Célula procariota

Células procariotas en microscopio

Una célula procariota es un organismo unicelular que carece de núcleo y otros orgánulos unidos a su membrana —la del núcleo— como las mitocondrias, que sí están presentes en las células eucariotas. La existencia del núcleo y de estos orgánulos caracteriza y distingue a las células procariotas de las eucariotas. Alguna vez se pensó que los componentes celulares procariotas dentro del citoplasma no estaban encerrados, excepto por una membrana celular externa, pero se han descubierto microcompartimentos bacterianos, que se cree son orgánulos simples encerrados en cubiertas de proteínas, junto con otros orgánulos procarióticos, pero que no pueden denominarse un núcleo.

Si bien son siempre unicelulares, algunos organismos procariotas, como las cianobacterias, pueden formar grandes colonias. Otras, como las mixobacterias, tienen etapas multicelulares en sus ciclos de vida. Los procariotas son asexuales y se reproducen sin fusión de gametos, aunque también tiene lugar la transferencia horizontal de genes.

Los tipos distintivos de procariotas incluyen extremófilos y metanógenos; estos son comunes en algunos ambientes extremos. La palabra "procariota" proviene del griego "πρό" (pro, "antes") y "κάρυον" (karyon, "nuez" o "núcleo") para representar que evolucionaron antes de que aparecieran los núcleos celulares. Pues en el estudio de los orígenes de la vida, se considera que los procariotas surgieron antes que los eucariotas. La división entre procariotas y eucariotas refleja la existencia de dos niveles de organización celular muy diferentes; solo las células eucariotas tienen un núcleo envuelto que contiene su ADN cromosómico y otros orgánulos característicos unidos a la membrana, incluidas las mitocondrias.

Célula procariota partesEditar | Comentar

Partes de una célula procariota
Partes de una célula procariota

Los procariotas tienen un citoesqueleto procariota que es más primitivo que el de los eucariotas. Además de los homólogos de actina y tubulina (MreB y FtsZ), el bloque de construcción helicoidalmente dispuesto del flagelo, la flagelina, es una de las proteínas citoesqueléticas más importantes de las bacterias, ya que proporciona los antecedentes estructurales de la quimiotaxis, la respuesta fisiológica celular básica de las bacterias. . Al menos algunos procariotas también contienen estructuras intracelulares que pueden verse como orgánulos primitivos. Se conocen organelos membranosos (o membranas intracelulares) en algunos grupos de procariotas, como vacuolas o sistemas de membrana dedicados a propiedades metabólicas especiales, como la fotosíntesis o la quimiolitotrofia. Además, algunas especies también contienen microcompartimentos encerrados en carbohidratos, que tienen distintas funciones fisiológicas (p.

La mayoría de los procariotas miden entre 1 µm y 10 µm, pero pueden variar en tamaño desde 0,2 µm ( Mycoplasma genitalium ) hasta 750 µm ( Thiomargarita namibiensis ).

Partes de la célula procarióticaDescripción
Flagelo (no siempre presente)Protuberancia larga en forma de látigo que ayuda a la locomoción celular utilizada por organismos grampositivos y gramnegativos.
Membrana celularRodea el citoplasma de la célula y regula el flujo de sustancias dentro y fuera de la célula.
Pared celular (excepto los géneros Mycoplasma y Thermoplasma)Revestimiento exterior de la mayoría de las células que protege a la célula bacteriana y le da forma.
CitoplasmaUna sustancia similar a un gel compuesta principalmente de agua que también contiene enzimas, sales, componentes celulares y varias moléculas orgánicas.
RibosomaEstructuras celulares responsables de la producción de proteínas.
nucleoideÁrea del citoplasma que contiene la única molécula de ADN del procariota.
Glycocalyx (solo en algunos tipos de procariotas)Una cubierta de glicoproteína-polisacárido que rodea las membranas celulares.
inclusiones citoplasmáticasContiene los cuerpos de inclusión como ribosomas y masas más grandes dispersas en la matriz citoplasmática.

Célula procariota formaEditar | Comentar

Forma de una célula procariota
Forma de una célula procariota

Las células procariotas tienen varias formas; Las cuatro formas básicas de las bacterias son:

El archaeon Haloquadratum tiene células planas de forma cuadrada.

Célula procariota clasificaciónEditar | Comentar

Clasificación de las células procariotas
Clasificación de las células procariotas

En el sistema de dos imperios surgido a partir de la obra de Édouard Chatton, los procariotas se clasificaron dentro del reino Prokaryota. Pero en el sistema de tres dominios, basado en el análisis molecular, los procariotas se dividen en dos dominios: Bacteria (anteriormente Eubacteria) y Archaea (anteriormente Archaebacteria). Los organismos con núcleo se ubican en un tercer dominio, Eukaryota. Los estudios moleculares han proporcionado información sobre la evolución y las interrelaciones de los tres dominios de la vida.

En 1977, Carl Woese propuso dividir los procariotas en Bacteria y Archaea (originalmente Eubacteria y Archaebacteria) debido a las grandes diferencias en la estructura y la genética entre los dos grupos de organismos. Originalmente se pensó que las arqueas eran extremófilas, que vivían solo en condiciones inhóspitas, como temperaturas extremas, pH y radiación, pero desde entonces se han encontrado en todo tipo de hábitats. El arreglo resultante de Eukaryota (también llamado "Eucarya"), Bacteria y Archaea se llama el sistema de tres dominios, que reemplaza el sistema tradicional de dos imperios.

Árbol filogenético

Según el análisis filogenético de Zhu (2019), las relaciones podrían ser las siguientes:

Célula procariota reproducciónEditar | Comentar

Bipartición de una célula procariota
Bipartición de una célula procariota

Las bacterias y las arqueas se reproducen mediante reproducción asexual, generalmente por fisión binaria. El intercambio genético y la recombinación todavía ocurren, pero esta es una forma de transferencia horizontal de genes y no es un proceso de replicación, simplemente implica la transferencia de ADN entre dos células, como en la conjugación bacteriana.

Bipartición celular
Bipartición celular

La función de reproducción consiste en que a partir de la célula progenitora se originan dos o más descendientes. Es un proceso que asegura que cada descendiente tenga una copia fiel de material genético de la célula madre. En las células procariotas se produce la división simple por bipartición: el ADN de la bacteria se duplica y forma dos copias idénticas. Cada copia se va a un punto de la célula y más tarde la célula se divide en dos mitades. Así se forman dos células hijas iguales, más pequeñas que la progenitora.

El proceso por el cual se dividen estas células se denomina mitosis. La mitosis es un proceso fundamental para la vida. Durante la mitosis, una célula duplica todo su contenido, incluyendo sus cromosomas, y se divide para formar dos células hijas idénticas. Debido a lo crítico de este proceso, los pasos de la mitosis son controlados cuidadosamente por varios genes. Cuando la mitosis no se regula adecuadamente, pueden producirse problemas de salud como el cáncer.

Célula procariota ADNEditar | Comentar

La transferencia de ADN entre células procarióticas ocurre en bacterias y arqueas, aunque se ha estudiado principalmente en bacterias. En las bacterias, la transferencia de genes se produce mediante tres procesos. Estos son (1) transducción mediada por virus bacterianos (bacteriófagos), (2) conjugación mediada por plásmidos y (3) transformación natural. La transducción de genes bacterianos por bacteriófagos parece reflejar un error ocasional durante el ensamblaje intracelular de partículas virales, más que una adaptación de la bacteria huésped. La transferencia de ADN bacteriano está bajo el control de los genes del bacteriófago en lugar de los genes bacterianos. Conjugación en la bien estudiada E. coliEl sistema está controlado por genes de plásmidos y es una adaptación para distribuir copias de un plásmido de un huésped bacteriano a otro. Con poca frecuencia durante este proceso, un plásmido puede integrarse en el cromosoma bacteriano huésped y, posteriormente, transferir parte del ADN bacteriano huésped a otra bacteria. La transferencia mediada por plásmidos del ADN bacteriano huésped (conjugación) también parece ser un proceso accidental más que una adaptación bacteriana.

La transformación bacteriana natural implica la transferencia de ADN de una bacteria a otra a través del medio intermedio. A diferencia de la transducción y la conjugación, la transformación es claramente una adaptación bacteriana para la transferencia de ADN, porque depende de numerosos productos genéticos bacterianos que interactúan específicamente para realizar este complejo proceso. Para que una bacteria se una, tome y recombine el ADN del donante en su propio cromosoma, primero debe entrar en un estado fisiológico especial llamado competencia. Se requieren alrededor de 40 genes en Bacillus subtilis para el desarrollo de la competencia. La longitud del ADN transferido durante la transformación de B. subtilis puede ser tanto como un tercio del cromosoma completo.La transformación es un modo común de transferencia de ADN, y hasta ahora se sabe que 67 especies de procariotas son naturalmente competentes para la transformación.

Entre las arqueas, Halobacterium volcanii forma puentes citoplásmicos entre las células que parecen utilizarse para la transferencia de ADN de una célula a otra. Otro archaeon, Sulfolobus solfataricus , transfiere ADN entre células por contacto directo. Frols et al. encontró que la exposición de S. solfataricus a agentes que dañan el ADN induce la agregación celular y sugirió que la agregación celular puede mejorar la transferencia de ADN entre las células para proporcionar una mayor reparación del ADN dañado a través de la recombinación homóloga.

Célula procariota ambienteEditar | Comentar

Los procariotas se han diversificado mucho a lo largo de su larga existencia. El metabolismo de los procariotas es mucho más variado que el de los eucariotas, lo que da lugar a muchos tipos de procariotas muy distintos. Por ejemplo, además de usar la fotosíntesis o compuestos orgánicos para obtener energía, como hacen los eucariotas, los procariotas pueden obtener energía de compuestos inorgánicos como el sulfuro de hidrógeno. Esto permite que los procariotas prosperen en ambientes hostiles tan fríos como la superficie nevada de la Antártida, estudiada en criobiología, o tan calientes como los respiraderos hidrotermales submarinos y las fuentes termales terrestres.

Los procariotas viven en casi todos los ambientes de la Tierra. Algunas arqueas y bacterias son extremófilas y prosperan en condiciones adversas, como altas temperaturas (termófilas) o alta salinidad (halófilas). Muchas arqueas crecen como plancton en los océanos. Los procariotas simbióticos viven dentro o sobre los cuerpos de otros organismos, incluidos los humanos. Los procariotas tienen grandes poblaciones en el suelo, incluida la rizosfera y la rizovaina. Los procariotas del suelo todavía están muy poco caracterizados a pesar de su fácil proximidad a los humanos y su tremenda importancia económica para la agricultura.

Célula procariota evoluciónEditar | Comentar

Las procariotas en la evolución celular
Las procariotas en la evolución celular

Un modelo actual muy difundido de la evolución de los primeros organismos vivos es que estos eran algún tipo de procariotas, que pueden haber evolucionado a partir de protocélulas, mientras que los eucariotas evolucionaron más tarde en la historia de la vida. Algunos autores han cuestionado esta conclusión, argumentando que el conjunto actual de especies procarióticas puede haber evolucionado a partir de ancestros eucarióticos más complejos a través de un proceso de simplificación. Otros han argumentado que los tres dominios de la vida surgieron simultáneamente, a partir de un conjunto de células variadas que formaron un solo acervo genético. Esta controversia se resumió en 2005:

No hay consenso entre los biólogos sobre la posición de los eucariotas en el esquema general de la evolución celular. Las opiniones actuales sobre el origen y la posición de los eucariotas abarcan un amplio espectro, incluidas las opiniones de que los eucariotas surgieron primero en la evolución y que los procariotas descienden de ellos, que los eucariotas surgieron simultáneamente con las eubacterias y las arqueobacterias y, por lo tanto, representan una línea primaria de descendencia de igual edad y rango. como los procariotas, que los eucariotas surgieron a través de un evento simbiótico que supuso un origen endosimbiótico del núcleo, que los eucariotas surgieron sin endosimbiosis, y que los eucariotas surgieron a través de un evento simbiótico que supuso un origen endosimbiótico simultáneo del flagelo y el núcleo, además de muchos otros modelos, que han sido revisados ​​y resumidos en otro lugar.

Los procariotas fosilizados más antiguos que se conocen se establecieron hace aproximadamente 3.500 millones de años, solo alrededor de 1.000 millones de años después de la formación de la corteza terrestre. Los eucariotas solo aparecen en el registro fósil más tarde y pueden haberse formado a partir de la endosimbiosis de múltiples ancestros procariotas. Los eucariotas fósiles más antiguos que se conocen tienen alrededor de 1.700 millones de años. Sin embargo, alguna evidencia genética sugiere que los eucariotas aparecieron hace 3 mil millones de años.

Si bien la Tierra es el único lugar en el universo donde se sabe que existe vida, algunos han sugerido que hay evidencia en Marte de procariotas fósiles o vivos. Sin embargo, esta posibilidad sigue siendo objeto de considerable debate y escepticismo.

A diferencia de la suposición anterior de una división fundamental entre procariotas y eucariotas, la diferencia más importante entre la biota puede ser la división entre las bacterias y el resto (arqueas y eucariotas). Por ejemplo, la replicación del ADN difiere fundamentalmente entre las bacterias y las arqueas (incluida la de los núcleos eucariotas), y puede que no sea homóloga entre estos dos grupos. Además, la ATP sintasa, aunque es común (homóloga) en todos los organismos, difiere mucho entre las bacterias (incluidos los orgánulos eucariotas como las mitocondrias y los cloroplastos) y el grupo del núcleo de las arqueas/eucariotas. El último antecesor común de toda la vida (llamado LUCA, l ast universal ommon aancestro) debería haber poseído una versión temprana de este complejo proteico. Como la ATP sintasa está unida a la membrana de manera obligada, esto respalda la suposición de que LUCA era un organismo celular. La hipótesis del mundo del ARN podría aclarar este escenario, ya que LUCA podría haber sido un ribocito (también llamado ribocélula) que carecía de ADN, pero con un genoma de ARN construido por ribosomas como entidades autorreplicantes primordiales.Se ha propuesto una hipótesis del mundo de péptido-ARN (también llamado mundo RNP) basada en la idea de que los oligopéptidos pueden haberse construido junto con ácidos nucleicos primordiales al mismo tiempo, lo que también respalda el concepto de un ribocito como LUCA. La característica del ADN como base material del genoma podría haber sido adoptada por separado en bacterias y arqueas (y más tarde en núcleos eucariotas), presumiblemente con la ayuda de algunos virus (posiblemente retrovirus, ya que podían transcribir de forma inversa el ARN en ADN). Como resultado, los procariotas que comprenden bacterias y arqueas también pueden ser polifiléticos.

Célula procariota relación con eucariotasEditar | Comentar

La división entre procariotas y eucariotas generalmente se considera la distinción o diferencia más importante entre los organismos. La distinción es que las células eucariotas tienen un núcleo "verdadero" que contiene su ADN, mientras que las células procariotas no tienen núcleo.

Tanto los eucariotas como los procariotas contienen grandes estructuras de ARN/proteína llamadas ribosomas, que producen proteínas, pero los ribosomas de las procariotas son más pequeños que los de las eucariotas. Las mitocondrias y los cloroplastos, dos orgánulos que se encuentran en muchas células eucariotas, contienen ribosomas similares en tamaño y composición a los que se encuentran en las procariotas. Esta es una de las muchas evidencias de que las mitocondrias y los cloroplastos descienden de bacterias de vida libre. La teoría endosimbiótica sostiene que las primeras células eucariotas incorporaron a las células procariotas primitivas por fagocitosis y se adaptaron para incorporar sus estructuras, dando lugar a las mitocondrias y los cloroplastos.

El genoma en un procariota se mantiene dentro de un complejo de ADN/proteína en el citosol llamado nucleoide, que carece de envoltura nuclear. El complejo contiene una sola molécula cíclica de doble cadena de ADN cromosómico estable, en contraste con los múltiples cromosomas lineales, compactos y altamente organizados que se encuentran en las células eucariotas. Además, muchos genes importantes de procariotas se almacenan en estructuras de ADN circulares separadas llamadas plásmidos. Al igual que los eucariotas, los procariotas pueden duplicar parcialmente el material genético y pueden tener una composición cromosómica haploide que se replica parcialmente, una condición conocida como merodiploidía.

Los procariotas carecen de mitocondrias y cloroplastos. En cambio, procesos como la fosforilación oxidativa y la fotosíntesis tienen lugar a través de la membrana de la célula procariótica. Sin embargo, los procariotas poseen algunas estructuras internas, como los citoesqueletos procariotas. Se ha sugerido que el orden bacteriano Planctomycetes tiene una membrana alrededor del nucleoide y contiene otras estructuras celulares unidas a la membrana. Sin embargo, investigaciones posteriores revelaron que las células de Planctomycetes no están compartimentadas ni nucleadas y, al igual que otros sistemas de membranas bacterianas, están interconectadas.

Las células procariotas suelen ser mucho más pequeñas que las células eucariotas. Por lo tanto, los procariotas tienen una mayor relación área superficial/volumen, lo que les otorga una tasa metabólica más alta, una tasa de crecimiento más alta y, como consecuencia, un tiempo de generación más corto que los eucariotas.

Cada vez hay más evidencia de que las raíces de los eucariotas se encuentran en (o al menos junto a) el grupo archaean asgard, quizás Heimdallarchaeota (una idea que es una versión moderna de la hipótesis de los ovocitos de 1984, siendo los ovocitos un antiguo sinónimo de crenarchaeota , un taxón que se encuentra cerca del entonces desconocido grupo asgard) Por ejemplo, las histonas que normalmente empaquetan el ADN en los núcleos eucariotas, también se han encontrado en varios grupos arqueanos, dando evidencia de homología. Esta idea podría aclarar el misterioso predecesor de las células eucariotas (eucitos) que engulló una alfaproteobacterium formando el primer eucito (LECA , último eucariota común .antecesor) según la teoría endosimbiótica. Podría haber habido algún apoyo adicional por parte de los virus, llamado eucariogénesis viral. El grupo no bacteriano que comprende arqueas y eucariotas fue llamado Neomura por Thomas Cavalier-Smith en 2002. Sin embargo, desde un punto de vista cladístico, los eucariotas son arqueas en el mismo sentido en que las aves son dinosaurios porque evolucionaron del grupo de dinosaurios maniraptora. Por el contrario, las arqueas sin eucariotas parecen ser un grupo parafilético, al igual que los dinosaurios sin pájaros.

Célula procariota socialidadEditar | Comentar

Si bien los procariotas se consideran estrictamente unicelulares, la mayoría puede formar comunidades agregadas estables. Cuando dichas comunidades están encerradas en una matriz polimérica estabilizadora ("limo"), pueden denominarse "biopelículas". Las células en biopelículas a menudo muestran distintos patrones de expresión génica (diferenciación fenotípica) en el tiempo y el espacio. Además, al igual que con los eucariotas multicelulares, estos cambios en la expresión a menudo parecen ser el resultado de la señalización de célula a célula, un fenómeno conocido como detección de quórum.

Las biopelículas pueden ser altamente heterogéneas y estructuralmente complejas y pueden adherirse a superficies sólidas, o existir en interfaces líquido-aire, o potencialmente incluso en interfaces líquido-líquido. Las biopelículas bacterianas suelen estar formadas por microcolonias (masas de bacterias y matriz con forma de cúpula aproximadamente) separadas por "vacíos" a través de los cuales el medio (p. ej., agua) puede fluir fácilmente. Las microcolonias pueden unirse sobre el sustrato para formar una capa continua, cerrando la red de canales que separan las microcolonias.). La expresión celular diferencial, el comportamiento colectivo, la señalización, la muerte celular programada y (en algunos casos) eventos discretos de dispersión biológica parecen apuntar en esta dirección. Sin embargo, estas colonias rara vez son fundadas por un solo fundador (en la forma en que los animales y las plantas son fundados por células individuales), lo que presenta una serie de problemas teóricos. La mayoría de las explicaciones de la cooperación y la evolución de la multicelularidad se han centrado en la alta relación entre los miembros de un grupo (o colonia, u organismo completo). Si una copia de un gen está presente en todos los miembros de un grupo, los comportamientos que promueven la cooperación entre los miembros pueden permitir que esos miembros tengan (en promedio) una mayor aptitud que un grupo similar de individuos egoístas (consulte la aptitud inclusiva y la regla de Hamilton).

Si estos casos de sociabilidad procariota resultan ser la regla y no la excepción, tendrían serias implicaciones para la forma en que vemos a los procariotas en general y la forma en que los tratamos en medicina. Las biopelículas bacterianas pueden ser 100 veces más resistentes a los antibióticos que las unicélulas de vida libre y pueden ser casi imposibles de eliminar de las superficies una vez que las han colonizado. Otros aspectos de la cooperación bacteriana, como la conjugación bacteriana y la patogenicidad mediada por detección de quórum, presentan desafíos adicionales para los investigadores y profesionales médicos que buscan tratar las enfermedades asociadas.

Célula procariota historiaEditar | Comentar

La distinción entre procariotas y eucariotas fue firmemente establecida por los microbiólogos Roger Stanier y CB van Niel en su artículo de 1962 El concepto de una bacteria (aunque allí escrito procariota y eucariota). Ese documento cita el libro Titres et Travaux Scientifiques de Édouard Chatton de 1937 por usar esos términos y reconocer la distinción. Una de las razones de esta clasificación fue que lo que entonces se llamaba a menudo algas verdeazuladas (ahora llamadas cianobacterias) no se clasificaría como plantas sino que se agruparía con bacterias.

Recursos de ampliaciónEditar | Comentar

Lic. CC BY-NC-SA 3.0 - La función de reproducción - Proyecto Biosfera

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