Apuntes sobre organización celular

Organización celular

1.Origen y evolución celular

—Según la hipótesis más aceptada, las primeras células (protobiontes) surgieron hace más de 3800 millones de años. Eran células procariotas.

—Los gases de la atmósfera (CO2, CH4, NH3, H2, H2O) podrían haber interaccionado por gracias a la energía de las tormentas y crear las primeras biomoléculas, que polimerizarían creando macromoléculas. (Véase experimento de Miller-Urey)

—Los protobiontes constarían de una membrana en cuyo interior habría ARN capaz de autorreplicarse y de dirigir la síntesis proteica. Más tarde, el ADN sustituiría al ARN como molécula portadora de la información.

—La evolución de los protobiontes condujo a la diversidad biológica. La aparición de la fotosíntesis empezó a dotar a la atmósfera de O2, lo que posteriormente permitió la evolución de los organismos aerobios.

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—La teoría endosimbiótica, propuesta por Lynn Margulis, ofrece una explicación de cómo surgieron los organismos eucariotas a partir de varios procariotas.

Según la teoría endosimbiótica, ciertos procariotas perdieron su cápsula y aumentaron de tamaño. Desarrollaron la capacidad de fagocitosis, por lo que englobaron a otros tipos de bacterias, sin digerirlas. Así se forman los orgánulos de doble membrana:

• —Las mitocondrias provendrían de antiguas bacterias de metabolismo aerobio. Los peroxisomas tienen un origen similar.
• —Los cloroplastos derivan de cianobacterias.
• —El núcleo provendría de una fusión del ADN del procariota primitivo junto al de una arqueobacteria (aunque no está del todo claro).
• —Otras estructuras, como  los cilios… podrían tener este origen.

Así, buscando su propio beneficio mediante un sistema de simbiosis, se forman los eucariotas.

1.1.Primeras observaciones microscópicas

Regnier de Graaf (1641-1673)

Médico anatómico, que describió con gran precisión la función reproductiva de las gónadas masculinas y femeninas.  Sin embargo, no pudo confirmar sus hallazgos con un microscopio.

Robert Hooke (1637-1703)

Científico que publicó bajo el título de Micrographia una colección de dibujos a semejanza de lo que veía en un microscopio que él mismo fabricó. En una de ella examina un corcho y nombra como “célula” a las celdas hexagonales que observa en él.

Antoni von Leeuwenhoek (1632-1723)

Era un sastre que dibujó una gran cantidad de células que veía a partir de lupas magnificadas que hizo en principio para observar telas. A los organismos vivos que observaba los llamó animálculos. Comunicó sus descubrimientos a la Royal Society.

…

Sin embargo, la teoría celular tardó más de un siglo en formularse.

• —A partir de 1830 se mejoraron los microscopios. Brown descubrió el núcleo, y Schleiden y Schwann lanzaron importantes hipótesis sobre la unidad estructural de la célula.
• —Virchow fue uno de los más importantes impulsores de la teoría celular, al descubrir el principio de unidad reproductora.

1.2.La teoría celular:

• —Unidad estructural: Los seres vivos están constituidos por una o más células.
• —Unidad funcional: Las funciones de los seres vivos son el resultado de las funciones de sus células.
• —Unidad reproductora: Toda célula proviene de la división de otra preexistente.
• —La información genética se transmite de generación en generación, es vital para regir las funciones y la división celular.
• —Las reacciones químicas que constituyen el metabolismo de un ser vivo tienen lugar en sus células.

—Santiago Ramón y Cajal (1852-1934)

  Se centró en el estudio y descripción de las neuronas, de las cuales dejó amplios tratados científicos y dibujos muy detallados.

Su doctrina neuronal describe la estructura de estas células y las sinapsis que se establecen entre ellas para conducir las señales, además de descubrir otras estructuras importantes para el crecimiento y comunicación neuronal, y de contribuir a otros campos médicos.

Recibió el Premio Nobel de Medicina en 1906.

2.Modelos de organización celular

2.1.Organización acelular: los virus

Tamaño muy pequeño (30-300 nm). Carecen de funciones por sí mismos, por lo que tienen que usar células para desarrollar su ciclo biológico. Constan de un ácido nucleico (ADN o ARN), una cápside proteica. Algunos poseen una envoltura membranosa.

2.2.Organización celular: la célula procariota

—No tienen un verdadero núcleo: su ADN es cerrado y está libre en el citoplasma formando el nucleoide.

—Las bacterias son procariotas típicas, con un tamaño pequeño (1-10 mm).

2.3.Organización celular: la célula eucariota

Tamaño entre 10 y 100 mm. Verdadero núcleo: el material genético separado del citoplasma dentro de una doble membrana .

El citoplasma presenta una solución acuosa, el citosol, donde están inmersos los orgánulos y el citoesqueleto.

—Célula animal

  

Posee centriolos. Entre los orgánulos destacan el aparato de Golgi, el retículo endoplásmico liso y rugoso, los lisosomas, las mitocondrias y los peroxisomas.

Célula vegetal

Presenta, además de las estructuras de la célula animal:

—Plastos, como los cloroplastos, donde se produce la fotosíntesis.

—Vacuolas muy desarrolladas.

—Pared celular de celulosa.

—No tienen centriolos.

3.Diferenciación celular

—La organización eucariota ha dado lugar también a la formación, hace más de 1000 millones de años, de los organismos pluricelulares.

—Todas las células de un ser pluricelular provienen de una célula única, por tanto todas tienen el mismo material genético. Sin embargo, cuando adoptan funciones y proteínas propias distintas unas de otras, es porque hay una regulación de la expresión génica.

—La diferenciación celular genera tipos celulares distintos, con funciones, morfologías celulares y citoplasmas distintos. Eso permite la especialización del trabajo, cooperando cada tipo de célula para mantener el organismo. También requiere un equilibrio en la división mitótica, incluso la muerte celular programa de aquellas células innecesarias.

Las células madre son células que se pueden dividir por mitosis y se pueden especializar en los diversos tipos celulares del organismo:

• —Las células madre totipotentes pueden generar un organismo entero y todos sus tipos celulares (ej cigoto).
• —Las células madre pluripotentes no pueden generar un organismo entero, pero sí pueden formar cualquier tipo de célula (se diferencian hacia mesodermo, ectodermo, endodermo).

• —Las células madre multipotentes sólo pueden generar todas las células que corresponden a un mismo tipo celular (ej: células de la médula ósea, generan todos los tipos celulares).
  

3.1.Diferenciación de células animales

• —Tejidos epiteliales: protegen las superficie externas e internas del organismo, secretan sustancias.
• —Tejidos conjuntivos: unen tejidos entre sí.
• —Tejidos de sostén (cartilaginoso y óseo): dan soporte al cuerpo y protegen órganos vitales.
• —Sangre: glóbulos rojos (transportan oxígeno a las células), glóbulos blancos (defienden), plaquetas (inician la coagulación).
• —Tejidos musculares: función de contracción.
• —Tejido nervioso: las más importantes son las neuronas, que generan y trasmiten las señales a todo el cuerpo.

3.2.Diferenciación de células vegetales

Las células madre vegetales se llaman meristemas. Además de dividirse y diferenciarse, pueden desdiferenciarse.

Pueden diferenciarse a:

• —Tejidos fundamentales: parénquimas (fotosintéticos y almacén de reservas) y tejidos de sostén de la planta: colénquima y esclerénquima.
• —Tejidos conductores: responsables del transporte de sustancias: xilema (agua y sales) y floema (nutrientes).
• —Tejidos protectores: epidermis y súber
• —Tejidos secretores.

4.Las funciones vitales celulares

Funciones de relación

La membrana plasmática posee receptores de hormonas, neurotransmisores…

Funciones de reproducción

Las células procariotas hacen división simple, mientras que las eucariotas se dividen por mitosis/meiosis.

Funciones de nutrición

Las reacciones químicas relacionadas con esta función constituyen el metabolismo. En base a cómo obtienen la energía, las células son:

• —Autótrofas fotosintéticas: a partir de la luz solar.
• —Autótrofas quimiosintéticas: oxidan moléculas inorgánicas.
• —Heterótrofas: oxidan moléculas orgánicas.

5.Técnicas instrumentales

5.1.Microscopía

Los microscopios se caracterizan por el poder de resolución: posibilidad de ver separados dos puntos como uno solo. La del ojo humano es de 0,2 mm.

• —Microscopio óptico: Utilizan la luz visible.

El tradicional tiene un poder de resolución* es de 0,2 mm.

Funcionamiento: el objetivo es una lente que recoge la luz que atraviesa el objeto, mientras que el ocular aumenta la imagen que ofrece el objetivo.

Las muestras deben ser teñidas para ser observadas. Impide la observación detallada del interior de las células.

• —Microscopio de campo oscuro: sólo se ve la luz que atraviesa el material sobre un fondo negro.

• —Microscopio de contraste de fases: permite observar células vivas.

• —Microscopio de fluorescencia: la muestra se tiñe con un fluorocromo.

• —Microscopio electrónico: Utiliza como fuente de iluminación un haz de electrones. La muestra requiere un tratamiento especial, y cortes muy finos con un microtomo. Para observar células muertas.

Su poder de resolución es de 1 a 2 nm.

• —Microscopio electrónico de transmisión (MET): Los e- atraviesan la muestra de tejido.

• —Microscopio electrónico de barrido (MEB): Los e- rebotan en la muestra. Menor resolución que el MET.

5.2.Separación y fraccionamiento celular

Rotura de las células y separación de los orgánulos mediante ultracentrifugación.

5.3.Radioisótopos

Mediante marcaje radiactivo de la muestra y posterior análisis con autorradiografía.

—5.4.Cultivos celulares

Permite que células aisladas crezcan y se dividan en un medio artificial, que contiene todos los nutrientes necesarios.