro. Las células haploides sirven como gametos en organismos multicelulares, fusionándose para formar nuevas células diploides.

La replicación del ADN, o el proceso de duplicación del genoma de una célula, siempre ocurre cuando una célula se divide por mitosis o fisión binaria. Esto ocurre durante la fase S del ciclo celular.

En la meiosis, el ADN se replica solo una vez, mientras que la célula se divide dos veces. La replicación del ADN solo ocurre antes de la meiosis I. La replicación del ADN no ocurre cuando las células se dividen por segunda vez, en la meiosis II. La replicación, como todas las actividades celulares, requiere proteínas especializadas para llevar a cabo el trabajo.

Esbozo del catabolismo de proteínas, carbohidratos y grasas

Reparación de ADN

En general, las células de todos los organismos contienen sistemas enzimáticos que analizan su ADN en busca de daños en el ADN y llevan a cabo procesos de reparación cuando se detectan daños. Diversos procesos de reparación han evolucionado en organismos que van desde bacterias hasta humanos. La prevalencia generalizada de estos procesos de reparación indica la importancia de mantener el ADN celular en un estado intacto para evitar la muerte celular o errores de replicación debido al daño que podría conducir a la mutación. La bacteria E. coli es un ejemplo bien estudiado de un organismo celular con diversos procesos de reparación del ADN bien definidos. Estos incluyen: (1) reparación por escisión de nucleótidos, (2) reparación de desajustes de ADN, (3) unión de extremos no homólogos de roturas de doble cadena, (4) reparación recombinacional y (5) reparación dependiente de la luz (fotorreactivación).

Crecimiento y metabolismo

Una visión general de la síntesis de proteínas.
Dentro del núcleo de la célula (azul claro, genes (DNA, azul oscuro) se transcriben en ARN. Este ARN está sujeto a la modificación y el control post-transcripción, dando lugar a un mRNA madurorojo) que luego es transportado fuera del núcleo y en el citoplasma (melocotón), donde pasa la traducción a una proteína. mRNA es traducido por ribosomas (púrpura) que coinciden con los codones de tres bases del mRNA a los anti-codones de tres bases del tRNA apropiado. Proteínas recién sintetizadas (negro) son a menudo más modificado, como por unión a una molécula del efector (naranja), para ser totalmente activo.

Entre divisiones celulares sucesivas, las células crecen a través del funcionamiento del metabolismo celular. El metabolismo celular es el proceso mediante el cual las células individuales procesan moléculas de nutrientes. El metabolismo tiene dos divisiones distintas: catabolismo, en el que la célula descompone moléculas complejas para producir energía y poder reductor, y anabolismo, en el que la célula usa energía y poder reductor para construir moléculas complejas y realizar otras funciones biológicas. Los azúcares complejos consumidos por el organismo se pueden descomponer en moléculas de azúcar más simples llamadas monosacáridos como la glucosa. Una vez dentro de la célula, la glucosa se descompone para producir trifosfato de adenosina (ATP), una molécula que posee energía fácilmente disponible, a través de dos vías diferentes.

Síntesis de proteínas

Las células son capaces de sintetizar nuevas proteínas, que son esenciales para la modulación y el mantenimiento de las actividades celulares. Este proceso implica la formación de nuevas moléculas de proteína a partir de bloques de construcción de aminoácidos basados en información codificada en ADN/ARN. La síntesis de proteínas generalmente consta de dos pasos principales: transcripción y traducción.

La transcripción es el proceso en el que la información genética del ADN se utiliza para producir una cadena de ARN complementaria. Esta hebra de ARN luego se procesa para dar ARN mensajero (ARNm), que es libre de migrar a través de la célula. Las moléculas de ARNm se unen a complejos de proteína-ARN llamados ribosomas ubicados en el citosol, donde se traducen en secuencias polipeptídicas. El ribosoma media la formación de una secuencia polipeptídica basada en la secuencia de ARNm. La secuencia de ARNm se relaciona directamente con la secuencia polipeptídica al unirse a moléculas adaptadoras de ARN de transferencia (ARNt) en bolsillos de unión dentro del ribosoma. El nuevo polipéptido luego se pliega en una molécula de proteína tridimensional funcional.

Motilidad

Los organismos unicelulares pueden moverse para encontrar comida o escapar de los depredadores. Los mecanismos comunes de movimiento incluyen flagelos y cilios.

En los organismos multicelulares, las células pueden moverse durante procesos como la cicatrización de heridas, la respuesta inmunitaria y la metástasis del cáncer. Por ejemplo, en la curación de heridas en animales, los glóbulos blancos se mueven al sitio de la herida para matar los microorganismos que causan la infección. La motilidad celular implica muchos receptores, entrecruzamiento, agrupamiento, unión, adhesión, motor y otras proteínas. El proceso se divide en tres pasos: protrusión del borde de ataque de la célula, adhesión del borde de ataque y desadhesión en el cuerpo y la parte posterior de la célula, y contracción del citoesqueleto para empujar la célula hacia adelante. Cada paso es impulsado por fuerzas físicas generadas por segmentos únicos del citoesqueleto.

Navegación, control y comunicación

En agosto de 2020, los científicos describieron una forma en que las células, en particular las células de un moho mucilaginoso y las células derivadas del cáncer de páncreas de ratón, pueden navegar de manera eficiente a través de un cuerpo e identificar las mejores rutas a través de laberintos complejos: generar gradientes después de descomponerse quimioatrayentes difundidos que les permiten detectar los próximos cruces de laberintos antes de llegar a ellos, incluso en las esquinas.

Multicelularidad

Especialización/diferenciación celular

Sostenimiento de un Caenorhabditis elegans resalta los núcleos de sus células.

Los organismos multicelulares son organismos que constan de más de una célula, a diferencia de los organismos unicelulares.

En los organismos multicelulares complejos, las células se especializan en diferentes tipos de células que se adaptan a funciones particulares. En los mamíferos, los principales tipos de células incluyen células de la piel, células musculares, neuronas, células sanguíneas, fibroblastos, células madre y otras. Los tipos de células difieren tanto en apariencia como en función, pero son genéticamente idénticos. Las células pueden ser del mismo genotipo pero de diferente tipo celular debido a la expresión diferencial de los genes que contienen.

La mayoría de los distintos tipos de células surgen de una sola célula totipotente, llamada cigoto, que se diferencia en cientos de tipos de células diferentes durante el curso del desarrollo. La diferenciación de las células está impulsada por diferentes señales ambientales (como la interacción célula-célula) y diferencias intrínsecas (como las causadas por la distribución desigual de moléculas durante la división).

Origen de la pluricelularidad

La multicelularidad ha evolucionado de forma independiente al menos 25 veces, incluso en algunos procariotas, como cianobacterias, mixobacterias, actinomicetos, Magnetoglobus multicellularis o Methanosarcina. Sin embargo, los organismos multicelulares complejos evolucionaron solo en seis grupos eucariotas: animales, hongos, algas pardas, algas rojas, algas verdes y plantas. Evolucionó repetidamente para las plantas (Chloroplastida), una o dos veces para los animales, una vez para las algas pardas y quizás varias veces para los hongos, mohos mucilaginosos y algas rojas. La multicelularidad puede haber evolucionado a partir de colonias de organismos interdependientes, de la celularización o de organismos en relaciones simbióticas.

La primera evidencia de multicelularidad proviene de organismos similares a las cianobacterias que vivieron hace entre 3 y 3500 millones de años. Otros fósiles tempranos de organismos multicelulares incluyen el disputado Grypania spiralis y los fósiles de las lutitas negras de la Formación Paleoproterozoica Francevillian Group Fossil B en Gabón.

La evolución de la multicelularidad a partir de ancestros unicelulares se ha replicado en el laboratorio, en experimentos de evolución que utilizan la depredación como presión selectiva.

Orígenes

El origen de las células tiene que ver con el origen de la vida, que inició la historia de la vida en la Tierra.

Origen de la primera celda

Los estromatolitos son dejados por la cianobacteria, también llamada algas verde azul. Son los fósiles de vida más antiguos de la Tierra. Este fósil de un millón de años es del Parque Nacional Glacier en los Estados Unidos.

Existen varias teorías sobre el origen de las pequeñas moléculas que dieron lugar a la vida en la Tierra primitiva. Es posible que hayan sido transportados a la Tierra en meteoritos (ver el meteorito de Murchison), creados en los respiraderos de aguas profundas o sintetizados por un rayo en una atmósfera reductora (ver el experimento de Miller-Urey). Hay pocos datos experimentales que definan cuáles fueron las primeras formas autorreplicantes. Se cree que el ARN es la molécula autorreplicante más antigua, ya que es capaz tanto de almacenar información genética como de catalizar reacciones químicas (consulte la hipótesis del mundo del ARN), pero alguna otra entidad con el potencial de autorreplicarse podría haber precedido al ARN, como arcilla o ácido nucleico peptídico.

Las células surgieron hace al menos 3500 millones de años. La creencia actual es que estas células eran heterótrofas. Las primeras membranas celulares probablemente eran más simples y permeables que las modernas, con una sola cadena de ácidos grasos por lípido. Se sabe que los lípidos forman espontáneamente vesículas bicapa en agua y podrían haber precedido al ARN, pero las primeras membranas celulares también podrían haber sido producidas por ARN catalítico, o incluso haber requerido proteínas estructurales antes de que pudieran formarse.

Origen de las células eucariotas

La célula eucariota parece haber evolucionado a partir de una comunidad simbiótica de células procariotas. Los orgánulos portadores de ADN, como las mitocondrias y los cloroplastos, descienden de antiguas alfaproteobacterias simbióticas que respiran oxígeno y 'cianobacterias', respectivamente, que fueron endosimbiodas por un procariota arcaico ancestral.

Todavía existe un debate considerable sobre si los orgánulos como el hidrogenosoma son anteriores al origen de las mitocondrias, o viceversa: consulte la hipótesis del hidrógeno para el origen de las células eucariotas.

Historia de la investigación

Robert Hooke dibujo de células en corcho, 1665

• 1632-1723: Antonie van Leeuwenhoek se enseñó a hacer lentes, construir microscopios ópticos básicos y dibujar protozoa, como por ejemplo Vorticella de agua de lluvia, y bacterias de su propia boca.
• 1665: Robert Hooke descubrió células en corcho, luego en tejido vegetal vivo usando un microscopio compuesto temprano. Él acuñó el término célula (de latín) cellula, que significa "small room") en su libro Micrographia (1665).
• 1839: Theodor Schwann y Matthias Jakob Schleiden elucidaron el principio de que las plantas y los animales están hechos de células, concluyendo que las células son una unidad común de estructura y desarrollo, y por lo tanto fundando la teoría celular.
• 1855: Rudolf Virchow declaró que las nuevas células provienen de células preexistentes por división celular (en inglés)omnis cellula ex cellula).
• 1859: La creencia de que las formas de vida pueden ocurrir espontáneamente (génerostio spontanea) fue contradicho por Louis Pasteur (1822-1895) (aunque Francesco Redi había realizado un experimento en 1668 que sugirió la misma conclusión).
• 1931: Ernst Ruska construyó el primer microscopio electrónico de transmisión (TEM) en la Universidad de Berlín. Para 1935, había construido un EM con el doble de resolución de un microscopio ligero, revelando organelas previamente no resolvables.
• 1953: Sobre la base del trabajo de Rosalind Franklin, Watson y Crick hicieron su primer anuncio sobre la doble estructura helix del ADN.
• 1981: Lynn Margulis publicó Simbiosis en la evolución celular detallando la teoría endosimbiótica.