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10.2.2: Células especializadas - Biología

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Células especializadas del protodermo

Celdas de guardia

Estomas son poros (agujeros) en la epidermis de las plantas. Células de guardia son los pares de células, en forma de paréntesis o dos lados de una rosquilla, que flanquean el estoma. Las células de guarda regulan cuando el estoma está abierto o cerrado, lo que a su vez regula el intercambio de gases con el medio ambiente y la tasa de transpiración.

Figura ( PageIndex {1} ): esta imagen es de una cáscara epidérmica. Las células epidérmicas parecen piezas transparentes entrelazadas de un rompecabezas. Intercalados entre estas células, hay estomas con células de guarda. Cada estoma se parece un poco a una boca, con una célula protectora que actúa como el labio superior y otra célula protectora que actúa como la inferior. Los cloroplastos son visibles dentro de las células de guarda. Foto de Melissa Ha, CC BY-NC.

Figura ( PageIndex {2} ): Hay dos imágenes arriba. El de la izquierda muestra un estoma abierto, mientras que el de la derecha muestra un estoma cerrado. Foto de Melissa Ha, CC BY-NC.

Tricomas

Tricomas son pelos compuestos por células de la epidermis de una planta.

Figura ( PageIndex {2} ): Tricomas en la parte inferior (abaxial) de una hoja (izquierda) y en el margen de una hoja (derecha). Los tricomas de la foto de la izquierda son largos, difusos y entrelazados. Los tricomas de la foto de la derecha son rectos, separados entre sí y de aspecto rígido. La diferente apariencia y textura de los tricomas es una de las características que se utilizan para identificar las plantas. Fotos de Maria Morrow, CC BY-NC.

Figura ( PageIndex {3} ): Estos tricomas de ortiga están estructurados como una aguja hipodérmica. La punta larga de sílice se rompe para inyectar un cóctel de sustancias químicas punzantes en cualquier animal que lo roce. Foto de Maria Morrow, CC BY-NC.

Figura ( PageIndex {4} ): Los extremos de la rocío del sol (Drosera sp.) las hojas están cubiertas de tricomas glandulares. Cada tricoma tiene una gota de líquido pegajoso en la punta. Los insectos se sienten atraídos por el líquido, quedan atrapados en él, y la planta puede digerir lentamente sus cuerpos en busca de los nutrientes minerales que faltan en su entorno. Foto de Maria Morrow, CC BY-NC.

Figura ( PageIndex {5} ): La parte inferior (superficie abaxial) de esta hoja de salvia tiene dos tipos de tricomas: tricomas glandulares y tricomas peltados. Los tricomas glandulares se encuentran en mechones en protuberancias elevadas de la epidermis. Dispersas entre ellos hay pequeñas estructuras blancas con forma de perlas (una está indicada por una flecha negra). Estos son los tricomas peltados, que tienen forma de disco en lugar de pelo. Foto de Maria Morrow, CC BY-NC.

Células especializadas del meristema terrestre

Dos tipos de células de esclerénquima especializadas que pueden ser producidas por el meristemo del suelo son esclereidas y fibras.

Esclereidas

Figura ( PageIndex {6} ): Las esclereidas son un tipo de célula esclerénquima. Estas esclereidas, llamadas células de piedra, se producen en los frutos de las peras. En la imagen de la izquierda, dos células de piedra están rodeadas por muchas células grandes de parénquima. Hay plasmodesmos (no distinguibles) que conectan las esclereidas con estas células del parénquima. En la imagen de la derecha, hay 6 o 7 celdas de piedra. Tienen una pared secundaria gruesa con canales que la atraviesan (fosas). Estos hoyos son las ubicaciones anteriores de los plasmodesmos. Fotos de Maria Morrow, CC BY-NC.

Fibras

Figura ( PageIndex {7} ): Grupos de fibras en el floema secundario de un Tilia madre. Las células del floema son parénquima, por lo que no son tan rígidas como las células del xilema. Una forma de que las plantas fortalezcan y protejan el tejido del floema es incluir haces de fibras. Uno de estos paquetes se ha encerrado en un círculo en la imagen. Foto de Maria Morrow, CC BY-NC.

Células especializadas del Procambium

Traqueidas y elementos vasculares

Traqueidas y elementos del recipiente son células del xilema que transportan agua. Tienen paredes secundarias con lignina y están muertas en la madurez funcional.

Figura ( PageIndex {8} ): Todas estas células están muertas y tienen paredes secundarias con lignina. La celda etiquetada con A es un elemento de recipiente, con placas de perforación más grandes en sus extremos y extraños engrosamientos de pared. B es una traqueida, más delgada que un elemento de vaso con filas de orificios que recubren sus lados (sin placas perforadas). C es una fibra, larga y fina. Foto de Maria Morrow, CC BY-NC.

Figura ( PageIndex {9} ): Células conductoras del xilema. La primera foto muestra un elemento de recipiente con grandes aberturas en los extremos. La segunda foto muestra una traqueida, con extremos ahusados ​​y conjuntos de hoyos bordeados a lo largo de la misma. Fotos de Maria Morrow, CC BY-NC.

Figura ( PageIndex {10} ): una sección longitudinal a través de madera de pino. "Las gimnospermas como Pinus dependen completamente de las traqueidas para el flujo de agua y el soporte mecánico. Faltan los vasos del xilema verdadero y el parénquima de la madera. Si bien las fibras generalmente están ausentes, los tallos más viejos pueden contener algunas traqueidas de fibra. La madera uniforme de Pinus consiste casi en su totalidad en bandas orientadas longitudinalmente de traqueidas estrechas y de tinción pálida interrumpidas por bandas cortas de rayos xilemáticos orientados horizontalmente (indicados con un recuadro). Los rayos xilemáticos, por lo general de una célula de grosor y algunas células de altura, están compuestos de células de parénquima transparentes de paredes delgadas. La luz de muchas traqueidas está cruzada por trabéculas ramificadas. Las paredes laterales de las traqueidas contienen grandes hoyos bordeados circulares (indicados por una flecha) que funcionan para mover el agua de la traqueida a la traqueida mientras evitan el flujo de aire de las traqueidas embolizadas. La membrana de cada hoyo delimitado está marcada por una pálida, delgada y porosa margo y un toro interno más grueso y oscuro. Grandes conductos de resina orientados horizontalmente están revestidos con parénquima secretor vivo que produce resinas y muchos terpenos tóxicos, incluidas las trementinas ". Imagen y texto de pie de foto de la biblioteca de imágenes de biociencia de Berkshire Community College, CC0, a través de Wikimedia Commons. Etiquetas agregadas por Maria Morrow.

Figura ( PageIndex {11} ): una sección transversal a través de un haz vascular de Helianthus, 400x. "Las paredes de las células altamente lignificadas del xilema (las flechas negras indican los elementos de los vasos) y el esclerénquima maduro (la flecha blanca indica las fibras) se tiñen de rojo anaranjado. Estas células están muertas en la madurez y también se pueden distinguir por una pared celular pesada y ausencia de citoplasma. " Imagen y texto de pie de foto de la biblioteca de imágenes de biociencia de Berkshire Community College, CC0, a través de Wikimedia Commons. Etiquetas agregadas por Maria Morrow.

Células de tamiz, elementos de tubo de tamiz y células complementarias

Figura ( PageIndex {12} ): Sección longitudinal a través del floema. La mayoría de las células son elementos de tubo de cribado. Las celdas tienen placas de tamiz en los extremos (marcadas con flechas). En caso de una lesión, la proteína P se apresura a formar un tapón de limo (B) y cerrar la herida. Los tubos de cribado están vivos pero contienen muy poco contenido celular, ni siquiera tienen núcleo. En cambio, están controlados por células compañeras más pequeñas (A). Foto de Berkshire Community College Bioscience Image Library, CC0, a través de Wikimedia Commons. Etiquetas agregadas por Maria Morrow.

Figura ( PageIndex {13} ): una sección transversal a través de un haz vascular con el floema en un círculo (blanco). Dentro del floema, hay dos tipos de células de parénquima especializadas: los elementos del tubo de tamiz más grandes (flecha negra con borde blanco) y las células compañeras mucho más pequeñas (flecha blanca con borde negro). Foto de Berkshire Community College Bioscience Image Library, CC0, a través de Wikimedia Commons. Etiquetas agregadas por Maria Morrow.

Atribuciones

Contenido de Maria Morrow, CC BY-NC


La salamandra que se come los brazos de sus hermanos podría algún día ayudarte a hacer crecer una nueva

Imagina que eres una salamandra mexicana de cara sonriente y branquias plumosas llamada ajolote . Acabas de nacer, junto con cientos de hermanos y hermanas. Pero las salamandras como tú viven en la naturaleza solo en un lago cerca de la Ciudad de México , y ese hábitat no es lo suficientemente grande para todos ustedes. No hay suficiente comida. Solo los más fuertes pueden sobrevivir. ¿A qué te dedicas?

Si eres un axolotl, tienes dos opciones: comerte los brazos de tus hermanos o que te coman los brazos.

Pero incluso si eres la desafortunada víctima de esta violencia entre hermanos, no todas las esperanzas están perdidas. En unos meses, le crecerá un brazo completamente nuevo: huesos, músculos, piel, nervios y todo.

"Es bastante espantoso, pero el canibalismo es una posible razón por la que les crecen los brazos hacia atrás", dice el profesor asociado de biología. James Monaghan . Su laboratorio estudia la regeneración en los axolotl, una especie peculiar que puede desarrollar extremidades y otros órganos en diversos grados.

“Cuando ocurre una lesión, se liberan algunas señales en ese animal que le dicen a las células cercanas a la lesión que pasen de un estado de reposo a un estado regenerativo”, dice Monaghan.

Su laboratorio está tratando de averiguar cuáles son esas señales y cómo podríamos inducir esa respuesta en los humanos, que tienen capacidades regenerativas muy limitadas.

"Los humanos son notoriamente malos para la regeneración", dice Monaghan. Una vez que terminamos de crecer, los genes que le dicen a nuestras células que desarrollen nuevos órganos se desactivan.

"Eso es algo bueno porque de lo contrario sería un caos", dice. Nadie quiere que le crezca un dedo más de forma espontánea.

"Los axolotl pueden volver a activar esos genes que desactivamos de forma permanente", dice Monaghan.

La arriesgada idea de este investigador podría significar grandes cosas para la medicina regenerativa

Comprender los mecanismos específicos que inducen respuestas regenerativas en los axolotl no es una tarea fácil, ya que los axolotl tienen la el genoma más grande jamás secuenciado .

Hasta ahora, el laboratorio ha identificado una molécula, neuregulina-1, que es esencial para la regeneración de extremidades , pulmones y posiblemente corazones.

“Cuando lo retiramos, la regeneración se detuvo. Y cuando lo volvimos a agregar, indujo la respuesta regenerativa ”, dice Monaghan. "No estoy diciendo que sea una bala de oro para inducir la regeneración en humanos también, pero podría ser parte del rompecabezas".

Muchos investigadores estudian la regeneración de las extremidades en los axolotl. Pero el laboratorio de Monaghan también está interesado en extender esta investigación a otros órganos.

"Cuando piensas en la condición humana, la mayoría de nuestros problemas con las enfermedades están relacionados con los órganos internos", dice Monaghan.

Tome la regeneración de la retina, por ejemplo. Monaghan dice que podemos aprender el proceso al que se someten los axolotl que permite que sus células especializadas regresen a las células del desarrollo, y luego imitar ese proceso en los ojos humanos. O podemos aprender qué elementos del ajolote permiten que sus células se comporten de esta manera y luego agregar esos elementos a la terapia con células madre humanas.

Para probar este último, Monaghan se ha asociado con un profesor asociado de ingeniería química del noreste, Rebecca Carrier y su laboratorio para descubrir la mejor manera de trasplantar células retinianas de mamíferos utilizando moléculas que se encuentran en el axolotl.

En el experimento, Monaghan y Carrier usaron ojos de cerdo, que son similares a los ojos humanos. Cuando trasplantaron células madre de la retina de un cerdo a la retina de otro, el 99 por ciento de las células trasplantadas murieron. "Algo falta", dice Monaghan. "Las células no tienen las señales adecuadas".

Pero cuando Carrier y Monaghan inyectaron esas mismas células madre de cerdo en el ojo del ajolote, murieron menos células. "Estaban mucho más felices", dice Monaghan. "Hay algo en la retina del ajolote que gusta a las células de los mamíferos".

Esta salamandra puede regenerar extremidades como Deadpool. ¿Puede enseñarnos a hacer lo mismo?

Una de las razones por las que los axolotl son tan buenos para recibir trasplantes es porque, a diferencia de los humanos, no tienen un sistema inmunológico aprendido, lo que significa que no pueden distinguir entre ellos mismos y las entidades extranjeras.

"Es muy fácil hacer injertos entre animales porque los axolotl no pueden darse cuenta de que el tejido nuevo no es de ellos", dice. "No lo rechazan como lo haríamos nosotros".

Un ejemplo obvio de esto se puede ver en los axolotl que son modificado genéticamente con una proteína verde fluorescente encontrado en medusas. Estos axolotl naturalmente blancos brillan en verde neón con cierta iluminación.

"Con esto podemos hacer preguntas realmente básicas, como ¿las células cambian su destino cuando participan en la regeneración?" Monaghan dice.

Por ejemplo, si Monaghan injerta tejido muscular de un animal verde fluorescente en un axolotl blanco y luego ese axolotl se regenera, ¿el axolotl desarrolla músculo verde? ¿Sus huesos también brillan en verde? ¿Y su piel?

Sin embargo, los investigadores han descubierto que las células en realidad no cambian. El músculo verde produce solo músculo verde.

El ajolote no es el único animal que puede regenerar órganos. Las estrellas de mar, gusanos, ranas y otras especies de salamandras también pueden regenerarse. Pero los axolotl son especiales porque, a diferencia de otros animales, pueden regenerar órganos que son tan robustos como los originales, sin importar la edad que tengan.

Por ejemplo, los renacuajos pueden regenerar extremidades. Pero una vez que se someten a una metamorfosis y se convierten en ranas, "solo pueden volver a crecer un pico", dice Monaghan. "Pierden la capacidad de volver a crecer sus dígitos".

La capacidad del axolotl para regenerar órganos por completo, incluso a medida que envejece, podría deberse en parte a su estado juvenil perpetuo. Los axolotl, a diferencia de la mayoría de los otros anfibios, no se someten a una metamorfosis de forma natural, lo que significa que técnicamente nunca llegan a la edad adulta, a pesar de que pueden reproducirse. Esta condición se llama neoteny.

“Los ajolotes provienen de una especie que solía caminar sobre la tierra”, dice Monaghan. Tienen piernas, después de todo. "Pero ocurrió una mutación que los mantiene en el lago y no llegan a la edad adulta".

Para probar si su estado neoténico es responsable de su capacidad para regenerarse, Monaghan tomó un grupo de hermanos axolotl e indujo la metamorfosis en la mitad al exponerlos a hormonas tiroideas, una sustancia química que activa el interruptor de madurez en estos anfibios. La otra mitad se mantuvo en estado juvenil.

En el experimento, los juveniles se regeneraron normalmente, pero todos sus hermanos adultos se regeneraron más lentamente de lo habitual y tenían deformidades en sus extremidades que habían vuelto a crecer.

"Existe cierta asociación con la neotenia y la capacidad de regenerarse", dice Monaghan. "Pero no es el factor principal".

Ese factor principal aún no se ha descubierto. Pero aunque algo de esto puede parecer ciencia ficción, "ya hiciste un brazo una vez", dice Monaghan. "Si pudiéramos aprender a dar marcha atrás a esos programas, nuestros cuerpos podrían hacer el resto del trabajo".


¿Qué es la especialización celular?

Como se mencionó anteriormente, las células multicelulares están compuestas por dos o más células que pueden tener formas diferentes, estructura, función y organización.

También conocida como diferenciación celular, la especialización celular es el proceso en el que & # 8220general& # 8221 o & # 8220comúnLas células & # 8221 evolucionan para formar células específicas que tienen funciones específicas. Este proceso es muy frecuente y más importante durante el desarrollo embriológico. Durante la edad adulta, las células llamadas células madre se especializan para reemplazar las células viejas y gastadas.


Funciones del ADN y el ARN en la diferenciación celular

El ácido dexoirribonucleico, o ADN, controla la forma en que funcionan las células. También determina qué tipo de células especializadas se fabricarán. Las células madre son células que tienen la capacidad de convertirse en cualquier tipo de célula especializada del cuerpo. Después de que un óvulo y un espermatozoide se unen para comenzar a formar un nuevo organismo, todo el ADN de cada célula de ese organismo será prácticamente idéntico. Si todas las partes del ADN de cada célula son iguales, ¿cómo se convierten las células en diferentes tipos de células? Miremos más de cerca el ADN para averiguarlo.

El ADN se enrolla firmemente en los cromosomas. Diferentes regiones del código cromosómico para cada función y tipo de célula diferente. No todas las secciones de un cromosoma se activan o expresan al mismo tiempo. Solo las regiones que se necesitan para realizar una función específica se expresan en cada celda. Estas regiones a menudo se representan como bandas o rayas en un dibujo de un cromosoma. Estas bandas se denominan genes, y si un gen se expresa o no determina qué tipo de célula se creará. Por ejemplo, los genes que se expresan (activan) en una célula nerviosa son diferentes de los genes que se expresan en una célula muscular. Ambas células tienen el mismo ADN, pero la expresión de diferentes genes genera diferentes tipos de células.

Este proceso mediante el cual se utiliza la información de un gen para crear las estructuras de una célula se denomina expresión génica. Dado que el ARN traduce y transcribe el código del ADN en proteínas (las estructuras de una célula), también desempeña un papel en la diferenciación celular.


Las células madre se definen como células precursoras que tienen la capacidad de autorrenovarse y generar múltiples tipos de células maduras. Solo después de recolectar y cultivar tejidos es posible clasificar las células de acuerdo con este concepto operativo. Esta dificultad para identificar las células madre en el lugar, sin ninguna manipulación, limita la comprensión de su verdadera naturaleza. Esta revisión tiene como objetivo presentar, a los profesionales de la salud interesados ​​en esta área, una visión general sobre la biología de las células madre embrionarias y adultas, y su potencial terapéutico.

Todos los autores declararon no tener intereses en competencia.

PARA Citar ESTE ARTÍCULO: Chagastelles PC, Nardi NB. Biología de las células madre: una descripción general. Riñón inter., Supl. 2011 1: 63–67.


INTRODUCCIÓN

En las últimas décadas, la piel de los tiburones ha alcanzado un cierto estatus biomimético entre los divulgadores de la ciencia y en los círculos de investigación debido a la idea de que la estructura especializada de la superficie de la piel podría reducir la resistencia y mejorar la eficiencia de la locomoción. Los trajes corporales fabricados se han modelado libremente en la piel de tiburón con varias crestas y abolladuras, para inducir la aspereza de la superficie, que supuestamente mejoran el rendimiento de la natación en humanos, y los investigadores han sospechado durante mucho tiempo que la estructura especial de la superficie de la piel de tiburón contribuye a la eficiencia de la locomoción [tiburón La estructura de la piel ha sido revisada exhaustivamente (por ejemplo, Applegate, 1967 Lang et al., 2008 Reif, 1982 Reif, 1985) también ver imágenes en Castro (Castro, 2011)].

También se han producido una variedad de materiales de ingeniería "inspirados en tiburones" para reducir la resistencia cuando se aplican a la superficie de cuerpos sumergidos. Por ejemplo, las costillas son geometrías superficiales en forma de nervaduras finas con crestas superficiales afiladas que pueden alinearse paralelas o perpendiculares a la dirección del flujo y pueden reducir la resistencia. Se ha investigado experimental y teóricamente una diversidad de formas y tamaños de costillas (Bechert y Bartenwerfer, 1989 Bechert et al., 2000 Bechert et al., 1997 Büttner y Schulz, 2011 Koeltzsch et al., 2002 Luchini et al., 1991 Luchini y Trombetta, 1995 Neumann y Dinkelacker, 1991), y se ha demostrado que se produce la reducción del arrastre de cuerpos rígidos cubiertos con material de riblet (Bechert et al., 1997 Bechert et al., 1985 Dinkelacker et al., 1987). Los experimentos con una superficie ajustable con nervaduras longitudinales de las palas y ranuras revelaron la reducción más alta de la resistencia del cuerpo rígido del 9,9%, con una profundidad de ranura de la mitad del tamaño del espaciado lateral de las costillas (Bechert et al., 1997). Las costillas festoneadas, algo similares a las crestas de los dentículos de tiburón, producen una reducción máxima de la resistencia del cuerpo rígido de aproximadamente un 7% (Bechert et al., 1985).

Una réplica de silicona de la piel del tiburón de cobre. Carcharhinus brachyurus unido a una placa plana rígida resultó en una reducción de arrastre de 5,2 a 8,3% en comparación con la de silicona suave en una placa plana (Han et al., 2008). Una réplica de piel de tiburón de plástico duro logró una reducción de arrastre del 3% (Bechert et al., 1985). Pero estos casos involucraron el estudio de un cuerpo rígido cubierto con una piel biomimética, que no es la situación de un tiburón. en vivo, donde las ondulaciones del cuerpo pueden alterar en gran medida la estructura de la ornamentación de la superficie y cambiar las características de flujo sobre la piel. Además, una variedad de pruebas con el material de traje de baño Speedo® FS II 'similar a un tiburón' resultó en una reducción del 7.7% (Benjanuvatra et al., 2002) y del 10-15% (Mollendorf et al., 2004) en la rigidez -la resistencia corporal en comparación con la de los trajes de baño normales en determinadas condiciones, pero otros estudios o pruebas no mostraron una reducción significativa de la resistencia aerodinámica (Benjanuvatra et al., 2002 Toussaint et al., 2002).

Debido a que los tiburones son cuerpos deformantes autopropulsados, las fuerzas de empuje y arrastre son difíciles de desacoplar (Anderson et al., 2001 Schultz y Webb, 2002 Tytell, 2007 Tytell et al., 2010), lo que dificulta aislar las fuerzas de arrastre por sí solas durante locomoción normal de nado libre para evaluar el efecto de la ornamentación de la superficie. Para investigar las posibles propiedades reductoras del arrastre de la ornamentación de la superficie, como los dentículos de piel de tiburón o varios productos biomiméticos (o si las estructuras de la superficie podrían mejorar el empuje), es necesario utilizar un sistema de estudio que permita (1) el uso de -cuerpos propulsores que poseen diferentes ornamentaciones de superficie, donde las fuerzas de empuje y arrastre se equilibran naturalmente a lo largo de un ciclo ondulatorio, (2) medición precisa de la velocidad de natación autopropulsada (SPS) para que el rendimiento de natación de diferentes superficies se pueda comparar estadísticamente, (3 ) la imposición de diferentes programas de movimiento para poder evaluar el efecto de mover las superficies ornamentadas de diferentes maneras, y (4) varias manipulaciones experimentales de la estructura de la superficie para probar directamente la hipótesis de que es la ornamentación de la superficie por sí sola la que causa la reducción del arrastre y de ahí una mayor velocidad de natación.

En este estudio, utilizamos un dispositivo robótico de láminas aleteadoras para probar el efecto de la ornamentación de la superficie de la piel de tiburón y dos superficies biomiméticas en la velocidad del SPS. El dispositivo robótico de láminas aleteadoras se desarrolló para el estudio de la autopropulsión similar a un pez en láminas rígidas y flexibles y permite una medición precisa de las velocidades de natación libre, la producción de programas de movimiento controlado para mover las láminas en una variedad de condiciones de inclinación y elevación. (Lauder et al., 2007 Lauder et al., 2011a Lauder et al., 2011b) y cuantificación del flujo sobre la superficie de la lámina utilizando velocimetría de imágenes de partículas digitales (DPIV). Hacemos láminas que son rígidas y flexibles con piel de tiburón fresca y también estudiamos la propulsión de dos imitaciones de piel de tiburón fabricadas. Probamos directamente la hipótesis en cada caso de que la ornamentación de la superficie produce un aumento en la velocidad de nado comparándola con una condición de control con ornamentación reducida o ausente.


Recursos interactivos para escuelas

Reacción en cadena de la polimerasa

La PCR es una serie de reacciones de temperatura controlada que nos permiten amplificar una muestra muy pequeña de ADN, produciendo suficiente material para que sea analizada o utilizada en la elaboración de perfiles de ADN.

Ingeniería genética

La ingeniería genética implica cambiar el ADN de un organismo, generalmente eliminando, insertando o editando un gen para producir las características deseadas.

Biotecnología

El uso de organismos biológicos o enzimas para crear, descomponer o transformar un material.

Célula madre

Células que pueden dividirse repetidamente sin diferenciarse y tienen la capacidad de convertirse en una amplia gama de tipos de células especializadas.

Glosario

Una lista de palabras a menudo difíciles o especializadas con sus definiciones.

Unidad básica a partir de la cual se construyen todos los organismos vivos, que consta de una membrana celular que rodea el citoplasma y un núcleo.

¿Qué pueden hacer las células madre?

Las células madre existen de forma natural en el cuerpo para reemplazar las células y los tejidos dañados. La investigación sobre células madre podría permitir:

  • el desarrollo de un tratamiento que permita a las personas paralizadas debido a lesiones en la columna volver a caminar
  • la posibilidad de desarrollar órganos de reemplazo que se adapten al paciente
  • trastornos genéticos a estudiar y nuevos fármacos para tratarlos probados.

Ninguno de estos está disponible todavía, pero se están realizando ensayos para investigar si son posibles.

Contenido

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Células

A celda es una colección de materia biológica encerrada por una membrana. Las células son la unidad básica de todas las formas de vida.

Teoría celular

Teoría celular es una teoría ampliamente aceptada que describe las propiedades de las células. Se basa en varios puntos clave:

  • Todos los seres vivos están compuestos por al menos una célula.
  • Las células son la unidad de vida más básica.
  • Todas las células se producen a partir de células preexistentes.

Células procariotas

Procariotas son células cuyo material genético no está contenido dentro de un núcleo y carecen de orgánulos unidos a la membrana. A pesar de carecer de orgánulos unidos a la membrana, algunos procariotas contienen microcompartimentos a base de proteínas, que se cree que sirven como orgánulos primordiales. Los procariotas se pueden dividir en dos dominios: bacterias y arqueas. Los procariotas se reproducen asexualmente mediante fisión binaria.

Bacterias

Bacterias son uno de los dos dominios de procariotas unicelulares. Al ser algunas de las primeras formas de vida conocidas en la Tierra, las bacterias constituyen una gran parte de la biomasa de la Tierra y se encuentran en una gama extremadamente amplia de entornos. Las bacterias se reproducen asexualmente mediante fisión binaria. Algunas bacterias son autótrofas y obtienen su energía por quimiosíntesis o fotosíntesis, mientras que otras son heterótrofas y descomponen la materia orgánica como fuente de energía. Si bien algunas bacterias son patógenas y causan enfermedades en los organismos, muchas son mutualistas y llevan a cabo procesos biológicos extremadamente importantes, como la fijación de nitrógeno.

Arqueas

Arqueas son uno de los dos dominios de procariotas unicelulares. Las arqueas comparten algunas características con las bacterias y los eucariotas, pero también tienen características únicas propias, como la estructura de la pared celular. Las arqueas utilizan una variedad de fuentes de energía diferentes, algunas sometidas a formas de fotosíntesis, mientras que otras son quimioautótrofas. No se ha identificado claramente ninguna arquea como causante directa de la enfermedad, y se sabe que muchas son comensalistas o mutualistas. Aunque se han identificado muchas arqueas en entornos aparentemente inhóspitos, como las aguas termales volcánicas, muchas también habitan en entornos mucho más favorables, como océanos, marismas e incluso el cuerpo humano.

Células eucariotas

Células eucariotas son células cuyo material genético está contenido dentro de un núcleo. Además, las células eucariotas también casi siempre contienen orgánulos unidos a la membrana, como las mitocondrias. Los organismos compuestos por células eucariotas se denominan eucariotas. Todos los organismos multicelulares son eucariotas y algunos organismos unicelulares son eucariotas. Las células eucariotas se dividen por mitosis o meiosis. Asimismo, las células eucariotas suelen ser mucho más grandes que las células procariotas.

Citoplasma

Citoplasma se refiere a la porción de una célula fuera del núcleo que está encerrada dentro de la membrana celular. Dado que los procariotas no tienen núcleo, todo su contenido se considera parte del citoplasma. Los materiales que componen el citoplasma se pueden dividir en tres categorías principales: orgánulos, citosol y partículas pequeñas e insolubles llamadas inclusiones. El citosol se refiere al área del citoplasma que no está confinado dentro de un orgánulo y está compuesto de agua, moléculas orgánicas y sales. El citosol también incluye el citoesqueleto y otras estructuras pequeñas (por ejemplo, ribosomas, etc.). En la división celular, el citoplasma se divide entre las dos células hijas durante la citocinesis.

Orgánulos

Orgánulos son estructuras especializadas dentro de una célula. Si bien la mayoría de las células eucariotas contienen una multitud de orgánulos, las procariotas solo algunas veces contienen microcompartimentos a base de proteínas.

  • Pared celular: La pared celular es una capa resistente que rodea las células vegetales, hongos y procariotas. Está compuesto de un material diferente según el organismo: en las plantas está hecho de celulosa, mientras que en los hongos está hecho de quitina y en las bacterias está compuesto de peptidoglicano. Funciona para brindar protección y soporte, además de evitar que la celda crezca demasiado.
  • Membrana celular: La membrana celular está compuesta por dos capas de fosfolípidos con proteínas incrustadas en ella. Es selectivamente permeable, protege a la célula de su entorno y solo permite que ciertas moléculas entren en la célula.
  • Núcleo: El núcleo es un compartimento rodeado por dos membranas conocidas como envoltura nuclear. Estas membranas regulan el transporte dentro y fuera del núcleo, ya que contiene el material genético de la célula (ADN). La transcripción de ARN también se realiza dentro del núcleo, así como el control de otras actividades dentro de la célula.
  • Nucleolo: El nucleolo es un cuerpo ubicado dentro del núcleo donde tiene lugar la síntesis de ribosomas. No está limitado por una membrana.
  • Retículo endoplásmico (ER): La sala de emergencias tiene dos formas: suave y rugosa. En el RE rugoso, los ribosomas se encuentran en el exterior que realizan la síntesis de proteínas. En el RE liso, se sintetizan moléculas como hormonas y lípidos. En última instancia, el RE sirve para producir moléculas y transportar sustancias químicas entre las células como parte del sistema de endomembranas.
  • Ribosoma: El ribosoma está hecho de un tipo especial de ARN conocido como ARNr. Sirve para sintetizar proteínas para su uso en el organismo.
  • Aparato de Golgi: El aparato de Golgi está formado por sacos de membrana unitaria conocidos como cisternas. Su función es modificar proteínas y empaquetarlas dentro de vesículas para ser transportadas a otras partes del cuerpo.
  • Lisosoma: El lisosoma es un orgánulo que contiene enzimas que usan agua para romper enlaces químicos. Estas enzimas se conocen como enzimas hidrolíticas y se utilizan para descomponer o reciclar ciertas partes de la célula.
  • Mitocondria: Las mitocondrias están compuestas por membranas dobles, donde la membrana interna se pliega para formar una estructura conocida como crestas. La respiración celular ocurre en las mitocondrias.
  • Cloroplasto: Los cloroplastos están compuestos por una doble capa de membrana, donde la membrana interna forma capas conocidas como grana. Hay una alta concentración de clorofila en la grana, que se utiliza para realizar la fotosíntesis.

Movimiento a través de los límites celulares

División celular

División celular es una parte del ciclo celular en el que el crecimiento de una célula madre se detiene y se separa en dos o más células hijas. En procariotas, ocurre a través del proceso de fisión binaria, en el que la célula casi duplica su tamaño, replica su ADN y se divide por la mitad. Aunque la fisión binaria no implica el intercambio o recombinación de información genética, muchas bacterias intercambian información genética a través de un proceso llamado conjugación. En eucariotas, la división celular se produce a través de la mitosis y la meiosis, que se describen con más detalle a continuación.

Mitosis

Mitosis is a form of cell division in which after a parent cell replicates its genetic information, the parent cell splits to form two identical daughter cells. Because the two daughters are genetically identical to the parent cell, mitosis is essential for growth, development, and the replacement of cells in multicellular organisms. Additionally, asexually reproducing eukaryotes reproduce through mitosis (e.g., if an organism reproduces through asexual budding, the cells that comprise the mass that will become the new organism reproduce through mitosis). The process of mitosis can be defined in several distinct phases:

  • Profase-Chromatin condenses into chromosomes and the spindle apparatus is synthesized. In animal cells, centrosomes (a pair of centrioles surrounded by proteins) organize the spindle apparatus, while in plant cells the nuclear envelope serves as the primary organizer of the spindle apparatus.
  • Prometafase-Nuclear envelope disintegrates and spindle apparatus attaches to the chromosomes.
    • Note that prometaphase is not always recognized, sometimes being included as part of prophase. It is also sometimes referred to by a different term, such as late prophase.

    In the final stage of cell division, known as citocinesis, the cytoplasm of the parent cell is divided between the daughter cells as it splits to become the two new daughter cells. Once this separation occurs, the process of cell division is complete.

    Mitosis

    Meiosis is a form of cell division in which after a parent replicates its genetic information, it splits to form two daughter cells, and those daughter cells split once more without replicating its genetic information, resulting in four cells with only half the number of chromosomes as the original parent cell. Those cells produced through meiosis are referred to as haploid cells, as they contain a single set of chromosomes, as opposed to cells which contain two pairs of chromosomes, which are known as diploid cells. For example, most human cells are diploid and contain 23 pairs of chromosomes, or 46 total, while sperm and egg cells contain only one pair of 23 chromosomes and are therefore haploid cells.

    The process by which the original parent cell and its daughter cells divide in meiosis are the same as in mitosis, going through prophase, prometaphase, metaphase, anaphase, and telophase in respective order. Note that during meiosis when the original parent cell divides, each phase is referred to as (name of stage) I, such as prophase I, prometaphase I, and so forth, and when the daughter cells of the original parent cell split into 4 haploid cells, each phase is referred to as (name of stage) II, such as prophase II, prometaphase II, and so forth.


    Por qué es importante

    Stem cells are being used in many laboratories today for research into the causes of and treatments for ALS. Most commonly, researchers use iPSCs to make a unique source of motor neurons from individual ALS patients to try to understand why and how motor neurons die in ALS. Two types of motor neurons are affected in ALS are upper coriticospinal motor neurons, that when damaged, cause muscle spasticity (uncontrolled movement), and lower motor neurons, that when damaged, cause muscle weakness. Both types can be made from iPSCs to cover the range of pathology and symptoms found in ALS. Astrocytes, a type of support cell, called glia, of the central nervous system (CNS), are also being generated from iPSCs. It is well established that glia play a role in disease process and contribute to motor neuron death.

    Motor neurons created from iPSCs have many uses. The availability of large numbers of identical neurons, made possible by iPSCs, has dramatically expanded the ability to search for new treatments. For example, they can also be used to screen for drugs that can alter the disease process. Motor neurons derived from iPSCs can be genetically modified to produce colored fluorescent markers that allow clear visualization under a microscope. The health of individual motor neurons can be tracked over time to understand if a test compound has a positive or negative effect.

    Because iPSCs can be made from skin samples or blood of any person, researchers have begun to make cell lines derived from dozens of individuals with ALS. One advantage of iPSCs are that they capture a person’s exact genetic material and provide an unlimited supply of cells that can be studied in a dish, which is like person’s own avatar. Comparing the motor neurons derived from these cells lines allows them to ask what is common, and what is unique, about each case of ALS, leading to further understanding of the disease process. They are also used to correlate patients’ clinical parameters, such as site of onset and severity with any changes in the same patient’s motor neurons.

    Stem cells may also have a role to play in treating the disease. The most likely application may be to use stem cells or cells derived from them to deliver growth factors or protective molecules to motor neurons in the spinal cord. Clinical trials of such stem cell transplants are in the early stages, but appear to be safe. In addition, transplantation of healthy astrocytes have the potential to be beneficial in supporting motor neurons in the brain and spinal cord.

    While the idea of replacing dying motor neurons with new ones derived from stem cells is appealing, using stem cells as a delivery tool to provide trophic factors to motor neurons is a more realistic and feasible approach. The significant challenge to replacing dying motor neurons is making the appropriate connections between muscles and surrounding neurons.

    Isolation of IPSCs from people with ALS in clinical trials is extremely valuable for the identification of unique signatures in the presence or absence of a specific treatment approach and as a read out to test whether a drug or test compound has an impact on the health of motor neurons and/or astrocytes. A positive result gives researchers confidence to move forward to more advanced clinical trials. For example, The ALS Association is currently funding a clinical trial to test the effects of retigabine on motor neurons, which use the enrolled patients’ individual iPSCs lines derived from collected skin samples and testing whether there is a change in the excitability of motor neurons in people with ALS. (véase más arriba).


    Ver el vídeo: Specialised Cells BBC19LS02 (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Duzil

    Puedo recomendar que visite el sitio, que tiene muchos artículos sobre este tema.

  2. Tezcacoatl

    Creo que ese es el tema muy interesante. Te ofrezco a discutirlo aquí o en PM.



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