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LA CÉLULA
La teoría celular
Iniciada por el botánico SCHLEIDEN (1938) y el zoólogo SCHWANN (1939).
1.- La célula es la unidad vital de todos los seres vivos. Todos los seres vivos están
formados por células.
2.- La célula es la unidad morfológica de los seres vivos. Todas las células están
formadas por membrana, citoplasma y material genético.
3.- La célula es la unidad fisiológica de los seres vivos. La célula es capaz de realizar
todos los procesos metabólicos (nutrición, relación y reproducción) necesarios para
permanecer con vida.
En 1855 VIRCHOW contribuyó a mejorar la teoría celular: Toda célula
proviene, por división, de otra célula. (Omnis cellula ex cellula).
4.- La célula es la unidad genética autónoma de los seres vivos. La célula 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 teoría neuronal
Algunos científicos europeos consideraban que la teoría celular no era aplicable
al tejido nervioso, al suponer que las neuronas estaban unidas unas a otras formando
redes (teoría reticular). Pero, en 1902 RAMÓN y CAJAL enunció su teoría
neuronal, en la que demostraba que las células nerviosas o neuronas, eran
independientes entre sí y constituían la unidad anatómica y funcional del sistema
nervioso. Así, se daba valor universal a la teoría celular, pues quedó generalizada a
todas las células, tanto animales como vegetales.
La morfología celular
La célula es la estructura más simple conocida con capacidad para realizar las
tres funciones vitales básicas: nutrición, relación y reproducción, por sí misma, es
decir, sin necesidad de otros seres vivos.
La célula está constituida por tres elementos básicos: membrana plasmática,
citoplasma y material genético (ADN).
Los virus no son células, ya que no tienen estructura celular, es decir, carecen de
un citoplasma con un conjunto de enzimas capaces de realizar el metabolismo, pero sí
son capaces de reproducirse, aunque necesitan invadir una célula viva para conseguirlo.
Pertenecen al nivel macromolecular, por tanto, son una forma de vida acelular.
a)Forma de las células.Las células presentan una gran variedad de formas que dependen de la estirpe
celular, de la edad y de su momento funcional. También depende de su situación, es
decir, si se encuentran libres o en tejidos.
b)Tamaño de las células.-
El tamaño es variable. Las bacterias suelen medir entre 1 y 2 m de longitud, y
la mayoría de las células humanas, entre 5 y 20 m. La célula más grande es el ovocito
de avestruz que mide 7 cm de diámetro. Los espermatozoides destacan por su gran
longitud, los humanos miden 23
m, pero las células con mayor longitud son las
neuronas cuyas prolongaciones axonales pueden alcanzar varios metros de longitud,
como en los cetáceos.
c)Relación entre tamaño, forma y estado de las células.El tamaño de las células está limitado por dos factores:
1.- Capacidad de captación de nutrientes del medio. La entrada de nutrientes se
realiza a través de su superficie. Cuando una célula es esférica, el volumen aumenta
proporcionalmente al cubo del radio ( V = 4/3 π r3 ), mientras que la superficie solo
aumenta en función del cuadrado del radio ( S = 4 π r2 ), es decir, proporcionalmente
aumenta mucho más su volumen que su superficie. Esto implica que la relación
superficie/volumen disminuye, esto implica un gran inconveniente para su
supervivencia, ya que la entrada de nutrientes está en función de su superficie.
En las células grandes la relación superficie/volumen es menor, lo que implica
que la superficie de intercambio con el medio es proporcionalmente menor. Por eso,
pocas células maduras son esféricas, la mayoría son aplanadas, prismáticas o
irregulares, manteniendo así la relación superficie/volumen
aproximadamente
constante. La forma esférica o globular es característica de células jóvenes.
2.- Capacidad funcional del núcleo. El aumento de volumen de las células no va
acompañado de un aumento del volumen del núcleo ni de su dotación genética. Si una
célula aumenta de volumen, se llevan a cabo un mayor número de reacciones
metabólicas. Si este aumento fuera muy elevado, cada vez se necesitarían más enzimas,
que están codificadas por los genes que se encuentran en el núcleo. Y el núcleo podría
llegar a ser incapaz de controlar su producción.
El grado de madurez de una célula también se puede deducir del grado de
empaquetamiento de su cromatina. Una cromatina extendida, que facilita la
transcripción del ADN, indica que la célula está en plena actividad metabólica, mientras
que una cromatina fuertemente empaquetada, generalmente es indicio de una pronta
división celular.
Los modelos de organización celular
Desde el punto de vista de su organización las células se dividen en dos grandes
grupos:
a) Células eucariotas.- Tienen núcleo. Son de este tipo las células animales, las
vegetales, las de los hongos y las de los protoctistas (algas y protozoos)
b) Células procariotas.- Tienen nucleoide que no está rodeado de membrana. Son
de este tipo las eubacterias y las arqueobacterias.
Estructura de una célula eucariota animal
Estructura de una célula eucariota vegetal
El origen y la evolución de las células
Se cree que las primeras células, llamadas progenotas, pudieron surgir cuando
un material con capacidad para autorreplicarse y con una serie de biomoléculas
quedaron aislados del medio por una envoltura de fosfolípidos. Actualmente se
considera que el ARN es la única molécula capaz de servir como molde y de catalizar su
propia replicación...
Los progenotas eran anaerobios y heterótrofos, ya que obtenían las moléculas
orgánicas y la energía del mar de moléculas orgánicas en el que vivían, la sopa o caldo
primitivo. Como las condiciones de la Tierra en ese momento no permitían la síntesis
continua de nueva materia orgánica, ésta se fue agotando lentamente, por lo que hubo
células que evolucionaron y crearon su propio metabolismo.
A partir de los progenotas evolucionaron tres tipos de células procariotas: las
arqueobacterias, las eubacterias y las urcariotas, de las que se cree que provienen las
células eucariotas actuarles.
Las células eucariotas aparecieron hace aproximadamente 1500 m.a, la teoría
actualmente más aceptada es la teoría de la endosimbiosis propuesta por LYNN
MARGULIS.
1.- Una célula urcariota anaerobia, heterótrofa y con digestión extracelular perdió la
pared celular y plegó su membrana para incrementar la superficie de absorción,
progresivamente aumentó su tamaño.
2.- Por plegamiento de la membrana se fueron formando vesículas y así comenzó la
digestión intracelular. El plegamiento del fragmento de membrana al que estaba unido
el ADN circular originó un precursor del núcleo.
3.- Se empezaron a sintetizar fibras y microtúbulos que propiciaron movimientos
celulares de endocitosis; esto generó vesículas digestivas y un esbozo de retículo
endoplasmático. Algunas vesículas se aplanaron y rodearon el núcleo incipiente, que
cada vez acumulaba más ADN.
4.- A partir de espiroquetas incorporadas por endocitosis y no digeridas, que
sobrevivieron en simbiosis con su fagocito, se originaron cilios, flagelos y centríolos
que aumentaron la movilidad de la célula.
5.- El incipiente sistema de membranas y el precursor del núcleo evolucionaron hasta
convertirse en verdaderos orgánulos (RE, Ap. Golgi, núcleo). Se originó un fagocito
primitivo.
6.- Este fagocito fue endocitando distintas células procariotas con las que estableció una
relación endosimbionte; posteriormente, estas células se transformaron en orgánulos
(peroxisomas, mitocondrias y cloroplastos. En la endosimbiosis, el fagocito
proporcionaba a las células procariotas seguridad y alimento, y estas le proporcionaban
a él mejoras en su metabolismo.
7.- En su transformación en orgánulos, las mitocondrias y los cloroplastos perdieron la
mayor parte de su material genético (que se incorporó, al ADN del núcleo), se hicieron
muy dependientes del huésped y empezaron a estar sujetos a su control.
LA MEMBRANA PLASMÁTICA
La membrana plasmática es una fina película de 75 Å de grosor que rodea la
célula y la separa del medio externo.
Según el modelo del mosaico fluido propuesto por SINGER y NICHOLSON
(1972) la membrana plasmática está constituida por una doble capa de lípidos a la que
se asocian moléculas proteicas que se sitúan en las dos caras de la superficie de la doble
capa, bien total o parcialmente englobadas en ella, además lleva moléculas glucídicas
asociadas a la cara externa de la membrana.
La bicapa lipídica está formada por moléculas anfipáticas que están en un medio
polar, por lo que disponen sus radicales polares hacia el medio acuoso y sus radicales
lipófilos hacia los radicales lipófilos de la otra capa.
La membrana plasmática está formada por los siguientes compuestos:
*Fosfolípidos y glucolípidos. Tienen tendencia a girar sobre sí mismos y a desplazarse
lateralmente por su monocapa. Ocasionalmente pueden cambiar de capa lipídica. Esta
movilidad de las moléculas origina una fluidez de la membrana que le permite
adaptarse a las condiciones variables del medio.
*Colesterol. Se dispone en los espacios que originan los ácidos grasos insaturados,
disminuyendo la fluidez excesiva de la monocapa, mantiene la estabilidad de la bicapa e
impide que los lípidos de membrana se unan entre sí, impidiendo que se rompa por
cristalización.
*Proteínas. Se disponen de forma que los radicales polares quedan fuera de la
membrana y los radicales lipófilos establecen contacto con la parte lipófila de los
lípidos de la membrana. Según su disposición:
- Proteínas integrales o intrínsecas. Están total o parcialmente englobadas en la
bicapa. Si atraviesan la bicapa se llaman proteínas transmembranosas.
- Proteínas periféricas o extrínsecas. Están adosadas a la bicapa y son solubles.
*Oligosacáridos. Se encuentran formando parte de los glucolípidos y glucoproteínas de
la parte externa de la membrana constituyendo el glucocalix.
Propiedades de la membrana plasmática
Presenta dos propiedades:
1.- Estructura dinámica.- Las moléculas se pueden desplazar lateralmente, lo que
permite que la membrana pueda autorepararse, o fusionarse con cualquier otra
membrana.
2.- Estructura asimétrica.- Debido a la existencia del glucocalix que se encuentra en
la cara externa de la membrana de las células animales. Estos oligosacáridos realizan la
función de reconocimiento de las moléculas externas, es decir, son receptores de
membrana. Son ejemplos de reconocimiento celular:
- Entre los espermatozoides y los óvulos en la fecundación.
- Entre los virus y las células a las que infectan.
- El reconocimiento y adhesión entre sí de las células de un mismo tejido.
- La identificación de proteínas de membrana consideradas como antígenos por las
células inmunocompetentes, como los linfocitos T.
Funciones de la membrana plasmática
1.- Mantener separados el medio acuoso exterior del medio acuoso interior.
2.- Realizar los procesos de endocitosis y exocitosis.
3.- Regular la entrada y salida de moléculas de la célula.
4.- Regular la entrada y salida de iones.
5.- Posibilitar el reconocimiento celular.
6.- Realizar actividad enzimática.
7.- Intervenir en la transducción de señales.
8.- Constituir uniones intercelulares.
9.- Constituir puntos de anclaje.
El transporte a través de la membrana
a)Sin deformación de la membrana
Las moléculas pequeñas o los iones pueden atravesar la membrana sin necesidad
de que se produzca una alteración en su estructura. Puede ser de dos tipos:
1.- Transporte pasivo.- Se realiza a favor de un gradiente de concentración. Se pueden
distinguir dos tipos: La difusión simple y la difusión facilitada por proteínas
transmembranosas ( proteínas transportadoras o “carriers” y proteínas canal).
2.- Transporte activo.- Se realiza en contra de un gradiente de concentración. Se
necesita un aporte de energía obtenido a partir del ATP. Un ejemplo es la bomba de
sodio-potasio.
b)Con deformación de la membrana
Las macromoléculas atraviesan la membrana produciendo una alteración en su
estructura. Puede ser:
1.- Endocitosis.- Es el proceso que permite la entrada de partículas a la célula,
rodeándolas por una porción de membrana formando una vesícula. Si las partículas
englobadas son sólidas se conoce como fagocitosis y si son líquidas se conoce como
pinocitosis.
2.- Exocitosis.- Es el proceso de expulsión de macromoléculas, que viajan a través del
citoplasma en el interior de vesículas formadas por el aparato de Golgi.
La transcitosis es un sistema de transporte a través del citoplasma, es un mecanismo
típico de las células endoteliales, como las de las paredes de los capilares sanguíneos.
LA MATRIZ EXTRACELULAR
La matriz extracelular es una estructura propia de las células de los tejidos
animales. Sirve como nexo de unión y mantiene unidas las células que forman tejidos y
los tejidos que forman órganos.
Está constituida por una sustancia fundamental amorfa, que es una estructura
gelatinosa de glucoproteínas hidratadas, que tiene inmersas una fina red de fibras
proteicas:
*Colágeno. Proporciona estructura, resistencia a la ruptura y consistencia a la matriz.
*Elastina. Proporciona elasticidad a la matriz.
*Fibronectina. Proporciona adhesión entre las células, y entre las células y las fibras de
colágeno.
La matriz extracelular abunda en los tejidos conectivos y puede acumular
distintos tipos de depósitos: de fosfato de calcio, como en el tejido óseo; de quitina,
como en el exoesqueleto de los artrópodos y de sílice, como en las esponjas de sílice.
LA PARED CELULAR
Es una cubierta gruesa y rígida que rodea a las células vegetales, las de hongos y
las de bacterias.
1. PARED CELULAR DE VEGETALES
La pared celular está formada por una red de fibras de celulosa y una matriz en
la que hay agua, sales minerales, hemicelulosa y pectina. La propia célula secreta la
celulosa, que se dispone formando sucesivamente las siguientes capas:
*Lámina media. Es la primera capa que se sintetiza.
*Pared primaria. Es la segunda capa que se genera, es una cubierta delgada, flexible y
elástica que delimita externamente la célula vegetal.
*Pared secundaria. Es la última capa que se produce, es una cubierta que perdura tras
la muerte de la célula por lo que sirve como tejido de sostén.
La matriz se puede impregnar de lignina, que confiere rigidez, suberina y
cutina que impermeabilizan las paredes de las células que forman los tejidos
protectores, taninos y sustancias minerales como el carbonato cálcico y la sílice que
dan rigidez a la epidermis de muchas hojas.
La pared celular da forma y rigidez a la célula e impide su ruptura.
2. PARED CELULAR DE HONGOS
Está formada fundamentalmente por polisacáridos como la quitina, el glucano
y el manano, y diversas proteínas.
3. PARED CELULAR DE BACTERIAS
En las bacterias, tanto en las Gram positivas como en las Gram negativas, la
pared tiene una capa de mureína, que es un péptidoglicano formado por una red de dos
elementos, la N-acetilglicosamina (NAG) y el N-acetilmurámico (NAM) unidos
alternativamente, formando largas cadenas.