Teorías sobre el orígen de la vida

TOMADO DE http://temas-biologia.blogspot.com/2008/02/teoras-del-origen-de-la-vida.html

Teorías del origen de la vida

1. Introducción

Desde que el hombre tuvo la capacidad de pesar y de razonar, se empezó a preguntar como surgió la vida, surgiendo así uno de los problemas más complejos y difíciles que se ha planteado el ser humano, en su afán de encontrar una respuesta, se intento solucionarlo mediante explicaciones religiosas, mitológicas y científicas, a partir de estas ultimas han surgido varias teorías y otras han sido descartadas.

El presente trabajo basado en la obra «el origen de la vida» del celebre autor Antonio Lazcano manejaremos la evolución de dicho pensamiento a través de los años, dando así una pauta para comprender mejor dicha evolución del pensamiento humano.

2. El Creacionismo

Desde la antigüedad han existido explicaciones creacionistas que suponen que un dios o varios pudieron originar todo lo que existe. A partir de esto, muchas religiones se iniciaron dando explicación creacionista sobre el origen del mundo y los seres vivos, por otra parte, la ciencia también tiene algunas explicaciones acerca de cómo se originaron los seres vivos como son las siguientes.

3. La Generación Espontánea

Desde la antigüedad este pensamiento sé tenia como aceptable, sosteniendo que la vida podía surgir del lodo, del agua, del mar o de las combinaciones de los cuatro elementos fundamentales: aire, fuego, agua, y tierra. Aristóteles propuso el origen espontáneo para gusanos, insectos, y peces a partir de sustancias como él roció, el sudor y la humedad. Según él, este proceso era el resultado de interacción de la materia no viva, con fuerzas capaces de dar vida a lo que no tenia.

A esta fuerza la llamo ENTELEQUIA.

La idea de la generación espontánea de los seres vivos, perduro durante mucho tiempo. En 1667, Johann B, van Helmont, medico holandés, propuso una receta que permitía la generación espontánea de ratones: «las criaturas tales como los piojos, garrapatas, pulgas, y gusanos, son nuestros huéspedes y vecinos, pero nacen de nuestras entrañas y excrementos. Porque si colocamos ropa interior llena d sudo junto con trigo en un recipiente de boca ancha, al cabo de 21 días el olor cambia y penetra a graves de las cáscaras del trigo, cambiando el trigo en ratones. Pero lo más notable es que estos ratones son de ambos sexos y se pueden cruzar con ratones que hayan surgido de manera normal…»

Algunos científico no estaban conformes con esas explicaciones y comenzaron a someter a la experimentación todas esas ideas y teorías.

Francisco Redí, medico italiano, hizo los primeros experimentos para demostrar la falsedad de la generación espontánea. Logro demostrar que los gusanos que infestaban la carne eran larvas que provenían de huevecillos depositados por las moscas en la carne, simplemente coloco trozos de carne en tres recipientes iguales, al primero lo cerro herméticamente, el segundo lo cubrió con una gasa, el tercero lo dejo descubierto, observo que en el frasco tapado no había gusanos aunque la carne estaba podrida y mal oliente, en el segundo pudo observar que, sobre la tela, había huevecillos de las moscas que no pudieron atravesarla, la carne del tercer frasco tenia gran cantidad de larvas y moscas. Con dicho experimento se empezó a demostrar la falsedad de la teoría conocida como «generación espontánea»

A finales del siglo XVII, Antón van Leeuwenhoek, gracias al perfeccionamiento del microscopio óptico, logro descubrir un mundo hasta entonces ignorado. Encontró en las gotas de agua sucia gran cantidad de microorganismos que parecían surgir súbitamente con gran facilidad. Este descubrimiento fortaleció los ánimos de los seguidores de la «generación espontánea»
A pesar de los experimentos de Redí, la teoría de la generación espontánea no había sido rechazada del todo, pues las investigaciones, de este científico demostraba el origen de las moscas, pero no el de otros organismos .

4. Spallanzani Y Needhad

En esos mismos tiempos, otro científico llamado Needhad, sostenía que había una fuerza vital que originaba la vida. Sus suposiciones se basan en sus experimentos: hervía caldo de res en una botella, misma que tapaba con un corcho, la dejaba reposar varios días y al observar al microscopio muestra de la sustancia, encontraba organismos vivos. Él afirmaba que el calor por el que había hecho pasar el caldo era suficiente para matar a cualquier organismo y que, entonces, la presencia de seres vivos era originada por la fuerza vital. Sin embargo Spallanzani no se dejo convencer como muchos científico de su época, realizando los mismos experimentos de Needhad, pero sellada totalmente las botellas, las ponía a hervir, la dejaba reposar varios días y cuando hacia observaciones no encontraba organismos vivos. Esto lo llevo a concluir que los organismos encontrados por Needhad procedían del aire que penetraba a través del corcho.

5. Pauster

En 1862, Louis Pauster, medico francés, realizo una serie de experimentos encaminados a resolver el problema de la generación espontánea. Él pensaba que los causantes de la putrefacción de la materia orgánica eran los microorganismos que se encontraban en el aire. Para demostrar su hipótesis, diseño unos matraces cuello de cisne, en los cuales coloco líquidos nutritivos que después hirvió hasta esterilizarlos. Posteriormente, observo que en el cuello de los matraces quedaban detenidos los microorganismos del aire y aunque este entraba en contacto con la sustancia nutritiva, no había putrefacción de la misma. Para verificar sus observaciones, rompió el cuello de cisne de un matraz, y al entrar en contacto él liquido con el aire y los microorganismos que contenía él ultimo, se producía una descomposición de la sustancia nutritiva De esta manera quedo comprobada por él celebre científico la falsedad de la teoría de la generación espontánea

6. La Panspermia

Una propuesta mas para resolver el problema del origen de la vida la presento Svante Arrhenius, en 1908. su teoría se conoce con el nombre de panspermia. Según esta, la vida llego a la Tierra en forma de esporas y bacterias provenientes del espacio exterior que, a u vez, se desprendieron de un planeta en la que existían.

A esta teoría se le pueden oponer dos argumentos:

1. Se tiene conocimiento de que las condiciones del medio interestelar son poco favorables para la supervivencia de cualquier forma de vida. Además, se sabe que cuando un meteorito entra en la atmósfera, se produce una fricción que causa calor y combustión destruyendo cualquier espora o bacteria que viaje en ellos.
2. es que tampoco soluciona el problema del origen de la vida, pues no explica como se formo esta en el planeta hipotético del cual se habría desprendido la espora o bacteria

7. La Teoría De Oparin – Haldane

Con el transcurso de los años y habiendo sido rechazada la generación espontánea, fue propuesta la teoría del origen físico-químico de la vida, conocida de igual forma como teoría de Oparin – Haldane.

La teoría de Oparin- Haldane se basa en las condiciones físicas y químicas que existieron en la Tierra primitiva y que permitieron el desarrollo de la vida.

De acuerdo con esta teoría, en la Tierra primitiva existieron determinadas condiciones de temperatura, así como radiaciones del Sol que afectaron las sustancias que existían entonces en los mares primitivos. Dichas sustancias se combinaron dé tal manera que dieron origen a los seres vivos.

En 1924, el bioquímico Alexander I. Oparin publico «el origen de la vida», obra en que sugería que recién formada la Tierra y cuando todavía no había aparecido los primeros organismos, la atmósfera era muy diferente a la actual, según Oparin, eta atmósfera primitiva carecía de oxigeno libre, pero había sustancias como el hidrógeno, metano y amoniaco. Estos reaccionaron entre sí debido a la energía de la radiación solar, la actividad eléctrica de la atmósfera y a la de los volcanes, dando origen a los primeros seres vivos.

En 1928, John B.S.Haldane, biólogo ingles, propuso en forma independiente una explicación muy semejante a la de Oparin. Dichas teorías, influyeron notablemente sobre todos los científicos preocupados por el problema del origen de la vida.

8. Condiciones que permitieron la vida

Hace aproximadamente 5 000 millones de años se formo la Tierra, junto con el resto del sistema solar. Los materiales de polvo y gas cósmico que rodeaban al Sol fueron fusionándose y solidificándose para formar los todos los planetas.

Cuando la Tierra se condenso, su superficie estaba expuesta a los rayos solares, al choque de meteoritos y a la radiación de elementos como el torio y el uranio. Estos proceso provocaron que la temperatura fuera muy elevada.

La atmósfera primitiva contenía vapor de agua (H₂O), metano (CH₄), amoniaco (NH₃), ácido cianhídrico (HCN) y otros compuestos, los cuales estaban sometidos al calor desprendido de los volcanes y a la radiación ultravioleta proveniente del sol. Otra característica de esta atmósfera es que carecía de oxigeno libre necesario para la respiración.

Como en ese tiempo tampoco existía la capa formada por ozono, que se encuentra en las partes superiores de la atmósfera y que sirven para filtrar el paso de las radiaciones ultravioletas del sol, estas podían llegar en forma directa a la superficie de la Tierra.

También había gran cantidad de rayos cósmicos provenientes del espacio exterior, así como actividad eléctrica y radiactiva, que eran grandes fuentes de energía. Con el enfriamiento paulatino de la Tierra, el vapor de agua se condeno y se precipito sobre el planeta en forma de lluvias torrenciales, que al acumularse dieron origen al océano primitivo, cuyas características definieran al actual.

9. ¿Cómo fueron los primeros organismos?

Los elementos que se encontraban en la atmósfera y los mares primitivos se combinaron para formar compuestos, como carbohidratos, las proteínas y los aminoácidos. Conforme se iban formando estas sustancias, se fueron acumulando en los mares, y al unirse constituyeron sistemas microscópicos esferoides delimitados por una membrana, que en su interior tenían agua y sustancias disueltas.

Estos tipos de sistemas pluricelulares, podemos estudiarlos a partir de modelos parecidos a los coacervaros (gotas microscópicas formadas por macromoléculas a partir de la mezcla de dos soluciones de estas, son un posible modelo precelular). Estos son mezclas de soluciones orgánicas complejas, semejantes a las proteínas y a los azúcares.

Oparin demostró que en el interior de un coacervado ocurren reacciones químicas que dan lugar a la formación de sistemas y que cada vez adquieren mayor complejidad. Las propiedades y características do los coacervados hacen suponer que los primeros sistemas precelulares se les parecían mucho.

Los sistemas precelulares similares a los coacervados sostienen un intercambio de materia y energía en el medio que los rodea. Este tipo de funciones también las realizan las células actuales a través de las membranas celulares.

Debido a que esos sistemas precelulares tenían intercambio con su medio, cada vez se iban haciendo más complejos, hasta la aparición de los seres vivos.

Esos sistemas o macromoléculas, a los que Oparin llamo PROTOBIONTES, estaban expuestos a las condiciones a veces adversas del medio, por lo que no todos permanecieron en la Tierra primitiva, pues las diferencias existentes entre cada sistema permitían que solo los más resistentes subsistieran, mientras aquellos que no lo lograban se disolvían en el mar primitivo, el cual ha sido también llamado SOPA PRIMITIVA.

Después, cuando los protobiontes evolucionaron, dieron lugar a lo que Oparin llamo EUBIONTES, que ya eran células y, por lo tanto, tenían vida. Según la teoría de Oparin – Haldane, así surgieron los primeros seres vivos.

Estos primeros seres vivos eran muy sencillos, pero muy desarrollados para su época, pues tenían capacidad para crecer al tomar sustancias del medio, y cuando llegaban a cierto tamaño se fragmentaban en otros más pequeños, a los que podemos llamar descendientes, estos conservaban muchas características de sus progenitores.

Estos descendientes iban, a su vez, creciendo y posteriormente también se fragmentaban; de esta manera inicio el largo proceso de evolución de las formas de vida en nuestro planeta.

http://www.monografias.com/trabajos10/lazca/lazca.shtml

Historia y teoría celular

TOMADO DE  Spinel C. Biología molecular de la célula eucariótica animal. Biogénesis Fondo Editorial, Medellín, 420 pág. 2002.

Historia de la célula

Como resultado de la pqueña dimensión de la célula, el estudio de sus propiedades tuvo que esperar el desarrollo del microscopio. En 1665, Robert Hooke reportó por primera vez el descubrimiento de las células; sus observaciones fueron hechas el examinar una rebanada de corcho muy delgada. Hooke observó el aspecto del corcho como un panal de abejas y usó el término célula para describir los compartimientos que vio. Concluyó que cada uno era un espacio cerrado, sin pasajes de interconexión de uno al otro; por eso empleó el término célula que significa en griego “celda vacía”. En realidad, lo que Hooke observó fueron únicamente las paredes celulares vegetales. Desde luego, las paredes celulares habían sido producidas originalmente por las células vivas que ocupaban esas celdas.

Sin embargo, casi doscientos años antes que se estableciera el hecho de que todas las plantas y los animales estaban compuestos por células. En 1838, Mathias Schleiden publicó los resultados de sus investigaciones en plantas y concluyó que, independientemente del aspecto particular del tejido, las plantas estaban formadas por células y que el embrión de la planta se derivaba de una célula única. Theodor Schwam, colega Schleiden, publicó en 1839 un trabajo sobre las bases celulares de la vida animal; también propuso que todos los tejidos estaban formados por células; y todavía fue más lejos: concluyó que todas las células de las plantas y de los animales eran estructuras análogas , y como tal, las células eran las unidades funcionales de los seres vivos. Schwann advirtió que cada célula era un “Todo individual e independiente” que de alguna forma funcionaba junto con otras células de manera armoniosa. Así se estableció la “Teoría Celular”, que fue la base para el inicio del análisis de la estructura y función celular desde entonces.

La Teoría Celular, tal como se la considera hoy, puede resumirse en cuatro proposiciones:

1. En principio, todos los organismos están compuestos de células.

2. En las células tienen lugar las reacciones metabólicas de organismo.

3. Las células provienen tan solo de otras células preexistentes.

4. Las células contienen el material hereditario.

Si consideramos lo anterior, podemos decir que la célula es nuestra unidad estructural, ya que todos los seres vivos están formados por células; es la unidad de función, porque de ella depende nuestro funcionamiento como organismo y es la unidad de origen porque no se puede concebir a un organismo vivo si no esta presente al menos una célula.

Por sus aportaciones, Theodor Schwann y Mathias Schleiden son considerados los fundadores de la Teoría Celular Moderna.

Célula eucariótica animal y vegetal

Célula eucariótica animal y vegetal

Las células eucariontes poseen dos modelos estructurales básicos: a) células autótrofas fotosintéticas y b) células heterótrofas.

Las células autótrofas son aquellas que sintetizan su propio alimento, es decir sus propias moléculas combustibles. En este caso las células eucariontes vegetales son células autótrofas fotosintéticas, por lo tanto utilizan la luz solar como fuente de energía. Transforman la energía solar en energía química, este proceso es llamado fotosíntesis. La fotosíntesis en las células vegetales se lleva a cabo en un organelo membranoso llamado cloroplasto. Dentro del cloroplasto se encuentran sacos membranosos apilados, denominados tilacoides, en cuyas membranas encontramos el pigmento llamado clorofila, esencial para la fotosíntesis.

Las células heterótrofas son aquellas que no sintetizan su propio alimento sino que necesitan una fuente externa de energía tanto como de materiales de construcción de sus propias moléculas. Las células animales (y los hongos), son células eucariontes heterótrofas.

Las células animales y las células vegetales poseen unas organelas membranosas llamadas mitocondrias, donde se lleva acabo la respiración celular. En este proceso son rotos los enlaces de alta energía de las moléculas combustibles orgánicas. Esta energía liberada es utilizada para la síntesis de las monedas energéticas como el ATP. El ATP es esencial para las diferentes funciones celulares. Para que este proceso se lleve a cabo dentro de las mitocondrias es necesaria la presencia de oxigeno.

Por lo tanto en ambos tipos celulares son necesarias las mitocondrias , para obtener energía química en forma de ATP a partir de las moléculas combustibles. Pero es diferente el origen

de las moléculas orgánicas utilizadas como combustibles. En el caso de las células vegetales (autótrofas), ellas sintetizan sus propias moléculas combustibles en los cloroplastos, en el proceso de fotosíntesis. En cambio las células animales (heterótrofas), necesitan una fuente externa de moléculas energéticas que sirvan como combustible celular.

Tabla 1.9 – Principales diferencias entre células animales y células vegetales
Estructura	Célula animal	Célula vegetal
Pared celular	Ausente	Pared celular constituida por celulosa.
Aparato mitótico (Huso acromático )	Astral	Anastral
Centríolos	Presente	Ausente
Vacuolas	Vacuolas pequeñas	Vacuolas grandes, puede ser una grande central
Metabolismo	Heterótrofo	Autótrofo
Mitocondrias	Presentes	Presentes
Cloroplastos	Ausentes	Presentes

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http://www.genomasur.com/lecturas/Guia01.htm

Estructura de la célula procariótica

TOMADO DE http://www.genomasur.com/lecturas/Guia01.htm

Estructura de las células PROCARIÓICAS

Fig. 1.2- Esquema de una ultraescructura de una bacteria idealizada (dar click para ampliar)

Bacterias, Micoplasmas y Algas Cianofíceas

Cuadro 1.1- Estructura de una Célula procarióta (dar click para ampliar)

Las bacterias pueden definirse como organismos unicelulares procariontes que se reproducen por fisión binaria. Contienen toda su información genética en un único cromosoma bacteriano circular. También poseen sistemas productores de energía y biosintéticos necesarios para el crecimiento y la reproducción. Poseen como característica particular una pared rígida de peptidoglicanos. Son generalmente de vida libre y poseen ADN extracromosómico en forma de plásmidos, estos codifican genes de resistencia a antibióticos o factores «sexuales» como los pili.

Los micoplasmas son las bacterias mas pequeñas de vida independiente. Son muy flexibles y deformables por lo que atraviesan los filtros de esterilización. Entre sus características principales se encuentran: a) carecen de pared celular, b) en su membrana plasmática poseen esteroles, que no son sintetizados por la bacteria sino que son absorbidos del medio de cultivo o del tejido donde se desarrolla.. Los micoplasmas son resistentes a la penicilina (carecen de pared de peptidoglucano) y por la misma razón no toman la coloración de Gram.

Las cianobacterias, anteriormente llamadas algas cianofíceas (azulverdosas), son bacterias Gramnegativas. Se encuentran presentes en estanques, lagos, suelo húmedo, cortezas de árboles, océanos y algunas en fuentes termales. La mayor parte de las cianobacterias son autótrofos fotosintéticos. Contienen clorofila a, que también se encuentra en plantas y algas. La clorofila a y pigmentos accesorios se localizan en membranas fotosintéticas, llamadas laminas internas o laminillas fotosintéticas. Muchas especies de cianobacterias fijan nitrógeno, este proceso enriquece el suelo.

En la Tabla 1.4 se aprecian las diferencias más importantes entre las células procariotas (bacterias) y eucariotas

Plásmidos

Un plásmido es una molécula de ADN extracromosómico que se replica en forma autónoma, por lo que al igual que el cromosoma es un replicón. Puede haber hasta 50 copias de un plásmido en una bacteria. Funcionalmente los plásmidos son elementos genéticos accesorios, es decir que la bacteria puede vivir sin ellos. Sin embargo, la información que contienen puede contribuir a la adaptación de la bacteria al medio y a la evolución de la misma. Los plásmidos pueden contener genes que codifican factores de resistencia a antibióticos (los plásmidos R) y factores de patogenicidad como exotoxinas. La evolución bacteriana a través de los plásmidos es factible, ya que pueden ser intercambiados entre distintas bacterias (por ejemplo, el plásmido F). Es decir que ciertos genes pueden transferirse de una bacteria otra mediante el pasaje de plásmidos, a este mecanismo se lo denomina conjugación. Para que la conjugación pueda llevarse a cabo las dos bacterias deben ponerse en contacto físico . Esto es posible debido a que una de las bacterias, posee pili sexuales (pelos) en su envoltura. Estos pili se encuentran codificados en el mismo plásmido F (plásmido conjugativo). La bacteria que transfiere el plásmido es la que posee pili y se la denomina F+, la célula receptora es F-.

Transposones

Los transposones son elementos genéticos movibles, que se encuentran presentes en los procariontes (aunque también en las células eucariontes). El descubrimiento de los transposones se lo debemos a Barbara McClintock. Los transposones son fragmentos de ADN que se mueven de una localización a otra del cromosoma. Esta transposición es catalizada por una enzima llamada transposasa. El gen de la transposasa esta incluido dentro del mismo transposón. Los transposones al ser elementos móviles, dentro del genoma, pueden provocar mutaciones al insertarse en nuevas regiones del ADN.

Pared Celular. Bacterias Grampositivas y Gramnegativas

Por fuera de la membrana celular, se encuentra una pared celular rígida de peptidoglicano, que esta presente en todas las bacterias excepto los micoplasmas. La presencia de la pared protege a la bacteria de la diferencia de presión osmótica entre el medio interno de la bacteria y el medio exterior. De no existir la pared la bacteria estallaría. Además la pared cumple funciones de protección como por ejemplo contra sustancias tóxicas .

Existen dos tipos de pared bacteriana que pueden diferenciarse por la Tinción de Gram (siglo XIX). El primer grupo de bacterias son aquellas capaces de retener el colorante cristal violeta luego de la decoloración con alcohol-cetona. Estas bacterias son llamadas Grampositivas. El segundo grupo esta conformado por aquellas bacterias incapaces de retener el colorante luego del tratamiento decolorante, por lo tanto son llamadas Gramnegativas.

La pared celular de las bacterias Grampositivas

Fig. 1.3- Esquema de la parecelular de una bacteria Grampositiva (dar click para ampliar)

La pared celular de las Grampositivas es más gruesa que la de los Gramnegativas. Posee peptidoglicano, ácidos teicoicos y lipoteicoicos. El componente fundamental es la mureína, un peptidoglicano que solo se encuentra en los procariontes. La mureína consiste en una cadena lineal de dos azúcares alternados N-acetilglucosamina y ácido acetilmurámico. A cada residuo de ácido murámico se encuentra unido un tetrapéptido compuesto de D- y L- aminoácidos. Aproximadamente un tercio de los tetrapéptidos presentes participan de la unión lateral entre cadenas adyacentes de mureína. La pared celular es biológicamente estable, resiste el ataque de las enzimas de los mamíferos, excepto de la lisozima que la degrada. La síntesis de la pared puede ser afectada por antibióticos como la penicilina. Los ácidos teicoicos son el principal determinante antigénico de las bacterias Grampositivas y por lo tanto definen la individualidad inmunológica de estas bacterias.

La pared celular de las bacterias Gramnegativas

Fig. 1.4- Esquma de la pared celular de una bacteria Gramnegativa (dar click para ampliar)

El espesor de la pared celular de una bacteria Gramnegativas es considerablemente menor que el de una Grampositivas. La cantidad de mureína es mucho menor en los Gramnegativas. Los ácidos teicoicos no están presentes en las bacterias Gramnegativas. A ambos lados de la fina pared de mureína se encuentra un gel periplásmico, que define al llamado periplasma (antes llamado espacio periplasmático).

Por fuera del periplasma se encuentra una estructura exclusiva de las Gramnegativas, la denominada membrana externa. Si bien es estructuralmente similar a una bicapa lipídica, su composición es diferente de la de otras membranas biológicas. Esta bicapa es muy asimétrica, la semicapa interna esta compuesta por fosfolípidos, pero la semicapa externa esta compuesta por lipopolisacáridos (LPS), altamente tóxico para el ser humano (endotoxina).

Para obtener nutrientes las bacterias Gramnegativas, poseen porinas que son proteínas que forman poros en la membrana externa.

Cápsulas

Por fuera de la membrana externa de las Gramnegativas y de la gruesa pared de las Grampositivas, se encuentra presente, en algunas bacterias, una cápsula o matriz exopolisacárica, formada por un gel hidrofílico. En general esta cápsula o matriz esta formada por polímeros de azúcares. Las cápsulas permiten a las bacterias evadir los mecanismos de defensa de los organismos pluricelulares, también tienen funciones de adherencia a epitelios permitiendo de esta manera colonizar los tejidos del huésped.

SIGUE CON CÉLULAS EUCARIOTAS

Estructura de las células eucarióticas

Estructura de las células eucarióticas

Cuadro 1.2- Estructura de una Célula eucarióta (clicl para ampliar)

Fig.1.5- Esquema de la ultraestructura tridimencional de una célula animal y sus principales componentes (click para ampliar)

Presentan este modelo celular, los organismos de los reinos Protista, Hongos, Plantas y Animales.

Si bien existe una gran diversidad entre estas células, el modelo básico es similar, presentando como estructura sobresaliente el núcleo celular.

Núcleo celular

Las diversas partes de una célula eucariótica interactúan de forma integrada. Esto es posible

porque existe un centro primordial de control: el núcleo celular. Una membrana doble, la envoltura nuclear (constituida por dos unidades de membrana), controla el transporte, muy selectivo, de sustancias entre el núcleo y el citoplasma. El pasaje se realiza a través de los poros nucleares. La envoltura nuclear posee ribosomas adheridos a la cara citoplasmática y una estructura proteica en su parte interna llamada lamina nuclear, que sirve como esqueleto al núcleo.

En el interior del núcleo, se encuentra el material genético (ADN) asociado a proteínas básicas llamadas histonas, formando una estructura fibrilar muy enrollada denominada cromatina y el nucleolo, sitio de ensamblaje de los ribosomas (estructuras esenciales para la síntesis de proteínas, formados por ARN ribosomal y proteína). El ARN ribosómico se sintetiza en el nucleolo, y las proteínas ribosómicas en el citoplasma, para pasar después al núcleo y de allí al nucleolo, donde se unen al ARN ribosomal para formar los ribosomas.

Tabla 1.5- Características del Núcleo Celular y sus Componentes
Estructura : Núcleo Celular	Descripción	Función
Núcleo	Estructura rodeada por una doble membrana con poros. Contiene cromatina/cromosomas y nucleolo.	Regular la función celular. Control del metabolismo, reproducción (ciclo celular) y diferenciación celular.
Envoltura Nuclear	Estructura formada por dos unidades de membrana unidas a nivel de los poros nucleares.	Continuación del REG. Posee poros que regulan el pasaje entre núcleo y citoplasma
Nucleolo	Cuerpo granular en el núcleo, que consiste en ARN y proteínas.	Sitio de síntesis del RNA ribosómico y de ensamble de los ribosomas.
Cromatina	ADN asociado a proteínas, tanto estructurales (histonas) como a proteínas regulatorias. La cromatina es visible durante la interfase celular	Empaquetamiento (plegamiento) de ADN. El ADN compone los genes. Funciones regulatorias de la transcripción genética.
Cromosomas	ADN asociado a proteínas, en estado superenrrollado. Visible en forma de estructuras cilíndricas cuando la célula se divide, ya sea en mitosis o meiosis.	Contienen los genes que son las unidades de información, que rigen las funciones y estructura celular.

Rodeando al núcleo encontramos el citoplasma, coloide donde predominan como constituyentes agua, iones, enzimas y donde se encuentran incluidos los organelos celulares. El citoplasma se encuentra separado del ambiente exterior por la membrana plasmática.

Membrana plasmática

Estructuralmente esta compuesta por una bicapa fosfolipídica. El colesterol esta presente en las células animales, pero esta ausente, en general, en plantas, hongos y procariontes (salvo micoplasmas). La membrana plasmática también contiene múltiples proteínas con diversas funciones. Podemos dividirlas en dos grandes grupos: a) proteínas integrales de membrana y b) proteínas periféricas de membrana. Las primeras atraviesan la membrana de lado a lado, mientras que las segundas están en contacto con la membrana, pero no la atraviesan. Algunas son enzimas reguladoras, otras receptores hormonales. Existen también proteínas transportadoras y canales reguladoras del movimiento de iones y moléculas a través de la membrana plasmática, de allí su enorme especificidad. Otra función importante de la membrana es la comunicación intercelular y el reconocimiento de diversos tipos de molécula (hormonas, virus, anticuerpos, toxinas, etc.) que interactúan con ella. En general esta función es llevada acabo por glucoproteínas y glucolípidos, que se encuentran solo en el lado externo de la membrana plasmática. Se cree que los glúcidos juegan un importante papel en la adhesión entre células. A esta capa, de glucolípidos y glucoproteínas se la denomina glucocálix.

Sistema de endomembranas

Este sistema se compone de sistemas membranosos interconectados entre sí, como el retículo endoplalmático liso o agranular (REL), el retículo endoplasmático rugoso o granular (REG) y el aparato de Golgi. Estas estructuras permiten la circulación de sustancias siempre dentro de formaciones limitadas por membrana interactuando por medio de vesículas.

Tabla 1.6 – Organización del Sistema de endomembranas
Estructura	Descripción	Función
Retículo endoplasmático rugoso (REG)	Membranas internas en forma de sacos aplanados y túbulos. Con ribosomas adheridos a su superficie externa. La envoltura nuclear es parte del REG.	Síntesis de Proteínas destinadas a secreción(exportación) o a la incorporación de membranas.
Retículo endoplasmático liso (REL)	Membranas internas donde predominan los túbulos. Sin ribosomas adheridos.	Sitio de biosíntesis de lípidos y detoxificación de medicamentos.
Aparato de Golgi	Pilas de sacos membranosos aplanados (dictiosomas). Funcional y estructuralmente polarizado.	Modificación de proteínas (glicosilación). Empaquetamiento de proteínas secretadas. Clasificación de las proteínas que se distribuyen a membrana plasmática, secreción o lisosomas.
Lisosomas	Vesículas (sacos) membranosas	Contienen enzimas hidrolíticas, que desdoblan materiales ingeridos, secreciones y deshechos celulares.
Vacuolas	Sacos membranosos principalmente, en plantas, hongos y algas.	Transporte de materiales, deshechos y agua.

Organelas

Tabla 1.7 – Principales organoides membranosos de la célula eucarionte
Estructura	Descripción	Función
Mitocondria	Organelas semiautónomas. Poseen ADN y ribosomas tipo procarionte. Una doble membrana les sirve de envoltura. La membrana interna forma las crestas mitocondriales.	Metabolismo aeróbico. Sitio de muchas de las reacciones de la respiración celular. Allí se realizan el ciclo de Krebs, la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa. Es decir la transformación de la energía de lípidos o glucosa (moléculas combustibles) en ATP (moneda energética).
Cloroplasto	Organela semiautónoma. Posee ADN y ribosomas tipo procarionte. Una doble membrana envuelve a los tilacoides. La clorofila, se encuentra en las membranas tilacoidales.	La clorofila capta la energía luminosa para formar ATP y otros compuestos con gran cantidad de energía. Estos compuestos altamente energéticos sirven para sintetizar, glucosa a partir de CO2.
Microcuerpos (Peroxisomas)	Vesículas membranosas que contienen diversas enzimas relacionadas con el metabolismo del oxigeno y el peróxido de hidrogeno. No poseen ADN ni ribosomas	Sitio de muchas reacciones metabólicas. Enzimas que protegen de la toxicidad del oxigeno, por ejemplo la catalasa.

Ribosomas y Polirribosomas

Son estructuras redondeadas que a diferencia de las anteriores, carecen de unidad de membrana.

Están constituidos por dos subunidades, mayor y menor separadas entre sí. Ambas subunidades se unen cuando leen una molécula de ARNm. Las subunidades están formadas por ARNr y proteínas, siendo ensambladas en el nucleolo. Cuando hay varios ribosomas unidos a una molécula de ARNm, lo denominamos polirribosoma.

La función de los ribosomas es sintetizar proteínas.

Citoesqueleto

El citoesqueleto es una red de fibras proteínicas. Esta red es dinámica encontrándose en constante cambio. Sus funciones, son esenciales para las células eucariontes y abarcan motilidad celular, forma, diferenciación, reproducción, regulación, etc.

Tabla 1.8 – Organización General del citoesqueleto
Estructura	Descripción	Función
Microtúbulos	Tubos huecos compuestos por la forma monomérica de la proteína tubulina. (monómero globular)	Sostén estructural, participan en el movimiento de organelas y la división celular (aparato mitótico), componentes de cilios, flagelos y centríolos.
Filamentos de actina (microfilamentos)	Estructura sólida en forma de huso consistente en la proteína actina. (monómero globular)	Sostén estructural, participan en el movimiento de la célula y sus organelos y en la división celular.
Filamentos intermedios	Proteínas filamentosas, en forma de tubos. Compuestas por monómeros fibrosos.	Sostén estructural. Forman redes que conectan la membrana plasmática con la envoltura nuclear.
Centríolos	Pares de cilindros huecos, localizados cerca del centro de la célula, formados por microtúbulos.	El huso mitótico se forma entre los centríolos durante la división de células animales, fija y organiza los microtúbulos. Están ausentes en las plantas superiores.
Cilios	Proyecciones relativamente cortas que se extienden desde la superficie celular. Compuestas por microtúbulos.	Movimiento de algunos organismos unicelulares. Se utiliza para mover materiales en la superficie de algunos tejidos.
Flagelos	Proyecciones largas compuestas por microtúbulos. Cubiertos por membrana plasmática	Locomoción celular de espermatozoides y algunos organismos unicelulares.

Fig. 1.6- Esquema de componentes del citoesqueleto (click para ampliar)

TÉCNICAS DE ESTUDIO DE LA CELULA

Video de tejidos y células del cuerpo humano visto desde el microscopio electrónico

Video de un glóbulo blanco persiguiendo a una bacteria visto desde el microscopio óptico

Una combinación de métodos ayuda al estudio de la célula

El desarrollo de la biología celular y molecular se produce en forma paralela a la invención de instrumentos y técnicas biofísicas y bioquímicas que extienden los sentidos a nuevos límites y acrecientan el conocimiento de la estructura y funcionamiento de la célula. El acceso a este tipo de conocimiento resulta dificultoso pues las células son pequeñas y transparentes. El ojo humano sólo puede discriminar dos puntos separados por más de 0,1 mm ó 100 micrómetros (mm). La mayoría de las células son mucho más pequeñas y se necesita del microscopio óptico cuyo límite de resolución es de 0,2 mm. Para estructuras más pequeñas, que midan entre 0,4 y 200 nanómetros (nm), se requiere del microscopio electrónico. Para mayores detalles, consulte la Tabla 1a.2

Como se aprecia, las principales unidades de medida que se emplean corrientemente en microscopia no son las de uso cotidiano. En la siguiente tabla se expresan aquellas unidades y sus equivalencias:

Tabla 1.11-Medidas utilizadas en microscopia
Unidad	Símbolo	Equivalencia en metro (m)	Utilización principal en citología
Centímetro	cm	0,01 metro	Objetos macroscópicos a simple vista. Huevos grandes.
Milímetro	mm	0,001m	Objetos macroscópicos a simple vista. Células muy grandes.
Micrómetro	mm	10-6 m	Microscopia de luz (óptica)Casi todas las células y organelos grandes.
Nanómetro	nm	10-9 m	Microscopia electrónica.Organelas pequeñas, macromoléculas grandes.
Angstrom	Å	10-10 m	Microscopia electrónica. Métodos de difracción de rayos X. Moléculas y átomos.

Por lo tanto: 1m=10² cm=10² mm=10³ mm=10⁶ nm=10⁹

Por otra parte, la mayoría de los componentes de la célula viva son transparentes debido a su alto contenido de agua. Al disecarla no presenta un significativo contraste. Entonces la tinción selectiva de ciertos componentes celulares resuelve el problema del contraste. Sin embargo la mayoría de estas técnicas conduce a la muerte de la célula y aún más, a cambios químicos y morfológicos que no se encuentran en las células activas y en la matriz extracelular.

Cabe destacar que algunos pigmentos del citoplasma y de organoides vegetales pueden absorber determinadas longitudes de onda (l) [1] y no necesitan de previo tratamiento para su observación al microscopio óptico.

Para el estudio de la célula viva se emplean técnicas ópticas especiales como, por ejemplo, la microscopia de contraste de fase o la de interferencia.

Fig. 1.16 – Cuadro comparativo de distintos ejemplos de niveles de organización a nivel microscópico.

En el nivel macromolecular, la difracción de rayos X resulta ser la técnica más adecuada para estudiar la configuración molecular de proteínas, de ácidos nucleicos y de algunos entes prebióticos tales como los virus.

Los compuestos químicos que constituyen la célula pueden ser detectados, descriptos y localizados dentro y fuera de la célula mediante métodos adaptados de la Química Analítica.

Las técnicas aislamiento y separación específica de células, organelas y macromoléculas y el preparado de cultivos celulares para el estudio detallado son herramientas invalorables para el avance de la biología celular y molecular.

Los microscopios proveen ventanas para el mundo de la célula

Fig. 1.17- Esquema de un Microscopio Óptico

El descubrimiento y estudio temprano progresó con la invención y mejora de los microscopios en el siglo XVII. Los microscopios de varios tipos son aún herramientas indispensables para el estudio de las células.

Los microscopios primeramente usados en el Renacimiento tanto como los que son utilizados en los laboratorios hoy, son microscopios ópticos. La luz visible pasa a través de la muestra y de las lentes de vidrio por donde la luz es refractada (“doblada”) de tal manera, que la imagen del espécimen es amplificada cuando se proyecta en el ojo.

Dos valores importantes en microscopia son el aumento y el poder de resolución . Entendemos por aumento a las dimensiones aparentes de los objetos comparados con su tamaño real. El poder de resolución es la medida de la nitidez de la imagen; es la capacidad del instrumento para brindar imágenes distintas de dos puntos cercanos.

El microscopio óptico nunca puede resolver detalles menores a 0,2mm, la medida de una pequeña bacteria. Esta resolución es limitada por la longitud de onda de la luz visible usada para iluminar la muestra. Los microscopios ópticos o de luz pueden aumentar efectivamente alrededor de 1000 a 1500 veces el tamaño de la muestra real; si se incrementase el aumento la imagen proyectada sería borrosa. La mayoría de las mejoras en microscopia de luz del comienzo de este siglo ha involucrado nuevos métodos para aumentar el contraste. Sin estas técnicas sería imposible para el ojo humano el conocimiento del mundo celular.

La mayoría de las organelas son demasiado pequeñas para ser visualizadas por la microscopia de luz. La Biología Celular avanzó rápidamente hace un poco más de cincuenta años con la introducción del microscopio electrónico. En lugar de luz visible, el microscopio electrónico utilizó un haz de electrones [2] a través de la muestra. El poder de resolución está inversamente relacionado con la longitud de onda (l) de la radiación que un microscopio usa y un haz de electrones tiene longitudes de onda mucho más cortas que la luz visible. Para mayores precisiones al respecto, consulte el cuadro 1.4

Cuadro 1.4- Poder de resolución del Microscopio

En cualquier tipo de microscopio, el poder de resolución depende de la longitud de onda (l) y de la apertura numérica (AN) del objetivo (la capacidad de colectar la luz). Así, el límite de resolución, que es la distancia mínima que debe existir entre dos puntos para que puedan ser discriminados como tales, y responde a la siguiente ecuación:Límite de resolución=0,61 l /AN A su vez, AN = n . seno a donde, n es el índice de refracción del medio que atraviesa el haz y a es el ángulo de apertura Nótese que el límite de resolución es inversamente proporcional al poder resolutivo del instrumento, de modo tal que cuanto mayor sea éste, menor será el límite de resolución conseguido.

Fig. 1.18- Comparación entre un Microscopio Óptico y Electrónico

La mayoría de los microscopios electrónicos modernos pueden lograr una resolución de 0,2 nm, unas 1000 veces mejor que la obtenida con el microscopio óptico.

Los biólogos usan el término ultraestructura celular para referirse a la anatomía celular cuando se resuelve por un microscopio electrónico.

Hay dos tipos de microscopio electrónico: el microscopio electrónico de transmisión (MET) y el microscopio electrónico de barrido (MEB):

·       El MET permite develar la ultraestructura de las células y de la matriz extracelular. El haz de electrones es desviado por un campo electromagnético (que actuaría como lente). En este tipo de microscopia se requiere que las muestras tengan un grosor de 100 nm.

·       El MEB es especialmente útil para estudios de superficie del espécimen. El haz de electrones explora la superficie de la muestra la que usualmente se recubre con una película de oro. El haz excita a los electrones sobre la superficie de la misma muestra y estos electrones secundarios se recolectan y enfocan sobre una pantalla. Esto forma una imagen de la topografía del espécimen. Un importante atributo del MEB es su gran profundidad de campo, la cual resulta en una imagen tridimensional.

El ME revela muchas organelas que son imposibles de resolver con MO. Pero el MO ofrece muchas ventajas especialmente para el estudio de la célula viva. Una desventaja de ME es que los métodos químicos y físicos usados para preparar la muestra, no sólo matan a las células sino que puedan introducir artefactos, estructuras peculiares vistas en micrografías que no existe en una célula viva.

La preparación de la muestra para el MO y el ME resulta similar si se trabaja con las células muertas.

En la tabla 1.9 se comparan los pasos a seguir en ambos tipos de microscopia para la preparación de la muestra:

Tabla 1.12 –Técnicas para Preparar una Muestra en Microscopia Óptica y Electrónica
Paso	Microscopia Óptica	Microscopia Electrónica
Obtención: Se hace cuidadosamente con instrumental adecuado.
Fijación: se destina a impedir la autodegradación enzimática (autólisis)de las células tratando de evitar, en lo posible, la alteración de las estructuras originales y su autodigestión.	Pueden usarse fijadores químicos (formol, etanol, metanol o mezclas fijadoras). También se utilizan métodos físicos como la desecación, el calor seco, el frío o la congelación.	Se realiza con paraformaldehido, con tetróxido de osmio o, últimamente, con glutaraldehido, en soluciones acuosas de pH neutro y concentración salina semejante al medio. Luego se lava la pieza y se post-fija con tetróxido de osmio durante una hora; el osmio se une a estructuras lipoproteicas (membranas celulares) ofreciendo mayor contraste en la imagen. Esto se conoce como coloración o contrastado.
Deshidratación: retira el agua de las piezas fijadas, para que luego puedan ser incluidas en un elemento que es insolubles en solventes acuosos.	Pasajes sucesivos por alcoholes de concentración creciente.	Baños con alcohol o acetona.
Aclaración	Se realiza para eliminar de la muestra restos de alcohol y toda sustancia hidrosoluble. Se impregna la muestra con un solvente no acuoso, orgánico y soluble en parafina, como xileno, tolueno o benceno.	No requiere
Inclusión	Se incluye el material en parafina o celoidina previamente calentada, la que al solidificarse sirve de sostén de la muestra y posibilita su corte. Se forma el taco.	Se utilizan resinas sintéticas tipo epoxi que luego de secarse se transforman en un material muy duro, apto para que se le efectúen cortes extremadamente delgados.
Corte	Es lo suficientemente delgado como para ser atravesado por la luz. Esto se logra utilizando el micrótomo con el que se realiza cortes uniformes del tejido a un dado espesor.	Debe obtenerse un corte de la muestra tal que el haz de electrones logre atravesarla. El ultramicrótomo realiza cortes de 20 a 100 nm de espesor con cuchillas de vidrio o diamante.
Rehidratación	Se retira la parafina con xilol y se lava con alcoholes de concentración creciente. Al ser los colorantes solubles en agua resulta indispensable rehidratar
Coloración	Las células y los tejidos son coloreados para lograr mayores contrastes facilitando la observación. La coloración de hematoxilina-eosina es una de las más comúnmente utilizadas. Tiñe el núcleo de azul y el citoplasma de rosa.
MontajeEl corte se coloca sobre ciertas clases de estructuras.	El corte se monta sobre un portaobjetos. El cubreobjetos puede colocarse por encima para proteger el preparado. Este puede conservarse durante décadas si el cubreobjetos se sella.	Estas muestras se montan en pequeñas grillas de cobre
Contrastado		La pieza se impregna en acetato de uranilo, citrato de plomo u otras sustancias.

Las diferencias más notables de los principales componentes del MO y del ME y sus características singulares se especifican en la siguiente tabla.

Tabla 1.13 – Diferencias entre el MO y ME
Microscopio Óptico	CARACTERÍSTICA	Microscopio Electrónico
De interferencia de rayos luminosos	1) IMAGEN DADA POR MECANISMO:	De dispersión de electrones
Simple con aire	2) TUBO	Al vacío con gran diferencia de potencial
Luz (fotones)	3) FUENTE	Filamento de tungsteno (electrones)
Lentes: Ocular, objetivo y condensador	4) ELEMENTOS	Bobinas electromagnéticas
Células vivas o muertas	5) ESTUDIAN	Células muertas
Coloreadas o no	6) OBSERVACIÓN DE LA IMAGEN	Distintas tonalidades de gris. En la actualidad se ven imágenes «sombreadas» electrónicamente.
0,25m	7) LIMITE DE RESOLUCIÓN	3 Å a 5 Å (teórico)10 Å (en la práctica)
5.500 Å (término medio)	8) LONGITUD DE ONDA	0,056 Å
500 X a 1500 X	9) AUMENTO (el signo X significa aumento)	30.000 X a 1.000.000 X
Carnoy u otros fijadores	10) FIJACIÓN	Bicromato de potasio, tetróxido de osmio, formaldehído.
Parafina o coloidina	11) INCLUSIÓN	Acrílicos o resinas de epoxi.
Con el micrótomo. (cuchilla de acero). Cortes de 10m	12) CORTES	Con ultramicrótomo. (cuchilla de diamante o vidrio) Cortes de 100 a 500 Å.
De vidrio	13) PORTAOBJETO	Placas de Colodion, aluminio o berilio.
Nivel microscópico:Estructura	14) NIVEL DE OBSERVACIÓN	Nivel submicroscópico:ULTRAESTRUCTURA

Las células vivas pueden ser observadas a través del microscopio

Se pueden utilizar ingeniosamente las propiedades ondulatorias de la luz aumentando el contraste de las estructuras transparentes. Así surgieron varias clases de microscopios ópticos convirtiéndose en herramientas destacadas en el estudio de la célula. Más aún, si se considera la posibilidad de que algunos componentes de la célula puedan perderse o distorsionarse durante la preparación de la muestra. En consecuencia, el examen de la célula viva (sin fijación ni congelación) resulta útil.

Los microscopio de contraste de fase y de interferencia son sistemas ópticos especiales que logran intensificar la escasa interferencia [3] y proporcionan mayor contraste que el obtenido con un MO común.

En el microscopio de campo oscuro, el haz luminoso se proyecta oblicuamente y los sistemas de lentes detectan la luz reflejada por la muestra que se ve como un objeto brillante contra un fondo oscuro, lográndose un gran relieve de rasgos de la célula que son invisibles en el MO.

El microscopio de luz polarizada puede proveer datos sobre la estructura a nivel molecular de las células y los tejidos no sólo en las células vivas sino en preparados post-mortem. Ciertos componentes celulares y tisulares se comportan peculiarmente cuando la luz polarizada (luz que gira únicamente en un plano) los atraviesa.

Las organelas pueden aislarse para estudiarlas más profundamente

La descripción de las diversas organelas dentro de la célula revela poco acerca de su función. La Biología Celular actual desarrolla la integración de la Citología con la Bioquímica, es decir el estudio de la estructura celular junto con el análisis de los procesos químicos de la vida (metabolismo). El fraccionamiento celular ha sido particularmente importante en esta ciencia.

El objetivo del fraccionamiento celular es disgregar las células separando las organelas principales de modo que, sus funciones individuales puedan ser estudiadas. El instrumento usado para fraccionar las células es la centrífuga capaz de girar a diversas velocidades. La más poderosa, llamada ultracentrífuga puede dar vueltas tan rápidamente como 80000 revoluciones por minuto (RPM) y aplicar fuerzas sobre las partículas de 500000 veces mayores que la fuerza de la gravedad (500000g).

Fig. 1.19- Esquema del Proceso de Fraccionamiento Celular

El fraccionamiento celular comienza con la homogeneización, o sea la ruptura de la célula. El objetivo es romper las células sin dañar severamente sus organelas. El homogenato se centrifuga lográndose la separación de las partes de la célula en dos fracciones: el pellet que consiste en las estructuras más grandes depositadas en el fondo del tubo y el sobrenadante constituido de partes más pequeñas suspendidas en el líquido por encima del pellet. El sobrenadante es transvasado a otro tubo y centrifugado otra vez. El proceso es repetido incrementando la velocidad en cada paso. De esta manera se consigue recolectar componentes más pequeños de los sucesivos pellets.

Los detalles de esta marcha se aprecian en la Fig.1.19.

El fraccionamiento celular permite preparar los componentes específicos de la célula tanto cualitativa como cuantitativamente.

Las poblaciones celulares pueden ser separadas por el citómetro de flujo

Este instrumento posee un tubo muy delgado por donde se hacen pasar a las células una tras otra. Un determinado tipo celular emitirá fluorescencia, previo tratamiento con fluorocromo (pigmento fluorescente). Esto permite la discriminación y, por lo tanto, la separación de las células así tratadas de acuerdo a la fluorescencia que emitan.

Las células vivas pueden ser estudiadas mediante el cultivo celular

Con el objetivo de preservar toda la información que sea posible sobre todos los tipos celulares, se han desarrollado técnicas de disociación de las células.

En los primeros tiempos, la técnica consistía en colocar un explante de un pequeño trozo de tejido en un medio compuesto por suero sanguíneo, extracto de embriones y solución salina. Hoy se conocen los requerimientos nutricios de las células eucariontes. Se las mantienen y hacen crecer en un medio sintético enriquecido de suero. Se distinguen tres tipos de cultivos:

·       Cultivos Primarios se obtienen de los animales o vegetales. El tejido se separa en condiciones asépticas y se corta en pequeños trozos y se los trata con tripsina (enzima proteolítica) que disocia los agregados celulares y genera una suspensión de células libres que se cultivan en un medio apropiado.

·       Cultivos Secundarios se obtienen mediante el tratamiento con tripsina de un cultivo primario, seguido de un nuevo cultivo en una caja de Petri.

·       Cultivos de líneas establecidas cuyo crecimiento se prolonga debido a las condiciones cancerosas de las células. Entre las más usadas se encuentran las células HeLa. A pesar de tales anomalías son muy útiles para el estudio del cáncer.

Las moléculas orgánicas son estudiadas dentro y fuera de la célula

A nivel molecular, los organismos están formados por relativamente pocos tipos de compuestos. El agua constituye alrededor del 70% de la mayoría de los seres vivos. De los demás compuestos, los principales son los glúcidos, los lípidos, las proteínas y los nucleótidos, muchos de ellos combinados para formar los ácidos nucleicos, ácido ribonucleicos (ARN) y ácido desoxirribonucleico(ADN). Aunque hay muchos otros compuestos presentes, estas cuatro categorías constituyen la mayoría de las moléculas orgánicas de los seres vivos y son los actores de los procesos metabólicos. Por lo tanto, su localización y función dentro de la célula como un estudio más detallado fuera de ella se hace necesario.

Algunos ejemplos de técnicas para el estudio, la ubicación y la cuantificación de moléculas orgánicas se mencionan a continuación:

Reconstrucción de imágenes a partir de electromicrografías

Las microfotografías electrónicas poco claras de cristales de moléculas o estructuras supramoleculares se colocan en la trayectoria de un haz de rayos láser para obtener un diagrama de difracción óptica. Este diagrama es procesado por un programa de computación consiguiendo la reconstrucción de las moléculas individuales en las fases y amplitudes correspondientes a un área de la microfotografía.

Difracción de rayos X

Este método consiste en el bombardeo de la molécula por un delgado haz de rayos X y provoca la dispersión (difracción) de la radiación a través de los electrones de los átomos de la muestra. Este haz disperso debe alcanzar una placa fotográfica. La estructura molecular tridimensional se deduce de las posiciones y las intensidades de las manchas registradas en la placa fotográfica.

Los métodos citoquímicos

Los compuestos químicos se identifican «in situ» por medio de métodos citoquímicos.

Este objetivo es cualitativo y cuantitativo y muchas veces persigue el estudio de los cambios dinámicos producidos en el contenido químico celular en las distintas etapas del metabolismo.

Para ello, el compuesto químico debe ser:

a) inmovilizado en posición original e,

b) identificado por un procedimiento específico para el compuesto o para un grupo químico característico que posea.

Los métodos físicos y reacciones químicas similares a las implementadas en Química Analítica pero adaptadas a tejidos se usan para llevar a cabo este tipo de identificación.

Las diversas moléculas de la célula pueden localizarse por las técnicas inmunohistoquímicas

Cuando los vertebrados superiores, los animales e incluso el hombre, son expuestos a la actividad de los microorganismos o a moléculas ajenas a sus ultraestructuras, ya sea naturalmente o por inyección, aquellos sintetizan anticuerpos. Estos son proteínas que pueden fijarse selectivamente a los materiales extraños que desencadenaron su síntesis. Por lo tanto, el organismo produce tantos anticuerpos como partículas extrañas (antígenos) son reconocidas. Así, se puede obtener una gran variedad de anticuerpos.

Los anticuerpos son herramientas experimentales muy versátiles para reconocer y manipular células y moléculas. Si un animal de una especie determinada es inyectado con un componente celular o molecular de otra especie, el primero logra fabricar anticuerpos capaces de reconocer y fijar fuertemente aquel componente (el del segundo animal). A estos anticuerpos se acoplan colorantes fluorescentes que son visibles al MO. De modo similar, con el M.E. se pueden detectar moléculas trazadoras acopladas en anticuerpos. De esta manera, los componentes celulares y moleculares quedan “teñidos” en forma diferencial por los anticuerpos que se fijan a ellos.

Como todavía no se han presentado los aspectos fundamentales de las moléculas orgánicas, otros métodos fisicoquímicos de más fina determinación, purificación y cuantificación de las biomoléculas se mencionarán en las próximas unidades. Como se verá, dichas técnicas son de uso corriente en el diagnóstico médico rutinario.

TOMADO DE http://www.genomasur.com/lecturas/Guia01.htm

Estructura de la célula

ESTRUCTURA DE LA CÉLULA

La célula se compone de tres partes fundamentales: membrana celular, citoplasma y núcleo.
1. MEMBRANA CELULAR.-Es una capa viva y semipermeable con propiedades físicas y químicas especiales y es a la vez una cubierta elástica y finísima.
Funciona regulando el paso de materiales hacia el interior o el exterior de la célula, es decir selecciona ciertas sustancias que son necesarias para el metabolismo (glucosa, aminoácidos, y ácidos grasos) y también controla la salida de sustancias que pueden ser producto de excreción (agua, Urea, CO2) o de secreción (enzimas y hormonas).
Normalmente el agua entra y sale a través de la membrana de las células vivas, por difusión, esta difusión del agua a través de las membranas, se denomina, ósmosis.
La ósmosis se puede definir como la difusión del agua a través de una membrana con permeabilidad selectiva de una región de alta concentración hace una región de baja concentración de agua. (Transporte pasivo).
Veamos el siguiente ejemplo: si colocamos una célula viva en una solución que contiene mayor cantidad de sales que la célula, habrá por lo tanto menor cantidad de agua fuera de la célula y mayor cantidad dentro de ella. Bajo, tales condiciones del agua se moverá de la célula hacia el medio, produciéndose una pérdida de agua dentro de la célula, este fenómeno se conoce con el nombre de plasmólisis.

En otros términos podemos decir, que el sitio de mayor concentración de sales es hipertónico (mas sales) con relación al interior de la célula que es Hipotónica (menos sales). Si por lo contrario, colocamos una célula viva ( por un glóbulo rojo) en un medio Hipotónico, el agua se moverá de afuera hacia el interior de la célula .Si la cantidad de agua que entra es muy grande, la membrana del glóbulo no resistiría, inflándose como una bomba, hasta reventar. Éste fenómeno se denomina Hemólisis. En el caso del glóbulo rojo y citólisis, en general, para toda célula que lo sufra.
La membrana celular permite también desempeñar las siguientes funciones:
Ø englobar partículas por fagocitosis o pinocitosis.
Ø Transportar moléculas pequeñas o iones (transporte pasivo y activo) .
Ø Recibir y transmitir señales químicas.
Ø Establece los límites físicos de la célula y resguardar el contenido citoplasmático.
Ø La membrana celular está formada por dos capas de proteínas, una de fosfolípidos y los poros correspondientes.

2. EL CITOPLASMA.-es la parte del protoplasma, que se encuentra entre la membrana plasmática y el núcleo. Es el medio interno complejo y heterogéneo más importante de la célula y donde se producen la mayoría de las funciones metabólicas y de biosíntesis. El citoplasma está constituido por las partes: inclusiones y la matriz citoplasmática.
A) INCLUSIONES CITOPLASMATICAS.- son granulaciones que se encuentran en interior del citoplasma; pero, por ser producto de metabolismo celular, tiene un carácter transitorio. En general son sustancias de secreción, excreción o reserva.
Entre las inclusiones más importantes tenemos: El almidón, gotas de grasa y aceites esenciales, cristales de hemoglobina y melanina, etc

B) LA MATRIZ CITOPLASMÁTICA.-es la parte más importante, que rodea a todas las organelas que están dentro de la célula. En esta parte se producen fenómenos biosintéticos; la célula recibe del exterior materia prima, que luego la descompone convirtiéndola en energía útil para su funcionamiento..
Las principales organelas son: las mitocondrias, retículo endoplasmático, los lisosomas, ribosomas, aparato de golgi, centrosomas o centro celular, los plastidios, las vacuolas.
1. MITOCONDRIAS.-son pequeños cuerpos alargados cilíndricos o esféricas de aproximadamente 10 micras de longitud y 1,5 micras de diámetro. Su función es producir energía y respiración a la célula.

2. El retículo endoplasmático.-es un sistema de repliegues del citoplasma formando una especie de tubos comunicantes que parten del núcleo hasta llegar a la membrana celular. Su función es proveer una vía para el transporte intrarcelular, la salida y entrada de materiales a la célula y síntesis de algunos compuestos.

3. Los lisosomas.-son pequeños organoides s esféricos de una sola membrana.
Función segregan enzimas digestivas para descomponer a las macro- moléculas más pequeñas, con el fin de ser utilizadas como compuestos energéticos. Digieren a la vez restos de mitocondrias, microbios y otras sustancias solubles que hay entrado del exterior a través de las funciones de fagocitosis y de la pinocitosis.
Ejm: los glóbulos blancos poseen muchos lisosomas con el fin de destruir todas las sustancias que entra en el organismo ya que su función es la defensa contra agentes extraños.

4. LOS CENTROSOMAS.-son cilindros rectos de constitución proteica, sin membrana, de posesión fija y como un corpúsculo situado siempre cerca del núcleo de la célula animal y en vegetales inferiores. En celula en reposo presenta como dos pequeñas granulaciones, los centríolos, los cuales están rodeados de una región más clara llamadas centrósfera, confieren radiadas a manera de estrellas, constituyendo el áster. Entre los dos centríolos se forma el huso.
Función: tienen como función la formación de huso acromático durante la división celular, sirviendo como polos de atracción para los cromosomas. Durante la mitosis se hacen más visibles.

5. los Ribosomas.- Son organoides esféricos y sin membrana que están adheridos al retículo endoplasmático o dispersos en el citoplasma. Químicamente están constituidos por el ácido ribonucleico (ARN)
Función.-Es la síntesis de proteínas, necesarias para la renovación de los tejidos.

6. El aparato de Golgi o complejo de Golgi (Dictiosoma).- Está formado por un conjunto de cavidades y pequeñas vesículas, formando haces paralelos, se encuentran cerca del núcleo.
Función: Tiene la función de secreción, excreción y de transportes de sustancias como lípidos, hormonas, etc. Concentra y almacena proteínas sintetizado por el retículo endoplasmático, extrae el exceso de agua de los órganos secretores para ser eliminados al exterior.

7. Vacuolas.- En la célula vegetal estos organoides, son pequeñas cavidades o recipientes llenas de líquido, intercelular, donde a la vez hay diversos productos de secreción y de excreción. Si estas vacuolas al unirse forman una sola se llama vacuoma. (son comunes en células vegetales y mayoría de protozoarios) contienen agua con diversas sustancias disueltas, sales azúcares, ácidos orgánicos, pigmentos.
Algunos animales unicelulares como la ameba, ingieren partículas sólidas de alimentos, estas junto con el agua que la rodean constituyen vacuolas digestivas las que son temporales. También hay vacuolas contráctiles ó pulsátiles, equivalentes al aparato excretor: eñiminan líquidos y productos de desecho mediante contracciones y expansión rítmica y mantienen constante la presión osmótica del citoplasma

8. LOS PLASTOS O PLASTIDIOS: Son órganoides con doble membrana y propios de la célula vegetal y de algas superiores.
Función: intervienen la síntesis y almacenamiento de sustancias orgánicas como carbohidratos, lípidos y proteínas. Pueden llevar diversos pigmentos colorantes, como la clorofila y carotenoides(pigmento rojo, amarillo o anaranjado)
Por los pigmentos que poseen los plastidios, son de las siguientes clases:
§ CLOROPLASTOS. (cloros = verde) : plastidios de color verde, por llevar un pigmento verde llamado clorofila.
§ CROMOPLASTOS.- (Cromo = color) plastillos, pigmentos colorantes como el pigmento rojo (lecopeno) amarillo(xantofila) anaranjado (caroteno). Son los que dan color a las flores y a las frutas de muchas plantas.
§ LEUCOPLASTOS. (leucos = blancos) plastidios incoloros que sirven como centro de almacenajo de ciertos materiales de citoplasma como en el caso del almidón (amiloplastos)
. OLEOPLASTOS.-Plastidios incoloros y almacenado de gotitas de aceites tales como maní, semillas de higuerilla, etc.

3. El Núcleo.- Es un corpúsculo en medio del citoplasma, bien visible y perfectamente limitado.

El núcleo es el “centro de información” de la célula y desempeña funciones muy importantes en el metabolismo y reproducción celular.

Fue descubierto por Robert Brown en 1831, el núcleo durante la vida de una célula puede presentarse de dos formas diferentes; una mientras la célula se nutre y crece hasta llegar a la edad adulta, llamado periodo interfásico; y la otra, durante el proceso de reproducción llamado periodo de división.

La células poseen un solo núcleo pero en algunos casos puede haber dos, un grande y el otro pequeño, como sucede en el paramecio y celulas hepáticas de algunas especies.
Son:
a) La membrana nuclear o carioteca.
b) El núcleolo.
c) Jugo nuclear o cariolinfa.
d) Los cromosomas.
a) Membrana Nuclear, es una membrana doble, con poros definidos, relacionada con el retículo endoplasmático y encargada de regular el intercambio de materiales entre el núcleo y el citoplasma y viceversa que regulan el intercambio de sustancias entre ambos.
b) En nucléolo: son formaciones esféricas que pueden en un núcleo hallarse varios nucleolos. Constituido por pequeñas partículas o granulos de 100 a 150 ángstrom de diámetro, estan formados por ARN y constituyen los centros activos para la síntesis de proteínas y del l ARN. El núcleolo desaparece durante la división celular en la metafas, pero vuelve a reorganizase durante la telofase.
c) EL JUGO NUCLEAR O CARIOLINFA: Es el líquido en que se encuentra suspendidas las estructuras nucleares. Es un coloide complejo y está constituido por varias sustancias entre las cuales se encuentran: agua, aminoácidos, iones, lípidos, hidratos de carbono y ARN.
d) Los Cromosomas.- Son estructuras nucleares organizadas, que trasmiten el material genético de una generación a otra. Resultan de la fragmentación y organización de la cromatina (se tiñe fácilmente con colorantes básicos) durante la división celular.
La longitud de cromosomas varía de 0,2 a 50 micras, el diámetro entre 0 a 2 micras. Los cromosomas están constituidos, además de otros compuestos, por ADN, proteínas del tipo de las histonas o de las protaminas y ARN.
Función: Llevar las moléculas de ADN, portadoras de la información genética de los organismos.
Si tuvieran el mismo número de cromosomas y estos fueran iguales, solo existiera una clase de seres vivos sobre la tierra. Pero cada individuo tiene un número de cromosomas que es propio de él. Así por ejemplo: el hombre tiene 46 cromosomas en sus células, excepto en las reproductivas (espermatozoides y óvulo) que tiene 23. El número de cromosomas que tiene cada organismo se llama número diploide (2n) en el caso de las células reproductivas o sexuales, en las cuales el número de cromosomas es la mitad, se llama número haploide (n).
PARTES DEL CROMOSOMA:
Cuando la célula está en división los cromosomas se observan al microscopio dividido en 2, unidos por una estructructura de la forma esférica llamada centrómero que puede ocupar cualquier sitio en el cromosoma.
Cada parte del cromosoma dividido recibe el nombre de cromátida.
En los cromosomas se encuentran unas unidades llamadas genes, que son los que en último término controlan la fisiología del organismo. Cada uno de Ellos tienen una misión especial, así por ejemplo: unos dan color de los ojos otros forman la naríz, etc. Algunos genes actuan solos y otros en compañía.
Los cromosomas pasan de una célula a otra durante el proceso de la división celular la cual puede llevarse a cabo mediante la mitosisi o la meiosis.
¿Por que eres hombre o mujer?
La explicación la encontramos en los cromosomas. Así en los humanos hay 46 cromosomas de los cuales hay 2 que se llaman cromosomas sexuales, 1 se conoce como X y el otro como Y por lo tanto, en el hombre tenemos 44 +XY = 46.
En la mujer 44 +XX = 46.
En otras palabras los cromosomas sexuales en el hombre son XY y en la mujer XX.

Algunos enlaces para responder algunas preguntas

Muchachos, en el siguiente link encontrarán información organizada sobre las células y sus componentes

http://www.hiperbiologia.net

Para los que les gusta el ingles, les paso la dirección de un libro super completo en el que pueden encontrar la mayoría de las cosas

http://publications.nigms.nih.gov/insidethecell/insidethecell.pdf

En el siguiente blog, pueden encontrar más información

bLog de educació

más sobre células

El transporte Celular