Respondemos en grupo

Responded a las siguientes cuestiones:

• ¿Qué es una célula?

• ¿Qué tienen en común todas las células?

• ¿Qué tipos de células existen?

• ¿Cómo se reproducen las células?

Los seres vivos, como el resto de materia del universo, están formados por átomos que se combinan entre sí. Sin embargo, la complejidad química y estructural de la materia viva es mucho mayor. Esto es debido a la gran versatilidad química de las biomoléculas y al hecho de que los seres vivos se organizan en una serie de niveles de diferente complejidad que van mucho más allá de las moléculas.

1.1 Niveles de organización de los seres vivos

Cada uno de estos niveles está formado por elementos del nivel anterior y, a su vez, se organizan en el siguiente nivel. Con cada nivel, la materia adquiere propiedades nuevas, que no estaban presentes en el nivel anterior y que llamamos propiedades emergentes, por ejemplo al asociarse entre sí todos los tejidos que forman el corazón se adquiere la capacidad de bombear sangre.

Existen seres vivos que no presentan todos los niveles de organización. Algunos organismos, como por ejemplo los protozoos, son unicelulares y solo alcanzan el nivel celular. Otros organismos, como por ejemplo las algas, son pluricelulares pero no forman tejidos.

Dentro del ecosistema, consideramos niveles superiores los organismos, ya que estos se asocian en poblaciones, y las poblaciones, en comunidades.
 

1.2 Las biomoléculas

Las biomoléculas orgánicas

La biomoléculas orgánicas, también denominadas macromoléculas, son muy complejas. Estas moléculas son exclusivas de los seres vivos. Las principales son las siguientes:
 

• Los glúcidos pueden ser complejos como la celulosa, que forma las paredes de las células vegetales; o sencillos, como la glucosa, que proporciona energía a la célula.
• Los lípidos son sustancias de naturaleza química muy diversa. Algunos, como los triglicéridos, sirven de reserva energética para la célula; otros, como el colesterol, tienen un papel estructural; otros lípidos forman parte de moléculas que regulan procesos del organismo, como, por ejemplo, las hormonas sexuales.
• Las proteínas son el segundo componente estructural de los seres vivos, después del agua. Realizan gran variedad de funciones; por ejemplo, los enzimas catalizan las reacciones químicas; la hemoglobina de los glóbulos rojos transporta el oxígeno en la sangre; otras proteínas regulan el intercambio de sustancias a través de la membrana plasmática.
• Los ácidos nucleicos son el ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico). Estas moléculas contienen la información genética, que transmiten a la descendencia, y se emplean para controlar las funciones celulares.

2.1 El descubrimiento de la célula

Las células que forman los seres vivos son microscópicas. Su tamaño se encuentra muy por debajo del límite de resolución del ojo humano, por lo que solo pudieron ser estudiadas tras la invención del micros-copio.

Las primeras células fueron observadas en 1665 por el científico británico Robert Hooke con un microscopio que construyó él mismo. Utilizó el término célula para describir cada una de las «celdillas» que componían una fina lámina de corcho. Aunque lo que observó este científico eran en realidad las paredes celulares de células muertas, su descubrimiento supuso el inicio de la biología celular.

2.2 La teoría celular

Tras el descubrimiento de Hooke y con el perfeccionamiento del microscopio avanzó el conocimiento de la célula. En 1838 y 1839, tras numerosas observaciones de muestras vegetales y animales, el botánico Matthias Schleiden y el zoólogo Theodor Schwann llegaron a la conclusión de que todos los seres vivos están formados por células.

La teoría celular se basa en tres postulados:

• La célula es la unidad estructural de los seres vivos. Es decir, todos los seres vivos están formados por células y una sola célula puede constituir un organismo.
• La célula es la unidad funcional de los seres vivos. La célula es la mínima unidad de vida; es decir, la parte más pequeña de un ser vivo capaz de realizar las tres funciones vitales.
• Toda célula procede de otra célula, mediante la reproducción.​

2.3 Cómo son las células

Aunque las células son la unidad común de los seres vivos, no todas son iguales, ni tienen la misma complejidad u organización celular.

Existen una serie de estructuras comunes a todos los tipos celulares (membrana plasmática, citoplasma, ADN y ribosomas); otras son específicas de algunas células (cloroplastos, cilios, flagelos, etc.).

Tipos de células

Dependiendo de dónde se localice el ADN en la célula, se habla de dos tipos de organización celular:

• Las células procariotas. Son células sencillas, de pequeño tamaño, que no tienen núcleo ni orgánulos membranosos. Su material genético se encuentra disperso en el citoplasma. Las células bacterianas son procariotas.
• Las células eucariotas. Son células más complejas, de mayor tamaño. Presentan un núcleo, que contiene el material genético y gran variedad de orgánulos membranosos. Existen dos tipos de células eucariotas: las de tipo animal, que forman parte de organismos como los animales, los protozoos y los hongos; y las de tipo vegetal, que constituyen organismos como las plantas y las algas.

Estructuras comunes a todas las células

Las estructuras comunes a todas las células son:
 

• La membrana plasmática, que es la fina envoltura que rodea la célula y separa su contenido del exterior. Regula el intercambio de sustancias con el medio.
• El citoplasma, que es la sustancia gelatinosa que rellena la célula y el medio en el que se encuentra el contenido celular.
• El ADN, que es una sustancia química compleja. Constituye el material genético de la célula.
• Los ribosomas, que son pequeñas partículas en las que se sintetizan las proteínas.

Las primeras células que aparecieron sobre la superficie de la Tierra hace unos 4000 millones de años eran células muy sencillas, probablemente parecidas a las bacterias actuales.

Las células procariotas constituyen el tipo de organización celular más sencillo, no tienen un núcleo que separe el material genético del citoplasma, ni orgánulos rodeados de membrana que realicen funciones específicas. Por ello, las funciones celulares básicas tienen lugar en el citoplasma de estas células.

El éxito evolutivo de las células procariotas les ha permitido colonizar todos los ambientes de nuestro planeta.

3.1 Cómo son las células procariotas

3.2 Las funciones vitales en las bacterias

Nutrición

Las células procariotas pueden ser autótrofas o heterótrofas.

• La mayoría de las bacterias autótrofas son fotosintéticas y por lo tanto sintetizan compuestos orgánicos a partir de la materia inorgánica del medio, utilizando la energía de la luz solar. Sin embargo, existen bacterias que realizan un proceso autótrofo denominado quimiosíntesis, en el que sintetizan compuestos orgánicos, utilizando la energía que se libera en determinadas reacciones químicas que llevan a cabo.
• Las bacterias heterótrofas pueden ser parásitas, saprófitas o simbióticas.

Relación

Algunas bacterias se desplazan gracias a la presencia de flagelos, realizando un movimiento vibrátil. Otras bacterias permanecen inmóviles y no tienen estructuras especializadas en el desplazamiento. Normalmente viven aisladas pero en ocasiones se agrupan formando colonias.

Reproducción

Las bacterias se reproducen mediante bipartición. Las células duplican su ADN y escinden su citoplasma en dos mitades, cada una de las cuales recibe un cromosoma bacteriano y una parte del contenido celular.
 

Las células eucariotas, más grandes y con mayor grado de complejidad que las células procariotas, se caracterizan por tener un núcleo delimitado por una membrana, en cuyo interior se halla protegido el material genético o ADN. Además, presentan multitud de orgánulos celulares especializados en realizar determinadas funciones.

El tamaño de las células eucariotas oscila entre 10 y 100 μm. En cuanto a la forma, es muy variable, ya que depende de la función, de la edad y del organismo, es decir, si se trata de un organismo unicelular o de una célula especializada que forma parte de un tejido.

4.1Así son las células eucariotas

Todas las células eucariotas tienen grandes similitudes:

• Tienen núcleo; es decir, su ADN se encuentra rodeado por una membrana.
• Tienen citoesqueleto, que es una red de filamentos que da forma a la célula y permite su movimiento.
• Tienen una gran variedad de orgánulos. Algunos de estos orgánulos, como los ribosomas, las mitocondrias, el aparato de Golgi, el retículo endoplasmático (RE), los lisosomas y otras vesículas están presentes en todas las células eucariotas; pero otros son específicos de las células de determinados organismos como los cloroplastos y las grandes vacuolas, entre otros.

4.2Tipos de células eucariotas

Las células eucariotas forman la mayoría de los seres vivos y se clasifican en:

• Células eucariotas de tipo animal, como las que conforman los animales y algunos organismos unicelulares como los protozoos. Estas células tienen centriolos y, en ocasiones, unas estructuras para el movimiento (cilios y flagelos).
• Células eucariotas de tipo vegetal, presentes en las plantas y las algas. Tienen pared celular, orgánulos exclusivos como los cloroplastos, especializados en realizar la fotosíntesis, y las grandes vacuolas en las que almacenan sustancias.
   

4.3 Las funciones de los orgánulos de las células

Las funciones de los principales orgánulos de las células eucariotas se recogen en las tablas siguientes.

4.4 El núcleo celular

• El nucleoplasma. Es el medio acuoso que rellena el núcleo, donde se produce la síntesis de los ácidos nucleicos.
• El nucléolo. Es una estructura esférica, formada por ADN, ARN y proteínas. Su función es sintetizar y organizar los ribosomas; por ello, su tamaño es mayor en las células con intensa síntesis proteica, en las que puede aparecer más de un nucléolo.
• La cromatina. Es el material genético de la célula, el componente más importante del núcleo. Está formada por ADN unido a proteínas. Al microscopio electrónico se muestra como una maraña de fibras entremezcladas.
   

Número de cromosomas

Las células de todos los individuos de una especie tienen un número constante de cromosomas. En los organismos con reproducción sexual, cada cromosoma tiene su cromosoma homólogo, que contiene el mismo tipo de información. De este modo, existen dos juegos completos de cromosomas, uno procedente de cada progenitor. Esto significa que la célula es diploide, o sea, que tiene dos juegos de n tipos de cromosomas o 2n cromosomas. Si una célula tiene un único juego de cromosomas o n cromosomas, se dice que es haploide.

En la especie humana (diploide), las células contienen 46 cromosomas; es decir, 23 parejas de cromosomas homólogos. Una de estas parejas de cromosomas determina el sexo, son los cromosomas sexuales, que son el X y el Y. Las mujeres portan dos cromosomas X, mientras que los hombres portan un cromosoma X y otro cromosoma Y.

5.1La nutrición

Obtención de materia

Según la forma de obtener la materia, existen dos tipos de nutrición celular:

• La nutrición heterótrofa. Consiste en obtener biomoléculas orgánicas procedentes de otra célula u organismo. Las moléculas orgánicas simples (como la glucosa) pueden ser incorporadas directamente por la célula; las complejas necesitan ser digeridas y transformadas en moléculas más simples. Las células de los animales, los hongos y muchos protoctistas son heterótrofas.
   
• La nutrición autótrofa. Consiste en sintetizar biomoléculas orgánicas (como la glucosa) a partir de materia inorgánica (CO₂ y agua), empleando una fuente de energía externa (la energía luminosa procedente del Sol). Este proceso, llamado fotosíntesis, además de la glucosa, genera oxígeno, que será utilizado por la célula en otros procesos celulares. La fotosíntesis se lleva a cabo en los cloroplastos de las células de las plantas y de las algas.

Obtención de energía

• La respiración celular. Todas las células eucariotas realizan el proceso denominado respiración celular, que tiene lugar en las mitocondrias donde las moléculas de glucosa, en presencia de oxígeno, se transforman en dióxido de carbono (CO₂) y en agua. En este proceso se libera gran cantidad de energía.
  
  Parte de esta energía se emplea para realizar funciones celulares; otra parte se pierde en forma de calor; y, finalmente, otra es utilizada en reacciones químicas diversas.
   
• La fermentación. Algunas células, como por ejemplo las levaduras y algunos tipos de bacterias, tienen la capacidad de degradar la materia orgánica en ausencia de oxígeno. Este proceso se denomina fermentación y genera residuos orgánicos, como por ejemplo el alcohol.

5.2La relación

Las células detectan estímulos y responden ante ellos, siendo una sola célula la que realiza todos los procesos. Las respuestas son sencillas, generalmente son movimientos y secreción de sustancias.

Existen tres tipos de movimiento celular:
 

• Movimiento vibrátil. Se realiza mediante cilios y flagelos, que son prolongaciones del citoplasma que contienen fibras similares a las del citoesqueleto.
• Movimiento contráctil. Se debe a fibras del citoesqueleto que se contraen y se estiran, modificando la longitud de la célula.
• Movimiento ameboide. Se produce gracias a prolongaciones del citoplasma, denominadas pseudópodos, dirigidas por el citoesqueleto.

6.1Cómo se reproducen las células eucariotas

En los organismos unicelulares, la división celular tiene como objetivo la reproducción del organismo; en los organismos pluricelulares, la división celular sirve para que el organismo crezca y para que regenere sus tejidos; es decir, reponga las células que van muriendo.

Existen diferentes mecanismos de división celular en eucariotas:

• La bipartición. La célula duplica su ADN y genera dos células hija genéticamente idénticas y del mismo tamaño. Entre las células eucariotas que se dividen por bipartición destacan los protozoos.
• La gemación. La célula duplica su ADN y genera una yema, que se desarrolla y se separa de la célula madre. Se forman dos células hija, genéticamente idénticas, pero de diferente tamaño. Así se reproducen hongos unicelulares como las levaduras.
• La esporulación o división múltiple. La célula genera múltiples copias de su ADN, que se rodean de una porción de citoplasma. La membrana de la célula progenitora se rompe, liberándose las esporas. Los hongos, muchas plantas y algunos protozoos se reproducen así.
   

6.2 El ciclo celular

En las células eucariotas, el ciclo celular es muy complejo. Se divide en dos períodos, la interfase y la fase mitótica.

La interfase

Es una larga etapa durante la cual la célula crece, duplica su ADN y se prepara para la división. Consta de las fases siguientes:

• Fase G1 o de primer crecimiento. La célula hija, que acaba de nacer, aumenta de tamaño y multiplica sus orgánulos.
• Fase S o de síntesis del ADN. La célula realiza una copia exacta de su material genético (duplicación o replicación del ADN).
• Fase G2 o de segundo crecimiento. La célula experimenta una nueva etapa de crecimiento y alcanza el tamaño adecuado para la división celular. Los centriolos se duplican en esta etapa.

Fase mitótica o de división celular

Es una breve etapa durante la que la célula divide primero su núcleo y después su citoplasma.
 

• Mitosis o fase M. La célula divide su núcleo, es decir, se reparte el material genético entre las dos células que se están formando. La mitosis consta de cuatro fases, denominadas profase, metafase, anafase y telofase.
• Citocinesis. La célula divide su citoplasma y sus orgánulos entre las dos células hija que contienen idéntica dotación cromosómica que la madre.
   

7.1La mitosis

Significado biológico de la mitosis

En los organismos pluricelulares, la mitosis tiene como función permitir el crecimiento del individuo mediante divisiones sucesivas y la renovación de las células deterioradas. En los organismos unicelulares, la mitosis es un mecanismo de reproducción asexual, que permite aumentar el número de organismos de una especie.
 

7.2 La citocinesis

La citocinesis varía de un tipo celular a otro, debido a la diferente estructura de sus envolturas externas. Las células eucariotas de tipo animal solo están envueltas por la membrana plasmática, por lo que pueden deformarse fácilmente. Por el contrario, en las células eucariotas de tipo vegetal, la membrana está rodeada de una gruesa y rígida pared celular, que impide su deformación.
 

Dispones de un taller de ciencias para estudiar la mitosis.

8.1La reproducción sexual

En la reproducción sexual se requieren dos progenitores para formar un nuevo individuo, y el descendiente es una combinación de las características de sus progenitores.

• Los organismos con reproducción sexual tienen dos tipos de células:
• Las que están formando parte del cuerpo son las denominadas células somáticas, que son células diploides (2n).

Las células especializadas en la reproducción, denominadas células germinales, que son diploides (2n) pero que, a través de una división especial llamada meiosis dan lugar a las células sexuales o gametos, que son haploides (n).

De esta manera, cuando sucede la fecundación, el gameto masculino (n) se une al gameto femenino (n), para dar lugar al cigoto o célula huevo (2n), es decir con el mismo número de cromosomas que sus progenitores.

8.2 La meiosis

Significado biológico de la meiosis

• La meiosis es un proceso indispensable para reducir a la mitad el número de cromosomas durante la formación de las células sexuales. Así, a partir de células diploides (2n), con dos juegos completos de cromosomas, se obtienen células haploides (n), con un único juego de cromosomas.
• Durante la meiosis, como verás en detalle en las páginas siguientes, se produce el denominado sobrecruzamiento, o intercambio de fragmentos de cromátidas hermanas, entre cromosomas homólogos. Este intercambio de información hace que se obtengan células genéticamente distintas a la célula madre, lo que genera la denominada variabilidad genética, es decir, modificaciones en la información genética que producen organismos diversos.

El proceso de la meiosis

Como verás en las páginas siguientes, la meiosis consta de dos divisiones consecutivas; entre ambas no hay duplicación del ADN, ya que este solo se duplica en la interfase:

• La primera división meiótica separa las parejas de cromosomas homólogos. Consta de profase I, metafase I, anafase I y telofase I.
• La segunda división meiótica separa las dos cromátidas hermanas de cada cromosoma. Consta de profase II, metafase II, anafase II y telofase II, tras la que se produce la citocinesis.