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L a G r a n E n
c i c l o p e d i a I l u s t r a d a d e l
P r o y e c t o S a l ó n H o g a r
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LA
CÉLULA
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imagenes y mas datos sobre la célula
Contenido Revisado
Al cuerpo de
todos los seres vivos está formado por unidades microscópicas
llamadas células y son la unidad vital básica de los mismos. Algunos
seres están compuestos por una sola célula,
unicelulares, o por muchas,
pluricelulares.
Dentro del ser vivo, las células tienen
diferentes formas de acuerdo a las funciones que cumplen.
Aquellas semejantes se agrupan en conjuntos llamados tejidos, que a
su vez se reúnen para formar los órganos del cuerpo.
Para reproducirse, las células se dividen en dos, produciendo dos
células hijas idénticas a la célula madre que les dio origen. A este
proceso se lo llama
reproducción asexual.
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 Célula,
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
son organismos pluricelulares que 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.
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2 |
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Características generales de
las células
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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). Las
células vegetales tienen
habitualmente más de 100 µm de
longitud (pudiendo alcanzar los
2-5 cm en las algas verdes) y forma
poligonal, ya que están encerradas
en una 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 están envueltas en una
membrana —llamada membrana
plasmática— que encierra una
sustancia rica en agua llamada
citoplasma. 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). 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.
En los organismos vivos
no hay nada que
contradiga las leyes de
la química y la física.
El 99% del peso de una
célula está dominado por
6 elementos químicos:
carbono, hidrógeno,
nitrógeno, oxígeno,
fósforo y azufre. El
agua representa el 70%
del peso de una célula,
y gran parte de las
reacciones
intracelulares tienen
lugar en el medio acuoso
y en un intervalo de
temperaturas pequeño. La
química de los seres
vivos, objeto de estudio
de la bioquímica, está
dominada por moléculas
de carbono. La química
de los organismos vivos
es muy compleja, más que
la de cualquier otro
sistema químico conocido.
Está dominada y
coordinada por polímeros
de gran tamaño (macromoléculas),
moléculas formadas por
encadenamiento de
moléculas orgánicas
pequeñas que se
encuentran libres en el
citoplasma celular. En
una célula existen 4
familias de moléculas
orgánicas pequeñas:
azúcares (monosacáridos),
aminoácidos, ácidos
grasos y nucleótidos.
Los tipos principales de
macromoléculas son las
proteínas, formadas por
cadenas lineales de
aminoácidos; los ácidos
nucleicos, ADN y ARN,
formados por nucleótidos,
y los oligosacáridos y
polisacáridos, formados
por subunidades de
monosacáridos. Los
ácidos grasos, al margen
de suponer una
importante fuente
alimenticia para la
célula, son los
principales componentes
de la membrana celular.
Las propiedades únicas
de todos estos
compuestos permiten a
células y organismos
alimentarse, crecer y
reproducirse.
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2.2 |
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Células procarióticas y eucarióticas
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Entre las células procarióticas y eucarióticas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna. Las procarióticas, que comprenden bacterias y cianobacterias (bacterias fotosintéticas), son células pequeñas, de entre 1 y 10 µm de diámetro, y de estructura sencilla; carecen de citoesqueleto, retículo endoplasmático, cloroplastos y mitocondrias. 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 100 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’.
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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
una
doble
capa
de
moléculas
de
lípidos
y
proteínas,
de
entre
4 y
5
nanómetros
(nm)
de
espesor
y
actúa
como
una
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
específicas
de
transporte
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 rígida compuesta mayoritariamente de polisacáridos (el más abundante 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.
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 5-8 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, que aparece enrollada, y 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 compuesta por dos bicapas lipídicas, 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 sintetiza el ARN ribosómico (ARNr), necesario para formar las dos subunidades inmaduras integrantes del ribosoma, que migran al citoplasma a través de los poros nucleares, donde se unirán para constituir los ribosomas funcionales
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El núcleo controla la síntesis de proteínas en el citoplasma enviando mensajeros moleculares. En él se produce la síntesis de cadenas largas de ARN nuclear heterogéneo a partir de las instrucciones contenidas en el ADN (transcripción). Estas cadenas se modifican (transformación) para convertirse en fragmentos más cortos de ARN mensajeros (ARNm) que sólo en un pequeño porcentaje salen al citoplasma a través de los poros nucleares. Una vez en el citoplasma, el ARNm se acopla a los ribosomas y codifica la estructura primaria de una proteína específica (traducción).
El citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo. En él tienen lugar la mayor parte de las reacciones metabólicas de la célula. Está compuesto por el citosol, una solución acuosa concentrada que engloba numerosas estructuras especializadas y orgánulos.
El 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 del metabolismo 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 citoesqueleto es una red de filamentos proteicos del citosol que ocupa el interior de todas las células animales y vegetales. Adquiere una relevancia especial en las animales, que carecen de pared celular rígida, pues el citoesqueleto mantiene la estructura y la forma de la célula. Actúa como bastidor para la organización de la célula y la fijación de orgánulos y enzimas. También es responsable de muchos de los movimientos celulares. En muchas células, el citoesqueleto no es una estructura permanente, sino que se desmantela y se reconstruye sin cesar. Se forma a partir de tres tipos principales de filamentos proteicos: microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios, unidos entre sí y a otras estructuras celulares por diversas proteínas accesorias.
Los movimientos de las células eucarióticas están casi siempre mediatizados por los filamentos de actina o los microtúbulos. Muchas células tienen en la superficie pelos flexibles llamados cilios o flagelos, que contienen un núcleo formado por un haz de microtúbulos capaz de desarrollar movimientos de flexión regulares que requieren energía. Los espermatozoides nadan con ayuda de flagelos, por ejemplo, y las células que revisten el intestino y otros conductos del cuerpo de los vertebrados tienen en la superficie numerosos cilios que impulsan líquidos y partículas en una dirección determinada. Se encuentran grandes haces de filamentos de actina en las células musculares donde, junto con unos filamentos de otra proteína llamada miosina, generan contracciones poderosas. Los movimientos asociados con la división celular dependen en animales y plantas de los filamentos de actina, mientras que los microtúbulos distribuyen los cromosomas y otros componentes celulares entre las dos células hijas en fase de segregación. Las células animales y vegetales realizan muchos otros movimientos para adquirir una forma determinada o para conservar su compleja estructura interna.
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2.7 |
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Mitocondrias y cloroplastos
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Las mitocondrias son uno de los orgánulos más conspicuos del citoplasma; contienen su propio ADN 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: una externa, que delimita el espacio intermembranoso y otra interna, muy replegada, que engloba la matriz mitocondiral. Las mitocondrias son los orgánulos productores de energía (ATP). 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, que también poseen su propio ADN, y que sólo se encuentran en las células de plantas y algas. Su estructura es aún más compleja que la mitocondrial: además de las dos membranas de la envoltura, que no se repliegan formando crestas, los cloroplastos tienen numerosos sacos internos en forma de disco (denominados tilacoides), interconectados entre sí, que están formados por una membrana que encierra 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 acompañada de liberación de oxígeno. Los cloroplastos producen tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno que utilizan las mitocondrias.
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Núcleos,
mitocondrias
y
cloroplastos
no
son
los
únicos
orgánulos
internos
de
las
células
eucarióticas
delimitados
por
membranas.
El
citoplasma
contiene
también
muchos
otros
orgánulos
envueltos
por
una
membrana
única
que
desempeñan
funciones
diversas.
Los
más
importantes
son
el
retículo
endoplasmático,
el
aparato
de
Golgi,
los
lisosomas
y
los
peroxisomas.
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. Una parte importante de la membrana del retículo endoplasmático aparece cubierta por ribosomas adheridos a su superficie. 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 primaria de numerosas macromoléculas y de partículas absorbidas desde el exterior celular. 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 que puede ser letal 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.
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2.9 |
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Secreción y endocitosis
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Una de las funciones más importantes de las vesículas es transportar materiales hacia la membrana plasmática y desde ella hacia el interior de la célula; constituyen de este modo un medio de comunicación entre el interior celular y el medio externo. Hay un intercambio continuo de materiales entre el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi, los lisosomas y el exterior celular. Dicho intercambio está mediado por pequeñas vesículas delimitadas por membrana que se forman por gemación a partir de una membrana y se fusionan con otra. Así, en la superficie celular siempre hay porciones de membrana plasmática que se invaginan y separan para formar vesículas que transportan hacia el interior de la célula macromoléculas y partículas capturadas en el medio externo; este fenómeno se llama endocitosis, y permite a la célula engullir partículas muy grandes e incluso células extrañas completas. Existen dos tipos de endocitosis: la pinocitosis, que consiste en la ingestión de líquidos y solutos; y la fagocitosis, para la ingestión de grandes partículas. El fenómeno opuesto, llamado secreción o exocitosis, es la fusión de las vesículas internas con la membrana plasmática seguida de la liberación de su contenido al medio externo; es también común en muchas células.
Las plantas y los animales están formados por miles de millones de células individuales organizadas en tejidos y órganos que cumplen funciones específicas. Todas las células de cualquier planta o animal han surgido a partir de una única célula inicial —el óvulo fecundado— por un proceso de división. El óvulo fecundado se divide y forma dos células hijas idénticas, cada una de las cuales contiene un juego de cromosomas idéntico al de la célula parental. Después, cada una de las células hijas vuelve a dividirse de nuevo, y así continúa el proceso. Salvo en la primera división del óvulo, todas las células crecen hasta alcanzar un tamaño aproximado al doble del inicial antes de dividirse. En este proceso, llamado mitosis, se duplica el número de cromosomas (es decir, el ADN) y cada uno de los juegos duplicados se desplaza sobre una matriz de microtúbulos (huso mitótico) hacia un polo de la célula en división, y constituirá la dotación cromosómica de cada una de las dos células hijas que se forman.
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Las células que constituyen los distintos tejidos de un organismo pluricelular suelen presentar diferencias muy notables en estructura y función a pesar de tener genomas idénticos. Las diferencias entre una célula nerviosa, una célula hepática y un eritrocito de un mamífero, por ejemplo, son tan extremas que cuesta creer que todas ellas contengan la misma información genética. Como todas las células de un animal o vegetal se forman a través de divisiones sucesivas de un único óvulo fecundado, casi todas ellas tienen la misma información genética. Se diferencian unas de otras porque sintetizan y acumulan juegos distintos de moléculas de ARN y proteínas sin alterar la secuencia del ADN. Este proceso, llamado diferenciación, se basa en la activación y desactivación selectiva de genes en una sucesión programada. Con frecuencia, los cambios en la expresión génica son heredables y, por tanto, las células pueden estar hereditariamente predispuestas a desarrollarse hacia un tipo especializado de células antes del inicio del proceso de diferenciación. Estos cambios orquestados de las características celulares suelen ser irreversibles, de modo que una célula nerviosa humana no puede transformarse en leucocito ni volver al estado de división rápida característico de las células embrionarias inmaduras de las que procede.
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3.2 |
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Uniones intercelulares
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Para formar un organismo pluricelular, las células no sólo deben diferenciarse en tipos especializados, sino también unirse para constituir tejidos y órganos. Los organismos eucariotas han satisfecho esta necesidad de distintas formas a lo largo de la evolución. En las plantas superiores, las células no sólo se mantienen conectadas por puentes citoplásmicos llamados plasmodesmos, sino que además están sólidamente unidas entre sí a través de las paredes celulares rígidas de celulosa que las envuelven y que ellas mismas han generado. En casi todos los animales, las células están unidas por una red laxa de grandes moléculas orgánicas extracelulares (la llamada matriz extracelular) y por adherencia entre membranas plasmáticas. La matriz está compuesta fundamentalmente por 3 proteínas productoras de fibras: colágeno, elastina y fibronectina. Además, las células que están en contacto directo se conectan por unas zonas de la membrana plasmática denominadas uniones celulares. A menudo, las uniones entre células permiten que éstas se dispongan en forma de capa pluricelular o epitelio. Las láminas epiteliales suelen formarse a partir del límite externo de los tejidos y órganos, y constituyen una barrera superficial que regula la entrada y salida de materiales.
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Durante
el
desarrollo
del
embrión,
cada
tipo
de
célula
queda
programada
para
responder
de
una
forma
concreta;
por
tanto,
debe
haber
un
sistema
que
haga
circular
mensajes
o
señales
entre
las
células.
La
célula
debe
asimismo
trabajar
en
armonía
con
el
medio
en
que
se
encuentra;
en
un
organismo
pluricelular,
esto
significa
colaborar
con
las
células
vecinas.
La
importancia
de
estos
‘controles
sociales’
se
hace
aparente
cuando
fallan
y la
división
celular
se
produce
de
forma
descontrolada;
se
genera
entonces
un
tumor
canceroso.
Las
células
coordinan
sus
numerosas
actividades
por
medio
de
un
sistema
de
señalización
de
reacciones
que
cumple
una
función
comparable
a la
de
la
instalación
eléctrica
de
un
automóvil
o el
sistema
nervioso
de
un
animal
de
pequeñas
dimensiones.
Una
serie
de
moléculas
de
señalización,
en
muchos
casos
producidas
por
otras
células,
actúan
sobre
receptores
de
la
superficie
celular
que
funcionan
a
modo
de
antenas
iniciando
cascadas
de
reacciones
bioquímicas
dentro
del
citoplasma.
Estas
moléculas
suelen
ser
de 3
clases:
neurotransmisores,
hormonas
y
mediadores
químicos
locales.
Los
cambios
de
concentración
de
determinados
iones
y
moléculas
regulan
la
actividad
de
las
proteínas
y la
expresión
de
los
genes.
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