LA CÉLULA
Hooke, Robert (1635-1703), científico inglés,
conocido por su estudio de la elasticidad.
Hooke aportó también otros conocimientos en varios campos de la ciencia.
Nació en la isla de
Wight y estudió en la Universidad de
Oxford. Fue ayudante del físico británico Robert Boyle, a quien ayudó en
la construcción de
la bomba de aire.
Hooke realizó algunos de los descubrimientos e invenciones más importantes de
su tiempo,
aunque en muchos casos no consiguió terminarlos. Formuló la teoría del movimiento planetario
como un problema de mecánica,
y comprendió, pero no desarrolló matemáticamente, la teoría fundamental con la
que Isaac Newton formuló
la ley de
la gravitación. Entre las aportaciones más importantes de Hooke están la formulación
correcta de la teoría de la elasticidad (que establece que un cuerpo elástico
se estira proporcionalmente a la fuerza que
actúa sobre él), conocida como ley de Hooke, y el análisis de
la naturaleza de
la combustión.
Fue el primero en utilizar el resorte espiral para la regulación de los relojes
y desarrolló mejoras en los relojes de péndulo. Hooke también fue pionero en
realizar investigaciones microscópicas
y publicó sus observaciones, entre las que se encuentra el descubrimiento
de las células vegetales.Célula
La célula es
una unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. Todos los
organismos vivos están formados por células, y en general se acepta que ningún
organismo es un ser vivo si no consta al menos de una célula. Algunos
organismos microscópicos, como bacterias y protozoos,
son células únicas, mientras que los animales y plantas están
formados por muchos millones de células organizadas entejidos y
órganos. Aunque los virus y
los extractos acelulares realizan muchas de las funciones propias
de la célula viva,
carecen de vida independiente, capacidad de crecimiento y reproducción propias
de las células y, por tanto, no se consideran seres vivos. La biología estudia las
células en función de
su constitución molecular
y la forma en que cooperan entre sí para constituir organismos muy complejos,
como el ser humano. Para poder comprender
cómo funciona el cuerpo humano sano,
cómo se desarrolla y envejece y qué falla en caso de enfermedad, es
imprescindible conocer las células que lo constituyen.
CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS
CÉLULAS
Hay células de formas y tamaños muy
variados. Algunas de las células bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica
de menos de una micra o µm (1 µm es igual a una millonésima de metro) de
longitud. En el extremo opuesto se encuentran las células nerviosas,
corpúsculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden
alcanzar varios metros de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un
ejemplo espectacular). Casi todas las células vegetales tienen entre 20 y 30 µm
de longitud, forma poligonal y pared celular rígida. Las células de los tejidos
animales suelen ser compactas, entre 10 y 20 µm de diámetro y con una membrana
superficial deformable y casi siempre muy plegada.
Pese a las muchas diferencias de
aspecto y función, todas las células están envueltas en una membrana —llamada
membrana plasmática— que encierra una sustancia rica en agua llamada
citoplasma. En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones
químicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar
residuos. El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (término
que proviene de una palabra griega que significa cambio).
Todas las células contienen información hereditaria
codificada en moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN);
esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y
el paso de los caracteres a la descendencia. Estas y otras numerosas
similitudes (entre ellas muchas moléculas idénticas o casi idénticas)
demuestran que hay una relación evolutiva entre las células actuales y las
primeras que aparecieron sobre la Tierra.
COMPOSICIÓN QUÍMICA
En los organismos vivos no hay nada que
contradiga las leyes de
la química y
la física.
La química de los seres vivos, objeto de estudio de la bioquímica,
está dominada por compuestos de carbono y
se caracteriza por reacciones acaecidas en solución acuosa y en un intervalo de
temperaturas pequeño. La química de los organismos vivientes es muy compleja,
más que la de cualquier otro sistema químico
conocido. Está dominada y coordinada por polímeros de gran tamaño, moléculas
formadas por encadenamiento de subunidades químicas; las propiedades únicas de
estos compuestos permiten a células y organismos crecer y reproducirse. Los
tipos principales de macromoléculas son las proteínas,
formadas por cadenas lineales de aminoácidos; los ácidos nucleicos,
ADN y ARN, formados por bases nucleotídicas, y los polisacáridos, formados por
subunidades de azúcares.
CÉLULAS PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS
Entre las células procariotas y
eucariotas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna.
Las procarióticas, que comprenden bacterias y cianobacterias (antes llamadas
algas verdeazuladas), son células pequeñas, entre 1 y 5 µm de diámetro, y
de estructura sencilla;
el material genético (ADN) está concentrado en una región, pero no hay ninguna
membrana que separe esta región del resto de la célula. Las células
eucariotas, que forman todos los demás organismos vivos, incluidos protozoos,
plantas, hongos y
animales, son mucho mayores (entre 10 y 50 µm de longitud) y tienen el material
genético envuelto por una membrana que forma un órgano esférico conspicuo
llamado núcleo. De hecho, el término eucariótico deriva del griego ‘núcleo
verdadero’, mientras que procariótico significa ‘antes del núcleo’.
PARTES DE LA CÉLULA
El núcleo
El órgano más conspicuo en casi todas
las células animales y vegetales es el núcleo; está rodeado de forma
característica por una membrana, es esférico y mide unas 5 µm de diámetro.
Dentro del núcleo, las moléculas de ADN y proteínas están organizadas en cromosomas que
suelen aparecer dispuestos en pares idénticos. Los cromosomas están muy
retorcidos y enmarañados y es difícil identificarlos por separado. Pero justo
antes de que la célula se divida, se condensan y adquieren grosor suficiente
para ser detectables como estructuras independientes.
El ADN del interior de cada cromosoma es una molécula única muy larga y
arrollada que contiene secuencias lineales de genes. Éstos encierran a su vez
instrucciones codificadas para la construcción de las moléculas de proteínas y
ARN necesarias para producir una copia funcional de la célula.
El núcleo está rodeado por una membrana
doble, y la interacción con
el resto de la célula (es decir, con el citoplasma) tiene lugar a través de
unos orificios llamados poros nucleares. El nucleolo es una región especial en
la que se sintetizan partículas que contienen ARN y proteína que migran al
citoplasma a través de los poros nucleares y a continuación se modifican para
transformarse en ribosomas.
El núcleo controla la síntesis de
proteínas en el citoplasma enviando mensajeros moleculares. El ARN mensajero
(ARNm) se sintetiza de acuerdo con las instrucciones contenidas en el ADN y
abandona el núcleo a través de los poros. Una vez en el citoplasma, el ARNm se
acopla a los ribosomas y codifica la estructura primaria de una proteína
específica.
Citoplasma y citosol
El citoplasma comprende todo el volumen de
la célula, salvo el núcleo. Engloba numerosas estructuras especializadas y
orgánulos, como se describirá más adelante.
La solución acuosa concentrada en la
que están suspendidos los orgánulos se llama citosol. Es un gel de base acuosa
que contiene gran cantidad de moléculas grandes y pequeñas, y en la mayor parte
de las células es, con diferencia, el compartimiento más voluminoso (en las
bacterias es el único compartimiento intracelular). En el citosol se producen
muchas de las funciones más importantes de mantenimiento celular,
como las primeras etapas de descomposición de moléculas nutritivas y la
síntesis de muchas de las grandes moléculas que constituyen la célula.
Aunque muchas moléculas del citosol se
encuentran en estado de
solución verdadera y se desplazan con rapidez de un lugar a otro por difusión
libre, otras están ordenadas de forma rigurosa. Estas estructuras ordenadas
confieren al citosol una organización interna que actúa como marco para la
fabricación y descomposición de grandes moléculas y canaliza muchas de las
reacciones químicas celulares a lo largo de vías restringidas.
Citoesqueleto
El citoesqueleto es una red de filamentos
proteicos del citosol que ocupa el interior de todas las células animales y
vegetales. Adquiere una relevancia especial en las animales, que carecen de
pared celular rígida, pues el citoesqueleto mantiene la estructura y la forma
de la célula. Actúa como bastidor para la organización de la célula y la
fijación de orgánulos y enzimas.
También es responsable de muchos de los movimientos celulares. En muchas
células, el citoesqueleto no es una estructura permanente, sino que se
desmantela y se reconstruye sin cesar. Se forma a partir de tres tipos principales
de filamentos proteicos: microtúbulos, filamentos de actina y filamentos
intermedios, unidos entre sí y a otras estructuras celulares por diversas
proteínas.
Los movimientos de las células
eucarióticas están casi siempre mediatizados por los filamentos de actina o los
microtúbulos. Muchas células tienen en la superficie pelos flexibles llamados
cilios o flagelos, que contienen un núcleo formado por un haz de microtúbulos
capaz de desarrollar movimientos de flexión regulares que requieren energía. Los
espermatozoides nadan con ayuda de flagelos, por ejemplo, y las células que
revisten el intestino y otros conductos del cuerpo de los vertebrados tienen en
la superficie numerososcilios que impulsan líquidos y partículas en una dirección determinada.
Se encuentran grandes haces de filamentos de actina en las células musculares
donde, junto con una proteína llamada miosina, generan contracciones poderosas.
Los movimientos asociados con la división celular dependen en animales y
plantas de los filamentos de actina y los microtúbulos, que distribuyen los
cromosomas y otros componentes celulares entre las dos células hijas en fase de
segregación. Las células animales y vegetales realizan muchos otros movimientos
para adquirir una forma determinada o para conservar su compleja estructura
interna.
Mitocondrias y cloroplastos
Las mitocondrias son uno de los
orgánulos más conspicuos del citoplasma y se encuentran en casi todas las células
eucarióticas. Observadas al microscopio,
presentan una estructura característica: la mitocondria tiene forma alargada u
oval de varias micras de longitud y está envuelta por dos membranas distintas,
una externa y otra interna, muy replegada.
Las mitocondrias son los orgánulos
productores de energía. La célula necesita energía para crecer y multiplicarse,
y las mitocondrias aportan casi toda esta energía realizando las últimas etapas
de la descomposición de las moléculas de los alimentos.
Estas etapas finales consisten en el consumo de oxígeno y
la producción de
dióxido de carbono, proceso llamado respiración,
por su similitud con la respiración pulmonar. Sin mitocondrias, los animales y
hongos no serían capaces de utilizar oxígeno para extraer toda la energía de
los alimentos y mantener con ella el crecimiento y la capacidad de
reproducirse. Los organismos llamados anaerobios viven en medios sin
oxígeno, y todos ellos carecen de mitocondrias.
Los cloroplastos son orgánulos aún
mayores y se encuentran en las células de plantas y algas, pero no en las de
animales y hongos. Su estructura es aún más compleja que la mitocondrial:
además de las dos membranas de la envoltura, tienen numerosos sacos internos
formados por membrana que encierran el pigmento verde llamado clorofila. Desde
el punto de vista de la vida terrestre, los cloroplastos desempeñan una función
aún más esencial que la de las mitocondrias: en ellos ocurre la fotosíntesis;
esta función consiste en utilizar la energía de la luz solar
para activar la síntesis de moléculas de carbono pequeñas y ricas en energía, y
va acompañado de liberación de oxígeno. Los cloroplastos producen tanto las
moléculas nutritivas como el oxígeno que utilizan las mitocondrias.
Membranas internas
Núcleos, mitocondrias y cloroplastos no
son los únicos orgánulos internos de las células eucarióticas delimitados por
membranas. El citoplasma contiene también muchos otros orgánulos envueltos por
una membrana única que desempeñan funciones diversas. Casi todas guardan
relación con la introducción de
materias primas y la expulsión de sustancias elaboradas y productos de
desecho por parte de la célula. Por ello, en las células especializadas en la
secreción de proteínas, por ejemplo, determinados orgánulos están muy
atrofiados; en cambio, los orgánulos son muy numerosos en las células de los
vertebrados superiores especializadas en capturar y digerir los virus y bacterias
que invaden el organismo.
La mayor parte de los componentes de la
membrana celular se forman en una red tridimensional
irregular de espacios rodeada a su vez por una membrana y llamada retículo
endoplasmático (RE), en el cual se forman también los materiales que
son expulsados por la célula. El aparato de Golgi está formado por pilas de
sacos aplanados envueltos en membrana; este aparato recibe las moléculas
formadas en el retículo endoplasmático, las transforma y las dirige hacia
distintos lugares de la célula.
Los lisosomas son pequeños orgánulos de
forma irregular que contienen reservas de enzimas necesarias para la digestión
celular de numerosas moléculas indeseables. Los peroxisomas son vesículas
pequeñas envueltas en membrana que proporcionan un sustrato delimitado para reacciones
en las cuales se genera y degrada peróxido de hidrógeno,
un compuesto reactivo que puede ser peligroso para la célula. Las membranas
forman muchas otras vesículas pequeñas encargadas de transportar materiales
entre orgánulos. En una célula animal típica, los orgánulos limitados por
membrana pueden ocupar hasta la mitad del volumen celular total.
División celular
Las plantas y los animales están
formados por miles de millones de células individuales organizadas en tejidos y
órganos que cumplen funciones específicas. Todas las células de cualquier
planta o animal han surgido a partir de una única célula inicial —el óvulo
fecundado— por un proceso de división. El óvulo fecundado se divide y forma dos
células hijas idénticas, cada una de las cuales contiene un juego de
cromosomas idéntico al de la célula parental. Después cada una de las células
hijas vuelve a dividirse de nuevo, y así continúa el proceso. Salvo en la
primera división del óvulo, todas las células crecen hasta alcanzar un tamaño
aproximado al doble del inicial antes de dividirse. En este proceso,
llamado mitosis,
se duplica el número de cromosomas (es decir, el ADN) y cada uno de los juegos duplicados
se desplaza sobre una matriz de
microtúbulos hacia un polo de la célula en división, y constituirá la dotación
cromosómica de cada una de las dos células hijas que se forman.
Pasos para la realización de la
división de las células
Ø La célula se prepara para dividirse.
Ø Los cromosomas se dividen.
Ø Se forma el huso acromático.
Ø Las cromátidas se alinean en el centro
de la célula.
Ø Las cromatidas se separan.
Ø La célula se estrecha por el centro.
Ø La membrana celular empieza a
dividirse.
Ø Las dos nuevas células hijas reciben la
misma dotación cromosómica.
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