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La Célula

Resumen: Hooke, Robert (1635-1703). Descubrimiento de las células vegetales. Características generales de las células. Composición química. Células procarióticas y eucarióticas. Partes. El núcleo. Citoplasma y citosol. Citoesqueleto. Mitocondrias y cloroplastos. Membranas internas. División celular. Pasos para la realización de la división de las células. Cáncer. Naturaleza de la enfermedad. Clonación de genes.
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Autor: ilustrados

Hooke, Robert (1635-1703),científico inglés, conocido por su estudio de la elasticidad. Hooke aportótambién otros conocimientos en varios campos de la ciencia.

Nació en la isla de Wight y estudió en la Universidad deOxford. Fue ayudante del físico británico Robert Boyle, a quien ayudó en laconstrucción de la bomba de aire. Hooke realizó algunos de los descubrimientose invenciones más importantes de su tiempo, aunque en muchos casos no consiguióterminarlos. Formuló la teoría del movimiento planetario como un problema demecánica, y comprendió, pero no desarrolló matemáticamente, la teoríafundamental con la que Isaac Newton formuló la ley de la gravitación. Entrelas aportaciones más importantes de Hooke están la formulación correcta de lateoría de la elasticidad (que establece que un cuerpo elástico se estiraproporcionalmente a la fuerza que actúa sobre él), conocida como ley de Hooke,y el análisis de la naturaleza de la combustión. Fue el primero en utilizar elresorte espiral para la regulación de los relojes y desarrolló mejoras en losrelojes de péndulo. Hooke también fue pionero en realizar investigacionesmicroscópicas y publicó sus observaciones, entre las que se encuentra el descubrimiento de las células vegetales.

 

Célula

La célula es una unidad mínima de un organismo capaz deactuar de manera autónoma. Todos los organismos vivos están formados por células,y en general se acepta que ningún organismo es un ser vivo si no consta almenos de una célula. Algunos organismos microscópicos, como bacterias yprotozoos, son células únicas, mientras que los animales y plantas estánformados por muchos millones de células organizadas en tejidos y órganos.Aunque los virus y los extractos acelulares realizan muchas de las funcionespropias de la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad decrecimiento y reproducción propias de las células y, por tanto, no seconsideran seres vivos. La biología estudia las células en función de suconstitución molecular y la forma en que cooperan entre sí para constituirorganismos muy complejos, como el ser humano. Para poder comprender cómofunciona el cuerpo humano sano, cómo se desarrolla y envejece y qué falla encaso de enfermedad, es imprescindible conocer las células que lo constituyen.

Características generales de las células

Hay células de formas y tamaños muy variados. Algunas delas células bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica de menos de unamicra o µm (1 µm es igual a una millonésima de metro) de longitud. En elextremo opuesto se encuentran las células nerviosas, corpúsculos de formacompleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metrosde longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular).Casi todas las células vegetales tienen entre 20 y 30 µm de longitud, formapoligonal y pared celular rígida. Las células de los tejidos animales suelenser compactas, entre 10 y 20 µm de diámetro y con una membrana superficialdeformable y casi siempre muy plegada.

Pese a las muchas diferencias de aspecto y función, todaslas células están envueltas en una membrana —llamada membrana plasmática—que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma. En el interior delas células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permitencrecer, producir energía y eliminar residuos. El conjunto de estas reaccionesse llama metabolismo (término que proviene de una palabra griega que significacambio). Todas las células contienen información hereditaria codificada en moléculasde ácido desoxirribonucleico (ADN); esta información dirige la actividad de lacélula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a ladescendencia. Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas moléculasidénticas o casi idénticas) demuestran que hay una relación evolutiva entrelas células actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra.

 

Composición química

En los organismos vivos no hay nada que contradiga las leyesde la química y la física. La química de los seres vivos, objeto de estudiode la bioquímica, está dominada por compuestos de carbono y se caracteriza porreacciones acaecidas en solución acuosa y en un intervalo de temperaturas pequeño.La química de los organismos vivientes es muy compleja, más que la decualquier otro sistema químico conocido. Está dominada y coordinada por polímerosde gran tamaño, moléculas formadas por encadenamiento de subunidades químicas;las propiedades únicas de estos compuestos permiten a células y organismoscrecer y reproducirse. Los tipos principales de macromoléculas son las proteínas,formadas por cadenas lineales de aminoácidos; los ácidos nucleicos, ADN y ARN,formados por bases nucleotídicas, y los polisacáridos, formados porsubunidades de azúcares.

Células procarióticas y eucarióticas

Entre las células procarióticas y eucarióticas haydiferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna. Lasprocarióticas, que comprenden bacterias y cianobacterias (antes llamadas algasverdeazuladas), son células pequeñas, entre 1 y 5 µm de diámetro, y deestructura sencilla; el material genético (ADN) está concentrado en una región,pero no hay ninguna membrana que separe esta región del resto de la célula.Las células eucarióticas, que forman todos los demás organismos vivos,incluidos protozoos, plantas, hongos y animales, son mucho mayores (entre 10 y50 µm de longitud) y tienen el material genético envuelto por una membrana queforma un órgano esférico conspicuo llamado núcleo. De hecho, el términoeucariótico deriva del griego ‘núcleo verdadero’, mientras que procarióticosignifica ‘antes del núcleo’.

Partes de la célula

El núcleo

El órgano más conspicuo en casi todas las células animalesy vegetales es el núcleo; está rodeado de forma característica por unamembrana, es esférico y mide unas 5 µm de diámetro. Dentro del núcleo, lasmoléculas de ADN y proteínas están organizadas en cromosomas que suelenaparecer dispuestos en pares idénticos. Los cromosomas están muy retorcidos yenmarañados y es difícil identificarlos por separado. Pero justo antes de quela célula se divida, se condensan y adquieren grosor suficiente para serdetectables como estructuras independientes. El ADN del interior de cadacromosoma es una molécula única muy larga y arrollada que contiene secuenciaslineales de genes. Éstos encierran a su vez instrucciones codificadas para laconstrucción de las moléculas de proteínas y ARN necesarias para producir unacopia funcional de la célula.

El núcleo está rodeado por una membrana doble, y lainteracción con el resto de la célula (es decir, con el citoplasma) tienelugar a través de unos orificios llamados poros nucleares. El nucleolo es unaregión especial en la que se sintetizan partículas que contienen ARN y proteínaque migran al citoplasma a través de los poros nucleares y a continuación semodifican para transformarse en ribosomas.

El núcleo controla la síntesis de proteínas en elcitoplasma enviando mensajeros moleculares. El ARN mensajero (ARNm) se sintetizade acuerdo con las instrucciones contenidas en el ADN y abandona el núcleo através de los poros. Una vez en el citoplasma, el ARNm se acopla a losribosomas y codifica la estructura primaria de una proteína específica.

Citoplasma y citosol

El citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvoel núcleo. Engloba numerosas estructuras especializadas y orgánulos, como sedescribirá más adelante.

La solución acuosa concentrada en la que están suspendidoslos orgánulos se llama citosol. Es un gel de base acuosa que contiene grancantidad de moléculas grandes y pequeñas, y en la mayor parte de las célulases, con diferencia, el compartimiento más voluminoso (en las bacterias es el únicocompartimiento intracelular). En el citosol se producen muchas de las funcionesmás importantes de mantenimiento celular, como las primeras etapas dedescomposición de moléculas nutritivas y la síntesis de muchas de las grandesmoléculas que constituyen la célula.

Aunque muchas moléculas del citosol se encuentran en estadode solución verdadera y se desplazan con rapidez de un lugar a otro por difusiónlibre, otras están ordenadas de forma rigurosa. Estas estructuras ordenadasconfieren al citosol una organización interna que actúa como marco para lafabricación y descomposición de grandes moléculas y canaliza muchas de lasreacciones químicas celulares a lo largo de vías restringidas.

Citoesqueleto

El citoesqueleto es una red de filamentos proteicos delcitosol que ocupa el interior de todas las células animales y vegetales.Adquiere una relevancia especial en las animales, que carecen de pared celular rígida,pues el citoesqueleto mantiene la estructura y la forma de la célula. Actúacomo bastidor para la organización de la célula y la fijación de orgánulos yenzimas. También es responsable de muchos de los movimientos celulares. Enmuchas células, el citoesqueleto no es una estructura permanente, sino que sedesmantela y se reconstruye sin cesar. Se forma a partir de tres tiposprincipales de filamentos proteicos: microtúbulos, filamentos de actina yfilamentos intermedios, unidos entre sí y a otras estructuras celulares pordiversas proteínas.

Los movimientos de las células eucarióticas están casisiempre mediatizados por los filamentos de actina o los microtúbulos. Muchas célulastienen en la superficie pelos flexibles llamados cilios o flagelos, quecontienen un núcleo formado por un haz de microtúbulos capaz de desarrollarmovimientos de flexión regulares que requieren energía. Los espermatozoidesnadan con ayuda de flagelos, por ejemplo, y las células que revisten elintestino y otros conductos del cuerpo de los vertebrados tienen en lasuperficie numerososcilios que impulsan líquidos y partículas en una direccióndeterminada. Se encuentran grandes haces de filamentos de actina en las célulasmusculares donde, junto con una proteína llamada miosina, generan contraccionespoderosas. Los movimientos asociados con la división celular dependen enanimales y plantas de los filamentos de actina y los microtúbulos, quedistribuyen los cromosomas y otros componentes celulares entre las dos célulashijas en fase de segregación. Las células animales y vegetales realizan muchosotros movimientos para adquirir una forma determinada o para conservar sucompleja estructura interna.

Mitocondrias y cloroplastos

Las mitocondrias son uno de los orgánulos más conspicuosdel citoplasma y se encuentran en casi todas las células eucarióticas.Observadas al microscopio, presentan una estructura característica: lamitocondria tiene forma alargada u oval de varias micras de longitud y estáenvuelta por dos membranas distintas, una externa y otra interna, muy replegada.

Las mitocondrias son los orgánulos productores de energía.La célula necesita energía para crecer y multiplicarse, y las mitocondriasaportan casi toda esta energía realizando las últimas etapas de ladescomposición de las moléculas de los alimentos. Estas etapas finalesconsisten en el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono,proceso llamado respiración, por su similitud con la respiración pulmonar. Sinmitocondrias, los animales y hongos no serían capaces de utilizar oxígeno paraextraer toda la energía de los alimentos y mantener con ella el crecimiento yla capacidad de reproducirse. Los organismos llamados anaerobios viven en mediossin oxígeno, y todos ellos carecen de mitocondrias.

Los cloroplastos son orgánulos aún mayores y se encuentranen las células de plantas y algas, pero no en las de animales y hongos. Suestructura es aún más compleja que la mitocondrial: además de las dosmembranas de la envoltura, tienen numerosos sacos internos formados por membranaque encierran el pigmento verde llamado clorofila. Desde el punto de vista de lavida terrestre, los cloroplastos desempeñan una función aún más esencial quela de las mitocondrias: en ellos ocurre la fotosíntesis; esta función consisteen utilizar la energía de la luz solar para activar la síntesis de moléculasde carbono pequeñas y ricas en energía, y va acompañado de liberación de oxígeno.Los cloroplastos producen tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno queutilizan las mitocondrias.

Membranas internas

Núcleos, mitocondrias y cloroplastos no son los únicos orgánulosinternos de las células eucarióticas delimitados por membranas. El citoplasmacontiene también muchos otros orgánulos envueltos por una membrana única quedesempeñan funciones diversas. Casi todas guardan relación con la introducciónde materias primas y la expulsión de sustancias elaboradas y productos dedesecho por parte de la célula. Por ello, en las células especializadas en lasecreción de proteínas, por ejemplo, determinados orgánulos están muyatrofiados; en cambio, los orgánulos son muy numerosos en las células de losvertebrados superiores especializadas en capturar y digerir los virus ybacterias que invaden el organismo.

La mayor parte de los componentes de la membrana celular seforman en una red tridimensional irregular de espacios rodeada a su vez por unamembrana y llamada retículo endoplasmático (RE), en el cual se forman tambiénlos materiales que son expulsados por la célula. El aparato de Golgi estáformado por pilas de sacos aplanados envueltos en membrana; este aparato recibelas moléculas formadas en el retículo endoplasmático, las transforma y lasdirige hacia distintos lugares de la célula.

 

Los lisosomas son pequeños orgánulos de forma irregular quecontienen reservas de enzimas necesarias para la digestión celular de numerosasmoléculas indeseables. Los peroxisomas son vesículas pequeñas envueltas enmembrana que proporcionan un sustrato delimitado para reacciones en las cualesse genera y degrada peróxido de hidrógeno, un compuesto reactivo que puede serpeligroso para la célula. Las membranas forman muchas otras vesículas pequeñasencargadas de transportar materiales entre orgánulos. En una célula animal típica,los orgánulos limitados por membrana pueden ocupar hasta la mitad del volumencelular total.

División celular

Las plantas y los animales están formados por miles demillones de células individuales organizadas en tejidos y órganos que cumplenfunciones específicas. Todas las células de cualquier planta o animal hansurgido a partir de una única célula inicial —el óvulo fecundado— por unproceso de división. El óvulo fecundado se divide y forma dos células hijasidénticas, cada una de las cuales contiene un juego de cromosomas idéntico alde la célula parental. Después cada una de las células hijas vuelve adividirse de nuevo, y así continúa el proceso. Salvo en la primera divisióndel óvulo, todas las células crecen hasta alcanzar un tamaño aproximado aldoble del inicial antes de dividirse. En este proceso, llamado mitosis, seduplica el número de cromosomas (es decir, el ADN) y cada uno de los juegosduplicados se desplaza sobre una matriz de microtúbulos hacia un polo de la célulaen división, y constituirá la dotación cromosómica de cada una de las dos célulashijas que se forman.

 

Pasos para la realización de la división de las células

     

  • La célula se prepara para dividirse.
  • Los cromosomas se dividen.
  • Se forma el huso acromático.
  • Las cromátidas se alinean en el centro de la célula.
  • Las cromatidas se separan.
  • La célula se estrecha por el centro.
  • La membrana celular empieza a dividirse.
  • Las dos nuevas células hijas reciben la misma dotación cromosómica.
 

Cáncer

El cáncer es el crecimiento tisular producido por laproliferación continua de células anormales con capacidad de invasión ydestrucción de otros tejidos. El cáncer que puede originarse a partir decualquier tipo de célula en cualquier tejido corporal, no es una enfermedad únicasino un conjunto de enfermedades que se clasifican en función del tejido y célulade origen. Existen varios cientos de formas distintas, siendo tres losprincipales subtipos: los sarcomas proceden del tejido conectivo como huesos,cartílagos, nervios, vasos sanguíneos, músculos y tejido adiposo. Loscarcinomas proceden de tejidos epiteliales como la piel o los epitelios quetapizan las cavidades y órganos corporales, y los tejidos glandulares de lamama y próstata. Los carcinomas incluyen algunos de los cánceres másfrecuentes. Los carcinomas de estructura similar a la piel se denominancarcinomas de células escamosas. Los que tienen una estructura glandular sedenominan adenocarcinomas. En el tercer subtipo se encuentran las leucemias ylinfomas que incluyen los cánceres de los tejidos formadores de las célulassanguíneas. Producen inflamación de los ganglios linfáticos, invasión delbazo y médula ósea, y sobreproducción de células blancas inmaduras. Estosfactores ayudan a su clasificación.

Naturaleza de la enfermedad

El crecimiento canceroso, o neoplasia, es clonal —todas lascélulas proceden de una única célula madre. Estas células han escapado alcontrol que en condiciones normales rige el crecimiento celular. Como las célulasembrionarias, son incapaces de madurar o diferenciarse en un estadio adulto yfuncional. La proliferación de estas células puede formar una masa denominadatumor, que crece sin mantener relación con la función del órgano del queprocede.

 

Clonación de genes

Es el proceso mediante el cual puede aislarse un gen de entretodos los genes diferentes que existen en un organismo, lo que permite realizarsu caracterización. Esto se consigue con la preparación de una batería debacterias que contienen todos los genes distintos presentes en un organismo demanera que cada una de ellas contiene un solo gen. Esto se lleva a caboefectuando cortes del ADN de un individuo. Otra alternativa es la de crear unconjunto de todas las secuencias de ADN expresadas en una célula específicamediante la producción de copias complementarias de ADN a partir del ARNmhallado en dichas células. En ambos casos, los fragmentos de ADN se unen a unvector, un virus bacteriano conocido como bacteriófago o a un ADN circulardenominado plásmido, que se introduce en una bacteria de forma que cada unaadquiere sólo una copia del vector y por tanto recibe sólo un fragmento deADN.

Los grupos preparados de esta forma se pueden examinar paraidentificar la bacteria que contiene el gen objeto de estudio. Entonces, se tomaesta bacteria y se hace crecer para producir un clon de bacterias idénticas.Como el vector que contiene el ADN insertado se replica siempre que la célulabacteriana se divide, se produce la cantidad suficiente de ADN insertado clonadonecesaria para caracterizar el gen. De esta manera es posible estudiar los genesque codifican proteínas que tienen un interés especial, o aquellos cuyainactivación, consecuencia de una mutación, origina una enfermedad específica.Por ejemplo, podemos determinar su secuencia y la naturaleza de la mutación queda lugar a una enfermedad.

Gen, unidad de herencia, partícula de material genéticoque determina la herencia de una característica determinada, o de un grupo deellas. Los genes están localizados en los cromosomas en el núcleo celular y sedisponen en línea a lo largo de cada uno de ellos. Cada gen ocupa en elcromosoma una posición, o locus. Por esta razón, el término locus seintercambia en muchas ocasiones con el de gen.

 

Clonación de la Oveja Dolly

 

 

Ciclo Celular

Autor:
Romina García Vila
roci@sudnet.com.ar

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