Descubrimiento, Estructura y Evolución de la Célula: Procariotas y Eucariotas

1. El Descubrimiento de la Célula

En 1665, Robert Hooke construyó un microscopio con 50 aumentos y observó corcho. En él, apareció una serie de pequeñas celdas parecidas a las de un panal y que llamó células. Realmente no eran células completas, sino las paredes celulares. Al mismo tiempo, Leeuwenhoek, con microscopios de 200 aumentos, observó protozoos, levaduras, espermatozoides, glóbulos rojos, etc.

Durante el siglo XVIII no hubo muchos avances, pues no conseguían perfeccionar las lentes de aumento. En el siglo XIX hubo mejoras. En 1831, Brown descubrió un corpúsculo al que llamó núcleo. En 1839, Schwann estableció paralelismos entre las células animales y vegetales, y vio que la célula presentaba un funcionamiento particular al que llamó metabolismo.

2. La Teoría Celular

En 1838, gracias a Schleiden, y en 1839, Schwann, iniciaron el desarrollo de la teoría celular, con sus 2 primeros principios:

• La célula es la unidad morfológica de todos los seres vivos: todos los seres vivos están formados por una o más células.
• La célula es la unidad fisiológica de los organismos: la célula es capaz de realizar todos los procesos metabólicos necesarios para permanecer con vida.

En 1855, Virchow enunció el 3er principio:

• Toda célula proviene, por división, de otra célula: las células solo pueden surgir de otras ya existentes.

A partir de numerosos descubrimientos y conocimientos de genética, se añadió un principio más a la teoría celular:

• La célula es la unidad genética autónoma de los seres vivos: la célula contiene toda la información sobre la síntesis de su estructura y el control de su funcionamiento, y es capaz de transmitirla a sus descendientes.

3. La Morfología Celular

La célula es la estructura más simple conocida capaz de realizar las 3 funciones vitales (nutrición, relación y reproducción). Está constituida por 3 elementos básicos: citoplasma, membrana plasmática y ADN.

3.1. Forma

Las células presentan una gran variedad de formas, dependiendo de la estirpe celular a la que pertenecen, de su edad y función. También influye si están libres o en tejidos.

Algunas no tienen forma fija, como los leucocitos, que la cambian continuamente para desplazarse y fagocitar partículas (diapédesis). Los osteocitos, bacterias y células vegetales que tienen pared, tienen una forma muy estable.

3.2. Tamaño

Muy variable. Las bacterias miden entre 1 y 2 micrómetros, y las células humanas entre 5 y 20. La célula más grande es el ovocito de avestruz. Los espermatozoides destacan por su gran longitud, 53 micrómetros, aunque las más largas son las neuronas, cuyas prolongaciones pueden alcanzar varios metros en cetáceos.

3.3. Número

Varía desde 1 en seres unicelulares hasta cantidades muy elevadas en pluricelulares. Por ejemplo, solo las células sanguíneas humanas son más de 25 billones.

3.4. Color

En general, incoloras, a no ser que presenten pigmentos.

4. Los Microscopios

Instrumentos que permiten observar imágenes aumentadas de objetos muy pequeños.

4.1. Microscopio Óptico

Constituido por 2 lentes de aumento, el ocular y el objetivo, que usa fotones de luz. Los rayos luminosos inciden en la preparación y la atraviesan hasta llegar a la lente. Las muestras deben ser de unos micrómetros de grosor para que los rayos puedan atravesarlas.

4.2. Microscopio Electrónico

En lugar de luz visible, usa haces de electrones (e-). Las lentes no son de vidrio, sino bobinas cilíndricas que generan un campo magnético que condensa el haz de e-, y estos, al chocar con la muestra, se dispersan, con lo que la imagen se agranda y se puede observar en una pantalla fluorescente. Tipos de microscopio electrónico:

• Microscopio Electrónico de Transmisión (MET): tiene un poder de resolución de más de mil veces que el óptico. Ofrecen imágenes planas.
• Microscopio Electrónico de Barrido (MEB): los e- son reflejados por la superficie de la muestra, por lo que se consiguen imágenes tridimensionales. El poder de resolución es unas 50 veces menor que el anterior.

5. La Estructura Celular

Todas las células están formadas por membrana plasmática, citoplasma y ADN; y desde el punto de vista de su organización, se dividen en eucariotas y procariotas.

5.1. Estructura de las Células Procariotas

Se caracterizan por presentar:

• Pared bacteriana: gruesa y rígida.
• Membrana plasmática: sin colesterol. Contiene distintas proteínas que regulan el metabolismo celular y la duplicación de su ADN.
• Citoplasma: carecen de orgánulos, solo tienen ribosomas y, a veces, estructuras delimitadas por proteínas, como los clorosomas, que contienen pigmentos fotosintéticos; carboxisomas, con enzimas capaces de incorporar CO2; y vacuolas de gas.
• Material genético: más o menos condensado en una región llamada nucleoide. También puede presentar pequeños ADN circulares llamados plásmidos.
• Flagelos: con función locomotora.
• Fimbrias o pili: pelitos proteicos para fijarse al sustrato.
• Mesosoma: invaginaciones de la membrana que aumentan la superficie y sujetan el cromosoma bacteriano.
• Cápsula: no aparece en todas, solo en las virulentas.

5.2. Estructura de la Célula Eucariota

En el interior de una célula eucariota se distinguen 4 tipos de estructuras:

• Estructuras carentes de membrana: ribosomas, centrosomas y citoesqueleto.
• Sistema endomembranoso: conjunto de estructuras membranosas intercomunicadas y vesículas aisladas derivadas de ellas. Retículo endoplasmático, aparato de Golgi, vacuolas y lisosomas.
• Orgánulos transductores de energía: mitocondrias y cloroplastos, con doble membrana.
• Núcleo: con nucleoplasma y doble cubierta membranosa llamada envoltura nuclear. En el nucleoplasma está el material genético.

Algunas células eucariotas pueden tener una membrana de secreción externa a la membrana plasmática. La célula animal no suele tenerla, pero si la posee, se llama matriz extracelular.

En las células eucariotas se distinguen 2 modelos: célula animal y vegetal:

• Similitudes entre ambos modelos: presentan membrana plasmática, citoplasma, citoesqueleto, retículo endoplasmático, aparato de Golgi, ribosomas, mitocondrias, lisosomas, peroxisomas y núcleo.
• Estructuras exclusivas de la célula animal: centrosomas y vesículas.
• Estructura exclusiva de la célula vegetal: pared celular, vacuolas y plastos.

6. De las Células Procariotas a las Eucariotas

La teoría más aceptada es la endosimbionte de Margulis, que se ha visto enriquecida con aportaciones de C. de Duve en relación con los peroxisomas. Esta teoría supone que la aparición de la célula eucariota estuvo precedida por una serie de etapas:

• La primitiva protocélula plegó su membrana plasmática para aumentar la superficie de absorción. La digestión era extracelular.
• El plegamiento interno de la membrana formó vesículas que se liberaron al interior del citoplasma, comenzando así la digestión intracelular. Se formó un sáculo cerca del ADN, originando el precursor del núcleo.
• La síntesis de fibras y microtúbulos actuó de elementos esqueléticos y permitió la movilidad, tanto externa como interna. Otras vesículas se aplanaron y fueron rodeando cada vez más cantidad de ADN.
• La incorporación de procariotas tipo espiroquetas dio origen a los undulipodios (cilios y flagelos).
• La incorporación de un fagocito primitivo, como bacterias aerobias, dio lugar a las mitocondrias, protegiendo de esta forma a sus huéspedes del O2, que en aquella época comenzaba a aumentar su concentración en la atmósfera.
• La incorporación de procariotas fotosintéticos, tipo cianobacteria, que posibilitaron la síntesis de sustancias usando la luz solar, originó los cloroplastos.
• Los precursores de mitocondrias y cloroplastos perdieron la mayor parte de su material genético en favor de su ADN nuclear. El análisis y comparación del ADN mitocondrial y cloroplastidial con el de procariotas constituye la base de este modelo evolutivo.