LA TEORÍA CELULAR

Reseña histórica de la teoría celular

ROBERT HOOKE (1665)

• Con sus observaciones postuló el nombre célula para referirse a los compartimentos que encontró en un pedazo de corcho, al observar al microscopio

ANTON VAN LEEUWENHOEK (1673)

Realizó observaciones de microorganismos de charcas, eritrocitos humanos, espermatozoides.

THEODOR SCHWANN (1839)

Postuló el primer concepto sobre la teoría celular. Las células son la parte elemental tanto de plantas como de animales.

RUDOLF VIRCHOW (1850)

Escribió: "Cada animal es la suma de sus unidades vitales, cada una de las cuales contiene todas las características dela vida. Todas las células provienen de otras células".

Concepto:

La teoría celular, propuesta en 1839 por Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann, postula que todos los organismos están compuestos por células, y que todas las células derivan de otras precedentes. De este modo, todas las funciones vitales emanan de la maquinaria celular y de la interacción entre células adyacentes; además, la tenencia de la información genética, base de la herencia, en su ADN permite la transmisión de aquella, de generación en generación.

La aparición del primer organismo vivo sobre la tierra suele asociarse al nacimiento de la primera célula. Si bien existen muchas hipótesis que especulan cómo ocurrió, usualmente se describe que el proceso se inició gracias a la transformación de moléculas inorgánicas en orgánicas bajo unas condiciones ambientales adecuadas; tras esto, dichas biomoléculas se asociaron dando lugar a entes complejos capaces de auto replicarse. Existen posibles evidencias fósiles de estructuras celulares en rocas datadas en torno a 4 o 3,5 miles de millones de años

La célula es la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. De hecho, la célula es el elemento de menor tamaño que puede considerarse vivo. Como tal posee una membrana de fosfolípidos con permeabilidad selectiva que mantiene un medio interno altamente ordenado y diferenciado del medio externo en cuanto a su composición, sujeta a control homeostático, la cual consiste en biomoleculas y algunos metales y

electrolitos. La estructura se auto mantiene activamente mediante el metabolismo, asegurándose la coordinación de todos los elementos celulares y su perpetuación por respiración a través de un genoma codificado por ácidos nucleicos.

MEMBRANA CELULAR

a) COMPOSICION:

La composición de la membrana plasmática varía entre células dependiendo de la función o del tejido en la que se encuentre, pero posee elementos comunes. Está compuesta por una doble capa de fosfolípidos, por proteínas unidas no covalentemente a esa bicapa, y por glúcidos unidos covalentemente a lípidos o proteínas. Generalmente, las moléculas más numerosas son las de lípidos; sin embargo, la proteínas, debido a su mayor masa molecular, representan aproximadamente el 50% de la masa de la membrana.

Un modelo que explica el funcionamiento de la membrana plasmática es el modelo del mosaico fluido, de J. S. Singer y Garth Nicolson (1972), que desarrolla un concepto de unidad termodinámica basada en las interacciones hidrófobas entre moléculas y otro tipo de enlaces no covalentes.

b) ESTRUCTURA:

La estructura de membrana sustenta un complejo mecanismo de transporte, que posibilita un fluido intercambio de masa y energía entre el entorno intracelular y el externo. Además, la posibilidad de transporte e interacción entre moléculas de células aledañas o de una célula con su entorno faculta a estas poder comunicarse químicamente, esto es, permite la señalización celular. Neurotransmisores, hormonas, mediadores químicos locales afectan a células concretas modificando el patrón de expresión genética mediante mecanismos de transducción de señal.

Las células eucariotas poseen su material genético en, generalmente, un sólo núcleo celular, delimitado por una envoltura consistente en dos bicapas lipídicas atravesadas por numerosos poros nucleares y en continuidad con el retículo endoplasmatico. En su interior, se encuentra el material genético, el ADN, observable, en las células en interface, como cromatina de distribución heterogénea. A esta cromatina se encuentran asociadas multitud de proteínas, entre las cuales destacan las histonas, así como ARN, otro ácido nucleico.

c) FISIOLOGIA

Uno de los aspectos más sorprendentes del origen de la vida sobre la Tierra es el de la rapidez con la que se llevó a cabo. Los estudios de datación basados en los meteoritos indican todos ellos una edad de 4500 millones de años para el Sistema Solar. Si aceptamos que el Sol, los planetas, los meteoritos y el resto de los componentes del Sistema Solar se formaron al mismo tiempo a partir de una nube de polvo primitiva, 4500 millones de años

será también la edad de nuestro planeta. Algunas rocas sedimentarias con una edad de 3400 a 3200 millones de años contienen microfósiles similares a bacterias. Por lo tanto, sólo 1000 millones de años después de que se originase la Tierra ya existía sobre ella una vida primitiva.

En 1924 el bioquímico ruso A.I. Oparin y en 1929 el inglés J.B. Haldane, emitieron, independientemente el uno del otro, una teoría según la cual las radiaciones ultravioleta o las descargas eléctricas producidas por las tormentas, al atravesar la atmósfera, originaron los componentes básicos de los seres vivos. La ausencia de oxígeno y de organismos, hizo posible que estas sustancias orgánicas, que se habían formado al azar, se fuesen acumulando en las aguas de mares y lagos. Se formó así lo que se llamó "el caldo nutritivo".

2.-CITOPLASMA:

El citoplasma consiste en una estructura celular cuya apariencia es viscosa. Se encuentra localizada dentro de la membrana plasmática pero fuera del núcleo de la célula. Hasta el 85% del citoplasma está conformado por agua, proteínas, lípidos, carbohidratos, ARN, sales minerales y otros productos del metabolismo. Además en su interior están localizados ciertos orgánulos como mitocondrias, plastidios, lisosomas, ribosomas, centrosomas, esferosomas, microsomas, diferenciaciones fibrilares y las inclusiones.

2.1. RETICULO ENDOPLASMATICO

Red de membranas intracitoplasmática que separan compartimento en el citoplasma. Hay dos clases: granular y liso. Sus funciones son: síntesis de oligosacáridos y maduración y transporte de glicoproteínas y proteínas de membrana.

Es una red interconectada de tubos aplanados y sáculos comunicados entre sí, que intervienen en funciones relacionadas con la síntesis proteica, metabolismo de lípidos y algunos esteroides, así como el transporte intracelular. Se encuentra en la célula animal y vegetal pero no en la célula procariota. Es un orgánulo encargado de la síntesis y el transporte de las proteínas.

El retículo endoplasmático rugoso: tiene esa apariencia debido a los numerosos ribosomas adheridos a su membrana mediante unas proteínas denominadas "riboforinas". Tiene unos sáculos más redondeados cuyo interior se conoce como "luz del retículo" o "lumen" donde caen las proteínas sintetizadas en él. Está muy desarrollado en las células que por su función deben realizar una activa labor de síntesis, como las células hepáticas o las células del páncreas.

El retículo endoplasmático liso: no tiene ribosomas y participa en el metabolismo de lípidos.

El retículo endoplasmático tiene variedad de formas: túbulos, vesículas, cisternas. En algunos casos en una misma célula se pueden observar los tres tipos.

2.3) APARATO DE GOLGI:

Sistema de membranas similar, en cierto modo, al retículo pero sin ribosomas. Sirve para sintetizar, transportar y empaquetar determinadas sustancias elaboradas por la célula y destinadas a ser almacenadas o a la exportación.

Es un orgánulo presente en todas las células eucariotas excepto los glóbulos rojos y las células epidérmicas. Pertenece al sistema de endomembranas del citoplasma celular. Está formado por unos 80 dictiosomas (dependiendo del tipo de célula), y estos dictiosomas están compuestos por 4 o 6 cisternas (sáculos) aplanadas rodeados de membrana que se encuentran apilados unos encima de otros, y cuya función es completar la fabricación de algunas proteínas.

Debe su nombre a Camillo Golgi, Premio Nobel de Medicina en 1906 junto a Santiago Ramón y Cajal.

El aparato de Golgi se puede dividir en tres regiones funcionales:

Región Cis-Golgi: es la más interna y próxima al retículo. De él recibe las vesículas de transición, que son sáculos con proteínas que han sido sintetizadas en la membrana del retículo endoplasmático rugoso. (RER), introducidas dentro de sus cavidades y transportadas por el lumen hasta la parte más externa del retículo. Estas vesículas de transición son el vehículo de dichas proteínas que serán transportadas a la cara externa del aparato de Golgi.

Región medial: es una zona de transición.

Región Trans-Golgi: es la que se encuentra más cerca de la membrana plasmática .De hecho, sus membranas, ambas unitarias, tienen una composición similar.

2.4) LISOSOMAS:

Vesículas que contienen enzimas digestivas. Intervienen en los procesos de degradación de sustancias. La heterogeneidad de la morfología de los lisosomas contrasta con la ultra estructura relativamente uniforme de los demás orgánulos celulares.

Es conveniente considerar a los lisosomas como una serie de orgánulos distintos cuyo rasgo común es el elevado contenido de enzimas hidrolíticos que presentan. Se diferencian dos clases generales de lisosomas: lisosomas primarios, recién formados y que por lo tanto todavía no han encontrado sustrato para la digestión, y lisosomas secundarios, que son vesículas de morfología diversa que contienen sustratos y enzimas hidrolíticos.

Los lisosomas secundarios resultan de la fusión repetida de los lisosomas primarios con diversos sustratos unidos a membrana. Por consiguiente la morfología de los lisosomas secundarios será tan variada como maneras diferentes existen para incorporar y empaquetar los distintos sustratos.

Tres tipos de evidencias indirectas sugieren que las hidrolasas lisosómicas se sintetizan en el R.E. y se transfieren a la matriz del R.E. antes de ser transportadas al A.G.

1- Las tinciones cito químicas demuestran la presencia de una cierta actividad hidrolasa ácida en el R.E. y también en ciertos elementos del A.G.

2- Los enzimas lisosómicos se sintetizan inicialmente con los mismos péptidos guía amino terminales (secuencias de señalización) que utilizan las proteínas de la membrana plasmática y las proteínas secretoras para penetrar en el R.E. rugoso, mediante descarga vectorial.

3- Prácticamente todas las hidrolasas lisosómicas son glucoproteínas que contienen oligosacáridos, los cuales han de haber sido adquiridos en el R.E.

3.ORGANELOS AUTONOMOS

3.1) CLOROPLASTOS:

Los cloroplastos son orgánulos característicos de las células vegetales. En los cloroplastos se realiza la fotosíntesis. 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

3.2) MITOCONDRIAS:

Las mitocondrias son pequeños cuerpos ubicados en el citoplasma (la materia que ocupa el espacio entre las paredes internas de la célula y el exterior del núcleo) de la célula que suelen presentar diferentes formas: filamentos, bastoncitos o esféricas y su tamaño suele variar entre 0.2 y 5 micras. Una característica resaltante de las mitocondrias es que contienen su propio ADN.

Las mitocondrias no permanecen estáticas en la célula, al contrario, se mueven, cambian de tamaño y forma, se fusionan con otras mitocondrias o se dividen en otras más

pequeñas. Su número suele ser variable, pudiendo ser sólo unas pocas o pasar del millar por célula.

En ellas se extrae la energía química contenida en las sustancias orgánicas (ciclo de Krebs y cadena respiratoria)

La función principal de las mitocondrias es la de producir energía (aportan cerca del 90% de la energía que necesita la célula) por medio de la utilización de ciertas enzimas capaces de transformar los materiales nutrientes en moléculas ATP (trifosfato de adenosina) las cuales son aprovechadas por la célula como fuente directa de energía.

Contienen tres tipos de proteínas:

1. Las proteínas que trasportan los electrones hasta el oxígeno molecular

2. Un complejo enzimático, la ATP-sintetasa que cataliza la síntesis de ATP (fosforilación oxidativa).

3. Proteínas trasportadoras que permiten el paso de iones y moléculas a través de la membrana interna

4.-NUCLEO:

Contiene la información celular. El núcleo es la estructura más destacada de la célula eucarionte, tanto por su morfología como por sus funciones. Su tamaño es variable (5 a 10 mm) al igual que su ubicación siendo en la mayoría de los tipos celulares central.

El núcleo tiene tres funciones primarias, todas ellas relacionadas con su contenido de ADN. Ellas son:

1. Almacenar la información genética en el ADN.

2. Recuperar la información almacenada en el ADN en la forma de ARN.

3. Ejecutar, dirigir y regular las actividades citoplasmáticas, a través del producto de la expresión de los genes: las proteínas.

En el núcleo se localizan los procesos a través de los cuales se llevan a cabo dichas funciones. Estos procesos son:

1. La duplicación del ADN y su ensamblado con proteínas (histonas) para formar la cromatina.

2.La transcripción de los genes a ARN y el procesamiento de éstos a sus formas maduras, muchas de las cuales son transportadas al citoplasma para su traducción y

3. La regulación de la expresión genética.

ESTRUCTURA DEL NÚCLEO

El núcleo está rodeado por la envoltura nuclear, una doble membrana interrumpida por numerosos poros nucleares. Los poros actúan como una compuerta selectiva a través de la cual ciertas proteínas ingresan desde el citoplasma, como también permiten la salida de los distintos ARN y sus proteínas asociadas.

La envoltura nuclear es sostenida desde el exterior por una red de filamentos intermedios dependientes del citoesqueleto, mientras que la lámina nuclear, la cual se localiza adyacente a la superficie interna de la envoltura nuclear, provee soporte interno.

El núcleo también tiene un nucleoplasma, en el cual están disueltos sus solutos y un esqueleto filamentoso, la matriz nuclear la cual provee soporte a los cromosomas y a los grandes complejos proteicos que intervienen en la replicación y transcripción del ADN.

Los cromosomas aparecen ocupando lugares específicos. Los genes que codifican productos relacionados, aunque estén localizados en diferentes cromosomas, pueden estar ubicados próximos en el núcleo interfásico

En el núcleo, los genes transcripcionalmente activos tienden a estar separados de los inactivos. Los activos se encuentran ubicados centralmente, mientras que los silentes están confinados próximos a la envoltura nuclear.

Tan pronto como las células entran en mitosis o meiosis, los fragmentos de la matriz nuclear dirigen la condensación de los cromosomas, constituyéndose en la parte central de los mismos.