La
célula
es la unidad mínima de un organismo
capaz de actuar de manera autónoma. Todos los organismos vivos están formados
por células, y en general se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no
consta al menos de una célula. Algunos organismos microscópicos, como
bacterias
y protozoos, son células únicas, mientras que los animales y plantas
están formados por muchos millones de células organizadas en tejidos y órganos.
Aunque los virus y los extractos
acelulares realizan muchas de las
funciones propias de la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad
de crecimiento y reproducción propios de las células
y, por tanto, no se consideran seres vivos. La biología estudia las células en
función de su constitución molecular y la forma en que cooperan entre sí para
constituir organismos muy complejos, como el ser humano. Para poder comprender
cómo funciona el cuerpo humano sano, cómo se desarrolla y envejece y qué falla
en caso de enfermedad, es imprescindible conocer las células que lo constituyen.
Características generales de las células
La célula está envuelta en una membrana —llamada membrana plasmática— que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma, en la que, a menudo, es posible diferenciar la presencia de orgánulos celulares –entre ellos el núcleo celular- y, son frecuentes, otros envoltorios exteriores. En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar residuos. El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (término que proviene de una palabra griega que significa cambio). En los animales y en las plantas superiores presentan especializaciones y se diferencian en tejidos, con tipos celulares de forma y función diferente: tejidos epidérmicos y epiteliales, muscular, nervioso,...
Hay células
de formas y tamaños muy variados. Algunas de las células bacterianas más
pequeñas tienen forma cilíndrica de menos de una micra o µm (1 µm es igual a
una millonésima de metro) de longitud. En el extremo opuesto se encuentran las
células nerviosas, corpúsculos de forma compleja con numerosas prolongaciones
delgadas que pueden alcanzar varios metros de longitud (las del cuello de la
jirafa constituyen un ejemplo espectacular). Casi todas las células vegetales
tienen entre 20 y 30 µm de longitud, forma poligonal y pared celular rígida.
Las células de los tejidos animales suelen ser compactas, entre 10 y 20 µm de
diámetro y con una membrana superficial deformable y casi siempre muy plegada.
Pese a las
muchas diferencias de aspecto y función. Todas las células contienen información
hereditaria codificada en moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN);
esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y
el paso de los caracteres a la descendencia. Estas y otras numerosas similitudes
(entre ellas muchas moléculas idénticas o casi idénticas) demuestran que hay
una relación evolutiva entre las células actuales y las primeras que
aparecieron sobre la Tierra.
Composición química
En los
organismos vivos no hay nada que contradiga las leyes de la química y la física.
La química de los seres vivos, objeto de estudio de la bioquímica, está
dominada por compuestos de carbono y se caracteriza por reacciones acaecidas en
solución acuosa y en un intervalo de temperaturas pequeño. La química de los
organismos vivientes es muy compleja, más que la de cualquier otro sistema químico
conocido. Está dominada y coordinada por
polímeros
de gran tamaño, moléculas formadas por encadenamiento de subunidades químicas;
las propiedades únicas de estos compuestos permiten a células y organismos
crecer y reproducirse. Los tipos principales de macromoléculas son las
proteínas,
formadas por cadenas lineales de aminoácidos; los
ácidos
nucleicos, ADN y ARN,
formados por bases nucleotídicas, y los polisacáridos, formados por
subunidades de azúcares.
Células procarióticas y eucarióticas
Entre las células
procarióticas y eucarióticas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño
y organización interna. Las procarióticas, que comprenden bacterias y
cianobacterias (antes llamadas algas
verdeazuladas), son células
pequeñas, entre 1 y 5 µm de diámetro, y de estructura sencilla; el material
genético (ADN) está concentrado en una región, pero no hay ninguna membrana
que separe esta región del resto de la célula. Las células eucarióticas, que
forman todos los demás organismos vivos, incluidos protozoos, plantas, hongos y
animales, son mucho mayores (entre 10 y 50 µm de longitud) y tienen el material
genético envuelto por una membrana que forma un órgano esférico conspicuo
llamado núcleo. De hecho, el término eucariótico deriva del griego ‘núcleo
verdadero’, mientras que procariótico significa ‘antes del núcleo’.
Elementos
celulares
Las tres
partes fundamentales de la célula eucariota son la membrana, el citoplasma y el
núcleo celular.
Superficie
celular
El contenido
de todas las células vivas está rodeado por una membrana delgada llamada
membrana plasmática, o celular, que marca el límite entre el contenido celular
y el medio externo. La membrana plasmática es una película continua formada
por moléculas de
lípidos y
proteínas, entre 8 y 10 nanómetros (nm) de espesor y actúa como barrera
selectiva reguladora de la composición química de la célula. La mayor parte
de los iones y moléculas solubles en agua son incapaces de cruzar
de forma espontánea esta barrera, y precisan de la concurrencia de proteínas
portadoras especiales o de canales proteicos. De este modo la célula mantiene
concentraciones de iones y moléculas pequeñas distintas de las imperantes en
el medio externo. Otro mecanismo, que consiste en la formación de pequeñas vesículas
de membrana que se incorporan a la membrana plasmática o se separan de ella,
permite a las células animales transferir macromoléculas y partículas aún
mayores a través de la membrana.
Casi todas
las células bacterianas y vegetales están además encapsuladas en una pared
celular gruesa y sólida compuesta de polisacáridos (el mayoritario en
las plantas superiores es la celulosa).
La
pared celular, que es
externa a la membrana plasmática, mantiene la forma de la célula y la protege
de daños mecánicos, pero también limita el movimiento celular y la entrada y
salida de materiales.
Citoplasma
y citosol
El
citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo. Engloba
numerosas estructuras especializadas y orgánulos, como se describirá más
adelante.
La solución
acuosa concentrada en la que están suspendidos los orgánulos se llama citosol.
Es un gel
de base acuosa que contiene gran cantidad de moléculas grandes y pequeñas, y
en la mayor parte de las células es, con diferencia, el compartimiento más
voluminoso (en las bacterias es el único compartimiento intracelular). En el
citosol se producen muchas de las funciones más importantes de mantenimiento
celular, como las primeras etapas de descomposición de moléculas nutritivas y
la síntesis de muchas de las grandes moléculas que constituyen la célula.
Aunque muchas moléculas del citosol se encuentran en estado de solución
verdadera y se desplazan con rapidez de un lugar a otro por difusión libre,
otras están ordenadas de forma rigurosa. Estas estructuras ordenadas confieren
al citosol una organización interna que actúa como marco para la fabricación
y descomposición de grandes moléculas y canaliza muchas de las reacciones químicas
celulares a lo largo de vías restringidas.
El núcleo
El órgano más
conspicuo en casi todas las células animales y vegetales es el núcleo; está
rodeado de forma característica por una membrana, es esférico y mide unas 5 µm
de diámetro. Dentro del núcleo, las moléculas de ADN y proteínas están
organizadas en cromosomas
que
suelen aparecer dispuestos en pares idénticos. Los cromosomas están muy
retorcidos y enmarañados y es difícil identificarlos por separado. Pero justo
antes de que la célula se divida, se condensan y adquieren grosor suficiente
para ser detectables como estructuras independientes. El ADN del interior de
cada cromosoma es una molécula única muy larga y arrollada que contiene
secuencias lineales de genes.
Éstos encierran a su vez instrucciones codificadas para la construcción de las
moléculas de proteínas y ARN necesarias para producir una copia funcional de
la célula.
El núcleo
está rodeado por una membrana doble, y la interacción con el resto de la célula
(es decir, con el citoplasma) tiene lugar a través de unos orificios llamados
poros nucleares. El nucleolo es una región especial en la que se sintetizan
partículas que contienen ARN y proteína que migran al citoplasma a través de
los poros nucleares y a continuación se modifican para transformarse en
ribosomas.
El núcleo
controla la síntesis de proteínas en el citoplasma enviando mensajeros
moleculares. El ARN mensajero (ARNm) se sintetiza de acuerdo con las
instrucciones contenidas en el ADN y abandona el núcleo a través de los poros.
Una vez en el citoplasma, el ARNm se acopla a los ribosomas y codifica la
estructura primaria de una proteína específica.
Orgánulos del citoplasma
Mitocondrias
y cloroplastos
Las
mitocondrias son uno de los orgánulos más conspicuos del citoplasma y se
encuentran en casi todas las células eucarióticas. Observadas al microscopio,
presentan una estructura característica: la mitocondria tiene forma alargada u
oval de varias micras de longitud y está envuelta por dos membranas distintas,
una externa y otra interna, muy replegada. Las mitocondrias son los orgánulos
productores de energía. La célula necesita energía para crecer y
multiplicarse, y las mitocondrias aportan casi toda esta energía realizando las
últimas etapas de la descomposición de las moléculas de los alimentos. Estas
etapas finales consisten en el consumo de oxígeno y la producción de dióxido
de carbono, proceso llamado respiración, por su similitud con la respiración
pulmonar. Sin mitocondrias, los animales y hongos no serían capaces de utilizar
oxígeno para extraer toda la energía de los alimentos y mantener con ella el
crecimiento y la capacidad de reproducirse. Los organismos llamados anaerobios
viven en medios sin oxígeno, y todos ellos carecen de mitocondrias.
Los
cloroplastos son orgánulos aún mayores y se encuentran en las células de
plantas y algas, pero no en las de animales y hongos. Su estructura es aún más
compleja que la mitocondrial: además de las dos membranas de la envoltura,
tienen numerosos sacos internos formados por membrana que encierran el pigmento
verde llamado clorofila. Desde el punto de vista de la vida terrestre, los
cloroplastos desempeñan una función aún más esencial que la de las
mitocondrias: en ellos ocurre la fotosíntesis;
esta función consiste en utilizar la energía de la
luz solar para activar la síntesis de moléculas de carbono pequeñas y ricas en
energía, y va acompañado de liberación de oxígeno. Los cloroplastos producen
tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno que utilizan las mitocondrias.
Orgánulos
con membranas internas
El
citoplasma contiene muchos orgánulos envueltos por una membrana única que
desempeñan funciones diversas. Casi todas guardan relación con la introducción
de materias primas y la expulsión de sustancias elaboradas y productos de
desecho por parte de la célula. Por ello, en las células especializadas en la
secreción de proteínas, por ejemplo, determinados orgánulos están muy
atrofiados; en cambio, los orgánulos son muy numerosos en las células de los
vertebrados superiores especializadas en capturar y digerir los virus y
bacterias que invaden el organismo.
La mayor
parte de los componentes de la membrana celular se forman en una red
tridimensional irregular de espacios rodeada a su vez por una membrana y llamada
retículo endoplasmático (RE), en el cual se forman también los materiales que
son expulsados por la célula. El aparato de Golgi está formado por pilas de
sacos aplanados envueltos en membrana; este aparato recibe las moléculas
formadas en el retículo endoplasmático, las transforma y las dirige hacia
distintos lugares de la célula. Los lisosomas son pequeños orgánulos de forma
irregular que contienen reservas de enzimas necesarias para la digestión
celular de numerosas moléculas indeseables. Los peroxisomas son vesículas
pequeñas envueltas en membrana que proporcionan un sustrato delimitado para
reacciones en las cuales se genera y degrada
peróxido
de hidrógeno,
un compuesto reactivo que puede ser peligroso para la
célula. Las membranas forman muchas otras vesículas pequeñas encargadas de
transportar materiales entre orgánulos. En una célula animal típica, los
orgánulos limitados por membrana pueden ocupar hasta la mitad del volumen
celular total.
Fuente: http://www.quimicaweb.net/Web-alumnos/GENETICA%20Y%20HERENCIA/Paginas/2.1.htm