La célula. La célula y los postulados básicos de la teoría celular

Transcripción

1 La célula La célula, es la unidad básica de todos los seres vivos y funciona como una complicada maquina que realiza y dirige todas las funciones vitales. Al estudiar las características celulares, entre los diversos grupos de organismos, se ha tratado de reconstruir la historia evolutiva y encontrar pruebas sobre el origen común de los seres vivos. Los distintos tipos de organismos, poseen distintos sistemas de órganos que mediante estructuras especializadas, transportan nutrientes, oxigeno y hormonas a todo el organismo. La célula y los postulados básicos de la teoría celular Las células son cientos de veces más pequeñas que un grano de arena, por lo que solo pueden observarse por medio del microscopio. La citología es la ciencia que estudia la célula y su importancia es enorme pues implica investigar el corazón mismo de la vida. Los descubrimientos de la célula empezaron debido a la construcción de los primeros microscopios, en los cuales se utilizaron, lentes tallados, por los hermanos Jansenn. Posteriormente, Antón Van Leeuwenhoek ( ) perfeccionó la manufactura de las lentes para la construcción de los primeros microscopios. El descubrimiento de la célula se atribuye a Robert Hooke ( ), astrónomo y matemático inglés, que al observar con su microscopio una delgada capa de corcho, encontró que estaba dividida en numerosas celdillas, parecida a un panal de abejas, a las que llamó células, que en realidad correspondían a las paredes celulares, ya que el corcho es un tejido celular muerto. La palabra célula deriva

2 del latín cellula, celdilla, y fue adoptado por Hooke debido al parecido que les encontró con las celdas de los monasterios. De acuerdo con este significado, célula se emplea para designar a las unidades fundamentales de la vida, formadas, por la integración de biomoleculas. Los conocimientos acerca de la célula son el resultado de los trabajos de muchos investigadores. En 1839, Matthias Schleiden y Theodor Schwann postularon la teoría celular, la cual define a la célula como: a) Unidad anatómica, ya que todo ser esta formado por células b) Unidad fisiológica, debido a que en ella se presentan todas las funciones del metabolismo. c) Unidad de origen, porque toda célula proviene de otra preexistente. d) Se considera también como unidad genética y evolutiva porque guarda la información de la reproducción. Estos dos postulados se integraron recientemente y no se asocian a Schleiden y Schwann. Datos curiosos de biología: En nuestro organismo cada minuto mueren cerca de 3,000 millones de células, pero como son tan pequeñas no nos damos cuenta, la mayoría de ellas se renuevan. Teorías actuales sobre el origen de las primeras células Debemos tener en cuenta la evolución celular, es decir, como los sistemas precelulares (protobiontes) que, según Oparin, eran los coacervados y, según Herrera, sulfobios y colpoides, desarrollaron algunas estructuras que al ir evolucionando definieron las biomoléculas y el metabolismo de los eubiontes. Un coacervado requería pasar su información genética a su descendencia pero no sabemos como pudo ser posible esto. Lo que podemos asumir es que existieron muchos tipos de protobiontes y de los

3 más evolucionados surgieron los primeros seres pluricelulares con alimentación heterótrofa y metabolismo anaerobio. Los procariontes actuales descienden de procariontes primitivos, los cuales nadaban en una enorme cantidad de caldo o sopa primitiva que representaba los antiguos mares. Seguramente la mayor parte de organismos de este tipo desapareció por simple selección natural y aparecieron otros nuevos que se adaptaron mejor. Así surgieron los primeros organismos fotosintéticos y de alimentación autótrofa, en el precambico con el aumento en la formación y la liberación de oxigeno en la atmósfera. Algunos organismos toleraron y posteriormente lo integraron a su metabolismo, con lo cual apareció la respiración aeróbica, que es más eficiente en la obtención de energía de los alimentos. Con la excepción de los virus, que podríamos llamar acelulares, todos los organismos terrestres pertenecen a una u otra de estas dos categorías: la de los organismos formados por células que carecen de núcleo, llamados procariontes, o bien la de los formados por células que poseen un núcleo, o sea los eucariontes. Esta distinción entre dos grupos de seres vivos, cuya importancia evolutiva ha sido comprendida apenas recientemente, en opinión de muchos biólogos, tiene un significado mayor que la separación de los organismos en plantas y animales, que era la base de los esquemas tradicionales de clasificación. Ambos tipos de organismos pueden estar representados por formas unicelulares o pluricelulares; aunque los procariontes nunca llegan a alcanzar la complejidad y el tamaño de los eucariontes pluricelulares. De hecho, los procariontes típicos, como las bacterias y las cianofíceas, son organismos simples, en los cuales las moléculas de DNA se encuentran mezcladas con el resto del material del citoplasma, en el cual no existen mitocondrias, cloroplastos ni estructuras ciliares complejas. Las células procariontes, de dimensiones reducidas, se nutren básicamente por absorción de material, aunque existe un número considerable de bacterias fotosintéticas y

4 de algas verde-azules; en general, las procariontes se reproducen por fisión o por otros mecanismos igualmente sencillos. Lynn Margulis, en cambio, ha sugerido una alternativa radicalmente diferente respecto de la teoría que sostiene que las células eucariontes evolucionaron de una especie procarionte por procesos de diferenciación intracelular. Basándose también en el hecho de que existe material genético en cloroplastos y mitocondrias que es independiente del contenido en el núcleo, Margulis ha propuesto que estos organelos eran en realidad organismos procariontes independientes que vivían en ámbitos cercanos y que entraron en simbiosis dando origen a las células eucariontes. Esta teoría sugiere que los cloroplastos, las mitocondrias y los flagelos de las células eucariontes no son sino los remanentes de procariontes que se simplificaron a lo largo de un proceso de endosimbiosis. Margulis ha supuesto que la secuencia de los eventos que condujeron a la aparición de los eucariontes estuvo precedida por la presencia, en la Tierra primitiva, de procariontes ancestrales entre los cuales existían formas heterotróficas y otras fotoautotróficas. Prosigue diciendo que un procarionte amiboideo engulló, sin digerirlo, un organismo procarionte de respiración aerobia, que persiste hasta la fecha en forma modificada como mitocondria en las células eucariontes contemporáneas. Después, este primer sistema simbiótico se asoció con procariontes semejantes a las espiroquetas, adquiriendo de esta manera un mecanismo de movilidad que luego se transformó, en el curso del tiempo, en el mecanismo mitótico y en los flagelos de las eucariontes actuales. De este sistema, ciertamente más complejo surgieron las células eucariontes animales. Otros sistemas, en cambio, ya con procariontes semejantes a las espiroquetas asociadas a ellos, entraron a su vez en simbiosis con procariontes fotosintéticos tales como las cianofíceas o las bacterias fotosintéticas, de donde surgirían después los antecesores de las algas eucariontes y de las plantas verdes. Finalmente, la diferenciación de una membrana nuclear, la aparición de un mecanismo mitótico que permitía una distribución más adecuada del material genético y el surgimiento de los cromosomas marcó la aparición de las células eucariontes contemporáneas.

5 Aún cuando no comprendemos los procesos que dieron origen a los eucariontes, su aparición hacia el final del Precámbrico marca un cambio fundamental en la organización y la evolución de los seres vivos. La aparición de células nucleadas abría las puertas a la reproducción sexual, la cual involucra la recombinación de las características heredables, y que es la clave de la variabilidad genética que llevó a una complejidad creciente de forma y función a todos los niveles de organización biológica. Una tercera teoría para explicar el origen de las células eucariontes a partir de las procariontes ha sido sugerida recientemente por Cavalier-Smith; él supone que la evolución de la endocitosis (fagocitosis y pinocitosis) pudo haber jugado un papel fundamental en la aparición de las células eucariontes. Pero a diferencia de Margulis, propone que este proceso de fagocitosis haya sido importante para conducir a la endosimbiosis, sino que proveyó a las procariontes iniciales de un mecanismo físico para lograr la compartimentación celular, que permite entender no únicamente los orígenes de las mitocondrias, los plástidos y aun el núcleo mismo, sino también sus propiedades características. Cavalier-Smith supone que el ancestro común a todos los eucariontes era una cianofícea unicelular, facultativamente fototrófica, incapaz de fijar nitrógeno, pero que podía liberar oxígeno mediante procesos fotosintéticos y capaces también de realizar respiración aerobia basada en citocromos y otras moléculas transportadoras de electrones. El primer paso que conduciría a los eucariontes sería la pérdida de la pared celular en un alga de este tipo, que viviese en un medio bentónico poco profundo y rico en restos orgánicos y bacterias que pudiese engullir. La aparición de compartimientos intracelulares como resultado de la fagocitosis llevaría entonces a la especialización de cada uno de estos compartimientos en funciones específicas, lo cual daría una ventaja selectiva sobre otras células en las cuales este proceso no se hubiese llevado a cabo. Aún cuando no comprendemos los procesos que dieron origen a las eucariontes, su aparición hacia el final del Precámbrico marca un cambio fundamental en la organización y la evolución de los seres vivos. La aparición de células con núcleo abrió las puertas a la reproducción sexual, la cual involucra la recombinación de las características heredables, y que es la clave de la variabilidad genética que llevó a una complejidad creciente de forma y función a todos los niveles de organización biológica.

6 Datos curiosos de biología Existen múltiples clasificaciones de las células basadas en el número de cromosomas, el tipo celular y las formas en que obtienen su alimentación. Así tenemos células diploides o haploides, somáticas o sexuales y autótrofas y heterótrofas Tipos de células procariotas y eucariotas Las células se clasifican en dos grupos, procariontas y eucariontes, de acuerdo con la presencia o ausencia de núcleo verdadero, orgánulos y estructuras. Las células procariontes son más sencillas y pequeñas que las células eucariontes. Este tipo de células no contienen membrana nuclear, es decir su ADN se encuentra disuelto el citoplasma; tampoco contiene orgánulos de doble membrana como mitocondrias y cloroplastos: sus características distintivas son la presencia de material genético o ADN de tipo circular que conforma el nucleoide, mesosomas, pared celular de peptidoglicanos, moléculas compuestas de pequeñas proteínas, carbohidratos, y ribosomas de tamaño pequeño. Las células procariontes están presentes en cantidades abundantes en cuerpos de agua, aire, tierra e incluso, en nuestro organismo, muchas de ellas son causantes de enfermedades como fiebre tifoidea, tuberculosis, gonorrea y ulceras pépticas. La biosfera no podría mantenerse sin ellas, ya que descomponen la materia muerta y participan en diversos ciclos biogeoquímicos; también son usadas para fabricar diversos productos en la industria química y alimenticia, gracias a su capacidad para realizar el proceso de fermentación. Las células eucariontes son en general de mayor tamaño (de 10 a 100 micras) que las células procariontes. Sus características más notables son la presencia de una membrana nuclear que contiene el material genético y orgánulos de doble membrana, como las mitocondrias y cloroplastos. A diferencia de las células procariontas, las células eucariontes presentan un citoplasma muy dividido en el cual se hayan los orgánulos y un citóesqueleto estructurado y dinámico, formado por microtubulos y diversos filamentos proteicos (figura 2.1).Este tipo de células puede tener pared celular, como en las plantas, los hongos y los protistas pluricelulares, o carecer de esta como las células animales.

7 (Figura 2.1) Concepto y funciones de los componentes de la célula. Gracias al desarrollo de la microscopia, se han realizado estudios detallados de las estructuras celulares en una gran cantidad de organismos. A pesar de la gran diversidad estructural y funcional, todas las células poseen una membrana celular o citoplasmática, material genético y citoplasma. Datos curiosos de la biología Animales tan diversos, como ballenas, esponjas, gusanos y humanos tienen diferentes tipos celulares para realizar distintas funciones en su cuerpo. Aunque estas células sean distintas tienen en común una organización básica: membrana, citoplasma y núcleo. En el cuerpo humano hay cientos de células de diferente tipo, las que se forman a partir de una sola célula como resultado de divisiones repetidas y adaptadas para realizar funciones especificas. Las células sen eucariontes y tienen diferentes tamaños, forma, actividad y localización, grupos de células similares se organizan y forman los tejidos.