¿Por qué las células son pequeñas? ¿Por qué tienen que ser pequeños en tamaño?

Hay un ÁREA SUPERFICIAL: RELACIÓN DE VOLUMEN, que debe ser mantenida por cada célula.

Esta es la razón por la que incluso los organismos más grandes son una colección de células microscópicas.

Vamos a entender por qué esta relación debe mantenerse,

• SUPERFICIE es el terreno para el intercambio de materiales entre la región exterior y los orgánulos celulares internos, o podemos decir que si la demanda de células aumenta, se requiere una superficie más grande para satisfacerla.

• El VOLUMEN dentro de las células hechas de orgánulos celulares necesita los materiales del exterior para su función, así como también debe excretar los desechos producidos por el metabolismo, y estas dos funciones tienen que hacerse a través de la superficie celular.

La conclusión es que si el volumen aumenta, el área de superficie debe aumentar.

Pero si consideramos la célula como un cuerpo esférico, entonces el área superficial no aumenta lo suficiente ya que el volumen o, en otras palabras, la relación área de superficie: volumen disminuye a medida que aumenta el tamaño de la célula , por lo que es necesario dividir las células antes de la relación ha alcanzado su valor mínimo Entonces las células se dividen antes de crecer lo suficiente, y por lo tanto no tenemos células realmente grandes.

Espero que haya sido de ayuda 🙂

Lo más común es que esto se guarde como una tasa de difusión, relación de volumen de área superficial o problema de citoesqueleto. Pero esa es una noción que encuentro muy dudosa desde
Las células A. grandes existen como las neuronas, y los huevos de avestruz sin los problemas de difusión o absorción.
B. Las células son conocidas por desarrollar estructuras como las conchas de calcio, las paredes celulares y la distrofina, como la maquinaria molecular para mejorar la supervivencia.
Entonces la razón es? Menos tamaño significa menos mantenimiento (como el curado de plásmidos para estructuras citológicas), mayor motilidad (piense que un barco y un automóvil se mueven a la misma velocidad) y menos espacio para que las partículas extrañas hagan malabarismos durante mucho tiempo probablemente a través de la selección natural.
Eso nos lleva a preguntarnos por qué la construcción multicelular, ¿no es así? Si observamos nostoc, podemos ver que es mejor aunar recursos y, a veces, especializar y perder a los depredadores de los depredadores que tener grandes cantidades de enzimas digestivas y carecer de defensa de brillo que de nuevo lo hará más lento.

Los libros de texto y la mayoría de los instructores le dirán que las celdas deben ser pequeñas porque necesitan una alta relación “superficie a volumen”, lo que es bueno para intercambiar materiales entre el interior y el exterior de las celdas. Pero probablemente esta no sea la razón que limita el tamaño, ya que las celdas varían enormemente en tamaño y superficie de área a relación de volumen. Las bacterias son pequeñas en comparación con las células animales, por ejemplo. Y las células vegetales se rodean de una pared celular que limita enormemente el intercambio con el mundo extracelular. Si el intercambio fuera limitante, las células animales serían tan pequeñas como las células bacterianas. O las células animales sin paredes celulares podrían ser mucho más grandes que las células vegetales. O las células vegetales con paredes celulares serían mucho más pequeñas.

Otros podrían decirle que el tamaño de la celda está limitado por las tasas de difusión. No se puede tener una celda muy grande porque llevaría demasiado tiempo para que las cosas floten de un lado de la celda al otro. Pero esto muestra una profunda incomprensión de cuán apretados están los interiores de las células. Nada simplemente ‘flota’ de un lado a otro de la celda. Casi nada en las células tiene difusión limitada. La mayoría de las cosas se transportan en celdas. Además, las células pueden ser muy largas. Las neuronas pueden tener varios pies de largo. Entonces, obviamente, las células son capaces de hacer frente a grandes distancias.

Creo que las células son pequeñas porque las membranas son débiles. Si la celda se hace demasiado grande, la celda se derrumbará. Creo que esto explica por qué las células bacterianas son pequeñas, no tienen mucho ‘refuerzo’ citoesquelético (aunque sí tienen paredes celulares) y por qué las células grandes pueden llegar a ser muy grandes. Las células musculares y las neuronas tienen mucho citoesqueleto relativamente duro en ellas. Esto ayuda a mantenerlos juntos, y por lo tanto, pueden ser bastante grandes. Las células de huevo (como los huevos de gallina) tienen una cáscara dura. Y ellos son muy grandes. ¿Qué pasa si rompes una cáscara de huevo?

En definitiva, no sé por qué las células son pequeñas. Pero debes notar que NO acepté ciegamente lo que me dijeron los libros de texto o mis maestros. Pensé en ello con cuidado, y se me ocurrió mi propia idea que se ajusta a la mayor cantidad de evidencia que se me ocurre. El siguiente paso para un científico sería poner a prueba mi idea. ¿Quizás podría medir la resistencia de la membrana celular para muchas células diferentes y compararla con el tamaño de la celda? Mi hipótesis predice que el tamaño celular y la fuerza de la membrana estarían altamente correlacionados. Tal vez pueda debilitar las membranas celulares en algún organismo y ver si se adapta al desarrollar células más pequeñas.

Puede haber otras razones, pero predominantemente, sugeriría, la razón es hacer con los nutrientes y el desperdicio.

Dado el nivel de actividad química en las células, es importante que las materias primas (oxígeno, agua, ácidos nucleicos, glucosa, aminoácidos, etc.) puedan llegar a sus sumideros con bastante rapidez y sin mucha molestia. También es importante que los desechos (urea, dióxido de carbono, ácido láctico, etc.) puedan abandonar la célula antes de causar una interrupción. Es cierto que hay sistemas de transporte, pero estos requieren energía para operar y la energía es un recurso limitado.

La gran relación de área superficial a volumen (proporcionada por su pequeño tamaño) de una célula significa que gran parte de estas moléculas se pueden mover apropiadamente (por difusión) sin interferencia activa. Esto significa que podría haber un límite teórico sobre el tamaño de una célula antes de que el movimiento activo de las moléculas comience a reducir su eficacia en comparación con las células más pequeñas. La selección natural fue y sigue siendo el árbitro en la determinación de los tamaños naturales de las células.

¿Quién dice que las células deben ser pequeñas? Aquí hay algunos contraejemplos:

Bubble Algae (Ventricaria ventricosa)

Acetabularia

Comprensión de imágenes: una planta unicelular gigante | PLOS Biologue

El organismo más grande de una sola célula encontrado 6 millas debajo del mar – 80 latidos

Esta colección incluye algas (que fotosintetizan) y un protista amebiana (que no lo hace).

Para que no piense que los animales no pueden tener células grandes, considere que una neurona motora somática en su cerebro, que se proyecta hacia un músculo, puede tener un axón de 1000 milímetros de largo (eso es 3,3 pies). Los calamares y las ballenas tienen axones mucho más largos (y más gruesos).

Dado que el volumen y, por lo tanto, la masa de una célula se escalan como el cubo del diámetro, los organismos multicelulares probablemente favorecen el tamaño de celda pequeña como una cuestión de integridad estructural.

La fórmula para el área de un cuadrado es lxw = a , por lo tanto, el área es bidimensional (s ^ 2)

La fórmula para el volumen de un cubo es lxwxh = v , por lo tanto el volumen es tridimensional (s ^ 3)

La fórmula para el área de superficie total de un cubo es lxwxhx 6 lados = a.

A medida que aumenta la longitud de un lado para un cubo, el volumen aumentará a un ritmo más rápido que el área de superficie porque el volumen es tridimensional y el área es bidimensional.

Para demostrar por qué esto favorece a las células más pequeñas, tomamos cubos de agar de diferentes volúmenes y los empapamos en un líquido que indicará la penetración como rosa (proporcionaré los detalles de esta demostración en los comentarios si se solicita).

Al comparar los interiores de los cubos, vemos que, aunque la profundidad de difusión del líquido es la misma para los tres cubos, esos cubos de mayor volumen tienen menos penetración.

Las células dependen del intercambio de moléculas con el medio ambiente para mantener la homeostasis. Por lo tanto, a través de nuestra demostración en cubos de agar, queda claro que las células se pueden mantener mejor cuando la relación área superficial / volumen es baja.

Por lo tanto, es mucho más eficiente administrar biomasa en porciones más pequeñas de área de superficie aumentada.

Cada tipo de célula ciertamente ha llegado a un tamaño y forma óptimos para su función a través de la selección natural.

La respuesta de William Halmeck a ¿Por qué la relación superficie / volumen restringe el tamaño de la celda?

¿Por qué las células son tan pequeñas?

Como Mendel describe en esta historia, las células son tan pequeñas que normalmente no se pueden ver a simple vista. También hay muchas células en el organismo promedio, un hecho que sorprendió a su descubridor, Robert Hooke, quien calculó a partir de sus observaciones de células de corcho que debe haber más de mil millones de células en una “pulgada cúbica”, un hecho notable. El humano adulto promedio tiene mucho más que esto, alrededor de 60 billones según un cálculo, un hecho aún más notable. ¡Una pinta de sangre tiene más de 5 mil millones de células especializadas flotando en ella, y usted raspa la piel o se desprende de sus intestinos cerca de 700 mil millones de células por día!

¿Por qué?

Las células tienen una vida útil finita que, como cualquier maquinaria compleja, ocasionalmente se descompone. Se pueden reparar por un tiempo, pero tarde o temprano es más fácil y más eficiente descartar la celda más vieja y reciclar sus componentes en una nueva celda con menos problemas. Esta renovación continúa constantemente a lo largo de la vida de un organismo multicelular. Las células surgen por división, especialización, función y llevan a cabo sus roles, luego envejecen y finalmente mueren o se pierden. El organismo total permanece igual a lo largo de este proceso, y (por lo general) tiene un tiempo más largo en la tierra que cualquiera de sus células.

Para el cuerpo de un animal o planta, las células pequeñas y especializadas son más fáciles de reemplazar y cambiar sin interrupción de lo que sería el caso si un organismo estuviera compuesto por solo unas pocas células muy grandes. Imagina lo que sería si cada uno de tus ojos fuera una sola célula. Cuando llegara el momento de reemplazar las células oculares, estarías ciego o tendrías un ojo extra creciendo en tu cara hasta que pudiera producirse el cambio. Tal como están las cosas, tienes alrededor de 125 millones de células en el ojo que son responsables de capturar los rayos de luz, y como algunas de ellas se reemplazan todos los días, nunca notas el cambio.

Una razón, por lo tanto, por la cual las células son tan pequeñas, y hay tantas, es una logística simple. Pero hay otra razón y la dada en esta historia; la tiranía de las matemáticas.

Dos cantidades matemáticas rigen la vida de cada célula; su área de superficie y su volumen. Cada célula es un glóbulo viviente de citoplasma en el que se producen un gran número de reacciones químicas millones de veces por segundo. Estos hornos metabólicos necesitan combustible, desde alimentos hasta complejos nutrientes, y producen productos de desecho que deben ser eliminados. La difusión de estas moléculas parece ser la principal forma de obtener un compuesto químico donde se necesita y en otro lugar cuando no lo es. La difusión es muy rápida en distancias cortas, pero mucho más lenta en distancias más largas. Al carecer de un sistema circulatorio (como el sistema de sangre), las células dependen de la difusión para mover sus moléculas y, por lo tanto, necesitan mantener las distancias cortas.

Uno de los intercambios más importantes que tiene lugar es entre el interior de la célula y el entorno exterior. Así es como la mayoría de las células obtienen la comida que necesitan y eliminan los productos de desecho de sus reacciones metabólicas. Aquí es donde entra la segunda cantidad; área de superficie. Todos estos intercambios tienen lugar a través de la superficie de la célula, que está delimitada y regulada por una membrana celular. Algunos de estos intercambios son por difusión simple, y muchos otros son por bombas selectivas, pero de cualquier forma, el factor limitante es la cantidad de superficie a través de la cual tiene lugar el movimiento de las moléculas.

Para mantener el cálculo simple, imaginemos que Mendel y su clase acaban de encontrar una celda con forma de cubo. Cada lado de esta celda mide 10 unidades (están usando un microscopio para hacer estas mediciones), por lo que pueden calcular tanto el volumen como el área de superficie de este cubo / célula.

El volumen de un cubo se obtiene multiplicando la longitud por el ancho por la altura y el área total de la superficie al sumar el área de superficie de los seis lados (obtenida al multiplicar la longitud y el ancho de cada lado). Como Mendel está observando un cubo donde todos los lados son del mismo tamaño, los cálculos son fáciles:

Volumen: ……… = … 10 x 10 x 10 … = … 1000 unidades cúbicas. Área de superficie …. = … 10 x 10 x 6 …. = … .600 unidades cuadradas

Mendel amaba las proporciones. La base de toda su teoría de la genética se encontró en las proporciones de descendientes de cruzas genéticas, por lo que habría captado al instante la importancia de la relación entre el área de superficie y el volumen de una célula.

Ratio … .Surface / Volume … .600 / 1000 = 0.6

Hasta aquí todo bien. Ahora, si la celda de Mendel comienza a crecer y las dimensiones aumentan a 20 unidades por lado, los cálculos se convierten en:

Volumen: ……… = … 20 x 20 x 20 … = … 8000 unidades cúbicas. Área de superficie …. = … 20 x 20 x 6 …. = … 2400 unidades cuadradas Relación … .Superficie / Volumen … .2400 / 8000 = 0.3

Como Mendel mostró, la relación disminuye (de 0.6 a 0.3) a medida que aumenta el tamaño de la celda. Los efectos prácticos de este cambio en la célula son dramáticos, cada vez hay menos superficie disponible para intercambiar los materiales necesarios y producidos por el aumento del volumen interno. Al igual que los pasajeros que entran y salen de una ciudad en crecimiento, si las carreteras siguen siendo las mismas, pero el volumen de tráfico aumenta, tarde o temprano habrá un bloqueo.

Las células no pueden, por lo tanto, aumentar más allá de ciertos límites prácticos por dos razones; velocidad de difusión y relación superficie / volumen.

Existe, de hecho, una forma en que las células usan para limitar los efectos de la relación superficie / volumen. En las células especializadas para el intercambio de materiales hacia el exterior (como las que se encuentran en los intestinos), el área de la superficie se ve dramáticamente aumentada por pequeñas extensiones de la superficie (llamadas microvellosidades ) que no aumentan demasiado el volumen, pero agregue mucho al área de superficie. Estas células necesitan esta superficie extra para absorber los nutrientes de los intestinos, pero incluso ellos no pueden cambiar la velocidad de difusión, por lo que estas células también deben permanecer microscópicamente pequeñas.

Las celdas son pequeñas para que el área de superficie y el volumen de las mismas puedan ser proporcionales entre sí. La relación de área de superficie a volumen es la más eficiente en este tamaño. Cuando tienes muchos objetos pequeños y pocos objetos grandes, área de superficie es mucho más grande en relación con el volumen ..

Las células también son pequeñas y abundantes, ya que son más fáciles de replicar y reemplazan cuando están dañadas.

Si las células crecen más allá de un límite, no habrá suficiente material capaz de atravesar la membrana lo suficientemente rápido como para acomodar el volumen celular incrementado.

La cosa es la relación de citoplasma a núcleo.

El citoplasma es el escenario de las actividades de la célula.

Y Nucleus es una especie de cerebro. Para controlar la célula completa a la perfección, esta relación debe estar bajo control. Y a medida que aumenta la cantidad de citoplasma (crece la célula / aumenta el tamaño de la célula), el núcleo no puede hacer frente a ella y, finalmente, se multiplica para formar nuevas células hijas.

Por lo tanto, los tamaños pequeños son básicamente preferidos para hacer frente a la relación de citoplasma a núcleo.

Algunas células tienen dos núcleos o múltiples núcleos solo por esta razón.

Las células, por naturaleza, son pequeñas porque tienen que poder trabajar con pequeñas reacciones químicas.

Una celda pequeña permite un transporte de materiales más rápido y sencillo dentro y fuera de la celda. Una célula en sí misma es una forma unida a la membrana que realiza actividades químicas. Por lo tanto, son casi inútiles sin millones de otras células para ayudar a coordinar las actividades corporales. Si las células grandes formaran los músculos, por ejemplo, tendríamos poca función porque no habría suficientes células para formar los tejidos y mover los músculos.

Se puede asegurar que tenemos ejemplos de células que han crecido demasiado en tamaño. Las células vegetales, por ejemplo, estallarán si se hinchan con demasiada agua. Las células animales responderán de la misma manera.

Las células son pequeñas porque las membranas son débiles. Si la celda se hace demasiado grande, la celda se derrumbará. Creo que esto explica por qué las células bacterianas son pequeñas, no tienen mucho ‘refuerzo’ citoesquelético (aunque sí tienen paredes celulares) y por qué las células grandes pueden llegar a ser muy grandes. Las células musculares y las neuronas tienen mucho citoesqueleto relativamente duro en ellas. Esto ayuda a mantenerlos juntos, y por lo tanto, pueden ser bastante grandes. Las células de huevo (como los huevos de gallina) tienen una cáscara dura.

Como Dave Featherstone escribe, en realidad no lo sabemos. Las células tienen diferentes tamaños, formas y funciones. La ciencia puede decirnos cómo funcionan las cosas (células) pero no puede decirnos por qué y cómo se hace de la manera en que lo hace. No hay evidencia de que las bacterias u otras células hayan cambiado de tamaño o evolucionado. Por lo tanto, es científico concluir que fue creado de esa manera.

Si el tamaño de la celda es más grande que pequeño, crea muchas perturbaciones en el ciclo celular y otras actividades biológicas.

Cada hora, millones de células están destruyendo y produciendo, por lo que si el tamaño de la celda es mayor que el que no puede producir la célula rápidamente

Porque en la celda de división celular mantenemos su tamaño para dividir antes de la división celular …

Pero si el tamaño es mucho más grande que su toma más tiempo para la división que perturba el ciclo celular.