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Procariotas y eucariotas. AP02

Contenido: Diferencias entre células procariotas y eucariotas, y su evolución.

Procariotas y eucariotas

Todas las células comparten características esenciales, la membrana externa (membrana celular -o membrana plasmática- que separa el citoplasma de la célula de su ambiente externo) y el material genético (la información hereditaria que dirige las actividades de una célula y le permite reproducirse y transmitir sus características a la progenie).

Existen las células procariotas y las eucariotas, dos tipos fundamentalmente distintos de células.

Características

Procariotas

Eucariotas

Material genético

Molécula grande y circular de DNA a la que están débilmente asociadas diversas proteínas

DNA lineal y está fuertemente unido a proteínas especiales

Núcleo, nucleoide

El material genético está ubicado región definida llamada nucleoide

El material genético está rodeado por una doble membrana, la envoltura nuclear, que lo separa de los otros contenidos celulares en un núcleo bien definido.

Citoplasma: En el se encuentra una gran variedad de moléculas y complejos moleculares.

Complejos proteicos y de RNA llamados ribosomas que desempeñan una función clave en la unión de los aminoácidos individuales durante la síntesis de proteínas

Complejos proteicos y de RNA llamados ribosomas que desempeñan una función clave en la unión de los aminoácidos individuales durante la síntesis de proteínas

Funciones celulares: realizados por moléculas y complejos moleculares especializados

 

Gran variedad de estructuras rodeadas por membranas -llamadas organelas- que constituyen distintos compartimientos internos dentro del citoplasma.

Entre las organelas se destacan los peroxisomas que realizan diversas funciones metabólicas; las mitocondrias, centrales energéticas de las células y, en las algas y células vegetales, los plástidos como los cloroplastos, donde acontece la fotosíntesis.

Membrana celular

Rodeada por una pared celular externa que es elaborada por la propia célula

Las plantas y hongos, tienen una pared celular, aunque su estructura es diferente de la de las paredes celulares procarióticas. Las células animales, no tienen paredes celulares.

Tamaño

Células pequeñas 1-10 µm

Células grandes, (10-100 µm), Algunos son microbios, la mayoría son organismos grandes

División celular

Directa, principalmente por fisión binaria. No hay centríolos, huso mitótico ni microtúbulos.

Sistemas sexuales escasos, si existe intercambio sexual se da por transferencia de un donador a un receptor.

Mitosis, presenta huso mitótico, o alguna forma de ordenación de microtúbulos.

Sistemas sexuales frecuentes. Alternancia de fases haploides y diploides mediante Meiosis y Fecundación

Formas multicelulares

Escasas, ausencia de desarrollo de tejidos

Abundantes, desarrollo de tejidos

Respiración

Anaerobias estrictas, facultativas, microarerofílicas y aerobias

Casi exclusivamente aerobias

Mitocondrias

Ausencia de mitocondrias: las enzimas para la oxidación de moléculas orgánicas están ligadas a las membranas

Las enzimas están en las mitocondrias

Flagelos

Simples formados por la proteína flagelina

Compuestos, formados por tubulina y otras proteínas

Fotosíntesis

Las enzimas necesarias están ligadas a las membranas. Existencia de fotosíntesis aerobia y anaerobia, con productos finales como azufre, sulfato y Oxígeno

Las enzimas se empaquetan en los cloroplastos.

La Escherichia coli es un procariota heterotrófico que resulta ser el más estudiado de todos los organismos vivos. El material genético (DNA) se encuentra en la zona más clara, en el centro de cada célula. Esta región no delimitada por membrana se llama nucleoide. Los pequeños granos del citoplasma son los ribosomas. Las dos células del centro se acaban de dividir y todavía no se han separado completamente.

Esquema de Chlamydomonas

Escherichia coli

La Chlamydomonas, célula eucariótica fotosintética que contiene un núcleo ("verdadero") rodeado por una membrana nuclear doble y otras organelas abundantes. La organela más destacable es el cloroplasto, de forma irregular, que llena casi toda la célula. Está formado por doble membrana y es el lugar donde se realiza la fotosíntesis. Otras organelas membranosas son las mitocondrias, que proporcionan energía para el movimiento batiente de los dos flagelos. Las reservas energéticas de la célula están en forma de granos de almidón, alrededor y dentro de una estructura llamada pirenoide. La membrana plasmática envuelve todo el citoplasma y por fuera hay una pared celular formada por polisacáridos

Chlamydomonas

Los científicos han podido establecer que, en algún momento de la historia de la Tierra, diversos tipos de eucariotas se escindieron de un tronco procariótico, formando ramas que evolucionaron de manera independiente.

El paso de los procariotas a los primeros eucariotas (los protistas) fue una de las transiciones evolutivas principales sólo precedida en orden de importancia por el origen de la vida. Una hipótesis, que gana creciente aceptación, es que se originaron células de mayor tamaño, y más complejas, cuando ciertos procariotas comenzaron a alojarse en el interior de otras células.

La teoría endosimbiótica (endo significa interno y simbionte se refiere a la relación de beneficio mutuo entre dos organismos), intenta explicar el origen de algunas organelas eucarióticas. Hace aproximadamente 2.500 millones de años, cuando la atmósfera era ya rica en oxígeno como consecuencia de la actividad fotosintética de las cianobacterias, ciertas células procarióticas habrían adquirido la capacidad de utilizar este gas para obtener energía de sus procesos metabólicos. La capacidad de utilizar el oxígeno habría conferido una gran ventaja a estas células aeróbicas, que habrían prosperado y aumentado en número. En algún momento, estos procariotas aeróbicos habrían sido fagocitados por células de mayor tamaño, sin que se produjera una digestión posterior. Algunas de estas asociaciones simbióticas habrían sido favorecidas por la presión selectiva: los pequeños simbiontes aeróbicos habrían hallado nutrientes y protección en las células hospedadoras a la vez que éstas obtenían los beneficios energéticos que el simbionte les confería. Estas nuevas asociaciones pudieron conquistar nuevos ambientes. Así, las células procarióticas, originalmente independientes, se habrían transformado en las actuales mitocondrias, pasando a formar parte de las flamantes células eucarióticas.

Secuencia de eventos que dieron origen a diversas células eucarióticas

En la actualidad, varias líneas de evidencia sustentan la teoría de la endosimbiosis. De forma análoga, se cree que los procariotas fotosintéticos ingeridos por células no fotosintéticas de mayor tamaño fueron los precursores de los cloroplastos. Por medio de la hipótesis endosimbiótica, Margulis también explica el origen de cilias y flagelos por la simbiosis de ciertas células con espiroquetas de vida libre.

La mayor complejidad de la célula eucariótica la dotó de un número de ventajas que finalmente posibilitaron la evolución de organismos multicelulares.

Representación del tiempo biológico en horas

La figura anterior muestra, condensados en un día, los sucesos más importantes de la historia biológica durante los 4.600 millones de años de la Tierra. La vida aparece relativamente temprano, antes de las 6 de la mañana, en una escala de tiempo de 24 horas. Los primeros seres pluricelulares no surgen hasta bien entrada la tarde, y Homo, el género al cual pertenecemos los humanos, hace su aparición casi al acabar el día, a sólo 30 segundos de medianoche.

Los primeros organismos multicelulares hicieron su aparición hace apenas 750 millones de años y se cree que los principales grupos (hongos, plantas y animales) evolucionaron a partir de diferentes tipos de eucariotas unicelulares.

Las células de los organismos multicelulares están especializadas para llevar a cabo una función bastante limitada en la vida del organismo. Sin embargo, cada una sigue siendo notablemente una unidad con mantenimiento autónomo.

Nótese cuán similar es una célula de una hoja de una planta de maíz a una Chlamydomona. Esta célula vegetal también es fotosintética y satisface sus propias necesidades de energía a partir de la luz del Sol. No obstante, a diferencia del alga, es parte de un organismo multicelular y depende de otras células para obtener agua, minerales, protección contra la desecación y otras necesidades.

Esquema de células de una hoja de maíz

El núcleo de esta hoja de maíz puede verse a un lado en la célula central. El material granulado del núcleo es la cromatina. Contiene DNA asociado con las proteínas histonas. El nucléolo es la región del núcleo donde se sintetizan los componentes de RNA ribosómico. Las mitocondrias y los cloroplastos se encuentran envueltos por membranas. La vacuola, una región llena de líquido rodeada por una membrana, y la pared celular es característica de las células vegetales y no se encuentran en los animales. Como puede verse por comparación, esta célula es muy parecida a Chlamydomonas.

El cuerpo humano, constituido por billones de células individuales, está compuesto, cuando menos, por 200 tipos diferentes de células, cada una especializada para su función particular, pero todas trabajando como un conjunto cooperativo.

Los organismos se agrupan en tres categorías principales llamadas dominios (Bacteria, Archaea y Eukarya). Dentro del dominio de los Eukarya se encuentran los reinos protistas, hongos, plantas y animales, todos ellos eucariontes. Los organismos pertenecientes al dominio Bacteria incluyen el reino de las Eubacterias. En el dominio Archaea se pueden mencionar las archeobacterias acidófilas, termoplasmales y metanobacterias. Tanto las Eubacterias como las Archeobacterias son procariontes.

Los procariotas son esencialmente unicelulares, aunque en algunos tipos las células forman racimos, filamentos o cadenas; este reino incluye formas quimiosintéticas, fotosintéticas y heterótrofas. Los protistas son un grupo diverso de organismos eucarióticos unicelulares y algunos multicelulares simples; incluyen tanto heterótrofos como autótrofos fotosintéticos. Los hongos, las plantas y los animales son organismos eucarióticos multicelulares. Todos los animales y hongos son heterótrofos, mientras que todas las plantas, con unas pocas excepciones curiosas (como la pipa india o monótropa y la cuscuta, que son parásitas) son autótrofos fotosintéticos. Sin embargo, dentro del cuerpo de una planta multicelular, algunas de las células son fotosintéticas, como las células de una hoja, y algunas son heterótrofas, como las células de una raíz. Las células fotosintéticas suministran sacarosa a las células heterótrofas de la planta.

Bibliografía:

  • Apuntes de clase - Facultad de Agronomía - U.B.A..
  • Helena Curtis - N. Sue Barnes. "Biología". Sexta edición en español.

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