Name: cell types and organelles
Uploaded: 2019-01-29T11:04:45.000Z
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North Carolina K-12 Science Standard Course of Study

9-12

Biology

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From Molecules to Organisms- Structures and Processes

LS.Bio.1.3

Cell Structure

La vida, desde los organismos más grandes hasta los más minúsculos, está compuesta por células. Las células son los componentes básicos de la vida y proporcionan los materiales necesarios para que la vida exista. 
Si bien las células de todos los ámbitos de la vida contienen estructuras que son similares, como el ADN y la proteína, hay dos tipos de células diferentes en función de cómo se organizan internamente dichas estructuras. Las células procariotas, las de las bacterias y las arqueas, son simples en su organización. Por ejemplo, aunque su genoma está densamente empaquetado, no está rodeado por una membrana. Las células eucariotas, las que forman animales, plantas y hongos, son más complejas. Compartimentan sus estructuras internas en orgánulos, estructuras unidas a membranas que llevan a cabo funciones específicas. A diferencia de los procariotas, el ADN eucariota está encerrado en una membrana nuclear. Otros orgánulos incluyen el retículo endoplásmico, la mitocondria y el lisosoma. 
Las primeras células de la Tierra aparecen en el registro fósil de hace unos 3.700 millones de años y se pensaba que eran procariotas. Las células eucariotas aparecieron por primera vez hace unos 2.400 millones de años, cuando una célula similar a una ameba engulló a una célula bacteriana y formó una coexistencia estable. Con el tiempo, esta célula dentro de la célula evolucionó para formar estructuras como el cloroplasto y la mitocondria. 
Las plantas y los animales también tienen diversas necesidades metabólicas y estructurales, lo que lleva a más diferencias en sus células. Debido a que las plantas necesitan producir su propia energía, las células vegetales contienen cloroplastos que ayudan en la fotosíntesis. La célula vegetal también incluye una gran vacuola para almacenar proteínas, metabolitos y agua. Por último, las células vegetales también tienen una pared celular rígida, necesaria para el crecimiento y la retención de agua. 
Dado que las células son tan pequeñas, solo se pueden ver mediante microscopía. Una de las formas más sencillas de ver las células es a través del microscopio de campo claro. Este microscopio contiene una fuente de luz, una lente de condensador para enfocar la luz, una lente ocular para ver la muestra y una lente de objetivo para la ampliación. Un microscopio no es lo único que se necesita para visualizar lo invisible. Las estructuras dentro de las células son transparentes, por lo que las células deben teñirse con tintes. Por ejemplo, la safranina se utiliza para teñir de rojo el núcleo celular. 
En este ejercicio de laboratorio, utilizará un microscopio compuesto para visualizar las células de las mejillas y las plantas.

estructura de la célula

<h4>Fondo</h4>
Las células representan las unidades biológicas más básicas de todos los organismos, ya sean organismos unicelulares simples como las bacterias, u organismos grandes y pluricelulares como los elefantes y las secuoyas gigantes. A mediados del siglo XIX, se propuso la Teoría Celular para definir una célula, que establece:
<ul>
	<li>Todo organismo vivo está formado por una o más células.</li>
	<li>Las células son las unidades funcionales de todos los organismos.</li>
	<li>Todas las células surgen de células preexistentes.</li>
</ul>
Todas las células comparten características comunes, como tener una membrana plasmática, un citoplasma, ADN y ribosomas. Una membrana plasmática es una bicapa de fosfolípidos que rodea la célula. Esta capa delgada y fluida alrededor de las células sirve para aislar el contenido de la célula de su entorno y regula el intercambio de material con su entorno, al tiempo que facilita las interacciones con otras células. Dentro de la membrana plasmática, la célula está llena de un líquido gelatinoso llamado citoplasma que contiene moléculas orgánicas, sales y otros materiales que son vitales para las funciones de la célula. Por lo tanto, las reacciones bioquímicas que sustentan la vida, que se conocen como procesos metabólicos, tienen lugar dentro del citoplasma. Los tipos de procesos metabólicos que una célula puede ejecutar dependen de su información genética. Todas las células utilizan el ADN como material genético, que es el modelo hereditario para construir estructuras y productos celulares. Por último, todas las células utilizan los ribosomas para sintetizar sus productos proteicos.
Hay dos tipos de células en función de la ubicación de su material genético: procariotas, que significa "antes del núcleo", y eucariotas, que significa "núcleo verdadero". Por lo tanto, mientras que ambos tipos de organismos tienen ADN, los procariotas como las bacterias tienen nucleoides, o componentes "similares a núcleos" en lugar de un núcleo, mientras que los eucariotas poseen verdaderos núcleos unidos a la membrana para contener su ADN. Además, los procariotas son relativamente pequeños, alrededor de 0,1-5,0 micrómetros (μm), en comparación con los eucariotas que normalmente pueden oscilar entre 10-100 μm de tamaño. El pequeño tamaño de los procariotas permite una distribución rápida y sin esfuerzo de los materiales dentro de la célula y la ejecución de procesos metabólicos, así como la rápida eliminación de residuos u otros productos de la célula. Por lo tanto, las células eucariotas poseen estructuras especializadas conocidas como orgánulos, como las mitocondrias o el aparato de Golgi, para permitir la ejecución de funciones vitales.
<h4>La célula eucariota</h4>
La célula eucariota es un rasgo derivado compartido de todos los eucariotas, lo que significa que tenía un único origen que desde entonces ha sido heredado por todos los eucariotas. Las primeras células eucariotas se observan en fósiles hace unos 2.400 millones de años, y son reconocibles porque son más grandesque las células procariotas. El origen de este tipo de célula fue el resultado de un evento endosimbiótico en el que una célula similar a una ameba engulló una bacteria microcócica y formó una coexistencia estable2. Las bacterias engullidas evolucionaron hasta convertirse en los primeros orgánulos productores de energía, las mitocondrias, que son los orgánulos del metabolismo aeróbico de la célula. Las mitocondrias tienen su propio genoma separado y son similares en tamaño a los procariotas. Contienen dos capas de membranas que encierran dos compartimentos distintos. Algunas de las reacciones que descomponen las biomoléculas de alta energía ocurren en el compartimento interno, mientras que el compartimiento externo alberga las reacciones que capturan la energía liberada de estos compuestos en moléculas de trifosfato de adenosina (ATP) para ser utilizadas como moneda energética de la célula.
Los núcleos y las mitocondrias no son las únicas estructuras compartidas de las células eucariotas. Otros orgánulos eucariotas ubicuos son el retículo endoplásmico (RE) liso y rugoso, el aparato de Golgi, los lisosomas y las vacuolas. Retículo endoplásmico significa simplemente "red dentro del plasma" y como su nombre indica es una gran red de membranas dentro de la célula, especialmente alrededor del núcleo. Partes del RE rugoso se extienden desde la membrana nuclear y se distinguen del RE liso por su apariencia rugosa debido a los numerosos ribosomas en su superficie. El RE rugoso es el sitio para la síntesis de proteínas, como las proteínas que están incrustadas en la membrana plasmática o las proteínas que se secretan desde la célula. Por el contrario, Smooth ER produce productos a base de lípidos, pero también contiene enzimas para desintoxicar los productos químicos nocivos. Por lo tanto, las células hepáticas contienen abundante RE liso. Además, las células musculares contienen cantidades significativas de RE liso debido a la función de almacenamiento de calcio de este orgánulo, que es esencial para la contracción muscular. El aparato de Golgi clasifica, modifica y empaqueta los productos celulares dentro de vesículas, que se fusionan con la membrana plasmática para liberar los productos. Algunas de las proteínas que se producen en el RE son enzimas digestivas intracelulares. Estas enzimas se empaquetan en el aparato de Golgi en vesículas especiales llamadas lisosomas. La función principal de los lisosomas es digerir las partículas de alimento engullidas por la célula, así como las partes viejas de la célula. Las vacuolas son sacos de membrana celular que sirven como unidades de almacenamiento dentro de las células. Pueden servir para almacenar agua para regular el contenido de agua de la célula, así como para almacenar productos metabólicos o incluso moléculas venenosas, dependiendo del tipo de célula y del organismo.
<h4>Orgánulos específicos del Reino</h4>
Las células eucariotas también desarrollaron orgánulos distintos, específicos para cada reino. Por ejemplo, el reino Plantae y Animalia son eucariotas, sin embargo, los orgánulos de las células vegetales y animales difieren en formas clave que les permiten llevar a cabo sus vidas como productores y consumidores, respectivamente. Las plantas terrestres necesitan crecer altas y tener tallos rígidos para sostener las hojas, que utilizan para la fotosíntesis. También deben ser capaces de retener el agua absorbida por las raíces. Sus células reflejan estas necesidades específicas. A diferencia de las células animales, las células vegetales tienen cloroplastos, que se utilizan para la fotosíntesis y a menudo contienen el pigmento verde clorofila. Además, están rodeados por paredes celulares, que son capas exteriores rígidas hechas de celulosa para apoyar el crecimiento y la retención de agua. Debido a que necesitan almacenar grandes cantidades de agua para mantener la presión del agua en la célula, tienen vacuolas más grandes que las células animales. Además, las células vegetales también tienen otro tipo de orgánulos de almacenamiento especializados llamados plástidos, que contienen pigmentos y productos fotosintéticos como el almidón. Estas diferencias son notables y distinguen a las células vegetales de las células animales: las células vegetales generalmente tienen una forma regular y rectangular debido a sus paredes celulares rígidas, mientras que las células animales son redondeadas y más irregulares.
<h4>Microscopia</h4>
Algunas células, como los ovocitos de rana, son lo suficientemente grandes como para ser vistas a simple vista, sin embargo, la mayoría de las células no se pueden ver sin ninguna ayuda visual. Por lo tanto, los científicos utilizan técnicas de microscopía para estudiar las estructuras celulares y distinguir los tipos de células entre sí. Si bien los microscopios pueden ampliar objetos que son difíciles o imposibles de ver con el ojo humano, la mayoría de los tejidos carecen naturalmente de pigmentación. Por lo tanto, se han creado soluciones que pueden teñir selectivamente las células en función de su composición molecular. Esto permite a los investigadores distinguir entre orgánulos en una célula, tipos de tejido en el tallo de una planta y capas de grasa en animales, solo por nombrar algunos ejemplos. El colorante azul de metileno tiñe los ácidos nucleicos de las células muertas, uniéndose al ADN cargado negativamente. La solución de safranina es otro colorante biológico que tiñe de rojo los núcleos celulares. Las células solo necesitan estar en las soluciones de tinción durante un corto período de tiempo y se pueden montar inmediatamente después del paso de tinción. Las técnicas de montaje más utilizadas son el montaje en húmedo y la inmersión en aceite. Un montaje húmedo se crea recogiendo una muestra y colocándola en un portaobjetos de vidrio con líquido entre el portaobjetos y el cubreobjetos. Las muestras de células se suspenden en líquidos como agua o glicerol. El glicerol es mejor para usar con cultivos vivos, porque evita la proliferación de bacterias3. Se puede agregar aceite de inmersión en la parte superior del cubreobjetos para mejorar la visualización de la muestra con gran aumento. Esto se logra porque el aceite tiene el mismo índice de refracción que el vidrio, lo que significa que permite que la luz pase a través de él tan bien como lo haría el vidrio. La interfaz vidrio-aire dispersa la luz más que el aceite o el vidrio, por lo que la claridad de la imagen se ve afectada cuando las muestras se montan "en seco" o sin aceite. Una vez que las células están teñidas y montadas, están listas para ser estudiadas bajo el microscopio.
Existen varias técnicas de microscopía, desde la tecnología de escaneo electrónico que ha permitido a los investigadores ver objetos a nivel atómico hasta la obtención de imágenes fluorescentes de células vivas que permiten el seguimiento en tiempo real del movimiento de las moléculas dentro de las células individuales. La microscopía de campo claro es la técnica de microscopía más simple, que solo requiere una fuente de luz halógena, una lente de condensador para enfocar la luz, una lente ocular para ver la imagen y una lente de objetivo para ampliar la imagen. Con cualquier técnica de microscopía, es importante comprender las partes de un microscopio antes de usarlo. En general, los microscopios compuestos utilizados para la obtención de imágenes de campo claro tienen un ocular en la parte superior del endoscopio, que se conecta a la cabeza y a los objetivos. El ocular tiene un aumento de 10X, y las lentes del objetivo se ajustan a un aumento particular en un rango de 4X-100X. Hay entre tres y cinco objetivos en un microscopio estándar. Los objetivos apuntan hacia el escenario, que es donde se coloca un espécimen para su observación. El escenario a menudo tiene partes mecánicas y clips de escenario para sostener una diapositiva y moverla mientras se mira. Una abertura es un agujero en el escenario para que pase la luz. Esta luz es controlada por una lente de condensador ajustable sobre un iluminador o fuente de luz. Para controlar el zoom de la platina para el objeto que se está observando, los microscopios cuentan con perillas de ajuste de enfoque grueso y fino. La perilla de enfoque grueso se mueve en una escala mayor que el enfoque fino, pero están en el mismo eje. El enfoque fino es útil cuando el objeto en el escenario se ha acercado a los objetivos. Es importante no dejar que la lente del objetivo toque el objeto en el escenario, ya que puede rayar la lente. Los objetos siempre deben visualizarse primero en el objetivo de mayor aumento y enfocarse claramente antes de cambiar a objetivos de mayor aumento.
La microscopía es una herramienta importante para muchos aspectos del campo de la medicina, como la investigación, el diagnóstico y el tratamiento. Esto tiene la aplicación del uso de la nanotecnología en medicina, como un nuevo método de tratamiento en lugar de una cirugía más invasiva5. Los cirujanos también hacen uso de microscopios, algunos de los cuales han sido modificados para ser montados en la cabeza del cirujano y se operan con pedales. Estos son de un aumento mucho menor que incluso los microscopios ópticos que se utilizan hoy en día, pero facilitan la ejecución segura de procedimientos delicados, como la óptica y la neurocirugía.
<h4>Referencias</h4>
<ol class="referencias">
	<li>Bengtson S, Rasmussen B, Ivarsson M, Muhling J, Broman C, Marone F, Stampanoni M, Bekker A. Fósiles miceliales similares a hongos en basalto vesicular de 2.400 millones de años de antigüedad. Naturaleza, Ecología y Evolución. 2017, Vol. 1, Número de artículo: 0141.</li>
	<li>Vellai T, Vida G. El origen de los eucariotas: la diferencia entre células procariotas y eucariotas. Proc. R. Soc. Lond. B. 1999, Vol. 266, 1571-1577.</li>
	<li>Gouet V, Roger G, Fonty C, André P. Efectos del glicerol sobre el crecimiento, la adhesión y la actividad celulolítica de las bacterias celulolíticas del rumen y los hongos anaerobios. Microbiología Actual. 24, 1992, Vol. 4, 197-201.</li>
	<li>Cognet L, Leduc C, Lounis B. Avances en el seguimiento de células vivas de una sola partícula y la obtención de imágenes dinámicas de superresolución. Curr Opin Chem Biol. 2014, junio; Mateo 20:78-85.</li>
	<li>Asiyanbola B, Soboyejo W. Para el cirujano: una introducción a la nanotecnología. J Surg Educ. 2008, Vol. 65, 2 (155-61).</li>
</ol>

Estructura de la célula

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Las células representan las unidades biológicas más básicas de todos los organismos, ya sean organismos unicelulares simples como las bacterias, o grandes, ...

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Fundamentos

cell types and organelles

Cells are the basic units of life, and their structures help explain how living things work. Cell theory says that every living organism is made of one or more cells, cells are the functional units of organisms, and new cells come from preexisting cells. Cells also share key features, including a plasma membrane, cytoplasm, DNA, and ribosomes.

The plasma membrane is a phospholipid bilayer that surrounds the cell. It separates the cell from its environment and controls what enters and leaves. Inside it, the cytoplasm is a gel-like fluid that contains organic molecules, salts, and other materials needed for cell activity. Many metabolic processes, or life-supporting chemical reactions, take place there.

Cells use DNA as their genetic material, which acts as the blueprint for cellular structures and products. Ribosomes make proteins. Cells are often grouped as prokaryotic or eukaryotic based on where their genetic material is found. Prokaryotes, such as bacteria, have nucleoids instead of a true nucleus, while eukaryotes have membrane-bound nuclei.

Prokaryotic cells are usually small, about 0.1 to 5.0 micrometers, while eukaryotic cells are often 10 to 100 micrometers. Their small size helps prokaryotes move materials quickly and remove waste efficiently. Eukaryotic cells use organelles, such as mitochondria and the Golgi apparatus, to carry out important functions.

Eukaryotic cells are thought to have a shared origin and appear in fossils about 2.4 billion years ago. The earliest eukaryotic cells were larger than prokaryotic cells and likely formed through an endosymbiotic event. In this event, an amoeba-like cell engulfed a micrococcal bacterium, and that bacterium later became the mitochondrion. Mitochondria perform aerobic metabolism and have their own genome.

Mitochondria have two membranes that enclose two compartments. Some reactions that break down high-energy biomolecules happen in the inner compartment. Other reactions in the outer compartment capture released energy and convert it into ATP, the cell’s energy currency. Eukaryotic cells also contain the smooth and rough endoplasmic reticulum, the Golgi apparatus, lysosomes, and vacuoles.

The endoplasmic reticulum means “network inside the plasma,” and it forms a membrane network around the nucleus. Rough ER has ribosomes on its surface and makes proteins, including proteins for the plasma membrane and proteins that are secreted from the cell. Smooth ER makes lipid-based products and helps detoxify harmful chemicals, which is why liver cells contain much of it. Muscle cells also have a lot of smooth ER because it stores calcium needed for contraction.

The Golgi apparatus sorts, modifies, and packages cellular products into vesicles. Some proteins made in the rough ER are digestive enzymes. The Golgi packages these enzymes into lysosomes, which digest food particles taken into the cell and break down old cell parts. Vacuoles are membrane sacs used for storage, including water, metabolic products, or even poisonous molecules, depending on the cell.

Plant and animal cells are both eukaryotic, but they do not have the same organelles. Plant cells have chloroplasts for photosynthesis and often contain chlorophyll, the green pigment. They also have cell walls made of cellulose, which give support and help with water retention. Their larger vacuoles help maintain water pressure, and they also contain plastids that store pigments and products such as starch.

These differences make plant cells and animal cells easy to tell apart. Plant cells usually have a regular, rectangular shape because of their rigid cell walls. Animal cells are more rounded and irregular. Cell walls, chloroplasts, and large vacuoles are key features that distinguish plant cells from animal cells.

Many cells are too small to see without help, so scientists use microscopy to study them. Some cells, such as frog oocytes, are large enough to see with the naked eye, but most samples need magnification. Because many tissues lack color, stains are used to highlight cell parts and tissue types. Methylene blue stains nucleic acids in dead cells by binding to DNA, and safranin stains cell nuclei red.

After staining, cells can be mounted as a wet mount or with immersion oil. In a wet mount, the sample is placed on a slide with liquid between the slide and coverslip. Water or glycerol can be used as the liquid, and glycerol is better for live cultures because it prevents bacterial growth. Immersion oil improves high-magnification viewing because it has the same refractive index as glass and reduces light scattering.

Once stained and mounted, the sample is ready for the microscope. Microscopy methods range from electron scanning technology, which can view objects at atomic scale, to fluorescent live-cell imaging, which tracks molecules in real time. Bright-field microscopy is the simplest method and uses a halogen light source, condenser lens, ocular lens, and objective lens.

Compound microscopes have an eyepiece, a head with objectives, and a stage for the specimen. The eyepiece usually has 10X magnification, and objective lenses commonly range from 4X to 100X. The stage may have clips and mechanical parts to move the slide, and light passes through an aperture in the stage. Coarse and fine focus knobs control sharpness, and the slide should be viewed first at low magnification before moving higher.

Microscopy is important in medicine for research, diagnosis, and treatment. It also supports newer approaches such as nanotechnology in medicine, which can reduce the need for more invasive surgery. Surgeons use modified microscopes as well, including head-mounted models operated with foot pedals. These lower-magnification tools help doctors perform delicate procedures such as optical and neurosurgery safely.

Cell Types and Organelles

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The scientific method gives scientists a way to solve problems and explain natural events. Its development grew alongside new ideas in science during the European Renaissance. Thinkers such as Francis Bacon, Galileo, and Isaac Newton helped formalize the process. Although the method has changed over time, much of its basic framework is still used today. The process begins with observation and a clear question. A scientist first notices a natural phenomenon and then asks why it happens. This...

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Cell Membrane Transport and Water Balance

Cell membrane transport and water balance help cells move materials in and out of the cytoplasm. Cell membranes are semipermeable, which means some molecules can pass through while others cannot. The phospholipid bilayer and its embedded proteins control this movement. Some of these proteins act as transport channels for ions and carbohydrates that could not cross on their own. Cells stay small in part because of the surface-area to volume ratio. As a cell grows, its surface area does not keep...

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Cells are the basic units of life, and their structures help explain how living things work. Cell theory says that every living organism is made of one or more cells, cells are the functional units of organisms, and new cells come from preexisting cells. Cells also share key features, including a plasma membrane, cytoplasm, DNA, and ribosomes. The plasma membrane is a phospholipid bilayer that surrounds the cell. It separates the cell from its environment and controls what enters and leaves.

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Circulatory System: Blood Flow and Pressure

The circulatory system moves blood, oxygen, nutrients, and wastes through the body to support homeostasis. Homeostasis is the stable internal balance that organisms must maintain even when the outside environment changes. Physiology is the study of how body systems work, and the circulatory system is one of the key systems that helps keep internal conditions steady. Body systems are built from cells, tissues, organs, and organ systems. Humans have 11 major organ systems, and they work together...

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Explore how prokaryotic and eukaryotic cells differ, what organelles do, and how microscopes reveal cell structures in plants and animals.

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The basic structure of RNA consists of a string of ribonucleotides attached by phosphodiester bonds. Although most RNA is single-stranded, it can form ...

Types of RNA

Three main types of RNA are involved in protein synthesis: messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), and ribosomal RNA (rRNA). These RNAs perform diverse ...

Transcription

Transcription is the synthesis of RNA from a DNA sequence by RNA polymerase. It is the first step in producing a protein from a gene sequence. ...

Bacterial RNA Polymerase

Construct an explanation to summarize how DNA and RNA direct the synthesis of proteins.

LS.Bio.1.5

Analyze how the relationship between structure and function supports life processes within organisms.

Cell Types and Organelles

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