Introducción
La célula es la unidad más elemental de un ser vivo que puede realizar las tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción.
Estructura Básica de la Célula
Membrana Plasmática
Es una envoltura muy delgada y elástica que separa la célula del medio. Se encarga de regular la entrada y la salida de sustancias de la célula. También detecta estímulos del medio y permite la comunicación entre células.
Citoplasma
Es la sustancia que rellena el interior de la célula y en él se encuentran los orgánulos. En el citoplasma y en los orgánulos se producen las reacciones químicas de la célula o metabolismo.
Material Genético
El material genético de las células es el ADN, una sustancia química compleja que contiene la información para el funcionamiento de la célula, denominada información genética.
Células Procariotas
Las células procariotas son exclusivas de los seres que, como las bacterias, constituyen el reino moneras. Estos son organismos unicelulares, muy pequeños, cuya longitud suele estar comprendida entre 1 y 10 μm. Cuentan con una gran molécula de ADN que ocupa una región llamada nucleoide y, en ocasiones, con pequeños fragmentos de ADN llamados plásmidos. Su citoplasma no contiene orgánulos, a excepción de ribosomas, que son de menor tamaño que los de las células eucariotas.
Características Adicionales
- La membrana plasmática, en algunas células, tiene repliegues denominados mesosomas. Estos dotan de una superficie más extensa a la membrana y permiten una mayor actividad metabólica celular.
- Cuentan con una envoltura exterior rígida, la pared celular, que rodea la membrana plasmática y da forma a la bacteria.
- Algunas especies tienen prolongaciones, como los flagelos, que son largos y sirven para la locomoción, o las fimbrias, que son cortas y les sirven para fijarse al sustrato.
Células Eucariotas
Los organismos con células eucariotas pertenecen a los reinos protoctistas, hongos, plantas y animales, y pueden ser unicelulares o pluricelulares. El tamaño de las células eucariotas está comprendido entre 10 y 100 μm.
Estructuras Comunes
Todas las células eucariotas tienen estructuras comunes:
- Tienen núcleo, es decir, su ADN se encuentra rodeado por una membrana.
- Tienen citoesqueleto, que es una red de filamentos que da forma a la célula y permite su movimiento.
- Tienen una gran variedad de orgánulos y estructuras, cuya morfología y función se resumen en las tablas de las páginas siguientes.
Algunos de estos orgánulos, como las mitocondrias, los ribosomas, el aparato de Golgi, el retículo endoplasmático, los lisosomas y otras vesículas, están presentes en todas las células eucariotas; otros son específicos de las células de determinados organismos. Por ejemplo, las células de las algas y de las plantas tienen cloroplastos; las células de las plantas tienen grandes vacuolas; las células de los protoctistas y las de los animales tienen centriolos y, en ocasiones, unas estructuras para el movimiento (cilios y flagelos); las células de los hongos, las de las algas y las de las plantas tienen una envoltura externa llamada pared celular.
Diferencias entre Célula Eucariota Animal y Vegetal
A continuación, se resumen las principales diferencias entre la célula eucariota animal y la célula eucariota vegetal.
Estructura del Núcleo
Cuando la célula no está en división, periodo conocido como interfase, se puede observar su núcleo con una forma más o menos esférica y situado en la parte central o desplazado hacia la periferia. En el núcleo interfásico se distinguen las siguientes estructuras:
- Membrana nuclear: Es la envoltura formada por dos membranas cuya superficie está cubierta por numerosos ribosomas (orgánulos que fabrican las proteínas celulares). Esta membrana tiene unas perforaciones, denominadas poros nucleares, que permiten el intercambio de sustancias entre el núcleo y el citoplasma.
- Nucleoplasma: Es el líquido nuclear.
- Nucleolo: Es la estructura redondeada cuyo color es más oscuro que el resto del núcleo. En él se fabrican los componentes de los ribosomas.
- Cromatina: Está formada por filamentos de ADN y proteínas. Durante la división celular, se condensa y forma los cromosomas. Existen tantos filamentos de cromatina como cromosomas presentará la célula en su fase de división.
Función del Núcleo
La función real del núcleo se descubrió en el siglo XX. Fue el biólogo Joachim Hämmerling quien reveló que el núcleo cumple dos funciones fundamentales:
- Contiene la información hereditaria que determina las características de las células y las de los organismos de los que forman parte.
- Controla las actividades celulares.
Orgánulos y sus Funciones
- Mitocondrias: En ellas tiene lugar la respiración celular, que es un proceso en el que se queman nutrientes en presencia de oxígeno, para obtener energía, y se desprende CO2.
- Ribosomas: Fabrican las proteínas de la célula.
- Aparato de Golgi: Reúne sustancias y mediante sus vesículas, las transporta a distintas partes de la célula o al exterior de ella.
- Retículo endoplasmático rugoso: Fabrica proteínas mediante los ribosomas que están unidos a su membrana, y las almacena o las transporta al aparato de Golgi.
- Lisosomas: Realizan la digestión celular, es decir, descomponen sustancias y obtienen, a partir de ellas, sustancias útiles para la nutrición de la célula.
- Otras vesículas: Relacionadas con la actividad del aparato de Golgi tienen diversas funciones, como almacenar sustancias, transportarlas…
- Cloroplastos: En ellos se produce la fotosíntesis.
- Vacuola: El líquido que contiene la vacuola ejerce una presión en el interior celular que es importante para mantener la rigidez de la célula vegetal.
- Pared celular: Protege y proporciona rigidez a la célula.
- Centriolos: Dirigen la separación de los cromosomas durante la reproducción celular. Intervienen en la formación de estructuras que producen movimientos celulares, como los cilios y los flagelos.
- Cilios y flagelos: Sirven para que la célula se mueva en un ambiente líquido o para que desplace líquido y partículas a lo largo de su superficie.
Nutrición Celular
La nutrición comprende todos los procesos que proporcionan a la célula materia y energía para crecer, reponer sus estructuras, dividirse y relacionarse.
Procesos de la Nutrición
- La entrada de sustancias (nutrientes) que se encuentran en el medio extracelular y que se emplean para obtener materia y energía.
- La transformación de sustancias o metabolismo, que es el conjunto de procesos químicos de utilización de los nutrientes, que tiene lugar en el interior celular.
- La excreción o expulsión al medio extracelular de las sustancias de desecho resultantes del metabolismo.
2.1 La Entrada y la Excreción de Sustancias
La membrana plasmática es una barrera selectiva; es decir, facilita o impide el paso de ciertas sustancias según sea el tamaño de estas. Así:
El Paso de Sustancias de Tamaño Pequeño
Las sustancias de pequeño tamaño, como el oxígeno, el CO2 o las sales minerales, atraviesan la membrana libremente por un proceso denominado difusión.
El transporte de sustancias por difusión ocurre a favor de gradiente de concentración; es decir, que las sustancias pasan desde el lado de la membrana donde están en mayor concentración hasta el lado de la membrana donde están en menor concentración.
El Paso de Sustancias de Tamaño Mediano
Las sustancias de tamaño mediano o con cargas (iones) pasan a través de la membrana ayudadas por proteínas que forman en ella dos tipos generales de estructuras para el transporte:
- Los canales, que son proteínas que se abren formando un canal que permite el paso de sustancias a favor de gradiente de concentración.
- Las bombas, que son estructuras proteicas que «bombean» las sustancias y las trasladan de un lado a otro de la membrana en contra de gradiente de concentración, para lo cual necesitan energía.
El Paso de Sustancias de Tamaño Grande
Las sustancias de gran tamaño no pueden atravesar la membrana. En estos casos, el transporte ocurre de la forma siguiente:
- La membrana se hunde y engloba la partícula en una vesícula que se incorpora al citoplasma celular, mecanismo conocido como endocitosis.
- Las vesículas se fusionan con los lisosomas, cuyas sustancias digestivas digieren el contenido de la vesícula formando partículas de tamaño más pequeño.
- Los restos de la digestión se expulsan por un proceso denominado exocitosis.
2.2 El Metabolismo
Una vez en el citoplasma de la célula, las sustancias son transformadas mediante reacciones químicas que constituyen el metabolismo celular, que puede ser de dos tipos: catabolismo y anabolismo.
El Catabolismo
El catabolismo es el conjunto de reacciones químicas mediante las cuales las moléculas que han entrado en la célula se rompen y se transforman en moléculas más sencillas. Durante este proceso se libera energía.
Una parte de esta energía se emplea para realizar diversas actividades celulares, como, por ejemplo, transportar ciertas sustancias a través de la membrana, realizar movimientos celulares, etc. Otra parte de la energía generada durante el catabolismo se pierde en forma de calor.
Uno de los principales procesos catabólicos es la respiración celular, que tiene lugar en las mitocondrias de las células eucariotas o en la membrana de las células procariotas.
El Anabolismo
El anabolismo es el conjunto de reacciones químicas por las que, a partir de moléculas sencillas, se fabrican moléculas más complejas que la célula utiliza para formar sus componentes. La formación de estas moléculas complejas necesita el aporte de energía, que procede de las reacciones del catabolismo.
Algunas células, como las de las plantas y las algas, pueden utilizar en los procesos anabólicos, además de la energía obtenida en el catabolismo, la energía luminosa del sol mediante la fotosíntesis.
Las Enzimas y el Metabolismo
En las células, las reacciones químicas se realizan, en la mayoría de los casos, con la colaboración de alguna proteína que se une a las sustancias que se van a transformar y actúa sobre ellas aumentando la velocidad a la que transcurre dicha reacción química; las proteínas que realizan esta función se denominan enzimas.
2.3 Los Tipos de Nutrición
Como ya sabes, existen dos tipos de nutrición: la nutrición autótrofa y la nutrición heterótrofa.
La Nutrición Heterótrofa
Tienen nutrición heterótrofa aquellas células que incorporan materia orgánica ya elaborada por otros organismos. Las células de los animales, de los hongos y de muchos protoctistas son heterótrofas.
Para comprender mejor este proceso, vamos a utilizar como ejemplo la entrada de glucosa (un hidrato de carbono sencillo) en la célula.
La Nutrición Autótrofa
Tienen nutrición autótrofa aquellas células que elaboran su propio alimento (materia orgánica) a partir de materia inorgánica (CO2 y agua), empleando una fuente de energía externa (la luz solar).
Las plantas y las algas tienen células con nutrición autótrofa y realizan la fotosíntesis, un proceso anabólico que tiene lugar en los cloroplastos.
Relación Celular
La relación celular es la capacidad de la célula de captar los cambios y de responder ante ellos de forma adecuada.
Estímulos y Respuestas
Se denomina estímulo a los cambios que desencadenan una respuesta celular. Los estímulos pueden ser: químicos, como, por ejemplo, cambios en la composición del medio, cambios en el pH, etc.; y físicos, como, por ejemplo, cambios en la temperatura, en la presión, etc.
La respuesta celular es la reacción de la célula ante los estímulos. Puede ser de dos tipos:
- La respuesta estática. En ella no se produce movimiento, sino que la célula responde de otra forma; por ejemplo, segregando una sustancia.
- La respuesta dinámica. En ella, la célula responde moviéndose. Estos movimientos en conjunto se denominan taxias o tactismos. Se consideran positivos si la célula se mueve hacia el estímulo, y negativos si se aleja de él.
El Movimiento Celular
El movimiento celular está estrechamente relacionado con el citoesqueleto, cuyos filamentos forman estructuras contráctiles en el citoplasma y prolongaciones hacia el exterior que permiten el movimiento.
Los Principales Tipos de Movimiento Celular son:
- El movimiento ameboide. Este tipo de movimiento es característico de las amebas aunque también los glóbulos blancos se desplazan así. Para desplazarse, las amebas emiten prolongaciones de su citoplasma (pseudópodos), a partir de cualquier punto de su superficie.
- El movimiento vibrátil. Este tipo de movimiento se produce por la vibración de unos filamentos que hay en la superficie de las células: los cilios (cortos y numerosos) o los flagelos (largos y escasos). La estructura interna de los cilios y los flagelos es muy similar y está formada por filamentos ordenados del citoesqueleto.
- El movimiento contráctil. Este tipo de movimiento es característico de las células musculares, que son capaces de contraerse y relajarse.
La Célula como Unidad de Vida
- La célula es la unidad estructural de los seres vivos. Es decir, todos los seres vivos están formados por una o más células.
- La célula es la unidad funcional de los seres vivos. Es decir, es la parte más pequeña de un ser vivo capaz de realizar las funciones vitales.
- La célula es la unidad de origen de los seres vivos. Es decir, toda célula proviene de otra célula.