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TEMA 7. LA CÉLULA, UNIDAD ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL. EL NÚCLEO
1. HISTORIA DE LAS IDEAS SOBRE EL ORIGEN DE LA VIDA y TEORIA CELULAR
2. ORIGEN Y EVOLUCIÓN CELULAR
3. FORMA Y TAMAÑO DE LAS CÉLULAS.
4. MODELOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR
5. LA MATRIZ EXTRACELULAR
6. EL NÚCLEO.
7.CUADROS DE DIFERENCIAS ENTRE CELULAS PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS/ANIMAL
Y VEGETAL
1. HISTORIA DE LAS IDEAS SOBRE EL ORIGEN DE LA VIDA
Estamos hechos, hoy en día, a la idea de que todo ser vivo deriva de otro u otros, que una
vida deriva de otra vida ya existente, pero hasta los últimos decenios del siglo XIX, este no era el
pensamiento establecido en la comunidad científica, sino la generación espontánea, es decir,
que la vida podía formarse directamente de la materia orgánica en descomposición o a partir de
los elementos de la materia.
Esto no es extraño, ya que está basado en la observación directa.

Ya Aristóteles en el siglo III a.c. hace una distinción entre los animales que nacen de
padres semejantes a ellos y los que no tienen padres, tales como las anguilas, que nacen
del limo de los ríos, los peces que nacen de los pantanos secos y luego rehumedecidos o
las orugas que nacen de las plantas.
Durante muchos siglos diferentes naturalistas han seguido admitiendo la generación
espontánea, también numerosos padres de la Iglesia, como San Agustín o Santo Tomás
de Aquino.

En el siglo XVI Van Helmont (1577-1644) daba recetas precisas para hacer nacer a
voluntad diferentes animales partiendo de los fermentos contenidos en la materia.

Rechazo de la teoría de la generación espontánea
o Durante todos estos años y en los siguientes existe una gran controversia sobre la
generación espontánea, que va a recibir un gran golpe, Francesco Redi, en 1663
lleva a cabo unos experimentos, que pondrán en tela de juicio esta teoría de
manera grave.

Mas o menos al mismo tiempo, en 1665, sucede otro acontecimiento que cambiará la
visión que el hombre tiene del mundo, ya que Robert Hooke, fabrica el primer
microscopio y observa por vez primera en una lámina de corcho unos huecos que
denominó células.

En 1674 A. Van Leeuwenhoek, fabricaba sus propios microscopios y describió un gran
mundo oculto en una gota de agua de charca, posteriormente describió células en sangre
y esperma e hizo el primer dibujo de una bacteria.
A partir de aquí comienza un descubrimiento incesante de nuevas formas que resumiremos a
continuación:

En 1830 se empezaron a fabricar los primeros microscopios compuestos que
permitían una mejor visión de las células.

En 1833 R. Brown descubrió el núcleo de la célula y le dio una gran importancia en la
función de la célula.

Entre 1838 y 1839 el zoólogo T. Schwann y el botánico M. J. Schleiden llegaron a la
conclusión de que todos los seres vivos estaban formados por células. Aunque el
primero pensaba que se originaban por generación espontánea en el interior de otra
célula y el segundo pensaba que se podían obtener fuera a partir de un humor orgánico.

En 1839 Purkinje introdujo el término de protoplasma y en 1846 Von Mohl consideró a
los protozoos como células.

En 1855 R. Virchow estableció el principio “omnis cellula e cellula” según la cual todas
las células proceden de otra célula.

A pesar de todas estas observaciones y nuevos descubrimientos la teoría de la
generación
espontánea
seguía
aceptándose
hasta
que
Pasteur
realiza
sus
experimentos entre 1859 y 1863.

1889 Ramón y Cajal demostró que el tejido nervioso estaba formado por células
individuales, ya que hasta ese momento este tejido se creía que estaba formado por una
red continua de células y era una excepción a la teoría celular

En 1937 Ruska y Bories, científicos rusos, construyeron el primer microscopio
electrónico que permitió asentar esta teoría, al observar las pequeñas estructuras
(orgánulos) que existen en el interior de las células.
A partir de estos autores (Shleiden, Schwann, Virchow y distintos autores que descubrieron la
estructura del ADN y su funcionalidad) tenemos los siguientes postulados de la teoría celular
Puntos de la teoría celular moderna:
· La célula es la unidad anatómica y funcional de todos los seres vivos.
· Cada célula procede de otra célula anterior por división.
· Toda célula posee la maquinaria necesaria para mantener su propia existencia; es capaz
de mantenerse viva por sí misma.
· La información genética se transmite de generación en generación.
2. ORIGEN Y EVOLUCIÓN CELULAR

La primera hipótesis sobre el origen de la vida que ha tenido aceptación la propuso
Oparin, él postulaba que la aparición de las primeras células sencillas tuvo lugar en los
océanos donde se encontraban todas las moléculas necesarias para la vida (sopa o caldo
primordial), estas moléculas se habrían formado a partir de la atmósfera primitiva
reductora.
o Estas primeras células primitivas aparecerían hace 3800ma (progenotas) y
deberían presentar una membrana externa y un ácido nucleico (ARN) que tuviera
capacidad autorreguladora, que controlara su propia replicación y la síntesis de
proteínas.
En cuanto a su metabolismo, este progenota sería, heterótrofo anaerobio, ya que se
nutriría de lo más abundante en el medio, moléculas orgánicas y en ausencia de oxígeno,
ya que la atmósfera carecía de él.
La escasez de nutrientes condicionaría la evolución celular, en un proceso de selección natural
que tendería a la aparición de una complejidad celular para poder obtener energía de otras
fuentes.
o La consecuencia más importante de esta evolución celular es que en un momento
determinado algunas células comenzaron a fabricar moléculas orgánicas a partir
de la fijación y reducción del CO2 gracias a la energía del sol y utilizando
determinadas moléculas que ceden electrones para poder realizar esa reducción
del CO2, proceso denominado fotosíntesis. En un principio se debió utilizar el
H2S (ácido sulfídrico), para la cesión de electrones en la reducción del CO2, no se
utilizaba el H2O y como consecuencia no se liberaba oxígeno a la atmósfera, esto
debió ocurrir en una evolución posterior de la fotosíntesis y a partir de este cambio
se empezó a enriquecer la atmósfera de oxígeno y hace 2500 ma el cambio ya
era decisivo, esto tuvo como consecuencia que aquellas células que fueran
anaerobias morirían, y aquellas que aprendieran a utilizarlo mediante la aparición
de la respiración celular, sobrevivirían y colonizarían el medio.
Este enriquecimiento de oxígeno de la atmósfera también produjo la aparición de la
capa de ozono, fundamental para que los seres vivos pudieran colonizar el medio aéreo.
Las características de este progenota (salvando las distancias) sería semejante a una célula
procariota actual.
o A partir de las células procariotas evolucionarían las primeras células eucariotas
(Eucariota), mucho más complejas y con un tamaño superior. Este aumento de
tamaño se pudo realizar al perder la pared celular presente en las procariotas y
esto fue acompañado de un aumento de la superficie celular con la parición de
pliegues en la membrana, estos pliegues serian el origen de los primeros
compartimentos intracelulares y también de fenómenos como la endocitosis,
fagocitosis y digestión intracelular.
El eucariota necesitaría para aumentar de tamaño una estructura proteica que
mantuviera su forma y permitiera desarrollar la capacidad de movimiento y la
fagocitosis, esta estructura proteica sería el origen del citoesqueleto, tan desarrollado
en la célula eucariota actual.
A partir de este momento el eucariota pudo convertirse en célula hospedadora de
edosimbiontes bacterianos como propone en su teoría endosimbiótica, Lynn Margulis.
Según esta teoría, los orgánulos que contienen ADN (mitocondrias y cloroplastos) tienen
muchas características semejantes a las células procariotas, por lo que se pensó que podrían
derivar de ellas.
De tal forma que:

Las mitocondrias provendrían de bacterias púrpura que protegían al eucariota frente al
oxígeno y luego aprendieron a consumirlo en un proceso complejo de respiración
celular.

Los cloroplastos provendrían de bacterias semejantes a cianobacterias, que realizarían
la fotosíntesis y se adaptaron a vivir en el interior de las células eucariotas.

Flagelos y microtúbulos del huso provendrían de espiroquetas.

Los peroxisomas provendrían de procariotas capaces de digerir sustancias tóxicas
provenientes de la presencia de oxígeno.
3. FORMA Y TAMAÑO DE LAS CÉLULAS.
1mm= 10-3m
1mm (micrómetro)= 10-6m
1nm (nanómetro)= 10-9m
1 A (Angstron)= 10-1nm=10-10m
Célula vegetal 40mm
Célula animal 25mm
Cloroplasto/mitocondria 3-6 mm
bacteria 2 mm
virus 100nm
Diámetro del ADN 2 nm
4. MODELOS DE ORGANIZACIÓN.
Antes de comenzar con el estudio de los modelos de organización celular debemos
detenernos en LOS VIRUS, estos no se deben considerar células ya que no presentan todos los
puntos de la teoría celular.
Los virus son organismos muy pequeños (30-300nm) sin metabolismo propio (parásitos
obligados), formados únicamente por una cubierta proteica y un ácido nucleico, carecen por
tanto de membrana plasmática y todo tipo de orgánulos; se encuentran en la frontera del nivel de
macromoléculas y el nivel celular.
La célula no es una simple masa de materia viviente, sino el resultado de un proceso de
diferenciación que a través de la evolución ha conducido a una organización que ha ido
adquiriendo complejidad.
En consecuencia, según el grado de diferenciación estructural alcanzado se han
establecido diferentes niveles de organización celular:

Organización procariota: se caracteriza por su gran simplicidad, pues en ella faltan
muchas estructuras.
Carecen de núcleo diferenciado y de estructuras membranosas en el interior de la célula,
solo poseen como orgánulos, los ribosomas. Son el tipo celular más primitivo. La
presentan las bacterias, algas cianofíceas o cianobacterias.

Organización eucariota: este tipo celular posee todas las estructuras, como
consecuencia de su gran diversificación.
Tienen núcleo diferenciado, todo tipo de estructuras membranosas en el interior de la célula.
Son más evolucionadas y de mayor tamaño. La presentan los organismos pluricelulares y la
mayoría de los unicelulares, como protozoos.
Esta organización presenta otros dos tipos: las células animales y vegetales, con
características particulares en ambos caso, con respecto a su morfología y fisiología.
5. LA MATRIZ EXTRACELULAR
La matriz extracelular está formada por materiales segregados al exterior por la célula.
Es necesaria ya que los tejidos animales deben ser consistentes y elásticos y asociarse
unos a otros para formar órganos, la matriz proporciona una continuidad entre ellos y permite la
difusión de sustancias entre ellos y pude permitir además el movimiento de algunos tipos
celulares entre distintos tejidos.
La matriz es abundante en los tejidos conjuntivos.
Los componentes más comunes de la matriz son las proteínas fibrosas (colágeno,
elastina), proteoglucanos, heteropolisacáridos y las glucoproteínas estructurales (fibronectina).
La matriz presenta una estructura homogénea, con la consistencia de un gel hidratado y soluble
donde se encuentran los componentes anteriormente citados que son insolubles dándole rigidez
y consistencia mecánica a la matriz.
6. EL NÚCLEO
Características
•
Es un corpúsculo, normalmente en posición central pero puede hallarse desplazado por
los constituyentes del citoplasma, (caso de las vacuolas en las células vegetales).
•
Rige todas las funciones celulares.
•
Es el portador de los factores hereditarios.
•
Entre el núcleo y el citoplasma existe una relación muy estrecha y dependen el uno del
otro de tal manera que ninguna de las dos partes puede mantenerse viva mucho tiempo
separada de la otra.
Estructura
•
Se pueden distinguir dos aspectos distintos, el núcleo interfásico y el núcleo mitótico, en
el que se pueden distinguir los cromosomas.
•
El tamaño del núcleo varía bastante, pero suele estar comprendido entre 5 y 15 m.
•
En cuanto a su forma, la más frecuente es la esférica, pero existen muchos casos de
núcleos elipsoidales, arriñonados o lobulados.
•
Para cada tipo de células, la relación entre el volumen nuclear y el volumen citoplasmático
es constante. Esta relación se denomina relación nucleocitoplasmática.
•
Se distinguen las siguientes partes: envoltura nuclear, nucléolo, cromatina y
nucleoplasma
1. ENVOLTURA NUCLEAR
La envoltura nuclear son dos membranas, la externa y la interna, ambas de 70-90Å de
grosor, con un espacio perinuclear o intermembranoso en medio de 200 a 300 Å, que se
continúa con el Retículo Endoplasmático.
Unidas a la membrana nuclear interna se encuentran proteínas fibrilares (del tipo de los
filamentos intermedios) que funcionan como esqueleto del núcleo (lámina nuclear o
lámina fibrosa).
Interviene en la desorganización y reorganización de las membranas nucleares al
comienzo y al fin de la división celular.
•
La envoltura nuclear separa el contenido nuclear del citoplasma.
•
Las dos membranas de la envoltura se interrumpen en algunos puntos formando poros
nucleares, que comunican el interior del núcleo con el citoplasma celular.
•
Los poros nucleares permiten el paso de sustancias del interior de núcleo hacia el
citoplasma y viceversa, pero el proceso es muy selectivo. (solo pasan libremente las
moléculas hidrosolubles).
•
Los poros tienen un diámetro de 800 Å. y la superficie ocupada por ellos respecto a la
superficie total del núcleo es un 10%, aunque en ciertas células vegetales puede llegar al
36%.
•
En general, cuanto más activa es una célula, mayor es el número de poros que posee su
núcleo.
Las funciones de la envoltura son:
1. Separa el núcleo del citoplasma impidiendo que enzimas citoplasmáticas actúen en el
núcleo.
2. Regular el intercambio de sustancias a través de los poros.
3. Formar los cromosomas a partir de la cromatina al inicio de la división celular. Esto se
realiza gracias a los puntos de unión de la lámina nuclear con las fibras de ADN.
2. NUCLÉOLO
Conjunto de ARN, ADN y proteínas

Es un corpúsculo esférico que, a pesar de no estar delimitado por una membrana, suele
ser muy visible.

Es frecuente que exista más de un nucléolo; en el caso de los óvulos de los Anfibios, más
de un millar.

Existe una relación entre el tamaño del nucléolo y la actividad sintética de la célula
3. CROMATINA
El ADN del núcleo está asociado a proteínas de dos clases, las histonas y las proteínas
no histónicas. El complejo de ambos tipos de proteínas con el ADN es conocido como
cromatina.
La cromatina no está empaquetada de la misma forma en toda su extensión.
Dependiendo del grado de empaquetamiento (condensación), tenemos:

Eucromatina: cromatina poco condensada (se transcribe el ADN). La eucromatina, junto
con el nucléolo, son las zonas donde los genes se están transcribiendo.

Heterocromatina: Cromatina con alto grado de empaquetamiento con el fin de que el ADN
que contiene no se transcriba (telómeros y centrómeros) y permanezca funcionalmente
inactivo
CROMOSOMAS
Estructura de los cromosomas.
En los periodos de división celular (Mitosis o Meiosis), la cromatina da lugar a unas
estructuras denominadas cromosomas, visibles con M.O.
Tienen forma de bastoncillos más o menos alargados.
Antes de iniciarse la división celular se produce la duplicación del ADN y aparecen dos
fibras de ADN idénticas, fuertemente replegadas sobre si mismas denominadas cromátidas,
unidas por el centrómero.
Dentro de la misma especie la forma de cada cromosoma es constante, de tal manera
que puede ser identificado cada uno de ellos.
Según el tamaño relativo de los brazos (o según la posición del centrómero) se distinguen
4 tipos de cromosomas
a. Metacéntricos: Los dos brazos tienen, aproximadamente, la misma longitud porque el
centrómero se encuentra en la mitad del cromosoma.
b. Submetacéntrico. Brazos cromosómicos ligeramente desiguales.
c. Acrocéntricos: Los dos brazos son de distinta longitud, muy desiguales.
d. Telocéntricos: Sólo es visible un brazo porque el centrómero se encuentra en un extremo.
Las especies llamadas haploides poseen un número n de cromosomas distintos.
Sin embargo las llamadas diploides poseen 2n cromosomas, es decir, n parejas de
cromosomas homólogos (idénticos).
En cada pareja, uno de los cromosomas procede del padre y otro de la madre.
En la especie humana, las células poseen 46 cromosomas en 23 parejas de homólogos.
Es lo que se denomina dotación cromosómica de la especie humana.
En algunos organismos puede haber más juegos de cromosomas (3n, 4n...)
y se
denominan poliploides
4. NUCLEOPLASMA

Es el contenido interno del núcleo y es similar al citosol.

Está formado por una disolución compuesta por gran variedad de principios inmediatos,
especialmente nucleótidos y enzimas implicados en la transcripción y replicación del ADN.

En el nucleoplasma se encuentran los cromosomas y nucléolos, También se pueden
encontrar gránulos de glucógeno, gotas lipídicas y una amplia gama de fibras proteicas.
7. CUADROS DE DIFERENCIAS ENTRE CELULAS PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS/
ANIMAL Y VEGETAL
CÉLULAS PROCARIOTAS
Miden entre 1 y 5 µm
CÉLULAS EUCARIOTAS
Son más grandes. Muchas miden entre 20 y 50 µm, la
yema del huevo de gallina 2 cm, algunas neuronas más
de 1 metro.
Tienen pocas formas esféricas (cocos), de Tienen formas muy variadas. Pueden constituir
bastón (bacilos), de coma ortográfica (vibriones), organismos unicelulares o pluricelulares. En éstos hay
o de espiral (espirilos). Siempre son unicelulares, células muy especializadas y, por ello, con formas muy
aunque pueden formar colonias
diferentes.
Membrana de secreción gruesa y constituida Las células vegetales tienen una pared gruesa de
de mureína Algunas poseen además una celulosa. Las células animales pueden presentar una
cápsula mucosa que favorece que las células membrana
de
secreción,
denominada
matriz
hijas se mantengan unidas formando colonias.
extracelular, o carecer de ella.
Los orgánulos membranosos son los Los orgánulos membranosos son el retículo
mesosomas. Las cianobacterias presentan, endoplasmático, aparato de Golgi, vacuolas, lisosomas,
además, los tilacoides. Las membranas no mitocondrias, cloroplastos (sólo en algunas células) y
poseen colesterol.
peroxisomas.
Las estructuras no membranosas son los Las estructuras no membranosas son los ribosomas
ribosomas, de 70 S. Algunas presentan de 80 S, citoesqueleto y, en las animales, además
vesículas de paredes proteicas (vesículas de centríolos.
gas, carboxisomas y clorosomas).
No tienen núcleo. El ADN está condensado en
una región del citoplasma denominada
nucleoide. No se distinguen nucléolos
Sí tienen núcleo y dentro de él uno o más nucléolos.
El ADN es una sola molécula circular de doble
hélice que aunque puede estar asociada a
proteínas, no forma nucleosomas. Este ADN
equivale a un único cromosoma. Además
presentan plásmidos, pequeños ADN circulares
de doble hebra. El ARNm no presenta
maduración. La transcripción y la traducción se
realizan en el mismo lugar.
El ADN es lineal y de doble hélice y está asociado a
histonas formando nucleosomas. Cada fibra de ADN
forma un cromosoma. Además hay ADN circular de
doble hebra en los cloroplastos y en las mitocondrias. El
preARNm experimenta maduración. La transcripción se
realiza en el núcleo y la traducción en el citoplasma.
No hay mitosis. El citoplasma se divide por El núcleo se divide por mitosis o por meiosis. El
bipartición. La reproducción es de tipo asexual.
citoplasma se divide por bipartición, esporulación,
gemación o pluripartición. La meiosis, que genera
gametos o meiosporas, permite la reproducción sexual.