De acuerdo con la teoría
celular, uno de los pilares de la biología moderna,:
Ctodos los organismos
vivientes están construídos por una o muchas células;
Clas reacciones químicas
de un organismo vivo, incluyendo sus procesos liberadores de energía y sus
reacciones biosintéticas, tienen lugar dentro de la célula;
Clas células se originan
en otras células; y
Clas células contienen la
información hereditaria de los organismos de los cuales son parte, y esta
información es traspasada de célula progenitora a célula hija.
A pesar de la diversidad
de los seres vivos, las células poseen cráteres anatómicos y bioquímicos de
funcionamiento, comunes. Todas las células están compuestas de los mismos
tipos, notablemente escasos, de átomos y moléculas. Estructuralmente, sea cual
sea el organismo al que pertenezcan, las células están constituídas,
básicamente, por una membrana celular ( también llamada plasmática) que las
separa de su ambiente externo, y material genético -la información
hereditaria- que dirige las actividades de las células y le permite
reproducirse[1].
Sin perjuicio de lo
dicho, existen muchísimos tipos celulares. Los tejidos humanos están
construídos por al menos doscientos tipos diferentes de células somáticas (del
cuerpo). Las plantas están compuestas de células que parecen muy diferentes a
las de los animales superiores y los insectos pueden tener muchas células de
tipos que no se encuentran ni en las plantas, ni en los vertebrados. Así, al
hecho notable de la similitud de las células cabe agregarle el de su
diversidad.
Las células o
protoplastos responden a uno de los dos tipos de la clasificación fundamental:
procariotas y eucariotas. La célula procariote forma siempre un ser
unicelular, mientras que la célula eucariote se da en seres uni- o
pluricelulares. Las células eucariotes, cuando participan de un organismo más
complejo, están diferenciadas y especializadas, son de forma y tamaño distinto
según su situación y su función, lo que determina también la configuración de
su estructura interna. No obstante es posible hacer referencia a ciertas
características compartidas, antes de hacer una presentación diferenciada.
La membrana o pared
celular, histoquímicamente, está compuesta por dos capas proteínicas, entre
las cuales se interpone una capa lipídica bimolecular[2];
a través de ella tienen lugar los intercambios osmóticos[3],
así como los activos de la célula de acuerdo a las necesidades de la misma o
de los tejidos de los que ella forma parte[4],
merced a la presencia de enzimas especiales que facilitan la entrada de
ciertas sustancias concretas.
►
En las procariotas las paredes celulares
contienen polisacáridos y polímeros complejos formados a partir de aminoácidos
y azúcares.
►
En las células vegetales, en cambio, la pared celular, que se
encuentra perforada por pequeños poros o plasmodesmos, está compuesta
básicamente por celulosa, hemicelulosa, lignina y pectina, que son secreciones
del propio citoplasma y que le permiten el crecimiento de la planta por
alargamiento celular.
Encerrado por la membrana
plásmica o, a veces, por un tabique, cada célula contiene un citoplasma dentro
del cual se diferencia el núcleo (eucariotas) o el núcleoide (procariotas).
En
el citoplasma -que es una solución acuosa concentrada que contiene enzimas,
muchas otras moléculas e iones- se encuentran numerosos orgánulos o partículas
que cumplen funciones específicas. Uno de ellos -presente tanto en las procariotas (aunque en menor medida), como en las eucariotas- son los
ribosomas[5]
sobre los cuales se ensamblan las proteínas.
No obstante las
similitudes, las distinciones entre los dos tipos basales, esto es: las
células procariotas y las eucariotas, merecen una presentación de sus
características propias de manera diferenciada.
Las células procariotas,
que conforman el reino Monera, han sido las únicas habitantes de la Tierra por
más de 2.000 millones de años, hasta que aparecieron las células eucariotas.
Las que hoy existen -las eubacterias- se clasifican en bacterias y
cianobacterias (grupo de procariotas fotosintéticas). Las células procariotas
constituyen, siempre, seres vivos unicelulares que pueden, en algunas
especies, coexistir en racimos o colonias.
La característica más
prominente en la célula procariota es el núcleoide, la región en la cual está
situado el cromosoma. Todos los cromosomas procariotas analizados hasta el
momento(*) han mostrado que consisten en una sola molécula continua
“circular” de ADN asociada a una pequeña cantidad de ARN y proteínas no histónicas. La célula procariota puede contener también uno o dos plásmidos[6].
El citoplasma de la
mayoría de las procariotas carece relativamente de estructura interna, aunque
tiene una apariencia granulada dada por sus muchos ribosomas, generalmente
carece de orgánulos y de divisiones citoplasmáticas. La excepción la
constituyen las cianobacterias que contienen un extenso sistema de membranas
que lleva clorofila y otros pigmentos fotosintéticos.
La membrana celular de
las procariotas carece de colesterol u otros esteroides (con excepción de los
mycoplasmas[7],
que sí los tienen). Poseen, además una pared celular que da a los diferentes
tipos sus configuraciones características; esta pared permite la integridad de
las procariotas que, al ser hipertónicas en relación con su ambiente (con
excepción de los mycoplasmas descritos en la nota 20), estallarían de no
tenerla.
Algunos tipos de
bacterias tienen extensiones largas y delgadas, conocidas como flagelos y
pelos. Cada flagelo bacteriano está constituído por una pequeñísima proteína
globular, la flagelina, ensamblada en cadenas de triple hélice con una zona
central hueca, carecen de la membrana que se observa en las eucariotas y
constituyen el medio de movilidad de las células, cuando éstas habitan en un
medio acuoso[8].
La dirección y tipo de movimiento están dados por los gradientes de
concentración de las sustancias químicas atractivas o dañinas presentes en el
medio circundante, medidos por los receptores de la membrana celular. Los
pelos, ensamblados a las bacterias en monómeros de proteína (la pilina), son
varillas cilíndricas rígidas. Sirven para unir las bacterias a una fuente
alimenticia, a la superficie de un líquido, o a dos bacterias en conjugación.
Las formas no flageladas o pilosas se mueven deslizándose sobre la superficie
de un mucus o mucílago secretado por la misma bacteria.
El método más antiguo
para identificar a las bacterias ha sido por su forma:
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bacilos
dentro de los cuales se encuentra la famosa Escherichia coli, tienen forma de bastones rectos, habitualmente se separan después de la división celular que se produce siempre transversalmente; incluyen las bacterias que causan el tétano, la difteria y la tuberculosis. |
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cocos
de forma esférica que pueden formar pares (diplococos), ramilletes (estafilococos) o cadenas (estreptococos), son los causantes de la neumonía bacteriana, la fermentación del queso y la oxidación amoníaco a nitrato, en el suelo. |
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espirilos (o espiroquetas)
se presentan como largas varillas arrolladas helicoidalmente y son menos comunes pero más fáciles de reconocer; tienen una estructura, conocida como filamento axial, constituído por dos conjuntos de fibrillas unidos a cada extremo de la célula, estos filamentos son flagelos modificados arrollados alrededor de la célula entre la membrana y la pared celular; entre ellos está la bacteria causante de la sífilis. |
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vibriones
son bastones cortos y encorvados y se cree que están constituidos por hélices incompletas. |
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Otra clasificación
posible de las procariotas es la dada por su diversidad metabólica:
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heterótrofos, son
organismos que deben alimentarse de sustancias orgánicas formadas por otros
organismos para obtener energía y pequeñas moléculas estructurales.
La
mayoría de las procariotas son heterótrofos y, de ellos, más comúnmente,
saprobios (es decir, se alimentan de sustancia orgánica muerta) por lo que son
responsables de la degradación y reciclaje del material orgánico en el suelo,
con la consiguiente importancia para los ecosistemas. Otras bacterias son
parásitas (es decir, se alimentan de materia orgánica viva) algunas de ellas
son beneficiosas para sus hospedadores (los que pueden ser otras bacterias,
vegetales o animales, incluído, por supuesto, el hombre), mientras que otras
son patógenas y causantes de enfermedades en sus huéspedes.
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autótrofos
quimiosintéticos, son organismos capaces de sintetizar todas las moléculas
a partir de sustancias inorgánicas simples y usando como fuente de energía la
oxidación de compuestos inorgánicos.
Muchos de
ellos son anaeróbicos obligados (es decir que no pueden vivir en presencia de
oxígeno). Participan y hacen posible la asimilación de nitrógeno y azufre en
los ciclos de los vegetales al sintetizar -a partir del amonio o amoníaco de
los desechos orgánicos y en distintas etapas cumplidas por distintos grupos de
bacterias- nitrato y sulfato, respectivamente, que son las formas en que
aquellos elementos pueden ser absorbidos por las raíces de las plantas.
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autótrofos
fotosintéticos, la fotosíntesis es llevada a cabo anaeróbicamente
y nunca resulta en la producción de oxígeno. Existen tres linajes filogenéticos de este tipo de eubacterias:
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las cianobacterias,
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las bacterias verdes y
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las bacterias purpúreas (estos dos
últimos tipos incluyen las bacterias con (tiobacterias) y sin azufre).
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Su
designación está determinada por pigmentos que le dan su color característico,
denominados bacterioclorofitas, que son de tipos que difieren bastante, en
algunos casos, de los de las células eucariotas. Las
cianobacterias contienen clorofila a y descomponen el agua durante la
fotosíntesis, produciendo oxígeno molecular. Debe su nombre al color (verdeazulado)
de la espuma que forma en los estanques de agua dulce donde prosperan (aunque
las hay doradas, rojas, amarillas, violetas, azul-negro, verde esmeralda y
azules, y algunas especies se difunden en el suelo). La clorofila y los
pigmentos accesorios no están contenidos en cloroplastos, como en las células
eucariotas fotosintéticas, sino que forman parte de un sistema de membranas
distribuído en la zona periférica de la célula. Algunas especies son fijadoras
de nitrógeno[9]
y dada su independencia nutritiva, las cianobacterias son capaces de colonizar
áreas desnudas de roca y suelo[10].
|
Del griego eu, bueno,
verdadero + karyon, nuez, núcleo. Las eucariotas son las células que tienen un
verdadero núcleo diferenciado, rodeado por una membrana, orgánulos en el
citoplasma y cromosomas en los que el ADN está combinado con proteínas
histonas. Son la unidad biológica de los reinos Protista, Hongos, Vegetal y
Animal, y pueden constituir seres vivos uni- o pluricelulares.
La aparición de las
eucariotas fue el siguiente paso en la evolución.
Lynn Margulis, en su
teoría endosimbiótica propone que se originaron a partir de una primitiva
célula procariota, que perdió su pared celular, lo que le permitió aumentar de
tamaño, esta primitiva célula conocida con el nombre de urcariota en un
momento dado, habría englobado a otras células procarióticas, estableciéndose
entre ambas una relación endosimbionte.
Las primitivas bacterias
(arqueobacterias y eubacterias, ambas procariotas) extraían el hidrógeno
necesario no del agua (H2O) que al liberar el oxígeno podía hacerlas estallar
en llamas sino de los compuestos como el sulfuro de hidrógeno (S2O). Ciertas
mutaciones genéticas (que les permitieron sintetizar enzimas) en el grupo de
las cianobacterias llevó a que pudieran extraer el hidrógeno de la fuente más
abundante de esa etapa: el agua. A partir de entonces, las crecientes
poblaciones de cianobacterias -en las aguas poco profundas- bombearon oxígeno
imparablemente: primero se oxidó el hierro disuelto en las aguas, que se
precipitó en el fondo de los océanos, luego el oxigeno se disolvió en el agua
misma y después saturo el aire dándole la tonalidad azul que hoy recordamos...
El boom del oxígeno, hace entre 2.200 y 1.800 millones de años, trajo consigo
una crisis mundial: algunos organismos arcaicos sucumbieron, pero otros
establecieron provechosas alianzas, trabajando juntas, intercambiando
servicios biológicos que las ayudase a trasladarse, a fabricar alimento, a
reproducirse; muchas veces una especie viviendo dentro de otra: este es el
origen –según observó Lynn Margulis- de la célula eucariota. Las mitocondrias
del citoplasma de las eucariotas se asemeja a algunas bacterias purpúreas
usuarias de oxigeno y la mayor parte de los cloroplastos comparten
características con las proclorofitas, parientes muy cercanos de las
cianobacterias. Así se advierte que –en este episodio inicial de los
organismos superiores- la historia de la evolución es bien diferente de la
imagen tradicional de competición asesina[11].
Algunas fueron las
precursoras de los peroxisomas, con capacidad para eliminar sustancias tóxicas
formadas por el creciente aumento de oxígeno en la atmósfera. Otras fueron las
precursoras de las mitocondrias, encargadas en un principio de proteger a la
célula huésped contra su propio oxígeno. Por último, algunas células
procariotas fueron las precursoras de los cloroplastos. De hecho, mitocondrias
y cloroplastos son similares a las bacterias en muchas características y se
reproducen por división. Poseen su propio ADN y poseen ARN ribosómicos
semejantes a los de las bacterias.
La incorporación
intracelular de estos organismos procarióticos a la primitiva célula urcariota,
le proporcionó dos características fundamentales de las que carecía:
| Ä |
la capacidad de un
metabolismo oxidativo, con lo cual la célula anaerobia pudo convertirse en
aerobia, y
|
| Ä |
la posibilidad de
realizar la fotosíntesis y por tanto ser un organismo autótrofo capaz de
utilizar como fuente de carbono el CO2 para producir moléculas orgánicas.
|
La característica
estructural más sobresaliente de las células eucariotas es su núcleo
(=cuerpo grande), el que desempeña dos
funciones fundamentales para la célula:
|
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lleva la información
hereditaria que determina si un tipo particular de célula se desarrollará en
un organismo en particular; información que pasa a cada una de las células
hijas cuando se produce la división celular, y
|
|
ejerce una influencia
continua sobre las actividades de la célula, asegurando que las moléculas
complejas que ella requiere se sinteticen en la cantidad y tipo necesario.
|
Frecuentemente
esférico, envuelto en dos membranas concéntricas bimoleculares lípidas, la fusión de ambas conforma los poros nucleares, por
donde circulan los materiales entre el núcleo y el citoplasma que rodea a
aquél. Los cromosomas se encuentran en el núcleo que, cuando la célula no se
está dividiendo, aparecen como una maraña de hilos delgados, llamada
cromatina. Además, dentro del núcleo se encuentran, típicamente, dos núcleolos
que es el lugar donde se construyen las subunidades ribosómicas.
El citoplasma eucariótico
es el medio fluído estructurado por un citoesqueleto donde se llevan a cabo
las reacciones químicas específicas de cada tipo de célula, éste mantiene la
configuración interna de la célula, le permite moverse, fija sus orgánulos y
dirige su tránsito.
| Dentro de su configuración
se distinguen: |
| ß |
los filamentos
integrantes del citoesqueleto son de tres tipos: los microtúbulos (proteínas
globulares que desempeñan un importante papel en la división celular y forman
parte de los cilios y flagelos), los filamentos de actina (formados por
proteína globular actina, conforman un enrejado cercano a la membrana celular
conocido como fibras de estrés) y los filamentos intermedios (constituídos
por proteínas fibrosas, están presentes en células epiteliales -que tapizan
órganos, etc.- y células sometidas a esfuerzo físico).
|
| ß |
también forman parte del
citoplasma las vesículas, subdivisión celular encargada del transporte de
materiales tanto hacia como desde el interior de la célula. Además, las
células vegetales contienen vacuolas o espacios de agua y solutos rodeado por
una membrana o tonoplasto, que desempeñan las mismas funciones que las
vesículas.
|
| ß |
por su parte los
ribosomas son los orgánulos más abundantes dentro del citoplasma. Su
constitución es similar en procariotas y eucariotas; son los sitios donde se
lleva a cabo el acoplamiento de los aminoácidos para conformar las cadenas
polipéptidas (moléculas de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos). El tipo
y modo de uso de cada una de las proteínas que una célula sintetiza determina
el emplazamiento de los ribosomas dentro del citoplasma; muchos de ellos se
encuentran unidos al retículo endoplasmático.
|
| ß |
El
retículo endoplasmático es un complejo sistema de membranas internas y
sacos aplanados unidos entre sí por tubos y canales que aumenta o disminuye de
acuerdo con la actividad de la célula. Porciones de él aparecen rugosas cuando
llevan adheridos ribosomas, y lisos cuando, no. La proteína, que comienza a
ser sintetizada en el ribosoma, penetra en el lumen del retículo
endoplasmático y a través de él es transportada hacia el complejo de Golgi,
continuado su procesamiento (habitualmente se le adhieren carbohidratos o
lípidos). En los complejos de Golgi, que son
sacos aplanados apilados sueltos unos sobre otros, se compactan y distribuyen
las vesículas recibidas del retículo endoplasmático incorporándolas en nuevas
vesículas de transporte que llevan los lípidos y las proteínas sintetizados al
citoplasma celular o a la membrana externa para su exportación fuera de la
célula. Una de las vesículas
formadas en el complejo de Golgi es el lisosoma. Los lisosomas
contienen y aíslan enzimas hidrolíticas implicadas en la degradación de
proteínas, lípidos y polisacáridos. Son fundamentales para operar la
destrucción de macromoléculas extrañas, fagocitadas por la célula, a las que
destruyen una vez que se unen a las vacuolas en los que fueron incorporadas[12].
|
| ß |
Otro de los orgánulos
celulares son las mitocondrias, donde se lleva a cabo la degradación de
moléculas orgánicas productoras de energía y el almacenamiento de dicha
energía en unidades aptas para su uso en los procesos celulares. Es aquí donde
se produce el ATP o adenosinatrifosfato, principal transporte de energía de
los sistemas vivos. Las mitocondrias, al igual que los cloroplastos, contienen
su propio ADN, que como en las procariotas no está asociado con histonas; este
ADN se replica dentro del orgánulo y forma nuevas mitocondrias.
Los cloroplastos (que
contienen clorofila y donde se lleva a cabo la fotosíntesis) son uno de los
tipos de plástidos -orgánulos que sólo se encuentran en células vegetales- y
cumplen funciones similares a las mitocondrias. Las otras dos clases de
plástidos son: los leucoplastos (que almacenan almidón y, a veces, proteínas y
aceites) y los cromoplastos (que contienen pigmentos y se asocian a los
colores de las plantas). (ver Gráfico 3). |
Bibliografía complementaria:
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APUNTES Y
ACTUALIDAD
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NOTAS:
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