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Tema 1: La célula, unidad de vida 1
TEMA 1: La célula, unidad de vida
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ESQUEMA DE LA UNIDAD
1.- La célula.
1.1.- Concepto de célula.
1.2.- Niveles de organización de los seres vivos.
1.3.- Clasificación de las células.
1.4.- Elementos comunes a todas las células.
2.- La teoría celular.
3.- Las células procariotas.
4.- Las células eucariotas.
4.1.- El tamaño y la forma de las células eucariotas.
4.2.- Orgánulos citoplasmáticos.
4.3.- El núcleo celular.
4.3.1.- Estructura del núcleo durante la interfase.
4.4.- Los cromosomas.
4.5.- Número de cromosomas.
4.6.- Diferencias entre la célula animal y la vegetal.
5.- Endosimbiosis seriada o teoría endosimbiótica de Lynn Margulis.
6.- Funciones vitales de las células.
6.1.- Nutrición celular.
6.2.- Relación celular.
6.3.- Reproducción celular.
7.- El ciclo celular.
7.1.- La interfase.
7.2- La división celular.
7.2.1.- La mitosis.
7.2.2.- La citocinesis.
8.- Una división especial: la meiosis.
1.- LA CÉLULA
1.1.- Concepto de célula
La célula es la parte más pequeña de un ser vivo que realiza las funciones
vitales (que son las que mantienen con vida a todo ser vivo: nutrición, relación y
reproducción).
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1.2.- Niveles de organización de los seres vivos
No todas las formas de vida son igual de complejas, lo que sí tienen todas en común es que la
parte más pequeña que forma parte de cualquier organismo y que realiza las
funciones vitales es la célula. Así los organismos más sencillos son los
unicelulares, si bien aparte de la célula existen otros niveles más complejos que
van formando parte de otros organismos superiores. A estos niveles se les llama
niveles de organización biológicos y siempre un nivel contiene a todos los niveles
inferiores y está contenido en los niveles superiores. Los niveles de organización biológicos son:
células → tejidos → órganos → sistemas o aparatos → organismo → población →
→ comunidad → ecosistema → biosfera
Tejido: conjunto de células del mismo tipo que realizan las mismas
funciones.
Órgano: conjunto de tejidos del mismo tipo que se asocian para realizar una
función concreta llamada ACTO.
Sistema: conjunto de órganos DEL MISMO TIPO que realizan la misma función.
Aparato: conjunto de órganos DE DISTINTO TIPO que se coordinan entre sí para
realizar una función determinada.
Organismo: es un ser vivo individual que puede estar formado por una única
célula (unicelular), como una bacteria, o por muchas células.
Población: conjunto de individuos de la misma especie que habita un
lugar determinado.
Comunidad o biocenosis: conjunto de poblaciones de distintas especie que
viven en el mismo sitio y que se relacionan entre sí.
Ecosistema: conjunto formado por un grupo de seres vivos, el medio en
el que viven y las relaciones que se establecen entre ellos.
Biosfera: es la zona de la tierra donde se desarrolla la vida.
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Aparte de los niveles de organización biológicos que forman parte de los seres vivos, también
existen niveles inferiores formados por partículas que no tienen vida. Estos otros niveles son:
Nivel subatómico: en este nivel estarían las partículas que forman los átomos, y que se
llaman protones, neutrones y electrones.
Nivel atómico: este nivel está formado por los denominados bioelementos (que
son los átomos de los elementos químicos que forman parte de la materia viva). Los
elementos más abundantes presentes en la materia viva son el carbono, el hidrógeno, el
oxígeno, el nitrógeno, el fósforo y el azufre.
Nivel molecular: este nivel está formado por las biomoléculas (que son las
moléculas que forman parte de la materia viva). Las moléculas son uniones de dos o
más átomos. Los grupos de biomoléculas más importantes son el agua, las sales
minerales, los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos.
Nivel macromolecular: este nivel lo forman la unión de varias moléculas que
dan lugar a sustancias como por ejemplo las proteínas (que son moléculas formadas por
la unión de otras moléculas menores llamadas aminoácidos.
Nivel organular: en este nivel estarían los orgánulos celulares.
1.3.- Clasificación de las células
Célula procariota: no tiene núcleo. Ejemplo → las bacterias
Célula animal Célula eucariota: sí tiene núcleo Ejemplo: todas las células que forman los seres vivos Célula vegetal
1.4.- Elementos comunes a todas las células
Aunque existen varios tipos de células como acabamos de ver, todas tienen en común los
siguientes elementos:
- Membrana plasmática: es una doble membrana que envuelve y protege a
la célula y que permite el intercambio de sustancias entre la célula y el medio
externo.
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- Citoplasma: es la sustancia de relleno de la célula (llamada hialoplasma o
citosol) y los orgánulos que se encuentran dispersos en ella.
- Material genético o ADN: son unas moléculas que contienen la información que dirige
las actividades que realiza la célula y que también determina las características de cada
célula.
Las células eucariotas tienen este material más protegido, ya que lo guardan dentro del
núcleo, mientras que las células procariotas lo tienen disperso por el citoplasma.
- Ribosomas: Son orgánulos celulares no membranosos que están constituidos por dos
unidades formadas por ARN y proteínas. Su función dentro de la célula es sintetizar
proteínas.
2.- LA TEORÍA CELULAR
La Teoría Celular es una parte de la Biología que explica de una manera muy extensa y
detallada cómo las células forman parte de los seres vivos. Aunque en la actualidad esta teoría
puede resumirse en cuatro puntos, para elaborarla han sido fundamentales las aportaciones de los
siguientes científicos:
- Robert Hooke: primer científico en observar células.
En 1665, el científico inglés Robert Hooke, utilizando un microscopio
primitivo que él mismo construyó, observó en un pedazo de corcho muy delgado
pequeñas celdas a las cuales llamó cellulas (en latín celdillas) por su parecido a las
celdas de un panal. En ese momento no supo que lo que estaba observando en
realidad era el hueco que había ocupado una célula que formaba parte del corcho
del tronco del árbol.
- Anton Van Leeuwenhoek: desarrolló de manera notable el microscopio.
Sobre el año 1674 este comerciante holandés contribuyó de manera
fundamental en el desarrollo del microscopio, dando un paso sin el cual
no hubiera sido posible llevar a cabo los descubrimientos que dieron
lugar a la teoría celular. (Para hacerse una idea, el microscopio que ideó
era un microscopio simple -de una sola lente- que ampliaba 200 veces el
objetivo, con lo que lo que es 1 mm de una regla podría verse como si
fueran 20 cm, a diferencia del que utilizó Hooke para ver por primera
vez la célula que lo aumentaba solamente 30 veces).
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- Robert Brown: descubrió la presencia del núcleo celular.
Este botánico escocés descubrió en 1831 en células de plantas la presencia de
una estructura esférica en el centro de la célula, actualmente conocida como
núcleo. Posteriormente, en otras investigaciones llegó a la conclusión de que esta
estructura tenía una función importante para la vida de la célula.
- Mathias Schleiden y Theodor Schwann: iniciaron el desarrollo de la teoría celular.
Hacia el 1838, el botánico alemán Mathias Schleiden y su
compatriota el zoólogo Theodor Schwann, gracias a las investigaciones
que realizaron juntos, enunciaron lo que se considera el primer
postulado de esta teoría. Schleiden afirmó que todas las plantas están
formadas por células y Schwann dijo que también los animales están
formados por células.
- Rudolf Virchow: enunció el segundo postulado de la teoría celular.
Aunque por sus aportaciones Scheiden y Schwann son considerados como los
creadores de la teoría celular, ha habido otros científicos que han contribuido al
desarrollo de esta teoría, como el médico alemán Rudolf Virchow, quien hacia
1850 enunció lo que se considera como el segundo postulado de esta teoría: que las
células se reproducen para dar lugar a otras células, dicho de otra manera, que todas
las células provienen de otras ya existentes. (Este médico estuvo nominado en 1906
al Premio Nobel de Medicina junto al español Santiago Ramón y Cajal, quien
demostró que el tejido nervioso también está formado por células, ganándolo finalmente
nuestro compatriota).
La teoría celular se resume en los siguientes postulados:
- Todos los seres vivos están formados por células (Scheilden y Schwann).
- Todas las células proceden de otras células existentes (Rudolf Virchow).
- La célula es el ser vivo más sencillo y pequeño (Scheilden y Schwann).
- Cada una de las células que forma parte de un organismo pluricelular, realiza su propia
actividad, aunque existe una coordinación entre ellas (Scheilden y Schwann).
3.- LAS CÉLULAS PROCARIOTAS
Las células procariotas fueron 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.
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Las células procariotas, además de las estructuras comunes a todas las células estudiadas en la
pregunta anterior, tienen las siguientes características:
Carecen de núcleo, por lo que tienen su material genético disperso por el
citoplasma.
El ADN de estas células está formado por un único filamento o cromosoma que suele
ocupar una zona concreta del citoplasma llamada nucleoide.
Algunas células procariotas poseen además de ADN cromosómico, otras moléculas
llamadas plásmidos que son moléculas de ADN en forma circular que
contienen información genética fuera de los cromosomas y que no es
indispensable para la vida de la célula (y esta es la diferencia con el ADN o
información genética de los cromosomas) pero suele ser muy valiosa.
El citoplasma de las células procariotas no posee orgánulos, a
excepción de ribosomas, que son un poco más pequeños que los de las
células eucariotas.
Tienen pared celular que rodea a la membrana plasmática y da forma a la célula. La
composición química de esta pared celular es diferente a la de la pared celular de
las células vegetales. Algunas bacterias desarrollan una cápsula que rodea a la
pared celular (como si fuera una tercera envuelta de la célula) proporcionándole
mayor protección.
Algunas especies de bacterias tienen flagelos, que son unas estructuras externas pegadas a
la membrana plasmática, largas y poco numerosas, de hecho las células que tienen flagelos suelen
presentar uno o dos como mucho. En la superficie de algunas bacterias puede haber también
pequeños filamentos denominados pili, cuya función es el intercambio de material genético con
otras bacterias.
4.- LAS CÉLULAS EUCARIOTAS
4.1.- El tamaño y la forma de las células eucariotas
Las células eucariotas se caracterizan por tener núcleo en cuyo interior se encuentra protegido el
material genético o ADN.
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Existen muchos tipos de células eucariotas que se pueden diferenciar fundamentalmente por el
tamaño y la forma.
El tamaño de las células: recordar que el principal problema a la hora de estudiar la célula es
el tamaño de la misma, por eso hasta que el microscopio no se ha ido desarrollando hemos sabido
muy poco acerca de la misma. Las células solo pueden verse a través del microscopio, son tan
pequeñas que su tamaño se mide en micras (μ). (Para hacerse una idea 1 micra = 0,001 mm ó 1
mm = 1000 micras) (1 micra = 1000 milimicras μm)
La forma de las células: la forma de las células está relacionada con la función que desempeñe
esa célula. Las células vegetales suelen se geométricas y las animales adquieren formas más
desiguales (esféricas como los glóbulos blancos, alargadas como las células musculares, estrelladas
como las células nerviosas…).
Glóbulo blanco Célula muscular Neurona
4.2.- Orgánulos citoplasmáticos
Los orgánulos citoplasmáticos son una serie de estructuras que podemos encontrar dentro de las
células eucariotas. Estos orgánulos son:
Retículo Endoplasmático
Es un conjunto de sacos y canales conectados entre sí y unidos a la
membrana nuclear como si fuera una prolongación suya que se
extienden por casi todo el citoplasma.
Puede ser de dos tipos:
Rugoso: se encuentra unido a la membrana nuclear (es como una
prolongación de ella) y lleva ribosomas adosados a su membrana. Su función es
almacenar y transportar por la célula las PROTEÍNAS que fabrican los
ribosomas que lleva adosados a su membrana.
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NOTA: las células que desempeñen funciones de síntesis de sustancias (como las hepáticas o las
del páncreas), tienen muy desarrollado este orgánulo.
Liso: es una prolongación del retículo endoplasmático rugoso y no lleva
ribosomas adosados a su membrana. Su función es fabricar, almacenar y
transportar LÍPIDOS por la célula (que por ejemplo servirán para la
regeneración de las membranas que poseen los demás orgánulos y la membrana
plasmática).
NOTA: este orgánulo está muy desarrollado en aquellas células implicadas en el metabolismo
de grasas, detoxificación (liberación de toxinas) y almacén de calcio.
Aparato de Golgi
Es un conjunto de sacos aplanados llamados cisternas (aunque su
número es variable, suelen presentar de 4 a 8), que no están conectados
entre sí. Suele estar orientado hacia el retículo endoplasmático, de
quien recibe proteínas y lípidos a través de vesículas llamadas de
transición que se desprenden de este.
Modifica y empaqueta las proteínas y lípidos sintetizados
en el retículo endoplasmático formando con ellos vesículas
llamadas de secreción, algunas de los cuales almacenan las
sustancias que contienen de manera temporal, otras llevan las
sustancias a otra parte de la célula y otras son expulsadas al
exterior.
Lisosomas
Son uno de los tipos de vesículas que se desprenden del aparato de Golgi
y que contienen unas sustancias llamadas enzimas (existen unos 40 tipos
diferentes) que sirven para descomponer sustancias complejas en otras más
sencillas, por lo que juega un papel muy importante en la digestión celular,
descomponiendo tanto el alimento como las sustancias de desecho en
partículas lo suficientemente pequeñas como para que la célula pueda aprovechar las sustancias
que necesita o expulsar al exterior los desechos.
Para llevar a cabo su función, el lisosoma se une a la vesícula que almacene la sustancia que
debe ser descompuesta y vierte su contenido en ella, de manera que cuando la enzima entra en
contacto con el contenido de la vesícula de almacenamiento, lo descompone.
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NOTA: los lisosomas abundan en las células encargadas de combatir
enfermedades como los glóbulos blancos. También contiene un gran
lisosoma el acrosoma de los espermatozoides con enzimas que destruyen
las cubiertas del óvulo en la fecundación. El núcleo de los glóbulos rojos
es destruido por lisosomas.
Vacuolas o Vesículas de Almacenamiento
Son otro tipo de vesículas que se forman a partir del aparato de Golgi y que almacenan tanto
sustancias nutritivas como de desecho.
Este orgánulo está más desarrollado en las células vegetales (donde ocupa entre
el 30 y el 90 % de la célula) que en las animales. Las células animales suelen
tener muchas vacuolas pequeñas mientras que las vegetales una o dos como
máximo.
Mitocondrias
Tienen forma alargada y presentan una doble membrana, la más externa es lisa
y la interna tiene unos repliegues llamados crestas mitocondriales. El espacio
que queda dentro de la membrana interna se llama matriz mitocondrial y en
ella guarda material genético propio de la mitocondria y ribosomas.
En estos orgánulos tiene lugar la respiración celular, que es un proceso que le proporciona
energía a la célula.
Cloroplastos
Son orgánulos exclusivos de las células vegetales. También
tienen forma alargada y están formados por dos membranas lisas.
En su interior hay apiladas una especie de vesículas llamadas
tilacoides que contienen una sustancia llamada clorofila,
responsable del color verde de este orgánulo. Contiene material
genético propio y ribosomas en su interior.
En ellos tiene lugar la fotosíntesis.
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Ribosomas
A diferencia de los orgánulos vistos hasta ahora, los ribosomas no
tienen membrana. Están constituidos por dos unidades formadas por
ARN y proteínas. Su función dentro de la célula es sintetizar proteínas.
Recordar que es un orgánulo común a todas las células, y en el caso de
las eucariotas podemos encontrarlos dispersos por el citoplasma o
adosados a la membrana del retículo endoplasmático rugoso.
Citoesqueleto
Es una red de filamentos hechos de proteínas que se extienden por
todo el citoplasma, que da forma a la célula, sostiene el resto de
orgánulos e interviene en el movimiento de la célula y de los orgánulos
celulares, y también interviene en la división celular.
Centrosoma
Es un orgánulo exclusivo de las células animales formado por dos cilindros
llamados centriolos hechos de pequeños tubitos de proteínas
que se colocan cerca del núcleo formando una “T”.
Interviene o participan en la división celular controlando el reparto del contenido de la célula
madre entre las células hijas.
También interviene en la formación de unas estructuras que la célula utiliza para desplazarse
llamadas cilios o flagelos cuyo movimiento también controla.
Cilios y flagelos
Son unas estructuras externas pegadas a la membrana plasmática que vibran permitiendo el
desplazamiento de la célula. Los cilios son cortos y numerosos mientras que los flagelos son largos
y se presentan en menor cantidad (de hecho las células que los tienen suelen presentar uno o dos
como mucho).
Cilios Flagelos
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Pared celular
Es un orgánulo exclusivo de las células vegetales (aunque también la tienen
algunas bacterias y hongos aunque con distinta composición). Se trata de una
membrana formada fundamentalmente por celulosa que envuelve a la membrana
plasmática y que además de dar protección y rigidez a la célula, contienen
moléculas especializadas que regulan el crecimiento de la célula y protegen a la planta de
enfermedades.
4.3.- El núcleo celular
Recordar que el núcleo es una característica de las células eucarióticas y
que en él guardan estas células su material genético con información vital para
ella, por ese motivo si a una célula eucariota se le quita el núcleo, la célula
muere. El núcleo es como una especie de gran vesícula adosada al retículo
endoplasmático.
En la vida de la célula hay que distinguir dos estados: el de crecimiento
(llamado interfase) y el de división (es decir, cuando “nace” una célula
empieza a crecer hasta que madura y se hace adulta. En ese momento deja de
crecer e inmediatamente se divide).
Según el estado en el que se encuentre la célula (interfase o división celular), el interior del
núcleo se ve de una manera u otra.
4.3.1.- Estructura del núcleo durante la interfase
En el núcleo de una célula en crecimiento se distinguen los siguientes elementos:
Membrana o envoltura nuclear: es una doble membrana formada a partir del
retículo endoplasmático que envuelve el núcleo y protege su contenido. Contiene una serie de
poros a través de los cuales se produce el intercambio de sustancias entre el núcleo y el citoplasma
de la célula.
Carioplasma: (llamado también jugo nuclear o nucleoplasma) es la sustancia de
relleno del núcleo en la que se encuentran dispersos el resto de los elementos.
Nucleolo: es una estructura esférica que suele distinguirse al microscopio porque está
como teñida de oscuro. Su función es la de fabricar y unir las subunidades que forman los
ribosomas.
Cromatina: es el material genético de la célula en forma de filamentos. Está formada
por proteínas y ADN.
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4.4.- Los cromosomas
Cuando la célula empieza la fase de división, la cromatina empieza a enrollarse hasta formar
una estructura con forma de bastón primero y posteriormente en forma de “X”. A estas estructuras
en las que se organiza la cromatina se le llaman cromosomas. Podemos decir por tanto que los
cromosomas son unas estructuras en forma de bastoncillos en las que se organiza la cromatina del
núcleo celular durante las divisiones celulares.
Estructura del cromosoma Estructura del cromosoma duplicado
Centrómero: es la parte del cromosoma donde se unen los dos brazos.
Brazo: es cada uno de los fragmentos de la cromátida que quedan separados por el centrómero.
Cromátida: es cada uno de los bastoncillos que forma el cromosoma. A las dos cromátidas del
mismo cromosoma se les llama cromátidas hermanas y son idénticas, ya que una de ellas es una
copia exacta de la otra (por lo tanto guardan la misma información genética).
Telómeros: son los extremos del cromosoma.
4.5.- Número de cromosomas
Las células de todos los individuos de la misma especie tienen el mismo número de
cromosomas y pueden ser diploides o haploides.
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- Célula diploide: una célula se dice que es diploide cuando tiene un número par de
cromosomas (se suele decir que tiene 2n cromosomas) de manera que cada uno de ellos tiene las
mismas características que otro cromosoma del grupo pudiéndose formar parejas con los
cromosomas.
A los dos cromosomas de la pareja que tienen las mismas características se les
lama cromosomas homólogos.
Son células diploides todas las de los organismos con reproducción sexual excepto sus células
reproductoras o gametos.
- Célula haploide: una célula se dice que es haploide cuando tiene solo un juego de
cromosomas diferentes (se suele decir que tiene n cromosomas). Ejemplos de células haploides
son los óvulos y los espermatozoides.
La especie humana es diploide, sus células tienen 46 cromosomas; es decir, 23 parejas de
cromosomas homólogos. Una de estas parejas determina el sexo de la persona y a
los cromosomas de esa pareja se les denomina cromosomas sexuales (que se
representan por X e Y). La mujer tiene sus dos cromosomas sexuales X mientras
que el hombre tiene un cromosoma sexual X y otro Y.
El conjunto de cromosomas de un individuo se ordena por parejas de cromosomas homólogos
de mayor a menor tamaño formando lo que se conoce como cariotipo. Dicho de otra manera, el
cariotipo de un individuo es el conjunto formado por todos sus cromosomas ordenados por parejas
de cromosomas homólogos de mayor a menor tamaño.
Cariotipo de un ratón Cariotipo humano
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4.6.- Diferencias entre la célula animal y la vegetal
Las células eucarióticas pueden ser de dos tipos: animales y vegetales. Las diferencias entre
estas dos células son:
- Las células vegetales tienen cloroplastos mientras que las animales no.
- Las células vegetales tienen pared celular mientras que las animales no.
- Las células animales tienen centriolos mientras que las vegetales no.
- Las células vegetales tienen más desarrolladas las vacuolas que las células
animales.
- Las células animales pueden desarrollar cilios y flagelos mientras que las
vegetales no.
5.- ENDOSIMBIOSIS SERIADA O TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA DE LYNN MARGULIS
La teoría endosimbiótica fue enunciada en 1970 por la bióloga estadounidense Lynn Margulis,
y de alguna manera explica la evolución celular, en concreto cuenta cómo la célula eucariota
proviene de la procariota.
Las primeras células procariotas eran muy sencillas, sin embargo se cree que durante el proceso
evolutivo, tuvieron que ir sufriendo transformaciones para adaptarse a los cambios que se iban
produciendo en el medio, de modo que surgieron así las primeras células procariotas
especializadas como por ejemplo:
Las células fotosintéticas, capaces de aprovechar la luz del sol para
conseguir energía a partir de la cual generar el alimento.
Las células aeróbicas, que son las que aprendieron a aprovechar el oxígeno para
transformar los nutrientes en energía.
Tema 1: La célula, unidad de vida 16
Según la teoría endosimbiótica, las primeras células eucariotas (que
carecían de orgánulos como mitocondrias o cloroplastos) evolucionaron
dando lugar a las actuales mediante la incorporación sucesiva de células
procariotas especializadas en llevar a cabo ciertos procesos como los descritos
anteriormente, dotando así a las nuevas células eucariotas de funciones nuevas
y provechosas, y recibiendo a cambio protección y alimento. El nombre de
esta teoría (endosimbiótica), hace referencia precisamente a este hecho, ya que la endosimbiosis es
una relación entre dos individuos beneficiosa para ambos en la cual uno de ellos habita en el
interior del otro.
Con la evolución, esa simbiosis se convirtió en una integración de un organismo en otro y es así
como las células procariotas dieron lugar a las mitocondrias y cloroplastos que poseen las células
eucariotas actuales.
Se supone que primero fueron las células aeróbicas las que
quedaron dentro de las eucariotas y que terminaron convirtiéndose
en las mitocondrias antes de que se diferenciaran las células
animales de las vegetales (que surgirían más tarde).
Posteriormente sería una cianobacteria (que es una bacteria
fotosintética), la que de manera similar daría lugar a los
cloroplastos originándose así las primeras células vegetales.
Las principales pruebas que aportó Lynn Margulis para explicar el origen de las mitocondrias y
los cloroplastos a partir de bacterias son las siguientes:
Ambos orgánulos poseen dos membranas, la interna correspondería a la membrana
plasmática de las bacterias que dieron origen a los orgánulos, y la externa a la célula eucariota que
rodeó a las bacterias con su propia membrana cuando las engulló.
Ambos orgánulos poseen material genético propio con una estructura
similar al ADN bacteriano, que se correspondería al material genético de las
células procariotas de las que proceden, que codifica algunas funciones que
tienen lugar solo dentro de cada orgánulo y que es diferente al material genético
del núcleo de la célula eucariota.
La presencia de ribosomas en el interior de estos orgánulos, que son
diferentes a los de la célula eucariota y muy similares a los de la bacteria E.
Coli, tanto en su estructura como en su sensibilidad a determinados
antibióticos.
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El tamaño de estos orgánulos es similar al tamaño de las bacterias (que son más pequeñas
que las células eucariotas).
Las funciones que realizan estos orgánulos dentro de la célula eucariota son funciones que
llevan a cabo ciertas bacterias "especializadas" como se comentó anteriormente.
6.- FUNCIONES VITALES DE LAS CÉLULAS
Ya hemos dicho al definir “célula”, que esta realiza las funciones vitales. En esta pregunta,
después de recordar en qué consiste cada función, vamos a ver cómo las realiza.
6.1.- Nutrición celular
- Nutrición celular: es el proceso mediante el cual la célula
toma del medio la materia que necesita y los transforma tanto en
energía con la que poder realizar las funciones no vitales que
desempeñe como en materiales con los que renovar sus estructuras.
Se conoce como metabolismo a esas transformaciones que tienen lugar dentro de la célula
gracias a las cuales los nutrientes se transforman en energía o materiales.
Durante la nutrición celular se producen productos de desecho (dióxido
de carbono, urea...) que la célula expulsa al exterior.
Obtención de materia
Según la forma de obtener la materia, existen dos tipos de nutrición celular: nutrición
heterótrofa y nutrición autótrofa.
Los organismos con nutrición heterótrofa obtienen la materia a
partir de otras células u organismos. En caso de tratarse de materia
formada por moléculas simples (como por ejemplo la glucosa), esta
materia o moléculas pueden ser incorporadas directamente por la
célula, mientras que las moléculas más complejas tienen que ser
transformadas en moléculas más simples para que la célula pueda
asimilarlas. Tienen este tipo de nutrición las células animales, los
hongos y muchos protozoos.
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Los organismos con nutrición autótrofa obtienen materia orgánica a partir de
sustancias inorgánicas (por decirlo de alguna manera, “sin vida”), todo ello
utilizando una fuente de energía externa.
Los organismos que utilizan como fuente de energía externa la luz procedente del Sol, se
denominan organismos fotosintéticos (como por ejemplo las plantas y algunas bacterias), y el
proceso mediante el cual obtienen la materia orgánica se llama fotosíntesis. En la fotosíntesis, se
obtiene glucosa y oxígeno (que la célula utiliza en otros procesos celulares) a partir de dióxido de
carbono, sales y agua.
También hay organismos autótrofos que utilizan como fuente de energía externa la que se libera
en determinadas reacciones químicas, a estos organismos se les llama quimiosintéticos (como por
ejemplo algunas bacterias que habitan en zonas muy reactivas).
Obtención de energía
La materia obtenida por las células es transformada en energía de dos maneras: mediante la
respiración celular o por fermentación.
La respiración celular: todas las células eucariotas realizan la
respiración celular, proceso que tiene lugar en las mitocondrias,
donde las moléculas de glucosa, en presencia de oxígeno se
transforman en dióxido de carbono y en agua, liberándose durante el
proceso gran cantidad de energía que será aprovechada por la célula.
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La fermentación: es un proceso que realizan algunas células como las levaduras y algunos tipos
de bacterias, que tienen la capacidad de transformar la materia orgánica compleja en materia
orgánica más sencilla todo ello en ausencia de oxígeno. Existen varias clases
de fermentación dependiendo del tipo de materia final que se obtiene en el
proceso, dos de ellas son la fermentación alcohólica (en la que se obtiene
alcohol y es el proceso que se aprovecha por ejemplo para obtener el vino en
nuestras bodegas) y la fermentación láctea (en la que se obtiene ácido
láctico y se utiliza por ejemplo para fabricar productos lácteos como el
yogur).
6.2.- Relación celular
- Relación celular: es el proceso mediante el cual la célula capta los
cambios que se producen en el exterior (llamados estímulos) y elabora
respuestas para afrontar esos cambios, ya que pueden ser mortales para la
célula.
Ante un cambio que se produce en el medio puede haber varios tipos de respuestas por
parte de la célula, siempre relacionados con el movimiento o con la secreción de sustancias. En
cuanto a las respuestas relacionadas con el movimiento, pueden ser:
a) Respuesta estática: ante un cambio desfavorable la célula se enquista, es decir, forma
una cubierta que la protege hasta que la situación en el exterior vuelve a ser favorable.
b) Respuesta dinámica: a través del movimiento la célula se acerca al estímulo o se aleja
de él según sea favorable o desfavorable. Estos movimientos se llaman TACTISMOS y a este
nombre se le añade un prefijo que indica el tipo de estímulo que ha provocado el movimiento
de la célula, por ejemplo quimiotactismo (el estímulo es la presencia
de una sustancia química), termotactismo (el estímulo es un cambio
de temperatura), fototactismo (el estímulo es un cambio en la
intensidad de la luz)… y también entre paréntesis se añade un signo
“+” o un signo “–“ según sea el movimiento de acercamiento o
alejamiento del estímulo.
Fundamentalmente hay tres tipos de movimiento celular:
Movimiento ameboide: la célula emite unas prolongaciones de la membrana
plasmática formando unos falsos pies llamados pseudópodos que le permiten desplazarse.
Ejemplos de células que tienen este tipo de movimiento: las amebas (de ahí el nombre) y los
glóbulos blancos.
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Movimiento vibrátil: algunas células poseen unas estructuras externas pegadas a la
membrana plasmática llamadas cilios (cortos y numerosos) o flagelos (largos y poco
numerosos, de hecho las células que los tienen suelen presentar uno o dos como mucho) que
cuando vibran permiten el desplazamiento de la célula. La vibración de los cilios y flagelos
está controlada y dirigida por un orgánulo celular llamado centriolo. Ejemplos: poseen cilios
la mayoría de las células animales y flagelos por ejemplo los espermatozoides.
Cilios Flagelo
Movimiento contráctil: es característico de los organismos unicelulares
que viven fijos y que solamente pueden contraerse y estirarse. Ejemplo:
organismos unicelulares como la Vorticela.
6.3.- Reproducción celular
- Reproducción celular: es la capacidad que tienen las células para dividirse en dos o más
céulas hijas idénticas a ella.
La reproducción celular tiene un fin diferente en los seres unicelulares y en los
pluricelulares.
En los organismos unicelulares la reproducción garantiza la perpetuidad de estos
organismos.
En los organismos pluricelulares la reproducción celular permite por un lado que las
células que van muriendo sean sustituidas por otras, y por otro lado aumentar el número de
células cuando el organismo está creciendo.
Tipos de reproducción celular:
Bipartición: una célula madre de divide por la
mitad dando lugar a dos células hijas idénticas.
Ejemplo: las bacterias se reproducen por bipartición.
Gemación: la célula desarrolla una especie de
yema en la membrana plasmática que se estrangula
dando lugar a dos células hijas, una más grande que la
otra. Ejemplo: los hongos unicelulares como las
levaduras se reproducen por gemación.
Tema 1: La célula, unidad de vida 21
Esporulación: en el interior de la célula se forman esporas (pequeñas células) que al
romperse la membrana plasmática quedan libres formando numerosas células hijas. Ejemplo:
la mayoría de los hongos, muchas plantas y algunos protozoos se reproducen por esporulación.
7.- EL CICLO CELULAR
El ciclo celular es un conjunto de procesos que tienen lugar desde que una célula nace hasta
que se reproduce. En el ciclo celular se distinguen dos etapas o estados: el estado de crecimiento
de la célula llamado también interfase, y el estado de división o reproducción celular.
7.1.- La interfase
Recordar que la interfase es la fase de crecimiento de la célula. Esta es una
etapa larga en la que mientras va creciendo, la célula duplica su ADN (es decir,
hace una copia de su material genético) y se prepara para dividirse. Esta etapa de
la vida de la célula tiene tres fases:
Fase G1 o de primer crecimiento: esta fase, que es la más larga de las tres, se inicia en el
momento del nacimiento de una célula. La célula que acaba de nacer aumenta su tamaño y
multiplica sus orgánulos.
Algunas células cuando están en esta fase entran en un estado de reposo que se llama fase G0,
en el que pueden permanecer días, semanas o años antes de continuar. Incluso hay células que no
necesitan dividirse, como las neuronas o las células musculares cardiacas, y no salen de la fase G0
evitando así pasar a la siguiente fase y por consiguiente la célula no se dividirá.
Fase S o de síntesis de ADN: en esta fase la célula realiza una copia exacta de su material
genético con idea de al dividirse, tenga una copia de su material genético para cada una de las
células hijas a las que va a dar lugar.
Fase G2 o de segundo crecimiento: En esta última fase de la interfase, la célula
experimenta un nuevo crecimiento hasta alcanzar el tamaño adecuado para dividirse. Durante esta
fase, los centriolos de la célula se duplican.
Tema 1: La célula, unidad de vida 22
7.2.- La división celular
La reproducción o división celular sabemos que es el proceso mediante el cual se forman
células nuevas a partir de otras existentes. En todas las células, excepto en las que originan células
sexuales, tras la división las células hijas son idénticas entre sí e idénticas a la célula madre; es
decir, contienen exactamente la misma información genética (y por lo tanto el mismo número de
cromosomas).
Para ello la célula madre debe disponer de dos copias
del material genético (ya hemos visto que durante la
fase S de la interfase se produce la duplicación del
ADN) para que haya una copia para cada una de las
células hijas.
Cuando una célula se divide, se dividen tanto su núcleo como su citoplasma. Al proceso de
división del núcleo se le llama MITOSIS y a la división del citoplasma se le llama CITOCINESIS,
y se estudiarán por separado.
7.2.1.- La mitosis
En este proceso de duración muy variable (ya que en él influye la edad y la clase de células y
otros factores como la temperatura), se distinguen cuatro fases: profase, metafase, anafase y
telofase.
Profase: es la fase más larga de la mitosis (dura el 40 % del tiempo total de la mitosis).
- La cromatina se condensa formando los cromosomas (que se hacen
visibles al microscopio óptico), que aparecerán duplicados en
algún momento de la fase; es decir, formados por dos cromátidas,
cada una de las cuales guarda exactamente la misma información
que la otra, ya que poco antes de haberse iniciado la división, el
material genético de la célula madre se ha duplicado (esto sucede
durante la fase S de la interfase, que suele duran entre 6 y 8 horas).
- Los centrosoma y cada uno de ellos con sus centriolos correspondientes (recordar que se
duplicaron en la fase G2 de la interfase) emigran cada uno a un polo de la célula,
formando entre ellos unas fibras de proteínas que empiezan a formar una estructura
llamada huso mitótico o acromático.
Tema 1: La célula, unidad de vida 23
- Por último desaparecen el nucléolo y la membrana nuclear, dejando libres a los
cromosomas por el citoplasma.
Metafase:
- Los centrosomas llegan a los polos y se termina de formar el huso
mitótico o acromático.
- Los cromosomas se dirigen al ecuador de la célula y se unen al
huso a través del centrómero.
Anafase:
- Las fibras del huso mitótico o acromático se rompen por la mitad y
las cromátidas hermanas se separan siendo ahora cromosomas
diferentes pero con la misma información genética.
- Las fibras del huso empiezan a acortarse desplazando cada
cromosoma “hermano” a un polo opuesto de la célula (así, al
finalizar la anafase, un juego completo de cromosomas se habrá
agrupado en cada polo de la célula).
Telofase: sucede todo lo contrario de lo que sucedía en la profase.
- Desaparecen las fibras del huso mitótico.
- Alrededor de cada grupo de cromosomas se forma la membrana
nuclear (con fragmentos de la membrana nuclear de la célula
inicial) y el nucleolo.
- Los cromosomas se descondensan formando de nuevo la
cromatina.
NOTA IMPORTANTE: el resultado final de una mitosis son dos células hijas con el mismo
número de cromosomas que la célula madre.
ANIMACIÓN MITOSIS http://www.johnkyrk.com/mitosis.esp.html
Tema 1: La célula, unidad de vida 24
7.2.2.- La citocinesis
Este proceso de división del citoplasma empieza cuando aún no ha terminado la mitosis y se
produce de manera diferente en las células animales y en las vegetales.
- En las células animales la citocinesis consiste en el estrechamiento
progresivo de la membrana plasmática por el ecuador de la célula
estrangulando el citoplasma y aislando así los dos nuevos núcleos en dos
células hijas.
- En las células vegetales la rigidez de la pared celular impide que se dividan en dos por
estrangulamiento. En este caso se van acumulando en la zona media de la célula vegetal vesículas
procedentes del aparato de Golgi que contienen elementos de la pared celular. Las vesículas se
unen unas a otras formando un tabique llamado fragmoplasto que cuando está terminado termina
separando a la célula en dos.
8.- UNA DIVISIÓN ESPECIAL: LA MEIOSIS
Cuando hemos estudiado la mitosis hemos dicho que en todas las células, EXCEPTO EN LAS
ENCARGADAS DE PRODUCIR GAMETOS (que se llaman células germinales), tras la división,
las células hijas contienen exactamente la misma información genética que la célula madre, y por
tanto el mismo número de cromosomas. ¿Por qué eso no ocurre con las células productoras de
gametos? Porque si las células que forman los gametos se reprodujeran igual que el resto de las
células, los óvulos y los espermatozoides tendrían el mismo número de cromosomas que el resto
de las células del organismo y al producirse la fecundación, al unirse, se originarían individuos con
el doble de cromosomas que sus progenitores (y eso no es posible porque dentro de una especie
todos los individuos deben tener el mismo número de cromosomas).
Por tanto hay células que deben dividirse de manera especial para que no se duplique el número
de cromosomas de una generación a otra. A esta división especial se le llama meiosis y se puede
definir así:
Tema 1: La célula, unidad de vida 25
La meiosis es un proceso de división celular mediante el cual una
célula con un número par de cromosomas origina cuatro células con la
mitad de cromosomas que la célula madre.
Este proceso consta de dos mitosis consecutivas, la primera de ellas es una mitosis especial y la
segunda una mitosis normal.
Primera mitosis de la meiosis (llamada también mitosis reduccional)
Consta, al igual que la mitosis, de cuatro fases, pero con algunas particularidades:
Profase I
- La cromatina se condensa formando los cromosomas, que en algún momento estarán
duplicados; es decir, formados por dos cromátidas, cada
una de las cuales guarda exactamente la misma
información que la otra, ya que poco antes de haberse
iniciado la división, el material genético de la célula
madre se ha duplicado (esto sucede durante la fase S de
la interfase).
- Cada cromosoma busca a su homólogo y se une a él como si se cerrara una
cremallera entre las cromátidas no hermanas (proceso que se conoce con el
nombre de sinapsis).
- Se produce un intercambio de fragmentos de material genético entre las cromátidas no
hermanas de los cromosomas homólogos (proceso que se conoce con el nombre de
sobrecruzamiento).
- El centrosoma se duplica y cada uno de ellos emigra a
un polo de la célula, formando entre ellos unas fibras de
proteínas que empiezan a constituir el huso mitótico
acromático.
- Por último desaparecen el nucléolo y la membrana nuclear, dejando libres a las parejas de
cromosomas por el citoplasma.
Tema 1: La célula, unidad de vida 26
Metafase I
- Los centrosomas llegan a los polos y se termina de formar el huso mitótico o
acromático.
- Las parejas de cromosomas homólogos se dirigen al ecuador de la célula y se
unen al huso a través del centrómero.
Anafase I
- Las fibras del huso mitótico o acromático se rompen por la mitad y las parejas
de cromosomas homólogos se separan.
- Las fibras del huso empiezan a acortarse desplazando cada cromosoma de la
pareja a un polo opuesto de la célula.
Telofase I
- Desaparecen las fibras del huso mitótico.
- Alrededor de cada grupo de cromosomas se forma la membrana
nuclear (con fragmentos de la membrana nuclear de la célula inicial) y el
nucleolo.
- Los cromosomas se descondensan formando de nuevo la cromatina.
NOTA IMPORTANTE: al finalizar la primera mitosis se han formado dos células con la mitad
de cromosomas que la célula inicial.
Segunda mitosis de la meiosis
Es una mitosis normal tras la cual se habrán formado cuatro células hijas cada una de las cuales
tiene la mitad de cromosomas que la célula de partida.
FIN DEL TEMA
