Somos mamíferos, pero nuestra historia biológica comenzó mucho antes, hace millones de años.

El Origen del Universo y la Tierra

• Big Bang (la gran explosión): hace 20 mil millones de años. Se forman las galaxias y los planetas. ¡Cien mil años para “enfriar” tantas explosiones!
• Nuestro hogar, la Tierra: 4 mil millones de años de edad.

Las Primeras Moléculas

Moléculas inorgánicas que interactúan entre ellas. Gases, agua, partículas sólidas, rayos, tormentas eléctricas que aceleran con su energía reacciones químicas, y aparecen las moléculas orgánicas: tan sólo 30 serían las ancestrales, de ellas: 20 son aminoácidos, los bloques constructores de proteínas, algunos ácidos grasos muy elementales, la glucosa que es la base del azúcar y la colina que es elemento básico de la acetilcolina, un importante neurotransmisor en todos los seres vivos con sistema nervioso.

La Vida en los Océanos

Las aguas oceánicas, fuente de vida molecular orgánica, fueron cambiando. Solutos y solventes ya no tenían igual concentración que al principio, y 3 mil millones de años atrás las moléculas se tomaron su tiempo, mil millones de años, para agruparse y multiplicarse, porque ya habían aparecido las moléculas “inteligentes”: las proteínas capaces de acelerar reacciones químicas, o sea, capaces de hacer copia de sí mismas y lograr tener entonces, la fórmula para sintetizar proteínas.

La Primera Célula

Las moléculas se “disciplinaron” en capas y formaron las primeras membranas. ¡Éstas se plegaron y encerraron a otras moléculas proteicas, agua y sales; y aparece la primera célula!

Las Moneras y la Evolución Celular

Es así como las moneras (bacterias) aparecen en el mar primitivo con una estructura muy básica: una membrana lipoproteica celular, un citoplasma o citosol con proteínas y sales y una pequeña molécula de ADN de apenas un milímetro de largo formando un único cromosoma con escasos genes (¡el ADN humano de cada célula “estirado”, llega a medir más de 1 metro de largo!), que dan la información justa para auto-renovarse y dividirse creando miles de millones de pequeños seres vivos no mayores de 1 micrón (milésima de milímetro) de diámetro. Para tener una noción del mundo de lo pequeño, repasemos el sistema métrico decimal dividiendo de 10 en 10:

1 Å = Ángstrom es 1 mil veces más pequeño que el micrón y 1 millón de veces más chico que un punto en 1 papel, que mide una décima de milímetro. Una bacteria mide 1 micrón Æ (diámetro).

Pero la naturaleza se tarda mil a 2 mil millones de años en convertir esa célula básica sin núcleo con su ADN disperso en el citoplasma (célula procariota = pro-antes y carion -núcleo) en otra más grande, más compleja, con un núcleo con cromosomas más largos, multiplicando la cantidad de genes (segmentos de ADN-trozos de información) codificando más posibilidades de sintetizar más proteínas: ¡esto ya es una enormidad! ¡y todo en una célula!: la célula eucariota (Eu= verdadero y carion =núcleo). Primero estarán solas: las protistas, luego se agruparán formando tejidos, órganos y sistemas, dando pie a la gran diversidad de estos reinos nuevos: el de los fungi (hongos), el de las plantas y el de los animales. Siguiendo a Whittaker los reinos serán 5: 1) Moneras, 2) Protistas, 3) Fungi, 4) Plantas-Vegetal, 5) Animales- Animal. Pero son 2 los imperios: Procariota y Eucariota.

Las Arquibacterias y la Teoría de Lynn Margulis

El haberse descubierto bacterias que no reunirán las condiciones plenas de eucariotas y procariotas, sino más bien un intermedio entre ambos: las arquibacterias en el fondo del mar, hace replantear las clasificaciones y hoy se habla de 3 dominios: Eucariota, Arqueae y Procariota.

Hay teorías al respecto, pero la más atractiva es la de Lynn Margulis que propone en base al ADN en las mitocondrias (que son organoides intracelulares en los eucariotas que se localizan en el citoplasma y no en el núcleo), que, procariotas indefensas colonizaron el citoplasma de otras procariotas más grandes; aprendieron a convivir en simbiosis, cedieron parte de su ADN a las más grandes logrando así un cromosoma más largo. Comienza así una estructura nuclear propia de los eucariotas y las pequeñas bacterias se convierten en mitocondrias. Esta es la Teoría de los “Endosimbiontes” que explica dos mil millones de años de evolución inicial en nuestro cuerpo humano también. Comenzaremos entonces por el nivel más elemental que es el atómico molecular.

Nivel Atómico – Molecular

Las moléculas que forman nuestras células y sus diferentes componentes están hechas a base de átomos sencillos, pequeños, poco complicados y muy funcionales. Tal vez aquí está la gran versatilidad y las posibilidades de rápido cambio y adaptación de los seres vivos.

Los Átomos Fundamentales

• Carbono: su estructura espacial de electrones orbitales similar a una pirámide con cuatro vértices lo hace capaz de combinarse fácilmente, inclusive con otros átomos de carbono, formando un esqueleto molecular muy apto para largas cadenas, o cerrados y resistentes anillos en el espacio.
• Oxígeno: tan versátil y tan fácil de combinar con otro átomo igual, para formar el oxígeno molecular, imprescindible para la vida de los organismos aerobios, es el elemento que más abunda en la tierra y su atmósfera, o sea, la biosfera.
• Hidrógeno: el átomo más sencillo de la creación, es la forma más ágil de trasladar la energía contenida en su único electrón orbital y servirá para combinarse con el oxígeno para darnos agua “el vital elemento”.
• Nitrógeno: pieza fundamental en las moléculas estructurales: las proteínas y la memoria ancestral de los genes, la de los ácidos nucleicos. También está en las baterías que almacenan energía: el ATP.

Pero también átomos de moléculas inorgánicas, cloro, sodio, hierro, potasio, cobre, cobalto, níquel, cadmio, fósforo, azufre intervendrán en los organismos vivos.

La Importancia del Tamaño Molecular

Cuanto más pequeños esos átomos, más pequeñas las moléculas resultantes y podrán circular libremente y formar uniones covalentes con el agua y también entre ellas y disolverse. Si la necesidad es la de retenerlas, la sabia naturaleza les hará ganar o perder electrones, las disociará y los procesos de oxidorreducción las hará insolubles en grasa y no pasarán a través de las membranas celulares, pero las hará solubles en agua y podrán dejar los cuerpos, para renovarse luego con el ingreso de otras moléculas que tal vez salieron de otros cuerpos y de otras especies millones de años antes: ¡nada se pierde, sólo se transforma!

El Equilibrio Ácido-Base

Algunos átomos como el hidrógeno al “desnudarse” de su electrón orbital quedarán al estado de protones y al desprenderse de ciertas moléculas se convertirán en un peligro para otras y para otras no, y nos referimos a la acidosis y la alcalosis que los organismos deberán controlar para no morir o extinguirse.

Nivel de Organización de Membranas y Células

Hemos mencionado al describir átomos y moléculas, de sus distintas complejidades: hay pequeñas moléculas cuyo diámetro total no supera los 10 Ángstrom, que generalmente se forman con dos, tres, cuatro y no más de 1 ó 2 decenas de átomos, que habitualmente adoptan la forma de cristales (cristaloides) y que tienen facilidad para aprovechar el comportamiento del agua como un dipolo electrónico puede formar con ella, mediante el mecanismo de difusión, soluciones verdaderas. Esto les otorga también la posibilidad de atravesar las membranas celulares, por poros de no más de 8 Å de Æ, ingresando y saliendo, hacia y desde las células. Esos poros están formados por moléculas mucho más grandes, de más de 10 Å de Æ, y en general no más grandes de 100 Å, que son las proteínas, que en general son compatibles con el agua, pero por su tamaño son más inestables y no forman soluciones verdaderas sino falsas. Estas moléculas son coloides y un ejemplo de ellas son las albúminas y globulinas. Las primeras responsables del poder de atracción hacia el agua llamado ósmosis y las segundas nuestros “misiles de ataque” en la defensa de nuestro cuerpo, la inmunidad, llamados anticuerpos que reaccionan frente a moléculas extrañas.

Los Lípidos y la Formación de Membranas

Existen en los organismos, moléculas aún más grandes suelen tener más de 100 Å de Æ, que por su estructura no polar y polar según de qué parte de su arquitectura se trate, sean parcialmente compatibles con el agua o totalmente incompatibles y solo dejen pasar sustancias parecidas a ellas; son los lípidos, comúnmente llamadas “grasas” que con el agua no pueden formar soluciones, ni verdaderas ni falsas, sino que forman pequeñas gotas que flotan en ella. Para que puedan “mezclarse” con el agua (nunca disolverse) necesitan de la ayuda de otras sustancias llamadas “detergentes” y así formarse pequeñas micro-gotas esparcidas entre las moléculas de agua. Los lípidos tienen gran fuerza de atracción entre sus moléculas (tensión superficial) y son los responsables de la formación de 2 (dos) capas de moléculas, que comparten con los “tubos” proteicos, y escasa cantidad de azúcares complejos, la estructura de esa “pared” que separa la célula, del ambiente que la rodea, es decir el comportamiento intracelular del extracelular.

Transporte a Través de la Membrana

Y así quedará definido: que las moléculas pequeñas, polarizadas o ionizadas, hidrosolubles entrarán o saldrán por los “poros” o “canales” o “tubos” proteicos, muchas veces por un sistema de “bombeo” (la conocida “bomba” celular de sodio-potasio-cloro-calcio que se inactiva durante la prolongación eléctrica nerviosa).

Las grandes moléculas no pasarán salvo que se “peguen” a la membrana y ésta se invagine (se hunda) cercándola e incorporándola al interior de la célula, para ser utilizada, si sirve, o destruida si es extraña al organismo.

El mecanismo arriba citado se denomina pinocitosis o fagocitosis dependiendo del estado físico de la partícula: líquido en el primer caso o sólido en el segundo.

Composición de las Membranas Celulares

Como podemos advertir: 3 de las 4 sustancias químicas orgánicas forman las membranas celulares de todos los seres vivos: bacterias, hongos, plantas y animales. La 4ta sustancia son los ácidos nucleicos: el ADN y el ARN: las moléculas “inteligentes” capaces de auto-reproducirse.

Organelas y Núcleo Celular

Las organelas u orgánulos celulares (pequeñas estructuras moleculares responsables de funciones específicas) también en muchos casos están constituidas por membranas, y el propio núcleo de la célula, que alberga en su interior a los ácidos nucleicos, está rodeado en la células eucariotas, de una membrana nuclear muy semejante a la celular o citoplasmática.

El Citoesqueleto

Veamos ahora, que la tenemos “rodeada” a la célula o delimitada por su membrana, qué tenemos adentro: un citoplasma o citosol de aspecto “gelatinoso” que en un sesenta por ciento es agua y sus “organelas” u “organoides”. Pero a pesar que la célula se forma como una “bola de gelatina” al movilizarse y pareciera ser un globo de “agua espesa”, hay en su interior un esqueleto fibroso: “filamentos” o “hilos” de una proteína llamada actina (la misma que forma parte del aparato contráctil de las células musculares o miocitos, del músculo estriado esquelético) van en todas direcciones desde un punto de la superficie interna de la membrana hacia la superficie opuesta como el eje terrestre de polo a polo.

Las Organelas Celulares

Flotando en este mar de agua y proteínas, están las organelas, cada una formando un órgano con funciones específicas, a saber:

Mitocondrias: estructuras que pueden estar de a miles en las células, encargadas de “procesar” combustibles: grasas, azúcares y proteínas, “desglosando” átomos de sus moléculas, y “liberando” la energía, esa fuerza vital, que atrae los electrones orbitales hacia el núcleo de los átomos, y que luego será almacenada en “baterías” moleculares como el ATP (trifosfato de adenosina) y el PC (creatina fosfato) moléculas ricas en fosfato, que se utilizarán para el consumo celular, pero lamentablemente estos “acumuladores” solo pueden “soltar” energía para escasos segundos (10” y no más de 30”) de actividad celular intensa. Más allá de ese tiempo, habrá que “catabolizar” (catabolismo es la parte exergónica- liberación de energía por ruptura molecular- del proceso completo llamado metabolismo) combustibles para poder “anabolizar” (anabolismo es síntesis con almacenaje de energía o parte endergónica del metabolismo celular).

Las mencionadas mitocondrias están formadas por dos membranas (2) externa e interna, esta última “plegada” formando “crestas” donde se apoyan los citocromos, que son enzimas respiratorias.

Los mencionados, son proteínas que aceleran reacciones químicas (de no existir, procesos que duran segundos durarían horas) o sea que son catalizadores biológicos.

Estas enzimas actúan en presencia de oxígeno, o sea que funcionan aeróbicamente. Utilizar este bendito gas, rico en la atmósfera, es un poderoso “aceptor” de hidrógenos y electrones una vez que han liberado su energía (también son aceptores de protones), permite si los procesos químicos no utilizan oxígeno (anaerobios) y eso ocurre fuera de las mitocondrias pero dentro del citoplasma, aquí las enzimas, muchas de ellas “plegadas” a la cara interna de la membrana celular, serán las que liberarán la energía al catabolizar combustibles, como la glucosa, pero con mucho menos rendimiento energético, que solo permitirá vida celular anabólica no más allá de 5 minutos (excepcionalmente 7 a 10).

Comprendemos así, la premura de los equipos sanitarios de rescate, en caso de paro cardíaco y respiratorio, para resucitar a la víctima, para que retome una fuente de energía aeróbica, en lugar de anaeróbica que lo mantiene “vivo y vegetando” mientras su corazón y respiración pulmonar se detuvo.

Las mitocondrias son el gran paso en la evolución de la vida en mil millones de años, en que se tarda en pasar de una célula procariota (una bacteria), que puede vivir sin oxígeno o con muy poco, a una célula eucariota.

Los Ribosomas son más antiguos evolutivamente que las mitocondrias y ya los encontramos en el reino de las moneras (bacterias) aunque su tamaño es menor.

Sistema Reticular Endoplásmico: Son las organelas “tubulares” conectadas entre sí como un tejido, una trama, o una red o retículo donde se almacenan las proteínas sintetizadas sobre los ribosomas. Inclusive hay ribosomas pegados a la pared o membrana tubular y entonces el retículo se llama granular. En los retículos desnudos de ribosomas el retículo será agranular. Son los almacenes del “stock” producido por la célula: mensajeros químicos que en algunos casos se llaman citoquinas y en otros hormonas, que viajarán por la sangre, moco en las células que lo produzcan y serían llamadas mucosas por ello enzimas como las digestivas producidas en el tubo digestivo para degradar los alimentos, o en sus glándulas accesorias como el hígado y el páncreas, etc.

Este sistema de tubos suele conectarse con los poros de la membrana nuclear para que el operativo de fabricación celular sea más rápido: la “orden” desde el “centro de diseño” en el núcleo, irá súbita hacia la “planta de montaje” ribosómico y su almacenaje reticular.

Aparato de Golgi celular: (No confundirlo con el sistema de Golgi de los tendones). Es también un sistema de membranas tubulares pero un poco más grande y más superficial, que almacena moléculas secretorias más grandes, muchas veces de estirpe química lipo-proteica (hay hormonas cuyo núcleo químico es el colesterol).

Vacuolas de Grasa (Liposomas): Dentro del citoplasma de cualquier célula, vesículas parecidas a los fagosomas y los lisosomas (ya vistos) por tener una membrana lipoproteica envolvente (como la misma membrana celular), almacenan micro-gotas de lípidos (grasas) que son moléculas grandes y no muy pesadas, o sea de baja densidad (relación : masa/volumen) menor que el agua lo que hace que floten sobre ella. Estas moléculas, formadas por largas cadenas de carbonos, como los triglicéridos, son las que al catabolizarse liberan más energía que todas las demás (azúcares o carbohidratos o hidratos de carbonos y proteína) y solamente pueden hacerlo en presencia de oxígeno y dentro de las mitocondrias.

En el organismo, las grasas funcionan como el gas-oil en un camión: no es rápido, es un combustible lento pero capaz de rendir energía para largos trayectos en tiempo y distancia.

Gránulos de Reserva o Gránulos de Glucógeno:

Dentro del citoplasma, sobre todo en los miocitos o fibras musculares o células musculares, se almacena, pero no en mucha cantidad (no más de 400-500 gramos en todo el cuerpo humano), otro combustible: la glucosa que es un carbohidrato (hidrato de carbono ó azúcar), pero polimerizado en gránulos de 300-400 Å de Æ, ya que como monómero de 6 carbonos “pasaría” o “escaparía” fácilmente por los poros tubulares de la membrana celular. Este es combustible rápido como la nafta, pero da menos energía y se acaba en un minuto y medio de trabajo muy intenso y cuando se agota es el responsable del cansancio o fatiga que experimentamos habitualmente.

Centríolos:

Son organelas que solamente aparecen en el momento de la división celular.

Están de a pares y se ubica cada uno en un polo de la célula. Aparecen luego unos microfilamentos que van de uno al otro “como un tendedero de ropa”, y sobre los filamentos como si fueran “broches de ropa en un tender”, se desplazan los cromosomas que son fragmentos de ADN responsables de la herencia transmitida de célula en célula.

La División Celular y el Cáncer

Las células se dividen para poder multiplicarse, y tras copiar todo su material genético (el ADN nuclear), proceso que se denomina “replicación” (en realidad es una duplicación), fragmentan esa gran molécula de doble cadena o doble hélice en trozos llamados cromosomas y tras dirigirse a uno y otro polo celular, guiados por los centríolos, y marchando sobre “husos cromáticos” (hilos), la célula se parte en dos, dando lugar a dos nuevas células (en realidad, una célula madre y una célula hija). Se imaginarán, que si todos nosotros provenimos de la unión de un óvulo con un espermatozoide, que tienen cada uno la mitad de la información genética; al fusionarse, y nacer una nueva célula (que dará origen a un nuevo ser vivo), se necesitarán millones de divisiones celulares, pues somos portadores de millones de células, con el total de información cada una de ellas.

El número de divisiones celulares o mitosis diarias, es variable. Es muy intenso durante la etapa del crecimiento, es decir en la infancia, se “desacelera” un poco en el final de la adolescencia, y se estabiliza en la etapa adulta. Pero si bien en número de mitosis es permanente, no es permanente la mitosis en cada célula. Hay períodos de tiempo en que una célula no se divide, pero sus vecinas sí lo hacen y eso crea un equilibrio entre las que mueren o las que nacen defectuosas. Estas últimas serán fagocitadas o “engullidas” por las células de la inmunidad.

Pero si el “freno” de la división celular falla, habrá muchas células de más, y muy inmaduras.

Si “el escuadrón de limpieza” falla también, se podría producir algo similar: células atípicas o “deformes” no podrán ser eliminadas del cuerpo.

En ambos casos, se acumularán en ciertos órganos del cuerpo, producirán un “bulto” o “tumor” y si son muy inmaduras y/o pequeñas podrán invadir vasos sanguíneos y “colonizar” otros órganos distantes, es decir habrá metástasis del tumor. Lo que acabamos de describir es la teoría celular y la teoría inmunitaria del cáncer. Comprendemos entonces porque, para tratarlo se echa mano a la terapia genética, las drogas supresoras inmunes en ciertos sectores, o estimulantes de la inmunidad para el resto y la gran mayoría del cuerpo (tratamientos médicos) o la extirpación de ese tumor que ocupa espacio, que “ahoga” a las células normales comprimiendo sus vasos sanguíneos, quitándoles sus nutrientes (tratamiento quirúrgico).

La medicina está llena de ejemplos de sustancias químicas a las que puede estar expuesto el humano, y provocarle “cambios” en sus genes llamados “mutaciones”: que lo llevan a la producción de cáncer. Hay también exposición a otros tóxicos que depriman la inmunidad, generando infecciones severas por gérmenes “oportunistas” y también cáncer.

La Embriología y las Capas Germinales

Volvamos ahora, al desarrollo de un nuevo ser a partir de una “célula madre” (madre y padre).

La ciencia que nos ayuda comprender qué pasa luego, hasta el nacimiento, es la embriología y apelaremos un poco a ella.

Apenas ocurre la fecundación, las células hijas, nietas, biznietas, tataranietas y así sucesivamente se irán ubicando selectivamente en tres capas:

a) Ectodermo: la más superficial, que dará origen a la piel – epidermis- y al sistema nervioso central y periférico (ectodermo general y ectodermo neural)

b) Mesodermo: la capa intermedia de la cual se originará el miocardio, los huesos, músculos esqueléticos, articulaciones, los riñones y las gónadas

c) Endodermo: la capa más profunda “la piel de adentro“, que tapiza las estructuras tubulares que conectan el medio ambiente con el interior del cuerpo; es decir: el epitelio respiratorio y digestivo. Como sus células producen una sustancia gelatinosa para atrapar moléculas o células extrañas y eliminarlas al quedar “pegadas”: el moco; llamaremos a esta capa: mucosa respiratoria y digestiva.

La embriología nos permite comprender cómo, sustancias tóxicas que alteren los genes de estos tres tipos de células y/o la expresión de los mismos (genotipo y fenotipo) y algunas de ellas utilizadas en la industria, pueden provocar enfermedades de la piel y el sistema nervioso, en otros casos reumatismo y enfermedades de la pleura, el pericardio y el peritoneo. Si los trastornos ocurren durante el desarrollo embrionario (o sea la gestación), hablaremos de “malformaciones congénitas”.

La Formación de Tejidos

Como vemos: las células, en un organismo complejo, como el de los mamíferos, no están solas ni dispersas, sino que se agrupan formando tejidos.

Para ello necesitan estar suspendidas en un compartimento que las rodee: extracelular, que según la función que desempeñe ese tejido, será líquido, semisólido o semilíquido como una gelatina y sólido, y con una trama de fibras o hilos como lo que es; un tejido, que le sirva de esqueleto y sostén a dichas células. De éste modo vamos escalando un nuevo nivel de organización biológico.