Descubrimiento y Evolución de la Teoría Celular

Primeras Observaciones y la Teoría de la Generación Espontánea

Robert Hooke (1663): Observó las paredes de las celdas vacías del corcho e introdujo el término «cellulae». Describió pequeñas celdas en cortes de madera y observó células vivas, «llenas de jugo», lo que actualmente se conoce como protoplasma.

Theodor Schwann (posterior a Hooke): Estudió una amplia gama de tejidos animales y concluyó que todos los animales están formados por células.

Teoría de la Generación Espontánea: Inicialmente, se creía que las células surgían de un líquido inerte que, de alguna forma, «coagulaba», dando lugar a la formación de una membrana y un núcleo.

Louis Pasteur (1859): Refutó la teoría de la generación espontánea, demostrando que «las células solo se forman a partir de otras células».

Bioquímica y la Teoría Celular Moderna

Bioquímica (Siglos XIX-XX): Se hizo evidente que los procesos fisiológicos del cuerpo humano se basan en la actividad celular.

Teoría Celular Moderna: Establece los siguientes principios fundamentales:

1. Todos los organismos están compuestos por células y productos celulares.
2. La célula es la unidad anatómica, funcional y estructural de todo ser vivo.
3. La estructura de un organismo y todas sus funciones dependen de la actividad celular.
4. Las células solo se forman a partir de otras células preexistentes.

Componentes y Estructura de la Célula

Existe una gran diversidad celular, con más de 200 tipos diferentes de células que varían en forma, tamaño y función. Muchas funciones celulares son realizadas por estructuras subcelulares llamadas orgánulos. El citoesqueleto, los orgánulos y los cuerpos de inclusión están inmersos en un gel denominado citosol o líquido intracelular. Los líquidos corporales que no están contenidos en la célula se llaman líquido extracelular (plasma sanguíneo, linfa y líquido cefalorraquídeo).

Composición del Protoplasma

El protoplasma, la sustancia fundamental de la célula, se compone de:

• Agua: Es el componente más abundante (70-85% en concentración) y permite la difusión de sustancias. La mayoría de los componentes celulares están disueltos en agua.
• Lípidos o Grasas: Constituyen el 98% de la estructura de la membrana celular, permitiendo el transporte selectivo. Forman parte del recubrimiento de los axones de las células nerviosas (mielina).
• Proteínas: Son el componente más abundante después del agua (10-20% de la masa celular). Se dividen en estructurales y funcionales (catalizadores, enzimas y transportadores).
• Iones (Electrolitos): Incluyen CHONPS, K, Na, Ca, Cl, Mg, Zn, Fe. Son productos químicos inorgánicos de las reacciones celulares y necesarios para el funcionamiento de mecanismos de control celular.
• Carbohidratos: Tienen pocas funciones estructurales, pero son importantes en la nutrición celular. Se encuentran disueltos en forma de glucosa en el líquido extracelular y se almacenan en forma de glucógeno.

Las características generales de la célula incluyen: estar rodeadas de una membrana, poseer citoplasma, capacidad de reproducción, diferenciación, irritabilidad y metabolismo.

Membrana Plasmática/Celular

La membrana plasmática tiene un grosor de 7-10 nm y presenta una apariencia de dos líneas paralelas oscuras. Posee un extremo hidrófilo (soluble en agua), correspondiente al extremo fosfato del fosfolípido, y un extremo hidrófobo (soluble en grasas), correspondiente al extremo del ácido graso. Sus funciones principales son:

• Definir los límites de la célula.
• Permeabilidad selectiva.
• Elasticidad, finura y flexibilidad.
• Definir interacciones con otras células.

Está compuesta por un 55% de proteínas, 25% de lípidos (principalmente fosfolípidos y colesterol) y 3% de carbohidratos. El 98% de las moléculas de la membrana son lípidos, y de estos, el 75% son fosfolípidos organizados en una bicapa. Las proteínas de membrana, más grandes que los lípidos, constituyen el 2% de las moléculas, pero representan el 50% del peso total. Se clasifican en:

• Proteína Estructural (Transmembrana): Insertadas en la bicapa lipídica, con extremos hidrófilos e hidrófobos. Forman poros.
• Proteína Periférica: No sobresalen de la bicapa lipídica. Se adhieren a una de las capas y suelen estar ancladas a una proteína transmembrana y al citoesqueleto.

Funciones de las proteínas de membrana:

• Receptores.
• Sistema de segundo mensajero.
• Enzimas.
• Proteínas de conductos.
• Transportadores.
• Marcadores de identificación celular.
• Moléculas de adhesión celular.

Citoplasma y Citoesqueleto

El citoplasma es el espacio entre la membrana plasmática y el núcleo. Tiene una apariencia viscosa y está compuesto en un 85% por agua, además de carbohidratos, proteínas, lípidos y ARN. Sus funciones incluyen:

• Albergar los orgánulos celulares y contribuir a su movimiento.
• Nutrición: Incorpora sustancias para liberar energía.
• Almacenamiento de sustancias de reserva.
• Dar forma a la célula.
• Soporte celular.

El citoesqueleto es una red de filamentos proteicos (fibras y túbulos) que proporciona movilidad y organización a los orgánulos y a la célula. Forma pseudópodos (extensiones que permiten el desplazamiento celular) y contrae las fibras musculares. Incluye:

• Microtúbulos: Importantes en la movilidad celular y el transporte de materiales.
• Citosol/Hialoplasma: De consistencia acuosa, rellena la célula. Contiene un 85% de agua y sustancias dispersas en forma coloidal (proteínas, lípidos, carbohidratos, ácidos nucleicos y sales disueltas). Sus funciones son:
  • Síntesis de proteínas.
  • Reacciones metabólicas (glucólisis, gluconeogénesis, fermentación láctica).
  • Regulación del pH intracelular.
  • Almacén de sustancias celulares.

Orgánulos Celulares

Ribosomas

Los ribosomas son las fábricas de proteínas de la célula, con un tamaño aproximado de 25 nm. Se encuentran libres en el citoplasma o asociados al retículo endoplasmático. Cada ribosoma está formado por dos subunidades (30s y 50s), compuestas por ARN ribosomal y proteínas.

Retículo Endoplasmático (RE)

El retículo endoplasmático es una red de estructuras vesiculares, tubulares y planas interconectadas. Sus paredes están formadas por una bicapa lipídica y proteínas, similar a la membrana plasmática. Se divide en:

• RE Liso (Agranular): No tiene ribosomas en su superficie. Participa en la síntesis de lípidos.
• RE Rugoso (Granular): Tiene ribosomas adheridos. Produce y desactiva hormonas esteroideas, almacena calcio (en el músculo estriado) y es abundante en el hígado para la desactivación de fármacos y hormonas.

Aparato de Golgi

El aparato de Golgi está estrechamente relacionado con el RE y se localiza cerca del núcleo. Posee membranas similares a las del RE liso. Está formado por pilas de sacos aplanados y huecos (cisternas). Un lado de la pila recibe vesículas del RE con productos celulares, mientras que el otro lado, orientado hacia la membrana plasmática, libera estos productos. Funciona en asociación con el RE, procesando sustancias para formar lisosomas y vesículas secretoras.

Lisosomas

Los lisosomas tienen un diámetro de 250-750 nm y una estructura variable según el tipo celular. Están rodeados por una bicapa lipídica y contienen gránulos (5-8 nm) con hasta 60 tipos de enzimas digestivas. Se clasifican en:

• Lisosoma Primario: Contiene solo enzimas digestivas en un ambiente ácido. Puede fusionarse con vacuolas alimenticias u otros orgánulos.
• Lisosoma Secundario: Se forma por la fusión de un lisosoma primario con una vacuola alimenticia u otro orgánulo. Contiene remanentes parcialmente digeridos.
• Cuerpo Residual: Lisosoma con desechos no digeridos, que pueden ser eliminados por exocitosis o acumularse durante el envejecimiento celular.

Peroxisomas

Los peroxisomas son similares a los lisosomas, pero se forman por autorreplicación y contienen enzimas oxidasas en lugar de hidrolasas. Están rodeados por una membrana y contienen enzimas que promueven reacciones de oxidación. Son abundantes en las células hepáticas. Contienen enzimas que eliminan hidrógeno de moléculas orgánicas, formando peróxido de hidrógeno (H₂O₂). La enzima catalasa impide la acumulación excesiva de peróxido de hidrógeno. Tienen un papel importante en la oxidación del alcohol ingerido.

Vesículas Secretoras

Las vesículas secretoras almacenan proenzimas proteicas formadas en el RE y el aparato de Golgi. Estas enzimas se liberan al citoplasma y, posteriormente, al exterior de la célula para realizar funciones específicas (por ejemplo, enzimas digestivas en el páncreas).

Mitocondrias

Las mitocondrias son los centros energéticos de la célula, encargadas de extraer la energía necesaria para su funcionamiento. Todas las células, excepto los eritrocitos maduros, contienen cientos de mitocondrias. Varían en tamaño y forma, pero poseen una estructura básica común: membrana interna (con crestas), membrana externa (lisa) y matriz mitocondrial. Pueden migrar y reproducirse por sí mismas, conteniendo su propio ADN. El ADN mitocondrial se hereda exclusivamente de la madre. Las mutaciones en el ADN mitocondrial, que ocurren a una velocidad mayor que en el ADN nuclear, se relacionan con el envejecimiento y enfermedades mitocondriales.