La Célula: Antecedentes Históricos

¿Qué es? Es la unidad más pequeña de vida capaz de realizar funciones metabólicas y de reproducción por sí misma.

Hitos en el descubrimiento celular

• Robert Hooke (1665): Descubrió las células y observó que estaban formadas por cavidades poliédricas, similares a las celdillas de un panal. En su obra Micrographia, nombró a las celdillas del corcho como: Células.
• Anton van Leeuwenhoek (1667): Descubrió a los animáculos (en realidad, protozoarios y bacterias). Perfeccionó el microscopio y fue el primero en observar glóbulos rojos y espermatozoides.
• Robert Brown (1831): Científico británico descubridor del núcleo celular. Pensaba que todas las células tenían núcleo, pero hoy sabemos que solo lo poseen las Eucariotas.
• Jan Evangelista Purkinje (1838): Acuñó el término Protoplasma para designar el contenido vivo de la célula; posteriormente, se utilizó el término Citoplasma para referirse a la sustancia viscosa donde se realizan las reacciones metabólicas celulares.

Teoría Celular

La teoría celular identifica y describe las propiedades de las células, sosteniendo que los organismos vivos pueden ser unicelulares o multicelulares.

Origen y Representantes

Como uno de los principios básicos de la Biología, fue formulada por los científicos germanos Rudolph Virchow, Matthias Schleiden y Theodor Schwann, quienes fueron los primeros en plantear que «los organismos vivos se componen de células«.

• Matthias Schleiden (botánico): Postuló que todos los vegetales están formados por células.
• Theodor Schwann (zoólogo): Postuló que todos los animales están formados por células, empleando formalmente el término «Teoría Celular».
• Rudolph Virchow: Estableció que toda célula proviene de una preexistente.

Postulados de la Teoría Celular

1. Unidad Vital: Todos los seres vivos están compuestos por células o sus productos de secreción; pueden ser unicelulares o pluricelulares.
2. Unidad Atómica: La célula es la unidad estructural de los seres vivos.
3. Unidad Fisiológica: Las funciones vitales ocurren dentro de las células o en su entorno inmediato.
4. Unidad Genética: Cada célula posee información genética para su transmisión hereditaria de generación a generación.

Composición de la Célula: Biomoléculas

La célula está compuesta por biomoléculas orgánicas, que pueden ser monómeros o polímeros.

• Monómeros: Moléculas que sirven como piezas elementales y que, combinadas, forman moléculas de mayor tamaño (monosacáridos, ácidos grasos, aminoácidos y nucleótidos).
• Polímeros: Moléculas de gran tamaño como los carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos (forman la estructura celular y participan en las funciones celulares).

Clasificación de Biomoléculas Orgánicas

Las biomoléculas orgánicas están formadas a base de monómeros que pueden ser:

• Hidrolizables:
  • Nucleótidos: Ácidos nucleicos (Polinucleótidos, ADN y ARN).
• No Hidrolizables:
  • Aminoácidos: Proteínas (Péptidos, Polipéptidos y Proteínas).
  • Glicerina y ácidos grasos: Lípidos (Triglicéridos).
  • Monosacáridos: Glúcidos (Disacáridos y Polisacáridos).

Tipos de Células y Evolución

Nombre: Del latín cella, que significa hueco.

Tipos: Procariotas y Eucariotas.

• Las procariotas son exclusivas de las bacterias, arqueas y organismos microscópicos.
• La eucariota abarca los reinos restantes y se divide, entre otras, en célula vegetal (caracterizada por pared celular y cloroplastos).

Procariontes Ancestrales

• Se cree que aparecieron hace 3800 y 4000 m.a. (millones de años); la primera huella son restos fósiles resultado del metabolismo celular de los estromatolitos (3500 m.a.).
• Se cree que las primeras células debieron ser procariotas-heterótrofas-anaerobias con una pared rígida. Esto dio origen a tres ramas evolutivas: Eubacterias, Arqueobacterias y Eukarya.
• Las procariotas ancestrales anaerobias debían producir mucho CO2.
• Los procariontes fotosintéticos (surgidos hace 3700 m.a.) fueron capaces de aprovechar ese CO2 y otros gases como el N2.
• La aparición de la fotosíntesis fue trascendental debido a la acumulación de O2, que resultaba tóxico para los organismos anaerobios. Algunos se extinguieron, otros encontraron medios sin O2 y surgieron otros capaces de consumir y eliminar el O2 uniéndolo a H para formar H2O (origen de las mitocondrias).
• La respiración aerobia alcanzó un equilibrio estable con la fotosíntesis; estos grupos de procariotas son las Eubacterias.
• Algunas procariontes ancestrales mantuvieron sus características primitivas adaptadas a ambientes extremos, formando el grupo de las Arqueobacterias, que poseen semejanzas con los Eucariontes.

Célula Procarionte

Del latín: pro = antes de, karyon = núcleo.

• Son células pequeñas, simples y unicelulares, presentes en todas partes del planeta e incluso en otros planetas.

Partes de la Célula Procariota

• Cápsula: Capa mucilaginosa hecha de polisacáridos que rodea la pared celular. En bacterias patógenas, protege contra los fagocitos y ayuda a fijarse a superficies como rocas o raíces.
• Membrana celular: Mantiene el equilibrio entre el interior y el exterior (medio extracelular).
• Pared celular: Actúa como capa de protección para mantener la forma y prevenir la deshidratación. Rodea a la membrana plasmática y brinda un rígido armazón.
  • Peptidoglicano: Polímero formado por tipos inusuales de azúcares ligados con polipéptidos cortos.
  • En una arquea no existe el peptidoglicano.
• Citoplasma: Gel líquido en el que los componentes se encuentran suspendidos. Contiene una gran cadena de ADN con genes para el crecimiento, reproducción y supervivencia celular.
• Plásmidos: Material genético extracromosómico.
• Flagelos: Apéndices con forma de látigo.
• Pili: Del latín pilus (pelo); se utilizan para el intercambio de material genético.

Teñido de Gram

En 1888, Christian Gram desarrolló este procedimiento. Las bacterias que absorben y retienen el tinte violeta se conocen como Grampositivas; sus paredes son gruesas y formadas por peptidoglicano. Las bacterias que no retienen el tinte al enjuagarse con alcohol son Gramnegativas; tienen dos capas: una delgada de peptidoglicano y una membrana gruesa externa similar a la plasmática, pero con polisacáridos enlazados a lípidos.

Fimbrias y Pelos

• Las fimbrias están hechas de proteínas y son más cortas que los flagelos.
• Los pelos son más grandes que las fimbrias.
• Las bacterias usan ambas estructuras para fijarse a superficies. Algunos pelos alargados, llamados pelos sexuales, son importantes para transmitir ADN.

Endosporas

• Ante un ambiente desfavorable, la célula pierde agua, se encoge y permanece inactiva hasta que haya disponibilidad de agua. Algunas son tan resistentes que pueden sobrevivir a una hora de ebullición o siglos de congelación.

Flagelo

Es un largo apéndice delgado que consta de: cuerpo basal, gancho y filamento.

• Cuerpo basal: Estructura compleja que ancla el flagelo a la pared celular mediante placas con forma de disco.
• Gancho curvo: Conecta el cuerpo basal con el largo filamento.

Quimiotaxis: Es el movimiento en respuesta a químicos presentes en el ambiente.

Reproducción Bacteriana

Se reproducen de manera asexual por fisión binaria, proceso en el que la célula se divide en dos células similares.

• Primero se replica el ADN circular, luego, mediante una invaginación de la membrana plasmática y la pared celular, se forma un tabique o pared transversal.
• Una forma menos común es la gemación, en la que se desarrolla un abultamiento que se agranda, madura y se separa de la célula progenitora.
• Los actinomicetos se dividen por fragmentación (las paredes se separan en varias células nuevas).

Transferencia Horizontal de Genes

El material genético puede intercambiarse entre bacterias y arqueas. Esta transferencia ocurre cuando un organismo transfiere material genético hacia otro que no es su descendiente.

Existen tres mecanismos principales:

• Transformación: Cuando una célula muere y libera su material genético, este se introduce en otra célula, recombinando el ADN.
• Transducción: Un fago (virus) transmite información genética, la introduce en la célula, el ADN se recombina, comienza a replicarse y libera el nuevo material genético.
• Conjugación: Se crea una copia del ADN que pasa a una nueva célula a través del pelo sexual para comenzar a replicarse allí.

Adaptaciones Nutricionales y Metabólicas

Los procariotas se clasifican como Autótrofos (del latín trophos, nutrición) o Heterótrofos.

• Autótrofos: Usan compuestos inorgánicos como el CO2 como fuente de carbono para fabricar sus moléculas orgánicas.
• Heterótrofos: Obtienen átomos de carbono de los compuestos orgánicos de otros organismos.

Los Autótrofos se subclasifican en:

• Quimiótrofos: Obtienen su energía de compuestos químicos.
• Fotoautótrofos: Capturan energía de la luz.

La mayoría de las células bacterianas son aerobias (requieren O2), pero existen anaerobias facultativas (usan oxígeno pero pueden emplear metabolismo anaeróbico) y anaerobias obligadas (realizan exclusivamente respiración anaeróbica).

Los Tres Dominios de la Vida

Este sistema, propuesto por Woese, plantea que una célula antepasada dio paso a tres tipos diferentes de células:

1. Dominio Eubacteria (Bacterias)

• Células procariotas (sin núcleo) y sin orgánulos membranosos internos.
• Pared compuesta de peptidoglicano y lípidos específicos.
• Poseen flagelos.
• Miden de 0.5 a 5 micrómetros.
• Formas: Esferas (cocos), barras (bacilos), sacacorchos (vibrios) y hélices (espirilos).
• Son abundantes: 40 millones en 1 gramo de tierra y 1 millón en 1 ml de agua dulce.

2. Dominio Arqueobacteria (Archaea)

Del griego «las antiguas». Son microorganismos unicelulares procariotas (sin núcleo ni órganos membranosos).

• Evolutivamente, las arqueas están más emparentadas con los Eukarya.
• Poseen características únicas, como el éter lipídico en sus membranas celulares.
• Se les consideraba principalmente metanógenas o extremófilas (viven en ambientes hostiles como aguas termales), pero se encuentran en diversos hábitats.
• El plancton arqueano es uno de los grupos de organismos más abundantes.

Tipos de Arqueas:

• Halófilas: Viven en concentraciones salinas altas.
• Termófilas: Viven en lugares con altas temperaturas.
• Acidófilas: Viven en lugares muy ácidos.

Las arqueas juegan un papel vital en los ciclos del carbono (C) y del nitrógeno (N). Además, son útiles en la producción de biogás, depuración de agua, resisten temperaturas elevadas y funcionan en presencia de solventes orgánicos.

3. Dominio Eukarya (Eucariotas)

Incluye a todos los organismos con células que poseen núcleo y orgánulos membranosos.

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