Introducción a la Biología Celular

Introducción a la Biología Celular

• Robert Hooke descubrió en 1665 que los seres vivos están formados por células, que son estructuras microscópicas elementales.
• La célula es tanto la unidad anatómica como la unidad fisiológica de todos los seres vivos.
• Las células realizan funciones vitales como nutrición, relación y reproducción, y poseen componentes físicos y químicos para su conservación, crecimiento y reproducción.
• Las células pueden transformar la energía y almacenar información genética en el ADN, que se replica y transmite durante la división celular.
• Una célula es un sistema abierto que intercambia materiales y energía con el entorno.
• Los organismos pueden ser unicelulares (de una sola célula) o pluricelulares/multicelulares (de muchas células), dividiendo las actividades metabólicas entre las células en el último caso.

Descubrimiento y Estudio de las Células

• La mayoría de las células son invisibles a simple vista; el descubrimiento y estudio de las células se produjo entre 1600 y 1690 con la invención del microscopio.
• Giovanni Faber (1550) o los hermanos Jans y Zacharias Jansen (1590) pudieron haber inventado el microscopio.
• Robert Hooke usó la palabra "célula" en 1665 al observar celdillas en un trozo de corcho bajo el microscopio, similares a las de una colmena.
• Antón Van Leeuwenhoek también observó células, construyendo microscopios que aumentaban los objetos 200 veces, permitiéndole ver células sanguíneas, bacterias y organismos en una gota de agua.
• El microscopio demostró ser un invento clave en la historia de la ciencia, permitiendo el estudio detallado de las células.

Teoría de la Generación Espontánea (Abiogénesis)

• El término "abiogénesis" fue acuñado en 1859 por Thomas Huxley para contrastar con la biogénesis.
• La teoría de la abiogénesis proponía que los seres vivos surgían espontáneamente gracias a una fuerza vital llamada entelequia.
• Aristóteles fue un defensor temprano, afirmando que los seres provenían espontáneamente, como ranas del lodo y cocodrilos del suelo arenoso.
• Jean Baptiste Van Helmont también creía en la generación espontánea, incluso formulando recetas para crear ratones.
• Francesco Redi, Luis Pasteur y John Tyndall refutaron la teoría a través de experimentos, como el de Redi con carne cruda en frascos tapados y destapados.

La Célula como Unidad de la Vida

• La teoría celular establece que las células son la unidad fundamental de todos los organismos.
• Mathew Schleiden (botánico) y Theodor Schwann (zoólogo) señalaron en la primera mitad del siglo XIX que plantas y animales están compuestos por grupos de células y que la célula es la unidad básica de los seres vivos.
• Rudolf Virchow, en 1855, amplió la teoría celular, afirmando que las nuevas células se forman solo por división de las células preexistentes.
• August Weismann apoyó a Virchow, señalando que todas las células vivas actuales tienen antecesoras antiguas.
• Todas las células vivas actuales tienen un origen común, evidenciado por las similitudes en sus estructuras y moléculas.

Principios de la Teoría Celular Moderna

• Todos los seres vivos están formados por una o más células.
• La célula es la unidad estructural y funcional de la materia viva y puede ser suficiente para constituir un organismo.
• Todas las células proceden de células preexistentes por división.
• La teoría celular es una base para la biología, explicando la constitución de los seres vivos, el papel de las células en la vida, y las características principales de los seres vivos.

Similitudes Fundamentales entre Células

• A pesar de la diversidad en su apariencia, las células comparten características fundamentales y necesidades comunes, lo que refleja su evolución a partir de un ancestro común.
• Cada célula debe mantener sus estructuras juntas y separadas del ambiente externo, utilizando una membrana celular o plasmática.
• Las células deben acumular y regular el intercambio de materiales y reservas de energía.
• Todas las células vivas necesitan y convierten energía en ATP.
• Las reacciones químicas para la conversión de energía son similares en todas las células.
• La información genética dirige las actividades celulares y se transmite a la descendencia.
• La mayoría de las células contienen organelos para funciones específicas.

Tipos de Células: Procariotas y Eucariotas

• Los organismos vivos se dividen en dos grandes grupos: procariotas y eucariotas, basados en la estructura y complejidad de sus células.
• Las células procariotas significan "antes del núcleo", son primitivas, exclusivas de las bacterias, pequeñas y de estructura sencilla.
• Los procariotas tienen ribosomas, una membrana plasmática y una pared celular, pero carecen de núcleo organizado y organelos membranosos internos.
• Los procariotas tienen un cromosoma grande y plásmidos circulares que pueden replicarse independientemente y conferir resistencia a fármacos y transformaciones patógenas.
• Los eucariotas significan "núcleo verdadero" y son más evolucionadas, formando la estructura básica del resto de los seres vivos.
• Los eucariotas poseen membrana plasmática, núcleo organizado y organelos membranosos dentro del citoplasma.
• Los eucariotas tienen un citoesqueleto de microtúbulos, microfilamentos y filamentos para el movimiento e intercambio intracelular.
• Los eucariotas transmiten material genético a través de mitosis y meiosis.
• Tanto procariotas como eucariotas presentan membrana celular, citoplasma y ácido nucleico, que contiene información para controlar las actividades celulares.
• Las células eucariotas pueden ser vegetales o animales.

Estructura y Función Celular Eucariota

• Núcleo: Controla la célula.
• Nucleolo: Lugar de síntesis y ensamble de subunidades ribosómicas.
• Cromosomas: Contienen genes que gobiernan la estructura y actividad celular.
• Membrana celular: Regula el paso de materiales, mantiene la forma celular y comunica la célula.
• Pared celular: Exclusiva de las células vegetales; da forma y rigidez.
• Peroxisomas: Degradan ácidos grasos.
• Retículo endoplasmático (RE): Sintetiza lípidos y proteínas de membrana; origen de vesículas de transporte.
• RE Liso: Bioelaboración de lípidos y desintoxicación de medicamentos.
• RE Rugoso con ribosomas: Fabrica proteínas destinadas a secreción o incorporación en membranas.
• Ribosomas: Elaboran proteínas.
• Aparato de Golgi: Secreta sustancias, elabora polisacáridos y distribuye proteínas.
• Lisosomas: Contienen enzimas para degradar material ingerido, secreciones y desperdicios celulares.
• Vacuolas: Transportan y almacenan material ingerido, desperdicios y agua.
• Micro cuerpos (peroxisomas): Sitio de reacciones metabólicas del organismo.
• Mitocondrias: Realiza respiración celular y transformación de energía en ATP.
• Plastidios: Fabrican productos químicos, almacenan alimentos y pigmentos, solo en vegetales.
• Cloroplastos: Elaboran nutrientes en células vegetales a través de la fotosíntesis.
• Microtúbulos: Proporcionan soporte estructural e intervienen en el movimiento y división celulares; forman parte de los cilios, flagelos y centríolos.
• Microfilamentos: Dan soporte estructural y participan en el movimiento de células y organelos, así como en la división celular.
• Centriolos: Forman un huso mitótico durante la división celular en animales; inician y organizan la formación de microtúbulos.
• Centrosomas: Sustituyen a los centriolos en su función, exclusivo de vegetales.
• Cilios: Permiten la locomoción de algunos organismos unicelulares y el desplazamiento de materiales en la superficie celular de algunos tejidos.
• Flagelos: Permiten la locomoción de las células espermáticas y de algunos organismos unicelulares.

Transporte Celular y Membrana Celular

• La membrana celular permite a la célula realizar reacciones metabólicas separadas del medio, separando físicamente a la célula y definiéndola como entidad distintiva.
• La membrana celular impide el paso de ciertas sustancias, como proteínas y grasas, pero permite el paso de azúcares simples, oxígeno, agua y bióxido de carbono, siendo semipermeable o selectivamente permeable.
• La membrana celular se compone de proteínas y lípidos; las proteínas facilitan el movimiento de materiales, y los lípidos en doble capa permiten el paso de sustancias solubles en grasas.

Funciones de la Membrana

• Es superficie para muchas funciones químicas
• Regula la entrada y salida de materiales de la célula (semipermeabilidad)
• Transmite señales e información entre el ambiente externo y el interior de la célula
• Forma parte indispensable de un sistema de transferencia y almacenamiento de energía

El Transporte Celular

• La célula recibe continuamente materiales y elimina desechos para sus procesos vitales.
• El transporte celular es el movimiento constante de sustancias a través de la membrana entre el interior celular y el ambiente, permitiendo la entrada de nutrientes y la salida de desechos y secreciones.
• El transporte celular puede ser activo (requiere energía) o pasivo (no requiere energía).

Transporte Pasivo

• Implica el movimiento de sustancias a través de la membrana sin gasto de energía, dependiendo de la energía cinética de las partículas, moviéndose de alta a baja concentración.
• Ejemplos son la difusión, diálisis, difusión facilitada y ósmosis.
• Difusión es el movimiento de partículas de una región de mayor a menor concentración.
• Un ejemplo es el gas esparciéndose en una habitación o el aroma de un perfume.
• Gradiente de concentración es la medida de la diferencia en la concentración de una sustancia entre dos regiones.
• Diálisis es el movimiento de solutos a través de una membrana semipermeable sin gasto de energía.
• Difusión facilitada es el transporte pasivo de iones y moléculas por proteínas portadoras específicas en la membrana celular.
• Ósmosis es el paso de un solvente (agua) a través de una membrana semipermeable de alta a baja concentración, un tipo especial de difusión.

Tipos de Concentraciones

• La concentración de agua se determina por la cantidad de material disuelto en el interior de la célula y se clasifica en isotónica, hipotónica e hipertónica.
• Una solución isotónica tiene la misma concentración de sustancias dentro y fuera de la célula, manteniendo el agua el movimiento de agua constante, lo que mantiene su forma.
• Una solución hipotónica tiene una menor concentración de solutos en el medio externo que en el interno celular, causando que el agua se mueva hacia dentro (endósmosis), provocando turgencia o presión de turgencia, lo cual da firmeza y rigidez a la célula.
• Una solución hipertónica tiene una mayor concentración de solutos en el medio externo, causando que la célula pierda agua (exosmosis) y sufra deshidratación (plasmólisis), lo que resulta en el marchitamiento de la célula.
• La salida de agua continúa hasta que la presión osmótica del medio externo y de la célula se igualen.

Transporte Activo

• Requiere gasto de energía para mover materiales en contra de un gradiente de concentración, es decir, de baja a alta concentración. Ejemplos: endocitosis y exocitosis

Endocitosis y Exocitosis

• Endocitosis es el proceso por el cual la célula toma materiales grandes que no pueden pasar por la membrana celular, incluye pinocitosis y fagocitosis.
• En la pinocitosis (bebida celular), la membrana celular envuelve líquidos externos formando una vesícula.
• En la fagocitosis (comida celular), los materiales sólidos grandes entran a la célula formando una vacuola digestiva, proceso realizado por glóbulos blancos y organismos unicelulares.
• Exocitosis es la liberación de moléculas grandes o grupos de moléculas del interior de la célula, llevadas por el aparato de Golgi, útil para la excreción y secreción.
• Existen dos tipos de exocitosis: constitutiva (en todas las células) y regulada (en células especializadas).

Exocitosis Constitutiva y Regulada

• La exocitosis constitutiva ocurre en todas las células, ayudando a formar la matriz extracelular y a regenerar la membrana plasmática.
• La exocitosis regulada ocurre en células especializadas en la secreción, liberando moléculas con funciones específicas en el organismo.
• Ejemplos de células con exocitosis regulada son las productoras de hormonas, las neuronas, las células del epitelio digestivo y las células granulares.

El Balance del Agua y las plantas

• La vida en la tierra depende del agua.
• Las plantas más sencillas son organismos unicelulares que viven en el agua.
• El agua es el medio para transportar minerales, proteínas, azúcares y grasas dentro de las plantas.
• El agua es una sustancia necesaria para producir estos materiales.
• El agua lleva la mayor parte de los materiales necesarios para vivir.
• El agua transporta por la planta materiales disueltos en ella, a este movimiento se le llama translocación.
• El agua juega un papel muy importante durante el proceso de fotosíntesis, el cual las plantas utilizan energía solar, agua y sales minerales.
• El agua le da sostén y forma a las células de la planta.
• Las plantas que viven en tierra han desarrollado adaptaciones para obtener agua y evitar perderla.
• Las plantas Xerófitas, como los cactus, pueden vivir en los desiertos.
• Las plantas acuáticas, como las lilas, las algas y las plantas palustres, solo pueden sobrevivir donde sus raíces están siempre cubiertas por agua.

Influencia y Movimiento del Agua en las Plantas

• Las plantas influyen en la cantidad de agua en la atmósfera y en el clima local.
• El agua se mueve adentro de la planta por las raíces hasta las hojas, transpirándose en vapor.
• La transpiración implica la evaporación del agua desde las hojas, afectando la atmósfera y enfriando las hojas.
• La evaporación en las hojas genera una aspiración que hace que el agua suba desde las raíces, arrastrando minerales disueltos.

Entrada del Agua a las Plantas

• Las necesidades de agua de una planta unicelular que vive en el agua se satisfacen fácilmente a través de la osmosis, el paso de agua solvente a una membrana semipermeable.
• Las plantas grandes que viven en tierra tienen sistemas para distribuir el agua, los musgos y las hepáticas (plantas briófitas); tiene rizoides parecidas a raíces que absorben agua y minerales; sin embargo, los rizoides no tienen tejido vascular para distribuir el agua a través de la planta.
• Sin embargo, las plantas más altas obtienen pelo por los pelos radiculares que se extiendan desde adentro del tejido de la punta de las raíces.

Proceso de Ósmosis y Factores para la Absoción del Agua

• El agua entra a la raíz por el proceso de ósmosis.
• Hay dos factores: la diferencia entre la concentración, o presión del agua en el suelo y la presión de agua dentro de la raíz.
• Uno es la pérdida de agua de la planta por transpiración, ya que durante el día que los estomas de las hojas están abiertos, el agua se transpira rápidamente, esta perdida, reduce la presión de agua en la raíz.
• La diferencia de presión de agua entre el interior y el exterior de la raíz hace que el agua entre a los pelos radiculares. La raíz viva tiene muchas sustancia disueltas, lo que la diferencia la concentración de la raíz con la del suelo y esto hace que las moléculas se muevan por osmosis desde el suelo. Hacia el pelo redicular.

El Movimiento del Agua y la Absorción de Minerales

• Los minerales entran a la raíz por el proceso de transporte activo.
• Los minerales son es iones de calcio, potasio, nitratos sulfatos y fosfatos necesarios para el crecimiento de las plantas.
• El transporte activo de los minerales aumenta el movimiento de agua hacia el interior de los pelos radiculares.
• El aumento en la concentración de minerales dentro de la célula disminuye la concentración de agua.
• El agua se difunde hacia adentro de la célula.