Desarrollo

A comienzos del siglo XVIII, Galileo, a pesar de no ser biólogo, fue el primero que efectuó una observación biológica a través de un microscopio. Hooke usó por primera vez el microscopio para ver los delgados cortes de un arbol de corcho observó diminutos compartimientos, les dio mas tarde el nombre en latín cellulae, diminutivo de cella, que significa hueco; de allí el origen del término biológico “célula”. Tales compartimientos eran en realidad paredes interconectadas de las células vegetales muertas, que constituyen el corcho. En otros tejidos vegetales, observó células “rellenas de jugo”. Mas adelante se descubrió la existencia de células libres (organismos unicelulares.)

Posteriormente se comprobó que los tejidos animales también estaban formados por células.
Anton van Leeuwenhoek, tuvo excepcional destreza para construir lentes, siendo quiza, el mas agudo observador de todos ellos.
La citología es la rama de la Biología que estudia las células. El nivel celular es el primer nivel de organización biótico.
Estos descubrimientos condujeron a que en 1838 y 1839 Matthias Jacob Schleiden y Theodor Schwann formularan la teoría celular, donde se establece que todos los seres vivos estan constituidos por células.
La teoría celular incluye cuatro principios
La célula es la unidad estructural de los seres vivos.
La célula es la unidad funcional de los seres vivos.
La célula es la unidad reproductiva de los seres vivos.
La célula es la unidad de información de los seres vivos. Es la unidad genética, contienen el material hereditario,desde el cual se desarrolla todas las características estructurales y funcionales de la célula.

La teoría celular: Postulados
Schleiden: al menos el cuerpo de las plantas estaba formado estructuralmente por células o por sus secreciones. Mas tarde esto también se extrapoló al resto de los seres vivos.
Schwan: El funcionamiento o fisiología de un animal es el resultado o la sumatoria del funcionamiento de cada una de las células que forman parte de él.
Virchow: Las células surgen de células preexistentes.

Morfología y estructura general de las células.
Las células, cuando estan libres, tienden a adoptar una forma mas o menos esférica y asociadas, forman tejidos que presentan formas muy diversas: planas, poliédricas, prismaticas, fusiformes, alargadas, estrelladas
La mayor parte de las células son microscópicas. La unidad mas conveniente para medir las células es el micrómetro (μm); en ocasiones recibe el nombre de “micra”; equivale a un millonésimo /1/ 1 000 000) de metro. Para medir muchas estructuras subcelulares, se utiliza el nanómetro (nm), que equivale a un milmillonésimo (1/ 1 000 000 000) de metro.
El tamaño de las células suele oscilar entre 0.1 y 100 micrómetros.
Las bacterias son organismos unicelulares tan pequeños que millones de ellas podrían caber en la cabeza de un alfiler.
Hay células de gran tamaño como las yemas de los huevos de las aves. La mayoría son demasiado diminutas. Para comprender qué tan pequeñas son, un eritrocito (glóbulo rojo) tiene un diametro de cerca de 8 millonésimas de metro.
Siglo XIX, los microscopioseran suficientemente desarrollados para que los biólogos pudieran iniciar el estudio de las células.
Una célula debe captar alimento y otros materiales y deshacerse de productos de desecho generados en reacciones metabólicas. Todo lo que entra o sale debe pasar a través de su membrana plasmatica, la cual contiene “bombas” y “compuertas” que regulan la entrada y salida de materiales.
Las formas y tamaños de las células se relacionan con las funciones que llevan a cabo. Amibas y leucocitos, pueden cambiar de forma y desplazarse. Los espermatozoides tienen colas llamadas flagelos, para la locomoción. Las neuronas tienen prolongaciones que les permiten transmitir impulsos a grandes distancias. En el cuerpo humano, llegan a tener hasta 1 metro de longitud.
Las células epiteliales, son casi rectangulares, dispuestas una encima de otra, semejante a los ladrillos en una construcción para formar estructuras laminares.

Origen de las células.
La gente pensaba que todo el tiempo aparecían nuevos seres vivos, por generación espontanea a partir tanto de la materia inanimada como de otras formas de vida.
En 1668 Francesco Redi refutó que los gusanos aparecen a partir de la carne, manteniendo alejadas las moscas (de cuyos huevecillos salen los gusanos) de la carne no contaminada.
A mediados del siglo XIX, Pasteur y John Tyndall refutaron la idea del caldo que se transforma en microorganismos.
En los años veinte y treinta, Oparin y Haldane especularon que vida pudo haber surgido de la materia inanimada mediante reacciones químicas ordinarias. Este proceso seconoce como evolución prebiótica, es decir, evolución antes de que existiera la vida. Estas ideas también se conocen como síntesis abiótica o quimiosintética.
La Tierra primigenia era diferente del planeta que ahora gozamos. Estaba muy caliente. Poco a poco, se enfrió y los elementos se combinaron para formar compuestos de muchos tipos. Practicamente todo el oxígeno se combinó con hidrógeno para formar agua, con carbono para formar dióxido de carbono, o con elementos mas pesados para formar minerales.
Al caer en la superficie, el agua disolvió muchos minerales y formó un océano levemente salado. Los rayos de las tormentas, el calor de los volcanes y la intensa luz ultravioleta procedente del Sol, derramaban energía en los jóvenes mares.
Practicamente no había oxígeno libre en la atmósfera primitiva, porque los atomos de oxígeno estaban atrapados en el agua, el dióxido de carbono y los minerales.
La hipótesis del origen quimiosintético de las células fue sometida a prueba en el decenio de 1950.
Miller y Urey, diseñaron un aparato cerrado que simulaba las condiciones que entonces se pensaba prevalecieron en la Tierra primitiva. Sometieron una atmósfera rica en hidrógeno, metano, agua y amoniaco a una descarga eléctrica que simulaba relampagos.
Se obtuvo, acido glutamico, aspartico, acético y algunos aminoacidos. Los años se realizaron muchos otros, y se obtuvieron mas compuestos organicos; sintetizaron ribosa y desoxirribosa, azúcares indispensables en las moléculas de ADN y ARN.
Hay otros investigadores que proponen variantes en que surgieron losprimeros indicios de vida; como la hipótesis hidrotermal. Han sido encontrados organismos desde bacterias hasta gusanos marinos, donde se creía que nada podría sobrevivir; donde el agua tiene temperaturas muy elevadas y emerge del subsuelo mezclandose elementos como sodio, cobre o calcio.
En la dorsal de las Galapagos, descubrieron en 1977, un ecosistema completo que subsistía gracias a las fumarolas hidrotermales; todos los organismos subsistían gracias a bacterias que oxidan el azufre del acido sulfúrico contenido en el agua emanada de las fumarolas. Con esa reacción, los organismos podían transformar el CO2 del agua y obtenían su alimento: el formaldehído (CH2O). A este fenómeno se le conoce como quimiosíntesis.
Esta hipótesis no se aleja demasiado de la teoría del origen químico, únicamente sitúa el origen en las profundidades del océano.
En 1908, Svante Arrhenius propuso que la vida había llegado a la Tierra del espacio exterior, por medio de esporas resistentes al calor y a las radiaciones cósmicas. Dos objeciones
1. En aquellos tiempos se dudaba que una espora pudiera resistir las altas temperaturas que se generan cuando un meteorito entra a la atmósfera.
2. No resolvía el problema del origen de la vida porque simplemente lo trasladaba a otro sitio del universo. Cabría entonces preguntarse cómo surgió la vida en el sitio de donde provenía la espora.

Concepciones actuales sobre el origen de la vida.

Se ha propuesto que los compuestos organicos de la sopa primitiva no sólo se formaron en los océanos; pudieron haber sido el resultado de procesosprebióticos que se llevaron a cabo en la superficie de los cometas, en meteoritos o en el polvo interestelar, y que esas moléculas llegaron a la Tierra a través de meteoritos que cayeron en su superficie.
Esta hipótesis se basa en el analisis de meteoritos, uno que cayó en 1864 en Francia indicó la presencia de seis aminoacidos diferentes y dos de las bases nitrogenadas del ADN. Astrónomos y astroquímicos han encontrado que en las nubes de polvo interestelar y en los cometas, principalmente aminoacidos y bases nitrogenadas. El analisis del meteorito marciano ALH84001, aparentemente ha sugerido la existencia de fósiles diminutos, de 4,500 millones de años. Los resultados han vuelto a dar interés a la teoría de la Panspermia propuesta por Arrenius; y se ha iniciado la búsqueda de vida microbiana en meteoritos.
La molécula de ARN debe haber sido la que formó a los primeros genes, ya que es la única molécula capaz de desempeñar tres tareas necesarias para la vida: duplicarse a sí misma, contener la información genética y llevar a cabo la síntesis de proteínas. Se habla del mundo del ARN, previo a la aparición del ADN.

La evolución de las células.
La evolución celular se produjo en estrecha relación con la evolución de la atmósfera y de los océanos.
La vida empezó hace mas de 3 000 millones, de años, la transición hacia una atmósfera rica en oxígeno ocurrió hace 2000 millones y las células eucariontes aparecieron hace unos 1 500 millones de años.
Los primeros seres vivos hace aproximadamente unos 3 500 millones de años, fueron unicelulares primitivos,procariontes.
Las células procariontes vivían en ambientes ricos en nutrimentos, y las reacciones metabólicas eran poco necesarias. A medida que esos ambientes se agotaron, surgieron las de tipo cianobacterias, microorganismos fotosintetizadores que utilizaron la energía solar para extraer del agua el hidrógeno, con el cual construyeron moléculas mas complejas, y así liberaron el oxígeno molecular, que originó, cambios paulatinos en la atmósfera. El oxígeno atmosférico se incrementó se produjo la estabilización de esas moléculas. Los organismos empezaron a utilizar el oxígeno, esto originó el aumento de la capacidad metabólica, y propició que las células aumentaran su tamaño.
Después de las células procariontes autotróficas surgieron las células eucariontes. Varias teorías explican la evolución de las células eucariontes; por ejemplo; la de la endosimbiosis, la del plegamiento de la membrana plasmatica y la teoría mixta.
Teoría del plegamiento de la membrana: las células eucariontes se formaron mediante la compartición de diferentes funciones, producto de la invaginación de la membrana plasmatica, dando origen a diversos organelos con membrana. Es poco aceptada, porque no se han encontrado restos fósiles de la célula intermedia entre procariontes y eucariontes.
Lynn Margulis propuso la teoría de la endosimbiosis: las células eucariontes fueron precedidas por procariontes que luego se asociaron simbióticamente. una célula procarionte primitiva que perdió su pared celular, lo cual le permitió aumentar de tamaño; a esta célula se le conoce como urcariota;ésta pudo englobar a otras células procariontes, estableciéndose una relación endosimbionte. La célula pequeña que se quedó dentro del otro organismo, era capaz de realizar una respiración aeróbica y se convirtió en una mitocondria. Igualmente se pudo haber llevado a cabo la fusión de una célula grande con una célula mas pequeña que efectuaba fotosíntesis y se convirtió en un cloroplasto. Así nacieron las primeras células vegetales.
Para dar soporte a esta teoría, las similitudes entre mitocondrias y cloroplastos con las bacterias actuales: poseen el mismo tamaño, tienen su propio ADN en forma de cadena circular y tienen sus propios ribosomas parecidos a los de las bacterias.
Las eucariontes incluyen todas las células de plantas y animales. Se distinguen de las células procariontes por su estructura compleja; contienen compartimientos limitados por membranas en donde se cumple una actividad metabólica específica, ademas de la existencia de un núcleo que es un compartimiento limitado por una membrana donde reside el ADN.
Las dos teorías presentadas no se excluyen cuando se explica la evolución de las células eucariontes. Es posible que los organelos que no contienen ADN se hayan formado por plegamiento de la membrana, mientras que los organelos que contienen ADN se formaron por endosimbiosis.
Diferencias entre células procariontes y eucariontes.
Todas las células procariontes son organismos completos llamados arquea y bacterias. El nombre viene de su forma típica: bacter, quiere decir rodillo. Son los organismos mas sencillos, han existido durante mastiempo y son los mas abundantes sobre la Tierra. En general son pequeños.
Las fuentes de energía que usan para mantenerse vivos son variadas. Algunos obtienen los atomos que necesitan de moléculas inorganicas, por ejemplo, el carbono del CO2 , y el azufre del H2S. Pueden utilizar como alimento azúcares, aminoacidos, grasas, carbohidratos, polipéptidos y polisacaridos. Incluso hay algunas que consumen componentes del petróleo.
Viven en una gran variedad de ambientes: los hay de vida libre, simbióticos y parasitos. Los de vida libre se encuentran en casi cualquier ambiente, donde la salinidad es siete veces mayor que en los océanos; géiseres, depósitos calientes de petróleo subterraneo o en los polos, ambientes acuaticos y terrestres o en la atmósfera.
Los simbióticos viven asociados permanentemente con otros organismos, ejemplo, procariontes que digieren la celulosa, en los tractos digestivos de los rumiantes.
Parasito, vive sobre o dentro de otro organismo vivo, del que obtiene parte o todos sus nutrientes. En muchos casos, dañan o causan enfermedades al organismo hospedante.
De acuerdo con su origen evolutivo, existen dos grandes grupos de procariontes: bacterias y arqueas (del griego archaeo, antiguo). Las bacterias se encuentran en el suelo, en el agua, organismos mas grandes. Las arqueas habitan en ambientes mas hostiles, como los pantano, el fondo de los océanos, las aguas salobres y los manantiales acidos y calientes.
Eucarionte deriva de eu, que quiere decir verdadero, y karion, que significa núcleo.
Células eucariontes son células que poseennúcleo, ya sea uno o varios. Son mucho mas grandes que las procariontes.
Organismos unicelulares como las amibas y los ciliados, no tienen cubierta celular;los hongos y de las plantas presentan pared celular, y las de los animales, matriz extracelular. Todas tienen membrana citoplasmica y citoplasma; en éste hay diversos organelos.
No todas las células eucariontes poseen todos los organelos; morfología y distribución de éstos depende de cada tipo particular. Algunas sintetizan los compuestos requeridos por proceso de fotosíntesis y otras los toman ya elaborados. Células capaces de sintetizar los compuestos que requieren: algas y células de las plantas; se les llama autótrofas. Las que consumen los nutrimentos ya producidos como las células animales, se les llama heterótrofas.
Por la forma de procesar los nutrimentos son aerobias; en determinadas condiciones pueden producir energía de manera anaerobia. Por ejemplo, las células musculares cuando se hace un ejercicio fuerte; no reciben suficiente oxígeno para mantener un metabolismo aerobio y generan energía anaeróbicamente (producen acido lactico a partir de acido pirúvico). Otras células eucariontes son anaerobias, aún en presencia de oxígeno, y realizan el proceso de fermentación, por ejemplo, las levaduras. Una célula eucarionte puede ser un organismo completo unicelular, como una amiba, o ser parte de un organismo pluricelular, como un hongo, una planta o un animal.
Solo en los organismos pluricelulares ocurre la maxima colaboración entre células; éstas se mantienen unidas y forman tejidos, órganos ysistemas.
Existen eucariontes de vida libre, simbióticos y parasitos. La reproducción de las células eucariontes es de dos tipos: la mitosis, por la que se multiplican todas las células de cada organismo, y la meiosis, que realizan sólo las células especializadas en reproducción sexual.

Estructura y función de los organelos.
Todas las células presentan en común tres características esenciales: una membrana celular externa conocida como membrana plasmatica, el material genético o información hereditaria y la presencia de citoplasma.
Cuando se estudia la célula, debe entenderse que se trata de una célula “tipo”.
Existen dos modelos celulares; célula procarionte y eucarionte. En la célula eucarionte los modelos también son dos; el de célula animal y el de la célula vegetal.
La membrana celular es la envoltura de las células. Es transparente y elastica, esta constituida por proteínas y lípidos, estos últimos, asociados con fósforo, para formar los fosfolípidos. Es una bicapa lipídica en la cual estan insertadas las proteínas. Cumple una doble función: aislar el contenido celular del ambiente y, a la vez, mantener en contacto a éste y a la célula. Para realizar sus funciones, la célula lleva a cabo un intercambio con su medio,
Con este intercambio, la célula obtiene sus nutrimentos y elimina sus desechos; las funciones principales de la membrana son conservar las condiciones físicas y químicas del interior de la célula y regular los intercambios de sustancias entre la célula y el medio. La membrana celular impide el paso de algunas sustancias como lasproteínas y los lípidos, y al mismo tiempo permite la entrada de otras, como los azúcares simples, oxígeno, agua y dióxido de carbono; por ello, se dice que la membrana es permeable en forma selectiva.
Los científicos hablan de un sistema de membranas que incluye a los organelos: mitocondrias, retículo endoplasmatico, aparato de Golgi y los ribosomas. Este sistema de membranas recibe el nombre de unidad membrana.
Función de estas membranas: mantener las diferencias entre el interior de las zonas que delimitan y el resto del citoplasma, y trasportar selectivamente algunos iones y moléculas. Las zonas delimitadas por las membranas internas son organelos. La función de las proteínas de membrana es de vital importancia para la toma de nutrientes por la célula, la salida de productos de desecho de la célula; así como el mantenimiento de diferentes tipos de gradientes electroquímicos necesarios para mantener la vida celular. Las formas de transporte mas importantes que ocurren en la membrana son: el transporte pasivo y el transporte activo.

Mecanismos de transporte de membrana
Las células tienen la necesidad de transportar moléculas de un lado a otro de sus membranas.
El método que no requiere energía se conoce como transporte pasivo, y aprovecha los gradientes de concentración, de presión o de carga eléctrica que se forman entre el medio y las células. Existen tres medios principales: la difusión simple, que permite el paso de agua, gases o moléculas solubles en lípidos a través de la membrana; la difusión facilitada, que utiliza proteínas de lamembrana conocidas como proteínas canal por donde pueden pasar selectiva y libremente las moléculas; y la ósmosis, que se refiere al paso del agua de un lugar con baja concentración de solutos a otro con alta concentración.
Método de transporte que utiliza energía: transporte activo, y se vale de proteínas membranales que requieren energía para funcionar. Lo utiliza la célula para mover moléculas hacia dentro o fuera. Mueve moléculas en sentido opuesto a los gradientes de concentración por lo que requiere de bombas, que impulsen a las moléculas de forma similar a la bomba para subir agua a un tinaco.
El citoplasma ocupa el espacio comprendido entre la membrana celular y el núcleo. Contiene moléculas organicas, inorganicas, agua, sales, proteínas y organelos. Estos organelos estan suspendidos en una solución acuosa concentrada llamada citosol, formado por proteínas y su consistencia se parece a la del gel; en él ocurren reacciones de biosíntesis de azúcares, acidos grasos, nucleótidos y aminoacidos.
El citoesqueleto es el armazón que da soporte a toda la célula. Consta de una red de filamentos proteicos que se extiende por el citoplasma.
Funciones del citoesqueleto:
Proporcionar el soporte estructural, es el medio para el movimiento de organelos y proporcionar el soporte para las estructuras celulares móviles especializadas, como cilios y flagelos, responsables de la propiedad contractil en tejidos especializados como el músculo.
Algunas células tienen proyecciones del citoesqueleto que sobresalen de la membrana plasmatica. Si son pocas y largas reciben elnombre de flagelos, ejemplo el espermatozoide. Si las proyecciones son muchas y cortas, se denominan cilios, ejemplo, las células del tracto respiratorio cuyos cilios tienen la misión de atrapar las partículas del aire. Al igual que las bacterias, muchas células eucariotas poseen estas estructuras para la locomoción.
Principales organelos que estan en el citoplasma: núcleo, retículo endoplasmico (liso y rugoso), aparato de Golgi, lisosomas, mitocondrias; en las células vegetales son los plastidos, vacuolas y pared celular. En las células eucariontes estos organelos se encuentran rodeados de membranas.
El núcleo es el organelo mas grande y distintivo dentro de la célula eucarionte. Consta de tres estructuras: la membrana o envoltura nuclear, cromatina y nucléolo. Existen células con mas de un núcleo. Por ejemplo, de la médula ósea tienen mas de cien.
El núcleo esta rodeado por una membrana que permite la entrada y salida de material. El núcleo contiene una sustancia coloide densa, rica en proteínas, llamada nucleoplasma. En éste, se encuentra la cromatina, la cual tiene la apariencia de hebras alargadas y difusas; al iniciarse la reproducción celular da lugar a cromosomas que son los portadores de los caracteres hereditarios.
En todos los núcleos existen nucléolos y su función es formar y ensamblar ribosomas que luego se transportan fuera del núcleo.
Las células procariontes no poseen organelos delimitados por membranas. Por lo general, poseen una solo cadena de ADN que se encuentra enrollada y unida a la membrana plasmatica en el nucleoide.
El núcleoes esencial en el metabolismo, el crecimiento, la multiplicación de la célula y en la transmisión de los caracteres hereditarios.
Las células requieren energía. ¿Cómo la usan para realizar sus funciones vitales? En cada organismo existen varios mecanismos para lograr estos procesos. Mitocondrias y cloroplastos son estructuras celulares mas importantes en el proceso de captación, almacenamiento, utilización y transformación de la energía.
Mitocondrias; su función es llevar a cabo reacciones químicas para liberar la energía que se usa en los procesos celulares.
Todas las plantas verdes y un tipo de algas poseen plastos, mas conocidos son los cloroplastos; contienen clorofila, la cual da el color verde a la mayor parte de las plantas. Se encuentra encerrada en unos cuerpos llamados grana. Una célula puede tener de 20 hasta 100 cloroplastos; pueden crecer, dividirse y formar nuevos cloroplastos.
En la grana de los cloroplastos ocurre el proceso de captación de la energía solar. En el estroma estan contenidas las enzimas que catalizan las reacciones para el proceso de la fotosíntesis.
Aparato de Golgi; formado por un apilamiento de membranas que semejan sacos o vesículas aplastados. Función: almacenamiento, ya que continuamente recibe proteínas que se han sintetizado en los ribosomas. Las enzimas en el aparato de Golgi modifican a las proteínas, agregando otras moléculas como las de azúcares, acidos grasos y fosfatos. Luego el aparato de Golgi forma nuevas vesículas con este contenido para ser liberadas.
Los lisosomas son organelos vesiculares que seforman en el aparato de Golgi. Contienen enzimas digestivas. Función: fragmentar las macromoléculas, destruir bacterias y descomponer los organelos que se han dañado.
Retículo endoplasmico; red de estructuras aplanadas, semejante al aparato de Golgi, formados por una bicapa lípido membranosa que contiene grandes cantidades de proteína. Se pliegan formando canales internos que pueden conectarse a otros organelos.
Hay dos tipos: rugoso que tiene ribosomas en sus paredes, que le da una apariencia granular; estos sintetizan proteínas. El liso, no tiene ribosomas (agranular), no sintetiza proteínas. Su superficie externa retiene enzimas para sintetizar lípidos y polisacaridos.
Las vacuolas, estructuras que tienen la forma de pequeñas bolsas cerrada, llenas de fluido. En las células animales. En los organismos unicelulares sirven como vacuolas alimentarias ademas hay otras que son llamadas vacuolas contractiles que bombean el exceso de agua y también algunos materiales de desecho.
Las vacuolas son muy importantes en las plantas. El agua acumulada en la vacuola central expande la célula haciéndola que se agrande y tenga mayor firmeza (turgencia).
Las fabricas de proteína de la célula son los ribosomas, estructuras globulares, carentes de membrana, formados por varias proteínas asociadas a ARN ribosómico procedente del nucléolo; se encuentran en las paredes del retículo plasmatico rugoso. Su función consiste en ser el organulo lector del ARN mensajero, con órdenes de ensamblar los aminoacidos que formaran la proteína. Son organulos sintetizadores de proteínas.