1. Concepto de Célula y Teoría Celular
La teoría celular establece los siguientes postulados:
- La célula es la unidad anatómica y funcional de los seres vivos, desde el punto de vista molecular.
- Todos los organismos están formados por una o más células.
- Toda célula procede por división de otra ya existente.
- El material hereditario que contiene las características genéticas de una célula pasa de la célula madre a la hija.
2. Teoría Endosimbionte
Carl Woese denominó progenote o protobionte al antepasado común de todos los organismos, dotado ya con mecanismos de transcripción y traducción genética. De este tronco común surgirían en la evolución las células procarióticas, que comprenderían las arqueobacterias y las eubacterias. Posteriormente, aparecerían las células eucarióticas, ya dotadas de núcleo. Lynn Margulis, en su teoría endosimbionte, propone que las células eucarióticas se originaron a partir de una primitiva célula urcariota, que en un momento dado englobaría a otras células u organismos procarióticos, estableciéndose entre ambos una relación endosimbionte.
2.1. Origen de las Células Eucariotas
Estas células serían las precursoras de los peroxisomas, de las mitocondrias y de los cloroplastos. Las mitocondrias y los cloroplastos son parecidos a las bacterias en tamaño y se reproducen por división. Por esto, la célula adquirió la capacidad de respiración aerobia y fotosintética. La célula primitiva les daba a las procariotas simbiontes un entorno seguro y alimento. Según esta teoría, parte de los genes del ADN mitocondrial y de los cloroplastos pasarían a unirse a los genes del ADN de la célula huésped.
3. Tipos de Organización Celular
La diferencia básica es que las procariotas carecen de núcleo.
3.1. Células Procariotas
Suelen ser muy pequeñas, poseen una membrana recubierta de pared celular de composición variable, donde a veces, por encima de ella, puede existir una cápsula o vaina gelatinosa. El citoplasma posee dos regiones bien diferenciadas: una donde está el material genético (nucleoide o cromosoma bacteriano) y el citoplasma restante. Este citoplasma carece de citoesqueleto. Pueden presentar flagelos y se dividen por fisión binaria. Según su forma, se distinguen bacilos (bastón), cocos (redondos), espirilos (bastón espiralado) y vibrios (coma ortográfica).
Estructura de la célula procariota (por ejemplo, E. coli):
A) Citoplasma: no tiene estructuras membranosas, excepto ribosomas. Suele haber 3000 ribosomas que ejercen la síntesis de proteínas.
B) Nucleoide: molécula de ADN, simple, circular y sin membrana que la separe del resto del citoplasma. Codifica proteínas.
C) Mesosoma: replegamiento de la membrana plasmática, que contiene algunas enzimas que intervienen en la respiración y división celular.
D) Membrana plasmática: envoltura proteica.
E) Pared celular rígida: de polisacáridos y péptidos, rodea la membrana plasmática.
F) Glucocálix: cubierta glucídica que rodea la pared rígida.
G) Fimbria: estructura más corta y numerosa que los pili. Parece ser que se adhiere a los sustratos.
H) Pili: estructura parecida al flagelo y ejerce intercambio de energía.
I) Flagelo: tienen uno o dos, que permiten el movimiento en el medio que las rodea.
3.2. Células Eucariotas
Al igual que las procarióticas, tienen membrana plasmática y ribosomas, pero se diferencian por la presencia de núcleo, orgánulos citoplásmicos y citoesqueleto. La presencia de orgánulos citoplásmicos provoca una compartimentación del territorio celular, lo que le permite desarrollar diferentes funciones al mismo tiempo.
Estructura de la célula vegetal y animal:
A) Cloroplasto: orgánulo de las células vegetales donde se realiza la fotosíntesis.
B) Pared celular: cubierta externa que actúa como exoesqueleto, ya que es gruesa y rígida; desarrollándose sobre la membrana plasmática.
C) Mitocondria: orgánulo donde en el interior se ejerce el metabolismo oxidativo, en el cual se forman la mayoría de las moléculas de ATP.
D) Lisosoma y peroxisoma: dan un compartimento metabólico especializado en la digestión y oxidación de algunas macromoléculas.
E) Vacuola: suele ser grande en las células vegetales y ejerce la digestión de macromoléculas y el almacenamiento de nutrientes o sustancias de desecho.
F) Citoesqueleto: red de filamentos proteicos que se extienden por todo el citoplasma y actúan dando forma a la célula, distribuyendo los orgánulos y moviendo las células, las vesículas intracelulares o los cromosomas durante la mitosis.
G) Núcleo: orgánulo presente en todas las células eucariotas que contiene la información genética en forma de ADN.
H) Retículo endoplasmático y complejo de Golgi: transportan proteínas y actúan en la síntesis de lípidos.
I) Centrosoma: estructura sin membrana que actúa como centro organizador de los microtúbulos.
4. Forma y Tamaño de las Células
La forma depende de la estirpe celular (edad y momento funcional). También por su situación (libre, formando tejido, en cultivo).
4.1. Morfología de las Células Animales
Tejidos:
A) Epitelial: forma aplanada, cúbica, prismática o caliciforme.
B) Muscular: formas alargadas, llamadas también fibras.
C) Conjuntivos: sus células tienen una amplia variedad morfológica.
D) Nervioso: sus células presentan aspecto estrellado y de otras formas.
4.2. Morfología de las Células Vegetales
Tejidos:
A) Parenquimáticos: forma poliédrica.
B) Conductores: alargados, se llaman fibras.
C) Secretores: forma redonda.
4.3. Morfología de Organismos Unicelulares
Bacilos, vibrios, espirilos y cocos.
4.4. Tamaño Celular
La mayoría suelen tener un diámetro medio entre 10-100 µm.
5. El Núcleo
Alberga la información genética en forma de ADN y es el lugar donde se realiza la replicación del ADN y la síntesis de todo el ARN.
5.1. Características del Núcleo
A) Componentes: consta de una envoltura nuclear y un nucleoplasma, donde están la cromatina y el nucléolo.
B) Forma: esférica, ovalada o polilobulada, y depende del tipo celular y del momento del ciclo.
C) Tamaño: mayoritariamente es proporcional al de la célula.
D) Posición: es característica de cada célula. En las embrionarias está en el centro, en las adiposas en el lateral y basalmente en las secretoras.
E) Número: suele existir solo uno, aunque existen células nucleadas que han perdido el núcleo durante su diferenciación; y otras tienen dos, un macronúcleo y un micronúcleo. La condición plurinucleada puede aparecer por divisiones sucesivas o por fusión de varias células uninucleadas.
6. Envoltura Nuclear
Representa una compleja organización en la frontera entre el núcleo y el citoplasma de una célula eucariótica. Es una doble membrana con un espacio intermembranoso.
A) La membrana nuclear externa tiene en su cara externa ribosomas adheridos. Suele estar unida a la del retículo endoplásmico (liso o rugoso).
B) El espacio perinuclear o intermembranoso, comprendido entre las dos membranas, tiene una anchura de 10-20 macrómetros, aunque en algunos lugares puede presentar dilataciones de hasta 70 macrómetros. Está en continuidad con el espacio reticular.
C) La membrana nuclear interna tiene un material electrodenso de naturaleza fibrilar denominado lámina fibrosa o corteza nuclear. Parece ser que ejercen de anclaje al material cromatínico y regulan el crecimiento de la envoltura nuclear.
6.1. Poros Nucleares
Las dos membranas que forman la envoltura nuclear se fusionan, dando lugar a unas perforaciones circulares llamadas poros nucleares. Son canales acuosos que regulan los intercambios de moléculas entre el núcleo y el citosol. Permiten la circulación libre de moléculas hidrosolubles, y en macromoléculas como el ARN o las proteínas, regulan mecanismos de transporte activo.
7. Cromatina
Estructura empaquetada y compacta que surge de estar en el núcleo de la célula eucariota, el ADN asociado a proteínas, que representa el genoma de las células eucariotas.
7.1. Características
La cromatina consta de ADN y proteínas. Las proteínas son de dos tipos:
A) Histonas: proteínas muy básicas, debido a la abundante presencia de aminoácidos.
B) No histonas: son muy numerosas las proteínas no histónicas que se han aislado de la cromatina. La mitad suele corresponder a enzimas implicadas en la replicación, transcripción y regulación del ADN.
7.2. Ultraestructura
La observación de la cromatina al microscopio electrónico revela una constitución fibrilar. Se trata de una serie de fibras adosadas unas a otras en forma de espiral, llamadas fibras cromatínicas. Si se somete la cromatina a tratamientos de descondensación, cada fibra cromatínica aislada presenta el aspecto de un»collar de cuenta», donde la»cuent» se llama nucleosoma. Cada nucleosoma tiene un núcleo y un filamento de ADN; cada núcleo está formado por un octámero de histonas. La fibra de cromatina tiene una estructura plegada en forma de solenoide con distintos grados de espiralización. En la espiralización de primer grado, las fibras cromatínicas se compactan. Esta fibra puede sufrir una espiralización de segundo grado hasta llegar a la en el momento de iniciar la mitosis, donde la cromatina se compacta para formar los cromosomas.
8. Nucleoplasma y Nucléolo
8.1. Nucleoplasma
También llamado carioplasma o matriz nuclear. Es una matriz semifluida situada en el interior del núcleo, que contiene tanto el material cromatínico (ADN y proteínas cromosomales) como el no cromatínico (proteínas). Consta de:
A) Gránulos de intercromatina: miden entre 20 y 25 nm de diámetro, y contienen partículas de ribonucleoproteína y diversas enzimas. Están por todo el núcleo.
B) Gránulos de pericromatina: miden entre 30 y 50 nm y están en la periferia de la cromatina. Están formados por fibrillas empaquetadas de ARNr.
C) Las partículas de ribonucleoproteína nucleares pequeñas.
8.2. Nucléolo
Suele haber uno por núcleo, e incluso no es raro que haya dos o más. Es un orgánulo más o menos redondeado, muy refringente, basófilo debido a su alto contenido en ARN y proteínas, y localizado próximo a la envoltura nuclear. El tamaño del nucléolo está relacionado con el grado de actividad celular. Algunos tienen un componente filamentoso muy replegado sobre sí mismo llamado nucleolonema.
Características:
A) Funciones del nucléolo: realiza la síntesis de ARNr y el procesado y empaquetamiento de las subunidades ribosomales, luego llevadas al citosol. Es indispensable para el desarrollo de la mitosis.
B) Ultraestructura del nucléolo: no existe membrana que lo delimite, aunque hay dos componentes:
B.1) Un componente estrictamente nucleolar, donde se distinguen dos zonas: la zona granular, de subunidades ribosomales, y la zona fibrilar, con moléculas de ARNr asociadas a proteínas.
B.2) Un componente nuclear: las fibrillas pueden encontrarse como cromatina perinucleolar, rodeando al nucléolo, o como cromatina intranucleolar, en el interior del núcleo.
Estas fibrillas de ADN se corresponden con las regiones organizadoras nucleolares.
9. Cromosoma
Representan la máxima compactación de la cromatina. Los cromosomas estarían formados por varios dominios estructurales en forma de bucle (de cromatina), que se alargarían a partir de un eje principal, donde alrededor estaría la fibra nucleosómica, dando lugar a los bucles.
9.1. Estructura del Cromosoma Metafásico
Está formado por dos cromátidas paralelas entre sí y separadas, excepto por el centrómero. En cada cromosoma se identifican las siguientes estructuras:
A) Centrómero: divide al cromosoma en dos brazos, ocupando una posición variable. Contienen cromatina compactada y genéticamente inactiva en todas las células. A ambos lados del centrómero, y sobre cada una de las dos cromátidas, está el cinetocoro, donde se polimerizan los microtúbulos que separan los cromosomas.
B) Las constricciones secundarias: zonas más estrechas identificables en los brazos, relacionadas con la formación del nucléolo al final de cada mitosis.
C) Telómeros: estructuras protectoras, situadas en cada uno de los extremos del cromosoma eucariótico, son esenciales para la duplicación del cromosoma, protegen a los cromosomas contra las nucleasas, evitan que los extremos de los cromosomas se fusionen entre sí, y facilitan la interacción entre los extremos y la envoltura nuclear. En ocasiones, a uno de los extremos se le une un fragmento de ADN denominado satélite.
D) Bandas: son segmentos de cromatina que permiten una identificación inequívoca de los cromosomas.
9.3. Tipos de Cromosomas
Según la proporcionalidad que relacionan la longitud total, la longitud del brazo corto y la del brazo largo:
A) Índice de proporcionalidad de brazos: indica la relación entre la longitud del brazo corto y la del largo de un mismo cromosoma.
B) Índice de proporcionalidad centromérica: indica la relación entre la longitud del brazo corto y la longitud total del cromosoma.
En función de la posición del centrómero, se distinguen cuatro tipos:
A) Acrocéntricos: el centrómero ocupa una posición subterminal. Uno de los dos brazos es muy largo, mientras que el otro es muy corto.
B) Metacéntricos: el centrómero ocupa una posición medial. Los dos brazos son de igual o similar longitud.
C) Submetacéntricos: el centrómero ocupa una posición submedial. Uno de los brazos tiene un tamaño ligeramente superior.
D) Telocéntricos: el centrómero ocupa uno de los extremos del cromosoma. Da lugar a un cromosoma con un solo brazo.
9.4. Número de Cromosomas
El número de cromosomas distintos (n) de una célula es una constante para todas las que pertenecen a un mismo organismo. La mayoría de los organismos son diploides (2n), tienen en sus células dos juegos de cromosomas. Los cromosomas forman parejas de homólogos. Sus células reproductoras, o gametos, solo tienen un juego de cromosomas; son haploides (n). Hay organismos donde todas sus células son haploides. Otros tienen en sus células más de dos juegos de cromosomas. Los que tienen tres se llaman triploides (3n); cuatro, tetraploides (4n), y los que tienen más, poliploides. El conjunto de todos los cromosomas representados se llama cariotipo, donde se distinguen dos tipos de cromosomas:
A) Cromosomas somáticos o autosomas, comunes en los dos sexos.
B) Cromosomas sexuales, responsables de la determinación del sexo.
Diferencias entre Células Eucariotas y Procariotas
Procariotas: no tienen verdadero núcleo, orgánulos citoplasmáticos ni citoesqueleto. Tienen pared celular.
Eucariotas: más complejas que las procariotas. Tienen núcleo, orgánulos citoplasmáticos y citoesqueleto.