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2.3: Una célula es la unidad más pequeña de la vida

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    Niveles de Organización Biológica

    Los seres vivos están altamente organizados y estructurados, siguiendo una jerarquía de escala de pequeño a grande (Figura\(\PageIndex{1}\)). El átomo es la unidad más pequeña y fundamental de la materia. Consiste en un núcleo rodeado de electrones. Los átomos se combinan para formar moléculas, que son estructuras químicas que consisten en al menos dos átomos unidos por un enlace químico. En plantas, animales y muchos otros tipos de organismos, las moléculas se unen de formas específicas para crear estructuras llamadas orgánulos. Los orgánulos son pequeñas estructuras que existen dentro de las células y realizan funciones especializadas. Como se discute con más detalle a continuación, todos los seres vivos están hechos de una o más celdas.

    Un diagrama de flujo muestra la jerarquía de los organismos vivos. De menor a mayor, esta jerarquía incluye: 1 Un átomo, con protones, neutrones y electrones. 2 Moléculas como el fosfolípido mostrado, compuesto por átomos. 3 Organelos, como el aparato de Golgi y núcleos, que existen dentro de las células. 4 Células, como un glóbulo rojo. 5 Tejidos, como el tejido cutáneo humano. 6 Órganos como el estómago y el intestino conforman el sistema digestivo humano, ejemplo de un sistema de órganos. 7 Organismos, poblaciones y comunidades. En un parque, cada persona es un organismo. En conjunto, toda la gente forma una población. Todas las especies vegetales y animales del parque comprenden una comunidad. 8 Ecosistemas: El ecosistema de Central Park en Nueva York incluye los organismos vivos y el ambiente en el que viven. 9 La biosfera: abarca todos los ecosistemas de la Tierra.
    Figura\(\PageIndex{1}\). Desde un átomo hasta toda la Tierra, la biología examina todos los aspectos de la vida. (crédito “molécula”: modificación de obra de Jane Whitney; crédito “orgánulos”: modificación de obra de Louisa Howard; crédito “células”: modificación de obra de Bruce Wetzel, Harry Schaefer, Instituto Nacional del Cáncer; crédito “tejido”: modificación de obra por “Kilbad” /Wikimedia Commons; crédito “órganos”: modificación de obra de Mariana Ruiz Villareal, Joaquim Alves Gaspar; crédito “organismos”: modificación de obra de Peter Dutton; crédito “ecosistema”: modificación de obra por “GIGI4791″/flickr; crédito “biosfera”: modificación de obra por parte de la NASA)

    En la mayoría de los organismos multicelulares, las células se combinan para formar tejidos, que son grupos de células similares que realizan la misma función. Los órganos son colecciones de tejidos agrupados en base a una función común. Los órganos están presentes no sólo en los animales sino también en las plantas. Un sistema de órganos es un nivel superior de organización que consiste en órganos funcionalmente relacionados. Por ejemplo, los animales vertebrados tienen muchos sistemas de órganos, como el sistema circulatorio que transporta sangre por todo el cuerpo y hacia y desde los pulmones; incluye órganos como el corazón y los vasos sanguíneos. Los organismos son entidades vivientes individuales. Por ejemplo, cada árbol de un bosque es un organismo.

    Todos los individuos de una especie que viven dentro de un área específica se denominan colectivamente población. Una comunidad es el conjunto de diferentes poblaciones que habitan un área común. Por ejemplo, todos los árboles, flores, insectos y otras poblaciones de un bosque forman la comunidad del bosque. El bosque en sí es un ecosistema. Un ecosistema consiste en todos los seres vivos de un área en particular junto con las partes abióticas, o no vivas, de ese ambiente como el nitrógeno en el suelo o el agua de lluvia. Al más alto nivel de organización, la biosfera es la colección de todos los ecosistemas, y representa las zonas de vida en la Tierra. Incluye tierra, agua y porciones de la atmósfera.

    Teoría Celular

    Cierra los ojos e imagina una pared de ladrillo. ¿Cuál es el bloque básico de construcción de ese muro? Se trata de un solo ladrillo, claro. Al igual que una pared de ladrillo, tu cuerpo está compuesto por bloques básicos de construcción y los bloques de construcción de tu cuerpo son células. Tu cuerpo tiene muchos tipos de células, cada una especializada para un propósito específico. Así como una casa está hecha de una variedad de materiales de construcción, el cuerpo humano está construido a partir de muchos tipos de células. Por ejemplo, las células óseas ayudan a apoyar y proteger el cuerpo. Las células del sistema inmune combaten las bacterias invasoras. Y los glóbulos rojos transportan oxígeno por todo el cuerpo. Cada uno de estos tipos de células juega un papel vital durante el crecimiento, desarrollo y mantenimiento diario del cuerpo. A pesar de su enorme variedad, sin embargo, todas las células comparten ciertas características fundamentales.

    Los microscopios que utilizamos hoy en día son mucho más complejos que los utilizados en el 1600 por Antony van Leeuwenhoek, un tendero holandés que tenía gran habilidad en la elaboración de lentes. A pesar de las limitaciones de sus lentes ahora antiguos, van Leeuwenhoek observó los movimientos de organismos unicelulares y espermatozoides, que colectivamente denominó “animales”. En una publicación de 1665 llamada Micrographia, el científico experimental Robert Hooke acuñó el término “célula” (del latín cella, que significa “habitación pequeña”) para las estructuras en forma de caja que observó al ver el tejido de corcho a través de una lente. En la década de 1670, van Leeuwenhoek descubrió bacterias y protozoos. Los avances posteriores en la construcción de lentes y microscopios permitieron a otros científicos ver diferentes componentes dentro de las células.

    A finales de la década de 1830, el botánico Matthias Schleiden y el zoólogo Theodor Schwann estudiaban los tejidos y propusieron la teoría celular unificada, que establece que todos los seres vivos están compuestos por una o más células, que la célula es la unidad básica de la vida, y que todas las células nuevas surgen de las células existentes. Estos principios siguen en pie hoy. Hay muchos tipos de células, y todas están agrupadas en una de dos categorías amplias: procariotas y eucariotas. Las células animales, vegetales, fúngicas y protistas se clasifican como eucariotas, mientras que las células de bacterias y arqueas se clasifican como procariotas.

    Todas las células comparten cuatro componentes comunes: 1) una membrana plasmática, una cubierta externa que separa el interior de la célula de su entorno circundante; 2) citoplasma, que consiste en una región gelatinosa dentro de la célula en la que se encuentran otros componentes celulares; 3) ADN, el material genético de la célula; y 4) ribosomas, partículas que sintetizan proteínas. Sin embargo, los procariotas difieren de las células eucariotas de varias maneras.

    Componentes de células procariotas

    Una célula procariota es un organismo simple, unicelular (unicelular) que carece de un núcleo, o de cualquier otro orgánulo unido a la membrana. En breve llegaremos a ver que esto es significativamente diferente en eucariotas. El ADN procariota se encuentra en la parte central de la célula: una región oscurecida llamada nucleoide (Figura\(\PageIndex{1}\)).

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    Figura\(\PageIndex{2}\). Esta figura muestra la estructura generalizada de una célula procariota.

    A diferencia de Archaea y eucariotas, las bacterias tienen una pared celular hecha de peptidoglicano (moléculas compuestas por azúcares y aminoácidos) y muchas tienen una cápsula de polisacárido. La pared celular actúa como una capa extra de protección, ayuda a la célula a mantener su forma y evita la deshidratación. La cápsula permite que la célula se adhiera a las superficies de su entorno. Algunos procariotas tienen flagelos, pili o fimbrias. Los flagelos se utilizan para la locomoción. Los pili se utilizan para intercambiar material genético durante un tipo de reproducción llamado conjugación. Las fimbrias son apéndices proteicos utilizados por las bacterias para unirse a otras células.

    Células eucariotas

    Una célula eucariota es una célula que tiene un núcleo unido a la membrana y otros compartimentos unidos a la membrana llamados orgánulos. Existen muchos tipos diferentes de orgánulos, cada uno con una función altamente especializada (ver Figura\(\PageIndex{3}\)). La palabra eucariota significa “núcleo verdadero” o “núcleo verdadero”, aludiendo a la presencia del núcleo unido a la membrana en estas células. La palabra “orgánulo” significa “pequeño órgano” y, como ya se mencionó, los orgánulos tienen funciones celulares especializadas, así como los órganos de tu cuerpo tienen funciones especializadas.

    Tamaño de Celda

    Con 0.1—5.0 µm de diámetro, la mayoría de las células procariotas son significativamente más pequeñas que las células eucariotas, las cuales tienen diámetros que van desde 10—100 µm (Figura\(\PageIndex{3}\)). El pequeño tamaño de los procariotas permite que los iones y las moléculas orgánicas que ingresan en ellos se propaguen rápidamente a otras partes de la célula. Del mismo modo, cualquier residuo producido dentro de una célula procariota puede moverse rápidamente. Sin embargo, las células eucariotas más grandes han desarrollado diferentes adaptaciones estructurales para mejorar el transporte celular. En efecto, el gran tamaño de estas células no sería posible sin estas adaptaciones. En general, el tamaño de la celda es limitado porque el volumen aumenta mucho más rápidamente que el área de superficie celular. A medida que una celda se hace más grande, se vuelve cada vez más difícil para la celda adquirir materiales suficientes para soportar los procesos dentro de la celda, debido a que disminuye el tamaño relativo de la superficie a través de la cual se deben transportar los materiales.


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    Figura\(\PageIndex{3}\). Esta figura muestra los tamaños relativos de diferentes tipos de células y componentes celulares. Se muestra un humano adulto para comparación.

    Células animales versus células vegetales

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    Figura\(\PageIndex{4}\). Un ejemplo de una célula animal típica.
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    Figura\(\PageIndex{5}\). Un ejemplo de una célula vegetal típica.

    A pesar de sus similitudes fundamentales, existen algunas diferencias llamativas entre células animales y vegetales (Figura\(\PageIndex{3}\)). Las células animales tienen centriolos, centrosomas y lisosomas, mientras que las células vegetales no. Las células vegetales tienen una pared celular rígida que es externa a la membrana plasmática, cloroplastos, plasmodesmas y plastidios utilizados para el almacenamiento, y una gran vacuola central, mientras que las células animales no.

    Cloroplastos

    Desde una perspectiva ecológica, los cloroplastos son un tipo de orgánulo particularmente importante porque realizan fotosíntesis. La fotosíntesis constituye la base de las cadenas alimentarias en la mayoría de los ecosistemas. Los cloroplastos solo se encuentran en células eucariotas como plantas y algas. Durante la fotosíntesis, el dióxido de carbono, el agua y la energía lumínica se utilizan para producir glucosa y oxígeno molecular. Una diferencia importante entre las algas/plantas y los animales es que las plantas/algas son capaces de hacer su propio alimento, como la glucosa, mientras que los animales deben obtener alimento consumiendo otros organismos.

    Esta ilustración muestra un cloroplasto, el cual tiene una membrana externa y una membrana interna. El espacio entre las membranas externa e interna se denomina espacio intermembrana. Dentro de la membrana interna hay estructuras planas parecidas a panqueques llamadas tilacoides. Los tilacoides forman pilas llamadas grana. El líquido dentro de la membrana interna se llama estroma, y el espacio dentro del tilacoide se llama el espacio tilacoide.
    Figura\(\PageIndex{6}\). Este diagrama simplificado de un cloroplasto muestra su estructura.

    Los cloroplastos tienen membranas externas e internas, pero dentro del espacio encerrado por la membrana interna de un cloroplasto hay un conjunto de sacos de membrana rellenos de fluido interconectados y apilados llamados tilacoides (Figura\(\PageIndex{4}\) a continuación). Cada pila de tilacoides se llama gránulo (plural = grana). El fluido encerrado por la membrana interna y que rodea al grana se llama estroma. Cada estructura dentro del cloroplasto tiene una función importante, la cual es habilitada por su forma particular. Un tema común en biología es que la forma y la función están interrelacionadas. Por ejemplo, las pilas ricas en membrana de los tilacoides proporcionan una amplia superficie para incrustar las proteínas y pigmentos que son vitales para la fotosíntesis.

    Colaboradores y Atribuciones


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