Células y Estructura Celular

Todos los organismos vivos están compuestos de células. Algunos organismos, como las bacterias, pueden existir simplemente como criaturas unicelulares. Otros, incluyendo a los humanos, están hechos de una cantidad incontable de células trabajando juntas para organizar lo que conocemos como el ser vivo. Los seres humanos estamos compuestos de trillones de células organizadas en tejidos, como el músculo y la piel, o en órganos, como el hígado y el pulmón. La animación a continuación ilustra la relación entre un órgano (el hígado en este caso) y las células de las cuales está compuesto. La imagen final es un vistazo más cerca de una sola célula.

 

El funcionamiento adecuado de los cuerpos humanos depende de estructuras más pequeñas, u órganos, como el corazón y los pulmones. Las células diminutas que construyen estos órganos tienen dentro de ellas estructuras aún más pequeñas conocidas como los organelos. Estos organelos ayudan a las células a realizar su trabajo. En términos del cáncer, cambios en estos organelos pueden hacer que cada célula y en última instancia el organismo entero tengan problemas serios. Para entender mejor cómo es que funcionan las células, ahora nos tomaremos el tiempo para examinar algunas de estas estructuras subcelulares.

 

Los organelos que vamos a discutir están involucrados en el flujo de información dentro de las célulasy en la producción de energía. Adicionalmente, vamos a ver la estructura que le da forma a las células y les permite reproducirse. Todos los organelos y procesos que van a ser discutidos tienen relevancia directa al cáncer porque son las escturas/actividades celulares que se alteran con la enfermedad.

La imagen abajo muestra dos células vivas de ratones. Las mitocondrias están de color rojo y los núcleos (con cromosomas brillantes) de color azul. La región verde cerca de los núcleos representa el aparato de Golgi, un organelo involucrado en el procesamiento y embalaje de las moléculas dentro de la célula.

 
 

Stained Cells

La imagen de arriba fue usada con el permiso del dueño de los derechos, Pruebas Moleculares.

Más información sobre los temas discutidos en esta página puede ser encontrada en mayoría de los textos introductorios de biología; nosotros recomendamos Campbell Biology, 11ma edición.1

Los organelos responsables de mantener un funcionamiento celular correcto serán descritos en las siguientes secciones:

 

Estructura celular: Organelos

Las funciones que realiza el cuerpo humano están divididas y son llevadas a cabo por diferentes organos y tejidos. La comida es digerida en el estómago y en los intestinos, los huesos dan la fuerza y estructura del cuerpo, y el cerebro actúa como el lugar central donde se ve procesada toda la información y se envían los comandos a todas las partes del cuerpo.

De forma similar, las funciones dentro de la célula se dividen en diferentes combinaciones de biomoléculas bien organizadas. Estas estructuras son análogas a los organos del cuerpo y se les llama organelos.

Los organelos se encuentran suspendidos en un líquido a base de agua de consistencia viscosa. Este fluido se conoce como el citosol. Al fluido y los organelos que se encuentran fuera del nucleo se les llama, en conunto, citoplasma. El citoplasma está altamente organizado y las posiciones de los organelos son controladas activamente.

Ver la imagen de abajo para obtener una breve descripción de las funciones de algunos de los orgánulos presentes en una célula típica.

cellrollover.png

Núcleo

Se puede ver al núcleo como el cerebro de la célula. Nuestro material genético (ADN), en forma de cromosomas, está guardado en este organelo. El núcleo es esférico y está rodeado por dos membranas. Como se estipuló en el capítulo anterior, las membranas celulares están conformadas por dos capas de lípidos, una frente a la otra.

 

Como se muestra en la figura, el núcleo es el hogar de los cromosomas. Los cromosomas están compuestos por largas tiras de ADN. En la animación que se encuentra sobre estas letras podemos observar que el ADN en un cromosoma está altamente organizado y serpenteado. Los cromosomas en forma de X que se muestran en ambas animaciones representan un cromosoma que se ha copiado o replicado para la división célular. Un cromosoma sin replicar consiste de solo una mólecula de ADN que contiene miles de genes. El ADN en los cromosomas actúa como un mapa para guiar todas las actividades de la célula.

Aquí hay unos puntos clave de nuestra composición genética:

1° Tenemos dos sets de cromosomas; uno es contribuido por cada padre en forma de gameto (óvulo o espermatozoide). Las células humana suelen contener 46 cromosomas, 23 de cada padre.
2° Los cromosomas están formados por un complejo de ADN y proteínas. A este complejo se le llama cromatina.
3° Los genes son secciones del ADN que contienen la información para la producción de moléculas específicas, como las proteínas. Son importantes en el desarrollo del cáncer, pequeños cambios en la secuencia nucleotida de un gen pueden alterar el comportamiento de una célula.

Cambien en el material genético son esenciales en el desarollo del cáncer. Consideraremos cómo este mapa se lee en el siguiente capítulo.

Mitocondria

Las mitocondrias son la fuente de energía de las células. Una gran parte de la energía que las células (y por lo tanto todos los individuos) requieren para funcionar proviene de biomoléculas como los azucares y las grasas que son obtenidas de la comida. La mitocondria lleva a cabo los ultimos pasos para convierten la comida en energía. Como el núcleo, la mitocondria está rodeada de una membrana doble.

Como la quema de gasolina en un motor de combustión, el proceso de la producción de energía no es completamente eficiente y produce sub-productos que frecuentemente tienen efectos no deseados. La producción de energía en la mitocondria nos lleva a la producción de químicos que pueden dañar el ADN y por lo tanto causan cambios genéticos. Se considera que estos peligrosos sub-productos pueden contribuir a las mutaciones observables en las células cancerosas.

El diagrama de abajo nos muestra a la mitocondria, mostrando las dos membranas separadas y el compartimento interno que es el lugar donde se produce la energía.

Mitochondria Diagram

En la siguiente imagen, la mitocondria en células de ratones se han pintando de rojo. Los núcleos y los cromosomas de las células están de azul. Note la amplia distribución, la gran cantidad y las formas irregulares de las mitocondrias. Las regiones verdes cerca del núcleo en cada célula son los organelos conocidos como el aparato de golgi, que están involucrados en la modificación y embarcamiento de biomoléculas como las proteínas.

 

 

 

Stained Cells

 

La imagen de arriba fue utilizada con el permiso del autor, Pruebas Moleculares.

Ribosoma

Los ribosomas están hechos de dos complejos que contienen ARN y proteína. Los ribosomas se localizan en el citosol y son bastante numerosos. Estos son responsables de leer el ARN y de utilizar la información decodificada para producir proteínas en un proceso llamado tradución. La traducción se discutira con mayor detalle en la sección de Función de gen.

El diagrama debajo nos muestra dos sub-unidades del ribosoma (la grande y la pequeña) unidas al ARNm.

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Citoesqueleto

El citoesqueleto es una red complicada de proteínas que se entrecruzan en el citoplasma de las células. El citoesqueleto está compuesto de una gran variedad de proteínas. Estas proteínas suelen formar largas hebras retorcidas que se parecen a un cable eléctrico o a los cables que sujetan los puentes. Como estos componentes hechos por el hombre, las proteínas que forman el citoesqueleto son igual de fuertes como flexibles.

Un tipo importante de filamento, la actina, está compuesta de hilos largos (polímeros) de la proteína actina. La imagen debajo demuestra los filamentos de actina en una célula endotelial (vaso sanguíneo) de una vaca. Los hilos de color amarillo son las formas polimerizadas de la proteína (actina) y el rojo indica la presencia de unidades individuales de la proteína.

actin fibers

 

Otros filamentos críticos del citoesqueleto son los microtúbulos. Ellos también son polímeros, y están compuestos de la proteína tubulina. La imagen debajo muestra los microtúbulos en una célula endotelial bovina.

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microtubules

Como puede ser visto en las imágenes de arriba, el citoesqueleto está distribuído extensivamente a través de las células.

Las imágenes en esta página fueron usadas con el permiso del dueño legal, Molecular Probes®.

Función del Citoesqueleto

La imagen debajo ilustra las fibras de actina y los microtúbulos en células endoteliales de vaca, mostrando su prevalencia y estructura. Las fibras de actina aparecen rojo, los microtúbuluos son verdes, y los núcleos de las células se encuentran en azul.

actin fibers and microtubules

 

El citoesqueleto tiene varias funciones clave:

  • Provee la estructura celular y actúa como andamiaje para la fijación de varios organelos.
  • Es responsable de la habilidad de las células para moverse.
  • Es requerido para la división apropiada de las células durante la reproducción celular.

Como veremos, cambios en el citoesqueleto se observan en las células cancerosas. Varias veces, las células cancerosas muestran un aumento en su mobilidad. De hecho, la propagación metastática del cáncer depende de la invasión a tejidos vecinos por las células tumorales.

El rol esencial del citoesqueleto en la proliferación de las células ha llevado al uso de fármacos que inhiben al citoesqueleto como drogas contra el cáncer. Ejemplos de drogas que interfieren con la función citoesquelética incluyen Taxol® y vinblastina.

Más sobre inhibidores citoesqueletales en los tratamientos del cáncer.

La imagen en esta página fue utilizada con el permiso del dueño legal, Molecular Probes®.

 

Resumen de la Estructura de la Célula

Organelos
  • Los organelos son estructuras que llevan a cabo diferentes funciones dentro de la célula.
  • Los organelos en una célula son análogos a los órganos del cuerpo.
  • Los organelos están suspendidos en un fluido a base de agua llamado citosol.

Núcleo

  • El núcleo guarda toda la información genética (cromosomas) de una célula eucariota.
  • El núcleo es esférico y está rodeado de dos membranas.
  • El núcleo es el "cerebro" de la célula.

Mitocondria

  • La mitocondria es la fuente de energía de la célula.
  • La mitocondria convierte biomoléculas (como grasas y azúcar) en energía.
  • Los sub-productos de la producción de energía en la mitocondria pueden dañar al ADN y causar mutaciones.

Ribosomas

  • Los ribosomas están hechos de 2 complejos grandes de ARN y proteína.
  • Los ribosomas se encuentran en el citosol. Su función es leer el ARN y producir proteínas. A este proceso se le llama traducción.

Citoesqueleto

  • El citoesqueleto es una red extensa de proteínas que entrecruzan el citoplasma de una célula.
  • Actina y tubilina son las proteínas que se utilizan para crear las fibras principales del citoesqueleto (microfilamentos y microtubulos, respectivamente).
  • El citoesqueleto tiene varias fuciones clave:
    • Da estructura a la célula y un lugar donde anclar a los organelos
    • Movilidad a la célula
    • Control de la división celular durante la mitosis.
  • Cambios en el citoesqueleto que permiten un incremento en el movimiento de la célula son observados en células con cáncer.
  • Muchas de las medicinas anti-cáncer trabajan al interferir con la actividad de proteínas del citoesqueleto.

Juego Interactivo: Conozca el Flujo

Conozca el flujo es un juego interactivo para poner a prueba su conocimiento sobre el tema. Para jugar:

  • Mueva las respuestas adecuadas de la columna a la derecha y póngalas en orden en las cajas a la izquierda, de la más pequeña a la más grande. Fíjese que sólo usará cinco de las seis opciones para completar el juego.
  • Cuando termine, haga click en 'Verificar' para ver cuantas de sus respuestas están correctas.
  • Para ver las respuestas incorrectas, haga clic sobre 'Descripción' para repasar la información sobre los procesos.
  • Para intentar de nuevo, seleccione 'Reiniciar' y empiece de nuevo.

Conozca el Flujo: Estructura Celular

Los procesos en orden

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5

Procesos

  • Aprende más
    Organela
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    Célula
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    Tejido
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    Órgano
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    Sistema corporal
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    Esqueleto

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El proceso está en el orden correcto!

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  • 1. Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., & Reece, J. B. (2017). Campbell Biology (11th ed.). Pearson.