Si retrocedemos al menos unos trescientos años, Robert Hooke, al describir las "células", y Antonie van Leeuwenhoek, al observar por vez primera los microorganismos y otras formas celulares, con sus microscopios rudimentarios, ponían al alcance del hombre valiosos medios de observación que al ser perfeccionados mas tarde, servirían para dar pasos de gigantes al asentamiento de los conocimientos de la célula
Durante el período inicial de desarrollo de la teoría celular, los científicos acumularon hechos relativos a las células, con la ayuda de microscopios simples. El período medio de desarrollo de la teoría celular comprendió no solo la observación, sino también los intentos de los científicos para llegar a generalizaciones a partir de sus descubrimientos.
En 1839 ocurrieron dos hechos sobresalientes en conexión con este tema: Purkinje, en Bohemia, acuña el término "protoplasma" para significar el contenido vivo de la célula, y los alemanes Schleiden y Schwann presentan la idea de que todos los seres vivos están formados por células, provocando así el nacimiento de lo que mas tarde habría de llamarse "teoría celular", en la que se define un hecho trascendental: la célula es la unidad fundamental no solo por lo que respecta a su función, sino también en cuanto a su estructura.
Este período terminó con el enunciado de la teoría celular cuyos postulados pueden resumirse:
- Todos los animales y vegetales están constituidos por células.
- La célula es la unidad básica de estructura y función en un organismo multicelular.
- La división celular da origen a la continuidad genética entre células progenitoras y sus descendientes.
- La vida del organismo depende del funcionamiento y control de todas sus células.
Desde entonces la teoría celular se ha ido desarrollando y expandiendo, dando un explicación lógica sobre como pueden haber evolucionado los organismos multicelulares a partir de formas unicelulares.
Los procesos de fermentación, respiración, fotosíntesis y duplicación de cromosomas son actividades que tienen lugar en el interior de las células , estos se llevan a cabo tanto en células de organismos unicelulares o multicelulares. Con la teoría de la evolución y la teoría genética, la teoría celular forma parte de la estructura conceptual de todas las Ciencias Biológicas.
Esta idea revolucionaria constituye uno de los pilares fundamentales sobre los que se apoya la Biología moderna, y sirvió para desplazar en gran medida el centro de gravedad de las investigaciones hacia el terreno microscópico. Pronto se descubrieron el núcleo, los cromosomas, el aparato de Golgi y otros orgánulos celulares, y la introducción en Biología del microscopio electrónico reveló innumerables detalles de las ultraestructura celular, poniendo aún en más de manifiesto esa unidad existente entre todos los seres vivos, a pesar de la aparente diversidad. Los hallazgos conseguidos por este procedimiento, junto con los descubrimientos iniciados a finales del siglo XIX sobre la relación existente entre la estructura y la función de los orgánulos celulares, resultaron en parte de la unión de técnicas histológicas, citológicas y químicas, cuyo resultado fue la aparición de la histoquímica y de la citoquímica. Al descubrirse que la base material de la herencia son los cromosomas y que la molécula portadora de la información que se transmite de una generación a otra es el ADN, se establecieron las bases de la citogenética. En la actualidad son tantos los campos de la Biología que han enriquecido a la citología, y han sido tan importantes y transcendentales las repercusiones de estos conocimientos a todos los niveles de organización, que la célula ha pasado a ser el centro de la atención de muchos investigadores y a constituir por sí sóla un capítulo importante entre las ciencias biológicas, al que por mérito propio se llama Biología celular.
Células procarioticas y eucarioticas
La célula se define como la unidad mínima de un organismo
capaz de actuar de manera autónoma. Todos los organismos vivos están
formados por células, y en general se acepta que ningún organismo
es un ser vivo si no consta al menos de una célula. Algunos organismos
microscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas,
mientras que los animales y plantas están formados por muchos millones
de células organizadas en tejidos y órganos. Aunque los virus
y los extractos acelulares realizan muchas de las funciones propias de
la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad de crecimiento
y reproducción propios de las células y, por tanto, no se
consideran seres vivos.
La biología estudia las células en función de su constitución molecular y la forma en que cooperan entre sí para constituir organismos muy complejos, como el ser humano. Para poder comprender cómo funciona el cuerpo humano sano, cómo se desarrolla y envejece y qué falla en caso de enfermedad, es imprescindible conocer las células que lo constituyen.
Unidad fundamental de vida. Es un cuerpo con volumen que transforma energía y es capaz de transferir información.
El concepto de célula surge en este siglo (en el s. XVIII se estudiaba) pero se revoluciona con el descubrimiento del microscopio electrónico, que tiene una gran resolución (puede separar 2 puntos muy cercanos y así ver con mayor profundidad). La rama que se ocupa de la célula es la Citología, muy nueva y avanzada.
En los 30 se dudaba de lo que tenía la célula, pero hacen los postulados de la teoría celular, con Schaum y Swan, que dice que la célula es la unidad anatómica, o la unidad morfológica, o la unidad de origen ( porque si se divide una célula, ninguna parte podrá sobrevivir por si sola). En 1952 se añade el postulado de que la célula es la unidad patológica. Todo ser vivo está formado al menos por una célula. La célula es una unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no consta al menos de una célula. Algunos organismos microscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas, mientras que los animales y plantas están formados por muchos millones de células organizadas en tejidos y órganos. Aunque los virus y los extractos acelulares realizan muchas de las funciones propias de la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad de crecimiento y reproducción propias de las células y, por tanto, no se consideran seres vivos. La biología estudia las células en función de su constitución molecular y la forma en que cooperan entre sí para constituir organismos muy complejos, como el ser humano. Para poder comprender cómo funciona el cuerpo humano sano, cómo se desarrolla y envejece y qué falla en caso de enfermedad, es imprescindible conocer las células que lo constituyen.
Hay células de formas y tamaños muy variados. Algunas de las células bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica de menos de una micra o µm (1 µm es igual a una millonésima de metro) de longitud. En el extremo opuesto se encuentran las células nerviosas, corpúsculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metros de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular). Casi todas las células vegetales tienen entre 20 y 30 µm de longitud, forma poligonal y pared celular rígida. Las células de los tejidos animales suelen ser compactas, entre 10 y 20 µm de diámetro y con una membrana superficial deformable y casi siempre muy plegada. La forma depende de su envoltura externa (membrana plasmática), que esta en todas las células hay 2 tipos.
- Amorfa ( la forma cambia ) ej: glóbulos blancos y amibas. Es mas delgada y elástica.
- Forma definida: tiene todo tipo de formas, como de forma estrelladaà neuronas. Es mas gruesa y menos elástica.
Entre las células procarióticas y eucarióticas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna. Las procarióticas, que comprenden bacterias y cianobacterias (antes llamadas algas verdeazuladas), son células pequeñas, entre 1 y 5 µm de diámetro, y de estructura sencilla; el material genético (ADN) está concentrado en una región, pero no hay ninguna membrana que separe esta región del resto de la célula. Las células eucarióticas, que forman todos los demás organismos vivos, incluidos protozoos, plantas, hongos y animales, son mucho mayores (entre 10 y 50 µm de longitud) y tienen el material genético envuelto por una membrana que forma un órgano esférico conspicuo llamado núcleo. De hecho, el término eucariótico deriva del griego núcleo verdadero, mientras que procariótico significa antes del núcleo.
Pese a las muchas diferencias de aspecto y función, todas las células están envueltas en una membrana -llamada membrana plasmática- que encierra una sustancia rica en agua llamadado citoplasma. En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar residuos. El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (término que proviene de una palabra griega que significa cambio). Todas las células contienen información hereditaria codificada en moléculas de ácido desoxirribonucleico (DNA); esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a la descendencia. Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas moléculas idénticas o casi idénticas) demuestran que hay una relación evolutiva entre las células actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra.
Arquitectura celular
El citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo. Engloba numerosas estructuras especializadas y orgánulos, como se describirá más adelante. La solución acuosa concentrada en la que están suspendidos los orgánulos se llama citosol. Es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de moléculas grandes y pequeñas, y en la mayor parte de las células es, con diferencia, el compartimiento más voluminoso (en las bacterias es el único compartimiento intracelular). En el citosol se producen muchas de las funciones más importantes de mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposición de moléculas nutritivas y la síntesis de muchas de las grandes moléculas que constituyen la célula. Aunque muchas moléculas del citosol se encuentran en estado de solución verdadera y se desplazan con rapidez de un lugar a otro por difusión libre, otras están ordenadas de forma rigurosa.
El citoplasma de las células eucariotas se encuentra atravesado por un conjunto de tubos, vesículas y cisternas, que presentan la estructura básica de la membrana citoplásmica. Entre esos elementos existen frecuentemente intercomunicaciones, y adoptan la forma de una especie de red, entre cuyas mayas se encuentra el citoplasma. Este sistema membranoso es llamado en la actualidad sistema vacuolar citoplásmico, integrándose en él la membrana nuclear, el retículo endoplásmico y el complejo de Golgi. Estas estructuras ordenadas confieren al citosol una organización interna que actúa como marco para la fabricación y descomposición de grandes moléculas y canaliza muchas de las reacciones químicas celulares a lo largo de vías restringidas.
Superficie celular
El contenido de todas las células vivas está rodeado por una membrana delgada llamada membrana plasmática o celular, que marca el límite entre el contenido celular y el medio externo. La membrana plasmática es una película continua formada por moléculas de lípidos y proteínas, entre 8 y 10 nanómetros (nm) de espesor y actúa como barrera selectiva reguladora de la composición química de la célula. La mayor parte de los iones y moléculas solubles en agua son incapaces de cruzar de forma espontánea esta barrera, y precisan de la concurrencia de proteínas portadoras especiales o de canales proteicos. De este modo la célula mantiene concentraciones de iones y moléculas 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 la membrana plasmática o se separan de ella, permite a las células animales transferir macromoléculas y partículas aún mayores a través de la membrana. Casi todas las células bacterianas y vegetales están además encapsuladas en una pared celular gruesa y sólida compuesta de polisacáridos (el mayoritario en las plantas superiores 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 el movimiento celular y la entrada y salida de materiales.
La primera mención de la existencia de una membrana celular se atribuye generalmente a Schwann, quien en 1839 postula que la membrana célular no sólo tiene la capacidad de separar los contenidos celulares del medio externo, sino también "el poder de alterar químicamente las sustancias con las cuales entra en contacto". En las décadas siguientes se proponen distintos modelos que tratan de explicar de mejor manera los resultados experimentales que se obtenían; y no fué hasta 1972, cuando gracias a observaciones sobre dinámica de proteínas y lípidos, es propuesto el modelo de Mosaico Fluído de Singer y Nicholson actualmente aceptado (con algunas modificaciones). De acuerdo a este modelo la membrana es una solución bidimensional de lípidos en el cual se encuentran sumergidas las proteínas globulares que se mueven en el plano de la membrana.
El marco estructural básico de las membranas biológicas está conformado por lípidos, siendo los componentes mayoritarios los lípidos anfolíticos conocidos con el nombre de fosfolípidos, moléculas que presentan una cabeza polar y una cola no polar formada por 2 ácidos grasos de cadena larga. La tendencia de esta doble cadena anfolítica de formar una bicapa en soluciones acuosas y a sellarse formando vesículas es la propiedad física crucial que determina que se forme una membrana. La principal fuerza impulsora para la formación de la membrana es el conocido "efecto hidrofóbico", junto con las interacciones apolares entre las cadenas acil lipídicas de los fosfolípidos (de Van der Waals), y las interacciones de naturaleza electrostática entre las cabezas polares (puentes de hidrógeno, entre otras). El movimiento térmico permite a las moléculas de fosfolípidos rotar alrededor de ejes y difundir lateralmente dentro de la bicapa. Se ha calculado que una molécula de fosfolípidos intercambia lugar con sus vecinas 107 veces y se desplaza varios µm a 37° C.
Las membranas de las células eucarióticas contienen colesterol, una molécula determinante en la fluidez de la bicapa. Este esteroide es bastante hidrofóbico y se inserta entre las moléculas de fosfolípidos. Su grupo hidroxilo está en contacto con los grupos polares de los fosfolípidos mientras que los anillos esteroidales interactúan con las cadenas hidrocarbonadas.
Regiones especializadas de la membrana
Los hojaldres de las membranas biológicas se diferencian en su composición, esto es que no es igual a ambos lados de la membrana. Los hojaldres que estan expuestos hacia el exterior de la membrana plasmática, al interior de la doble membrana nuclear, al interior del reticulo endoplasmático y aparato de Golgi, al interior de la membrana externa mitocondrial y al exterior de la membrana interna mitocondrial se conocen como caras citoplasmicas, los hojaldres complementarios se conocen como caras exoplasmicas.
Los carbohidratos de las membranas se encuentran asociados a proteínas (glicoproteinas) y lípidos (glicolípidos). Sin embargo, se encuentran principalmente en la cara exoplasmica de la membrana plasmática y donde son sintetizados en la cara endoplasmica del reticulo endoplasmatico y del aparato de Golgi . Los carbohidratos de membrana pueden tener un función de reconocimiento celular.
Clasificación de las membranas. Membranas simples.
Están compuestas principalmente por lípidos que funcionan principalmente como aislantes, con una pequeña actividad bioquímica. Ejemplo: capa de mielina. . Membranas compuestas.
Estas membranas están constituidas con alrededor del 50% de proteínas, presentan procesos enzimáticos, al igual que actividades de transporte. Ejemplo: membrana plasmática. Membranas que contienen como mayor componente proteínas.
Estas membranas contienen sistemas enzimáticos complejos, que están involucrados en diversos procesos. Ejemplo: membrana mitocondrial.
Composición de las membranas.
Lípidos de membrana.
Las membranas lipidicas estan constituidas solamente por mono y diacilgliceroles, estos compuestos se caracterizan por que tienen una cabeza polar y una cola no polar. Estos lípidos se pueden asociar formando monocapas (hojaldres) y bicapas (dos hojaldres). Las monocapas pueden formar estrúcturas esféricas conocidas como micelas y las monocapas también pueden formar estructuras esféricas llamadas liposomas. Fosfolípidos. Fosfoacilgliceroles. Cardiolipina. Plamalógenos.
Glucolípidos. Cerebrosidos. Esfingolípidos. Ceramida. Esfingosina. Esteroles.
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