UD 7. LA CÉLULA COMO UNIDAD ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL DE LOS SERES VIVOS
UNIDAD
7. LA CÉLULA COMO UNIDAD ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL DE LOS SERES VIVOS.
1. Introducción 2. El descubrimiento de la célula y la teoría celular.
3. Técnica de estudio celular. Microscopía.
4. Niveles de organización celular.
4.1 Estructura de la célula procariota.
4.2 Estructura de la célula eucariota.
4.3 Diferencias entre la célula procariota y eucariota.
4.4 Diferencias entre la célula eucariota animal y vegetal.
5. Unidades de medida en citología.
6. La forma y el tamaño de la célula eucariota
6.1 La forma de la célula
6.2 El tamaño de la célula
6.3 Relación entre el tamaño, la forma y el estado de la célula
Índice PAU.B.1. Teoría celular (TC) y tipos de células. B.1.1. Teoría celular e implicaciones biológicas.
• Los postulados de la TC. Breve referencia a los investigadores principales.
B.1.2. Diferenciación de imágenes obtenidas por microscopía óptica y electrónica, teniendo en cuenta el poder de resolución de cada una de ellas y las técnicas de preparación de las muestras.
• Saber identificar el tipo de microscopía utilizado teniendo en cuenta el tamaño de los organismos o estructuras subcelulares estudiadas y el poder de resolución de cada tipo de microscopía (óptica o electrónica).
B.1.3. Comparación orgánulos de la célula eucariota (animal y vegetal) y procariota.
• Modelos de organización celular y diferencias significativas: procariota y eucariota (animal y vegetal).
• Se planteará como pregunta abierta - relacionar diferencias y semejanzas.
2. EL DESCUBRIMIENTO DE LA CÉLULA Y LA TEORÍA CELULAR 
Los primeros conocimientos de la célula datan del año 1665 cuando Robert Hooke publicó los resultados de las observaciones realizadas a una lámina de corcho con un microscopio construido por él mismo y que podía alcanzar 50X. Hooke pudo observar una serie de celdillas en la lámina de corcho a las que denominó células.
Posteriormente, Van Leeuwenhoek - padre la microbiología - (entre 1680 y 1720), un rico comerciante de hilos se dedicó a perfeccionar las lentes de aumento y construyó un microscopio simple que podía alcanzar los 200 amentos, favoreciendo el desarrollo en este campo (observó células de la sangre, esperma, microorganismos de agua dulce e incluso bacterias).
Sin embargo, no fue hasta 1831 una vez corregidas las aberraciones ópticas y mejoradas las técnicas de preparación microscópica cuando Brown descubre el núcleo en células vegetales. 
El inicio de la TC comenzaría unos años después a partir de los postulados de Schleiden y Schwann en 1838 con sus dos primeros principios. 
Más tarde, en 1855 Virchow contribuyó a mejorar la TC al aportar la idea sobre el origen de la célula con el tercer principio. A partir de entonces se produjeron importantes avances en el estudio de la citología y la genética, por lo que a partir de ello y de los actuales conocimientos sobre genética, se puede añadir un cuarto principio a la TC, quedando esta resumida en los siguientes postulados:
1. La célula es la unidad morfológica y estructural de los seres vivos, es decir, todos los seres vivos están constituidos por una o más células.
2. La célula es la unidad fisiológica de los seres vivos, es decir, es la unidad más pequeña capaz de realizar todos los procesos metabólicos necesarios para permanecer con vida.
3. La célula es la unidad reproductora de los seres vivos. Toda célula procede de otra célula preexistente. (omnis cellula e cellula)
4. La célula es la unidad genética autónoma de los seres vivos, ya que contiene toda la información sobre la síntesis de su estructura y el control de su funcionamiento, y es capaz de transmitirla a sus descendientes.
La TC fue aceptada por todos los científicos para todos los tejidos y organismos a excepción del tejido nervioso, ya que, entonces la teoría reticulista consideraba que el sistema nervioso estaba formado por una red en la que no existía separación entre las neuronas. Fue Santiago Ramón y Cajal, Premio Nobel de Medicina en 1906 el que hizo posible la generalización de la teoría celular a todos los tejidos al demostrar la individualidad de la neurona.
3. TÉCNICAS INSTRUMENTALES: MICROSCOPÍA El
tamaño de la mayor parte de las células está entre 1 y 100 µm,
por lo que su observación requiere el uso de microscopios,
cuyo perfeccionamiento ha sido determinante en los grandes avances
conseguidos en su estudio y conocimiento. Hay dos grandes tipos de
microscopios: ópticos
y electrónicos.
3.1
El microscopio óptico (MO)
Utilizan
la luz
visible
(haz
de luz)
o
algunos de sus componentes, como es el caso de la luz ultravioleta.
Se han desarrollado diferentes tipos de MO
para el estudio de las células y los tejidos.
Entre
las características
de un microscopio
destaca el poder
de resolución,
que es la distancia mínima entre dos puntos distintos que dicho
microscopio permite ver separados, es decir, como dos puntos
independientes. Este poder de resolución depende del propio
instrumento (lentes),
del
índice de refracción (el aire normalmente)
y de la longitud
de onda
de la luz utilizada (a
menor longitud de onda mayor resolución).
3.2
El microscopio electrónico (ME)
El
ME utiliza como fuente de iluminación un haz
de electrones
producidos en el cátodo, que se obtienen al calentar un filamento
metálico de tungsteno mediante una corriente eléctrica. El haz de
e-
se dirige hacia un ánodo, cargado positivamente =
lente
electromagnética,
con
el que se establece una diferencia de potencial, que en los ME
normales llega hasta 100.000 voltios.
La
ventaja fundamental de este tipo de ME
es que la longitud
de onda de los electrones es mucho menor que la de la luz,
lo que permite conseguir un poder
de resolución del orden de 1 a 2 nm.
La
preparación de las muestras es diferente. Hay
dos tipos básicos de ME en
los que se obtienen imágenes en blanco y negro:
- ME
de Transmisión o MET.
Requiere
muestras con cortes muy finos que dejen pasar el haz de e-.
Se pueden alcanzar resoluciones de 0.05nm permitiéndonos observar
virus, MP, apéndices bacterianos…
- ME
de Barrido.
Los e-
rebotan en la muestra, previamente cubierta con una capa de oro,
obteniendo una imagen 3D.
Tarea competencial. Explica las diferencias básicas entre las técnicas de microscopia electrónica y de microscopía óptica.Tipos de lentes. Son de cristal en el microscopio óptico y electromagnéticas en el microscopio electrónico.Fuente de energía. Se emplea un haz de luz en el microscopio óptico y un haz de electrones en el electrónico.Visualización. Tiene lugar en la lente del ocular en el óptico y en una pantalla en el electrónico.Poder de resolución. Es de 0,2 μm en el óptico y de 0,3 nm en el electrónico.
Tarea competencial. ¿Qué método de microscopía utilizarías para visualizar la estructura mitocondrial en una célula eucariota? ¿Y si se pretende observar la distribución de cilios en un protozoo ciliado?
Tarea competencial. Responde e Identifica el tipo de microscopía empleado para observar las siguientes imágenes:
- ¿Cuál es el tamaño medio de una célula procariota? ¿y el de una célula eucariota animal? ¿y vegetal? ¿y el tamaño medio de una mitocondria, un cloroplasto, un ribosoma y el núcleo?
- ¿Cuál es el poder de resolución de un MO, del MET y del MEB? qué podemos observar según dicho poder de resolución.
4. NIVELES DE ORGANIZACIÓN CELULAR La célula es la unidad estructural y funcional básica de los seres vivos. Sin embargo, a pesar de compartir una serie de características esenciales en cuanto a su estructura y función, no todas las células presentan el mismo nivel de complejidad, pudiéndose distinguir como señaló Edouard Chatton en 1925, dos modelos diferentes de organización celular: procariota y eucariota.Todas las células tienen unos componentes esenciales comunes: • Presentan una membrana plasmática que aísla a la célula del medio que las rodea constituyendo una barrera selectiva para el intercambio de sustancias con el exterior. • El interior celular o citoplasma contiene una serie de elementos (inclusiones, y en el caso de las células eucariotas, orgánulos) imprescindibles para el correcto funcionamiento de la célula. • Poseen moléculas en las que se almacena la información genética (ADN y ARN), así como los ribosomas implicados en la síntesis de proteínas.
4.1.
Estructura
de la célula procariota
Dado que la mayoría de las células son demasiado pequeñas para ser observadas a simple vista, su descubrimiento estuvo ligado al invento del microscopio, nombre que deriva de las palabras griegas “mikros” (pequeño) y “skopein” (ver, examinar). Muchos autores consideran que el inventor del microscopio fue Galileo, alrededor de 1610 después de haber inventado el telescopio.
Las
células procariotas son estructuralmente más simples que las
eucariotas y se sitúan en la base evolutiva de los seres vivos. La
mayoría de las células procariotas son de pequeño tamaño
(1-10µm), parecido al tamaño de los orgánulos de la célula
eucariota. La estructura procariota es característica y exclusiva de
las bacterias.
Básicamente,
una célula procariota presenta las siguientes estructuras:
-
Una
membrana
plasmática que
delimita el citoplasma celular. Regula el paso de sustancias a su través (nutrientes - desechos)
-
Rodeando
a la membrana existe una pared
bacteriana rígida
responsable de la forma de la célula. La composición y estructura
de la pared varía entre los principales grupos bacterianos: Gram + y Gram - VER PEPTIDOGLICANO - DÍANA DE AB.
-
El
citoplasma,
de aspecto granuloso, con ribosomas 70 S y diversas inclusiones con
sustancias de reserva (carbono, nitrógeno, fósforo…).
-
El
nucleoide, que
no está separado del citoplasma por membrana alguna, por ello se
dice que las células procariotas no presentan núcleo verdadero. El
material genético es ADN circular, bicatenario densamente
empaquetado, pudiendo presentar además plásmidos,
pequeñas
moléculas de ADN circular bicatenario, que portan información
adicional como la resistencia a los antibióticos.
-
Algunas
bacterias contienen además otros elementos, cuya presencia o no
varía de unos grupos a otros:
-
Flagelos
implicados en el movimiento.
-
Fimbrias y Pilis. El 1º, fimbria, participa en la adhesión de las bacterias al medio y/u hospedador (son más cortos y numerosos) y el 2º, pili sexual, en la
transmisión de la información genética durante la conjugación (menos numerosos y de mayor longitud)
-
Cápsulas o capas mucosas
que rodean la pared bacteriana (no en todas) y que en muchos casos son responsable
de la patogenicidad (impide acción fagocítica de macrófagos dificultando reconocimiento celular - defensiva). Es capaz de retener agua (reservorio de agua)
-
Sistemas internos de membrana
como las lamelas
que aparecen en bacterias fotosintéticas y que participan en la
fotosíntesis.
Tarea competencial. ¿Cómo se observaría una bacteria en un corte transversal al MET?La imagen que se obtenga dependerá del nivel de la célula al que se efectúe el corte. En todo caso, siempre se observará una pared celular gruesa por encima de una membrana plasmática, de estructura trilaminar (dos bandas densas separadas por una banda clara). Y, posiblemente, dependiendo del lugar de corte, observaremos:- Inclusiones de reserva electronclaras de carbono o lipídicas, e invaginaciones de la membrana, presentes en ciertas bacterias.
- Una zona de aspecto fibrilar, más clara, si el corte se realiza próximo al centro de la célula, que corresponderá al nucleoide, donde se aloja el material genético.
- Apéndices móviles, como los flagelos, e inmóviles, rígidos y más cortos, como fimbrias o pelos.
La teoría endosimbiótica (propuesta por Lynn Margulis)
sostiene que los diferentes orgánulos serían bacterias que fueron
fagocitadas o parasitaron a los urcariotas. En lugar de ser
digeridas, dichas bacterias quedaron en el interior de los urcariotas
realizando diferentes funciones en simbiosis con sus huéspedes.
Peroxisomas
y mitocondrias provendrían de bacterias aerobias
-
Los
cloroplastos derivarían de primitivas cianobacterias,
primeros organismos fotosintéticos.
"Todos somos comunidades de microbios; cada planta y cada animal de la Tierra es hoy producto de la simbiosis"
4.2.
Estructura
de la célula eucariota
Excepto
las bacterias, el resto de los seres vivos presentan una organización
celular eucariota. La célula eucariota consta de los siguientes
elementos:
-
La
membrana
plasmática,
que constituye el límite externo de la célula y cuya función
principal consiste en regular el transporte e intercambio de
sustancias entre el medio interno y el medio externo.
-
En
ocasiones, rodeando la membrana plasmática existe una pared
celular
rígida constituida principalmente por celulosa en las células
vegetales o por quitina en los hongos.
-
El
citoplasma
celular
contiene los orgánulos celulares y está ocupado por un entramado
de filamentos proteicos que componen el esqueleto celular denominado
citoesqueleto,
implicado en la formación de cilios y flagelos o en procesos como
la división celular.
-
Los
ribosomas
encargados de la síntesis de proteínas. A diferencia de los
ribosomas procariotas son 80S.
-
Mitocondrias
y cloroplastos,
orgánulos relacionados con la obtención de energía mediante los
procesos de respiración celular y fotosíntesis respectivamente.
Ambos están rodeados por una doble membrana. Los cloroplastos son
exclusivos de las células vegetales.
-
Las
células eucariotas poseen un complejo sistema interno de membranas
constituidos por el retículo
endoplasmático,
conectado con la membrana nuclear, y el aparato
de Golgi,
orgánulos relacionados con la biosíntesis de moléculas y su
distribución dentro de la célula. Otros orgánulos membranosos son
las vacuolas,
que alcanzan un gran desarrollo en las células vegetales, y los
lisosomas,
que contienen enzimas hidrolíticas y que participan en la digestión
celular.
-
Todas
las células eucariotas presentan un
núcleo
delimitado por una doble membrana. En su interior se encuentra la
cromatina,
constituida por ADN asociado a histonas. La membrana nuclear doble
tiene unos poros que comunican el nucleoplasma y el citoplasma.
A.
En 1665 Robert Hooke observó las células por primera en una lámina
de corcho con un microscopio construido por él mismo. Pero no fue
hasta 1831, una vez corregidas las aberraciones ópticas y mejoradas
las técnicas de preparación microscópica, cuando Brown descubre el
núcleo en células vegetales. El inicio de la teoría celular
comenzaría unos años después a partir de los postulados de
Schleiden y Schwann en 1838 con sus dos primeros principios. Más
tarde, en 1855 Virchow contribuyó a mejorar la teoría celular al
aportar la idea sobre el origen de la célula con el tercer
principio. A partir de entonces se produjeron importantes avances en
el estudio de la citología y la genética, por lo que a partir de
ello y de los actuales conocimientos sobre genética, se puede añadir
un cuarto principio a la teoría celular (TC), quedando esta resumida
en los siguientes postulados:
-
La
célula es la unidad morfológica y estructural de los seres vivos,
es decir, todos los seres vivos están constituidos por una o más
células.
-
La
célula es la unidad fisiológica de los seres vivos, es
decir, es la unidad más pequeña capaz de realizar todos los
procesos metabólicos necesarios para permanecer con vida.
-
La
célula es la unidad reproductora de los seres vivos. Toda
célula procede de otra célula preexistente.
-
La
célula es la unidad genética autónoma de los seres vivos,
ya que contiene toda la información sobre la síntesis de su
estructura y el control de su funcionamiento, y es capaz de
transmitirla a sus descendientes.
La
TC fue aceptada por todos los científicos para todos los tejidos y
organismos a excepción del tejido nervioso, ya que, entonces la
teoría reticulista consideraba que el sistema nervioso estaba
formado por una red en la que no existía separación entre las
neuronas. Fue Santiago Ramón y Cajal, Premio Nobel de
Medicina en 1906 el que hizo posible la generalización de la TC a
todos los tejidos al demostrar la individualidad de la neurona.
Diferencias
entre las células eucariotas animal y vegetal
Célula
Animal
Célula
Vegetal
Tamaño
Menor tamaño (10 – 50
µm)
Mayor tamaño (40 –
200 µm)
Posición del núcleo
Central
Lateral
Presencia de pared
NO
SI,
de celulosa
Matriz extracelular
SI, en algunas muy
desarrollada
NO
Aparato de golgi
Grande
Pequeño
Presencia de vacuolas
Varias pequeñas
Una grande
Presencia de glioxisomas
NO
SI
Presencia de
cloroplastos
NO
SI
Lisosomas
Muchos
Pocos
Presencia de centriolos
SI
NO
Presencia de cilios
En algunas
NO
Presencia de flagelos
En algunas
NO
Filamentos de actina y
miosina
SI
NO
Filamentos intermedios
SI
NO
Gránulos de almidón
NO
SI
Reserva de glucógeno
SI
NO
5.
UNIDADES
DE MEDIDA EN CITOLOGÍA
Aunque
algunas células como los huevos de las aves pueden ser observadas a
simple vista, en general son tan pequeñas que no se ven si no es con
la ayuda de un microscopio. Dado su ínfimo tamaño, la unidad de
medida utilizada para indicar sus dimensiones no es el milímetro, ya
que se tendrían que utilizar cifras con muchos decimales, siendo
incómodas de manejar, sino la micra
(µ),
que es la milésima
parte de un milímetro,
también denominada micrómetro
(µm).
1
mm = 1000 µ
1 µm = 10-3
mm 1
m = 1.000.000 µm
1 µm = 10-6
m
También
se utilizan unidades menores para hacer referencia a detalles de los
orgánulos celulares, por ejemplo el nanómetro
(nm),
que es la milésima
parte de una micra.
1
µm = 1000 nm o 103
nm, por lo tanto 1 nm = 10-3
µm, por lo tanto 1 nm = 10-6mm
y 10-9
m
Para
expresar las distancias entre las moléculas que forman las
macromoléculas de los orgánulos celulares se utiliza una unidad
todavía más pequeña, el ángstrom
(Å),
que es diez veces menor que un nanómetro, es decir, es la
diezmilésima
parte de una micra.
1
nm = 10 Å, por lo tanto 1 Å = 10-10
m
En
citología, además de las unidades de longitud se utilizan unidades
de masa, siendo la más utilizada para orgánulos
el: picogramo
o pg
(1pg = 10-12g),
y para macromoléculas
el Dalton
o Da
(1 Da = 1,66 x 10-24
g).
Para
macromoléculas
y pequeñas estructuras,
también se utiliza como medida de tamaño el Svedberg
(S),
que
es la unidad
de velocidad de sedimentación en centrífuga.
Por ejemplo, el ARNn alcanza los 45 S, los ribosomas de los
procariotas 70S o los de los eucariotas 80 S.
6.
LA
FORMA Y EL TAMAÑO DE LA CÉLULA EUCARIOTA
6.1.
La
forma de la célula
Las
células presentan una gran variabilidad de formas, pudiendo incluso
algunas no presentan una forma fija.
Las células con forma definida, puede ser redondeadas, elípticas,
fusiformes, estrelladas, prismáticas, aplanadas, etc., es decir, no
hay un prototipo de forma celular. El hecho de que normalmente se
represente como una circunferencia, o una elipse, con un punto que
representa el núcleo, es una mera simplificación de la realidad.
Muchas
células libres, por ejemplo, las amebas
y los leucocitos que presentan una membrana plasmática fácilmente
deformable
están cambiando ctem
de forma al emitir prolongaciones citoplasmáticas. Ver movimiento ameboide y fagocitosis leucocitos, también aquí
Las
células que se encuentran unidas a otras formando tejidos, si
carecen de una pared celular rígida, tiene una forma que depende, en
gran parte, de las tensiones
que en ella generan las uniones con las células contiguas.
Es
importante resaltar que la
forma de las células está estrechamente relacionada con la función
que desempeñan - ANATOMÍA & FISIOLOGÍA.
Así, las células musculares suelen ser alargadas y fusiformes
adaptadas, pues, para poderse contraer y relajar; las células del
tejido nervioso son irregulares y poseen numerosas prolongaciones, lo
que está relacionado con la capacidad de captar estímulos y de
transmitirlos.
En
resumen, la forma de las células está determinada básicamente por
su función y puede variar más o menos en relación con la ausencia
de pared celular rígida, tensiones de uniones a otras células
contiguas, viscosidad del citosol, fenómenos osmóticos y tipo de
citoesqueleto interno.
6.2.
El
tamaño de la célula
El
tamaño y la vida media de las células son extremadamente variable.
Así, las bacterias suelen medir entre 1 y 2 µm de longitud y la
mayoría de las células humanas entre 5 y 20 µm; por ejemplo, los
eritrocitos miden unos 7 µm de diámetro, las células del hígado o
hepatocitos 20 µm de diámetro, etc. Células por encima de estos
valores son también frecuentes, los espermatozoides humanos miden 53
µm, y el oocito humano mide unos 150 µm.
Los
oocitos de aves suelen ser las células más grandes, así el de
gallina mide 2,5 cm o el del avestruz que mide 7 cm de diámetro, sin
embargo, las células de mayor longitud son las neuronas
que, aunque su cuerpo sólo mide varias decenas de micras, sus
prolongaciones axonales pueden alcanzar en los grandes cetáceos,
varios metros de longitud.
La
vida media de las células también es muy variable, algunas células
del epitelio pulmonar duran pocas horas, los eritrocitos 100 días,
los hepatocitos 150 días o las neuronas que duran toda la vida.
6.3
Relación
entre tamaño, forma y estado de la célula
Los
factores
que limitan el tamaño
de las células son:
- en primer lugar la capacidad
de captación de nutrientes
del medio que las rodea y,
- en segundo lugar, la capacidad
funcional del núcleo.
Cuando
una célula tridimensional, por ejemplo, esférica aumenta de tamaño,
su volumen aumenta proporcionalmente al cubo del radio (V = 4/3πr3),
mientras que su superficie sólo aumenta en función del cuadrado del
radio (S = 4πr2),
es decir, aumenta mucho más su volumen que su superficie. Esto
implica que la relación
superficie / volumen disminuye,
lo cual supone un gran inconveniente para la supervivencia de la
célula, ya que la entrada de todos los nutrientes como el agua,
sales minerales, moléculas orgánicas, oxígeno, etc., está en
función de su superficie y, si ésta resulta insuficiente para
aportarlos a todos los orgánulos que contiene, la célula morirá.
Por este motivo, pocas células maduras son esféricas. La mayoría
son aplanadas, prismáticas o irregulares, para mantener la relación
superficie/volumen aproximadamente constante.
Otro
aspecto importante es que el aumento de volumen de las células no va
acompañado de un aumento de volumen del núcleo, por lo que, de
darse una aumento continuado de la célula, el núcleo acabaría
siendo incapaz de controlar las innumerables reacciones metabólicas
que se están realizando en su citoplasma. Dentro de un mismo tipo
celular una relación
superficie/volumen elevada
generalmente es características de células
jóvenes,
cuanto menor
sea esta relación superficie/volumen,
más próxima estará la célula
a su madurez,
es decir, estará próxima a dividirse, si tiene capacidad para ello,
o a morir, si no la tiene. Para esta apreciación, ayuda también
observar el grado de empaquetamiento de la cromatina. Una cromatina
poco condensada se relaciona con una célula muy activa y la
cromatina muy condensada con células inactivas.
1. EBAU.A) Teoría celular. (1 punto) B) Diferencias entre células animales y vegetales. (1 punto)
2. EBAU.Dibuja (de forma no muy birriosa) una célula procariota nombrando sus partes.Diferencias entre Pili (pelos) y fimbrias bacterianas.
3. EBAU. A. Nombra 5 diferencias entre célula eucariota vegetal y célula eucariota animal.B. Enumera las principales diferencias entre célula eucariota y procariota. (Obligatorio medidas)
3. Técnica de estudio celular. Microscopía.
4. Niveles de organización celular.
4.1 Estructura de la célula procariota.
4.2 Estructura de la célula eucariota.
4.3 Diferencias entre la célula procariota y eucariota.
4.4 Diferencias entre la célula eucariota animal y vegetal.
5. Unidades de medida en citología.
6. La forma y el tamaño de la célula eucariota
6.1 La forma de la célula
6.2 El tamaño de la célula
6.3 Relación entre el tamaño, la forma y el estado de la célula
• Los postulados de la TC. Breve referencia a los investigadores principales.
B.1.2. Diferenciación de imágenes obtenidas por microscopía óptica y electrónica, teniendo en cuenta el poder de resolución de cada una de ellas y las técnicas de preparación de las muestras.
• Saber identificar el tipo de microscopía utilizado teniendo en cuenta el tamaño de los organismos o estructuras subcelulares estudiadas y el poder de resolución de cada tipo de microscopía (óptica o electrónica).
B.1.3. Comparación orgánulos de la célula eucariota (animal y vegetal) y procariota.
• Modelos de organización celular y diferencias significativas: procariota y eucariota (animal y vegetal).
• Se planteará como pregunta abierta - relacionar diferencias y semejanzas.
Más tarde, en 1855 Virchow contribuyó a mejorar la TC al aportar la idea sobre el origen de la célula con el tercer principio. A partir de entonces se produjeron importantes avances en el estudio de la citología y la genética, por lo que a partir de ello y de los actuales conocimientos sobre genética, se puede añadir un cuarto principio a la TC, quedando esta resumida en los siguientes postulados:
2. La célula es la unidad fisiológica de los seres vivos, es decir, es la unidad más pequeña capaz de realizar todos los procesos metabólicos necesarios para permanecer con vida.
3. La célula es la unidad reproductora de los seres vivos. Toda célula procede de otra célula preexistente. (omnis cellula e cellula)
4. La célula es la unidad genética autónoma de los seres vivos, ya que contiene toda la información sobre la síntesis de su estructura y el control de su funcionamiento, y es capaz de transmitirla a sus descendientes.
3.1 El microscopio óptico (MO)
Utilizan la luz visible (haz de luz) o algunos de sus componentes, como es el caso de la luz ultravioleta. Se han desarrollado diferentes tipos de MO para el estudio de las células y los tejidos.
Entre las características de un microscopio destaca el poder de resolución, que es la distancia mínima entre dos puntos distintos que dicho microscopio permite ver separados, es decir, como dos puntos independientes. Este poder de resolución depende del propio instrumento (lentes), del índice de refracción (el aire normalmente) y de la longitud de onda de la luz utilizada (a menor longitud de onda mayor resolución).
3.2 El microscopio electrónico (ME)
El ME utiliza como fuente de iluminación un haz de electrones producidos en el cátodo, que se obtienen al calentar un filamento metálico de tungsteno mediante una corriente eléctrica. El haz de e- se dirige hacia un ánodo, cargado positivamente = lente electromagnética, con el que se establece una diferencia de potencial, que en los ME normales llega hasta 100.000 voltios.
La ventaja fundamental de este tipo de ME es que la longitud de onda de los electrones es mucho menor que la de la luz, lo que permite conseguir un poder de resolución del orden de 1 a 2 nm. La preparación de las muestras es diferente. Hay dos tipos básicos de ME en los que se obtienen imágenes en blanco y negro:
- ME
de Transmisión o MET.
Requiere
muestras con cortes muy finos que dejen pasar el haz de e-.
Se pueden alcanzar resoluciones de 0.05nm permitiéndonos observar
virus, MP, apéndices bacterianos…
- ME de Barrido. Los e- rebotan en la muestra, previamente cubierta con una capa de oro, obteniendo una imagen 3D.
- ¿Cuál es el tamaño medio de una célula procariota? ¿y el de una célula eucariota animal? ¿y vegetal? ¿y el tamaño medio de una mitocondria, un cloroplasto, un ribosoma y el núcleo?
- ¿Cuál es el poder de resolución de un MO, del MET y del MEB? qué podemos observar según dicho poder de resolución.
4.1. Estructura de la célula procariota
Dado que la mayoría de las células son demasiado pequeñas para ser observadas a simple vista, su descubrimiento estuvo ligado al invento del microscopio, nombre que deriva de las palabras griegas “mikros” (pequeño) y “skopein” (ver, examinar). Muchos autores consideran que el inventor del microscopio fue Galileo, alrededor de 1610 después de haber inventado el telescopio.
Las células procariotas son estructuralmente más simples que las eucariotas y se sitúan en la base evolutiva de los seres vivos. La mayoría de las células procariotas son de pequeño tamaño (1-10µm), parecido al tamaño de los orgánulos de la célula eucariota. La estructura procariota es característica y exclusiva de las bacterias.
Básicamente, una célula procariota presenta las siguientes estructuras:
-
Una membrana plasmática que delimita el citoplasma celular. Regula el paso de sustancias a su través (nutrientes - desechos)
-
Rodeando a la membrana existe una pared bacteriana rígida responsable de la forma de la célula. La composición y estructura de la pared varía entre los principales grupos bacterianos: Gram + y Gram - VER PEPTIDOGLICANO - DÍANA DE AB.
-
El citoplasma, de aspecto granuloso, con ribosomas 70 S y diversas inclusiones con sustancias de reserva (carbono, nitrógeno, fósforo…).
-
El nucleoide, que no está separado del citoplasma por membrana alguna, por ello se dice que las células procariotas no presentan núcleo verdadero. El material genético es ADN circular, bicatenario densamente empaquetado, pudiendo presentar además plásmidos, pequeñas moléculas de ADN circular bicatenario, que portan información adicional como la resistencia a los antibióticos.
-
Algunas bacterias contienen además otros elementos, cuya presencia o no varía de unos grupos a otros:
-
Flagelos implicados en el movimiento.
-
Fimbrias y Pilis. El 1º, fimbria, participa en la adhesión de las bacterias al medio y/u hospedador (son más cortos y numerosos) y el 2º, pili sexual, en la transmisión de la información genética durante la conjugación (menos numerosos y de mayor longitud)
-
Cápsulas o capas mucosas que rodean la pared bacteriana (no en todas) y que en muchos casos son responsable de la patogenicidad (impide acción fagocítica de macrófagos dificultando reconocimiento celular - defensiva). Es capaz de retener agua (reservorio de agua)
-
Sistemas internos de membrana como las lamelas que aparecen en bacterias fotosintéticas y que participan en la fotosíntesis.
- Inclusiones de reserva electronclaras de carbono o lipídicas, e invaginaciones de la membrana, presentes en ciertas bacterias.
- Una zona de aspecto fibrilar, más clara, si el corte se realiza próximo al centro de la célula, que corresponderá al nucleoide, donde se aloja el material genético.
- Apéndices móviles, como los flagelos, e inmóviles, rígidos y más cortos, como fimbrias o pelos.
La teoría endosimbiótica (propuesta por Lynn Margulis) sostiene que los diferentes orgánulos serían bacterias que fueron fagocitadas o parasitaron a los urcariotas. En lugar de ser digeridas, dichas bacterias quedaron en el interior de los urcariotas realizando diferentes funciones en simbiosis con sus huéspedes.
Peroxisomas y mitocondrias provendrían de bacterias aerobias
-
Los cloroplastos derivarían de primitivas cianobacterias, primeros organismos fotosintéticos.
4.2. Estructura de la célula eucariota
Excepto las bacterias, el resto de los seres vivos presentan una organización celular eucariota. La célula eucariota consta de los siguientes elementos:
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La membrana plasmática, que constituye el límite externo de la célula y cuya función principal consiste en regular el transporte e intercambio de sustancias entre el medio interno y el medio externo.
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En ocasiones, rodeando la membrana plasmática existe una pared celular rígida constituida principalmente por celulosa en las células vegetales o por quitina en los hongos.
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El citoplasma celular contiene los orgánulos celulares y está ocupado por un entramado de filamentos proteicos que componen el esqueleto celular denominado citoesqueleto, implicado en la formación de cilios y flagelos o en procesos como la división celular.
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Los ribosomas encargados de la síntesis de proteínas. A diferencia de los ribosomas procariotas son 80S.
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Mitocondrias y cloroplastos, orgánulos relacionados con la obtención de energía mediante los procesos de respiración celular y fotosíntesis respectivamente. Ambos están rodeados por una doble membrana. Los cloroplastos son exclusivos de las células vegetales.
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Las células eucariotas poseen un complejo sistema interno de membranas constituidos por el retículo endoplasmático, conectado con la membrana nuclear, y el aparato de Golgi, orgánulos relacionados con la biosíntesis de moléculas y su distribución dentro de la célula. Otros orgánulos membranosos son las vacuolas, que alcanzan un gran desarrollo en las células vegetales, y los lisosomas, que contienen enzimas hidrolíticas y que participan en la digestión celular.
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Todas las células eucariotas presentan un núcleo delimitado por una doble membrana. En su interior se encuentra la cromatina, constituida por ADN asociado a histonas. La membrana nuclear doble tiene unos poros que comunican el nucleoplasma y el citoplasma.
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La célula es la unidad morfológica y estructural de los seres vivos, es decir, todos los seres vivos están constituidos por una o más células.
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La célula es la unidad fisiológica de los seres vivos, es decir, es la unidad más pequeña capaz de realizar todos los procesos metabólicos necesarios para permanecer con vida.
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La célula es la unidad reproductora de los seres vivos. Toda célula procede de otra célula preexistente.
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La célula es la unidad genética autónoma de los seres vivos, ya que contiene toda la información sobre la síntesis de su estructura y el control de su funcionamiento, y es capaz de transmitirla a sus descendientes.
A. En 1665 Robert Hooke observó las células por primera en una lámina de corcho con un microscopio construido por él mismo. Pero no fue hasta 1831, una vez corregidas las aberraciones ópticas y mejoradas las técnicas de preparación microscópica, cuando Brown descubre el núcleo en células vegetales. El inicio de la teoría celular comenzaría unos años después a partir de los postulados de Schleiden y Schwann en 1838 con sus dos primeros principios. Más tarde, en 1855 Virchow contribuyó a mejorar la teoría celular al aportar la idea sobre el origen de la célula con el tercer principio. A partir de entonces se produjeron importantes avances en el estudio de la citología y la genética, por lo que a partir de ello y de los actuales conocimientos sobre genética, se puede añadir un cuarto principio a la teoría celular (TC), quedando esta resumida en los siguientes postulados:
La TC fue aceptada por todos los científicos para todos los tejidos y organismos a excepción del tejido nervioso, ya que, entonces la teoría reticulista consideraba que el sistema nervioso estaba formado por una red en la que no existía separación entre las neuronas. Fue Santiago Ramón y Cajal, Premio Nobel de Medicina en 1906 el que hizo posible la generalización de la TC a todos los tejidos al demostrar la individualidad de la neurona.
Diferencias entre las células eucariotas animal y vegetal
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Célula Animal |
Célula Vegetal |
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Tamaño |
Menor tamaño (10 – 50 µm) |
Mayor tamaño (40 – 200 µm) |
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Posición del núcleo |
Central |
Lateral |
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Presencia de pared |
NO |
SI, de celulosa |
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Matriz extracelular |
SI, en algunas muy desarrollada |
NO |
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Aparato de golgi |
Grande |
Pequeño |
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Presencia de vacuolas |
Varias pequeñas |
Una grande |
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Presencia de glioxisomas |
NO |
SI |
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Presencia de cloroplastos |
NO |
SI |
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Lisosomas |
Muchos |
Pocos |
|
Presencia de centriolos |
SI |
NO |
|
Presencia de cilios |
En algunas |
NO |
|
Presencia de flagelos |
En algunas |
NO |
|
Filamentos de actina y miosina |
SI |
NO |
|
Filamentos intermedios |
SI |
NO |
|
Gránulos de almidón |
NO |
SI |
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Reserva de glucógeno |
SI |
NO |
5. UNIDADES DE MEDIDA EN CITOLOGÍA
Aunque algunas células como los huevos de las aves pueden ser observadas a simple vista, en general son tan pequeñas que no se ven si no es con la ayuda de un microscopio. Dado su ínfimo tamaño, la unidad de medida utilizada para indicar sus dimensiones no es el milímetro, ya que se tendrían que utilizar cifras con muchos decimales, siendo incómodas de manejar, sino la micra (µ), que es la milésima parte de un milímetro, también denominada micrómetro (µm).
1 mm = 1000 µ 1 µm = 10-3 mm 1 m = 1.000.000 µm 1 µm = 10-6 m
También se utilizan unidades menores para hacer referencia a detalles de los orgánulos celulares, por ejemplo el nanómetro (nm), que es la milésima parte de una micra.
1 µm = 1000 nm o 103 nm, por lo tanto 1 nm = 10-3 µm, por lo tanto 1 nm = 10-6mm y 10-9 m
Para expresar las distancias entre las moléculas que forman las macromoléculas de los orgánulos celulares se utiliza una unidad todavía más pequeña, el ángstrom (Å), que es diez veces menor que un nanómetro, es decir, es la diezmilésima parte de una micra.
1 nm = 10 Å, por lo tanto 1 Å = 10-10 m
En citología, además de las unidades de longitud se utilizan unidades de masa, siendo la más utilizada para orgánulos el: picogramo o pg (1pg = 10-12g), y para macromoléculas el Dalton o Da (1 Da = 1,66 x 10-24 g).
Para macromoléculas y pequeñas estructuras, también se utiliza como medida de tamaño el Svedberg (S), que es la unidad de velocidad de sedimentación en centrífuga. Por ejemplo, el ARNn alcanza los 45 S, los ribosomas de los procariotas 70S o los de los eucariotas 80 S.
6. LA FORMA Y EL TAMAÑO DE LA CÉLULA EUCARIOTA
Las células presentan una gran variabilidad de formas, pudiendo incluso algunas no presentan una forma fija. Las células con forma definida, puede ser redondeadas, elípticas, fusiformes, estrelladas, prismáticas, aplanadas, etc., es decir, no hay un prototipo de forma celular. El hecho de que normalmente se represente como una circunferencia, o una elipse, con un punto que representa el núcleo, es una mera simplificación de la realidad.
Muchas células libres, por ejemplo, las amebas y los leucocitos que presentan una membrana plasmática fácilmente deformable están cambiando ctem de forma al emitir prolongaciones citoplasmáticas. Ver movimiento ameboide y fagocitosis leucocitos, también aquí
Las células que se encuentran unidas a otras formando tejidos, si carecen de una pared celular rígida, tiene una forma que depende, en gran parte, de las tensiones que en ella generan las uniones con las células contiguas.
Es importante resaltar que la forma de las células está estrechamente relacionada con la función que desempeñan - ANATOMÍA & FISIOLOGÍA. Así, las células musculares suelen ser alargadas y fusiformes adaptadas, pues, para poderse contraer y relajar; las células del tejido nervioso son irregulares y poseen numerosas prolongaciones, lo que está relacionado con la capacidad de captar estímulos y de transmitirlos.
En resumen, la forma de las células está determinada básicamente por su función y puede variar más o menos en relación con la ausencia de pared celular rígida, tensiones de uniones a otras células contiguas, viscosidad del citosol, fenómenos osmóticos y tipo de citoesqueleto interno.
6.2. El tamaño de la célula
El tamaño y la vida media de las células son extremadamente variable. Así, las bacterias suelen medir entre 1 y 2 µm de longitud y la mayoría de las células humanas entre 5 y 20 µm; por ejemplo, los eritrocitos miden unos 7 µm de diámetro, las células del hígado o hepatocitos 20 µm de diámetro, etc. Células por encima de estos valores son también frecuentes, los espermatozoides humanos miden 53 µm, y el oocito humano mide unos 150 µm.
Los oocitos de aves suelen ser las células más grandes, así el de gallina mide 2,5 cm o el del avestruz que mide 7 cm de diámetro, sin embargo, las células de mayor longitud son las neuronas que, aunque su cuerpo sólo mide varias decenas de micras, sus prolongaciones axonales pueden alcanzar en los grandes cetáceos, varios metros de longitud.
La vida media de las células también es muy variable, algunas células del epitelio pulmonar duran pocas horas, los eritrocitos 100 días, los hepatocitos 150 días o las neuronas que duran toda la vida.
6.3 Relación entre tamaño, forma y estado de la célula
Los factores que limitan el tamaño de las células son:
- en primer lugar la capacidad de captación de nutrientes del medio que las rodea y,
- en segundo lugar, la capacidad funcional del núcleo.
Cuando una célula tridimensional, por ejemplo, esférica aumenta de tamaño, su volumen aumenta proporcionalmente al cubo del radio (V = 4/3πr3), mientras que su superficie sólo aumenta en función del cuadrado del radio (S = 4πr2), es decir, aumenta mucho más su volumen que su superficie. Esto implica que la relación superficie / volumen disminuye, lo cual supone un gran inconveniente para la supervivencia de la célula, ya que la entrada de todos los nutrientes como el agua, sales minerales, moléculas orgánicas, oxígeno, etc., está en función de su superficie y, si ésta resulta insuficiente para aportarlos a todos los orgánulos que contiene, la célula morirá. Por este motivo, pocas células maduras son esféricas. La mayoría son aplanadas, prismáticas o irregulares, para mantener la relación superficie/volumen aproximadamente constante.
Otro aspecto importante es que el aumento de volumen de las células no va acompañado de un aumento de volumen del núcleo, por lo que, de darse una aumento continuado de la célula, el núcleo acabaría siendo incapaz de controlar las innumerables reacciones metabólicas que se están realizando en su citoplasma. Dentro de un mismo tipo celular una relación superficie/volumen elevada generalmente es características de células jóvenes, cuanto menor sea esta relación superficie/volumen, más próxima estará la célula a su madurez, es decir, estará próxima a dividirse, si tiene capacidad para ello, o a morir, si no la tiene. Para esta apreciación, ayuda también observar el grado de empaquetamiento de la cromatina. Una cromatina poco condensada se relaciona con una célula muy activa y la cromatina muy condensada con células inactivas.
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