La Célula Animal y Vegetal: Un Universo Microscópico

Las células de los animales, al igual que las de las plantas, son eucarióticas.

Componentes de la Célula Animal

• Membrana plasmática: Controla el intercambio de sustancias entre el medio externo y el interior celular. Está formada por una bicapa de lípidos entre los que se intercalan proteínas, con un grosor de aproximadamente 7nm, visible solo con el microscopio electrónico.
• Citoplasma: Contiene una gran variedad de compartimentos rodeados de membrana, llamados orgánulos, y estructuras no membranosas.
• Citoesqueleto: Red de filamentos de proteínas que da forma a la célula y es responsable de sus movimientos.
• Centrosoma: Organiza los filamentos del citoesqueleto. En las células animales, contiene en su interior una pareja de estructuras cilíndricas huecas llamadas centriolos.
• Retículo endoplasmático liso (REL): Carece de ribosomas y está formado por túbulos. Su función principal es fabricar lípidos de la membrana.
• Retículo endoplasmático rugoso (RER): Formado por sacos aplanados cubiertos de ribosomas, que son estructuras no membranosas encargadas de la síntesis de proteínas, utilizando la información transportada por el ARN, copia del ADN nuclear.
• Aparato de Golgi: Conjunto de sacos membranosos rodeados de vesículas. Su función es almacenar en el interior de las vesículas macromoléculas sintetizadas en el retículo endoplasmático para expulsarlas al exterior celular (secreción) o transportarlas a otros orgánulos.
• Lisosomas: Vesículas membranosas que contienen enzimas digestivas (hidrolasas) fabricadas en el RER. Son responsables de la digestión en el interior de la célula. Se fusionan a vesículas cargadas de materia orgánica incorporada del exterior o procedente del interior celular, y transforman las macromoléculas en moléculas orgánicas sencillas.
• Mitocondrias: De forma cilíndrica o esférica, con un tamaño entre 0.5 μm y 1 μm, y un número muy variable (incluso 1000 por célula). Están rodeadas de una doble membrana que delimita un espacio interior: la matriz. La membrana interna se prolonga hacia el interior de la matriz, formando crestas. En las mitocondrias se produce la combustión de las moléculas orgánicas en presencia de O₂ para obtener la energía que las células necesitan para su mantenimiento. La matriz contiene ribosomas y pequeñas moléculas de ADN, por lo que puede fabricar algunas de sus proteínas.
• Núcleo: Está separado del citoplasma por una doble membrana perforada. En el interior del núcleo se encuentran:
  • Cromatina: ADN asociado a proteínas.
  • Nucléolos: Constituidos por el ADN que lleva información para la síntesis del ARN ribosómico.

Componentes Exclusivos de la Célula Vegetal

Además de los componentes comunes con la célula animal, la célula vegetal posee orgánulos y estructuras exclusivas:

• Pared celular: Capa rígida fuera de la membrana plasmática, formada por celulosa. Protege las células y mantiene su forma.
• Vacuolas: Vesículas grandes rodeadas de membrana que pueden llegar a ocupar hasta el 90% del volumen celular. Sus funciones incluyen el almacenamiento y el mantenimiento de la forma celular gracias a la turgencia.
• Cloroplastos: Orgánulos donde se lleva a cabo la fotosíntesis. Contienen tilacoides, grana, estroma, ribosomas, y están delimitados por una membrana externa e interna.

Metabolismo Celular: La Química de la Vida

El conjunto de reacciones químicas que suceden en el interior de la célula se conoce como metabolismo, un mecanismo por el cual las células mantienen y perpetúan su composición.

• Anabolismo: Proceso por el cual una célula fabrica sus propios componentes a partir de las sustancias químicas que incorpora del medio. Esta biosíntesis requiere energía, que la célula obtiene de dos fuentes diferentes: la luz (fotosíntesis) y la energía química almacenada en compuestos químicos.
• Catabolismo: Proceso por el cual los compuestos químicos se transforman en componentes más sencillos, liberando la energía contenida en sus enlaces.

ATP: La Moneda Energética Celular

El ATP (adenosina trifosfato) es el intermediario más común entre los procesos químicos que liberan energía (catabólicos) y los que la necesitan (anabólicos). La molécula de ATP es un nucleótido formado por una base nitrogenada (adenina), la ribosa y tres fosfatos. Los enlaces que unen entre sí estos grupos son enlaces de alta energía inestables que liberan gran cantidad de energía al ser hidrolizados. La energía liberada en la hidrólisis del ATP puede utilizarse en un proceso que requiere energía.

Tipos de Nutrición Celular

• Heterótrofas: Células que necesitan incorporar materia orgánica del medio, elaborada por otros organismos. Los compuestos que incorporan se encuentran almacenados en cualquier tipo de célula y son moléculas complejas (polisacáridos, grasas, etc.). Para que las células puedan utilizarlas como combustible, deben ser hidrolizadas y transformadas en moléculas más sencillas.
• Autótrofas: Células capaces de fabricar sus nutrientes orgánicos a partir de sustancias inorgánicas, como CO₂ y H₂O.

Fotosíntesis: La Base de la Vida Autótrofa

La fotosíntesis es un proceso anabólico utilizado para fabricar materia orgánica a partir de materia inorgánica. La energía necesaria procede de la luz solar y es captada por la clorofila.

• Fase luminosa: Se lleva a cabo en las membranas de los tilacoides y solo puede realizarse con luz. La energía de la luz solar captada por la clorofila se usa para:
  • Sintetizar moléculas de ATP y poder reductor.
  • Romper las moléculas de agua y obtener H, que se usa en la siguiente fase, y O₂, que se libera al medio.
• Fase oscura: La energía almacenada en el ATP y el H se utilizan para transformar la materia inorgánica en materia orgánica. Parte de la materia orgánica fabricada se usa con fines anabólicos (para construir o renovar los componentes celulares o para ser almacenada), y otra parte se utiliza en el catabolismo.

Obtención de Energía: Respiración Celular y Fermentación

Respiración Celular

La respiración celular es un proceso catabólico por el cual las células usan los nutrientes para obtener energía. No ocurre en un solo paso, sino a través de una larga secuencia de reacciones. En las células eucariotas, el proceso comienza en el hialoplasma, donde la glucosa se transforma en moléculas sencillas y se produce una pequeña cantidad de ATP. Continúa en las mitocondrias y necesita O₂ (proceso aerobio).

• En la matriz mitocondrial se completa la oxidación de la materia orgánica, transformándola en materia inorgánica.
• Finaliza en la membrana mitocondrial interna. La energía liberada en las oxidaciones anteriores se utiliza para sintetizar moléculas de ATP (cadena respiratoria).

Fermentación

La fermentación es un proceso catabólico que usan algunas células para degradar los compuestos orgánicos y obtener ATP.

• No se usa O₂ (proceso anaerobio).
• Los productos finales pueden ser etanol o ácido láctico.
• El rendimiento energético es mucho menor que en la respiración.

Efecto Pasteur

Pasteur observó que, en ausencia de O₂, las levaduras transforman la glucosa en alcohol y CO₂, pero que si tienen suficiente O₂, apenas producen alcohol.

De Células Procarióticas a Eucarióticas: La Evolución Celular

Primeras Células (Protocélulas)

• Una membrana que las separa del medio.
• Una organización interna con un metabolismo rudimentario.
• Ácidos nucleicos capaces de hacer copias de sí mismas y que contendrían la información para sintetizar proteínas.

Teoría Endosimbionte

Hace unos 2000 millones de años aparecieron los primeros organismos eucariontes. No surgieron a partir de un único organismo procarionte, sino que se originaron de la simbiosis. El núcleo, las mitocondrias y los cloroplastos poseen moléculas de ADN.

1. Un procarionte primitivo se alimenta engullendo a otros procariontes. Algunas presas escapan al proceso de digestión e inician una relación simbiótica permanente y mutuamente ventajosa.
2. Algunos de los procariontes eran muy eficaces en el proceso de la respiración oxidativa y han sobrevivido convertidos en mitocondrias.
3. Otros procariontes eran muy eficaces en la fotosíntesis y sus descendientes han sobrevivido convertidos en cloroplastos.
4. Las células eucariotas provistas de ambos tipos de huéspedes son autótrofas.

¿Son los Virus Células?

Los virus son partículas de tamaño menor que las bacterias, formadas por:

• Ácido nucleico (ADN o ARN, pero nunca los dos juntos).
• Una cápsida (cubierta de proteínas, capsómeros).
• Envoltura (similar a la membrana plasmática de las células, que solo aparece en algunos virus y que rodea a la cápsida).

Los virus carecen de las estructuras celulares indispensables para poseer un metabolismo propio.

Ciclo Vital de un Virus Bacteriófago

Un bacteriófago es un virus con ADN cuya cápsida es compleja, con una cabeza poliédrica y una cola helicoidal que termina en una serie de fibras que le sirven para anclarse en la pared de la bacteria. El ciclo se inicia con la inyección de su ADN en el interior de la bacteria. Con la información aportada por el virus y las estructuras celulares, se fabrican un centenar de copias del virus que, al cabo de unos 30 minutos, quedan libres tras provocar la lisis de la bacteria.

Niveles de Organización de los Seres Vivos

La materia viva está formada por átomos y moléculas que se combinan según patrones que no existen en la materia inerte. Existe una jerarquía de niveles, con un orden de complejidad ascendente: macromoléculas, células, organismos, poblaciones y comunidades.

Características:

• Cada nivel superior está formado por unidades del nivel inferior precedente y tiene su propia estructura interna. Cada uno de estos niveles puede subdividirse y también presenta una organización jerarquizada. Algunas macromoléculas se organizan para formar membranas macromoleculares, ribosomas o cromosomas, constituyendo estructuras subcelulares: orgánulos.
• Las propiedades de cualquier nivel no pueden obtenerse a partir del conocimiento de las propiedades de las partes que lo componen. La aparición de nuevas características en un nivel de organización se conoce como emergencia, y las nuevas características son las propiedades emergentes.

Organismos Unicelulares y Pluricelulares

• Organismos unicelulares: Todas sus actividades vitales son desarrolladas por una única célula. Son todos los procariontes y algunos eucariontes, como los paramecios. Tras la reproducción, las dos células resultantes inician una vida independiente. Las células de una colonia son similares y siguen manteniendo su independencia, aunque existe cierta distribución de funciones.
• Organismos pluricelulares: Formados por un conjunto de células originadas por proliferación de una primera célula, el cigoto. Reciben copias idénticas del ADN del cigoto e inician un proceso de diferenciación, que define la estructura y la función de diferentes tipos de células.

Especialización Celular

Las células expresan una parte de la información genética mientras otra parte permanece inactiva. Estos son los acontecimientos que acompañan a la diferenciación celular y la causa de su especialización:

• Realizar un trabajo determinado. Por ejemplo, las células superficiales de la piel recubren y protegen la superficie del cuerpo.
• Desarrollar una forma característica. Las células de la piel tienen forma poliédrica y se disponen sin dejar espacio entre ellas.
• Producir cambios en su citoplasma. En las células de la piel se fabrican grandes cantidades de queratina, que proporciona resistencia a las células y determina su función protectora.

Las células especializadas se organizan en tejidos, que son conjuntos de células diferenciadas y especializadas en una función. La ciencia que estudia los tejidos se llama histología.

Tejidos Vegetales

Tejidos Meristemáticos

Son los responsables del crecimiento del vegetal. Las células son poliédricas, con paredes finas y vacuolas pequeñas y abundantes.

• Meristemos apicales (primarios): Responsables del crecimiento en longitud, localizados en los extremos de la raíz y el tallo.
• Meristemos laterales (secundarios): Responsables del crecimiento en grosor, están por toda la planta:
  • Cámbium vascular: Produce tejido conductor.
  • Cámbium suberógeno o felógeno: Da origen al súber o corcho.

Tejidos Definitivos

• Tejido fundamental:
  • Parénquima: Las células son células vivas con funciones como la fotosíntesis, el almacenamiento de reservas o la secreción.
  • Colénquima: Las células son vivas, tienen forma alargada y paredes desigualmente engrosadas. Actúan como soporte de los órganos jóvenes.
  • Esclerénquima: Pared lignificada gruesa y dura. Suelen estar muertas y actúan como refuerzo.
    • Fibras: Forma alargada, utilizadas para muchas fibras textiles (cáñamo, lino, algodón).
    • Esclereidas: Forma variable, se encuentran dispersas por el tejido fundamental, cubiertas de las semillas o en la cáscara de nuez.
• Tejidos vasculares:
  • Xilema: Tejido conductor del agua y las sales minerales (savia bruta) desde las raíces al resto de la planta. La célula es la tráquea o elemento del vaso. Células alargadas de gruesas paredes lignificadas, células muertas, disuelven sus paredes terminales y forman vasos, poseen engrosamientos discontinuos en forma de anillos o espiral.
  • Floema: Tejido conductor de la savia elaborada. La célula es el elemento del tubo criboso, se encuentran extremo con extremo y forman largos tubos cribosos. Tiene áreas cribosas, zonas provistas de poros, se comunican los citoplasmas de células vecinas.
• Tejidos epidérmicos (dérmico):
  • Epidermis: Capa más externa del vegetal, cuyas paredes externas están recubiertas por una cutícula.
    • Estomas: Pareja de células clorofílicas con forma arriñonada (células oclusivas) que dejan un espacio entre ellas (ostiolo). Regulan el intercambio de gases.
    • Tricomas o pelos: Los pelos radicales facilitan la absorción de agua y sales del suelo. Otros pelos protegen contra la pérdida de humedad.

Tejidos Animales

Epitelios

Son láminas de células densamente empaquetadas y conectadas que cubren las superficies interna y externa del cuerpo.

• Epitelios de revestimiento: Recubren la superficie corporal externa y órganos internos. Las células están fuertemente unidas formando capas.
  • Epitelios simples: Formados por una sola capa de células.
    • Aplanadas: Los endotelios forman la pared de los capilares sanguíneos, pulmones y otras superficies. Permiten el intercambio de sustancias.
    • Poliédricas: El epitelio que tapiza el interior del intestino. Sus células poseen microvellosidades en la cara que da a la luz del tubo, aumentando la superficie de absorción. El epitelio que tapiza la tráquea posee cilios que se mueven a la vez.
  • Epitelios estratificados: Formados por varias capas de células. La capa más profunda está en continua división y las nuevas células empujan a las más antiguas, cargadas de granos de queratina, que están muertas y se desprenden continuamente. Se encuentran en las capas más externas de la piel y tapizan cavidades como la boca, el esófago o la vagina, ofreciendo gran resistencia a la abrasión mecánica.
• Epitelios glandulares: Intercaladas entre las células de los epitelios hay células secretoras especializadas en la producción y secreción de diferentes sustancias. Pueden estar asociadas formando glándulas.
  • Glándulas endocrinas o de secreción interna: Elaboran sustancias que se vierten directamente a la sangre (hormonas).
  • Glándulas exocrinas o de secreción externa: Elaboran sustancias que se vierten al exterior o al tubo digestivo.

Tejido Muscular

Es el responsable de los movimientos. Está formado por células alargadas o fibras especializadas en la contracción.

• Fibra muscular estriada: Presenta un bandeado o estriación transversal. Contiene en su citoplasma elementos contráctiles (miofibrillas), cada una con actina y miosina. La disposición de estos filamentos es la causa de la apariencia estriada.
  • Fibras del músculo esquelético: Responsables del movimiento del esqueleto. Son células cilíndricas muy largas y plurinucleadas.
  • Fibras del músculo cardíaco: Exclusivas del corazón de los vertebrados. Son células más cortas y uninucleadas, con contracción involuntaria.
• Fibra muscular lisa: No tiene estriación transversal. Son células uninucleadas y con forma de huso (fusiforme). En los vertebrados, tapizan los vasos sanguíneos y rodean los órganos internos (intestino, útero), sin control consciente.

Tejido Nervioso

Es el responsable de la recepción de estímulos y la conducción de estos.

• Neurona: Unidad funcional básica del sistema nervioso. Tiene una o más prolongaciones (dendritas) capaces de recibir estímulos. Transforma los estímulos recibidos en impulsos nerviosos transportados a través del axón. La conexión entre dos neuronas o entre una neurona y un órgano efector se llama sinapsis.
• Neuroglia: Variedad de células no nerviosas que desempeñan funciones metabólicas, como las células de Schwann.

Tejidos Conectivos

• Las células están dispersas en un número escaso.
• El espacio entre las células lo ocupa una sustancia intercelular o matriz, que contiene:
  • Fibras de proteína (colágeno, resistentes; elastina, elásticas).
  • Sustancia fundamental gelatinosa, rica en polisacáridos, en la que se encuentran inmersas las fibras proteicas.

Tipos de Tejido Conectivo

• Tejido conjuntivo:
  • Tejido conjuntivo laxo: Rellena los espacios entre los órganos. Posee sustancia fundamental gelatinosa y en él están inmersos los vasos sanguíneos y los nervios.
    • Fibrocitos: Células fijas de forma estrellada responsables de la fabricación de la sustancia intercelular.
    • Macrófagos: Proceden de un tipo de glóbulos blancos y fagocitan células dañadas y agentes patógenos.
    • Adipocitos: Células grandes redondeadas que acumulan grasas como triglicéridos, fosfolípidos y colesterol, formando el tejido adiposo.
  • Tejido conjuntivo denso: Posee abundantes fibras colágenas, como en los tendones y ligamentos, lo que les permite soportar estiramientos en todas las direcciones.
• Tejido cartilaginoso: Forma el esqueleto de los peces elasmobranquios (tiburones y rayas) y de los embriones de todos los vertebrados. En los adultos, forma las superficies de articulación de los huesos y los anillos de soporte de la laringe, los bronquios y la tráquea. Las células características son los condrocitos, y la sustancia intercelular contiene fibras proteicas inmersas en una sustancia fundamental semisólida que da consistencia al tejido. Los condrocitos quedan atrapados en pequeños huecos. Carece de vasos sanguíneos y nervios, y su nutrición depende del tejido conjuntivo cercano.
• Tejido óseo: La sustancia intercelular está mineralizada por la deposición de sales de calcio. La mayoría de los huesos se desarrollan a partir del cartílago embrionario al que sustituyen.
  • Tejido óseo compacto: Se encuentra en la diáfisis de los huesos largos, formado por conjuntos de finas láminas de matriz calcificada dispuestas en anillos concéntricos. Estas láminas están surcadas por lagunas que contienen las células óseas u osteolitos, comunicadas entre sí por finos canales (conductos calcóforos). Cada conjunto de láminas forma una estructura cilíndrica: el sistema de Havers, en cuya parte central pasan vasos sanguíneos y nervios.
  • Tejido óseo esponjoso: Se encuentra en la epífisis de los huesos largos y en los huesos planos. Está compuesto por laminillas de matriz ósea, lagunas y osteocitos. Estas placas se disponen dejando huecos ocupados por la médula ósea roja, el tejido formador de células sanguíneas.

La terminación blasto indica una célula joven capaz de dividirse, mientras que la terminación cito indica una célula madura que no puede dividirse.

Tejidos Vasculares

Son la sangre y la linfa. Están formados por diferentes tipos celulares en una matriz extracelular (plasma).

Sangre

Está formada por una parte líquida (plasma sanguíneo) y otra celular (elementos formes).

• Plasma:
  • Agua (alrededor del 90%).
  • Sustancias disueltas: aminoácidos, glucosa, enzimas, anticuerpos, hormonas, desechos, proteínas plasmáticas, sales minerales y gases (O₂, dióxido de C y N).
• Elementos formes:
  • Glóbulos rojos o eritrocitos (hematíes): Contienen hemoglobina y transportan el O₂.
  • Glóbulos blancos o leucocitos: Tienen funciones defensivas.
  • Plaquetas o trombocitos: Participan en la coagulación de la sangre.

Linfa

La parte líquida de la linfa es muy parecida al plasma. Contiene linfocitos que se fabrican en unos ensanchamientos o ganglios dispuestos a intervalos regulares a lo largo de los vasos linfáticos.

Funciones:

• Drena el excedente del líquido intersticial.
• Asegura el retorno de las proteínas desde el líquido intersticial a la sangre. Las paredes de los capilares linfáticos son muy permeables y permiten a las proteínas del líquido pasar.
• Interviene en la defensa, como consecuencia de la gran cantidad de linfocitos.

Medio Interno y Homeostasis

Los organismos unicelulares efectúan sus intercambios directamente con el medio extracelular. En los pluricelulares, la mayor parte de las células no está en contacto directo con el medio externo, lo que hace indispensable el medio interno.

El medio interno:

• Proporciona un ambiente adecuado.
• Facilita el intercambio entre las diferentes células.
• Proporciona una relativa independencia del organismo con respecto a las variaciones en el medio exterior.

Homeostasis

La homeostasis es el conjunto de procesos fisiológicos que mantienen estables las características del medio interno.

Modelos de Organización en Vegetales y Animales

Las distintas variedades de tejidos se combinan formando unidades mayores llamadas órganos, que realizan funciones más especializadas. Por ejemplo, el corazón está formado por tejido muscular, tejido conjuntivo, tejido epitelial y tejido nervioso.

Los sistemas se caracterizan porque predomina un tipo de tejido, mientras que los aparatos se agrupan en distintas cosas.