1. EXPOSICIÓN DE OBJETIVOS

Los objetivos de este trabajo es explicar la estructura de la célula, hablando de todas sus partes y las funciones que realizan, así como diferenciar los diferentes tipos de células dependiendo de su morfología.

2. INTRODUCCIÓN

En el siglo XVII ( 1665 ) el científico inglés Robert Hooke, logró perfeccionar algunos instrumentos ópticos, entre ellos el microscopio. Este aparato le permitió observar en tejidos vegetales, la existencia de pequeños compartimentos a los que llamó cells. Hooke realizó el primer estudio histológico sobre la estructura celular del corcho. La histología nació con los primeros estudios que emplearon el microscopio como él, y una rama particular de esta es la citología. Esta estudia la célula aislada y constituye en definitiva la base de todas las ciencias biológicas.

El nombre se ha conservado, pero hasta casi dos siglos después, en 1838, no se elabora la teoría celular de la constitución de los seres vivos. Fueron sus creadores dos alemanes, el botánico Matthias Schleiden y el zoólogo Theodor Schwann, quienes estudiaron las células en los vegetales y animales, respectivamente. Aseguraron estos científicos que la célula es la unidad viviente elemental integrante de los seres orgánicos. Posteriormente, al descubrir el protoplasma de las células se perfecciona esta teoría. Según sus proposiciones podemos definir a la célula, como la unidad anatómica y fisiológica que integra el cuerpo de los seres vivos, que procede de la división de otra célula. Estas teorías han ido desarrollándose a lo largo de loa años y también han ido apareciendo otras, gracias principalmente, a la mejora de los instrumentos de observación.

El microscopio electrónico, servido por otros dos instrumentos clave - el ultramicrotomo y la ultracentrifugadora diferencial -, ha hecho retroceder las fronteras de lo invisible, desde un quinto de micra, poco más o menos - límite del poder de resolución de la microscopía óptica - hasta diámetros cien veces más pequeños. En el estudio de las células, como en tantos otros, esto ha significado un enriquecimiento, en ocasiones una revolución, y con menos frecuencia se han cosechado decepciones. Un tanto paradójico resulta que al mismo tiempo que las células y sus orgánulos iban revelándose más y más complejos, en conjuntos se ha llegado a la conclusión de que una gran unidad caracteriza a todo el mundo vivo, que es un mundo de células en sus dos grandes divisiones, de las cuales se hablará posteriormente.

La unidad estructural de la materia se acentúa según se desciende a los niveles de la Biología molecular y submolecular, donde la vida se traduce en movimientos elementales de las moléculas, iones, átomos y electrones periféricos, acompañado todo ello de cambios de energía. Si se vuelve a subir de nivel, reaparece la diferencia entre células y células. En los organismos pluricelulares la diferenciación celular significa una división del trabajo; algo así como lo que ocurre a diferentes escalas en los grupos coloniales y en los sociales. En todo caso, allí donde puede hablarse de organismos es porque existe cierta unidad armónica de partes que no se limitan a coexistir, sino que conspiran en pro de la supervivencia del conjunto.

3. DESARROLLO

Todos los seres vivos están compuestos por células, algunos por una sola, unicelulares , y otros por muchas, pluricelulares. Según sus tipos de células se dividen fundamentalmente entre procariotas y eucariotas. El nombre y el concepto de esta división de los seres vivos se encuentra por primera vez en un trabajo de 1925. Este trabajo es una de las bases de la teoría de la endosimbiosis secuencial, la cual postula el origen de las células de los seres vivos eucariotas en una secuencia de asociaciones endosimbióticas (un organismo vive dentro del cuerpo del anfitrión con beneficio mutuo para ambos) entre primitivas células procariotas, cuyo resultado es una íntima y definitiva asociación entre estos organismos, que habrían llegado a ser varios de los orgánulos de la célula eucariota actual.

Célula procariota: Los organismos procariotas son las más pequeñas unidades que responden a la definición de una célula, rodeados de una membrana y conteniendo genes organizados en una o varias copias lineales de ADN y una maquinaria para la síntesis de proteínas compuesta de varios tipos de ARN y de proteínas organizados en ribosomas. Es una célula simple, carece de núcleo diferenciado y es propia de las bacterias, que constituyen el grupo más importante de los organismos con organización procariota.

Célula eucariota: Los organismos eucariotas son unicelulares o pluricelulares, pero en todo caso sus células tienen sus genes organizados en diferentes unidades concretas, los cromosomas, que están encerrados en el interior de un núcleo; además de ribosomas tienen organizados, especialmente las mitocondrias y los plastos. Son los protozoos y protofitas, las plantas, los hongos y los animales. Es el resultado de una evolución de la célula procariota, a la que se le han ido incorporando sucesivamente tres clases de bacterias de vida libre que se convirtieron en endosimbiontes y, consiguientemente, en partes integrantes de la célula eucariota: las mitocondrias, los flagelos y los plastos. Las células eucariotas difieren mucho entre sí, según sean de animales o vegetales.

En una célula eucariota distinguimos, primeramente, una masa interna llamada protoplasma, rodeada de una membrana celular. El protoplasma es un sistema coloidal muy complejo de carácter hidrófilo, formado por agua, hidratos de carbono, prótidos, lípidos y sales minerales En medio del protoplasma se distingue un orgánulo mayor que los demás, y separado del resto por una membrana, es el núcleo. El protoplasma inferior se llama carioplasma, y el restante citoplasma. Dentro del citoplasma se encuentran una serie de gránulos de la célula de distinta misión. Toda esta morfología de la célula se explicará detalladamente a continuación, no olvidando los órganos locomotores que algunas poseen.

3. 1 MEMBRANA CELULAR

La membrana de las células es muy fina y no se puede ver por el microscopio óptico, aunque si con el electrónico. Recibe el nombre de membrana plasmática, y su misión no es tanto separar la célula del exterior como ponerla en contacto con él, para que a través de ella se realice un intercambio de sustancias. Este intercambio es llamado absorción, y es un proceso biológico en el cual las células toman materiales del exterior. Toda célula está rodeada de una membrana de unos 75 ångtröms de espesor ( 75 diezmillonésimas de milímetro ). En caso de que la célula necesite una protección especial, se cubre de otra membrana resistente, llamada membrana de secreción. En caso de los vegetales, cuyas células la poseen y es de celulosa, o de ciertas células epidérmicas de los animales que se cubren de quitina u otras sustancias duras.

La membrana plasmática es permeable, y con el microscopio electrónico se ha visto que está formada por cuatro capas monoculares. Hay dos capas de lípidos ( materias grasas ) de tal naturaleza que sus moléculas tienen un extremo no polar hidrófobo - repele el agua -, y el otro polar e hidrófilo - que atrae al agua -. Dado que el medio interno celular es acuoso, lo mismo que el exterior, las moléculas lipídicas han de estar orientadas con sus extremos hidrófobos mirándose, y los hidrófilos apuntando hacia los fluidos que bañan la membrana. Esta doble capa grasa está cubierta por ambos lados, a manera de sandwich, por sendas capas monomoleculares de material no lipídico ( proteínas, mucopolisacáridos, etc. ), más o menos solubles en agua. Este modelo estructural explica bastante bien las propiedades fundamentales de las membranas, así como las imágenes obtenidas al microscopio electrónico; pero el número exacto de capas monomoleculares no se ha precisado.

Pero al hablar de membranas no hay que pensar exclusivamente en un solo tipo. De hecho, tal estructura se repite en gran número de orgánulos celulares, posibles derivados de una membrana citoplasmática original.

Ese proceso de absorción, mencionado antes, se realiza de dos maneras principales: por pinocitosis y por transporte de membrana, que a su vez se subdivide en dos modalidades, pasivo y activo. En la pinocitosis se forma una invaginación o abolsamiento de la membrana celular hacia dentro, y así la célula va tomando pequeñísimos « sorbos » de sustancia fluida que pasará al retículo endoplasmático, del cual se hablará mas tarde. En el proceso de transporte, las sustancias penetran directamente en la matriz del citoplasma atravesando las membranas. De este modo toma también la célula sus alimentos, que luego pasará por un complicado mecanismo para ser utilizado. Las otras formas de absorción la realizan los gases como el anhídrido carbónico y el oxígeno, que se absorben libremente, se trata del transporte pasivo. También hay que destacar el transporte activo, en el que las sustancias se desplazan contra el gradiente de concentración, es decir, del punto de menor concentración al de mayor. Este bombeo se realiza con gasto de energía, y se supone que intervienen enzimas específicos dispuestos en algunos puntos de la membrana, y que actuarían modificando la solubilidad de los materiales en cuestión. Así, por ejemplo, el humor que bañan las células animales es rico en sodio y pobre en potasio, al revés de lo que ocurre en el citoplasma, cosa inexplicable si no se diese transporte activo en ambos sentidos.

3. 2 CITOPLASMA

El citoplasma es una masa no homogénea, transparente, gelatinosa. Químicamente está constituido por agua ( 80% ), sales minerales ( 2% ), grasas y proteínas. Está rodeado por la membrana y formado por la hialoplasma en las células animales o citosol en las vegetales, en donde se encuentran diferentes orgánulos. La hialoplasma es teóricamente un medio celular viscoso de consistencia gelatinosa donde se encuentran los orgánulos.

Los principales orgánulos que podemos encontrar habitualmente en el citoplasma son:

• Retículo endoplasmático rugoso: Se encuentra rodeando al núcleo, y es un conjunto de sáculos membranosos aplanados y unidos entre sí, formando un sistema de láminas de doble membrana. Se trata de una serie de tubos y vesículas aplanadas distribuidos creando una red tridimensional que se comunica con el exterior y con el núcleo. Contiene ribosomas. Las funciones del retículo endoplasmático son: Canal de comunicación que permite el transporte de sustancias y almacén de sustancias, elaboradas o no por la propia célula.

• Retículo endoplasmático liso: Red de canículos y túbulos membranosos que se extienden por todo el citoplasma a diferencia del retículo endoplasmático rugoso. Comunica este orgánulo con el aparato de Golgi y sirve de esqueleto o armazón de la célula.

• Ribosomas: Estos orgánulos están presentes en todas las células y están asociados a el retículo endoplásmico rugoso, formando juntos lo que se denomina el ergatoplasma. Tienen forma de elipsoide suavemente alargado y su tamaño en seco es de 170Å x 170Å x 200Å. Están compuestos de dos subunidades, fácilmente disociables y aislables por ultracentrifugación, que se caracterizan por sus coeficientes de sedimentación. Con frecuencia, los ribosomas se asocian entre ellos para formar complejos denominados polirribosomas o polisomas. Estos desempeñan una función biológica muy importante ya que son el soporte activo de la síntesis proteica celular. Intervienen en la unión del mRNA, del tRNA y en la formación del enlace peptídico durante la síntesis del ribosoma de las paredes celulares. En cuanto a composición podemos distinguir dos tipos de componentes:

a) Componentes de alto peso molecular, que son los ácidos ribonucleicos y las proteínas. Contienen en la célula eucariota un 50% de ARN y un 50% de proteínas.

b) Componentes de bajo peso molecular, que son los iones de magnesio y las di y poliaminas. Los iones magnésicos son necesarios para la integridad estructural del ribosoma; su falta conduce a la disociación de las subpartículas y a la degradación enzimática de RNA ribosómico.

• Aparato de Golgi: Es una de las formaciones celulares cuya existencia se observó ya en 1898, pero cuya misión se desconocía, y aun se desconoce. Está formado por un conjunto de sáculos curvados llamados dictiosomas aplastados que limitan cada uno por una cavidad llamada cisterna. Estos sacos están apilados uno sobre otro y sus bordes se unen a unas pequeñas vacuolas. Es un retículo parecido al R. endoplasmático, aunque es más pequeño. Su contenido es una mezcla de glúcidos y proteínas, y su función es segregar a la célula diversas sustancias.

• Mitocondrias: Tienen forma unas veces maciza, otras alargada, y cuyo tamaño no pasa de unas cuantas micras. Junto con los cloroplastos, se incluyen en el conjunto de orgánulos celulares llamados plastidios, y como aquéllos, son centrales generadoras de energía vital en forma de ATP. El microscopio electrónico ha revelado que consisten en una doble membrana, externa e interna, de unos 185Å de espesor, que envuelven una cavidad o matriz. Como los plastos y demás plastidios, gozan de cierta autonomía dentro de la célula, se multiplican independientemente por división hasta coexistir centenares en una misma célula, e incluso hay pruebas de que no les falta su genética propia. Pero sería demasiado decir que se trata de organismos extraños, cuyas relaciones con el conjunto celular se reduzca a simbiosis.

La envoltura externa es relativamente poco accidentada, pero la interna se repliega y avanza por toda la cavidad formando caprichosos rizos, tabiques y túbulos. Todos estos accidentes se conocen como crestas mitocondriales, y su misión es aumentar la superficie activa de las mitocondrias. La doble membrana mitocondrial es de naturaleza fosfolípido-proteinica, y seguramente se reduce al modelo general de unidad de membrana. Distintos análisis han demostrado la existencia de pequeñas cantidades de ácidos nucleicos.

Las mitocondrias son los órganos respiratorios de las células. Tomando las debidas precauciones se pueden separar mitocondrias intactas, y lo que es más, activas, con el equipo completo de enzimas y complejos capaces de oxidar sustancias para obtener electrones, y a expensas de la energía libre de éstos generar ATP. Más todavía, el fraccionamiento racional de las mitocondrias ha permitido descomponer el proceso en partes, ensayar su reconstrucción, y aventurar modelos que expliquen a nivel molecular los mecanismo íntimos de la respiración. En las verrugas de la membrana externa estarían localizadas ciertas partículas responsables de reacciones oxidativas, como las que se forman en el Ciclo de Krebs. Estas reacciones representan un suministro o flujo constante de electrones energéticos que a través de moléculas de piridin-nucleótido pasan a la membrana interna. En las crestas mitocondriales es donde tiene lugar el transporte de electrones a lo largo de la cadena de citocromos, hasta su cesión final al oxígeno. Cada pareja de electrones que se ceden significan la formación de una molécula de agua y sobre todo de tres moléculas de ATP.

• Lisosomas: Orgánulos en cierto modo antagonistas de los ribosomas: si éstos sirven para la síntesis de proteínas, los primeros son diminutas bolsitas que contiene enzimas digestivos ( nucleasas, fosfatasas, sulfatas, etc. ). Los lisosomas son de tamaño comparable a las mitocondrias, se encuentran en muchas células animales, si es que no en todas. Cuando están intactos, la digestión de sustancias se realiza normalmente; en cambio si se rompe su membrana, los enzimas se liberan y su acción alcanza a la propia sustancia celular. Los lisosomas vacían normalmente su contenido en vacuolas digestivas, entre las que figuran vacuolas autofágicas, en donde se digieren materiales inútiles de la propia célula ( por ejemplo, mitocondrias agotadas ). Los lisosomas son también responsables de la autofogía celular, que se da no sólo en tejidos muertos o necróticos sino también en los procesos normales de resorción de tejidos ( como el de la cola de los renacuajos ).

• Vacuolas: Son cavidades que contienen diversos líquidos menos densos que el resto del protoplasma. Se separan del citoplasma por una membrana llamada tonoplasma, y su contenido se llama jugo celular. Tiene su origen en el retículo endoplasmático, dentro del cual lo estudian algunos autores y tienen importancia por sus fenómenos de absorción. Son grandes y numerosas en las células vegetales, pequeñas y escasas en las animales. El jugo celular es una disolución acuosa de sustancias muy variadas, algunas de las cuales cristalizan, encontrándose en forma sólida, bien dentro de las vacuolas, o quedan libres en el citoplasma; entonces reciben el nombre de inclusiones. Sus funciones son diversas. Por ejemplo, las vacuolas digestivas se encargan de digerir las sustancias sólidas que las células fagocitaron, y las vacuolas pulsátiles, propias de los protozoos como las primeras, se encargan de mantener la posición osmótica del protoplasma celular

• Citocentro: Es un orgánulo de aspecto variable dentro de la misma célula, pero que representa un gránulo central o centríolo con frecuencia dividido en dos ( diplosomas ) y rodeándole un espacio esferoidal o centrosfera de la que parten una serie de filamentos o aster. Al microscopio electrónico se demostraría este confuso esquema. El centríolo está formado por dos órganos cilíndricos cruzados en ángulo recto. En las paredes de estos cilindros hay nueve grupo de dos o tres microtúbulos longitudinales. Estos dos cilindros se dividen en dos cada uno, para formar los diplosomas. ( Estos son cuatro cilindros agrupados en dos dobletes separados ). La centrosfera y el aster no constituyen parte integrante del centríolo; son alteraciones del citoplasma, inducidas por la actividad de aquél. El centríolo es un órgano matriz de la célula, que provoca los movimientos en los cromosomas en la división celular, y el movimiento de los órganos vibrátiles de ciertas células. Estos órganos son los cilios y flagelos, cuya estructura es muy similar a la de los cilindros componentes del centríolo.

• Flagelos y cilios: Apéndices móviles de algunas células de aspecto filamentoso. Están formadas por una membrana envolvente, continuación de la membrana plasmática de la célula, y de su misma constitución. En su interior hay once fibras longitudinales rectas, dos en el centro y nueve en la zona cortical, que en realidad son dobles, son dieciocho. En la base de cada flagelo o cilio hay un gránulo basal que es un citocentro, cuyos nueve microtúbulos periféricos dobles son prolongación de lo de los órganos vibrátiles. Los dos microtúbulos centrales de estos se prolongan, sin embargo en uno único. Los órganos vibrátiles se originan a partir de sus gránulos basales, los centríolos. Estos provienen de la división del centríolo de la célula, que se desplaza para formar el flagelo o el cilio correspondiente.

• Plastos: Estos orgánulos sólo se presentan en las células vegetales. Su tamaño y su forma pueden variar, pero en cada tejido sólo se encuentran de un tipo. Los más característicos son los cloroplastos, que dan el color verde a las plantas. Presentan una estructura parecida a la de las mitocondrias, con una doble membrana externa y una matriz en el interior. Los plastos contienen moléculas de clorofila, lo que hace posible la fotosíntesis. Existen plastos incoloros, llamados leucoplastos y otros formados a partir de carotina o xantófila, llamados cromoplastos.

3.3 NÚCLEO

Es un grueso corpúsculo celular más refringente que el resto del citoplasma. Su tamaño oscila entre 5 y 30 u, aunque hay núcleos gigantes de hasta 5mm. Generalmente es esferoidal, pero puede ser alargado. El núcleo es único, aunque existen células binucleadas, como las del hígado de los mamíferos. Algunos ciliados tienen dos núcleos también, como el paramaecio. En su fase de reposo, presenta una membrana que le separa del citoplasma, un jugo nuclear, un retículo llamado cromatina, y unos o varios nucléolos. Durante la división celular se transforma; la membrana y el nucléolo desaparecen, y la cromatina se diferencia en los cromosomas.

• Membrana nuclear: Parece ser parte integrante de la membrana plasmática y el retículo endoplasmático. Es doble, y su lámina exterior se continúa a veces con la membrana del RE, por lo que el espacio que existe entre las dos se prolonga con los canales del RE. Se supone derivan de la membrana plasmática, pero presenta unos poros considerables que no aparecen en ninguna otra estructura celular.

• Jugo nuclear: Líquido que se encuentra en el interior de la membrana, en el que se hallan sumergidos los elementos del núcleo.

• Nucléolo: Cuerpo esférico que se encuentra en el interior del núcleo. A veces es doble o hay varios. Contiene ARN.

• Cromatina y cromosomas: La cromatina es una masa de largos filamentos que forman un retículo indiferenciado. Cuando el núcleo empieza a dividirse, estos filamentos se hacen visibles. Constituyen una serie de corpúsculos en forma de bastoncitos agrupados por parejas, llamados cromosomas. Estas parejas son homólogos, y su número y forma son fijos para cada especie animal y vegetal. Su conjunto y características constituyen el cariotipo de cada individuo. La especie humana tiene 46 cromosomas, la abeja 32, la cebolla 16 y la mosca de la fruta, utilizada con frecuencia para hacer experiencias en genética, 12.

5. CONCLUSIONES DEL TRABAJO

Este trabajo que he realizado me ha servido principalmente para ampliar mis conocimientos. Muchas conceptos ya los conocía debido ha que este tema lo había estudiado, pero este trabajo se ha hecho profundizando más que antes en estos temas. Se han aclarado algunas dudas y lo que más me ha gustado al realizar este trabajo ha sido el mirarlo desde otro punto de vista. Con esto me refiero que al haber aprendido bastantes cosas en biología, muchos términos, conocimientos, teorías, etc., me han resultado muy familiares, lo que me ha ayudado a escribir este trabajo y a comprender la mayoría de los conceptos. Hablando de la célula, a uno le fascina como el organismo es tan inteligente y hace cosas verdaderamente curiosas, como una cosa tan pequeña como una célula puede reproducirse, alimentarse, respirar, comunicarse, moverse en algunos casos… . Personalmente creo que nuestro cuerpo es una máquina muy compleja.

6. BIBLIOGRAFÍA

4. Libro de BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA de 3º de E.S.O. Ed. Edelvives

5. CIENCIA ACTUAL C. Naturales de 6º E.G.B. Ed. Anaya

6. CIENCIAS DE LA NATURALEZA de 1º de E.S.O. Ed. McGrawHill

MORFOLOGÍA

CELULAR

Fecha: 14 - 1 - 97

Curso: 3ºB E.S.O.

INDICE

1. Exposición de objetivos……………………………………………………pág. 2

3.1 Membrana celular…………………………………………………pág. 3

3.2 Citoplasma………………………………………………………..pág. 4

3.3 Núcleo…………………………………………………………….pág. 7

4. Dibujos……………………………………………………………………..pág. 8

5. Conclusiones del trabajo……………………………………………………pág. 9

6. Bibliografía…………………………………………………………………pág. 10