1. Estructura Celular y Funciones

La teoría celular (Schleiden y Schwann, 1838) dice:

• Todos los seres vivos están formados por una o más células.
• La célula es el ser vivo más pequeño y sencillo.
• Todas las células proceden de otras células preexistentes.
• Cada una de las células de un organismo pluricelular tiene una función propia, aunque existe una coordinación entre ellas.

Estructura Celular

Hay muchos tipos de células, pero todas comparten la misma estructura básica:

• Membrana: Es una fina lámina que aisla a la célula del exterior. A través de ella, entran las sustancias necesarias para la nutrición de la célula y salen los productos de desecho. Es la zona de intercambio entre la célula y el medio que la rodea.
• Material Genético: Está constituido por las moléculas que contienen la información para dirigir todas las actividades celulares y las características propias de cada célula. Es imprescindible para el mantenimiento de las células.
• Citosol: Es el interior celular, que contiene todas las moléculas biológicas con las cuales se realizan las funciones vitales.

1.2. Las Funciones Celulares

Las células realizan las tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción. Todas las células las llevan a cabo, desde las bacterias hasta el ser humano.

La Nutrición

En la nutrición, la célula toma moléculas del medio externo, que son sus nutrientes, y las transforma en energía para poder llevar a cabo sus funciones o en moléculas propias para renovar las estructuras celulares. Hay dos tipos de nutrición: la autotrófa (las células producen su propia materia orgánica a partir de la inorgánica) y la heterótrofa (utilizan materia orgánica ya elaborada). El conjunto de estas transformaciones que se realiza en el citoplasma se llama metabolismo y es la base de la vida celular. Al final del proceso se generan productos de desecho que generalmente son expulsados.

La Relación

Esta función permite la comunicación de las células con el medio exterior. Gracias a ello, pueden adaptarse a los cambios que ocurren en su entorno y mantener la estabilidad. Las células no podrían sobrevivir si esta función no existiera, ya que no podrían accionar los mecanismos necesarios para mantener su actividad vital.

La Reproducción

Consiste en la formación de nuevas células a partir de las existentes. En los organismos unicelulares da origen a un nuevo ser; en los organismos pluricelulares es imprescindible para sustituir las células que van muriendo y para aumentar su número cuando el organismo está creciendo.

Tipos Celulares

Las células son estructuras muy pequeñas que solo pueden verse con un microscopio. Su tamaño se mide en micrómetros o micras (la milésima parte de un milímetro).

• El tamaño varía de unas células a otras; algunas miden menos de una micra y otras decenas de micras, pero se mantiene constante en un mismo tipo celular.
• La forma de las células es muy variada y está relacionada con la función que desempeñan.

Organización Celular

Hay dos tipos de células según su complejidad: las células procariotas y las células eucariotas. Evolutivamente, todas proceden de un antecesor común.

• Las células procariotas son más sencillas y primitivas.
• Las células eucariotas tienen su origen en células procariotas, que fueron asociadas a bacterias anaerobias mediante relaciones de simbiosis y acabaron siendo mitocondrias. También se asociaron por simbiosis ciertas bacterias fotosintéticas que acabaron siendo cloroplastos.

La Célula Procariota

La principal característica de las células procariotas es que no poseen estructuras de membrana, por lo que no tienen orgánulos celulares y tampoco membrana nuclear; por lo tanto, el material nuclear se encuentra disperso en el citoplasma. También se caracterizan por:

• Ser pequeñas, de 3 a 30 micras.
• Rodeando su membrana plasmática poseen una pared celular característica.
• Tener un único cromosoma circular.
• En su citoplasma hay ribosomas aislados.
• Unas invaginaciones de su citoplasma realizan las funciones de las mitocondrias.
• Presentan organización celular procariota los organismos que pertenecen al reino Moneras: arqueobacterias, cianobacterias y bacterias.

Las arqueobacterias son las más antiguas. Viven en condiciones ambientales muy extremas (extremófilas). Las cianobacterias son procariotas primitivas capaces de realizar la fotosíntesis. Se trata de los primeros organismos autotrófos del planeta. Su actividad enriqueció la atmósfera en oxígeno, lo que cambió las condiciones de la Tierra. Las bacterias son organismos que habitan en casi todos los medios del planeta. Pueden tener una nutrición autotrófa o heterótrofa. Se clasifican según su forma en cocos, bacilos, espirilos y vibrios.

La Célula Eucariota

Las células eucariotas surgieron más tarde que las procariotas y presentan varias ventajas:

• El citoplasma contiene diversas estructuras que realizan distintas funciones (división del trabajo celular). Estas estructuras son los orgánulos citoplasmáticos y desarrollan sus funciones de manera óptima.
• El material genético se encuentra contenido en el núcleo; así, está protegido y da estabilidad a la célula.
• En el interior encontramos el citoesqueleto celular. Este es una compleja red de filamentos de proteínas que se encarga del mantenimiento de la forma celular, de la organización interna y de los movimientos.

Orgánulos Citoplasmáticos

Los orgánulos citoplasmáticos son estructuras membranosas que encierran una cavidad donde se encuentran las moléculas necesarias para realizar sus funciones.

Los ribosomas no son membranosos, por lo tanto, son una excepción. Estos son pequeños orgánulos sin membrana, con forma globular. Se pueden encontrar distribuidos por el citoplasma o adheridos al retículo endoplásmico rugoso. Son responsables de la síntesis de proteínas.

Los demás orgánulos pueden agruparse en orgánulos membranosos y orgánulos membranosos energéticos.

Orgánulos Membranosos

Los orgánulos membranosos constituyen un conjunto de orgánulos cuyas acciones están relacionadas: el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi, los lisosomas y las vacuolas.

• Lisosomas: Son vesículas diminutas que contienen sustancias capaces de digerir grandes moléculas capturadas por las células.
• Retículo Endoplásmico: Está formado por un conjunto muy complejo de túbulos y vesículas. Su función es fabricar y transportar diversas sustancias. Una parte de él, el retículo endoplásmico rugoso, tiene ribosomas; el resto se llama retículo endoplásmico liso.
• Vacuolas: Son estructuras que acumulan diversas sustancias. Son más grandes y abundantes en las células vegetales.
• Aparato de Golgi: Está formado por la agrupación de vesículas y sacos aplanados. Toma sustancias del retículo endoplásmico, las modifica y las introduce en las vesículas para su secreción.

Orgánulos Membranosos Energéticos

Los orgánulos membranosos energéticos proporcionan energía a la célula para la realización de las funciones vitales de esta. Poseen su propia información genética, por lo tanto, tienen cierta autonomía en la célula.

• Mitocondrias: Son orgánulos cilíndricos o alargados con una doble membrana. La exterior, lisa, y la interior, con una serie de pliegues denominados crestas mitocondriales. En el interior está la matriz mitocondrial, que contiene principalmente material genético, ribosomas y enzimas.
• Cloroplastos: Son orgánulos elipsoidales constituidos por una doble membrana con una serie de sacos membranosos, los tilacoides, en cuya membrana se encuentra la clorofila, el pigmento que le da el color verde.

En ellos se produce la fotosíntesis (síntesis de moléculas orgánicas a partir de otras inorgánicas utilizando la energía química obtenida de la energía luminosa). Solo están presentes en las células de los organismos fotosintéticos: plantas y algunos protistas.

Estructuras para el Movimiento

Algunas células eucariotas son capaces de moverse. Pueden hacerlo a través de cilios o flagelos o por medio de cambios en la viscosidad del citoplasma.

Por Medio de Cilios y Flagelos (Movimiento Vibrátil)

Los cilios y flagelos son orgánulos móviles, formados a partir de fibras de proteínas del citoesqueleto, que constituyen apéndices externos.

Su movimiento está dirigido y coordinado por una estructura que se conoce con el nombre de centriolo.

El centriolo está formado por tubos de proteínas dispuestos de forma semejante a los que forman los cilios y flagelos. También participa en el reparto de cromosomas durante la división celular.

• Cilios: Son cortos y numerosos, con forma de remo, se mueven hacia adelante y hacia atrás.
• Flagelos: Son largos y escasos, su movimiento es ondulatorio, helicoidal.

Por Cambios en la Viscosidad del Citoplasma (Movimiento Ameboide)

Los cambios en la viscosidad del citoplasma son provocados por las proteínas del citoesqueleto, las cuales se agrupan o separan.

Así se producen unas prolongaciones cambiantes, llamadas pseudópodos, que modifican la forma celular.

Los pseudópodos también sirven para rodear y capturar ciertos materiales del medio exterior, como microbios, partículas alimenticias… Este proceso se llama fagocitosis.

El Núcleo

El núcleo es la parte de la célula donde encontramos el material genético. Generalmente se sitúa centrado, pero en algunas células, como en ciertas secretoras y muchas vegetales, se encuentra en zonas periféricas. Es el centro de control celular y su estructura varía según el momento de la vida de la célula: el núcleo en interfase y el núcleo en división.

En Interfase

En interfase, el núcleo presenta una doble membrana con poros que rodea un nucleoplasma semejante al citoplasma. En su interior se encuentra la cromatina, una sustancia formada por la doble hélice de ADN unida a unas proteínas llamadas histonas, y un orgánulo esférico (nucleolo) que participa en la síntesis de los ribosomas.

En División

Cuando comienza la división de la célula, el núcleo cambia completamente. La cromatina se condensa y origina los cromosomas: estructuras con una forma característica que aparecen en un número determinado en las células de cada especie. Cada cromosoma está formado por dos filamentos de cromatina, denominados cromátidas, que están unidas por un centromero. Cada una de estas cromátidas es copia de la otra, por lo tanto, la información genética está duplicada. En cada cromátida, el centromero define dos regiones que reciben el nombre de brazos. El número de cromosomas (n) de las células, que es fijo y propio en cada especie, se denomina haploide. Las células sexuales son haploides porque tienen ese número de cromosomas. Todas las demás, las somáticas, son diploides, ya que sus cromosomas están en parejas (2n).

La Célula Animal y la Célula Vegetal

La mayoría de los orgánulos citoplasmáticos son comunes a todas las células eucariotas; sin embargo, algunos son diferentes en las células animales y en las vegetales.

A continuación se muestra una tabla con las principales diferencias:

– La División Celular:

La división celular se produce para obtener nuevos individuos en el caso de los organismos unicelulares, o para reponer tejido en el caso de los organismos pluricelulares.

– La Mitosis:

En todas las células somáticas es fundamental que las células hijas sean iguales a la madre y entre sí. Es importante que se les transmita la misma información genética de forma exacta. Dado que el material genético se encuentra en el núcleo, el proceso más importante en la reproducción celular es la división del núcleo: la mitosis. Para poder repartir la misma cantidad de material genético a las células hijas, la madre debe tener dos copias; por esto, antes de comenzar la mitosis, la información genética se duplica. Las células que se obtienen mediante mitosis poseen el mismo número de cromosomas que la célula madre. Se puede dividir en cuatro etapas:

• Profase: Es la primera etapa. La cromatina se espiraliza y se forman los cromosomas, desaparece el nucleolo. Aparece el huso acromático (fibras de proteínas), desaparece la membrana nuclear y los cromosomas quedan libres en el citoplasma.
• Metafase: Los cromosomas se unen en el huso acromático. Se produce la placa ecuatorial. Las cromátidas hermanas de cada cromosoma están orientadas hacia los polos opuestos de las células.
• Anafase: Las fibras del huso acromático se rompen en la mitad, rompen el centromero del cromosoma. Cada media fibra se queda con una cromátida (medio cromosoma). Las medias fibras del huso se contraen y arrastran las cromátidas hacia los polos.
• Telofase: Después desaparecen los restos del huso acromático. Aparece membrana celular alrededor de cada grupo de cromátidas formando los núcleos hijos. Las cromátidas se descondensan formando la cromatina y aparece el nucleolo.

La Meiosis

Hay veces que la división de una célula no origina células iguales a ella, sino otras con la mitad de información genética. Esta división es necesaria para que se formen los gametos (células sexuales). Los gametos se unen en la fecundación y forman un cigoto, que dará lugar a un organismo completo tras numerosas divisiones. El cigoto posee la mitad de los cromosomas de un progenitor y la mitad de otro. Los gametos deben tener solo la mitad de los cromosomas. Esto se consigue mediante la meiosis, un tipo de división de núcleos tras la cual se obtienen cuatro células hijas con la mitad de dotación cromosómica que la célula madre. Son dos mitosis sucesivas.

Primera División Meiótica: También llamada mitosis reduccional. Consta de las mismas fases que la mitosis, pero presenta ciertas particularidades:

• Profase I: Aparecen los cromosomas, pero asociados en parejas de homólogos. Hay intercambio de material genético entre cromosomas homólogos (recombinación).
• Metafase I: Se unen parejas de cromosomas homólogos a las fibras del huso acromático.
• Anafase I: Se dirige un cromosoma completo a cada polo celular.
• Telofase I: Se reconstruyen los núcleos de las células hijas más citocinesis.

Se obtienen núcleos hijos con n cromosomas completos.

Segunda División Meiótica

Los cromosomas se escinden en sus cromátidas y cada célula hija recibe una de ellas. Por tanto, la meiosis da lugar a cuatro células hijas, cada una con la mitad de cromosomas que la célula de partida.

Estructura de los Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos son macromoléculas que se forman por la unión de moléculas sencillas llamadas nucleótidos.

Los nucleótidos están formados por la unión de tres tipos de moléculas: un resto de ácido ortofosfórico, un monosacárido de cinco carbonos (pentosa), que puede ser ribosa o desoxirribosa, y una base nitrogenada.

Los nucleótidos se unen entre sí formando largas cadenas llamadas polinucleótidos.

Tipos de Ácidos Nucleicos

Los ácidos nucleicos son de dos tipos: ADN o ácido desoxirribonucleico y ARN o ácido ribonucleico.

Meiosis y Mitosis Dibujo:

LAS MUTACIONES Y LA EVOLUCIÓN

Sin las mutaciones no habría evolución. Son necesarias para modificar una población, ya que es preciso que aparezcan nuevas versiones de los genes y que se distribuyan entre los individuos. Las mutaciones son la fuente primaria de variabilidad genética.

Modifican el ADN. Estos cambios pueden suponer una ventaja para el individuo, porque les confieren una característica nueva que mejora sus condiciones, o bien un inconveniente. La selección natural actuará favoreciendo o desfavoreciendo a aquellos que portan la mutación.

Las mutaciones que suponen desventajas tienden a ser eliminadas por la selección natural. Continuamente se producen mutaciones negativas y siempre se mantiene un cierto número de estas.

Las neutras se mantienen aleatoriamente en las poblaciones.

Las beneficiosas tienden a fijarse.

Las mutaciones se producen al azar, no son una respuesta del organismo.

Las Mutaciones Germinales

Las mutaciones que se producen en las células reproductoras se llaman mutaciones germinales y son las únicas relevantes para la evolución, ya que se transmiten a la descendencia y permanecen.

Causa un gran cambio aparente, que puede conllevar una mejora o un grave perjuicio, que acarree incluso la muerte del individuo.