Definición de célula
Las células son la unidad básica de la vida. En el mundo moderno, son el mundo más pequeño conocido que realiza todas las funciones de la vida. Todos los organismos vivos son células individuales o son organismos multicelulares compuestos por muchas células que trabajan juntas.
Las células son la unidad más pequeña conocida que puede realizar todas estas funciones. Las características definitorias que permiten a una célula realizar estas funciones incluyen:
- Una membrana celular que mantiene unidas las reacciones químicas de la vida.
- Al menos un cromosoma, compuesto de material genético que contiene los «planos» y el «software» de la célula.»
- Citoplasma: el fluido del interior de la célula, en el que se producen los procesos químicos de la vida.
A continuación hablaremos de las funciones que deben cumplir las células para facilitar la vida, y de cómo cumplen estas funciones.
Función de las células
Los científicos definen siete funciones que debe cumplir un organismo vivo. Estas son:
- Un ser vivo debe responder a los cambios en su entorno.
- Un ser vivo debe crecer y desarrollarse a lo largo de su vida.
- Un ser vivo debe ser capaz de reproducirse, o hacer copias de sí mismo.
- Un ser vivo debe tener metabolismo.
- Un ser vivo debe mantener la homeostasis, o sea, mantener su entorno interno igual independientemente de los cambios exteriores.
- Un ser vivo debe estar formado por células.
- Un ser vivo debe transmitir rasgos a su descendencia.
Es la biología de las células la que permite a los seres vivos realizar todas estas funciones. A continuación, analizamos cómo hacen posible las funciones de la vida.
Cómo funcionan las células
Para cumplirlas, deben tener:
- Una membrana celular que separa el interior de la célula del exterior. Al concentrar las reacciones químicas de la vida dentro de un área pequeña dentro de una membrana, las células permiten que las reacciones de la vida procedan mucho más rápido de lo que lo harían de otro modo.
- Material genético que es capaz de transmitir rasgos a la descendencia de la célula. Para reproducirse, los organismos deben asegurarse de que su descendencia tenga toda la información necesaria para poder llevar a cabo todas las funciones de la vida.Todas las células modernas logran esto utilizando el ADN, cuyas propiedades de emparejamiento de bases permiten a las células hacer copias precisas de los «planos» y del «sistema operativo» de una célula. Algunos científicos creen que las primeras células podrían haber utilizado ARN en su lugar.
- Proteínas que realizan una amplia variedad de funciones estructurales, metabólicas y reproductivas.
Hay innumerables funciones diferentes que las células deben realizar para obtener energía y reproducirse.
Dependiendo de la célula, los ejemplos de estas funciones pueden incluir la fotosíntesis, la descomposición del azúcar, la locomoción, la copia de su propio ADN, permitir que ciertas sustancias pasen a través de la membrana de la célula mientras mantienen otras fuera, etc.
Las proteínas están hechas de aminoácidos, que son como los «Legos» de la bioquímica. Los aminoácidos vienen en diferentes tamaños, diferentes formas y con diferentes propiedades como la polaridad, la carga iónica y la hidrofobicidad.
Al juntar los aminoácidos basándose en las instrucciones de su material genético, las células pueden crear una maquinaria bioquímica para llevar a cabo casi cualquier función.
Algunos científicos piensan que las primeras células podrían haber utilizado el ARN para llevar a cabo algunas funciones vitales, y luego pasaron a utilizar aminoácidos mucho más versátiles para hacer el trabajo como resultado de una mutación.
Los diferentes tipos de células que discutiremos a continuación tienen diferentes formas de realizar estas funciones.
Tipos de células
Debido a los millones de especies diversas de vida en la Tierra, que crecen y cambian gradualmente a lo largo del tiempo, hay innumerables diferencias entre los innumerables tipos de células existentes.
Sin embargo, aquí veremos los dos tipos principales de células, y dos subcategorías importantes de cada una.
Procariotas
Las procariotas son las más simples y antiguas de los dos tipos principales de células. Los procariotas son organismos unicelulares. Las bacterias y las arquebacterias son ejemplos de células procariotas.
Las células procariotas tienen una membrana celular, y una o más capas de protección adicional del entorno exterior. Muchos procariotas tienen una membrana celular hecha de fosfolípidos, encerrada por una pared celular hecha de un azúcar rígido. La pared celular puede estar encerrada por otra «cápsula» gruesa hecha de azúcares.
Muchas células procariotas también tienen cilios, colas u otras formas en las que la célula puede controlar su movimiento.
Estas características, así como la pared celular y la cápsula, reflejan el hecho de que las células procariotas van solas en el entorno. No forman parte de un organismo multicelular, que podría tener capas enteras de células dedicadas a proteger a otras células del entorno, o a crear movimiento.
Las células procariotas tienen un único cromosoma que contiene todo el material hereditario esencial de la célula y las instrucciones de funcionamiento. Este único cromosoma suele ser redondo. No hay núcleo, ni otras membranas u orgánulos internos. El cromosoma simplemente flota en el citoplasma de la célula.
La información y los rasgos genéticos adicionales pueden estar contenidos en otras unidades genéticas dentro del citoplasma, denominadas «plásmidos», pero normalmente se trata de genes que se transmiten de un lado a otro de los procariotas mediante el proceso de «transferencia horizontal de genes», que es cuando una célula da material genético a otra. Los plásmidos contienen ADN no esencial del que la célula puede prescindir y que no necesariamente se transmite a la descendencia.
Cuando una célula procariota está lista para reproducirse, hace una copia de su único cromosoma. Entonces la célula se divide por la mitad, repartiendo una copia de su cromosoma y un surtido aleatorio de plásmidos a cada célula hija.
Hay dos tipos principales de procariotas conocidos por los científicos hasta la fecha: las arqueobacterias, que son un linaje de vida muy antiguo con algunas diferencias bioquímicas con respecto a las bacterias y los eucariotas, y las bacterias, a veces llamadas «eubacterias» o «bacterias verdaderas» para diferenciarlas de las arqueobacterias.
Se cree que las bacterias son descendientes más «modernos» de las arqueobacterias.
Ambas familias tienen «bacterias» en el nombre porque las diferencias entre ellas no se comprendían antes de la invención de las técnicas modernas de análisis bioquímico y genético.
Cuando los científicos empezaron a examinar la bioquímica y la genética de los procariotas en detalle, descubrieron estos dos grupos muy diferentes, que probablemente tienen diferentes relaciones con los eucariotas y diferentes historias evolutivas¡
Algunos científicos piensan que los eucariotas como los humanos están más estrechamente relacionados con las bacterias, ya que los eucariotas tienen una química de la membrana celular similar a la de las bacterias. Otros piensan que las arqueobacterias están más emparentadas con nosotros, los eucariotas, ya que utilizan proteínas similares para reproducir sus cromosomas.
Y otros piensan que podríamos descender de ambos: que las células eucariotas podrían haber surgido cuando las arqueobacterias empezaron a vivir dentro de una célula bacteriana, ¡o viceversa! Esto explicaría cómo tenemos importantes atributos genéticos y químicos de ambas, y por qué tenemos múltiples compartimentos internos como el núcleo, los cloroplastos y las mitocondrias!
Eucariotas
Se cree que las células eucariotas son el tipo de célula principal más moderno. Todos los organismos multicelulares, incluidos usted, su gato y sus plantas de interior, son eucariotas. Las células eucariotas parecen haber «aprendido» a trabajar juntas para crear organismos multicelulares, mientras que las procariotas parecen incapaces de hacerlo.
Las células eucariotas suelen tener más de un cromosoma, que contiene grandes cantidades de información genética. Dentro del cuerpo de un organismo multicelular, diferentes genes dentro de estos cromosomas pueden estar «encendidos» y «apagados», lo que permite que las células tengan diferentes rasgos y realicen diferentes funciones dentro del mismo organismo.
Las células eucariotas también tienen una o más membranas internas, lo que ha llevado a los científicos a la conclusión de que las células eucariotas probablemente evolucionaron cuando uno o más tipos de procariotas comenzaron a vivir en relaciones simbióticas dentro de otras células.
Los orgánulos con membranas interiores que se encuentran en las células eucariotas incluyen típicamente:
- Para las células animales – Las mitocondrias, que liberan la energía del azúcar y la convierten en ATP de una manera extremadamente eficiente.
Las mitocondrias tienen incluso su propio ADN, separado del ADN nuclear de las células, lo que da más apoyo a la teoría de que solían ser bacterias independientes. - Para las células vegetales – Los cloroplastos, que realizan la fotosíntesis, fabricando ATP y azúcar a partir de la luz solar y el aire.
Los cloroplastos también tienen su propio ADN, lo que sugiere que pueden haberse originado como bacterias fotosintéticas. - Núcleo – En las células eucariotas, el núcleo contiene los planos de ADN esenciales y las instrucciones de funcionamiento de la célula.
Se cree que la envoltura nuclear proporciona una capa adicional de protección para el ADN contra las toxinas o los invasores que podrían dañarlo.
Se desconoce si el núcleo podría haber sido también un procariota endosimbiótico en algún momento, o si su membrana simplemente evolucionó como una capa adicional de protección para el ADN de la célula. - Retículo endoplásmico – Esta compleja membrana interna es un sitio importante de creación de proteínas para las células. No se conoce el origen evolutivo del retículo endoplásmico.
- Aparato de Golgi – Este complejo de membrana interna puede considerarse como la «oficina de correos» del retículo endoplásmico. Recibe las proteínas del retículo endoplásmico, las empaqueta y las «etiqueta» añadiendo azúcares según sea necesario y luego las envía a su destino final.
- Otros – Muchas células eucariotas pueden crear «sacos» temporales de membrana interna, llamados «vacuolas», para almacenar residuos o empaquetar materiales importantes.
Algunas células, por ejemplo, tienen vacuolas especiales llamadas «lisosomas» que están llenas de sustancias corrosivas y enzimas digestivas. Las células simplemente vierten su «basura» en los lisosomas, donde el duro entorno los descompone en componentes más simples que pueden ser reutilizados.
Ejemplos de células
Arquebacterias
Como se ha mencionado anteriormente, las arquebacterias son una forma muy antigua de células procariotas. Los biólogos las sitúan en su propio «dominio» de la vida, separado de otras bacterias.
Las formas clave en las que las arquebacterias difieren de otras bacterias incluyen:
- Sus membranas celulares, que están hechas de un tipo de lípido que no se encuentra ni en las bacterias ni en las membranas de las células eucariotas.
- Sus enzimas de replicación del ADN, que son más similares a las de los eucariotas que a las de las bacterias, lo que sugiere que las bacterias y las arqueas están sólo lejanamente emparentadas, y que las arqueas pueden estar más estrechamente relacionadas con nosotros que con las bacterias modernas.
- Algunas arqueas tienen la capacidad de producir metano, que es un proceso metabólico que no se encuentra en ninguna bacteria ni en ningún eucariota.
Los atributos químicos únicos de las arquebacterias les permiten vivir en ambientes extremos, como el agua sobrecalentada, el agua extremadamente salada y algunos ambientes que son tóxicos para todas las demás formas de vida.
Los científicos se entusiasmaron en los últimos años con el descubrimiento de la Lokiarchaeota – ¡un tipo de arquebacteria que comparte muchos genes con los eucariotas que nunca antes se habían encontrado en las células procariotas!
Ahora se cree que la Lokiarchaeota puede ser nuestro pariente vivo más cercano en el mundo procariota.
Bacterias
Es muy probable que estés familiarizado con el tipo de bacterias que pueden hacerte enfermar. En efecto, patógenos comunes como el estreptococo y el estafilococo son células bacterianas procariotas.
Pero también hay muchos tipos de bacterias útiles: entre ellas, las que descomponen los residuos muertos para convertir los materiales inútiles en tierra fértil, y las bacterias que viven en nuestro propio tracto digestivo y nos ayudan a digerir los alimentos.
Las células bacterianas pueden encontrarse comúnmente viviendo en relaciones simbióticas con organismos multicelulares como nosotros, en el suelo y en cualquier otro lugar que no sea demasiado extremo para que vivan
Células vegetales
Las células vegetales son células eucariotas que forman parte de organismos multicelulares y fotosintéticos.
Las células vegetales tienen orgánulos de cloroplastos, que contienen pigmentos que absorben fotones de luz y cosechan la energía de esos fotones.
Los cloroplastos tienen la notable capacidad de convertir la energía de la luz en combustible celular, y utilizan esta energía para tomar el dióxido de carbono del aire y convertirlo en azúcares que pueden ser utilizados por los seres vivos como combustible o material de construcción.
Además de tener cloroplastos, las células vegetales también suelen tener una pared celular hecha de azúcares rígidos, para permitir que los tejidos vegetales mantengan sus estructuras erguidas, como las hojas, los tallos y los troncos de los árboles.
Las células vegetales también tienen los orgánulos eucariotas habituales, incluyendo un núcleo, un retículo endoplásmico y un aparato de Golgi.
Células animales
Para este ejercicio, vamos a ver un tipo de célula animal que es de gran importancia para usted: su propia célula hepática.
Como todas las células animales, tiene mitocondrias que realizan la respiración celular, convirtiendo el oxígeno y el azúcar en grandes cantidades de ATP para impulsar las funciones celulares.
También tiene los mismos orgánulos que la mayoría de las células animales: un núcleo, un retículo endoplásmico, un aparato de Golgi, etc..
Pero como parte de un organismo multicelular, la célula de su hígado también expresa genes únicos, que le confieren rasgos y habilidades únicos.
Las células del hígado, en particular, contienen enzimas que descomponen muchas toxinas, que es lo que permite al hígado purificar su sangre y descomponer los desechos corporales peligrosos.
La célula del hígado es un excelente ejemplo de cómo los organismos multicelulares pueden ser más eficientes al tener diferentes tipos de células trabajando juntos.
Su cuerpo no podría sobrevivir sin células hepáticas que descompongan ciertas toxinas y productos de desecho, pero la propia célula hepática no podría sobrevivir sin células nerviosas y musculares que le ayuden a encontrar comida, y un tracto digestivo que descomponga esa comida en azúcares fácilmente digeribles.
¡Y todos estos tipos de células contienen la información para crear todos los demás tipos de células! Es simplemente una cuestión de qué genes se activan o desactivan durante el desarrollo.
- Epigenética – El proceso por el cual los genes se activan o desactivan añadiendo o eliminando grupos químicos de partes del cromosoma.
- Eucariotas – Células complejas con múltiples cromosomas y orgánulos internos como las mitocondrias, los cloroplastos y los núcleos.
- Procariota – Organismos unicelulares con una estructura simple, que suelen tener un cromosoma y no tienen orgánulos internos.
Cuestionario
1. ¿Cuál de las siguientes NO es una función esencial que deben realizar todos los seres vivos?
A. Un ser vivo debe reproducirse.
B. Un ser vivo debe ser capaz de mantener su entorno interno, independientemente de los cambios externos.
C. Un ser vivo debe responder a los cambios de su entorno.
D. Ninguna de las anteriores.
2. ¿Cuál de las siguientes NO es un tipo de célula procariota?
A. Arquebacterias
B. Bacterias estafilococos
C. Bacterias Streptococcus
D. Célula hepática
3. ¿Cuál de los siguientes NO es un orgánulo de una célula eucariota?
A. Plásmido
B. Núcleo
C. Mitocondria
D. Cloroplasto