Estructura de la célula

Fondo

Las células representan las unidades biológicas más básicas de todos los organismos, ya sean organismos unicelulares simples como las bacterias, u organismos grandes y pluricelulares como los elefantes y las secuoyas gigantes. ^A mediados del siglo XIX, se propuso la Teoría Celular para definir una célula, que establece:

• Todo organismo vivo está formado por una o más células.
• Las células son las unidades funcionales de todos los organismos.
• Todas las células surgen de células preexistentes.

Todas las células comparten características comunes, como tener una membrana plasmática, un citoplasma, ADN y ribosomas. Una membrana plasmática es una bicapa de fosfolípidos que rodea la célula. Esta capa delgada y fluida alrededor de las células sirve para aislar el contenido de la célula de su entorno y regula el intercambio de material con su entorno, al tiempo que facilita las interacciones con otras células. Dentro de la membrana plasmática, la célula está llena de un líquido gelatinoso llamado citoplasma que contiene moléculas orgánicas, sales y otros materiales que son vitales para las funciones de la célula. Por lo tanto, las reacciones bioquímicas que sustentan la vida, que se conocen como procesos metabólicos, tienen lugar dentro del citoplasma. Los tipos de procesos metabólicos que una célula puede ejecutar dependen de su información genética. Todas las células utilizan el ADN como material genético, que es el modelo hereditario para construir estructuras y productos celulares. Por último, todas las células utilizan los ribosomas para sintetizar sus productos proteicos.

Hay dos tipos de células en función de la ubicación de su material genético: procariotas, que significa "antes del núcleo", y eucariotas, que significa "núcleo verdadero". Por lo tanto, mientras que ambos tipos de organismos tienen ADN, los procariotas como las bacterias tienen nucleoides, o componentes "similares a núcleos" en lugar de un núcleo, mientras que los eucariotas poseen verdaderos núcleos unidos a la membrana para contener su ADN. Además, los procariotas son relativamente pequeños, alrededor de 0,1-5,0 micrómetros (μm), en comparación con los eucariotas que normalmente pueden oscilar entre 10-100 μm de tamaño. El pequeño tamaño de los procariotas permite una distribución rápida y sin esfuerzo de los materiales dentro de la célula y la ejecución de procesos metabólicos, así como la rápida eliminación de residuos u otros productos de la célula. Por lo tanto, las células eucariotas poseen estructuras especializadas conocidas como orgánulos, como las mitocondrias o el aparato de Golgi, para permitir la ejecución de funciones vitales.

La célula eucariota

La célula eucariota es un rasgo derivado compartido de todos los eucariotas, lo que significa que tenía un único origen que desde entonces ha sido heredado por todos los eucariotas. Las primeras células eucariotas se observan en fósiles hace unos 2.400 millones de años, y son reconocibles porque son más grandes^{que las células} procariotas. El origen de este tipo de célula fue el resultado de un evento endosimbiótico en el que una célula similar a una ameba engulló una bacteria microcócica y formó una coexistencia estable². Las bacterias engullidas evolucionaron hasta convertirse en los primeros orgánulos productores de energía, las mitocondrias, que son los orgánulos del metabolismo aeróbico de la célula. Las mitocondrias tienen su propio genoma separado y son similares en tamaño a los procariotas. Contienen dos capas de membranas que encierran dos compartimentos distintos. Algunas de las reacciones que descomponen las biomoléculas de alta energía ocurren en el compartimento interno, mientras que el compartimiento externo alberga las reacciones que capturan la energía liberada de estos compuestos en moléculas de trifosfato de adenosina (ATP) para ser utilizadas como moneda energética de la célula.

Los núcleos y las mitocondrias no son las únicas estructuras compartidas de las células eucariotas. Otros orgánulos eucariotas ubicuos son el retículo endoplásmico (RE) liso y rugoso, el aparato de Golgi, los lisosomas y las vacuolas. Retículo endoplásmico significa simplemente "red dentro del plasma" y como su nombre indica es una gran red de membranas dentro de la célula, especialmente alrededor del núcleo. Partes del RE rugoso se extienden desde la membrana nuclear y se distinguen del RE liso por su apariencia rugosa debido a los numerosos ribosomas en su superficie. El RE rugoso es el sitio para la síntesis de proteínas, como las proteínas que están incrustadas en la membrana plasmática o las proteínas que se secretan desde la célula. Por el contrario, Smooth ER produce productos a base de lípidos, pero también contiene enzimas para desintoxicar los productos químicos nocivos. Por lo tanto, las células hepáticas contienen abundante RE liso. Además, las células musculares contienen cantidades significativas de RE liso debido a la función de almacenamiento de calcio de este orgánulo, que es esencial para la contracción muscular. El aparato de Golgi clasifica, modifica y empaqueta los productos celulares dentro de vesículas, que se fusionan con la membrana plasmática para liberar los productos. Algunas de las proteínas que se producen en el RE son enzimas digestivas intracelulares. Estas enzimas se empaquetan en el aparato de Golgi en vesículas especiales llamadas lisosomas. La función principal de los lisosomas es digerir las partículas de alimento engullidas por la célula, así como las partes viejas de la célula. Las vacuolas son sacos de membrana celular que sirven como unidades de almacenamiento dentro de las células. Pueden servir para almacenar agua para regular el contenido de agua de la célula, así como para almacenar productos metabólicos o incluso moléculas venenosas, dependiendo del tipo de célula y del organismo.

Orgánulos específicos del Reino

Las células eucariotas también desarrollaron orgánulos distintos, específicos para cada reino. Por ejemplo, el reino Plantae y Animalia son eucariotas, sin embargo, los orgánulos de las células vegetales y animales difieren en formas clave que les permiten llevar a cabo sus vidas como productores y consumidores, respectivamente. Las plantas terrestres necesitan crecer altas y tener tallos rígidos para sostener las hojas, que utilizan para la fotosíntesis. También deben ser capaces de retener el agua absorbida por las raíces. Sus células reflejan estas necesidades específicas. A diferencia de las células animales, las células vegetales tienen cloroplastos, que se utilizan para la fotosíntesis y a menudo contienen el pigmento verde clorofila. Además, están rodeados por paredes celulares, que son capas exteriores rígidas hechas de celulosa para apoyar el crecimiento y la retención de agua. Debido a que necesitan almacenar grandes cantidades de agua para mantener la presión del agua en la célula, tienen vacuolas más grandes que las células animales. Además, las células vegetales también tienen otro tipo de orgánulos de almacenamiento especializados llamados plástidos, que contienen pigmentos y productos fotosintéticos como el almidón. Estas diferencias son notables y distinguen a las células vegetales de las células animales: las células vegetales generalmente tienen una forma regular y rectangular debido a sus paredes celulares rígidas, mientras que las células animales son redondeadas y más irregulares.

Microscopia

Algunas células, como los ovocitos de rana, son lo suficientemente grandes como para ser vistas a simple vista, sin embargo, la mayoría de las células no se pueden ver sin ninguna ayuda visual. Por lo tanto, los científicos utilizan técnicas de microscopía para estudiar las estructuras celulares y distinguir los tipos de células entre sí. Si bien los microscopios pueden ampliar objetos que son difíciles o imposibles de ver con el ojo humano, la mayoría de los tejidos carecen naturalmente de pigmentación. Por lo tanto, se han creado soluciones que pueden teñir selectivamente las células en función de su composición molecular. Esto permite a los investigadores distinguir entre orgánulos en una célula, tipos de tejido en el tallo de una planta y capas de grasa en animales, solo por nombrar algunos ejemplos. El colorante azul de metileno tiñe los ácidos nucleicos de las células muertas, uniéndose al ADN cargado negativamente. La solución de safranina es otro colorante biológico que tiñe de rojo los núcleos celulares. Las células solo necesitan estar en las soluciones de tinción durante un corto período de tiempo y se pueden montar inmediatamente después del paso de tinción. Las técnicas de montaje más utilizadas son el montaje en húmedo y la inmersión en aceite. Un montaje húmedo se crea recogiendo una muestra y colocándola en un portaobjetos de vidrio con líquido entre el portaobjetos y el cubreobjetos. Las muestras de células se suspenden en líquidos como agua o glicerol. El glicerol es mejor para usar con cultivos vivos, porque evita la proliferación de bacterias³. Se puede agregar aceite de inmersión en la parte superior del cubreobjetos para mejorar la visualización de la muestra con gran aumento. Esto se logra porque el aceite tiene el mismo índice de refracción que el vidrio, lo que significa que permite que la luz pase a través de él tan bien como lo haría el vidrio. La interfaz vidrio-aire dispersa la luz más que el aceite o el vidrio, por lo que la claridad de la imagen se ve afectada cuando las muestras se montan "en seco" o sin aceite. Una vez que las células están teñidas y montadas, están listas para ser estudiadas bajo el microscopio.

Existen varias técnicas de microscopía, desde la tecnología de escaneo electrónico que ha permitido a los investigadores ver objetos a nivel atómico hasta la obtención de imágenes fluorescentes de células vivas que permiten el seguimiento en tiempo real del movimiento de las moléculas dentro de las células individuales. La microscopía de campo claro es la técnica de microscopía más simple, que solo requiere una fuente de luz halógena, una lente de condensador para enfocar la luz, una lente ocular para ver la imagen y una lente de objetivo para ampliar la imagen. Con cualquier técnica de microscopía, es importante comprender las partes de un microscopio antes de usarlo. En general, los microscopios compuestos utilizados para la obtención de imágenes de campo claro tienen un ocular en la parte superior del endoscopio, que se conecta a la cabeza y a los objetivos. El ocular tiene un aumento de 10X, y las lentes del objetivo se ajustan a un aumento particular en un rango de 4X-100X. Hay entre tres y cinco objetivos en un microscopio estándar. Los objetivos apuntan hacia el escenario, que es donde se coloca un espécimen para su observación. El escenario a menudo tiene partes mecánicas y clips de escenario para sostener una diapositiva y moverla mientras se mira. Una abertura es un agujero en el escenario para que pase la luz. Esta luz es controlada por una lente de condensador ajustable sobre un iluminador o fuente de luz. Para controlar el zoom de la platina para el objeto que se está observando, los microscopios cuentan con perillas de ajuste de enfoque grueso y fino. La perilla de enfoque grueso se mueve en una escala mayor que el enfoque fino, pero están en el mismo eje. El enfoque fino es útil cuando el objeto en el escenario se ha acercado a los objetivos. Es importante no dejar que la lente del objetivo toque el objeto en el escenario, ya que puede rayar la lente. Los objetos siempre deben visualizarse primero en el objetivo de mayor aumento y enfocarse claramente antes de cambiar a objetivos de mayor aumento.

La microscopía es una herramienta importante para muchos aspectos del campo de la medicina, como la investigación, el diagnóstico y el tratamiento. Esto tiene la aplicación del uso de la nanotecnología en medicina, como un nuevo método de tratamiento en lugar de una cirugía más invasiva⁵. Los cirujanos también hacen uso de microscopios, algunos de los cuales han sido modificados para ser montados en la cabeza del cirujano y se operan con pedales. Estos son de un aumento mucho menor que incluso los microscopios ópticos que se utilizan hoy en día, pero facilitan la ejecución segura de procedimientos delicados, como la óptica y la neurocirugía.

Referencias

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