4.1: Estudiar células

Habilidades para Desarrollar

• Describir el papel de las células en los organismos
• Comparar y contrastar microscopía óptica y microscopía electrónica
• Resumir la teoría celular

Una célula es la unidad más pequeña de un ser vivo. Un ser vivo, ya sea hecho de una célula (como una bacteria) o de muchas células (como un ser humano), se llama organismo. Así, las células son los bloques básicos de construcción de todos los organismos.

Varias células de un tipo que se interconectan entre sí y realizan una función compartida forman tejidos, varios tejidos se combinan para formar un órgano (su estómago, corazón o cerebro), y varios órganos forman un sistema de órganos (como el sistema digestivo, sistema circulatorio o sistema nervioso). Varios sistemas que funcionan juntos forman un organismo (como un ser humano). Aquí, examinaremos la estructura y función de las células.

Existen muchos tipos de células, todas agrupadas en una de dos amplias categorías: procariotas y eucariotas. Por ejemplo, tanto las células animales como las vegetales se clasifican como células eucariotas, mientras que las células bacterianas se clasifican como procariotas. Antes de discutir los criterios para determinar si una célula es procariota o eucariota, examinemos primero cómo los biólogos estudian las células.

Microscopía

Las células varían en tamaño. Con pocas excepciones, las células individuales no se pueden ver a simple vista, por lo que los científicos utilizan microscopios (micro- = “pequeño”; -scope = “mirar”) para estudiarlas. Un microscopio es un instrumento que magnifica un objeto. La mayoría de las fotografías de las células se toman con un microscopio, y estas imágenes también se pueden llamar micrografías.

La óptica de las lentes de un microscopio cambia la orientación de la imagen que ve el usuario. Una muestra que está del lado derecho hacia arriba y hacia la derecha en el portaobjetos del microscopio aparecerá boca abajo y hacia la izquierda cuando se vea a través de un microscopio, y viceversa. De igual manera, si el portaobjetos se mueve hacia la izquierda mientras mira a través del microscopio, parecerá que se mueve hacia la derecha, y si se mueve hacia abajo, parecerá que se mueve hacia arriba. Esto ocurre porque los microscopios utilizan dos juegos de lentes para ampliar la imagen. Debido a la manera en que la luz viaja a través de las lentes, este sistema de dos lentes produce una imagen invertida (binocular, o microscopios de disección, funcionan de manera similar, pero incluyen un sistema de ampliación adicional que hace que la imagen final parezca estar vertical).

Microscopios de luz

Para darte una idea del tamaño celular, un glóbulo rojo humano típico tiene aproximadamente ocho millonésimas de metro u ocho micrómetros (abreviado como ocho μm) de diámetro; la cabeza de un alfiler de tiene aproximadamente dos milésimas de metro (dos mm) de diámetro. Eso significa que unos 250 glóbulos rojos podrían caber en la cabeza de un alfiler.

La mayoría de los microscopios estudiantiles se clasifican como microscopios de luz (Figura\(\PageIndex{1}\) a). La luz visible pasa y se dobla a través del sistema de lentes para permitir que el usuario vea el espécimen. Los microscopios de luz son ventajosos para la visualización de organismos vivos, pero dado que las células individuales son generalmente transparentes, sus componentes no son distinguibles a menos que estén coloreados con manchas especiales. La tinción, sin embargo, generalmente mata las células.

Los microscopios de luz comúnmente utilizados en el laboratorio universitario de pregrado se magnifican hasta aproximadamente 400 veces. Dos parámetros que son importantes en la microscopía son el aumento y el poder de resolución. La ampliación es el proceso de agrandar un objeto en apariencia. El poder de resolución es la capacidad de un microscopio para distinguir dos estructuras adyacentes como separadas: cuanto mayor sea la resolución, mejor será la claridad y el detalle de la imagen. Cuando se utilizan lentes de inmersión en aceite para el estudio de objetos pequeños, la ampliación suele incrementarse a 1,000 veces. Con el fin de obtener una mejor comprensión de la estructura y función celular, los científicos suelen utilizar microscopios electrónicos.

Figura\(\PageIndex{1}\): (a) La mayoría de los microscopios de luz utilizados en un laboratorio universitario de biología pueden magnificar las células hasta aproximadamente 400 veces y tener una resolución de aproximadamente 200 nanómetros. (b) Los microscopios electrónicos proporcionan un aumento mucho mayor, 100,000x, y tienen una resolución de 50 picometros. (crédito a: modificación de obra por “GcG” /Wikimedia Commons; crédito b: modificación de obra de Evan Bench)

Microscopios Electrónicos

A diferencia de los microscopios de luz, los microscopios electrónicos (Figura\(\PageIndex{1}\) b) utilizan un haz de electrones en lugar de un haz de luz. Esto no sólo permite una mayor ampliación y, por lo tanto, más detalle (Figura\(\PageIndex{2}\)), también proporciona mayor poder de resolución. El método utilizado para preparar el espécimen para su visualización con un microscopio electrónico mata al espécimen. Los electrones tienen longitudes de onda cortas (más cortas que los fotones) que se mueven mejor en el vacío, por lo que las células vivas no se pueden ver con un microscopio electrónico.

En un microscopio electrónico de barrido, un haz de electrones se mueve hacia adelante y hacia atrás a través de la superficie de una célula, creando detalles de las características de la superficie celular. En un microscopio electrónico de transmisión, el haz de electrones penetra en la célula y proporciona detalles de las estructuras internas de una célula. Como se podría imaginar, los microscopios electrónicos son significativamente más voluminosos y caros que los microscopios de luz.

(a)

b)

Figura\(\PageIndex{2}\): (a) Estas bacterias Salmonella aparecen como pequeños puntos morados cuando se ven con un microscopio óptico. (b) Esta micrografía de microscopio electrónico de barrido muestra bacterias Salmonella (en rojo) que invaden células humanas (amarillas). A pesar de que la subfigura (b) muestra un espécimen de Salmonella diferente a la subfigura (a), aún se puede observar el incremento comparativo en la ampliación y detalle. (crédito a: modificación de obra del CDC/Instituto de Patología de las Fuerzas Armadas, Charles N. Farmer, Rocky Mountain Laboratories; crédito b: modificación de obra por parte del NIAID, NIH; datos de barra de escala de Matt Russell)

Enlace al aprendizaje

Para otra perspectiva sobre el tamaño de las celdas, prueba el HowBig interactivo en este sitio.

Teoría Celular

Los microscopios que utilizamos hoy en día son mucho más complejos que los utilizados en los años 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 protista (un tipo de organismo unicelular) y esperma, que colectivamente denominó “animales”.

En una publicación de 1665 llamada Micrographia, el científico experimental Robert Hooke acuñó el término “célula” 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 lentes, construcción de microscopios y técnicas de tinción permitieron a otros científicos ver algunos 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, la célula es la unidad básica de la vida, y nuevas células surgen de las células existentes. Rudolf Virchow posteriormente hizo importantes contribuciones a esta teoría.

Conexión de carrera: Citotecnólogo

¿Alguna vez ha oído hablar de una prueba médica llamada citología de Papanicolaou (Figura\(\PageIndex{3}\))? In this test, a doctor takes a small sample of cells from the uterine cervix of a patient and sends it to a medical lab where a cytotechnologist stains the cells and examines them for any changes that could indicate cervical cancer or a microbial infection.

Cytotechnologists (cyto- = “cell”) are professionals who study cells via microscopic examinations and other laboratory tests. They are trained to determine which cellular changes are within normal limits and which are abnormal. Their focus is not limited to cervical cells; they study cellular specimens that come from all organs. When they notice abnormalities, they consult a pathologist, who is a medical doctor who can make a clinical diagnosis.

Cytotechnologists play a vital role in saving people’s lives. When abnormalities are discovered early, a patient’s treatment can begin sooner, which usually increases the chances of a successful outcome.

Figure \(\PageIndex{3}\): These uterine cervix cells, viewed through a light microscope, were obtained from a Pap smear. Normal cells are on the left. The cells on the right are infected with human papillomavirus (HPV). Notice that the infected cells are larger; also, two of these cells each have two nuclei instead of one, the normal number. (credit: modification of work by Ed Uthman, MD; scale-bar data from Matt Russell)

​​​​​​Summary

A cell is the smallest unit of life. Most cells are so tiny that they cannot be seen with the naked eye. Therefore, scientists use microscopes to study cells. Electron microscopes provide higher magnification, higher resolution, and more detail than light microscopes. The unified cell theory states that all organisms are composed of one or more cells, the cell is the basic unit of life, and new cells arise from existing cells.

Glossary

cell theory

see unified cell theory

electron microscope

an instrument that magnifies an object using a beam of electrons passed and bent through a lens system to visualize a specimen

light microscope

an instrument that magnifies an object using a beam visible light passed and bent through a lens system to visualize a specimen

microscope

an instrument that magnifies an object

unified cell theory

a biological concept that states that all organisms are composed of one or more cells; the cell is the basic unit of life; and new cells arise from existing cells