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UNIDAD 3: LA CÉLULA: BASE DE LA VIDA
Todos los seres vivos están formados por células, unidades con
los componentes necesarios para realizar las tres funciones que
caracterizan la vida: nutrición (toma materia del medio y la transforma
en materia propia y en energía), relación (detecta cambios ambientales
y elabora respuestas adecuadas) y reproducción (formación de nuevas
células).
Todas las células tienen la misma estructura base que les permite
conseguir energía, reproducirse, etc. pero cada célula debe afrontar los
problemas específicos que surgen en el ambiente que les rodea. Por ello
hay muchos tipos de células, con distintos tamaños y formas.
d) Las reacciones químicas que constituyen el metabolismo tienen lugar
en las células.
1. LA CÉLULA ES UNA UNIDAD DE ORGANIZACIÓN
Como hemos dicho, existe una gran variedad de células, pero
éstas se pueden clasificar por su estructura base y por la forma en que
obtienen materia y energía.
Según su estructura, las células se clasifican en: procariotas o
eucariotas.
Tienen célula procariota, los seres más primitivos y que se incluyen
en el reino Monera (bacterias). La célula eucariota, mucho más compleja,
la encontramos en los seres pertenecientes a los reinos Protoctista,
Hongos, Vegetal y Animal.
De acuerdo a la forma en que cubren su necesidad de materia y
energía, las células pueden ser: autótrofas o heterótrofas.
Las células autótrofas sintetizan la materia orgánica que necesitan,
usando materia inorgánica del medio y luz o energía química (algunas
bacterias, algas y vegetales). En contraste, las células heterótrofas obtienen
la materia orgánica de otros autótrofos o heterótrofos. (muchas bacterias,
protozoos, hongos y animales).
2. CARACTERÍSTICAS DE LAS CÉLULAS PROCARIOTAS
Los estudios sucesivos de la célula han permitido establecer la
llamada teoría celular que se puede resumir en:
a) La célula es la unidad anatómica y fisiológica de todos los seres vivos.
Todos los
organismos están formados por una o varias células.
b) Toda célula proviene de otra predecesora por división de ella.
c) La información genética necesaria para el mantenimiento de la
existencia de la célula y la producción de nuevas células se transmite de
generación en generación.
Las células procarióticas(del griego pro = primitivo, y carios =
núcleo) tienen múltiples formas: cocos (redonda), bacilos (bastones),
espiralazas, etc.
Están formadas por un citoplasma donde casi no se observan
orgánulos celulares ni un núcleo. Por tanto, su estructura es muy sencilla:
Una pared celular, que le protege de la desecación, mantiene su forma
y puede desarrollar estructuras como flagelos (móviles) y fimbrias o pelos.
Una membrana plasmática, verdadera frontera o límite celular que
controla la entrada y salida de sustancias de la célula, y realiza gran
cantidad de reacciones del metabolismo bacteriano en unas
prolongaciones internas de distintas formas denominadas mesosomas.
Un citoplasma, formado por una disolución de agua y biomoléculas
(sales, glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos), que sirve de
medio de reacción a numerosos procesos metabólicos y que sólo
contiene un tipo de orgánulo: los ribosomas, cuya función es la síntesis
de proteínas.
La información genética que consiste en un cromosoma de ADN
doble y circula.
Algunas células procarióticas pueden tener pigmentos
fotosintéticos, flagelos externos en forma de látigo para la locomoción
o pili, como pelos para adherirse.
ACTIVIDAD 1: Teniendo en cuenta esta información, identifica en el
siguiente dibujo modelo de una célula procariota cada una de las partes.
3. CARACTERÍSTICAS DE LAS CÉLULAS EUCARIOTAS
La célula eucariótica (del griego eu = verdadero, bueno) está mucho
más difundida entre los seres vivos y es la única que presentan los seres
pluricelulares. Aunque hay particularidades que diferencian las células de
cada Reino, todas tienen en común:
1. Membrana plasmática, capa que separa el contenido celular del medio
que la rodea y que controla el intercambio de sustancias.
2. Citoplasma formado por una solución acuosa o hialoplasma, un
citoesqueleto que sostiene los orgánulos, da forma y permite el
movimiento y unas estructuras rodeadas de membranas, conocidas como
orgánulos celulares, cada uno con una función (reparto del trabajo).
3. Núcleo, estructura más grande y visible con su contenido separado del
citoplasma por una doble membrana que protege el material genético. Es
el centro de control de la célula.
Las células eucariotas presentan diversas ventajas frente a las
células procariotas, por varios motivos:
El material genético está protegido dentro del núcleo, lo que le
permite mayor estabilidad.
Cada uno de los orgánulos del citoplasma realiza funciones
específicas, lo que supone mayor eficacia.
Se distinguen dos modelos de células eucariotas, la célula animal
y la célula vegetal. Las principales diferencias entre ellas son:
Las células animales presentan un centrosoma, formado por dos
centriolos que dirigen el movimiento de los filamentos del
citoesqueleto.
Las células vegetales tiene una pared celular que rodea
externamente la membrana plasmática, protegiendo la célula y
manteniendo su forma; tienen grandes vacuolas, donde
almacenan sustancias como por ejemplo, agua y cloroplastos,
orgánulos donde realizan la fotosíntesis.
ACTIVIDAD 2: ¿Qué ocurriría en una célula en estas situaciones?
a) Si no tuviera material genético.
b) Si se rompiera su membrana celular.
c) Si la membrana celular la aislara totalmente.
La muerte celular
Muchas células de nuestro organismo se multiplican y originan
nuevas células. Mientras tanto otras células mueren y lo hacen de
distinta manera.
Las células pueden morir de forma violenta, por ejemplo cuando
resultan infectadas por un virus. Su membrana se destruye y permite
que escapen al exterior sus restos que, tras provocar la inflamación de
la zona, atraen a los glóbulos blancos encargados de digerirlos.
Pero existe otra forma de muerte celular que sucede cuando las
células ya no son necesarias. Una muerte que se puede llamar
“digna”. Las células innecesarias desmantelan todas sus estructuras y
se autodigieren todas las moléculas que la constituyen. El proceso se
denomina apoptosis o muerte programada. Miles de millones de
células mueren cada día en nuestro organismo y otros miles de
millones limpian los desechos.
Cuando una célula no muere, tal y como está prescrito y
continúa dividiéndose de forma incontrolada, el resultado es el
cáncer.
Identifica los distintos orgánulos y partes de la célula eucariota y
averigua la función de cada una de ellas.
4. EL NÚCLEO Y EL CICLO CELULAR
Las células, como los seres vivos, crecen y se multiplican. Se le llama
ciclo celular al periodo que va desde que una célula nace hasta que se
originan sus células hijas. En este ciclo se distingue entre:
a) Interfase, en la que la célula crece y se hace adulta y
b) Fase de División o Fase M, la célula se divide y origina dos células,
o sea, se reproduce. Comprende la división del núcleo o mitosis y
la división del citoplasma o citocinesis.
Interfase
Fase M
En las células eucariotas, el núcleo contiene la información que
controla el funcionamiento de la célula y su aspecto va a ser distinto
según la célula se encuentre en interfase o en fase de división.
Cuando la célula está en interfase, el núcleo tiene forma esférica y en él
se pueden distinguir:
a) Una envoltura nuclear doble con poros que permiten
intercambios entre el interior nuclear y el citoplasma.
b) Nucleoplasma, medio acuoso
c) Cromatina, maraña de fibras de ADN, de aspecto grumoso.
d) Nucleolo, de forma esférica donde se fabrican ribosomas
cromosoma
cromatina
5. REPRODUCCIÓN CELULAR
Cuando la célula está en fase de división, el núcleo cambia de
aspecto, se desintegra su membrana, dispersándose el contenido por toda
la célula, desaparece el nucleolo y los filamentos que formaban una
maraña (cromatina), se engrosan y acortan, recibiendo el nombre de
cromosomas. Además los cromosomas aparecen duplicados (para poder
repartir el material genético a dos células hijas, la célula madre debe
disponer de dos copias; por eso antes de comenzar la división, o sea al final
de la interfase, la información genética se duplica).
Los cromosomas de todas las células de un organismo (salvo las
reproductoras) son idénticos en forma, tamaño y número y además,
todos los individuos de una misma especie tienen el mismo número de
cromosomas. Así, por ejemplo, todos los individuos de la especie humana
tenemos 46 cromosomas.
Todos los seres vivos unicelulares y la mayoría de las células de los
seres pluricelulares pueden dividirse. En los primeros, esa división tiene
como objetivo la reproducción del organismo. En los pluricelulares,
sirve para que el organismo crezca y para sustituir a las células que
mueren.
En todas las células, salvo en las células sexuales, es fundamental
que las dos células hijas obtenidas a partir de una célula inicial sean
iguales. Para ello, es imprescindible que la información genética se
transmita a cada una de ellas de forma exacta. Como el material
genético está en el núcleo, el proceso más importante de la
reproducción de una célula es la que afecta a la división del núcleo que
se denomina mitosis.
En la división del citoplasma o citocinesis, el reparto no tiene que
ser equitativo pues aunque una célula reciba menos citoplasma, éste
podrá aumentar de tamaño y fabricar todos los orgánulos que necesite
hasta transformarse en una célula adulta.
5.1. MITOSIS O DIVISIÓN DEL NÚCLEO
La mitosis asegura que los núcleos de las células hijas reciban un
conjunto de cromosomas idéntico al que llevaba la célula madre.
Para facilitar la comprensión de los cambios que se van
produciendo en la mitosis y que se pueden observar a través del
microscopio, se agrupan en cuatro etapas:
PROFASE: La cromatina en el núcleo comienza a condensarse y
forma los cromosomas. El nucleolo desaparece. Los centríolos
comienzan a moverse a polos opuestos de la célula y unas fibras se
extienden desde los centrómeros, formando el huso mitótico.
METAFASE: los cromosomas comienzan a moverse y se colocan en
el centro de la célula, formando la placa ecuatorial.
ANAFASE: Los pares de cromosomas se separan y se mueven a lados
opuestos de la célula, arrastrados por los filamentos del huso
acromático.
TELOFASE: se empiezan a formar nuevas membranas nucleares,
desaparecen las fibras del huso y los cromosomas se descondensan para
convertirse de nuevo en cromatina. Ya puede empezar la citocinesis o la
partición de la célula, que originará dos células hijas con idéntico
número de cromosomas que la progenitora.
PROFASE
METAFASE
ANAFASE
División del citoplasma (citocinesis)
TELOFASE
Estrangulamiento
5.2. MEIOSIS O FORMACIÓN DE CÉLULAS REPRODUCTORAS
Las células sexuales o gametos (óvulos y espermatozoides) se
deben unir para originar una célula huevo que, por mitosis produce
todas las células de nuestro organismo. Si los gametos tuvieran una
dotación cromosómica completa, 46 cromosomas en el caso de nuestra
especie, el número de cromosomas se duplicaría generación tras
generación.
Por tanto, es absolutamente necesario que los gametos sexuales
solo tengan ½ del número de cromosomas para mantener constante el
número de cromosomas de las especies de reproducción sexual.
Esto es posible porque los gametos son las únicas células que se
originan mediante una forma especial de división denominada meiosis.
Con ella de cada célula madre, tras producirse dos divisiones sucesivas del
núcleo, se obtienen cuatros células hijas con la mitad de cromosomas,
genéticamente distintas entre sí y distintas a la célula madre.
MEIOSIS
5.3. SEMEJANZAS Y DIFERENCIAS
INTERFASE
(duplicación del ADN)
8. TELOFASE II y
CITOCINESIS
1. PROFASE I
(Condensación de los cromosomas
y sobrecruzamiento con
intercambio de fragmentos de
ADN, entre ellos)
2. METAFASE I
(Los cromosomas se disponen
en parejas en el centro de la
célula)
7. ANAFASE II
6. METAFASE II
5. PROFASE II
(se vuelve a formar el huso)
3. ANAFASE I
(Separación de
los cromosomas)
4. TELOFASE I y
CITOCINESIS
En la meiosis, cada gameto recibe al azar un cromosoma de cada una de
las parejas de cromosomas. Esos cromosomas diferentes (ha habido
sobrecruzamiento) llevan información para todos los caracteres
hereditarios. Durante la fecundación, los cromosomas aportados por los
espermatozoides se reúnen con los aportados por el óvulo en un único
núcleo, el de la célula huevo, que en el caso de nuestra especie llevará 23
pares de cromosomas. Así, cada célula huevo llevará una combinación
de cromosomas diferentes y cada una de las células del nuevo organismo
llevará dos informaciones para cada carácter hereditario: una aportada
por el gameto masculino y otra por el femenino.
Una especie es un grupo de organismos que pueden reproducirse
entre sí y cuyos descendientes son fértiles, o sea, que también pueden
reproducirse.
Los organismos que pertenecen a una misma especie tienen un
aspecto similar pero no son idénticos.
Todas las personas pertenecen a la misma especie y tienen en
común características que le diferencian de otras especies, son las
características específicas pero cada persona tiene características que le
son propias, son las variaciones individuales que hacen de cada
individuo, un ser único, diferente a todos los demás.
Las características que nos permiten distinguir a un individuo de
otro reciben el nombre de caracteres.
Todas las características que nos diferencian como especie y una
gran parte de las variaciones individuales se transmiten de los
progenitores a sus descendientes pero algunos caracteres de los
progenitores no se transmiten a los descendientes. Así se distingue
entre:
Caracteres hereditarios, se transmiten generación tras generación,
aunque no aparecen necesariamente en todas las generaciones.
Ej.: color de la piel, del pelo, altura, etc.
Caracteres adquiridos, no se transmiten a la descendencia, Son
caracteres que aparecen durante la vida del individuo como
consecuencia de las condiciones de vida, de una enfermedad u
otra influencia ambiental. Ej.: oscurecimiento de la piel por
permanecer habitualmente al sol, desarrollo muscular debido a
entrenamiento continuado, etc.
5.4. CROMOSOMAS Y CARIOTIPO
Un cromosoma está formado por un único filamento muy largo
de cromatina. El conjunto de cromosomas de una célula o de un
individuo se denomina cariotipo. Al construir el cariotipo de la célula de
un organismo se observa que sus cromosomas son morfológicamente
similares dos a dos y se van agrupando por parejas.
A los cromosomas de la pareja 23 se les denomina cromosomas
sexuales, mientras que los de las 22 parejas restantes reciben el nombre
de autosomas.
Cada cromosoma lleva información para muchos caracteres
diferentes. La porción de cromosoma que lleva la información para un
carácter recibe el nombre de gen y el conjunto de genes de un individuo
o de una especie se denomina genoma. Todas las células contienen
dos juegos de cromosomas, son los cromosomas homólogos. Llevan los
mismos genes, aunque cada uno puede llevar alternativas para ese gen
(alelos).
INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA
Célula madre en
Interfase
En las células humanas, el cariotipo está formado por 23 pares de
cromosomas pero los cariotipos de un hombre y una mujer no son
exactamente iguales:
En los hombres, hay 22 pares de cromosomas homólogos y una
pareja 23 formada por dos cromosomas muy diferentes entre sí:
uno es grande, con forma de X y el otro es pequeño, en forma
de Y.
En las mujeres, todas las parejas están formadas por dos
cromosomas homólogos, la pareja 23 la forman dos
cromosomas X.
El cromosoma Y lleva la información que hace masculino a un embrión;
en ausencia de este cromosoma, el embrión se desarrolla como mujer.
Material
hereditario
en
forma de cadenas
aisladas
que
constituyen
la
CROMATINA.
En la especie
humana:
2n = 46 cadenas
Célula madre al final
de la Interfase
Material hereditario
se duplica por la
REPLICACIÓN,
cada cadena está dos
veces; la cromatina
está formada por
pares de cadenas
IDÉNTICAS.
En
la
especie
humana:
2n = 92 cadenas
(iguales dos a dos)
Célula madre en
división
Las dos cadenas de
ADN idénticas se
espiralizan y se
convierten
en
CROMOSOMAS.
En
la
especie
humana
2n
=
46
cromosomas
(formados por dos
cadenas idénticas
cada uno)
 La célula siente y se mueve: todas las células notan los cambios que se
producen a su alrededor, pero hay células que se especializan en recibir
algunos estímulos (luz, olor, ..) como las células de los órganos
sensitivos de los animales. Muchas células pueden moverse como
respuesta a los estímulos que reciben, por ejemplo las células musculares
se contraen y relajan y se alargan, aunque sin moverse de su sitio.. Los
desplazamientos de las células son más frecuentes cuando tiene vida libre
como muchos microorganismos.
 En el cuerpo humano, hay unos 300 tipos distintos de células, cada
una de ellas con una función específica.
 La mayoría de las células son tan pequeñas que no resultan visibles a
simple vista. Una excepción la constituyen los huevos de los vertebrados:
uno de avestruz puede alcanzar un diámetro de 25 cm.
 Si pusiéramos en fila todas las moléculas de ADN contenidas en una
sola de las células de nuestro cuerpo se obtendría un filamento de unos
186 cm de longitud.
El dilema entre la reproducción sexual y asexual
En general, puede decirse que las especies que se reproducen
asexualmente pueden multiplicarse más rápidamente que las que lo
hacen sexualmente, pues no han de perder tiempo en la maduración de
órganos sexuales ni en desarrollar comportamientos que permitan el
encuentro de los individuos de diferente sexo, el apareamiento, la
fecundación.
Sin embargo, si exceptuamos a los microorganismos, la
reproducción sexual es un procedimiento más generalizado en la
naturaleza que la asexual. Alguna ventaja habrá de tener el sexo cuando
ha sido adoptado por mayor número de especies.
Las ventajas de la reproducción sexual están relacionadas con las
condiciones que favorecen la evolución de las especies.
En primer lugar, todos los descendientes de un ser vivo asexuado
son iguales a la madre e iguales entre sí, pues sus células se han
producido por sucesivas mitosis; así no cabe selección de caracteres aptos
para la supervivencia: o todos mueren, o todos sobreviven, o los que
sobreviven lo hacen por casualidad. En cambio, los descendientes de la
reproducción sexual presentan diferencias entre ellos y con sus
progenitores, pues sus caracteres resultan de la combinación al azar de
los genes de sus padres. Aquí, si cabe una selección de los individuos más
aptos para sobrevivir en un ambiente determinado.
En segundo lugar, si un individuo sufre una mutación perjudicial
y se reproduce asexualmente, toda su descendencia heredará esa
mutación, mientras que si se reproduce sexualmente, puede que la
mutación no pase a la descendencia, o que si pasa, no se note en la
descendencia porque se expresa con más fuerza el gen normal
procedente del otro progenitor.
Por eso se ha comparado el dilema entre reproducción asexual y
sexual a la carrera entre la tortuga y la liebre: la liebre como la
reproducción asexual, corre más pero comete más errores; la tortuga,
como la reproducción sexual es más lenta pero sus pasos son más
seguros y acaba ganando la carrera.
ACTIVIDADES
3. ¿De dónde piensas que obtendrán la energía para moverse las células
musculares?
4. Para que se realice la fotosíntesis hace falta luz. Incluso para que se
desarrollen los cloroplastos hace falta luz. Según esto, ¿te parece que las
células de todas las partes de una planta son capaces de realizar la
fotosíntesis?
5. ¿Qué tipo de célula te parece que tendrá el aparato de Golgi más
desarrollado, una de la planta del pie, o una de las glándulas salivares?
6. ¿Cómo obtiene energía para su vida las células de las plantas cuando
no tienen luz? Relaciona tu respuesta con el hecho de que las células
vegetales también poseen mitocondrias
15. Explica las diferencias que observas entre estos dos esquemas. ¿Qué
procesos representan?
7. Si nos dicen que las células de un determinado animal tiene 20
cromosomas ¿Cuántos cromosomas tendrá una célula de esa especie que
está comenzando su mitosis? ¿Y al acabar la mitosis? ¿Y en la interfase?
8. Las células de una determinada especie presentan un ciclo celular que
dura dos horas; si las condiciones ambientales y de alimentación son
favorables. ¿Cuántas células habrá producido una célula de esa especie al
cabo de un día?
9. ¿Qué se consigue durante la interfase para que la célula pueda
reproducirse?
10. ¿Cómo se reproducen las células de nuestro cuerpo, sexual o
asexualmente? ¿Los individuos de nuestra especie se reproducen sexual o
asexualmente? ¿Puedes explicar la razón de las diferencias entre la
reproducción de nuestras células y la de los individuos de nuestra
especie?
11. ¿Qué diferencias encuentras entre la mitosis y la meiosis?
12. ¿Crees que todas las células hijas que se formen por meiosis serán
iguales?
13. ¿Crees que en la reproducción asexual las células reproductoras se
podrían formar por meiosis? Justifica tu respuesta.
14. Un determinado organismo posee seis cromosomas en sus células
somáticas. Dibuja una célula de dicha especie en anafase.
16. Ordena cronológicamente los siguientes acontecimientos de la
mitosis:
 Los cromosomas se rompen por el centrómero.
 Cada pareja de centriolos emigra a un polo de la célula.
 Los cromosomas se despiralizan.
 Aparece el huso acromático.
17. Señala las partes que puedes diferenciar en las siguientes células:
14
18.- Señala con una X si las siguientes afirmaciones referidas al proceso
de mitosis son verdaderas (V) o falsas (F):
El núcleo de una célula se divide en cuatro núcleos
hijos.
La anafase se inicia con la formación del huso.
Los cromosomas sólo son visibles en anafase y
telofase.
Los cromosomas son visibles durante la
interfase.
En la interfase se produce la desaparición del
nucleolo.
Las células hijas formadas tras la mitosis son
cromosómicamente idénticas.
La citocinesis en las células vegetales se realiza por
estrangulamiento.
19. Reflexiona sobre los siguientes procesos biológicos, señalando con una
cruz si pertenecen al proceso celular de mitosis o al de meiosis:
Proceso
El crecimiento de los huesos en un
niño.
La formación de los espermatozoides.
El aumento del tamaño de la hoja de
un vegetal.
La regeneración de la piel tras una
quemadura.
La formación de gametos.
Mitosis
Meiosis