Variedad celular

Biología. Citología. Química celular. Fisiología. Mitosis. Genoma humano

  • Enviado por: Lucy Am
  • Idioma: castellano
  • País: México México
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La célula

comenzando a vivir

El cuerpo humano es un conjunto formado por cincuenta billones de células, agrupadas en tejidos y organizadas en diferentes sistemas. Si quisieras formar un cuerpo podrías comprar los elementos básicos en cualquier parte por muy poco dinero; pero la vida que albergan estas células reunidas con un propósito concreto, lo convierten en algo de valor incalculable.

Nuestro organismo parece saber que de la unión nace la fuerza, pues las células se organizan en tejidos, órganos, aparatos y sistemas para realizar sus funciones.
Sin embargo, y a pesar de su enorme rendimiento, el cuerpo humano sigue en constante evolución, sobre todo si es un recién llegado al planeta. Te damos un ejemplo: imagina que la vida se instauró en la Tierra hace 24 horas: el ser humano apenas ha vivido los últimos tres segundos.

Si bien tu cuerpo funciona gracias a la actividad de diversos sistemas, si no fuera por la célula nada andaría bien dentro de ti.

Es prácticamente la primera piedra para formar la estructura de una casa, la unidad básica de tu organismo, capaz de cumplir todas las funciones necesarias para el diario vivir: crecer, reproducirse, metabolizar, responder a estímulos y diferenciarse. Es muy pequeña, invisible al ojo humano, pero posee la habilidad de trabajar independientemente.

Para poder comprender cómo funciona el cuerpo humano, cómo se desarrolla y envejece y qué falla en caso de enfermedad, es imprescindible conocer las células que lo constituyen.

Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se dice que ninguno es un ser vivo si no consta al menos de una. Algunos organismos microscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas (unicelulares), mientras que los animales y plantas están formados por muchos millones de células organizadas en tejidos y órganos.

Células
Células

Bacteria encontrada en manantiales termales Las amebas son organismos unicelulares.

Variedad celular

Las células tienen una gran variedad de tamaños y formas, dependiendo principalmente de la adaptación a diferentes ambientes o funciones. Van desde unas décimas de micrón -la milésima parte de un milímetro- en las bacterias, hasta unos cuantos centímetros en algunas algas marinas.

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).

Las células pueden dividirse en dos grandes grupos: procarióticas y eucarióticas.
Entre ellas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna. Las procarióticas, que comprenden bacterias y cianobacterias (antes llamadas algas verdeazuladas), son células pequeñas y de estructura sencilla; el material genético está concentrado en una región, pero no hay ninguna membrana que separe esa zona del resto de la célula. Las eucarióticas, que forman todos los demás organismos vivos, incluidos protozoos, plantas, hongos y animales, son mucho mayores y tienen el material genético envuelto por una membrana que forma el núcleo. De hecho, el término eucariótico deriva del griego “núcleo verdadero”, mientras que procariótico significa “antes del núcleo”.

Célula eucariótica: nuestra célula

Las células que existen en nuestro organismo se destacan por tener una gran cantidad de formas y funciones específicas, pero con una estructura interna común. Uno de sus componentes es la membrana plasmática, que se encarga de mantener y delimitar lo que entra y sale de la célula, siendo la frontera entre lo intracelular y lo extracelular. Como el resto de las membranas celulares, posee una composición química de fosfolípidos y proteínas.

Casi todas las células bacterianas, y también 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. Claro que en el caso de las células humanas, estas no tienen pared celular.

Células

Células

Orgánulos celulares

Por su parte, el núcleo es el centro de control de la célula, donde se encuentra la mayor parte de la información hereditaria de esta. Delimitado por una membrana doble o carioteca, el núcleo contiene un material fibrilar llamado cromatina, la cual se condensa cada vez que la célula se divide y da origen a los cromosomas, que suelen aparecer dispuestos en pares idénticos.

Al interior del núcleo se encuentra el nucléolo, que contiene gran cantidad de ácido ribonucleico ribosomal, precursor de la composición de los ribosomas que hay en el citoplasma, que intervienen en la síntesis de proteínas. El número y tamaño de estos varía según las necesidades ribosomales de cada célula. El citoplasma es la parte clara que comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo. Tiene una consistencia viscosa y consta de dos partes esenciales: citoplasma fundamental y organoides celulares e inclusiones. La primera parte se reduce a una solución acuosa formada por varios iones y sustancias orgánicas que la célula incorpora para los procesos biológicos que se realizan en su interior, además de productos de desecho que elimina, consecuencia del mismo proceso.

Organoides

En su segunda parte se distinguen varias estructuras que es necesario explicar:

Aparato de Golgi: es un complejo sistema compuesto de vesículas y sacos membranosos, que en las células vegetales se llama dictiosoma. Una de sus funciones principales es la secreción de productos celulares, como hormonas, enzimas digestivas, materiales para construir la pared, entre otros.

Retículo endoplasmático: es una red de túbulos y sacos planos y curvos encargada de transportar materiales a través de la célula; su parte dura es el lugar de fijación de los ribosomas; el retículo liso es el sitio donde se produce la grasa y se almacena el calcio. El retículo endoplasmático está disperso por todo el citoplasma. Los materiales sintetizados son almacenados y luego trasladados a su destino celular.

Lisosomas: son organoides limitados por una membrana; las poderosas enzimas que contiene degradan los materiales peligrosos absorbidos en la célula, para luego liberarlos a través de la membrana celular. Es decir, los lisosomas constituyen el sistema digestivo de la célula.

Mitocondrias: son conocidas como la central eléctrica de la célula, permitiendo la respiración y la descomposición de grasas y azúcares para producir energía. Poseen una doble membrana: membrana externa, que da hacia el citoplasma, y membrana interna, que da hacia la matriz o interior de la mitocondria. Su principal función es aprovechar la energía que se obtiene de los diversos nutrientes y transmitirla a una molécula capaz de almacenarla, el ATP (adenosintrifosfato). Esta energía se obtiene mediante la deshidrogenización de los combustibles. El hidrógeno sustraído es transportado a través de varias moléculas, que constituyen la cadena respiratoria, hasta el oxígeno, con el que forma agua. En el proceso de respiración se genera energía, que es acumulada por el ATP, el cual puede ser enviado a cualquier parte de la célula que necesite aporte energético; allí el ATP se descompone y la libera.

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 todavía más compleja que la mitocondrial; además de las dos membranas de la envoltura, tienen numerosos sacos internos formados por membranas 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. Este proceso, acompañado de liberación de oxígeno, consiste en utilizar la energía de la luz solar para activar la síntesis de moléculas de carbono pequeñas y ricas en energía. De esta forma, los cloroplastos producen tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno que utilizan las mitocondrias.

Vacuolas: son unos saquitos de diversos tamaños y formas rodeados por una membrana. Generalmente se pueden ver en el citoplasma de las células eucarióticas, sobre todo en las células vegetales. Se encargan de transportar y almacenar materiales ingeridos, así como productos de desecho y agua.

Centríolos y cuerpos basales: estas estructuras, a diferencia de las anteriores, no tienen membrana. Casi siempre se presentan de a pares y se hacen visibles cuando la célula entra en división, en una posición perpendicular entre ambos. De estructura tubular y hueca, sus paredes están constituidas por microtúbulos, de los que emerge el aparato miótico necesario para la división celular.
Los cuerpos basales solo se diferencian de los centríolos en función, no así en forma.

Microtúbulos: son cilindros muy delgados que carecen de membrana. Además de ser los componentes básicos de los centríolos, cuerpos basales, cilios y flagelos, tienen la función de conservar y regular la forma celular y los movimientos intracelulares.

Microfilamentos: son finos hilos de naturaleza proteica y, al igual que los microtúbulos, están involucrados en la variación de la forma celular y movimientos intracelulares.

Células

Células

Química interna de la célula

Una de las principales cualidades de las células es su capacidad de transformar un tipo de energía en otro. Este conjunto de reacciones químicas que las células hacen para su crecimiento, irritabilidad, movimiento, reparación y reproducción, se denomina metabolismo celular, como mencionamos anteriormente.

La célula utiliza las sustancias que penetran en ella como materia prima para construir otras sustancias más complejas, o como combustible para obtener energía. Los componentes, como aminoácidos, lípidos, monosacáridos, agua y los elementos minerales, son usados para formar sustancias orgánicas más complejas y mantener toda la organización celular. Por ejemplo, los aminoácidos son encadenados para producir moléculas proteicas (síntesis), las que son ordenadas para formar estructuras más complejas. Este proceso es lo que se conoce como anabolismo, y el proceso de destrucción se denomina catabolismo. El anabolismo es la formación de compuestos a partir de células simples; y el catabolismo es el proceso productor de energía contrario al anterior; es decir, va de moléculas complejas a moléculas simples.

Todos los seres vivos tienen moléculas orgánicas, como proteínas, hidratos de carbono, lípidos y ácido nucleico. Pero también poseen moléculas inorgánicas, como el agua y las sales minerales; de hecho, alrededor de dos tercios del peso total de tu cuerpo (80 por ciento) es agua, elemento que cumple varias funciones en los sistemas vivos, permitiendo que ocurran todas las reacciones químicas del metabolismo celular.

¿Cómo se multiplican las células?

Ya hemos visto que la célula es la unidad básica de la vida. Pero lo que no tenemos claro es cómo estos pequeños ladrillos de vida logran multiplicarse y formar la gran cantidad de células que viven en nuestro organismo. Para entender mejor este proceso, es necesario saber que toda célula se reproduce por fisión binaria; es decir, la célula se divide en dos, de tal manera que una célula madre da origen a dos prácticamente iguales. Sin embargo, en las células procarióticas y eucarióticas la división es distinta, básicamente por la simplicidad de las primeras y la complejidad de las que forman nuestro organismo.

Copiando células (Mitosis)

Este proceso de división celular se produce mediante etapas o fases.
Cuando la célula está en reposo, creciendo y aún no preparada para la división, se dice que se encuentra en la interfase o aspecto intermedio. En esta etapa el núcleo es un pequeño cuerpo ovoide limitado por su membrana y la sustancia cromatínica se visualiza como pequeñas manchas filamentosas (cromatina). Inmediatamente en el exterior del núcleo se encuentra un pequeño corpúsculo llamado centrosoma (cuerpo central) y en su centro se encuentra el centríolo, que irradia finas líneas llamadas microtúbulos.

Cuando se acerca el momento de la división celular, se dan ciertos cambios en la forma de la célula, período que se conoce como profase. Aquí el centríolo se divide en dos, los que más tarde se separan quedando conectados solo por algunos de los microtúbulos. La cromatina comienza a condensarse formando hilos parecidos a una lombriz; la membrana nuclear desaparece y la sustancia nuclear se mezcla con el citoplasma. Esas pequeñas lombrices que se formaron son los llamados cromosomas.

Inmediatamente viene la etapa llamada metafase, donde los dos centríolos se encuentran en polos opuestos dentro de la célula aunque siguen conectados por los microtúbulos. El conjunto de estos es llamado huso y es en el medio de este donde se reúnen los cromosomas.

Cuando los microtúbulos se acortan y cada mitad resultante del cromosoma se contrae hacia el centríolo, comienza la anafase. Los cromosomas son arrastrados en direcciones opuestas, a cada lado de la célula; cuando el centro del huso es abandonado por los cromosomas, la célula comienza a estrangular la membrana plasmática, lo que se conoce como citodiéresis, y corresponde a la fase final de la mitosis o telofase.

Y es al terminar el estrangulamiento que se forman dos células hijas, cada una de las cuales genera su membrana nuclear, comenzando todo el proceso nuevamente.

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Reducción de cromosomas (Meiosis)

Existen algunas células que tienen un número anormal de cromosomas; es decir, no cumplen con las características de las células restantes. Estas son las células sexuales o gametos, y se descubrió que en ellas se encontraban la mitad de cromosomas que contenían las demás células del organismo. El origen de estas células comenzó a estudiarse en 1890 y se observó que en su período de maduración, se producía una división donde los cromosomas se reducían a la mitad sin antes haber duplicado su ADN. En 1905 denominaron a este proceso meiosis. En este caso, las células sexuales se llaman haploides y el resto se denominan diploides.

En líneas generales, la meiosis consiste en dos divisiones del núcleo, aunque sus cromosomas lo hacen una sola vez. Esto dará como resultado cuatro células haploides, que reciben el nombre de primera y segunda división meiótica, respectivamente, o meiosis I y II.

Células
El objetivo de esta división no es únicamente reducir la cantidad de cromosomas, sino también atraer, aparear, intercambiar y combinar los cromosomas homólogos paternos y maternos. La meiosis I separa los homólogos que se habían apareado y la meiosis II se encarga de separar las mitades de los cromosomas. Una vez terminadas estas divisiones se tiene como resultado cuatro células, cada una con un juego haploide de cromosomas y diferente información genética.

Quién descubrió la célula?

Para poder estudiar la célula era imprescindible un aparato que permitiera observar la materia viva y sus detalles, que a simple vista es imposible ver. Es por eso que el inicio del estudio de la célula se remonta a la invención de lentes y de microscopios.

El primer microscopio útil fue inventado en 1590 por Zacharias y Hans Janssen, quienes construyeron uno compuesto, el cual podía ampliar 30 veces el tamaño de un objeto.

Pero se atribuye a Robert Hooke el mérito de haber proporcionado la primera información importante utilizando un microscopio compuesto, ya que describió “células” o “poros” en el corcho y en otros tejidos vegetales, además de describir la pared celular.

Tiempo después, cuando ya se observaban células animales y vegetales, se decía que estaban originadas de forma diferente. Las paredes de las células vegetales muestran límites muy evidentes, mientras que las células animales son difíciles de distinguir en una muestra de tejido.

En 1838 Matthias Schleiden y Theodor Schwann propusieron una teoría celular simple y unificatoria para todos los organismos. Postularon que la célula es la unidad básica de los seres vivos y que la totalidad de los organismos están formados por una o más células.

Luego, con la unificación de cada uno de los descubrimientos realizados durante el siglo XIX en relación a la célula y sus orgánulos, quedó establecida la información para sustentar una teoría global.

La teoría celular establece:

1. Todos los organismos vivos están formados por una o más unidades vivas o células.

2. Cada célula puede mantener sus propiedades vitales en forma independiente del resto; pero las propiedades vitales de cualquier organismo están basadas en el conjunto de todas las células.

3. La célula es la unidad de vida más pequeña y claramente definida.

4. Las células se originan siempre a partir de otras células.

¿Podrías sacar una fotocopia de ti mismo?

Tal vez nunca imaginamos la posibilidad de reemplazar a un ser humano por otro absolutamente igual. Pero esto es posible hoy gracias a los avances de la ciencia. El proceso de clonación se trata -básicamente- de copiar en forma idéntica algún organismo; puede ser un vegetal, un animal, órganos del cuerpo o un ser humano.

Para realizar una clonación, los científicos toman el núcleo de la célula que se quiere repetir, donde se encuentra toda la información genética; en una célula reproductora (un óvulo) se reemplaza el núcleo original por el núcleo de la célula que se quiere clonar, la que es colocada en un útero que asegure las condiciones necesarias para que comience a crecer normalmente. Así, nacería un nuevo ser con las mismas características del organismo del cual fue extraído el primer núcleo. En el caso de un ser humano, el mismo pelo, los mismos ojos, estatura, en fin, un ser exactamente igual.

Los primeros experimentos sobre clonación comenzaron en 1952; pero sin duda el caso más conocido fue el de la oveja “Dolly”, clonada por científicos escoceses en 1997, siendo la primera clonación hecha a partir de un animal adulto.

La posibilidad de reproducir órganos para salvar personas enfermas y recuperar especies en extinción a través de la clonación es, sin duda, un gran avance científico. Pero al tratarse de seres humanos esto cambia, ya que entran en juego la ética y la dignidad humana.

Genoma humano: el secreto de la vida

El año pasado se anunció el éxito de la más cara y ambiciosa investigación biológica emprendida en el mundo científico: el proyecto Genoma Humano, que busca descifrar la información que todas las personas tienen en su cuerpo.

El genoma es la estructura genética humana, el mapa donde está toda la información de cómo somos y lo que necesita nuestro cuerpo para desarrollarse y mantenerse vivo. Es como el manual de instrucciones para el funcionamiento del cuerpo.
Esta investigación comenzó hace diez años, y ya se tiene casi la totalidad de los resultados. El estudio final, con toda la información del código genético, será publicado en el año 2003.

Lo importante de este descubrimiento es que aumentarían las posibilidades de tratamiento para dolencias hasta ahora incurables y hereditarias. Y se podrían prevenir enfermedades antes de que aparezcan, tales como el cáncer, la diabetes, la hipertensión, el síndrome de Down, el mal de Parkinson, o el Alzheimer, entre otras.


Claro que, si bien es un gran descubrimiento, también podría ser mal utilizado o producir daños: por ejemplo, produciendo el efecto contrario del que se quiere reparar.

Cáncer: la enfermedad de la célula

Nuestro cuerpo está formado por muchos millones de células que se organizan formando tejidos para cumplir funciones determinadas. Sin embargo, cuando el cáncer se adueña de las células esta organización se va al suelo, produciéndose una cantidad cada vez mayor de ellas en el tejido, distorsionándolo hasta formar una protuberancia o tumor. Y no solo eso; además, las células comienzan a perder su sentido de orientación y de territorio. Ya no reconocen sus límites, lo que inevitablemente las lleva a dispersarse a otras partes del cuerpo, situación que se conoce como metástasis.

Cuando una célula se enferma, pierde su capacidad de dividirse normalmente y comienza a sufrir modificaciones, formando grandes masas celulares o tumores, como dijimos anteriormente. Sin embargo, no siempre estos son malignos, ya que pueden presentarse en forma aislada, lo que significa que son benignos, es decir, son menos dañinos para el funcionamiento de nuestro organismo. Pero si las células del tumor son muy invasoras y se expanden por otras partes del cuerpo, produciendo metástasis.

Estamos hablando de un tumor maligno o de cáncer propiamente tal.

Con su división descontrolada, las células no solo forman tumores sino que ahogan, desnutren y vuelven indefensas a las células normales del entorno, pudiendo provocarnos la muerte.

Células
A pesar de que existen varios tipos de cáncer, las transformaciones celulares que provocan son comunes a todos ellos

Mitocondrias(en rojo) y retículos endoplasmáticos (en amarillo mostaza).