Célula, unidad mínima de un organismo capaz de ... - Escolares

Célula, unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. Todoslos organismos vivos están formados por células, y en general se acepta que ningúnorganismo es un ser vivo si no consta al menos de una célula. Algunos organismosmicroscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas, mientras que losanimales y plantas están formados por muchos millones de células organizadas entejidos y órganos. Aunque los virus y los extractos acelulares realizan muchas de lasfunciones propias de la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad decrecimiento y reproducción propios de las células y, por tanto, no se consideran seresvivos. La biología estudia las células en función de su constitución molecular y la formaen que cooperan entre sí para constituir organismos muy complejos, como el serhumano. Para poder comprender cómo funciona el cuerpo humano sano, cómo sedesarrolla y envejece y qué falla en caso de enfermedad, es imprescindible conocer lascélulas que lo constituyen.Características generales de las célulasHay células de formas y tamaños muy variados. Algunas de las células bacterianas máspequeñas tienen forma cilíndrica de menos de una micra o µm (1 µm es igual a unamillonésima de metro) de longitud. En el extremo opuesto se encuentran las célulasnerviosas, corpúsculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas quepueden alcanzar varios metros de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen unejemplo espectacular). Casi todas las células vegetales tienen entre 20 y 30 µm delongitud, forma poligonal y pared celular rígida. Las células de los tejidos animalessuelen ser compactas, entre 10 y 20 µm de diámetro y con una membrana superficialdeformable y casi siempre muy plegada.Pese a las muchas diferencias de aspecto y función, todas las células están envueltas enuna membrana —llamada membrana plasmática— que encierra una sustancia rica enagua llamada citoplasma. En el interior de las células tienen lugar numerosas reaccionesquímicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar residuos. El conjunto deestas reacciones se llama metabolismo (término que proviene de una palabra griega quesignifica cambio). Todas las células contienen información hereditaria codificada enmoléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN); esta información dirige la actividad dela célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a la descendencia. Estas yotras numerosas similitudes (entre ellas muchas moléculas idénticas o casi idénticas)demuestran que hay una relación evolutiva entre las células actuales y las primeras queaparecieron sobre la Tierra.Composición químicaEn los organismos vivos no hay nada que contradiga las leyes de la química y la física.La química de los seres vivos, objeto de estudio de la bioquímica, está dominada porcompuestos de carbono y se caracteriza por reacciones acaecidas en solución acuosa yen un intervalo de temperaturas pequeño. La química de los organismos vivientes esmuy compleja, más que la de cualquier otro sistema químico conocido. Está dominada ycoordinada por polímeros de gran tamaño, moléculas formadas por encadenamiento desubunidades químicas; las propiedades únicas de estos compuestos permiten a células yorganismos crecer y reproducirse. Los tipos principales de macromoléculas son las

proteínas, formadas por cadenas lineales de aminoácidos; los ácidos nucleicos, ADN yARN, formados por bases nucleotídicas, y los polisacáridos, formados por subunidadesde azúcares.Células procarióticas y eucarióticasEntre las células procarióticas y eucarióticas hay diferencias fundamentales en cuanto atamaño y organización interna. Las procarióticas, que comprenden bacterias ycianobacterias (antes llamadas algas verdeazuladas), son células pequeñas, entre 1 y 5µm de diámetro, y de estructura sencilla; el material genético (ADN) está concentradoen una región, pero no hay ninguna membrana que separe esta región del resto de lacélula. Las células eucarióticas, que forman todos los demás organismos vivos,incluidos protozoos, plantas, hongos y animales, son mucho mayores (entre 10 y 50 µmde longitud) y tienen el material genético envuelto por una membrana que forma unórgano esférico conspicuo llamado núcleo. De hecho, el término eucariótico deriva delgriego ‘núcleo verdadero’, mientras que procariótico significa ‘antes del núcleo’.Superficie celularEl contenido de todas las células vivas está rodeado por una membrana delgada llamadamembrana plasmática, o celular, que marca el límite entre el contenido celular y elmedio externo. La membrana plasmática es una película continua formada pormoléculas de lípidos y proteínas, entre 8 y 10 nanómetros (nm) de espesor y actúa comobarrera selectiva reguladora de la composición química de la célula. La mayor parte delos iones y moléculas solubles en agua son incapaces de cruzar de forma espontáneaesta barrera, y precisan de la concurrencia de proteínas portadoras especiales o decanales proteicos. De este modo la célula mantiene concentraciones de iones ymoléculas pequeñas distintas de las imperantes en el medio externo. Otro mecanismo,que consiste en la formación de pequeñas vesículas de membrana que se incorporan a lamembrana plasmática o se separan de ella, permite a las células animales transferirmacromoléculas y partículas aún mayores a través de la membrana.Casi todas las células bacterianas y vegetales están además encapsuladas en una paredcelular gruesa y sólida compuesta de polisacáridos (el mayoritario en las plantassuperiores es la celulosa). La pared celular, que es externa a la membrana plasmática,mantiene la forma de la célula y la protege de daños mecánicos, pero también limita elmovimiento celular y la entrada y salida de materiales.El núcleoEl órgano más conspicuo en casi todas las células animales y vegetales es el núcleo; estárodeado de forma característica por una membrana, es esférico y mide unas 5 µm dediámetro. Dentro del núcleo, las moléculas de ADN y proteínas están organizadas encromosomas que suelen aparecer dispuestos en pares idénticos. Los cromosomas estánmuy retorcidos y enmarañados y es difícil identificarlos por separado. Pero justo antesde que la célula se divida, se condensan y adquieren grosor suficiente para serdetectables como estructuras independientes. El ADN del interior de cada cromosomaes una molécula única muy larga y arrollada que contiene secuencias lineales de genes.Éstos encierran a su vez instrucciones codificadas para la construcción de las moléculasde proteínas y ARN necesarias para producir una copia funcional de la célula.

El núcleo está rodeado por una membrana doble, y la interacción con el resto de lacélula (es decir, con el citoplasma) tiene lugar a través de unos orificios llamados porosnucleares. El nucleolo es una región especial en la que se sintetizan partículas quecontienen ARN y proteína que migran al citoplasma a través de los poros nucleares y acontinuación se modifican para transformarse en ribosomas.El núcleo controla la síntesis de proteínas en el citoplasma enviando mensajerosmoleculares. El ARN mensajero (ARNm) se sintetiza de acuerdo con las instruccionescontenidas en el ADN y abandona el núcleo a través de los poros. Una vez en elcitoplasma, el ARNm se acopla a los ribosomas y codifica la estructura primaria de unaproteína específica.Citoplasma y citosolEl citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo. Englobanumerosas estructuras especializadas y orgánulos, como se describirá más adelante.La solución acuosa concentrada en la que están suspendidos los orgánulos se llamacitosol. Es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de moléculas grandes ypequeñas, y en la mayor parte de las células es, con diferencia, el compartimiento másvoluminoso (en las bacterias es el único compartimiento intracelular). En el citosol seproducen muchas de las funciones más importantes de mantenimiento celular, como lasprimeras etapas de descomposición de moléculas nutritivas y la síntesis de muchas delas grandes moléculas que constituyen la célula. Aunque muchas moléculas del citosolse encuentran en estado de solución verdadera y se desplazan con rapidez de un lugar aotro por difusión libre, otras están ordenadas de forma rigurosa. Estas estructurasordenadas confieren al citosol una organización interna que actúa como marco para lafabricación y descomposición de grandes moléculas y canaliza muchas de las reaccionesquímicas celulares a lo largo de vías restringidas.CitoesqueletoEl citoesqueleto es una red de filamentos proteicos del citosol que ocupa el interior detodas las células animales y vegetales. Adquiere una relevancia especial en las animales,que carecen de pared celular rígida, pues el citoesqueleto mantiene la estructura y laforma de la célula. Actúa como bastidor para la organización de la célula y la fijación deorgánulos y enzimas. También es responsable de muchos de los movimientos celulares.En muchas células, el citoesqueleto no es una estructura permanente, sino que sedesmantela y se reconstruye sin cesar. Se forma a partir de tres tipos principales defilamentos proteicos: microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios,unidos entre sí y a otras estructuras celulares por diversas proteínas.Los movimientos de las células eucarióticas están casi siempre mediatizados por losfilamentos de actina o los microtúbulos. Muchas células tienen en la superficie pelosflexibles llamados cilios o flagelos, que contienen un núcleo formado por un haz demicrotúbulos capaz de desarrollar movimientos de flexión regulares que requierenenergía. Los espermatozoides nadan con ayuda de flagelos, por ejemplo, y las células

que revisten el intestino y otros conductos del cuerpo de los vertebrados tienen en lasuperficie numerososcilios que impulsan líquidos y partículas en una direccióndeterminada. Se encuentran grandes haces de filamentos de actina en las célulasmusculares donde, junto con una proteína llamada miosina, generan contraccionespoderosas. Los movimientos asociados con la división celular dependen en animales yplantas de los filamentos de actina y los microtúbulos, que distribuyen los cromosomasy otros componentes celulares entre las dos células hijas en fase de segregación. Lascélulas animales y vegetales realizan muchos otros movimientos para adquirir unaforma determinada o para conservar su compleja estructura interna.Mitocondrias y cloroplastosLas mitocondrias son uno de los orgánulos más conspicuos del citoplasma y seencuentran en casi todas las células eucarióticas. Observadas al microscopio, presentanuna estructura característica: la mitocondria tiene forma alargada u oval de varias micrasde longitud y está envuelta por dos membranas distintas, una externa y otra interna, muyreplegada. Las mitocondrias son los orgánulos productores de energía. La célulanecesita energía para crecer y multiplicarse, y las mitocondrias aportan casi toda estaenergía realizando las últimas etapas de la descomposición de las moléculas de losalimentos. Estas etapas finales consisten en el consumo de oxígeno y la producción dedióxido de carbono, proceso llamado respiración, por su similitud con la respiraciónpulmonar. Sin mitocondrias, los animales y hongos no serían capaces de utilizaroxígeno para extraer toda la energía de los alimentos y mantener con ella el crecimientoy la capacidad de reproducirse. Los organismos llamados anaerobios viven en mediossin oxígeno, y todos ellos carecen de mitocondrias.Los cloroplastos son orgánulos aún mayores y se encuentran en las células de plantas yalgas, pero no en las de animales y hongos. Su estructura es aún más compleja que lamitocondrial: además de las dos membranas de la envoltura, tienen numerosos sacosinternos formados por membrana que encierran el pigmento verde llamado clorofila.Desde el punto de vista de la vida terrestre, los cloroplastos desempeñan una funciónaún más esencial que la de las mitocondrias: en ellos ocurre la fotosíntesis; esta funciónconsiste en utilizar la energía de la luz solar para activar la síntesis de moléculas decarbono pequeñas y ricas en energía, y va acompañado de liberación de oxígeno. Loscloroplastos producen tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno que utilizan lasmitocondrias.Membranas internasNúcleos, mitocondrias y cloroplastos no son los únicos orgánulos internos de las célulaseucarióticas delimitados por membranas. El citoplasma contiene también muchos otrosorgánulos envueltos por una membrana única que desempeñan funciones diversas. Casitodas guardan relación con la introducción de materias primas y la expulsión desustancias elaboradas y productos de desecho por parte de la célula. Por ello, en lascélulas especializadas en la secreción de proteínas, por ejemplo, determinados orgánulosestán muy atrofiados; en cambio, los orgánulos son muy numerosos en las células de losvertebrados superiores especializadas en capturar y digerir los virus y bacterias queinvaden el organismo.

La mayor parte de los componentes de la membrana celular se forman en una redtridimensional irregular de espacios rodeada a su vez por una membrana y llamadaretículo endoplasmático (RE), en el cual se forman también los materiales que sonexpulsados por la célula. El aparato de Golgi está formado por pilas de sacos aplanadosenvueltos en membrana; este aparato recibe las moléculas formadas en el retículoendoplasmático, las transforma y las dirige hacia distintos lugares de la célula. Loslisosomas son pequeños orgánulos de forma irregular que contienen reservas de enzimasnecesarias para la digestión celular de numerosas moléculas indeseables. Losperoxisomas son vesículas pequeñas envueltas en membrana que proporcionan unsustrato delimitado para reacciones en las cuales se genera y degrada peróxido dehidrógeno, un compuesto reactivo que puede ser peligroso para la célula. Lasmembranas forman muchas otras vesículas pequeñas encargadas de transportarmateriales entre orgánulos. En una célula animal típica, los orgánulos limitados pormembrana pueden ocupar hasta la mitad del volumen celular total.Secreción y endocitosisUna de las funciones más importantes de las vesículas es transportar materiales hacia lamembrana plasmática y desde ella hacia el interior de la célula; constituyen de estemodo un medio de comunicación entre el interior celular y el medio externo. Hay unintercambio continuo de materiales entre el retículo endoplasmático, el aparato deGolgi, los lisosomas y el exterior celular. Dicho intercambio está mediado por pequeñasvesículas delimitadas por membrana que se forman por gemación a partir de unamembrana y se fusionan con otra. Así, en la superficie celular siempre hay porciones demembrana plasmática que se invaginan y separan para formar vesículas que transportanhacia el interior de la célula materiales capturados en el medio externo; este fenómenose llama endocitosis, y permite a la célula engullir partículas muy grandes e inclusocélulas extrañas completas. El fenómeno opuesto, llamado secreción o exocitosis, es lafusión de las vesículas internas con la membrana plasmática seguida de la liberación desu contenido al medio externo; es también común en muchas células.División celularLas plantas y los animales están formados por miles de millones de células individualesorganizadas en tejidos y órganos que cumplen funciones específicas. Todas las célulasde cualquier planta o animal han surgido a partir de una única célula inicial —el óvulofecundado— por un proceso de división. El óvulo fecundado se divide y forma doscélulas hijas idénticas, cada una de las cuales contiene un juego de cromosomas idénticoal de la célula parental. Después cada una de las células hijas vuelve a dividirse denuevo, y así continúa el proceso. Salvo en la primera división del óvulo, todas lascélulas crecen hasta alcanzar un tamaño aproximado al doble del inicial antes dedividirse. En este proceso, llamado mitosis, se duplica el número de cromosomas (esdecir, el ADN) y cada uno de los juegos duplicados se desplaza sobre una matriz demicrotúbulos hacia un polo de la célula en división, y constituirá la dotacióncromosómica de cada una de las dos células hijas que se forman.Diferenciación

Las células que constituyen los distintos tejidos de un organismo pluricelular suelenpresentar diferencias muy notables en estructura y función. Las diferencias entre unacélula nerviosa, una célula hepática y un eritrocito de un mamífero, por ejemplo, son tanextremas que cuesta creer que todas ellas contengan la misma información genética.Como todas las células de un animal o vegetal se forman a través de divisionessucesivas de un único óvulo fecundado, casi todas ellas tienen la misma informacióngenética. Se diferencian unas de otras porque sintetizan y acumulan juegos distintos demoléculas de ARN y proteínas sin alterar la secuencia del ADN. Este proceso, llamadodiferenciación, se basa en la activación y desactivación selectiva de genes en unasucesión programada. Estos cambios orquestados de las características celulares suelenser irreversibles, de modo que una célula nerviosa humana no puede transformarse enleucocito ni volver al estado de división rápida característico de las células embrionariasinmaduras de las que procede.Uniones intercelularesPara formar un organismo pluricelular, las células no sólo deben diferenciarse en tiposespecializados, sino también unirse para constituir tejidos y órganos. Los organismoseucariotas han satisfecho esta necesidad de distintas formas a lo largo de la evolución.En las plantas superiores, las células no sólo se mantienen conectadas por puentescitoplásmicos llamados plasmodesmos, sino que además están aprisionadas en lascámaras rígidas de una especie de panal formado por paredes de celulosa que segreganlas propias células (paredes celulares). En casi todos los animales, las células estánunidas por una red laxa de grandes moléculas orgánicas extracelulares (la llamadamatriz extracelular) y por adherencia entre membranas plasmáticas. A menudo, lasuniones entre células permiten que éstas se dispongan en forma de capa pluricelular oepitelio. Las láminas epiteliales suelen formarse a partir del límite externo de los tejidosy órganos, y constituyen una barrera superficial que regula la entrada y salida demateriales.Señales celularesDurante el desarrollo del embrión, cada tipo de célula queda programada para responderde una forma concreta; por tanto, debe haber un sistema que haga circular mensajes oseñales entre las células. La célula debe asimismo trabajar en armonía con el medio enque se encuentra; en un organismo pluricelular, esto significa colaborar con las célulasvecinas. La importancia de estos ‘controles sociales’ se hace aparente cuando fallan y ladivisión celular se produce de forma descontrolada; se genera entonces un tumorcanceroso. Las células coordinan sus numerosas actividades por medio de un sistema deseñalización de reacciones que cumple una función comparable a la de la instalacióneléctrica de un automóvil o el sistema nervioso de un animal de pequeñas dimensiones.Una serie de moléculas, en muchos casos producidas por otras células, actúan sobrereceptores de la superficie celular que inician cascadas de reacciones bioquímicasdentro del citoplasma. Los cambios de concentración de determinados iones ymoléculas regulan la actividad de las proteínas y la expresión de los genes