Las células

Una célula es un microcosmos de vida, ya que es la unidad más pequeña que puede llevar a cabo todas

las actividades propias de los seres vivos. Aunque algunas son más complejas que otras, todas poseen

los componentes físicos y químicos necesarios para la conservación, crecimiento y división. Las

células convierten la energía de una forma a otra y la utilizan para diversos tipos de actividades, que

van desde el trabajo mecánico hasta la síntesis química; almacenan la información genética en las

moléculas de ADN, que se duplican con exactitud y se transmiten a la progenie durante la división

celular y utilizan tal información para controlar su metabolismo y especificar sus estructuras. Por

supuesto una célula es un sistema abierto, que requiere intercambio de materia y energía con el

ambiente que la rodea de manera permanente.

Las células son los bloques de construcción de todos los seres vivos. Se trata de módulos muy variados

que pueden tener modificaciones muy específicas para cumplir funciones especiales.

Constituyen una evidencia de la unidad y del origen común de todos los seres vivos, ya que presentan

similitudes sorprendentes en todos ellos.

Células

Organización celular

Teoría celular

La teoría celular establece que las células son

la unidad fundamental de todos los seres vivos.

La teoría celular surgió recién hacia1830 a partir

del trabajo de dos biólogos alemanes, Theodor

Schwann y Matthias Schleiden. El botánico M.

Schleiden estableció que las células vegetales tienen

una” doble vida”. Una parte de su vida es

independiente y pertenece solo a su propio

desarrollo y la otra es su acción como integrante del

tejido vegetal; es decir actúa como si fuera un

pequeño organismo independiente, pero también

contribuye a la vida del organismo total del cual

forma parte.

El zoólogo T. Schwann observó células animales

y arribó a conclusiones similares a las de Schleiden,

estableciendo la siguiente generalización: las partes

elementales de todos los tejidos están formadas por

células.

En 1855, Rudolph Virchow amplió la teoría

celular y afirmó que se forman nuevas células solo

por división de células preexistentes. Dicho de otra

manera, las células no surgen por generación

espontánea (idea aristotélica).

Muchos otros científicos aportaron

conocimientos para formular la actual teoría celular

que establece los siguientes postulados principales:

- Todos los seres vivos están formados por una

o más células.

- Las reacciones químicas, los procesos

liberadores de energía y las reacciones de

biosíntesis que realizan los seres vivos se

desarrollan dentro de las células.

- Las células se originan de otras células

preexistentes.

- Las células contienen información

hereditaria de los seres vivos de los que son

parte, la cual pasa de una a otra a través de

generaciones sucesivas.

Características compartidas

Aunque las células tienen aspecto muy diverso,

sus características fundamentales son notablemente

similares. Esto es un reflejo de su evolución a partir

de un ancestro común, así como el hecho de que

comparten muchas necesidades.

Cada célula debe ser capaz de mantener juntas y

separadas del ambiente externo las estructuras que

la componen. Esta es la razón de que todas las

células, desde las bacterianas hasta las del ser

humano, estén rodeadas por una membrana de

superficie, por lo general llamada membrana

plasmática. Las células también deben acumular

materiales de reservas de energía, así como

intercambiar materiales con su entorno, por lo

general de manera regulada. Por lo tanto, la

membrana plasmática debe ser una barrera muy

selectiva, de manera que el interior de la célula sea

un compartimiento cerrado de composición química

muy diferente a la del entorno.

Todas las células vivas necesitan una o más

fuentes de energía, aunque raras veces la obtienen

en una forma para uso inmediato; así pues, todas

deben ser capaces de convertir la energía a una

variante útil, por lo general la molécula de adenosín

trifosfato (ATP). Aunque los detalles específicos

varíen, la estrategia básica que utilizan para obtener

energía de la materia orgánica es muy similar y

consiste en un proceso oxidativo. Las reacciones

químicas que convierten la energía de una forma a

otra son en lo fundamental iguales en todas las

células, desde las bacterianas hasta las animales y

plantas complejos.

Todas las células necesitan controlar sus

actividades y especificar su propia estructura. La

información genética tiene la función fundamental

de dirigir las actividades celulares.

Tamaño celular:

Tamaños variables, en general microscópicas.

Se requieren unidades muy pequeñas para medir a

las células y sus estructuras internas. La unidad

básica de medición en el sistema métrico utilizado

por nosotros es el metro (m). El milímetro (mm) es

un milésimo de metro (1/1000). La unidad más

conveniente para medir las células es el micrómetro

o micra (μm) que equivale a un millonésimo de

metro (1/1.000.000) ó un milésimo de milímetro

(1/1000), de modo que es imperceptible por el ojo

humano. Para poder observar a las células y sus

componentes es necesario disponer de microscopio,

ya sea óptico o electrónico.

¿Por qué son tan pequeñas la mayoría de las

células?

Si se considera lo que la célula debe hacer para

crecer y sobrevivir, es fácil comprender las razones

de su tamaño pequeño:

- Debe captar alimento y otros materiales a través

de sus membranas y desplazarlos a los sitios

correctos, donde se transforman en otros

compuestos.

- Debe eliminar desechos metabólicos

rápidamente antes de que se acumulen en

concentraciones tóxicas.

- Ser pequeñas les permite acelerar muchas

actividades porque las sustancias recorren

distancias cortas.

- Al ser pequeñas hay una mayor relación de

superficie volumen, lo que permite rapidez para

intercambiar sustancias.

Las formas de las células pueden ser muy

variadas y responden a las funciones que ellas

cumplen dentro del organismo del que forman parte.

Estructura y organización celular

Según la estructura y complejidad de sus células

se puede agrupar a los organismos vivos en dos

categorías con planes de organización celular

diferentes: procariota y eucariota.

Todas las células comparten algunas

características esenciales. La presencia de una

membrana externa, membrana plasmática, que

separa el citoplasma de la célula del ambiente

externo; otra característica común es la presencia de

material genético que dirige las actividades de la

célula y le permite reproducirse y transmitir sus

características a la progenie; y por último comparten

también estructuras celulares (organelas no

rodeadas por membranas) llamadas ribosomas que

se encargan de la síntesis de proteínas.

Procariota: el término procariota hace

referencia a una característica de éstas células

que es la ausencia de núcleo en su organización

(pro = antes; carión = núcleo; todo junto: antes

del núcleo organizado). Son células en las que el

material genético (ADN) se encuentra libre en el

citoplasma celular constituyendo una única

molécula circular simple, sin asociarse a

proteínas específicas (histonas), la región donde

se encuentra se la denomina nucleoide. Presentan

una organización primitiva, carecen de sistemas

de membranas internas. Tanto los complejos

enzimáticos que llevan adelante el metabolismo,

como el material genético (ADN) se encuentran

libres en el citoplasma (no hay ni organelas ni

núcleo). La membrana plasmática presenta

repliegues internos (mesosoma) sobre los que se

producen varios de los procesos metabólicos,

entre otras funciones energéticas, biosintéticas y

reguladoras. El mesosoma también suele permitir

la fijación de la única molécula de ADN.

Los organismos que poseen este tipo de

organización celular pertenecen al Reino

Prokariota (ex Monera) que reúne organismos

como las bacterias y las algas verdes-azules o

cianobacterias., son todos organismos

unicelulares de vida parásita o libre, con forma

de nutrición heterótrofa o autótrofa.

En general las células procariotas son menos

complejas y de tamaño más pequeño que las

eucariotas.

En el siguiente gráfico, correspondiente a un

organismo con organización procariota, se

visualizan otros detalles

Micrografía de células bacterianas (procariotas)

Eucariota: (verdadero núcleo) la encontramos

constituyendo tanto organismos unicelulares o

pluricelulares. Son células que tienen sistemas de

membranas internas (organelas especializadas) y

el ADN está contenido en el núcleo y asociado a

proteínas específicas denominadas histonas. Los

organismos de los Reinos Protista, Fungi,

Vegetal y Animal tienen células de este tipo.

Una de las características distintivas de las

células eucariotas respecto de las procariotas es

su alto grado de compartimentalización. La

presencia de un núcleo bien diferenciado, con una

envoltura nuclear que confina el material

genético al interior del núcleo, y la presencia de

distintas organelas membranosas, es sólo un

aspecto de la separación espacial de funciones

dentro de la organización celular. El citoplasma, a

su vez, se encuentra recorrido en todas

direcciones por un sistema de sacos y túbulos,

cuyas paredes de membrana ofician de límite

entre la matriz citoplasmática y la luz o cavidad

del sistema. Este conjunto de estructuras

membranosas, incluida la envoltura nuclear, se

conoce como sistema de endomembranas o

sistema vacuolar citoplasmático.

Dentro de las células eucariotas encontramos dos

tipos claramente diferentes: las células

eucariotas de tipo animal y la célula eucariota

de tipo vegetal. Las diferencias entre ambos

tipos son numerosas, entre ellas la presencia o

ausencia de algunas organelas y algunos

procesos metabólicos celulares.

Organelas celulares

Las organelas u orgánulos u organoides son

estructuras celulares de presencia constante (durante

toda la vida o la mayor parte de la vida de la célula),

de morfología y composición química definidas, y

que llevan a cabo funciones características y

particulares. En general están limitadas

exteriormente por una membrana del tipo de la

plasmática, excepto los ribosomas que no poseen

una membrana limitante.

Las membranas tienen propiedades únicas que

permiten a las organelas membranosas realizar una

amplia variedad de funciones. Estos

compartimientos cerrados permiten que ciertas

actividades se localicen en determinadas zonas

celulares, permitiendo que los reactivos tengan

mayor probabilidad de encontrarse, que algunos

reactivos estén alejados de otras partes de la célula a

la que podrían dañar y permiten, también, el

almacenamiento de energía (barrera).

Los reactivos se concentran solo en una pequeña

parte del volumen celular teniendo mayor

probabilidad de entrar en contacto, y la velocidad de

reacción puede aumentar.

Modelo general de una célula eucariota de tipo

animal:

Modelo general de una célula eucariota de tipo

vegetal:

Vacuola central

Modelo de célula eucariota tipo

animal donde se visualizan las

diferentes organelas y sistemas de

endomembranas

Modelo de célula eucariota tipo

vegetal donde se visualizan las

diferentes organelas y sistemas de

endomembranas

En una célula eucariota podemos observar tres

“zonas” claramente diferenciadas:

Zona periférica: donde podemos ubicar:

• Membrana plasmática: Rodea y limita a la

célula, tiene la particularidad de tener una

composición química determinada lo que le

confiere una permeabilidad selectiva. Las

funciones de las membranas son variadas:

límite celular (permite que la célula exista

como una entidad individual), superficie para

reacciones químicas, regulación de entrada y

salida de materiales de la célula, transmisión

de información y señales entre el exterior y el

interior celular, define compartimientos y

organelas.

Micrografía de una membrana plasmática celular

vista al microscopio óptico:

- Pared celular: (espesor aproximadamente

0,5μ) Característica de las células vegetales de

composición celulósica (celulosa)

principalmente (también presente en células

de algas, bacterias y hongos, en hongos de

quitina y no de celulosa).

Es secretada por la misma célula, se

encuentra rodeando por fuera a la membrana

plasmática. Rígida, fuerte y bastante porosa.

En muchos casos la célula produce en

sucesión varias paredes: la primaria es la más

externa y de organización más laxa, lo cual

permite a la célula crecer; la secundaria es

más interna y de mayor rigidez, y se forma

cuando la célula ha alcanzado su tamaño

definitivo. Entre células vecinas se establecen

puentes citoplasmáticos que atraviesan la

pared celular por orificios, llamados

plasmodesmos. Las funciones de la pared

celular son varias: otorga rigidez, soporte,

resistencia y protección a la célula, La pared

actúa como límite resistente que impide la

exagerada distensión de la membrana debido

a la excesiva entrada de agua. No es selectiva,

no controla el paso de sustancias.

Esquema de una célula vegetal donde se

observa la pared celular, laminilla media y los

plasmodesmos:

Micrografía dónde se observan plasmodesmos en

pared celular de una célula vegetal:

Zona citoplasmática o Citoplasma: hasta

no hace mucho tiempo la célula era vista como

una bolsa de fluido que contenía enzimas y otras

moléculas disueltas, juntamente con el núcleo,

unas pocas mitocondrias y ocasionalmente, otras

organelas. Con el desarrollo de las técnicas

ópticas se han identificado un número altísimo

de estructuras celulares contenidas dentro del

citoplasma y ahora se sabe que está muy

organizado y atestado de organelas. Si

retiráramos las organelas del citoplasma nos

encontraríamos solo con una matriz coloidal casi

líquida llamada citosol, y con una estructura

reticulada de fibras proteicas microtubulares

llamada citoesqueleto.

- Citosol: A la matriz coloidal casi líquida de la

célula se la denomina citosol y en ella están

inmersas las diferentes organelas y sistemas

de endomembranas, ese citosol baña y recubre

una red de fibrillas proteicas denominado

citoesqueleto. La composición química del

citosol es de agua, iones inorgánicos y

moléculas orgánicas pequeñas en solución,

macromoléculas y enzimas. La función del

citoplasma es, entre otras, ser el lugar donde

se producen numerosas reacciones químicas

pertenecientes al metabolismo celular.

- Citoesqueleto: son microtúbulos proteicos y

microfilamentos que mantienen la estructura y

la organización celular, permite además que

las organelas se fijen a él y también cierto

movimiento celular de organelas y de

vesículas. El citoesqueleto no es una

estructura rígida sino dinámica,

continuamente se forman microtúbulos y se

degradan otros. Estos filamentos no solo

tienen función estructural sino que son los

responsables de los movimientos de los

cromosomas durante la división celular,

componen a los cilios y flagelos. Están

asociados a los centriolos celulares.

Modelo de citoesqueleto:

- Estructuras citoplasmáticas: se encuentran

contenidas en el citoplasma celular y son

responsables de llevar a cabo una infinidad de

procesos químicos. Casi todas están rodeadas por

una membrana. Ellas son:

o Ribosomas: Son las organelas más

numerosas, no tienen membrana limitante. Son

gránulos esféricos o elípticos compuestos por

ARN ribosomal y por proteínas. Cada ribosoma

está compuesto por dos subunidades, llamadas

mayor y menor, que se formaron en el nucleolo

del núcleo. Cuando varios ribosomas están

unidos por una molécula de ARN se los

denomina polirribosoma o polisoma.

La función de los ribosomas es la síntesis de

proteínas. Los ribosomas pueden estar libres

(ribosomas y polirribosomas) en el citoplasma o

asociados al retículo endoplasmático rugoso.

Modelo esquemático de un ribosoma:

Microfotografía de ribosomas

o Sistema endomembranas: Este sistema está

formado por estructuras membranosas

interconectadas entre sí. La conexión se da a

través de sus membranas en forma directa o a

través de vesículas, que permiten una

circulación intracelular de sustancias por

dentro de formaciones limitadas por

membranas sin tener que pasar por el

citoplasma. Las estructuras membranosas

son: vacuolas y vesículas, retículo

endoplasmático rugoso, retículo

endoplasmático liso, complejo de Golgi y

lisosomas.

- Vacuolas y Vesículas: son organelas

membranosas vesiculares de tamaño

variable, en general tienen función de

almacenamiento o transporte de sustancias.

Las células vegetales tienen una gran

vacuola central (30 a 90 % de volumen

citoplasmático), da soporte a la célula,

regula el equilibrio hídrico (turgencia),

almacena productos temporariamente

(desechos, nutrientes).

Las células animales poseen varias vacuolas

llamadas en general vesículas, de pequeño

tamaño distribuidas en su citoplasma.

Las vesículas son bolsas limitadas por

membranas que movilizan sustancias, se

generan en el retículo o en el aparato de

golgi, su destino es variado pueden

comunicar entre sí a los diferentes

componentes del sistema de endomembranas

o transportar sustancias hacia el exterior de

la célula. El movimiento se realiza con la

participación de componentes del

citoesqueleto.

Micrografía de células vegetales con vacuola

central:

Micrografía de vesículas con inclusiones en célula

animal, la letra N indica el núcleo celular, las

flechas señalan las vesículas:

- Retículo endoplasmático: constituye la

mayor parte del sistema de endomembranas.

Se presenta como una serie de estructuras

membranosas, sacos o bolsas aplanadas y

túbulos, cuya localización y extensión es

variable, y dependen de la actividad

metabólica de la célula de la que forman

parte. Visto al microscopio electrónico se

observa que cada bolsa o tubo está constituido

por una unidad de membrana que limita una

cavidad; esta puede ser pequeña o mostrarse

con contenido. Se observan dos regiones

distintivas dentro del retículo endoplasmático,

que aunque tienen funciones diferentes, tienen

conexión a través de sus membranas y sus

espacios internos son continuos; muchas

veces también se ve continuidad con la

membrana nuclear.

Esquema del retículo endoplasmático, se

visualiza la relación con la membrana nuclear:

- Retículo endoplasmático liso (REL): a

diferencia del retículo endoplasmático rugoso

(RER) no tiene ribosomas adheridos, es más

tubular y con menos cisternas. Es el sitio

principal de metabolismo de fosfolípidos,

esteroides y ácidos grasos, además de tener

una función importante en la localización de

enzimas destoxificadoras (degradadoras de

sustancias tóxicas).

- Retículo endoplasmático rugoso (RER):

tiene ribosomas adheridos a la parte externa

de su membrana. Las funciones son las

siguientes: circulación intracelular en

vesículas (las vesículas se movilizan unidas a

los microtúbulos del citoesqueleto) de

sustancias que no se liberan al citoplasma,

síntesis de proteínas hidrolíticas (enzimas

digestivas que se almacenarán en los

lisosomas) y de proteínas de secreción

(enzimas digestivas, hormonas, que saldrán de

la célula, conocidas como proteínas de

exportación) a las que el Golgi las provee de

una vesícula de empaquetamiento.

Micrografía del RER, se visualiza la extensa

red que forma en la célula:

• Complejo de Golgi: se presenta como un

apilamiento de sacos tubulares, con bordes

dilatados (cisternas), y vesículas ubicados

cerca de esos bordes; los sacos aplanados no

tienen continuidad. Funciones: circulación

intracelular de sustancias en vesículas (las

vesículas se movilizan unidas a los

microtúbulos del citoesqueleto); síntesis de

hidratos de carbono de alto peso (celulosa,

lignina); y empaquetamiento de sustancia de

exportación dentro de una vesícula limitada

por una membrana; generación de vesículas

membranosas para reparación de membranas.

Esquema representando al Aparato de

Golgi:

• Lisosomas: son vesículas esféricas u ovoides

con enzimas hidrolíticas en su interior, se

forman a partir del complejo de Golgi. Las

enzimas son variadas y pueden degradar gran

variedad de sustancias, solo actúan en

presencia de la sustancia a degradar pero si se

liberan en el interior de la célula pueden

autodigerirla, de allí que se encuentren dentro

de una vesícula.

Micrografía de lisosomas, señalados por las

flechas; en el recuadro izquierdo inferior

ampliación de uno de ellos:

o Mitocondrias: Son el sitio de una de las

funciones energéticas más importante de las

células, en ellas se produce la respiración celular,

proceso que permite liberar la energía contenida

en los nutrientes. Son organelas de gran tamaño

y en general abundantes en la célula. Su

abundancia depende de la función y actividad

celular.

Esquema representando una mitocondria

celular:

Micrografía de una mitocondria:

o Plástidos: Son organelas membranosas presentes

únicamente en células vegetales. Están rodeadas

por una doble membrana y poseen plegamientos

membranosos internos. Son de tres tipos:

leucoplastos (almacenan almidón o aceite o

proteínas), los cromoplastos (contiene pigmentos

diferentes a la clorofila, pigmentos rojos,

naranjas, amarillo) y los cloroplastos.

- Cloroplastos: son los plástidos que poseen

clorofila, son las organelas encargadas de

captar la energía luminosa para la fotosíntesis.

En general son estructuras discoides limitadas

por una doble membrana.

Esquema representativo de un cloroplasto:

Micrografía de un cloroplasto

o Centríolos: Los centríolos son dos pequeños

cuerpos huecos y cilíndricos formados por

microtúbulos. Se ubican próximos al núcleo y

están presentes solo en las células de animales.

Al conjunto de los dos centríolos se les denomina

diplosoma (“cuerpo doble”). Participan del

proceso de división de la célula

En la imagen Modelo de centríolo:

° Cilios y flagelos: Muchas células poseen

estructuras móviles a manera de látigo, que se

proyectan de sus superficies y realizan

movimientos oscilatorios. Algunas células

poseen uno o unos pocos de estos apéndices;

cuando son relativamente largos en proporción al

cuerpo celular, se llaman flagelos, y si tiene

muchos pero cortos, cilios. Ambos tipos de

prolongaciones sirven para que la célula se

desplace en un medio líquido o para generar

corrientes de líquidos que arrastren partículas por

sobre la superficie celular. Están Micrografía de

bacteria donde se observan flagelos:

Micrografía de cilios en células del epitelio

bronquial humano:

Zona nuclear o núcleo: en general es la

estructura celular más grande y se ubica cerca del

centro celular. El número es variable, en general

casi todas las células tienen un solo núcleo pero

pueden ser dos como en algunos hepatocitos

(células del hígado) o múltiples como en las

fibras musculares estriadas y osteoclastos

(células del hueso) de los vertebrados. Está

compuesto por una membrana nuclear doble que

lo rodea y lo aísla del citoplasma, regulando el

intercambio de sustancias entre ambos, un

carioplasma (matriz líquida nuclear) en el que

están inmerso el material genético (ADN) y él o

los nucleolos que son el lugar de armado de los

ribosomas citoplasmáticos. La función del núcleo

es fundamentalmente la de contener la mayor

parte de la información genética de la célula

fundamental para la herencia, y además en el

ADN está codificada toda la información para

producir cada una de las enzimas encargadas de

regular los procesos celulares, por lo tanto es el

centro de control de la actividad celular.

Representación esquemática del núcleo celular:

Cuadro resumen del plan de organización celular Eucariota:

Zona periférica

Pared celular

Membrana

plasmática

Zona

citoplasmática

Citoplasma Citosol

Citoesqueleto

Estructuras

citoplasmáticas

Ribosomas

Sistemas de

endomembranas

Vacuolas y vesículas

Retículo

endoplasmático

RE

Rugoso

RE liso

Complejo de golgi

Lisosoma

Mitocondrias

Plástidos

Cromoplastos

Leucoplastos

Cloroplastos

Centríolos

Cilios y flagelos

Zona nuclear Núcleo

Membrana nuclear

Nucleoplasma

Nucleolo