Texto 1: Clula Procarionte y Clula EucarionteLas clulas vivas surgieron probablemente en la Tierra gracias a la agregacin espontnea de molculas, hace aproximadamente 3,5 mil millones de aos. Sobre la base de nuestros conocimientos acerca de los organismos actuales y de las molculas que contienen, parece probable que el desarrollo de los mecanismos autocatalticos (de regulacin propia) fundamentales para los sistemas vivientes empezara con la evolucin de molculas de RNA (cido ribonucleico) que podan catalizar (regular) su propia replicacin. Con el tiempo, una de estas familias de RNA catalticos cooperativos debi de desarrollar la habilidad de dirigir la sntesis de polipptidos (secuencias de aminocidos). Finalmente, debido a que la acumulacin de catalizadores proteicos permiti la evolucin de clulas ms complejas y eficientes, el DNA de doble hebra sustituy al RNA de cada simple como molcula ms estable para el almacenamiento de las cantidades crecientes de informacin gentica requerida por estas clulas.

Clulas Procariotas/Procariontes

Las bacterias son los organismos ms sencillos que se encuentran en la mayora de hbitats naturales. Se trata de clulas esfricas o alargadas, generalmente de un dimetro de varios micrmetros. A menudo poseen una envoltura protectora resistente, denominada pared celular, por debajo de la cual una membrana plasmtica rodea a un nico compartimento citoplasmtico que contiene DNA, RNA, protenas y pequeas molculas. Al microscopio electrnico, este interior celular aparece como una matriz de textura variable y sin ninguna estructura interna organizada evidente.Las bacterias son pequeas y se pueden replicar a gran velocidad, simplemente divindose en dos mediante fisin binaria. Cuando el alimento es abundante, la la supervivencia del ms apto significa generalmente la supervivencia de los que pueden reproducirse con mayor rapidez. En condiciones optimas, una misma clula procariota se puede dividir cada 20 minutos,y por lo tanto dar lugar a 5 mil millones de clulas en menos de 11 horas.

Existen especies de bacterias que pueden utilizar como alimento prcticamente cualquier tipo de molcula orgnica, includos azcares, aminocidos, grasas, hidratos de carbono, polipptidos y polisacridos. Algunas son capaces de obtener los tomos de carbono del CO2 y los tomos de nitrogeno del N2. A pesar de su simplicidad relativa, las bacterias han sobrevivido durante ms tiempo que cualquier otro organismo y todava constituyen el tipo de clulas ms abundante de la Tierra.

En la figura (A) se muestran diversas formas que pueden presentar las bacterias y en la figura (B) como se visualizan internamente con el uso de un microscopio electrnico.

Las clulas Eucarotas/Eucariontes

Qu sucedi con los organismos anaerbicos (que no utilizaban oxgeno), con los que haba empezado la vida, en cuanto se fue acumulando oxgeno molecular en la atmsfera? En un mundo rico en oxgeno que no podan utilizar, se hallaban en desventaja. Es indudable que algunos se extinguieron. Otros desarrollaron la capacidad de respirar o encontraron nichos (ubicaciones) en los que se escaseaba el oxgeno y en los que pudieron continuar un tipo de vida anaerbica. Otros, se transforman en predadores o parsitos de las clulas aerbicas (que s poda usar oxgeno). Al parecer algunos descubrieron una estrategia de supervivencia ms astuta y ms rica de implicaciones para el futuro: se cree que formaron una asociacin ntima con un tipo aerbico de clula y en ocasiones con un tipo de clula que poda hacer fotosntesis, viviendo en simbiosis (unin constante) con l. Esta corresponde a la explicacin ms plausible del origen de las clulas actuales de tipo eucariota.

Por definicin, y a diferencia de las clulas procariontes, las clulas eucariontes tienen un ncleo (caryon en griego), que contiene la mayor parte del DNA celular y que est rodeado por una doble membrana. Por consiguiente, el DNA se mantiene en un compartimento, separado del resto del contenido celular, el citoplasma, que es donde se producen la mayora de las reacciones metablicas de la clula (vase el concepto de metabolismo revisado en clases).Adems, en el citoplasma se pueden distinguir muchos orgnulos/organelos caractersticos. Entre ellos destacan dos pequeos tipos de corpsculos, las mitocondrias y los cloroplastos. Cada uno de ellos est rodeado por su propia doble membrana, que es qumicamente diferente de la membrana que envuelve al ncleo. La presencia de mitocondrias constituye un rasgo casi universal de las clulas eucariotas (solo un tipo de protozoos carece de mitocondrias), mientras que los cloroplastos se encuentran nicamente en aquellas clulas eucariotas que pueden realizar fotosntesis es decir, en las plantas, pero no en los animales ni los hongos. Se cree que ambos organelos tienen su origen en clulas procariotas (recordar teora endosimbitica).

En la tabla 1-1 se muestran las principales diferencias entre clulas procariotas y eucariotas. Si lo comparan con la presentacin en clases encontrarn informacin adicional y ciertas diferencias respecto al tamao celular en ambos casos, pero se mantiene que las procariotas son mucho ms pequeas en relacin a las eucariontes.

Compartimentalizacin Eucariota

Las clulas eucariotas suelen tener un volumen mucho mayor que las procariotas (por lo general, ms de mil veces superior) y contienen una cantidad proporcionalmente superiorde la mayora de materiales celulares; una clula humana, por ejemplo, contiene 1000 veces ms DNA que una bacteria tpica. Este gran tamao plantea problemas. Puesto que todas las materias primas para las reacciones de biosntesis (produccin de biomolculas) que se producen en el interior de una clula deben entrar y salir pasando a travs de la membrana plasmtica que recubre su superficie, y puesto que en la membrana tambin se producen importantes reacciones, un aumento en el volumen celular exige un aumento en la superficie celular. Pero la geometra nos ensea que un aumento simple de la escala de una estructura incremente el volumen al cubo de la dimensin lineal, mientras que el rea superficial queda aumentada slo al cuadrado**. Por consiguiente, si la gran clula eucariota ha de conservar la misma proporcin de superficie respecto al volumen que presenta la clula procariota, deber suplementar su rea superficial mediante circunvoluciones, pliegues y otras transformaciones de su membrana.

** No se compliquen demasiado con el tema de la geometra. Lo fundamental es comprender que si queremos aumentar la superficie disponible para el intercambio a travs de la membrana y de los procesos que ocurren dentro de la clula, SIN aumentar groseramente el tamao de la clula, es necesario que se formen pliegues de la membrana. Piensen en el caso de nuestro intestino delgado, que para tener suficiente superficie para poder absorber los alimentos tiene miles y miles de vellosidades y microvellosidades. Si no fuese as, el intestino delgado medira fcilmente ms de 30 metros un poco inconveniente no?.

Es probable que esto explique en parte la compleja profusin de membranas internas, que es una caracterstica bsica de todas las clulas eucariotas. Las membranas rodean al ncleo, a las mitocondrias y (en las clulas vegetales) a los cloroplastos. Forman un compartimento laberntico denominado retculo endoplasmtico, donde son sintetizados los lpidos y las protenas de las membranas celulares (dependiendo si es liso o rugoso), as como el material destinado a ser exportado por la clula. Tambin forman agrupaciones de sculos aplanados, que constituyen el complejo de Golgi, que participa en la modificacin y en el transporte de las molculas fabricadas en el retculo endoplasmtico. Las membranas rodean a los lisosomas, los cuales contienen reservas de las enzimas (protenas reguladoras de reacciones) necesarias para la digestionn intracellular, enzimas que de este modo no pueden atacar a las protenas y cidos nucleicos de la propia clula. De la misma manera, las membranas rodean a los peroxisomas, donde se generan y degradan perxidos peligrosamente reactivos durante la oxidacin por el oxgeno de varios tipos de molculas. Las membranas tambin forman pequeas vesculas y, en las plantas, una gran vacuola llena de lquido. Todas estas estructuras rodeadas de membranas corresponden a distintos compartimentos intracitoplasmticos. En una clula animal tpica, estos compartimentos ocupan casi la mitad del volumen celular total. El restante compartimento del citoplasma, que incluye todos los elementos celulares salvo los orgnulos delimitados por una membrana, suele recibir el nombre de citosol.

Todas las estructuras membranosas que se acaban demencionar se encuentran dentor de la clula. Por consiguiente, cmo pueden ayudar a solucionar el problema mencionado al principio y suministrar a la clula un rea superficial que sea suficiente para su gran volumen? La respuesta es que hay un intercambio continuo entre los compartimentos internos delimitados por membrana y el exterior de la clula. Esto se consigue mediante la endocitosis y la exocitosis, procesos que se presentan nicamente en las clulas eucariotas. En la endocitosis, porciones de la membrana superficial externa se invaginan y separan por estrangulacin, formando unas vesculas citoplasmticas, rodeadas de membrana y que contienen sustancias que se hallaban presentes en el medio externo o que fueron absorbidas en la superficie celular. Partculas muy grandes o incluso clulas extraas enteras son capturadas por fagocitosis- una forma especial de endocitosis. La exocitosis es el proceso inverso, por el cual unas vesculas rodeadas de membrana, presentes en el interior de la clula, se fusionan con la membrana plasmtica y liberan su contenido al medio externo. De esta manera, las membranas que limitan a los comparitmentos situados dentro de la clula incrementan el rea superficial efectiva de la clula para los intercambios de materia con el medio exterior.

A continuacin les adjunto esquemas y descripciones de estructuras relevantes, espero les sean tiles para la comprensin y complementacin de lo que vemos en clases.

Aqu se muestran estructuras y organelos (rodeados por membrana) que se encuentran presentes en la clula animal y vegetal, pero tambin los que son exclusivos.

Empaquetamiento del material gentico en Eucariontes

Las clulas eucariotas contienen una gran cantidad de DNA. Como se ha dicho anteriormente, las clulas humanas contienen unas mil veces ms DNA que una bacteria tpica. La longitud del DNA de las clulas eucariotas es tan grande que el peligro de rotura resulta muy elevado. Probablemente por esta razn, aparecieron unas protenas que slo se encuentran en los eucariotas, las histonas, que se unen al DNA y lo enrollan formando cromosomas, compactos y manejables. El denso empaquetamiento del DNA en los cromosomas es una parte esencial de los preparativos para la division celular en los eucariotas.

Las membranas que envuelven el ncleo de las clulas eucariotas protegen la estructura del DNA y la delicada maquinaria de control asociada, previenen que se embrollen con el citoesqueleto mvil y las resguardan de muchos cambios qumicos que se producen en el citoplasma. Tambin permiten separar e independizar dos pasos cruciales de la expresin gnica: (1) el copiado de las secuencias de DNA a secuencias de RNA (transcripcin del DNA) y (2) la utilizacin de estas secuencias de RNA para dirigir la sntesis (produccin) de protenas especficas (traduccin del RNA). En las clulas procariotas no exite la division de estos procesos en compartimentos la traduccin de las secuencias de RNA a protenas empieza cuando estas secuencias se transcriben, inclusive antes de que su sntesis haya terminado. Pero en los eucariotas, los dos pasos que conducen desde el gen (Secuencia de ADN que determina la expresin de una protena) hasta la protena estn estrictamente separados: la transcripcin ocurre en el ncleo, la traduccin en el citoplasma. El RNA ha de abandonar el ncleo antes de poder se utilizado para guiar la sntesis proteica. Mientras se halla en el ncleo sufre una serie de complicadas transformaciones, durante las cuales se eliminan unas zonas determinadas de la molcula de RNA y otras se modifican (procesamiento del RNA). Debido a estas complejidades, el material gentico de una clula eucariota ofrece muchas ms oportunidades de control que las existentes en las bacterias.