CÈL·LULA EUCARIOTA: CARACTERÍSTIQUES, TIPUS, PARTS, METABOLISME - BIOLOGIA - 2025

Les cèl·lules eucariotes són els components estructurals d'un ampli llinatge d'organismes caracteritzats per posseir cèl·lules amb un nucli delimitat per una membrana i tenir un conjunt de orgànuls.

Entre les organelos més destacats dels eucariotes tenim a les mitocòndries, encarregades de la respiració cel·lular i altres vies relacionades amb la generació d'energia i als cloroplasts, trobats en plantes i responsables de l'procés fotosintètic.

Cèl·lula eucariota animal. Font: By Nikol valentina romaní ruiz, from Wikimedia Commons

A més, existeixen altres estructures limitades per membranes com l'aparell de Golgi, el reticle endoplasmàtic, vacúols, lisosomes, peroxisomes, entre altres, que són únics dels eucariotes.

Els organismes que formen part dels eucariotes són força heterogenis, tant en grandària com en morfologia. El grup comprèn des protozoaris unicel·lulars i llevats microscòpiques fins a les plantes i els grans animals que habiten les profunditats marines.

Els eucariotes es diferències dels procariotes principalment per la presència de l'nucli i d'altres orgànuls internes, a més de tenir una alta organització de l'material genètic. Es pot afirmar que els eucariotes són molt més complexos en diferents aspectes, tant estructurals com funcionals.

Característiques generals

Les característiques més importants que defineixen a una cèl·lula eucariota són: la presència d'un nucli definit amb el material genètic (ADN) a l'interior, els orgànuls subcel·lulars que realitzen tasques específiques i el citoesquelet.

Així, alguns llinatges tenen característiques especials. Per exemple, les plantes presenten cloroplasts, un gran vacúol i una gruixuda paret de cel·lulosa. En els fongs, la paret de quitina és característica. Finalment les cèl·lules animals posseeixen centríols.

De la mateixa manera, hi ha organismes unicel·lulars eucariotes dins dels protists i dels fongs.

Parts (organelos)

Una de les característiques distintives dels eucariotes és la presència d'orgànuls o compartiments subcel·lulars envoltats per membrana. Dins dels més conspicus tenim:

nucli

Representació de cèl·lula humana eucariota. Es pot apreciar el nucli

El nucli és l'estructura més conspícua en les cèl·lules eucariotes. Està delimitat per una doble membrana lipídica porosa que permet l'intercanvi de substàncies entre el citoplasma i l'interior nuclear.

És l'orgànul encarregat de coordinar tots els processos cel·lulars, ja que conté totes les instruccions necessàries a l'ADN que permet dur a terme una immensa varietat de processos.

El nucli no és un organelo perfectament esfèric i estàtic amb ADN dispers de manera aleatori al seu interior. És una estructura d'una complexitat exquisida amb diferents components com: l'embolcall nuclear, la cromatina i el nuclèol.

També hi ha altres cossos a l'interior de l'nucli com els cossos de Cajal i els cossos PML (de l'anglès: promyelocytic leukemia).

mitocondris

mitocondri

Els mitocondris són orgànuls envoltades per un sistema de doble membrana i es troba tant en plantes com en animals. El nombre de mitocondris per cèl·lula varia d'acord amb les necessitats de la mateixa: en cèl·lules amb alts requeriments energètics el número és relativament gran.

Les vies metabòliques que tenen lloc al mitocondri són: el cicle de l'àcid cítric, el transport electrònic i la fosforilació oxidativa, la beta oxidació dels àcids grassos i la ruptura dels aminoàcids.

cloroplasts

cloroplast

Els cloroplasts són orgànuls típics de plantes i algues, que presenten sistema de membranes complexos. El constitueixen més important és la clorofil·la, un pigment verd que participa directament en la fotosíntesi.

A més de les reaccions associades a la fotosíntesi, els cloroplasts poden generar ATP, sintetitzar aminoàcids, àcids grassos, entre d'altres. Estudis recents han demostrat que aquest compartiment es relaciona amb la producció de substàncies contra patògens.

A l'igual que les mitocòndries, els cloroplasts tenen el seu propi material genètic, en forma circular. Des del punt de vista evolutiu, aquest fet és una evidència que sustenta la teoria de l'possible procés endosimbiòtic que va donar origen a les mitocòndries i cloroplasts.

reticle endoplasmàtic

reticle endoplasmàtic

El reticle és un sistema de membranes que es continua amb el nucli i que s'estén per tota la cèl·lula en forma de laberint.

Es divideix en reticle endoplasmàtic llis i en reticle endoplasmàtic rugós, depenent de la presència de ribosomes en ell. El reticle rugós s'encarrega principalment de la síntesi de proteïnes - gràcies als ribosomes ancorats. El llis, per la seva banda, es relaciona amb les vies metabòliques dels lípids

Aparell de Golgi

Consisteix en una sèrie de discos aplanats anomenats "cisternes golgianas". Es relaciona amb la secreció i modificació de les proteïnes. També participa en la síntesi d'altres biomolècules, com lípids i carbohidrats.

Organismes eucariotes

L'any 1980, l'investigador Carl Woese i col·laboradors van aconseguir establir les relacions entre els éssers vius utilitzant tècniques moleculars. Mitjançant una sèrie d'experiments pioners, van aconseguir establir 3 dominis (també anomenats "súper regnes") deixant enrere la visió tradicional dels cinc regnes.

Segons els resultats de Woese podem classificar a les formes vivents de la terra en tres grups conspicus: Archaea, Eubacteria i Eukarya.

En el domini Eukarya es troben els organismes que coneixem com eucariotes. Aquest llinatge és àmpliament divers i engloba una sèrie d'organismes tant unicel·lulars com pluricel·lulars.

unicel·lulars

Els eucariotes unicel·lulars són organismes summament complexos, ja que han de tenir en una sola cèl·lula totes les funcions típiques d'un eucariota. Els protozoaris es classifiquen històricament en rizòpodes, ciliats, flagel·lats i esporozoos.

Com a exemples més destacats tenim a les euglenas: espècies fotosintètiques capaços de desplaçar-se per mitjà d'un flagel.

També existeixen els eucariotes ciliats, com els famosos paramecis pertanyents a l'gènere Paramecium. Aquests presenten una forma típica de sabatilla i es desplacen gràcies a la presència de nombrosos cilis.

En aquest grup també hi ha espècies patògenes de l'ésser humà i d'altres animals, com el gènere Trypanosoma. Aquest grup de paràsits es caracteritza per tenir un cos allargat i un flagel típic. Són els causants de la malaltia de Chagas (Trypanosoma cruzi) i de la malaltia de la son (Trypanosoma brucei).

El gènere Plasmodium és l'agent causal de la malària o paludisme en els humans. Aquesta malaltia pot arribar a ser mortal.

També hi ha fongs unicel·lulars, però les característiques més destacades d'aquest grup seran descrits en seccions posteriors.

plantes

Tota la gran complexitat de plantes que observem diàriament pertany a la nissaga eucariota, des de les pastures i gramínies fins als complexos i grans arbres.

Les cèl·lules d'aquests individus es caracteritzen per posseir una paret cel·lular composta per cel·lulosa, que li dóna rigidesa a l'estructura. A més, posseeixen cloroplasts que contenen tots els elements bioquímics necessaris perquè passi el procés fotosintètic.

Les plantes representen un grup d'organismes summament diversos, amb cicles de vida complexos que seria impossible englobar en unes poques característiques.

fongs

El terme "fong" és usat per a designar diferents organismes com floridures, llevats i individus que són capaços de produir bolets.

Depenent de l'espècie poden reproduir manera sexual o asexual. Es caracteritzen principalment per la producció d'espores: petites estructures latents que poden desenvolupar-se quan les condicions ambientals són adequades.

Es podria pensar que són semblants a la plantes, ja que tots dos es caracteritzen per portar una manera de vida sèssil, és a dir no es desplacen. No obstant això els fongs no tenen cloroplasts i no posseeixen la maquinària enzimàtica necessària per a realitzar la fotosíntesi.

La seva forma d'alimentació és heteròtrofa, com la majoria dels animals, de manera que han de buscar una font d'energia.

animals

Els animals representen un grup format per quasi un milió d'espècies catalogades i classificades correctament, tot i que els zoòlegs estimen que el valor real podria acostar-se als 7 o 8 milions. Són un grup tan diversos com els esmentats anteriorment.

Es caracteritzen per ser heteròtrofs (busquen el seu propi aliment) i posseeixen una mobilitat notable que els permet desplaçar-se. Per a aquesta tasca compten amb una sèrie de mecanismes de locomoció variats que els permeten moure en terra, aigua i aire.

Quant a la seva morfologia, trobem grups increïblement heterogenis. Encara que podríem fer una divisió en invertebrats i vertebrats, on la característica que els distingeix és la presència de columna vertebral i de la notocorda.

Dins dels invertebrats tenim als porífers, cnidaris, anèl·lids, nematodes, platihelmints, artròpodes, mol·luscs i equinoderms. Mentre que els vertebrats inclouen a grups més coneguts com els peixos, amfibis, rèptils, aus i mamífers.

Tipus de cèl·lules eucariotes

Existeix gran diversitat de cèl·lules eucariotes. Tot i que es podria pensar que les més complexes les trobem en animals i plantes, això és incorrecte. La major complexitat s'observa en els organismes protistes que han de tenir tots els elements requerits per a la vida confinats a l'interior d'una sola cèl·lula.

La via evolutiva que va portar a l'aparició d'organismes pluricel·lulars va comportar la necessitat de distribuir les tasques dins de l'individu, el que es coneix com a diferenciació cel·lular. Així, cada cèl·lula s'encarrega d'una sèrie d'activitats limitades i tenen una morfologia que li permet portar-la a terme.

A l'ocórrer el procés de fusió de gàmetes o fecundació, el zigot resultant experimenta una sèrie de divisions cel·lulars posteriors que portarà a la formació de més de 250 tipus cel·lulars.

En els animals les vies de diferenciació que segueix l'embrió estan dirigides per senyals que rep de l'entorn i depèn en gran part de la posició de la mateixa en l'organisme en desenvolupament. Dins dels tipus cel·lulars més destacats tenim:

neurones

Les neurones o cèl·lules especialitzades en la conducció de l'impuls nerviós que formen part de el sistema nerviós.

cèl·lules musculars

Les cèl·lules de l'múscul esquelètic que posseeixen propietats contràctils i es troben alineades en una xarxa de filaments. Aquestes permeten els moviments típics dels animals com córrer o caminar.

Cèl·lules de l'cartílag

Les cèl·lules de l'cartílag s'especialitzen en suport. Per aquesta raó es troben envoltades d'una matriu que presenta col·lagen.

cèl·lules sanguínies

Els components cel·lulars de la sang són els glòbuls vermells, blancs i les plaquetes. Els primers tenen forma de disc, no tenen nucli quan estan madurs i tenen com a funció el transport de l'hemoglobina. Els glòbuls blancs participen en la resposta immunològica i les plaquetes en el procés de coagulació sanguínia.

metabolisme

Els eucariotes presenten un seguit de rutes metabòliques com la glucòlisi, vies de les pentoses fosfats, beta oxidació d'àcids grassos, entre d'altres, organitzades en compartiments cel·lulars concrets. Per exemple, l'ATP és generat en els mitocondris.

Les cèl·lules vegetals presenten un metabolisme característic, ja que posseeixen la maquinària enzimàtica necessària per prendre la llum solar i generar compostos orgànics. Aquest procés és la fotosíntesi i els converteix en organismes autòtrofs que poden sintetitzar els components energètics que exigeix ​​la seva metabolisme.

Les plantes presenten una via específica anomenada cicle de l'glioxilat que ocorre en el glioxisoma i s'encarrega de la conversió dels lípids en carbohidrats.

Els animals i els fongs es caracteritzen per ser heteròtrofs. Aquests llinatges no són capaços de produir el seu propi aliment, pel que han de buscar feina activament i degradar-lo.

Diferències amb els procariotes

La diferència crucial entre un eucariota i un procariota és la presència d'un nucli delimitat per una membrana i definit en el primer grup d'organismes.

Podem arribar a aquesta conclusió examinant l'etimologia de tots dos termes: procariota ve de les arrels pro que significa "abans" i karyon que és nucli; mentre que eucariota fer referència a la presència d'un "nucli veritable" (eu que significa "veritable" i karyon que significa nucli)

No obstant això, trobem eucariotes unicel·lulars (és a dir, l'organisme sencer és una sola cèl·lula) com el conegut Paramecium o llevats. De la mateixa manera, trobem organismes eucariotes pluricel·lulars (constituïts per més d'una cèl·lula) com els animals, incloent a l'ésser humà.

Segons el registre fòssil s'ha pogut concloure que els eucariotes van evolucionar a partir dels procariotes. Per això, és lògic assumir que tots dos grups presenten característiques similars com la presència de membrana cel·lular, vies metabòliques comunes, entre d'altres. A continuació es descriuran les diferències més conspícues entre els dos grups:

Font: By No machine-readable Autor provided. Mortadelo2005 assumed (based on copyright claims)., Via Wikimedia Commons

mida

Usualment els organismes eucariotes són més grans en grandària que els procariotes, ja que aquests són molt més complexos i amb més elements cel·lulars.

De mitjana, el diàmetre d'un procariota es troba entre 1 i 3 micres, mentre que una cèl·lula eucariota pot estar en l'ordre dels 10 a 100 micres. Encara que hi ha excepcions notables a aquesta regla.

Presència de organelos

En els organismes procariotes no existeixen estructures delimitades per una membrana cel·lular. Aquests són summament simples i no tenen aquests cossos interns.

Normalment les úniques membranes que posseeixen els procariotes són les encarregades de delimitar a l'organisme amb el medi extern (cal notar que aquesta membrana també està present en els eucariotes).

nucli

Com s'ha esmentat anteriorment, la presència de nucli és un element clau per discriminar entre els dos grups. En els procariotes el material genètic no es troba delimitat per cap tipus de membrana biològica.

En contrast, els eucariotes són cèl·lules amb una estructura interior complexa i, depenent de el tipus cel·lular, presenten les organelos específiques que van ser descrites amb detall en la secció anterior. Aquestes cèl·lules solen presentar un sol nucli amb dues còpies de cada gen - com en la majoria de les cèl·lules dels éssers humans.

En els eucariotes, l'ADN (àcids desoxiribonucleic) es troba altament organitzat a diferents nivells. Aquesta llarga molècula s'associa amb proteïnes, anomenades histones, i es compacta a tal nivell que és capaç d'entrar en un petit nucli, que poden ser observats en cert punt de la divisió cel·lular com cromosomes.

Els procariotes no compten amb aquests nivells tan sofisticats d'organització. Generalment el material genètic es presenta com una sola molècula circular que pot adherir-se a la biomembrana que envolta la cèl·lula.

No obstant això, la molècula d'ADN no està distribuïda de manera aleatòria. Tot i que no està embolicada en una membrana, el material genètic es situa en una regió anomenada nucleoide.

Mitocondris i cloroplasts

En el cas concret de les mitocòndries, aquestes són orgànuls cel·lulars on es troben les proteïnes necessàries per als processos de respiració cel·lular. Els procariotes - que han de contenir aquests enzims per a les reaccions oxidatives - es troben ancorades a la membrana plasmàtica.

Igualment, en aquest cas que l'organisme procariota sigui fotosintètic, el procés es porta a terme en els cromatòfors.

ribosomes

Els ribosomes són les estructures encarregades de prendre traduir l'ARN missatger en les proteïnes que aquesta molècula codifica. Són bastant abundants, per exemple un bacteri comú, com Escherichia coli, pot posseir fins a 15.000 ribosomes.

Es poden distingir dues unitats que formen el ribosoma: una major i una menor. El llinatge procariota es caracteritza per presentar ribosomes 70S, compost per la subunitat gran 50S i la petita 30S. Contràriament, en els eucariotes estan compostos per una subunitat gran 60S i una petita 40S.

En els procariotes, els ribosomes es troben dispersos en el citoplasma. Mentre que en els eucariotes estan ancorats a membranes, com en el reticle endoplasmàtic rugós.

citoplasma

El citoplasma en els organismes procariotes presenta una aparença majorment de grava ciment, gràcies a la presència de ribosomes. En els procariotes, la síntesi d'ADN ocorre en el citoplasma.

Presència de paret cel·lular

Tant els organismes procariotes com eucariotes es troben delimitats del seu ambient extern per una doble membrana biològica de naturalesa lipídica. No obstant això, la paret cel·lular és una estructura que envolta la cèl·lula i que només està present en el llinatge procariota, a les plantes i en els fongs.

Aquesta paret és rígida i la funció general més intuïtiva és de protecció per a la cèl·lula davant l'estrès ambiental i davant els possibles canvis osmòtics. No obstant això, a nivell de composició aquesta paret és totalment diferent en aquests tres grups.

La paret dels bacteris està composta per un compost denominat peptidoglucano, formant per dos blocs estructurals units per enllaços de tipus β-1,4: N-acetil-glucosamina i àcid N-acetilmurámico.

A les plantes i en els fongs - tots dos eucariotes - la composició de la paret també varia. En el primer grup és de cel·lulosa, un polímer format per unitats repetides de l'sucre glucosa, mentre que els fongs tenen parets de quitina i altres elements com glicoproteïnes i glucans. Cal notar que no tots els fongs tenen paret cel·lular.

ADN

El material genètic entre eucariotes i procariotes varia no només en la manera en què es troba compactat, si no en la seva estructura i quantitat.

Els procariotes es caracteritzen per presenten baixes quantitats d'ADN, entre les 600.000 parells de bases fins als 8 milions. És a dir, poden codificar des de 500 fins a alguns milers de proteïnes.

Els introns (seqüències d'ADN que no codifiquen per proteïnes i que es troben interrompent als gens) són presents en els eucariotes i no en els procariotes.

La transferència horitzontal de gens és un procés significant en els procariotes, mentre que en els eucariotes està pràcticament absent.

Processos de divisió cel·lular

En tots dos grups el volum cel·lular es fa gran fins que arriba una mida adequada. Els eucariotes duen a terme la divisió per un complex procés de mitosi, el qual porta com a resultat dues cèl·lules filles de mida similar.

La funció de la mitosi és assegurar un nombre apropiat de cromosomes després de cada divisió cel·lular.

Una excepció a aquest procés és la divisió cel·lular dels llevats, particularment de l'gènere Saccharomyces, on la divisió porta a la generació d'una cèl·lula filla de menor grandària, ja que es forma per mitjà d'una "protuberància".

Les cèl·lules procariotes no porten experimenten divisió cel·lular per mitosi - una conseqüència intrínseca de la manca de nucli. En aquests organismes la divisió passa per divisió binària. Així, la cèl·lula creix i es divideix en dues parts iguals.

Hi ha certs elements que participen en la divisió cel·lular en eucariotes, com els centròmers. En el cas dels procariotes, no existeixen anàlegs a aquests i només unes poques espècies de bacteris posseeixen microtúbuls. La reproducció de l'tipus sexual és comú en els eucariotes i poc comú en els procariotes.

citoesquelet

Els eucariotes posseeixen una organització molt complexa a nivell de l'citoesquelet. Aquest sistema està conformat per tres tipus de filaments classificats pel seu diàmetre en microfilaments, filaments intermedis i microtúbul. A més, existeixen proteïnes amb propietats motores associades a aquest sistema.

Els eucariotes presenten una sèrie de prolongacions que permeten a la cèl·lula desplaçar-se en el seu ambient. Aquests són els flagells, la forma recorda un fuet i el moviment és diferent en eucariotes i procariotes. Els cilis són més curts i generalment es presenten en nombres elevats.

referències

1. Birge, EA (2013). Bacterial and bacteriophage genetics. Springer Science & Business Mitjana.
2. Campbell, MK, & Farrell, SO (2011). Bioquímica.
3. Cooper, GM, & Hausman, RE (2000). The cell: Molecular approach. Sinauer Associates.
4. Curtis, H., & Barnes, NS (1994). Invitation to biology. Macmillan.
5. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrated principles of zoology. McGraw-Hill.
6. Karp, G. (2009). Cell and molecular biology: concepts and experiments. John Wiley & Sons.
7. Pontón, J. (2008). La paret cel·lular dels fongs i el mecanisme d'acció de la anidulafungina. Rev Iberoam Micol, 25, 78-82.
8. Vellai, T., & Vida, G. (1999). The origin of eukaryotes: the difference between prokaryotic and Eukaryotic cells. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 266 (1428), 1571-1577.
9. Voet, D., & Voet, JG (2006). Bioquímica. Ed. Mèdica Panamericana.
10. Weeks, B. (2012). Alcamo 's Microbes and Society. Jones & Bartlett Publishers.