El Descubrimiento de las Células
El tamaño de la mayoría de las células es menor que el poder de resolución del ojo humano, que es algo mayor de 200 micrómetros (0,2 mm). El poder de resolución se define como la menor distancia a la que se pueden diferenciar dos puntos contiguos. Por tanto, para ver las células se necesitó la invención de un artilugio que permitiera un poder de resolución mayor que el del ojo humano: el microscopio óptico. Este usa la luz visible y lentes de cristal para aumentar la imagen de los objetos, llegando a proporcionar un poder de resolución máximo de unos 200 nm (0,2 micrómetros), unas 1000 veces mayor que el del ojo humano.
Su invención y su aplicación al descubrimiento de las células se llevaron a cabo de forma progresiva a lo largo del siglo XVII:
- 1600: Zacharias Janssen inventa el microscopio óptico compuesto (con 2 lentes).
- 1665: Robert Hooke publica un libro titulado Micrographia, donde se muestran por primera vez observaciones realizadas al microscopio óptico, entre ellas una disposición en forma de panal de abeja que vio en una muestra de corcho, y que correspondía a las paredes de células muertas. A cada camarita la llamó celdilla (cell, de donde, tiempo después derivaría la palabra española célula). Y aunque lo que observó no eran células, sino sus restos, esa denominación permaneció para nombrar a lo que había dentro de esas camaritas, una vez se hubo descubierto.
- 1670: Anton van Leeuwenhoek construyó microscopios simples (con una sola lente) pero con una perfección que le permitió alcanzar los 270 aumentos, más de lo que los microscopios compuestos ofrecían entonces. Él fue el primero en publicar observaciones de bacterias, protistas, glóbulos rojos, espermatozoides y otras clases de células.
La Teoría Celular
La consolidación de la idea de que todos los seres vivos están formados por células y de que toda la actividad de un ser vivo se debe a la actividad de sus células, se atribuye tradicionalmente a Mathias Schleiden (botánico) y Theodor Schwann (zoólogo), hacia 1838. Igualmente se atribuye a Rudolf Virchow, hacia 1856, la idea de que toda célula tiene su origen en otras células anteriores (Omnis cellula e cellula).
Hoy día, la Teoría Celular puede formularse del siguiente modo:
- La célula es la unidad estructural de los seres vivos. Esto significa que:
- Todos los seres vivos propiamente dichos están constituidos por una (seres vivos unicelulares) o por más células (seres vivos pluricelulares); estas son complejos macromoleculares similares en su composición y en su organización
- El ser vivo más pequeño posible está formado por una única célula.
- La célula es la unidad funcional de los seres vivos. Esto significa que:
- Todas las funciones que desarrollan los seres vivos se deben a la actividad de sus células: si nos movemos es porque las células musculares se contraen y se relajan; si vemos es porque unas células de los ojos pueden percibir los estímulos lumínicos y otras células del cerebro pueden interpretarlos; si tenemos un esqueleto es porque hay células que fabrican los huesos, etc.
- La célula es la entidad biológica más pequeña capaz de desarrollar de forma completa y autónoma todas las funciones propias de los Seres Vivos, que básicamente son la de relación (que es la capacidad de recoger e interpretar información del entorno y de producir respuestas acordes con dicha información), la de nutrición (que incluye los intercambios de materia y de energía con el entorno y el procesamiento de dichas materia y energía) y la de reproducción (que es la capacidad de producir nuevas entidades biológicas semejantes a la/s progenitora/s). Todas las células sanas y, a través de ellas, todos los seres vivos, son capaces de realizar estas 3 funciones.
- La célula es la unidad genética de los seres vivos. Esto significa que cada célula proviene de otra u otras preexistentes, ya sea por división (mitosis, meiosis, simple bipartición...) o por fusión (fecundación, tricogamia...). Esto es cierto en todos los casos salvo en el de la aparición de la primera o primeras células del "Árbol de la Vida", lo que se debió a una serie de procesos físico-químicos denominados en conjunto "evolución prebiótica".
La Diversidad de las Células
Número
Los organismos unicelulares sólo tienen una célula; estos son las bacterias, las arqueas, los protozoos, algunas algas y las levaduras.
Los pluricelulares (plantas, animales y el resto de algas y hongos) tienen más de una. En el caso de los seres humanos, las estimaciones más recientes hablan de unos 30.000.000.000.000 células propias de promedio en un adulto (y un número aún mayor de bacterias).
Tamaño
La mayoría de las células eucarióticas miden entre 10 y 30 μm de diámetro. Pero las hay mayores:
- Las células más grandes en volumen serían las células plurinucleadas del alga unicelular Caulerpa taxifolia (el "alga asesina" del Mediterráneo), de hasta 3 m de largo. Dentro del reino animal serían los óvulos de avestruz (las yemas de sus huevos), de unos 15 cm de diámetro. Y en el ser humano sería igualmente el óvulo, de 0,1 mm de diámetro.
- Las más largas serían algunas neuronas del calamar gigante, de hasta 12 m de largo. Y en el ser humano serían las neuronas del nervio ciático de en torno a 1,5 m de longitud.
La mayoría de las células procarióticas miden entre 1 y 2 μm de diámetro. Pero hay excepciones:
- Thiomargarita magnifica llega a los 2 cm de diámetro.
- Los micoplasmas, las únicas bacterias sin pared celular, son las células más pequeñas conocidas, de hasta tan solo 0,2 μm en el género Mycoplasma.
Morfología
La forma de las células es enormemente diversa. En los animales está ligada a la función de cada población celular y puede ser globular (linfocitos), bicóncava (hematíes), estrellada (neuronas), filiforme (bastones), fusiforme (musculares), ortogonal (epiteliales)...
En las plantas está más condicionada por la presencia de la pared celular, por lo que suele ser poliédrica (y dentro de ello, aplanada, prismática, cuboidal...).
En las bacterias puede ser esferoidal (cocos), elipsoidal (bacilos) o helicoidal (espirilos).
Función
En función su grado de especialización las células se clasifican como:
- Indiferenciadas: como las células de los meristemos primarios de las plantas o las células madre embrionarias de los animales
- Diferenciadas: como las células de los organismos unicelulares o las células adultas de los organismos pluricelulares (linfocitos, hematíes, neuronas, sensoriales, musculares, epiteliales...), que están especializadas en un modo de vida o en una función particular, al tiempo que desempeñan las 3 funciones vitales, salvo que secundariamente hayan perdido la capacidad de reproducirse.
- A medio camino están las células madre multipotentes, como las de los meristemos secundarios de las plantas o las células madre adultas de los animales (hematopoyéticas, neurales...).
Complejidad interna
Características comunes
Todas las células comparten unas características estructurales y funcionales comunes:
- membrana plasmática, que delimita a la célula y regula sus intercambios;
- un citoplasma, rodeado por la membrana plasmática, que contiene los diversos orgánulos y estructuras celulares;
- ribosomas, orgánulos carentes de membrana donde se sintetizan proteínas siguiendo las instrucciones de los genes;
- material genético, que siempre es ADN bicatenario y que contiene un número variable de genes, es decir, de instrucciones para la síntesis de proteínas.
Modelos celulares
Pero hay 2 grandes modelos celulares que difieren en complejidad:
a) La célula procariótica, propia de bacterias y arqueas, y que presenta las siguientes características diferenciales:
- Carece de envoltura nuclear (y por tanto de verdadero núcleo; se denomina nucleoide a la región de su citoplasma donde se ubica la cromatina);
- Tiene ribosomas más pequeños (70 S);
- Carece de orgánulos membranosos (e.g. lisosomas, mitocondrias...);
- Presenta un único cromosoma, que es circular, además de anillos de ADN bicatenario menores, los plásmidos;
- Carece de procesos vinculados a la reproducción sexual: mitosis, meiosis y singamia (fusión de células).
b) La célula eucariótica, propia de protozoos, algas, hongos, plantas y animales, y que presenta las siguientes características diferenciales:
- Tiene una envoltura nuclear de doble membrana que contiene a la cromatina y que constituye el núcleo;
- Tiene ribosomas mayores (80 S);
- Tiene orgánulos membranosos (e.g. lisosomas, mitocondrias...);
- Presenta más de un cromosoma, siempre lineales; carece de plásmidos;
- Puede ser capaz de realizar mitosis, meiosis y singamia en el marco de la reproducción sexual. Los 2 primeros procesos son formas de división celular necesarios para garantizar un reparto ordenado y equitativo de los cromosomas entre las células hijas.
Carcaterísticas de las Células en los 3 Dominios
| Bacterias | Arqueas | Eucariontes | |
|---|---|---|---|
| Membrana celular | sí | sí | sí |
| Citoplasma | sí | sí | sí |
| Ribosomas | sí | sí | sí |
| ADN | sí | sí | sí |
| Pared celular | Peptidoglucano / Ausente | Pseudopeptidoglucanos | Celulosa / Quitina / Ausente |
| Membrana nuclear | no | no | sí |
| Orgánulos membranosos | no | no | sí |
| Tamaño de los ribosomas | 70 S | 70 S | 80 S |
| Cromosomas | 1, circular | 1, circular | >1, lineales |
| Plásmidos | sí | sí | no |
| Mitosis, meiosis, singamia | no | no | sí |
| Parte lipídica de la mna. plasmática | bicapa | monocapa o bicapa | bicapa |
| Enlaces internos de los fosfolípidos de mna. | éster | éter | éster |
| A.g. de la mna. plasmática | lineales | ramificados | lineales |
| ADN unido a histonas | no | sí | sí |
| Intrones en los genes | no | sí | sí |
| Aminoácido iniciador de la traducción | formil-metionina | metionina | metionina |
Origen evolutivo de la célula eucariótica
La aparición de la célula eucariótica supone la aparición de un alto grado de organización interna y de reparto del trabajo entre sus componentes. Esto parece un requisito para la aparición de los organismos pluricelulares, ya que estos son todos eucarióticos.
Según la Teoría de la Endosimbiosis (Lynn Margulis), muy aceptada actualmente, el eucarionte ancestral sería un organismo unicelular procariótico que habría perdido su pared celular, lo que resultó decisivo, ya que permitió que su límite exterior fuera su membrana celular, de carácter flexible, lo que a su vez permitió a la célula...
- Alcanzar un mayor volumen celular antes de dividirse y con ello...
- albergar un mayor contenido en su interior;
- tener una mayor superficie de absorción de nutrientes y de percepción de estímulos.
- Formar compartimentos internos de membrana plasmática gracias a la invaginación, independización y autosellado de fragmentos de membrana celular, y con ello...
- incorporar nutrientes por endocitosis;
- la aparición del núcleo y de orgánulos de membrana (retículo endoplasmático, lisosomas...) en los que se puede crear un ambiente físico-químico óptimo para realizar tareas concretas;
- albergar en su interior a otras células procarióticas más pequeñas de varias especies distintas, que serían el origen de varios tipos de orgánulos celulares:
- bacterias aerobias con metabolismo respiratorio: origen probable de las mitocondrias;
- bacterias que realizaban la fotosíntesis oxigénica (proclorófitas, parientes cercanos de las cianobacterias): origen probable de los cloroplastos.
Esta asociación mutualista (íntima y beneficiosa para todos los socios) tuvo éxito, y dio lugar a las primeras algas (si había en el interior algún huésped fotosintético) y a los primeros protozoos (si no lo había). Hay datos muy relevantes que apoyan la teoría de la endosimbiosis, tales como:
- la presencia de ADN circular y ARN en las mitocondrias y los cloroplastos;
- la presencia de ribosomas 70 S en las mitocondrias y los cloroplastos;
- el hecho de que mitocondrias y cloroplastos sean orgánulos de doble membrana.
Técnicas de Estudio de las Células
[Consultar el libro de texto.]