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TEMA 7: LA CÉLULA. MÉTODOS DE ESTUDIO Y TIPOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR
1. La teoría celular
2. Métodos de estudio de la célula
2.1 Microscopía
. El microscopio óptico
. El microscopio electrónico
2.2 Fraccionamiento celular
2.3 Difracción de rayos X
2.4 Autorradiografía
3. Forma y tamaño de las células
3.1 La forma de las células
3.2 El tamaño de las células
4. Tipos de organización celular
4.1 Estructura de la célula procariota
4.2 Estructura de la célula eucariota
5. Origen y evolución celular
1. LA TEORÍA CELULAR
El término célula fue utilizado por primera vez en 1665, por el científico inglés Robert Hooke, al
observar con un microscopio construido por el mismo, una laminilla de corcho. Describió en su escritos
que este tejido estaba formado por una serie de celdillas, similares a las de un panal de abejas, a las que
llamó células ("cells").
Las celdillas del corcho sólo están formadas por las paredes de celulosa, de las células vegetales
muertas, y por un interior lleno de aire.
En 1674, el holandés Leeuwenhoek, comerciante de telas y naturalista aficionado, se dedicó a
perfeccionar las lentes de aumento y así fue el primero en observar protozoos, espermatozoides, glóbulos
rojos...
Durante el siglo XVIII apenas hubo avances en citología, sin embargo el siglo XIX constituyó el
verdadero punto de partida para el estudio de la célula. Así, en 1831, el botánico escocés Brown
descubrió en las células vegetales el núcleo. En 1839 Purkinje introduce el término "protoplasma" para
designar al líquido que llena las células.
En el mismo año, los alemanes Schleiden (botánico) y Schwann (zoólogo) establecieron la
teoría celular, según la cual las plantas y los animales están constituidos por células.
Años después, en 1855 esta teoría fue completada por el alemán Virchow cuando dijo que toda
célula procede de otra célula preexistente.
Ya a principios del siglo XX, el español Santiago Ramón y Cajal, demostró la individualidad de las
neuronas y puso de manifiesto la universalidad de la teoría celular al aplicarla también al tejido nervioso
(algunos científicos sostenían que éste no estaba formado por células independientes).
Actualmente, la teoría celular se resume en los siguientes puntos:



Todos los organismos están formados por una o más células.
La célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos.
Toda célula procede, por división, de otra ya existente.
2. MÉTODOS DE ESTUDIO DE LA CÉLULA
Debido a su pequeño tamaño, las células no se pueden observar a simple vista, por lo que es
preciso emplear una serie de técnicas, algunas de las cuales se describen a continuación.
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2.1 MICROSCOPÍA.

El microscopio óptico.
El microscopio óptico se compone de un sistema de lentes convexas con el que es posible
ampliar el tamaño de cualquier muestra. Los microscopios ópticos constan básicamente de dos
lentes situadas en los extremos de un tubo: el objetivo y el ocular.
La amplificación de un microscopio es el producto de los aumentos del objetivo por los del ocular.
Así por ejemplo, si estamos utilizando un objetivo de 10 aumentos y un ocular de 4 aumentos, la
imagen observada es 40 veces mayor que la realidad.
Pero la calidad de un microscopio no sólo viene determinada por el número de aumentos, sino
también por su poder de resolución, que es la distancia mínima para que dos puntos próximos
se vean como puntos diferentes. El microscopio óptico tiene un poder de resolución de 0,2 μm,
es decir, no se pueden distinguir puntos separados por una distancia menor de 0,2 μm.

El microscopio electrónico.
Este instrumento funciona gracias a un haz de electrones (en lugar de haces de luz) procedente
del calentamiento de un filamento de tungsteno, el cátodo. Los electrones viajan hasta el ánodo a
gran velocidad, a través de una columna hueca en la que se ha hecho el vacío. El haz de
electrones es guiado a la muestra mediante un sistema de lentes que en realidad son
electroimanes.
Existen dos tipos de microscopio electrónico: el de transmisión y el de barrido.
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-
Microscopio electrónico de transmisión (MET).
Su fundamento es el siguiente: los
electrones inciden sobre la muestra y las
zonas que permiten el paso de más
electrones (zonas transparentes) se ven
claras, mientras que las zonas más densas
(dispersan los electrones) se ven oscuras;
es decir, se produce una imagen por
contraste que es observada en una
pantalla fluorescente monocromática.
Al utilizar rayos de electrones, cuya
longitud de onda es mucho menor que la
de la luz, la resolución es mucho mejor
que en microscopía óptica: unos 0,2 nm.
Pero este tipo de microscopio también
presenta inconvenientes: necesita el vacío,
para que no se altere la trayectoria de los
electrones, y la muestra ha de ser
extremadamente fina (50-100 nm de
grosor), para ello se utiliza un aparato
especial denominado ultramicrotomo.
Lógicamente es imposible la observación
de muestras "in vivo".
El aumento en condiciones óptimas de este microscopio puede llegar a ser de 500.000.
-
Microscopio electrónico de barrido (MEB).
En este caso las muestras se
recubren con una fina capa de un
metal pesado, como el oro o el
platino. El haz de electrones es
lanzado contra la superficie de la
muestra barriéndola rápidamente y
no atravesándola, como ocurre en el
microscopio
electrónico
de
transmisión. Los electrones son
reflejados y recogidos en la pantalla
monocromática de un monitor.
Su poder de resolución es
relativamente alto (unos 10 nm) y su
aumento es menor (200.000) que el
que se logra con el de transmisión,
pero
produce
espectaculares
imágenes en relieve de las células.
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2.2 FRACCIONAMIENTO CELULAR.
Esta técnica consiste en la rotura controlada de tejidos y células para separar los orgánulos o
componentes intracelulares.
Para ello, en primer lugar se homogeneiza el tejido, por procedimientos mecánicos o químicos
(trituración ultrasonido, choque osmótico, etc), con el fin de romper las células y, posteriormente, se
procede a una ultracentrifugación diferencial (centrifugaciones sucesivas a distintas velocidades), que
permite la separación de los distintos componentes estructurales de la célula.
Recuerda: La ultracentrífuga es un aparato que gira a velocidades muy elevadas. Las partículas de la muestra, de
diferente densidad, sedimentan a determinadas velocidades, que se miden en unidades Svedberg (S). Los ribosomas y las
subunidades ribosómicas, se definen en función de su coeficiente de sedimentación.
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2.3 DIFRACCIÓN DE RAYOS X.
La difracción de rayos X es una técnica de microscopía electrónica que se utiliza para estudiar
detalles de la estructura molecular de los componentes celulares.
Mediante un haz de rayos X se puede determinar la dispersión de los átomos en una molécula en
estado cristalino. Los rayos X son dispersados por los electrones de la muestra, de modo que los átomos
grandes con muchos electrones, como el C, el N, el O y el P, se detectan con más facilidad que los
átomos pequeños, como el H. El patrón de difracción se recoge en una placa fotográfica. A partir de los
resultados se pueden obtener modelos tridimensionales.
2.4 AUTORRADIOGRAFÍA.
La técnica de autorradiografía consiste en suministrar a las células isótopos radiactivos (14C, 32P,
...) seleccionados que sólo se incorporen a determinadas moléculas. Estos radioisótopos son
inestables y emiten radiaciones ionizantes capaces de impresionar una emulsión fotográfica.
3H,
Mediante las técnicas de autorradiografía es posible seguir el "recorrido" de los radioisótopos por
la célula o a través de tejidos.
3. FORMA Y TAMAÑO DE LAS CÉLULAS.
3.1 LA FORMA DE LAS CELULAS.
Las células presentan una gran variabilidad de formas. Por tanto, no es correcta la simplificación
generalizada que reduce la morfología celular a una simple forma esférica u ovoidea.
La forma de una célula depende de su función, de si se encuentran libres o formando tejidos, etc.
Por ejemplo:
- Las células epiteliales presentan formas aplanadas, prismáticas, caliciformes, ...
- Las células musculares tienen formas alargadas (fibras).
- Las células nerviosas presentan un aspecto estrellado (las neuronas).
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3.2 EL TAMAÑO DE LAS CÉLULAS.
El tamaño celular también varía bastante, pero en general, se puede definir como microscópico.
Así, las bacterias suelen medir entre 1 y 2 μm de longitud, la mayoría de las células humanas entre 5 y 20
μm, etc.
Entre las células de mayor tamaño se encuentran los huevos (óvulos) de las aves, en los cuales
la yema, que es una sola célula, alcanza un gran tamaño (85 mm en el avestruz) por el extraordinario
acúmulo de sustancias nutritivas que almacenan.
Las neuronas son las de mayor longitud, su cuerpo sólo mide varias decenas de μm, pero sus
axones pueden alcanzar metros.
Las diferencias de tamaño existentes entre los organismos vegetales y animales no dependen del
tamaño de sus células, que es prácticamente constante, sino del número de éstas.
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4. TIPOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR
Según el grado de complejidad se pueden considerar dos tipos de organización celular: células
procariotas y células eucariotas. La diferencia fundamental entre ambos tipos de células es la ausencia o
presencia de núcleo.
4.1 ESTRUCTURA DE LA CÉLULA PROCARIOTA.
La estructura procariota es característica y exclusiva del reino moneras formado por bacterias,
algas unicelulares cianofíceas (cianobacterias) y micoplasmas.
La mayoría de las células procariotas son de pequeño tamaño, miden entre 1 y 5 μm, igual al
tamaño de algunos orgánulos de las células eucariotas.
Básicamente, una célula procariota presenta las siguientes estructuras:





Una membrana plasmática que delimita el citoplasma celular.
Rodeando a la membrana existe una pared celular rígida responsable de la forma de la célula.
Los micoplasmas carecen de dicha pared.
El citoplasma está prácticamente desprovisto de estructuras membranosas, con la única
excepción de los mesosomas (repliegues de la membrana plasmática). En el citoplasma hay
gran cantidad de de ribosomas (de 70 S) y algunas inclusiones con sustancias de reserva.
El material genético está formado por una molécula de ADN circular bicatenario no unida a
histonas y, situada en el centro de la célula, en la zona denominada nucleoide, que no está
separada del resto del citoplasma por membrana alguna (por ello no se considera un núcleo
verdadero).
Además hay pequeñas moléculas de ADN circular y de doble hélice denominadas plásmidos.
Algunas bacterias pueden contener además otros elementos:
-
Flagelos: apéndices externos implicados en el movimiento.
Pelos o fimbrias (pili): apéndices tubulares rígidos que permiten el intercambio de
información genética (conjugación) o la adhesión de la bacteria al hospedador.
Cápsulas: envoltura que recubre a la pared celular de algunas bacterias.
Sistemas internos de membranas; los presentan muchas bacterias autótrofas.
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4.2 ESTRUCTURA DE LA CÉLULA EUCARIOTA.
Exceptuando las bacterias, el resto de los seres vivos (reinos protoctistas, hongos, plantas y
animales) presentan una organización celular eucariota.
La célula eucariota consta de:
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
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

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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 con el medio exterior.
En ocasiones, rodeando a la membrana plasmática, existe una pared celular rígida,
fundamentalmente de celulosa en las células vegetales y de quitina en el caso de algunos
hongos.
El citoplasma celular contiene los orgánulos celulares y está ocupado por un entramado de
filamentos proteicos que forman el citoesqueleto, implicado también en la formación de cilios y
flagelos, los movimientos intracelulares y la división celular.
Los ribosomas presentan un coeficiente de sedimentación de 80 S, mayor que en las células
procariotas, y su función, al igual que en éstas, consiste en participar en la síntesis de proteinas.
Mitocondrias y cloroplastos, orgánulos relacionados con la obtención de energía mediante los
procesos de respiración y fotosíntesis, respectivamente. Ambos orgánulos están rodeados por
una doble membrana.
Las células eucariotas poseen un complejo sistema interno de membranas constituido por el
retículo endoplasmático, conectado con la membrana nuclear y, el complejo de Golgi,
orgánulos relacionados con la síntesis de moléculas y su distribución dentro de la célula, así
como la secreción de sustancias al exterior. Otros orgánulos membranosos son las vacuolas,
que alcanzan un gran desarrollo en las células vegetales, y, los lisosomas, relacionados con el
complejo de Golgi, que contienen enzimas esenciales para la degradación de sustancias en el
interior de vacuolas digestivas.
Por último, todas las células eucariotas presentan un núcleo delimitado por una doble
membrana. En su interior se encuentra la cromatina, constituida por ADN asociado a proteínas
(histonas). La membrana nuclear tiene unos poros que comunican el nucleoplasma y el
citoplasma.
Existen algunas diferencias entre las células eucariotas animales y las vegetales:
-
En las células de los vegetales destaca la presencia de una pared de secreción gruesa
de celulosa, la existencia en general de una vacuola grande que desplaza al núcleo
desde el centro hacia un lado y la presencia de plastos (amiloplastos, cloroplastos, ...).
-
En las células de los animales no hay pared celular de celulosa, las vacuolas son
pequeñas, el núcleo suele estar en el centro, hay un par de centriolos, puede presentar
cilios, o flagelos o emitir pseudópodos.
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6. ORIGEN Y EVOLUCIÓN CELULAR.
Se cree que la Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años. Una vez que se originaron los
primeros compuestos orgánicos y algunas de estas moléculas (probablemente ARN) adquirieron
capacidad de autorreplicación, la vida se inició en el planeta.
Actualmente se piensa que las moléculas de ARN prebióticas se desarrollaron en ambientes
marinos y adquirieron su propia capacidad de replicación. Posteriormente, surgieron moléculas más
especializadas, el ADN y las proteínas, que de un modo aún desconocido se rodearon de una membrana
compuesta de fosfolípidos y posibilitaron la aparición de las primeras células.
Los procariotas primitivos evolucionaron desde organismos heterótrofos y anaerobios, que
obtenían su alimento y la energía necesaria a partir de moléculas orgánicas, hasta organismos
quimioautótrofos capaces de utilizar el CO2 disponible como fuente de carbono y la energía de los
compuestos químicos oxidables.
El paso siguiente fue el desarrollo de formas fotosintéticas que podían utilizar la energía
procedente de la luz y los compuestos químicos inorgánicos para su crecimiento; produciendo oxígeno.
Se acepta en general que las primeras células eucariotas aparecieron en la Tierra hace unos
2.500 millones de años, procedentes de algún tipo de procariota heterótrofo.
Estos primeros eucariotas perdieron la pared celular y protegieron su material genético por medio
de una doble membrana originada por invaginaciones de la membrana celular, lo que permitió la
constitución de un verdadero núcleo.
Parece suficientemente probada la teoría endosimbiótica de Lynn Margulis (1.970), según la
cual los eucariotas se originaron a partir de una primitiva célula eucariota (urcariota) que en un momento
dado englobaría otras células u organismos procarióticos, estableciéndose entre ambos una relación
endosimbionte.
Estas células procariotas serían los precursores de las mitocondrias (que procederían de
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bacterias aerobias) y de los cloroplastos (que serían antiguas bacterias fotosintéticas del tipo de las
cianobacterias). De hecho, mitocondrias y cloroplastos son similares a las bacterias en tamaño y, como
ellas, se reproducen por división. Pero lo más importante es que tanto mitocondrias como cloroplastos
tienen su propio ADN. Además, ambos orgánulos presentan ribosomas propios similares a los de las
bacterias (70 S).
ACTIVIDADES
1.- ¿Cuál es la longitud en ángstroms y en nm de una estructura celular de 0,25 μm de largo?
2.- Completa la siguiente tabla comparativa de los distintos tipos de microscopios.
Características
MO
MET
MEB
Portátil
Aumento
Tamaño mínimo observable
Fotografía (B/N o color)
Observación in vivo
3.- ¿Cuál es la principal diferencia entre el microscopio electrónico de transmisión y el de barrido?
4.- Explica para qué sirven las siguientes partes del microscopio óptico: platina, ocular, objetivo, condensador,
diafragma, tornillo macrométrico y tornillo micrométrico.
5.- ¿Qué se entiende por poder de resolución? ¿Cuál es el del ojo humano?
6.- Por ultracentrifugación se pueden separar los componentes celulares. Sabiendo que la sedimentación de los
mismos es más rápida cuanto mayor es su tamaño, ¿en qué orden sedimentarán estos componentes: mitocondrias,
lisosomas, ribosomas, núcleos y proteínas?
7.- ¿Qué diferencias hay entre las células procariotas y las eucariotas?
8.- ¿Qué orgánulos celulares tienen un origen endosimbiótico? ¿De qué tipos de bacterias proceden?
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