La relación superficie / volumen celular - Facultad de Agronomía

La relación superficie / volumen celular
El tamaño de las células y la importancia de ser pequeño
Los procariotas comprenden tamaños que van desde 0.1-0.2 μm de ancho a más de
50 μm de diámetro. Sin embargo, las dimensiones de un procariota promedio de
forma bacilar, como Escherichia coli, por ejemplo, son de 1 x 3 μm. Una célula
eucariótica típica puede variar de 2 μm a 200 μm de diámetro. Por lo tanto, la
mayoría de los procariotas son comparativamente mucho más pequeños que los
eucariotas, y el pequeño tamaño de los procariotas determina varias de sus
propiedades biológicas. Por ejemplo, el ritmo con el que los nutrientes y las
sustancias de desecho pasan respectivamente al interior y al exterior de las células
es, en general, inversamente proporcional al tamaño celular.
Este flujo puede afectar profundamente los ritmos metabólicos y de crecimiento
puesto que las velocidades de transporte son parcialmente dependientes de la
superficie de membrana disponible. En relación al tamaño celular, las células
pequeñas tienen mayor superficie relativa disponible que las células grandes. Este
hecho se hace más patente en el caso de los cuerpos esféricos, en los cuales el
volumen es una función del cubo del radio (V = 4/3 πr 3 ), mientras que la superficie
es función del cuadrado del radio (S = 4πr 2 ). La relación superficie/volumen de una
esfera puede por tanto ser expresada como 3/r. Las células con menor radio poseen
una relación superficie/volumen más ventajosa, y de ahí que puedan llevar a cabo
los intercambios con el medio en condiciones más ventajosas. Esta ventaja de las
células pequeñas permite que en general los procariotas alcancen mayores tamaños
de población que los eucariotas en la mayoría de los hábitats microbianos, debido a
las mayores tasas de crecimiento en comparación con los eucariotas. Estas tasas de
crecimiento y los tamaños de población alcanzados permiten a los procariotas
causar cambios importantes en los parámetros fisicoquímicos de un ecosistema en
tiempos relativamente cortos.
Varias razones explican el hecho de que las células procariotas sean más pequeñas
que las eucariotas, entre ellas podemos considerar las siguientes:
1. Tienen menor cantidad de moléculas con información genética:
Independientemente del tamaño de la célula, sólo contienen 1 o dos copias
de la mayor parte de los genes. Puesto que los genes actúan como moldes
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para la producción de ARN mensajeros transportadores de información, una
célula sólo puede producir un número limitado de ARN mensajeros en
determinado tiempo. Cuanto mayor sea el volumen del citoplasma celular más
difícil será sintetizar el número requerido de mensajes nucleares.
2. Conforme el tamaño de la célula se incrementa, la proporción entre superficie
/ volumen disminuye. La capacidad de una célula para intercambiar
sustancias en su ambiente es proporcional a la superficie. Si una célula crece
más de cierto tamaño, su superficie no sería suficiente para captar sustancias
(por ejemplo: oxígeno, nutrientes) necesarios para apoyar sus actividades
metabólicas.
3. Una célula depende en gran medida del movimiento al azar de las moléculas
(difusión). Por ejemplo: el oxígeno debe difundir desde la superficie hasta el
interior de las mitocondrias. Conforme la célula aumenta de tamaño y la
distancia de la superficie al interior también crece, el tiempo requerido para
que la difusión desplace las sustancias hacia adentro y hacia fuera de la
célula metabólicamente activa puede ser prohibitivamente prolongado.
4. Carecen de citoesqueleto: esta ultraestructura posibilita en las células
eucariotas la generación de la motilidad celular interna y la generación de
corrientes citoplasmáticas que contribuyen a una más rápida movilización de
nutrientes y desechos del metabolismo.
5. Carecen de sistema de endomembranas lo que genera una
compartimentalización interna con la posibilidad de realizar transporte
mediado por vesículas como la endocitosis y exocitosis presente en células
eucariotas.
A) r = 1 µm
Área de superficie = 12,6
µm 2
4 π r 2
Volumen = 4,2 µm 3
Superficie / Volumen = 3
B) r = 2 µm
Área de superficie = 50,3
µm 2
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Apunte cátedra Biología, Facultad Agronomía UNLPam. O. Naab. 2007.
A
B
r
r
2