jueves, 1 de diciembre de 2016

16 DIFERENCIA ENTRE LA CÉLULA PROCARIOTA Y EUCARIOTA

La teoría celular // La célula y sus propiedades // Generalidades de la célula y su estudio // La célula procariota // Organelos procarióticos // La célula eucariótica // Estudio de la célula eucarótica // Los retículos endoplasmáticos // El aparato de Golgi y el núcleo // Las vesículas celulares // Tráfico vesicular celular // La mitocondria // El cloroplasto // El citoesqueleto eucariótico // Fisiología del citoesqueleto // Diferencias entre la célula procariota y eucariota // Referencias bibliográficas


16.1 El material genético de los procariótes y los eucariótes

El material genético de las células procariotas se encuentra en una región denomina da nucleoide, una región pobremente demarcada de la célula que carece de la demarcación de una membrana que la separe del resto del citoplasma. En contraste la célula eucariótica tiene su material genético almacenado en una región específica llamada núcleo, la cual se encuentra separada del resto del citoplasma mediante una estructura compleja llamada membrana nuclear.  Esta diferencia en la estructura celular es la base para los términos procariotico (pro _ antes, karyon _ nuez) y eucariotica (eu _ verdadera, karyon _ nuez).

Las células procarióticas poseen una cantidad relativamente pequeña de ADN. El contenido de ADN de una bacteria se estima en un promedio de 600 000 pares de bases hasta cerca de 8 000 000 pares de bases las cuales generan entre 500 y varios miles de proteínas.

Generalmente se nos dice que los cromosomas son el modo en que el ADN de los eucariotas se almacena, pero esto es solo parcialmente cierto, en el ciclo de vida de la célula eucariota, los cromosomas solo se forman "condensan" cuando la célula está lista para replicarse, es decir, son una estructura relacionada con la reproducción y no con la actividad de la célula. Su condensación depende de proteínas asociadas llamadas histonas.

A pesar de que una simple célula de levadura de pan posee solo un poco más de ADN 12 000 000 de pares de bases que codifican para 6200 proteínas, que el más complejo de los procariotes, las células eucarióticas poseen considerablemente una mayor cantidad de información genética.


La cromatina es una fibra de histonas y ADN. Una fibra de ADN enroscada a una histona se llama nucleosoma, una unidad de cromatina consta de 6 nucleosomas unidos, y la cromatina completa son miles de giros individuales cada uno compuesto por 6 nucleosomas. En el núcleo de la célula, la cromatina se encuentra dispersa, y solo se une al formar los cromosomas durante la replicación celular.

Ambos los procariotes y los eucariotes almacenan su ADN en cromosomas. Los cromosomas procarióticos son más simples y tienen forma circular, por lo general no almacenan pseudogenes.  Por el contrario, los cromosomas eucarióticos son enormes, contienen además de ADN muchísimas proteínas que regulan y modifican de manera hereditaria al ADN. Cuando el cromosoma eucariótico se disuelve en el núcleo durante la fase de crecimiento forma la cromatina.

Referencias: (Karp, 2010, 2013; Sadava et al., 2014, 2008; Solomon et al., 2008)

16.2 La pared celular de los procariotes y los eucariotes

Las células se encuentran separadas del medio como mínimo por una membrana celular compuestas por sustancias cerosas/grasosas llamadas formalmente lípidos. 

La pared celular de los procariotes del tipo eubacteria se divide en dos tipos. Algunas poseen una pared gruesa y otra una pared delgada. En la imagen, la membrana flexible de fosfolípidos es de color azul, y la pared es verde. La pared está compuesta por una molécula de tipo polipeptido llamada peptidoglicano exclusiva de las bacterias. A las bacterias con paredes gruesas las llamamos Gram positivas y a las de paredes delgadas Gram negativas, debido a que es la pared la que retiene el colorante de Gram. Las Gram positivas se ven purpuras y las Gram negativas rosadas al microscopio óptico. El otro grupo de procariotes posee una pared similar, pero el peptidoglicano es reemplazado por otras sustancias de tipo proteínico de secuencia diferente pero con función semejante.

Los lípidos forman una capa doble y relativamente móvil, la cual tiene proteínas incrustadas que ayudan a realizar muchas funciones. 

La pared celular de las plantas, abajo en azul está la membrana celular, en medio "amarillo" está la pared, compuesta por celulosa, una sustancia de tipo polisacárido "azúcar complejo", y en la parte externa una cama llamada lamela intermedia la cual está compuesta por pectina "otro azúcar complejo". Sobre esta membrana puede existir otra barrera, esta vez mas rígida, la cual protege a la célula y le da su forma la mayoría de las veces.

La pared celular de un hongo, abajo en purpura tenemos la membrana celular, y arriba la pared, la cual está compuesta por una mezcla de azucares complejos "beta-glucanos" y proteínas. El componente más importante es el azúcar complejo quitina. Aunque ambos tipos de células pueden poseer o carecer de una pared celular. Cuando se encuentra presente, la composición química de la pared difiere de una manera relacionada al grupo celular del cual estamos estudiando.

Por lo general, las bacterias poseen paredes hechas de un material que les es exclusivo llamado peptidoglicano (muraina en textos antiguos), las células eucariotas carecen de los genes para almacenar peptidoglicano, por lo que los primero antibióticos usaban sustancias químicas que atacaban la maquinaria de la bacteria empleada en la acumulación del peptidoglicano. En contraste, las paredes de los eucariotas poseen una composición química más diversa, como quitina en los hongos, o celulosa en las plantas.

Referencias: (Karp, 2010, 2013; Sadava et al., 2014, 2008; Solomon et al., 2008)

16.3 El citoplasma y el sistema de membranas internas de los procariótes y los eucariótes

El citoplasma, representa la fase acuosa semi-acuosa que se encuentra en el interior de la membrana celular. El citoplasma es en su mayoría agua, pero contiene proteínas y otras sustancias que lo hacen una solución muy concentrada, es algo así como gelatina que no se ha condensado bien, o mejor aún, literalmente como la clara de un huevo.

El citoplasma  está compuesto por una fase fluida o citosol y por sustancias de alto peso molecular. En los procariotes estas sustancias son los ribosomas y el cromosoma, pero en los eucariotes la estructura del citoplasma es mucho más compleja al contener los organelos.

El citoplasma de los dos tipos de células se diferencia en ciertos componentes que se encuentran en él. El citoplasma de las células eucariotas posee además de las proteínas y otras sustancias solubles una serie de estructuras rodeadas por membranas biológicas, iguales a la membrana externa, además de estas membranas internas existen otras estructuras que no se presentan en las bacterias.

Incluso las levaduras que se cuentan entre los eucariotes más simples, y que contienen un número de genes poco más grande que la más compleja de las bacterias, posee una estructura celular mucho más compleja que cualquier procariote. Esto se debe a que las bacterias carecen de sistema de membranas internas

Tanto a ciertas estructuras altamente complejas como al sistema de membranas internas los denominamos organelos/orgánulos. Los organelo rodeados de membrana son por ejemplo el aparato de Golgi, los retículos endoplasmáticos, la mitocondria, los cloroplastos. Otros organelos no poseen membranas, pero de ellos hablaremos en la siguiente sección.

Referencias: (Karp, 2010, 2013; Sadava et al., 2014, 2008; Solomon et al., 2008)

16.4 Estructuras no membranales del citoplasma de los procariotes y los eucariotes

Las células eucarióticas también poseen organelos que carecen de membranas internas. Uno de ellos que diferencian a los eucariotas de las células procariotas son filamentos alrededor de la membrana celular. Estos filamentos forman una especie de andamio flexible y dinámico que le da su forma a las células, al igual que les permite mucho de su movimiento y resistencia.

Se pensaba hasta hace muy pocos años que el citoesqueleto era una característica única de las células eucarióticas, y que las células procarióticas dependían exclusivamente de su pared celular para tener sus formas. Sin embargo se han encontrado estructuras homologas filamentosas, aunque eso sí, mucho más simples en las células procarióticas.

Ambos tipos de células poseen un organelo fundamental en la maquinaria básica de todo ser vivo, y que de hecho puede que haga parte de la definición de vida, pues al igual que sucede con la membrana celular, solo las células poseen esta superestructura. 

El organelo que estamos describiendo no es otro que el ribosoma. Los ribosomas son sustancias sin membranas compuestas pro proteínas y secuencias de ARN llamadas ARN ribosomal, ya que forman parte del cuerpo del ribosoma. A pesar de que todo lo vivo posee ribosomas, el tamaño del ribosoma cambia dependiendo de si hablamos de una célula procariota o de si hablamos de una célula eucariota. Sin embargo, la zona que realiza la labor principal del ribosoma es muy conservada en todos los grupos.

Referencias: (Karp, 2010, 2013; Sadava et al., 2014, 2008; Solomon et al., 2008)

16.5 Reproducción de los procariótes y los eucariótes

Otra de las diferencias principales entre las células procariotas y eucariotas se da en el modo de reproducción. Las células procariotas dependen de la mitosis, un tipo de reproducción asexual que permite que de una célula madre emerjan dos células hijas. Las células eucariotas poseen a parte de la mitosis el ciclo de reproducción sexual.  La reproducción sexual se caracteriza por la fusión de dos células, las cuales después de mezclar su material genético forman una única célula que luego pasa por dos divisiones celulares produciendo cuatro células hijas nuevas.

Ambos tipos de células pueden realizan trasferencia horizontal de genes, es decir, el paso de genes de una especie a otra diferente; aunque el proceso es mucho más fuerte en las células procarióticas que es donde el proceso fue descrito originalmente.

Referencias: (Karp, 2010, 2013; Sadava et al., 2014, 2008; Solomon et al., 2008)

16.6 Conclusiones a cerca de las diferencias entre eucariotes y procariotes

En los artículos anteriores, muchas de las diferencias más importantes entre las células procariotas y euariotas se dan al nivel de organización celular. De hecho volveremos sobre este fenómeno en muchos capítulos futuros. Sin embargo debemos estar claros en un punto fundamental, no podemos señalar a los procariotes como seres vivos “menos evolucionados”.

 Tendemos a pensar en todo lo que no sea humano "y por derecha europeo, blanco, rubio y de ojos claros" como menos evolucionado, sin embargo esta expresión se basa en un arraigado sentido platónico de perfección, del cual debemos despojarnos para poder entender la teoría evolutiva.

Si lo hace tenga en mente los siguientes detalles. Los procariotes han existido en la tierra por lo menos desde hace unos  3800 millones de años, y aun en estos momentos miles de millones de ellos se encuentran sobre toda superficie que toamos, sobre nosotros y dentro de nosotros. Es más, en nuestro sistema digestivo existe una gran cantidad de procariotes que nos permiten absorber nuestros nutrientes, y sin ellos los “tan evolucionados humanos” moriríamos de desnutrición rápidamente.

Solemos pensar en los procariotas como criaturas solitarias, pero recientes investigaciones han demostrado que ellas viven en ecosistemas complejos de comunidades de muchas especies interrelacionadas, en las que los individuos y las especies se especializan en funciones. Estos sistemas complejos se denominan biopelículas.

Si alguna vez han estado consiente en el odontólogo, cuando este saca una especie de gancho que clava en la encía, pero que no duele, para luego sacar una especie de laminita transparente, eso es una biopelícula bacteriana llamada placa, la cual con el tiempo puede horadar la encía causando gingivitis.

Las bacterias viven en comunidades biológicas complejas e interdependientes, con cierto grado de especialización de funciones, el caso más evidente son las películas, estructuras hechas por múltiples cepas de bacterias que actúan en comunidad, otro ejemplo es el estromatolito.

Metabólicamente hablando, mientras que el metabolismo de los animales depende principalmente de la respiración aeróbica, los procariotes poseen una enorme diversidad de rutas metabólicas. Algunos pueden respirar azufre, beber ácido sulfhídrico o comer rocas. El término “más evolucionado”, “menos evolucionado”, “pináculo de la evolución” no son verdaderamente términos basados en la teoría evolutiva modera, y son más bien un vestigio de las expresiones basadas en la filosofía platónica de la escala natural. No existe una escala evolutiva, solo diferentes linajes que han sobrevivido hasta el día de hoy, y que por lo tanto son igual de evolucionados.

Referencias: (Karp, 2010, 2013; Sadava et al., 2014, 2008; Solomon et al., 2008)

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