Las células: Introducción

Transcripción

1 Las células: Introducción Qué son los Seres Vivos? En algún momento de la historia de este planeta aparecieron sistemas biológicos capaces de producir descendientes y evolucionar, un hecho íntimamente asociado con los cambios que sufrió la Tierra. Para introducirnos en el origen de las primeras formas vivas, debemos conocer las condiciones iniciales de la Tierra a partir de las cuales pudieron haberse establecido. La vida se caracteriza por una serie de propiedades que emergen en el nivel de organización celular. La teoría celular constituye uno de los principios fundamentales de la biología y establece que: a. todos los organismos vivos están formados por una o más células; b. las reacciones químicas de un organismo vivo, incluyendo los procesos liberadores de energía y las reacciones biosintéticas, tienen lugar dentro de las células; c. las células se originan de otras células, y d. las células contienen la información hereditaria de los organismos de los cuales son parte y esta información pasa de la célula progenitora a la célula hija. Una de las preguntas fundamentales de la biología moderna es cómo empezó la vida. Las evidencias actuales aportan muchas pistas acerca de la aparición de la vida en la Tierra. La edad de la nuestro planeta se estima en millones de años. Como evidencias de vida, se han encontrado microfósiles de células semejantes a bacterias que tienen millones de años de antigüedad y existen, además, otras evidencias indirectas de vida de hace millones de años. Se han propuesto diversas hipótesis para explicar cómo podrían haber surgido compuestos orgánicos en forma espontánea en la Tierra primitiva y estructuras semejantes a células a partir de esos agregados de moléculas orgánicas. Las células más tempranas pudieron haber sido heterótrofas o autótrofas. Los primeros autótrofos pueden haber sido quimiosintéticos o fotosintéticos. Con la aparición de la fotosíntesis, la energía que fluía a través de la biosfera adoptó su forma moderna dominante: la energía radiante del Sol es capturada por autótrofos fotosintéticos y encauzada por ellos hacia los organismos heterótrofos. Los heterótrofos modernos incluyen a los hongos y a los animales, al igual que a muchos tipos de organismos unicelulares. Los autótrofos modernos incluyen a otros tipos de organismos unicelulares y, lo más importante, a las plantas verdes. Hay dos tipos distintos de células: las procariotas y las eucariotas. Las células procarióticas carecen de núcleos limitados por membrana y de la mayoría de las organelas que se encuentran en las células eucarióticas. Los procariotas fueron la única forma de vida sobre la Tierra durante casi millones de años; después, hace aproximadamente millones de años, aparecieron las células eucarióticas. Se ha postulado la llamada "teoría endosimbiótica" para explicar el origen de algunas organelas eucarióticas. Los organismos multicelulares, compuestos de células eucarióticas especializadas para desempeñar funciones particulares, aparecieron en una época comparativamente reciente, sólo hace unos 750 millones de años. Por ser de un tamaño muy pequeño, las células y las estructuras subcelulares necesitan de microscopios para poder ser observadas por el ojo humano, de limitado poder de resolución. Los tres tipos principales son el

2 microscopio óptico, el microscopio electrónico de transmisión y el microscopio electrónico de barrido. Se han desarrollado además otras técnicas microscópicas. Los sistemas ópticos especiales de contraste de fase, de interferencia diferencial y de campo oscuro hacen posible estudiar células vivas. Un avance tecnológico importante fue el uso de computadoras y cámaras de video integradas a los microscopios. El universo de los organismos microscópicos El tamaño de los microorganismos no es una característica anodina: además de incidir en su morfología, actividad, diversidad y flexibilidad en el metabolismo, tiene importantes consecuencias en su capacidad de adaptación fisiológica, su distribución ecológica y su manipulación en el laboratorio. La alta relación superficie a volumen, típica del diminuto tamaño de estos microorganismos, es la causa de la alta tasa metabólica que presentan lo cual, a su vez, está en relación con su rápido ritmo de crecimiento y de división celular. Muchas de sus enzimas son inducibles, lo cual les resulta ventajoso debido, entre otras causas, al escaso espacio de que disponen. Los mecanismos regulatorios desempeñan un papel fundamental, ya que les otorgan una gran flexibilidad metabólica, y son detectables más fácilmente que en otros organismos. La elevada relación superficie a volumen implica extensas interacciones con el entorno y estrategias particulares de adaptación. Los organismos unicelulares de vida libre se encuentran, de por sí, expuestos permanentemente a las variaciones ambientales. Éste no es el caso de los que habitan en medios más constantes o incluso isotónicos, como es el caso de ciertos parásitos. Muchos microorganismos son importantes agentes de enfermedades. El estudio de las enfermedades infecciosas y de la forma de combatirlas condujo al estudio de la relación hospedador-agente infeccioso, a profundizar el conocimiento de los mecanismos de defensa inmunitarios, y a mejorar y descubrir nuevos métodos de identificación del agente infeccioso y de diagnóstico de enfermedades. Esto dio origen, dentro de la microbiología, a distintas ramas tales como la inmunología, la virología, la bacteriología, la parasitología y la micología que, desde hace ya tiempo, constituyen vastas disciplinas en sí mismas. Así, los virus, que según la mayoría de las definiciones no son seres vivos, por su tamaño microscópico y sus propiedades causantes de enfermedades son estudiados tradicionalmente por la microbiología. Los progresos alcanzados en esta área han desembocado en múltiples aplicaciones, entre ellas, la creación de vacunas, el uso de antibióticos, el uso de la técnica de esterilización o de métodos desinfectantes. Además de los microorganismos causantes de enfermedad, la microbiología también estudia aquellos que tienen una acción benéfica para el hombre u otros seres vivos. Es el caso, por ejemplo, de los habitantes naturales del tracto digestivo y vaginal, de las bacterias y hongos presentes en los quesos, yogures y leches fermentadas y de las bacterias que viven en relación estrecha con plantas leguminosas. Así, el desarrollo y las mejoras logradas en las técnicas de cultivo de los microorganismos no fueron impulsados solamente por el deseo de combatir las enfermedades por ellos provocadas. Desde la antigüedad, el hombre ha aprovechado los productos metabólicos de ciertos microorganismos para elaborar distintos alimentos sin conocer los mecanismos biosintéticos ni los propios organismos implicados. Las bacterias consisten en una sola célula de tipo procariota. Están representados por las arqueobacterias -o bacterias antiguas- y

3 las eubacterias -o bacterias verdaderas-. Los procariotas son el grupo de organismos más antiguo sobre la Tierra; los registros fósiles muestran que se hallan presentes desde hace unos millones de años. Dominios y Reinos de Seres Vivos

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5 La explicación de la complejidad de los seres vivos se encuentra en la bioquímica Moléculas orgánicas En los organismos se encuentran cuatro tipos diferentes de moléculas orgánicas en gran cantidad: carbohidratos, lípidos, proteínas y nucleótidos. Todas estas moléculas contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Además, las proteínas contienen nitrógeno y azufre, y los nucleótidos, así como algunos lípidos, contienen nitrógeno y fósforo. Se ha dicho que es suficiente reconocer cerca de 30 moléculas para tener un conocimiento que permita trabajar con la bioquímica de las células. Dos de esas moléculas son los azúcares glucosa y ribosa; otra, un lípido; otras veinte, los aminoácidos biológicamente importantes; y cinco las bases nitrogenadas, moléculas que contienen nitrógeno y son constituyentes claves de los nucleótidos. En esencia, la química de los organismos vivos es la química de los compuestos que contienen carbono o sea, los compuestos orgánicos. El carbono es singularmente adecuado para este papel central, por el hecho de que es el átomo más liviano capaz de formar múltiples enlaces covalentes. A raíz de esta capacidad, el carbono puede combinarse con otros átomos de carbono y con átomos distintos para formar una gran variedad de cadenas fuertes y estables y de compuestos con forma de anillo. Las moléculas orgánicas derivan sus configuraciones tridimensionales primordialmente de sus esqueletos de carbono. Sin embargo, muchas de sus propiedades específicas dependen de grupos funcionales. Una característica general de todos los compuestos orgánicos es que liberan energía cuando se oxidan. Entre los tipos principales de moléculas orgánicas importantes en los sistemas vivos están los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los nucleótidos. Los carbohidratos son la fuente primaria de energía química para los sistemas vivos. Los más simples son los monosacáridos ("azúcares simples"). Los monosacáridos pueden combinarse para formar disacáridos ("dos azúcares") y polisacáridos (cadenas de muchos monosacáridos). Los lípidos son moléculas hidrofóbicas que, como los carbohidratos, almacenan energía y son importantes componentes estructurales. Incluyen las grasas y los aceites, los fosfolípidos, los glucolípidos, las ceras, y el colesterol y otros esteroides. Las proteínas son moléculas muy grandes compuestas de cadenas largas de aminoácidos, conocidas como cadenas polipeptídicas. A partir de sólo veinte aminoácidos diferentes usados para hacer proteínas se puede sintetizar una inmensa variedad de diferentes tipos de moléculas proteínicas, cada una de las cuales cumple una función altamente específica en los sistemas vivos. Los nucleótidos son moléculas complejas formadas por un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos y una base nitrogenada. Son los bloques estructurales de los ácidos desoxirribonucleico (DNA) y ribonucleico (RNA), que transmiten y traducen la información genética. Los nucleótidos también desempeñan papeles centrales en los intercambios de energía que acompañan a las reacciones químicas dentro de los sistemas vivos. El principal portador de energía en la mayoría de las reacciones químicas que ocurren dentro de las células es un nucleótido que lleva tres fosfatos, el ATP. Material tomado de: Biología (Curtis et al. 2003). Séptima Edición en español. Editorial Panamericana/ Biología (Starr et al. 2009). Editorial Cencage Learning.