Biología Celular: Las Unidades de la Vida

Células: Las Unidades Básicas de la Vida

• Todos los organismos vivos están compuestos por células, unidades delimitadas por membranas que contienen sustancias químicas en solución acuosa concentrada.
• Las células pueden crear copias de sí mismas mediante crecimiento y división.
• Las células son las unidades fundamentales de la vida, estudiadas en biología celular.

Unidad y Diversidad de las Células

• Se estiman hasta 100 millones de especies de seres vivos en el planeta.
• Las células varían mucho en forma y función.
• A pesar de las diferencias, todas las células comparten una química fundamental y características comunes.

Variación en Aspecto y Función

• El tamaño celular varía desde unos pocos micrómetros (bacterias) hasta milímetros (huevos de rana).
• Las células muestran gran variación en forma, como células nerviosas extendidas o paramecios con cilios.
• Los requerimientos químicos varían; algunas requieren oxígeno, otras no.
• Las diferencias reflejan diferencias en la función celular (producción de sustancias, trabajo mecánico, generación de electricidad).
• Algunas células se especializan tanto que dejan de proliferar.

Química Básica Similar en Todas las Células

• Todos los seres vivos comparten similitudes internas a nivel químico, a pesar de la diversidad externa.
• Las células están compuestas por las mismas clases de moléculas que participan en los mismos tipos de reacciones químicas.
• La información genética se transporta en moléculas de DNA.
• Las largas cadenas de DNA están compuestas por nucleótidos.
• La información se transcribe a RNA y se traduce a proteínas.
• Proteínas actúan como soporte estructural, catalizadores químicos y motores moleculares.
• Todas las proteínas están compuestas por aminoácidos.
• La misma bioquímica básica genera la diversidad de vida en la Tierra.

Células Vivas: Colecciones de Catalizadores Autorreplicantes

• La autorreplicación celular implica la duplicación del material genético y la división en dos.
• El DNA codifica información que dirige el ensamblado de proteínas.
• Las proteínas catalizan las reacciones químicas necesarias para la síntesis de componentes celulares y la generación de energía.
• Los virus no se consideran vivos porque necesitan la maquinaria reproductiva de las células huésped.

Evolución desde una Célula Ancestral Común

• La replicación del DNA a veces genera mutaciones.
• Las mutaciones pueden ser perjudiciales, beneficiosas o neutras.
• La supervivencia elimina a los descendientes con mutaciones perjudiciales y favorece a los que tienen mutaciones beneficiosas.
• La reproducción sexual puede complicar el patrón de herencia.
• La evolución es el proceso por el cual las especies vivas presentan modificaciones y adaptaciones graduales a su ambiente.
• Todas las células han heredado sus instrucciones genéticas de la misma célula ancestral común.
• Esta célula existió hace 3500 a 3800 millones de años.

Descubrimiento de las Células con el Microscopio Óptico

• En el siglo XVII, Robert Hooke observó celdas en un fragmento de corcho.
• Antoni van Leeuwenhoek visualizó células vivas.
• En el siglo XIX, Schleiden y Schwann mostraron que las células eran los componentes universales de todos los tejidos vivos.
• Todas las células vivas se forman por crecimiento y división de células existentes.
• Los organismos vivos solo pueden ser generados a partir de organismos existentes.

Revelación de Componentes Celulares con Microscopios Ópticos

• Los tejidos están divididos en miles de células.
• Las células pueden estar compactadas o separadas por una matriz extracelular.
• Las células suelen medir de 5 a 20 µm de diámetro.
• Es difícil distinguir la estructura interna de una célula debido a su transparencia e incoloridad
• Se pueden teñir las células con colorantes para diferenciar los componentes.
• Se pueden usar técnicas ópticas especializadas para visualizar diferencias en el índice de refracción.
• Las células animales tienen una membrana plasmática, un núcleo y un citoplasma.
• Los microscopios de fluorescencia visualizan componentes celulares marcados con fluorescencia con gran detalle.
• Los microscopios de fluorescencia de superresolución pueden hacer descender aún más los límites de resolución hasta alrededor de 20 nanometros (nm).

Microscopía Electrónica y la Fina Estructura Celular

• La microscopía electrónica puede revelar detalles de hasta unos pocos nanómetros.
• La preparación de muestras para microscopía electrónica es laboriosa.
• Los componentes celulares se resuelven en orgánulos.
• Las membranas delimitan la célula (membrana plasmática) y los orgánulos internos.
• El microscopio electrónico de transmisión transmite un haz de electrones a través de la muestra.
• El microscopio electrónico de barrido dispersa electrones de la superficie de la muestra
• Técnicas como la cristalografía de rayos X y la criomicroscopia electrónica determinan la posición precisa de los átomos dentro de la estructura tridimensional de moléculas y complejos proteicos

La Célula Procarionte

• Las bacterias tienen la estructura más simple y no contienen orgánulos (a excepción de los ribosomas), ni siquiera un núcleo.
• La presencia o ausencia de núcleo clasifica a los organismos como eucariontes o procariontes
• Los procariontes suelen ser esféricos, baciliformes o con forma de tirabuzón y miden pocos micrómetros de longitud.
• Los procariontes tienen una pared celular alrededor de la membrana plasmática
• Los procariontes se reproducen con rapidez al dividirse en dos
• Pueden duplicarse en tan solo 20 minutos, lo que permite una rápida evolución y adaptación.
• Los procariontes son diversos y ocupan nichos ecológicos variados.

Procariontes: Diversidad y Número en la Tierra

• La mayoría vive como organismos unicelulares, algunos forman estructuras multicelulares.
• Químicamente, son la clase más diversa de células.
• Aprovechan un espectro enorme de hábitats.
• Algunos son aerobios; otros, anaerobios estrictos.
• Pueden usar casi cualquier material orgánico como alimento.
• Algunos viven de sustancias inorgánicas (CO₂, N₂, etc.).
• Realizan fotosíntesis o quimiosíntesis.
• Desempeñan un papel fundamental en la economía de la vida en la Tierra.

Dos Dominios de Procariontes: Bacterias y Arqueas

• Estudios moleculares dividen a los procariontes en bacterias y arqueas.
• Divergieron de un ancestro procarionte común hace unos 3500 millones de años.
• A nivel molecular, difieren tanto entre sí como de los eucariontes.
• Las bacterias son los procariontes más familiares.
• Las arqueas se encuentran en hábitats extremos (salmuera, ácido caliente, etc.).