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ORGANIZACIÓN Y FISIOLOGÍA CELULAR TEORÍA CELULAR Anton van Leeuwenhoek construyó el primer microscopio óptico y perfeccionó las lentes de aumento (200 aumentos). Vio bacterias, protozoos, glóbulos rojos, etc. Robert Hooke (1665) vio las primeras células (cells) en corcho con un microscopio de 50 aumentos. Durante el Siglo XVIII apenas hubo avances por las aberraciones cromáticas en las lentes. En 1831 Brown descubrió el núcleo en células vegetales. En 1839, Schwann estableció el paralelismo entre los tejidos animales y vegetales. Schwann (zoólogo) y Schleiden (botánico) dieron los dos primeros postulados de la teoría celular: 1-­‐ Todos los seres vivos están formados por una o más células. 2-­‐ Todas pueden mantener su propia existencia En 1855, Virchow completaba la teoría celular: 3-­‐ Toda procede de otra preexistente (se elimina la generación espontánea) No todos los científicos apoyaron la Teoría Celular. Para los reticulistas (como Golgi) el tejido nervioso no estaba formado por células independientes, sino que estaban unidas entre sí formando una red. D. Santiago Ramón y Cajal, en 1933 terminó demostrando la individualidad de las neuronas Actualmente: 4-­‐ Las células contienen toda la información sobre la síntesis de su estructura y el control de su funcionamiento, y es capaz de transmitirla a sus descendientes, es decir, la célula es la unidad genética autónoma de los seres vivos. En resumen: la teoría celular enuncia que la célula es la unidad morfológica, fisiológica y genética de todos los seres vivos. EVOLUCIÓN CELULAR La Tierra tiene unos 4600 millones de años y mil millones de años después aparecería la vida. Las condiciones reinantes en la atmósfera primitiva no son exactamente reproducibles en un laboratorio, por lo que las explicaciones sobre el origen de la vida son difícilmente demostrables. En 1922, el bioquímico Alexander Oparin formuló una hipótesis sobre los procesos que debieron producirse durante el origen. Las moléculas orgánicas se formarían a partir de los gases de la atmósfera y se acumularían en los mares y océanos formando una sopa primigenia. Se cree que, al enfriarse la Tierra, se formó una atmósfera reductora (CO2, NH3, CH4, etc.). Estos compuestos, mediante descargas eléctricas procedentes de relámpagos y de otros fenómenos producidos en la atmósfera primitiva, formarían moléculas orgánicas (aminoácidos, nucleótidos, monosacáridos, etc.). En 1950 Stanley Miller probó la hipótesis utilizando un aparato construido por él. Como resultado aparecieron urea, glicina, ácido aspártico, alanina, ácido fórmico, etc. Estas moléculas orgánicas simples debieron de asociarse formando polímeros. Así, se han conseguido polipéptidos a partir de mezclas de aminoácidos con calor. Pero ,para poder formar parte de los procesos vitales, las moléculas necesitan ser capaces de autorreplicarse. De las macromoléculas conocidas, el ARN era la única capaz de servir de molde para catalizar su propia replicación. De esta manera el ARN actuaría de molde para la síntesis de otros polímeros idénticos que, más tarde, servirían también de molde para la síntesis de proteínas. Joaquín Rodríguez Piaya 2
Para que surgiera la primera célula viva fue necesario el aislamiento del medio exterior (la aparición de la membrana) mediante el ensamblaje espontáneo de fosfolípidos alrededor de las moléculas replicantes. Se denomina progenote o protobionte al antepasado común de todos los organismos, siendo la unidad viviente más primitiva. Las bacterias fueron evolucionando con el ambiente, pudiendo realizar la glucolisis, la fotosíntesis y la respiración. Las células actuales más sencillas que se conocen son los micoplasmas (sin pared celular y con ADN). Actualmente todas las células contienen su información almacenada en ADN y no en ARN. En 1967 se postuló la teoría endosimbiótica, según la cual las mitocondrias y los cloroplastos proceden de bacterias que se hospedaron en una célula procariota de gran tamaño, cuando ésta los fagocitó para obtención de alimento. La ventaja obtenida gracias a estas células fue grande: Ø las mitocondrias, gracias al O2, son capaces de sintetizar ATP. Una célula anaerobia se convertiría en aerobia. Ø los cloroplastos, de realizar la fotosíntesis. Se convertirían en organismos autótrofos. Para que la célula pudiera fagocitar el alimento, tuvo que haber adquirido, en etapas anteriores, una membrana plasmática flexible capaz de invaginarse y plegarse, con la posibilidad de formar compartimentos internos que dieran lugar al sistema de endomembranas. El núcleo se originó de un plegamiento interno de la membrana plasmática que arrastró el ADN. Las células eucariotas aparecieron hace unos 1500 millones de años. Los organismos eucariotas pueden estar formados por una sola célula (protozoos). Los organismos pluricelulares representan un importante avance evolutivo, ya que las células se agrupan, se especializan y realizan las distintas funciones del organismo (tejidos y órganos). CONCEPTO DE CÉLULA La célula es una estructura constituida por 3 elementos básicos: membrana plasmática, citoplasma y material genético (ADN), que tiene la capacidad de realizar las tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción. Los virus están en la frontera entre los seres vivos y la materia inerte. No son células. Se les consideran formas acelulares. No tienen membrana plasmática que rodee a un citoplasma. Pertenecen al nivel de organización macromolecular. No pueden sobrevivir sin la presencia de una célula viva para poderse reproducir. La forma es muy variada. Muchas cambian constantemente de forma (amebas, leucocitos) o tienen forma más o menos definida. Las que viven libres tienen formas más o menos esféricas. Las de los organismos pluricelulares dependen de las tensiones que generan el vivir juntas. Las células con pared de secreción rígida poseen una forma muy estable (células vegetales, osteocitos, bacterias, etc). Algunas células con formas especiales son: neuronas, células de Schwann, células musculares lisas, bastones de la retina, espermatozoides, eritrocitos, etc. El tamaño es muy variado. Las bacterias suelen medir entre 1 y 2 mμ. Las células eucariotas oscilan, en general, entre 5 y 25 mμ. Ej.: los glóbulos rojos miden 7 mμ. Los oocitos de algunas aves son muy grandes (7 cm de diámetro en el avestruz). Las más grandes tienen varios metros de longitud (axones de grandes cetáceos). Joaquín Rodríguez Piaya 3
ORGANIZACIONES PROCARIOTA Y EUCARIOTA Características Procariotas Eucariotas Tamaño 1 – 10 micras Forma División Ribosomas Sistema de endomembranas Pocas formas (esférica, bastón, coma Muy variada o espiral) Circular en el citoplasma Lineal, rodeado de la envoltura nuclear. Binaria Mitosis 70 s 80 s No Sí Enzimas respiratorios Pared celular Cloroplastos Citoesqueleto Respiración Membrana plasmática Sí No No Formas aerobia y anaerobia Mitocondrias En células vegetales En células vegetales Sí Aerobia Locomoción Organización celular Metabolismo Flagelo bacteriano Unicelular Algunas quimiosíntesis Cilios, flagelos y pseudópodos Unicelular y pluricelular Sin quimiosíntesis ADN 10 – 100 micras Joaquín Rodríguez Piaya