Biología Celular: Teoría Celular, Ciclo Celular y Mitosis

1. Historia y Teoría Celular

El concepto de célula fue desarrollado inicialmente gracias a las investigaciones de Anton van Leeuwenhoek y Robert Hooke. Leeuwenhoek construyó el primer microscopio rudimentario, mientras que Hooke, al estudiar una lámina de corcho con este instrumento, descubrió que estaba formada por pequeñas cavidades a las que denominó células.

Más adelante, Matthias Schleiden y Theodor Schwann formularon la Teoría Celular, afirmando que las células son las unidades estructurales y funcionales básicas de todos los seres vivos. Posteriormente, Rudolf Virchow demostró que toda célula procede de otra preexistente.

Postulados de la Teoría Celular

• Todos los organismos están constituidos por una o más células.
• La célula es la unidad anatómica y fisiológica de los seres vivos.
• Toda célula procede de otra célula preexistente.
• El material hereditario pasa de la célula madre a las células hijas.
• Santiago Ramón y Cajal demostró la individualidad de cada neurona, extendiendo la teoría celular al tejido nervioso.

2. El Origen de la Célula: Teoría Endosimbiótica

En primer lugar, Carl Woese denominó protobionte al antepasado común universal de todos los seres vivos, considerándolo la unidad de vida más primitiva con capacidad de transcripción y traducción. Con el tiempo, surgieron las primeras células procariotas, las cuales engloban a las arqueobacterias y a las eubacterias.

Posteriormente, Lynn Margulis formuló la Teoría Endosimbiótica, la cual postula que las células eucariotas se originaron a partir de una célula hospedadora primitiva (urcariota) que estableció relaciones simbióticas con diversas bacterias:

• Algunos simbiontes fueron digeridos.
• Otros evolucionaron hasta transformarse en peroxisomas y mitocondrias.
• Otros dieron lugar a los cloroplastos.

Tanto las mitocondrias como los cloroplastos presentan similitudes con las bacterias, lo que permitió a la célula eucariota adquirir funciones metabólicas complejas como la respiración aerobia y la fotosíntesis.

3. Organización Celular

Células Procariotas

Fueron las primeras células sobre la Tierra y comprenden dos grandes grupos: arqueobacterias y eubacterias. Las procariotas poseen una membrana plasmática recubierta por una pared celular y, en muchos casos, por encima de esta existe una cápsula bacteriana. Su citoplasma consta de dos zonas principales: una donde se aloja el material genético (llamada nucleoide) y otra donde se encuentran los ribosomas. Carecen de citoesqueleto.

Células Eucariotas

Son notablemente más complejas que las procariotas. Aunque también poseen membrana plasmática y ribosomas, se diferencian fundamentalmente por poseer un núcleo delimitado por membrana, orgánulos citoplasmáticos membranosos y un citoesqueleto estructurado.

4. El Ciclo Celular

El ciclo celular comprende el conjunto de cambios y etapas que experimenta una célula desde su formación hasta su división en dos células hijas. Este ciclo permite renovar las células que el organismo pierde y comprende dos sucesos clave: la duplicación del material genético y la división citoplasmática. En eucariotas, consta de dos grandes etapas: la Interfase y la Fase M (división).

La Interfase

Representa el período comprendido entre dos mitosis sucesivas y se divide en:

• Fase G₁: Período en el que se sintetizan activamente proteínas y ARN para que la célula crezca y aumente de tamaño.
• Fase G₀: Estado de quiescencia donde entran las células que no van a dividirse inmediatamente o que sufren un proceso irreversible de diferenciación celular.
• Fase S: Fase de síntesis y replicación del ADN celular.
• Fase G₂: La célula continúa creciendo, se transcriben y traducen proteínas indispensables para la división celular y se produce la duplicación de los centríolos.

5. Replicación del ADN en Procariotas

• Iniciación: Consiste en el desenrollamiento de la doble hélice a partir de un único origen de replicación denominado OriC. Este sitio es reconocido por proteínas específicas iniciadoras. Las helicasas rompen los puentes de hidrógeno abriendo la doble hélice, lo que genera tensiones topológicas que son aliviadas por las girasas y topoisomerasas.
• Elongación: Ocurre la síntesis coordinada de las nuevas hebras de ADN mediante la acción de las ADN polimerasas, enzimas que poseen tanto actividad polimerasa (síntesis 5' a 3') como actividad exonucleasa (corrección de errores).

6. Muerte Celular

Existen dos formas principales de muerte celular:

• Necrosis: Se produce de manera accidental cuando la célula sufre una lesión grave; cursa con hinchamiento celular, lisis y liberación de componentes que provocan inflamación tisular.
• Apoptosis: Proceso de muerte celular programada o suicidio celular genéticamente regulado, en el que intervienen proteínas y rutas de señalización con efectos inductores e inhibidores antagónicos.

7. Mitosis

Proceso de división del núcleo celular que garantiza el reparto equitativo del material genético:

• Profase: La cromatina se condensa hasta hacer visibles los cromosomas. Los centríolos se separan hacia polos opuestos de la célula; se produce la polimerización de los microtúbulos del áster que dan lugar a los microtúbulos polares que conforman el huso acromático. La envoltura nuclear y el nucléolo desaparecen, y a nivel de los centrómeros se forman los cinetocoros.
• Metafase: Los cromosomas alcanzan su máxima condensación. El huso mitótico se halla completamente formado entre los polos celulares. Los microtúbulos cinetocóricos alinean los cromosomas en el centro de la célula formando la placa ecuatorial; cada cromátida queda orientada hacia un polo.
• Anafase: Las cromátidas hermanas de cada cromosoma se separan sincrónicamente hacia polos opuestos arrastradas por el acortamiento de los microtúbulos cinetocóricos. Los microtúbulos polares se alargan separando aún más los polos del huso acromático hasta que las cromátidas alcanzan sus destinos.
• Telofase: Los cromosomas alcanzan los polos y comienzan a descondensarse. Reaparece la membrana nuclear alrededor de cada grupo cromosómico y se reorganiza el nucléolo en cada núcleo hijo.

8. Citocinesis

Es la división física del citoplasma entre las dos células hijas, repartiendo los orgánulos de forma equitativa. Varía según el tipo de organismo:

• En células animales: Se genera en el ecuador celular un anillo contráctil formado por filamentos de actina y miosina. Este anillo se va estrechando progresivamente hasta provocar el estrangulamiento total del citoplasma y la separación definitiva de las células hijas.
• En células vegetales: La rigidez de la pared celular impide el estrangulamiento, por lo que se crea un tabique de separación intercelular llamado fragmoplasto, formado a partir de la fusión de vesículas procedentes del aparato de Golgi. El fragmoplasto permanece perforado por plasmodesmos para garantizar la comunicación continua entre ambas células hijas.