2.1: Introducción a las células

En 1665, Robert Hooke miró el corcho bajo un microscopio y vio múltiples cámaras a las que llamó “células”. En 1838, Schleidern y Schwann afirmaron que (1) todas las plantas y animales están compuestos por células y que (2) la célula es la unidad más básica (“átomo”) de la vida. En 1858, Virchow afirmó que (3) todas las células surgen por reproducción de células anteriores (“Omnis cellula e cellula” en latín). Estas tres afirmaciones se convirtieron en la base de la teoría celular.

El descubrimiento de células está estrechamente relacionado con el desarrollo de la microscopía. Hoy en día, existen básicamente tres tipos de microscopía: microscopía óptica, microscopía electrónica de transmisión (TEM) y microscopía electrónica de barrido (SEM). Los microscopios de luz usan luz normal, pueden magnificar cosas transparentes 1,000 veces. Los microscopios electrónicos de transmisión ofrecen una visión más detallada de la organización interna de las células y orgánulos. Utilizan un haz electrónico, que mata objetos a medida que pasa a través de él. Además, para el examen bajo un TEM, los objetos a menudo se tiñen con metales pesados como el osmio, y para SEM con oro que es altamente reflectante para los rayos electrónicos. Un TEM puede magnificar las cosas 10 mil millones de veces. Los microscopios electrónicos de barrido muestran una imagen de la superficie de células y organismos utilizando un haz electrónico reflejado. Puede magnificar las cosas 1,000,000 de veces. ¡Es posible ver átomos en estas fotografías!

La célula mínima debe tener tres cosas: aparato de síntesis de proteínas (de ADN a ARN y proteínas), espacio designado para todas las demás reacciones químicas (citoplasma gelatinoso) y la película oleosa que separa la célula de su entorno (membrana). Esto es como jalea de fruta cubierta con fina capa de mantequilla; los “trozos de fruta” son partes sintetizadoras de proteínas.

Figura Célula\(\PageIndex{1}\) procariota.

La membrana celular de todas las células tiene dos capas. Un extremo de cada capa es polar e hidrófilo, mientras que el otro extremo es hidrófobo. Estas capas están hechas con fosfolípidos que son similares a los lípidos típicos pero tienen cabeza polar con ácido fosfórico, y dos colas hidrofóbicas, no polares (Figura\(\PageIndex{2}\)). Aparte de los fosfolípidos, la membrana contiene otros lípidos incrustados como el colesterol (solo en células animales) y clorofila (en algunas membranas vegetales), proteínas e hidratos de carbono. Las proteínas son extremadamente importantes porque sin ellas, la membrana no permite que las moléculas hidrófilas grandes y los iones lleguen a través.

Figura\(\PageIndex{2}\) Membrana y fosfolípidos.

Las células que tienen ADN en un núcleo unido a la membrana se conocen como eucariotas, mientras que las que no son conocidas como procariotas. Las células procariotas tienen su ADN rodeado por el citoplasma. Algunos también tienen flagelos procariotas (estructura de proteína giratoria), una pared celular, vesículas y dobles/bolsillos de membrana (Figura\(\PageIndex{1}\)). Las células eucariotas tienen su ADN en un núcleo que lo separa del citoplasma.

Hay muchas otras partes de la célula eucariota (Figura 3.2.1). El núcleo de la célula contiene ADN y proteínas. Los nucleolos están en el nucleoplasma, este es el lugar donde se ensamblan los ARN ribosomales. Los ribosomas, que se encuentran en el citoplasma, ayudan a sintetizar proteínas. El retículo endoplásmico (ER), que generalmente se encuentra cerca del borde de la célula, es donde se sintetizan, empaquetan y transportan las proteínas. En muchas células, la ER está conectada con la membrana del núcleo. El aparato de Golgi dirige las proteínas y otras sustancias a la parte de la célula a donde necesitan ir. Las células eucariotas deben tener mitocondrias y podrían tener cloroplastos, ambos originados a través de la simbiogénesis (ver más abajo). Las mitocondrias están cubiertas con dos membranas, la membrana interna tiene intrusiones llamadas cristae. Las mitocondrias descomponen las moléculas orgánicas en dióxido de carbono y agua en un proceso conocido como respiración oxidativa.

Figura Membrana\(\PageIndex{3}\) semipermeable: cómo funciona. Las moléculas grandes “rojas” son más grandes que los poros por lo que no se les permite ir. Otras moléculas son más pequeñas que los poros y se les permite igualar sus concentraciones que siempre son más bajas en lugares donde se presentan moléculas “rojas”. Es por ello que van de derecha a izquierda y no de otra manera.

Las membranas celulares son semipermeables (Figura\(\PageIndex{3}\)), permiten que algunas moléculas (típicamente pequeñas y/o no polares) pasen a través pero otras (grandes y/o polares) permanecerán afuera o adentro para siempre, o hasta que se abra un poro específico. El agua siempre “quiere” igualar las concentraciones en ambos lados de la membrana y las moléculas de agua normalmente fluyen a través de la membrana hasta donde la concentración de otras moléculas (sales, ácidos) es mayor (y, naturalmente, la concentración de agua es menor). Esto es ósmosis.

Figura\(\PageIndex{4}\) Ósmosis en ambientes (de izquierda a derecha) hipertónicos (altos en sal), isotónicos e hipotónicos (bajos en sal). El color azul es para la vacuola. Las flechas rojas en la imagen derecha muestran turgor—presión combinada de la vacuola y la pared celular.

La pared celular (común en plantas y hongos) rodea la célula y limita hasta qué punto la célula puede expandirse debido a la ósmosis (Figura\(\PageIndex{4}\)). Dado que la ósmosis puede resultar en una expansión incontrolable de las células, las células sin paredes celulares deben encontrar una manera de bombear el exceso de agua. La (s) vacuola (s) es la (s) vesícula (s) grande (s) que puede hacer una variedad de cosas para la célula, por ejemplo almacenar nutrientes, acumular iones, o convertirse en un lugar para almacenar desechos. Desempeña un papel importante en la turgencia (Figura\(\PageIndex{4}\)).