BIOLOGIA I

UNIDAD III

LA CÉLULA

Historia de la Teoría Celular

EL DESCUBRIMIENTO DE LAS CÉLULAS.

Los seres vivos están formados por unidades básicas llamadas células. Las

características asociadas con la vida dependen de las actividades que ocurren dentro de

las células. Algunos organismos pequeños se componen de una sola célula, dichos

organismos reciben el nombre de organismos unicelulares. Dentro de esta célula se

llevan a cabo todas las actividades de vida del organismo unicelular. Los organismos

más grandes están formados por muchas células y son llamados organismos

multicelulares. Las actividades de los organismos multicelulares se llevan a cabo dentro

de cada una de las células que los constituyen.

La mayoría de las células son tan pequeñas que el ojo humano no puede verlas a

simple vista, no fue hasta la invención del microscopio que se descubrieron y estudiaron

las células, este instrumento de magnificación demostró ser uno de los inventos más

importantes en la historia de la ciencia. El desarrollo de los microscopios ha permitido a

los científicos estudiar las células con detalle.

Los primeros microscopios se hicieron alrededor del 1600. Galileo, un científico

italiano, hizo un microscopio con el que observó insectos. El microscopio de Galileo era

un microscopio compuesto; el microscopio compuesto tiene dos lentes, cada una de

esas lentes está montada en cada extremo de un tubo hueco. Dos fabricantes

holandeses de espejuelos, Jans y Zacharias Jansen, también desarrollaron los primeros

microscopios compuestos.

Robert Hooke, un científico inglés, mejoró en algo el diseño del microscopio

compuesto. Con su microscopio, Hooke observó muchos objetos incluyendo cortes finos

de corcho. Lo que vio le recordó unas celdas pequeñas, como las de un monasterio. En

1665, en su libro Micrographia, Hooke usó la palabra células (celdas pequeñas) para

describir las "celdas" que había observado en el corcho. Hooke no había observado

células vivientes, pero sí había visto las paredes de células que en un tiempo tuvieron

vida. Por lo anterior, se le reconoce a Hooke el haber sido la primera persona que

observó e identificó las células.

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Unos años después de las observaciones de Hooke, Anton Van Leeuwenhoek,

un comerciante holandés, vio también las células. El microscopio

compuesto de Hooke aumentaba 30 veces los objetos.

Leeuwenhoek construyó microscopios simples con solo una lente

que aumentaba los objetos 200 veces. Con ellos, observó células

sanguíneas, bacterias y microorganismos simples que nadaban en

una gota de agua.

TEORIA CELULAR

Para el siglo XIX, los microscopios se habían mejorado mucho. Los científicos

habían podido estudiar estructuras antes vistas en las células. En 1883, Robert Brown,

un botánico escocés, descubrió que las células de las hojas de orquídeas tenían una

estructura central; a esta estructura se le llama núcleo. Pocos años más tarde, se usó la

palabra protoplasma para referirse al material vivo del interior de las células. En 1838,

Matthew Schleiden, un botánico alemán, propuso, como resultado de sus observaciones

en tejidos vegetales, la hipótesis de que todas las plantas están formadas por células. Al

año siguiente, Theodor Schwann, un zoólogo alemán, después de haber observado

tejido animal, amplió la hipótesis y estableció que los animales también están formados

por células. Schwann propuso también que los procesos de vida de los organismos

ocurren dentro de las células. En 1858, Rudolf Virchow presentó evidencias de que las

células se reproducen para formar nuevas células.

Como resultado de muchas investigaciones, incluyendo las de Schleiden,

Schwann y Virchow, se desarrolló la Teoría Celular. La Teoría Celular se puede resumir

en las siguientes afirmaciones:

- Todos los organismos están formados por una o más células.

- La célula es la unidad básica de estructura y función de los organismos.

- Las células nuevas provienen, por reproducción celular, de células que ya existen.

Las Hipótesis y las investigaciones de una persona pueden ser la base principal

de algunas teorías. Sin embargo, la Teoría Celular fue el resultado de los

descubrimientos de muchos biólogos. Hoy se reconoce la Teoría Celular como una de

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las principales de la biología. Ha servido de base para los biólogos que buscan nuevos

conocimientos acerca de la célula y de sus propiedades.

TIPOS DE CÉLULAS

La mayoría de las células contienen estructuras llamadas organelos, que llevan a

cabo funciones específicas. Hoy en

día, las células se clasifican en dos

grupos, basándose en el hecho de sí

poseen, o no, organelos

especializados rodeados por

membranas: (1) las procariontas y (2)

las eucariontas. Una membrana es una estructura que rodea una célula. Las células

simples no tienen organelos rodeados de membranas y se llaman procariónticas. Dichas

células son pequeñas con un diámetro promedio de 1 micrómetro (m) Las bacterias

procariontas son un ejemplo de este tipo de célula. Las formas de vida más antiguas que

se conocen son procariontas.

Las células que tienen organelos rodeados de una membrana se les llaman

células eucarióticas. Los organismos que constan de células eucaróticas se les llama

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eucariontas. Las células eucarióticas son más grandes que las procarióticas, con un

diámetro promedio de 20 m. Las plantas, los hongos y los animales son eucariontas.

Tanto los procariontas como los eucariontas, poseen ácido nucleico. El ácido

nucleico de los eucariontas está en el núcleo, que es una estructura rodeada por una

membrana. El núcleo es el organelo que controla las actividades de la célula. Los ácidos

nucleicos contienen la información para controlar las actividades de la célula. El ácido

nucleico de una célula procarionta no está dentro de una membrana nuclear.

Se llama citoplasma al material gelatinoso que se encuentra dentro de las células

procariontas y eucariontas

ESTRUCTURA Y FUNCION CELULAR

El Núcleo

Las células eucarióticas son más complejas que las células procariontas. Los

organelos rodeados por membranas de las células

eucariótiacas permiten que haya una división de trabajo

dentro de la célula. La frase división de trabajo se refiere a la

distribución de las actividades de vida entre los organelos de

la célula. Cada organelo está especializado para llevar a cabo

una actividad en particular.

En la figura 3.1 se representa un modelo de una célula

animal. No todos los organelos que aparecen aquí están en

todas las células animales. El organelo más conspicuo es generalmente el núcleo. El

núcleo está rodeado por una membrana doble: la membrana nuclear. Observa los poros

o aberturas de la membrana nuclear. Algunas moléculas pasan desde el núcleo al

citoplasma y viceversa, a través de estos poros.

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Dentro del núcleo encontramos una estructura de forma irregular llamada el

nucleolo. Aquí se forma y se almacena el RNA, un tipo de ácido nucleico muy importante

en la síntesis de proteínas. Dentro del núcleo, encontramos también un material llamado

cromatina. La cromatina está formada por proteínas y el ácido nucleico llamado DNA.

Durante la división nuclear, la cromatina toma forma de una estructura en forma de hilo

llamada cromosoma.

Membrana Celular

Dentro de la célula se llevan a cabo muchas actividades metabólicas: los

azúcares se rompen para liberar energía, se sintetizan proteínas partiendo de materiales

simples y se producen diversos materiales de desecho. La célula necesita recibir

constantemente materiales para llevar a cabo sus procesos vitales. Los materiales de

desecho se deben de eliminar antes de que se acumulen y le causen daño a la célula.

Por medio del intercambio de materiales con el ambiente, la célula obtiene sus

nutrientes, elimina sus desechos y así puede seguir funcionando.

La membrana celular es la estructura que ayuda a controlar el paso de materiales

entre la célula y su ambiente. La membrana puede impedir que algunas sustancias,

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como las proteínas y los lípidos, entren a la célula, pero también permite el paso de

azúcares simples, oxígeno, agua y bióxido de carbono. Por esta razón, decimos que la

membrana es selectivamente permeable.

El grosor de la membrana es de 7.5 a 10 nanómetros (nm). La membrana se

compone casi completamente, de moléculas de proteínas y lípidos. Observa cómo las

moléculas que forman las capas de lípidos tienen dos regiones: el extremo de la

"cabeza" y el extremo de la "cola". Estas moléculas de lípidos están dispuestas en dos

capas en la membrana celular. Observa que las "colas" de una capa apuntan hacia las

"colas" de la otra capa.

Entre las capas de lípidos, hay varias proteínas. Algunas de estas proteínas

hacen contacto solo con el ambiente externo o con el ambiente interno de la célula.

Otras penetran totalmente a través de la membrana. Las proteínas de la membrana

pueden cambiar de lugar, no están fijas. Los diferentes tipos de proteínas asociados con

la membrana juegan un papel importante en el movimiento de sustancias por la

membrana. En la Lámina se observan los canales que se extienden entre las moléculas

de proteínas. Estos canales son unos poros que permiten el paso de ciertas sustancias

por la membrana.

El Transporte Celular

Llamamos transporte celular al movimiento constante de sustancias en ambas

direcciones, a través de la membrana. El transporte celular es el mecanismo mediante

el cual entran a la célula materiales que se necesitan mientras salen los materiales de

desecho y las secreciones celulares. El transporte celular puede ser activo o pasivo. El

transporte activo es el movimiento de materiales a través de la membrana, usando

energía.

El transporte pasivo es el movimiento de sustancias a través de la membrana

celular que no requiere energía celular. El transporte pasivo depende de la energía

cinética de las partículas de la materia. Los  átomos, los iones y las moléculas de todas

las sustancias están en continuo movimiento. En los sólidos, las partículas vibran en un

solo sitio. Las partículas de los líquidos y los gases se mueven de un sitio a otro al azar.

Van en línea recta hasta que chocan con otras partículas y cambian de dirección.

Difusión

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El movimiento al azar de las moléculas de líquidos y gases es responsable del

proceso llamado difusión. La difusión es el movimiento de  átomos, moléculas o iones de

una región de mayor concentración a una región de menor concentración. Supongamos

que alguien derrama perfume en un pupitre que está al frente del salón. Al poco tiempo,

el grupo que se encuentra cerca podrá olerlo, pero muy

pronto lo olerá todo el grupo.

Ejemplo, "ilustración del fenómeno de difusión" se agregó un

cubo de azúcar en un vaso de agua. Las moléculas de

azúcar están muy concentradas en el cubo. A medida que el

azúcar se disuelve, las moléculas de azúcar chocan unas

con otras y con las moléculas de agua. ¿Qué les sucede a

las moléculas de azúcar en el agua?.

La difusión continúa hasta que las moléculas de azúcar

estén distribuidas uniformemente en el agua. Una vez que

ocurra esto, la concentración no cambia. Las moléculas se

seguirán moviendo, pero la concentración se mantendrá

constante. El movimiento de las moléculas mantiene un estado de concentración

constante que llamamos equilibrio dinámico. Una vez que se alcanza ese equilibrio,

cualquier movimiento adicional no tendrá efecto sobre la distribución uniforme de las

moléculas de azúcar en el agua.

Podemos pensar en un gradiente como el grado de inclinación, como en el

"gradiente" (pendiente, declive) de una montaña o una cuesta. Un gradiente de

concentración es una medida de la diferencia en la concentración de una sustancia en

dos regiones. La velocidad de difusión va a depender del tamaño del gradiente de

concentración. Por ejemplo, a mayor gradiente de concentración, mayor será la

velocidad de la difusión desde la región de mayor concentración hasta la de menor

concentración. Decir que esta sustancia se mueve desde una región de alta

concentración hasta una de baja concentración es lo mismo que decir que "baja el

gradiente de concentración".

Algunas sustancias, incluyendo el oxígeno y el bióxido de carbono, pasan a

través de los poros de la membrana celular por difusión simple.

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Generalmente, las moléculas de oxígeno están altamente concentradas fuera de

la célula, mientras que el bióxido de carbono está más concentrado en el interior. El

oxígeno se difunde hacia dentro de la célula y el bióxido de carbono hacia afuera.

La célula usa oxígeno y produce bióxido de carbono continuamente, por lo tanto,

la concentración de oxígeno en la célula es menor que fuera de ella. La concentración de

bióxido de carbono en la célula es siempre mayor que fuera de ella. En consecuencia, el

oxígeno sigue difundiéndose hacia el interior de la célula y el bióxido de carbono sigue

difundiéndose hacia el exterior.

Osmosis

El agua puede pasar por la membrana celular. El paso del agua por una

membrana relativamente permeable se llama osmosis. En la osmosis, el agua se mueve

desde una región de mayor concentración hacia una de menor concentración. De

manera que osmosis es un tipo especial de transporte pasivo: la difusión de agua.

¿Cómo podemos comparar la concentración de agua en dos regiones? La

concentración de agua se determina por la cantidad de material disuelto en ella. La

concentración de agua se considera alta si el material disuelto en ella es poco. Por

ejemplo, si una solución contiene 1 g de sal en 1000 g de agua, la concentración de

agua es alta. Si una solución contiene 100 g de sal en 1000 g de agua la concentración

de agua es menor que en la primera solución.

Difusión Facilitada

Hay otro tipo de transporte pasivo a través de la membrana celular que ocurre

con la ayuda de las moléculas transportadoras. Las moléculas transportadoras de la

membrana celular permiten que las moléculas específicas que se encuentran en un lado

de la membrana, puedan pasar hacia el otro lado. Las investigaciones han revelado que

estas moléculas transportadoras son proteínas, pero no se sabe exactamente la forma

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en que funcionan. La difusión de materiales a través de la membrana celular con

moléculas transportadoras se conoce como difusión facilitada. Las moléculas

transportadoras facilitan el proceso de difusión. La difusión facilitada comprende el

movimiento de sustancias a favor de un gradiente de concentración. En ella, las

sustancias se mueven más rápidamente que en la difusión simple. La glucosa, por

ejemplo, se mueve hacia los “glóbulos” rojos por difusión facilitada, se difunde cientos de

veces más rápidamente que otras azúcares que contienen propiedades semejantes y

estructuras químicas ligeramente diferentes. Parece que solo algunos tipos de moléculas

particulares pueden moverse por medio de la difusión facilitada.

Transporte Activo

El transporte de algunos materiales hacia adentro y hacia afuera de las células

ocurre contra un gradiente de concentración. En tales casos, la célula usa energía para

mover sustancias desde regiones de baja concentración hasta regiones de alta

concentración. El transporte activo es el proceso mediante el cual la célula usa energía

para mover  átomos, iones y moléculas contra un gradiente de concentración. Un ser

humano en reposo usa de un 30 a un 40 por ciento de toda su energía para el transporte

activo de materiales hacia las células.

No se conoce la forma exacta en que trabaja el transporte activo. Podría utilizar

moléculas transportadoras en la membrana. En el esquema "poner esquema" se ilustra

un modelo que se usa para explicar el

transporte activo. Una molécula

transportadora en la membrana tiene

un sitio activo donde solo puede

acomodar ciertas moléculas, cuando

una molécula entra a la molécula

transportadora, la célula libera

energía; esto hace que cambie la

forma de la molécula transportadora. Se cree que la molécula transportadora gira y lleva

la molécula que transporta al interior de la célula” una vez que libera la molécula que

llevaba, la molécula transportadora queda libre y puede iniciar de nuevo el proceso.

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Hay evidencia de que la glucosa, los aminoácidos y algunos iones se mueven,

aveces hacia las células por transporte activo. Algunas sustancias de desecho salen de

algunas células en esta forma. Algunos iones minerales que están en el agua del terreno

entran a las raíces de las plantas por transporte activo. La concentración de minerales es

más alta en las células de la raíz que en el agua del terreno; para que los minerales se

puedan mover contra el gradiente de concentración, las células de la raíz tiene que usar

energía.

Endocitosis y Exocitosis

Los procesos de transporte que se han discutido hasta ahora comprenden el

paso de moléculas pequeñas a través de la membrana celular. Las células tienen

también formas de pasar moléculas grandes, grupos de moléculas y hasta células

enteras a través de la membrana celular.

La endocitosis es el proceso

mediante el cual las células obtienen

materiales grandes que no pueden pasar a

través de la membrana celular. Hay dos tipos

de endocitosis: la pinocitosis y la

fagocitosis. En el proceso de la pinocitosis

la célula adquiere partículas pequeñas o gotas de líquidos. En el esquema se ilustra

cómo una célula toma materiales por pinocitosis. Observa los pasos del uno al tres a

medida que se describe el proceso.

1. Una partícula que va a entrar a la célula se adhiere a la membrana celular. La

membrana se invagina y forma un canal fino.

2. La partícula cae entonces al fondo del canal.

3. La parte inferior del canal, que contiene la partícula se desprende del resto de la

membrana celular y forma una bolsita llamada vesícula. La vesícula pasa a ser una

estructura separada dentro de la célula y después, la célula digiere la partícula que está 

en la vesícula.

En el segundo tipo de endocitosis, la fagocitosis, los materiales sólidos grandes

entran a la célula. Se ha observado la

fagocitosis en algunos organismos

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unicelulares y en células animales, como los glóbulos blancos. En la siguiente lámina, se

ve una amiba que rodea un alga verde.

1. La amiba extiende su membrana celular y forma pseudópodos que rodean al alga.

2. La amiba envuelve al alga en una bolsita.

3. La bolsita se separa de la membrana y se convierte en una vesícula grande que se

mueve hacia el citoplasma. Las vesículas que se forman en la fagocitosis son mucho

más grandes que las que se forman en la pinocitosis.

La exocitosis es lo contrario de la endocitosis. La exocitosis es la salida de

moléculas grandes, o de grupos de moléculas del interior de la célula. Los materiales

que salen pueden ser desechos o secreciones útiles llevadas a la membrana celular por

el aparato de Golgi. Una vesícula con secreciones se mueve hacia la membrana celular,

de esta manera se funde con la membrana que se rompe en ese sitio liberando así el

contenido de la vesícula.

ORGANELOS CITOPLASMICOS

Mitocondrias

Dentro del citoplasma hay estructuras llamadas mitocondrias, que llevan a cabo

reacciones químicas para liberar la energía que se usa en las actividades celulares. La

mitocondria esta formada por dos unidades de membrana; la membrana externa no se

pliega, pero la interna se pliega para formar unas proyecciones llamadas crestas. En

estas crestas ocurren algunas de las reacciones químicas que liberan la energía de los

alimentos. Como producen energía, con frecuencia se dice que las mitocondrias son la

"central de energía" de la célula.

Las células que trabajan continuamente, como las células del músculo cardíaco,

tienen más mitocondrias. Estas células podrían tener miles de mitocondrias.

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Nota: Ver funcionamiento de la mitocondria en respiración celular.

Retículo Endoplásmico

A través del citoplasma, corre un sistema de

membranas llamado retículo endoplásmico. Se

extiende a través del citoplasma, desde la

membrana nuclear hasta la membrana celular. Las

membranas del retículo endoplásmico proveen vías

para el movimiento de materiales por la célula.

Ribosomas.

Algunas de las membranas del retículo endoplásmico (RE) tienen apariencia

rugosa que se debe a la presencia de unas estructuras pequeñas llamadas ribosomas.

Los ribosomas son los organelos donde se hacen las proteínas. Las proteínas que se

forman en el RE rugoso pueden transportarse por la célula, pasar hasta la membrana

celular y ser liberadas fuera de la célula. También podemos encontrar ribosomas libres

en el citoplasma. Las proteínas que se forman en estos ribosomas van directamente al

citoplasma. Llamamos RE liso a las membranas del RE que no tienen ribosomas.

Algunos tipos de lípidos se forman en las membranas del retículo endoplásmico liso.

Aparato de Golgi.

En el citoplasma existe un organelo semejante en apariencia al RE. Este

organelo, que se parece a una estiba de sacos vacíos se llama el aparato de Golgi. Los

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sacos están formados por membranas. El aparato de Golgi es un organelo que prepara

los materiales para que sean liberados desde la célula hacia el espacio intercelular,

mediante el proceso de secreción. Las proteínas y los lípidos que se sintetizan en el

retículo endoplásmico llegan hasta el aparato de Golgi, el cual concentra las moléculas

de la proteína o el lípido mediante la remoción de agua. El producto se empaqueta en

una membrana derivada del aparato de Golgi y se mueve hacia la membrana celular

donde se libera.

Vacuolas

En el citoplasma encontramos otros organelos llamados vacuolas, que son unas

estructuras llenas de fluido que contienen varias sustancias. Generalmente en las células

animales, las vacuolas son pequeñas. Podemos encontrar algunas de ellas dispersas en

el citoplasma de la célula. Estas vacuolas sirven, generalmente, para almacenar algunas

sustancias durante algún tiempo. En los organismos unicelulares, las vacuolas tienen

diversas funciones especializadas. Algunas pueden servir para digerir los alimentos;

otras vacuolas llamadas contráctiles, funcionan como bombas y retiran del interior de la

célula el exceso de agua o de materiales de desecho.

Lisosomas

Dentro del citoplasma encontramos otros

organelos llamados lisosomas. Estos contienen

enzimas digestivas. Las enzimas digestivas

facilitan el rompimiento de moléculas grandes,

tales como almidones, lípidos y proteínas. Una de

las funciones de los lisosomas es digerir las

partículas extrañas que entran a la célula como

por ejemplo, las bacterias que causan

enfermedades. Las enzimas digestivas destruyen las bacterias y liberan los productos de

la digestión hacia el citoplasma. Otra función de los lisosomas es destruir partes

gastadas de la célula, cuyos productos son reutilizados por dichas células. La digestión

de moléculas complejas por los lisosomas se lleva a cabo, normalmente sin causarle

daño a la célula. En algunas ocasiones, la membrana que rodea al lisosoma puede

romperse, lo que hace que la célula se digiera a sí misma.

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La mayoría de las células pueden hacer algún tipo de movimiento. En algunas

células el movimiento comprende el flujo del citoplasma. En otras células, hay

estructuras especializadas que les permiten moverse de un sitio a otro. Dos tipos de

organelos, los microfilamentos y los microtúbulos, parecen ser los responsables de varios

tipos de movimientos celulares.

Microfilamentos

Dentro de la célula hay unas fibras muy finas que se llaman microfilamentos, los

cuales están hechos de proteínas. Con frecuencia se encuentran en hojas o mazos,

debajo de la membrana celular. Una de las funciones principales de los microfilamentos

es producir el flujo citoplásmico y, de esta forma permitir el movimiento de las sustancias

dentro de la célula. Este flujo permite que algunos organismos unicelulares se muevan

de un sitio a otro.

Microtúbulos

Los organelos llamados microtúbulos son unas estructuras huecas en forma de

tubo, compuestas de proteínas. La disposición de los microtúbulos ayuda a dar forma a

las células. Los microtúbulos se asocian con la habilidad de la célula para moverse de un

sitio a otro, muchos organismos unicelulares se mueven por medio de unas estructuras

en forma de pelos llamados cilios. Otros se mueven por unas estructuras en forma de

cola llamadas flagelos. La Estructura básica de cilios y flagelos son los microtúbulos. Los

microtúbulos se extienden desde la célula hasta el interior de los cilios o los flagelos.

ORGANELOS DE CELULAS

VEGETALES

Los organelos discutidos hasta

ahora se encuentran en células

animales y vegetales. Otros se

localizan solo en células

vegetales o son más conspicuos en estas.

Vacuolas

En una célula vegetal, una vacuola grande puede ocupar casi todo el espacio y

empuja el citoplasma contra la membrana celular. Esta vacuola central grande almacena

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una gran variedad de sustancias, frecuentemente disueltas en agua. Algunas de esas

sustancias son azúcares, minerales y proteínas.

Plastidios

Las células vegetales contienen organelos llamados plastidios. Algunos plastidios

funcionan como fábricas de productos químicos y otros como almacenes de alimentos y

pigmentos. El cloroplasto es el plastidio más común en

las células de las plantas verdes. El cloroplasto es el

organelo donde ocurren las actividades de elaboración

de alimentos en las células vegetales. Observa las

capas de membranas que parecen pilas de monedas.

Cada pila de membranas es una grana. Las granas

están rodeadas de una sustancia gelatinosa llamada

estroma. El pigmento verde (clorofila) está

concentrado en las granas. La clorofila atrapa la energía solar y la célula vegetal la usa

para elaborar su alimento.

Los leucoplastos son plastidios de almacenamiento, pueden contener proteínas,

lípidos o almidón. Cuando las frutas maduran o cuando las hojas cambian de color en el

otoño, los cloroplastos y los leucoplastos pueden convertirse en otro tipo de plastidio

llamado cromoplasto. Los cromoplastos son plastidios que contienen pigmentos rojos,

amarillos o anaranjados.

Pared celular

Toda célula vegetal contiene

una estructura externa de la

membrana celular llamada pared

celular. La pared celular es una

estructura que le da forma y rigidez a

la célula vegetal. La pared celular se

compone en mayor proporción de celulosa, que es un carbohidrato complejo. Algunas

paredes celulares contienen también pectina, una sustancia que le da forma a la pared.

La pared celular permite el paso del aire, del agua y de los materiales disueltos. Las

membranas de células vecinas pueden estar en contacto unas con otras mediante

pequeñas aberturas de la pared celular. A través de estas, pasan los materiales de una

célula a otra. También los procariontas y los hongos tienen una pared celular. Sin

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embargo, las paredes de las células procariontas son diferentes de las de los hongos y

otras células eucrióticas.

Diferencias entre células.

Recuerda que las células procariontas son células primitivas que no tienen

organelos rodeados por membranas. Su material nuclear se encuentra flotando en el

citoplasma. Las bacterias se clasifican como procariontas. Las células eucariontas son

las más avanzadas y contienen organelos rodeados por membranas. Su material nuclear

está rodeado por una membrana nuclear. Las células de plantas, los hongos y los

animales son eucarióticas. La célula procariótica, generalmente está  rodeada por una

pared celular, mientras que solo algunas clases de células eucarióticas tienen pared

celular. Los procariontas son generalmente células pequeñas y las eucariontas son por

consiguiente más grandes.

La mayoría de los biólogos cree que la línea divisoria principal en el mundo

biológico es la línea que separa las células procarióticas de las eucarióticas. La

diferencia más importante entre procariontas y eucariontas es la presencia de una

membrana nuclear en los eucariontas. La tabla siguiente tiene una lista de las

estructuras principales en las eucariontas y las procariontas.

Resumen de las principales estructuras celulares

SE ENCUENTRA ENESTRUCTURA PROCARIOTAS EUCARIOTAS CARACTERISTICAS O

FUNCIONCitoplasma X X Material gelatinoso dentro

de la célulaNúcleo X Centro de control de la

célulaNucleolo X Sintetiza y almacena RNAMitocondria X Libera energía para la

actividad celularRetículo X Provee vías de transporte aendoplásmico sustancias desde el núcleo

hasta el exterior de lacélula

Ribosoma X X Síntesis de proteínasAparato de X Prepara materiales para se- Golgi creción; fabrica moléculas

orgánicas complejasLisosoma X Almacena enzimas

digestivasMicrofilamento X Ayuda al movimiento celularMicrotúbulo X Ayuda al movimiento celu-

lar, da estructura y forma

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Plastidio X Sintetiza sustancias quími-cas; almacena alimentos ypigmentos

Vacuola X Compartimento lleno de flui-do para almacenamiento

Pared celular X X Da rigidez a la célula.

REPRODUCCION CELULAR

LA MITOSIS

Cuando te cortas, la herida sana; cuando una estrella de mar pierde un "brazo", le

crece de nuevo. Un organismo unicelular que vive en una charca puede producir tanta

progenie que la charca cambia de color en unos pocos días. Todos estos eventos tienen

algo en común. En todos ellos, las células se reproducen: las células producen nuevas

células.

La Teoría Celular dice que las cosas vivientes están formadas por células y que

estas células se producen por el proceso de división celular, la división de una célula,

para formar dos células nuevas. Cuando una célula se divide, se divide también el

núcleo y el citoplasma. La célula que se divide se llama célula madre. Las células que se

forman se llaman células hijas. La división celular provee

células nuevas para el crecimiento, para curar heridas y

para remplazar partes dañadas del cuerpo.

El núcleo de una célula controla las actividades de la célula. Los cromosomas

llevan la información para el control de estas actividades durante la división celular, los

cromosomas se pasan a las nuevas células que se forman. Cada tipo de organismo está

formado por células que contienen cierto número de cromosomas. Por ejemplo, las

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células del cuerpo de una planta de cebolla tienen 16 cromosomas. La Tabla 4.1.

muestra el número de cromosomas de varios organismos.

Observa que estos números son pares, los cromosomas en las células del cuerpo

de muchos organismos están en pares. Estos pares de cromosomas iguales se llaman

cromosomas homólogos. En las células del gato hay 19 pares de cromosomas

homólogos, en los seres humanos hay 23 pares de cromosomas en cada una de las

células somáticas. Las células somáticas son aquellas que no son células reproductoras,

o sea que no participan en la reproducción sexual, lo cual comprende en el ser humano,

todas las células menos los óvulos y los espermatozoides. En

una célula que contiene los cromosomas homólogos, el número

total de cromosomas en la célula se llama número diploide. Los

números en la Tabla 4.1 son números diploides. Un número

diploide se representa con el símbolo 2n.

Una célula hija que tiene el mismos número de cromosomas

que la célula madre puede llevar a cabo las mismas actividades

que la célula madre y tiene también las mismas características.

En el tipo de división celular llamado mitosis, cada célula hija

recibe el mismo número de cromosomas que tenía la célula

madre.

Hay varios factores que disponen el control del comienzo de la mitosis, proceso

que todavía estudian los científicos. El tamaño es un factor importante para que una

célula se divida. Una célula no crece indefinidamente, cuando una célula llega a un

determinado tamaño, se divide.

A medida que crece una célula, el área de su superficie no crece tan rápidamente

como su volumen. Cuando el tamaño de la célula llega a un punto en que el  área de la

superficie de la membrana celular es muy pequeña para permitir la entrada y salida de la

cantidad suficiente de las sustancias, la célula se debe dividir. Para la célula, la cantidad

de materia que debe cruzar la membrana celular es muy grande para la superficie que

tiene. Cuando una célula se divide, el  área de la superficie aumenta con respecto al

volumen.

LA INTERFASE

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La mitosis se describe en términos del

movimiento de los cromosomas. Para que sea más

fácil su estudio, los científicos dividen la mitosis en

fases, no obstante la mitosis es una serie de eventos

consecutivos.

La interfase es el período en el cual las

células llevan a cabo una serie de actividades,

distintas a la mitosis. La interfase no es parte del

período de la mitosis. Frecuentemente, las células

crecen en tamaño durante la interfase y llevan a cabo actividades vitales, tales como la

síntesis y el movimiento de materiales hacia dentro y fuera de la célula. Durante la

interfase se forma en la célula muchas clases de materiales incluyendo enzimas y otro

tipo de proteínas. Muchos de los materiales formados durante este período se

almacenan para usarse en la mitosis.

La estructura más obvia dentro del núcleo de una célula en

interfase es el nucloelo, la cromatina esta dispersa por todo el núcleo

como si fuera unos hilos finos. En muchas células animales, fuera del

núcleo se pueden ver unas estructuras llamadas centriolos, la mayoría

de las células vegetales no tienen centriolos.

Durante la interfase ocurre un evento muy importante: los cromosomas se

duplican. El DNA dentro de los cromosomas se duplica, esta duplicación del DNA resulta

en la duplicación del número de cromosomas. En este punto, la célula tiene dos juegos

idénticos de cromosomas, y el escenario está listo para que inicie la mitosis.

LAS FASES DE LA MITOSIS

La mitosis comprende cuatro fases:

1. La Profase es la primera etapa. Al

empezar la profase, el material cromosómico

se condensa y aparece gradualmente, como

barras cortas claramente identificables.

Cuando se acorta la cromatina se está

indicando una de las primeras señales observables de que

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BIOLOGIA I

está ocurriendo la mitosis. En las células animales, los centriolos empiezan a moverse

hacia lados opuestos de la célula.

Cada cromosoma consta de dos hebras llamadas cromátidas, y cada par de

cromátidas se mantiene unido por un centrómero. A medida que los cromosomas se

hacen visibles ocurren otros eventos dentro de la célula. La membrana nuclear y el

nucleolo se desintegran gradualmente y aparece una nueva estructura: el huso. El huso

mitótico es una estructura tridimensional de forma parecida a una bola de futbol

americano. Consiste de microtúbulos que se extienden por la célula, rodeando lo que era

la membrana nuclear, las fibras del uso mitótico guían a los cromosomas en su

movimiento durante la mitosis. En las células animales, los centriolos controlan la

formación del huso mitótico. La mayor parte de las células vegetales no tienen centriolos,

aunque sí tienen huso mitótico. Las células animales tienen otra estructura que no tienen

otras células ni las vegetales. Esta estructura es el áster; el áster está formado por

microtúbulos que salen como radios fuera de los centriolos, pero no se unen y están

opuestos al uso mitótico.

2. La Metafase es la segunda

etapa de la mitosis durante la

cual los pares de cromátidas se

mueven hacia el centro, o el

ecuador de la célula. Las cromátidas se disponen

en una fila formando ángulos rectos con las fibras del uso mitótico. El centrómero de

cada par de cromátidas se pega a una fibra del uso mitótico, las fibras del uso mitótico

pueden hacer que los pares de cromátidas se coloquen en línea en el ecuador de la

célula. Durante la metafase, las cromátidas son gruesas y,

frecuentemente, se enroscan unas sobre otras.

3. La Anafase es la tercera etapa de la

mitosis. Al comienzo de la anafase, el

centrómero de cada par de cromátidas se

divide. Los pares de cromátidas se separan

en cromosomas individuales, los cromosomas separados se mueven

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hacia los polos o extremos del huso mitótico.

Cada cromosoma se mueve con el centrómero al

frente, como si la fibra del huso al cual está

pegado tira de él. Todos los cromosomas se

mueven hacia los polos de la célula casi al mismo

tiempo. Si la mitosis procede correctamente, un

mismo número de cromosomas se moverán hacia

cada polo de la célula.

4. La Telofase es la última etapa de la mitosis. Los cromosomas toman nuevamente la

forma de hilos, se alargan y quedan como estaban al comienzo de la profase. El huso

mitótico se

rompe, reaparece el

nucleolo y se forma una membrana nuclear alrededor de cada masa de cromatina.

Durante la telofase en células animales, el citoplasma se concentra a lo largo del

ecuador hasta que se forman dos células hijas. En las células vegetales, se empieza a

formar en medio del huso mitótico una membrana delicada llamada la placa celular, la

cual parece formarse desde el centro hacia fuera. Más tarde, se forma una nueva pared

celular a ambos lados de la placa celular y dos nuevas hijas.

La división del citoplasma se llama

citocinesis, que es un proceso separado de la

división del núcleo. Algunas veces, se

considera que la mitosis es solo la división del

núcleo, en algunos tipos de células, la mitosis

o división nuclear puede ocurrir sin que haya

división del citoplasma, en este caso,

aparecen unas células con varios núcleos.

Tanto en las plantas como en los animales, la mitosis trae como resultado la

formación de dos células hijas que son idénticas entre sí y a la célula madre que les dio

origen. Las nuevas células hijas entran en interfase.

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BIOLOGIA I

Cada fase necesita su propio tiempo para completarse, la fase que menos tiempo

dura es la anafase; la profase y la telofase duran más. El tiempo de la interfase varía

mucho, en general, la interfase dura más que la mitosis y en algunos casos

especializados las células se mantienen en interfase por tiempo indefinido, como en el

caso de las células musculares y las nerviosas, después de que el niño este formado

completamente.

El tiempo que necesita una célula para dividirse por completo depende de la

clase de célula y de las condiciones ambientales en las que vive. En las puntas de las

raíces de plantas jóvenes la mitosis ocurre casi continuamente. Las células de algunos

mosquitos pueden completar la mitosis en solo 10 minutos. La mayor parte de las células

completan la mitosis en una o dos horas.

Significado de la Mitosis

La mitosis es un tipo de división celular importante debido a que forma células

hijas con el mismo numero de cromosomas que tenía la célula madre. Debido a que el

número de cromosomas de la célula madre es igual al de las células hijas, estas células

reciben un juego de DNA que es un duplicado del que había en la célula madre. De este

modo las células hijas pueden llevar a cabo todas las actividades que realizaba la célula

madre.

Las células hijas producidas por mitosis son idénticas entre sí y a la célula madre

de donde se formaron. Los juegos de cromosomas duplicados en las células hijas

contienen la misma información. La mitosis es una forma de aumentar el número de

células, sin cambiar las características de las células. En los organismos unicelulares, la

mitosis es una forma de producir progenie que sea idéntica una a otra, la reproducción

de algo vivo, a partir de una célula madre, es un tipo de reproducción asexual.

LA MEIOSIS

La reproducción asexual es la formación de nuevas células u organismos, a partir

de una célula madre. La reproducción sexual comprende la fusión o unión de dos células

para formar un nuevo organismo. Las células especializadas que se unen durante la

reproducción sexual se llaman gametos o células sexuales. En la hembra los gametos se

llaman óvulos o huevos; en el macho, los gametos se llaman espermatozoides, la unión

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de un óvulo y un espermatozoide se llama fecundación. La célula que se forma por la

unión de un óvulo y un espermatozoide se llama cigoto.

En la mayoría de los organismos contienen un número diploide de cromosomas,

si cada gameto tuviera el número diploide, la fusión de dos gametos durante la

fecundación resultaría en un cigoto con el doble del número diploide. Cada vez que se

produjeran crías, estas tendrían dos veces el número de cromosomas que tenían sus

padres; esta duplicación no ocurre, el número de cromosomas en las células del cuerpo

de cierto tipo de organismos se mantiene constante de generación en generación. Los

gametos no tienen el número diploide de cromosomas y deben formarse por un tipo de

división celular que es diferente de la mitosis.

La meiosis es la división celular en la que el número de cromosomas se reduce a

la mitad y se forman gametos, la meiosis comprende la división celular que empieza con

el número dipliode de cromosomas. La célula pasa por dos divisiones sucesivas, pero los

cromosomas se duplican una sola vez; las dos divisiones tienen como resultado cuatro

células hijas. Cada célula contiene solamente la mitad del número de cromosomas que la

célula madre. La mitad del número dipliode de cromosomas es el número monoploide. El

número monoploide se llama también número haploide. Mientras el diploide se

representa por 2n, el monoploide se representa por n. Cuando dos gametos con el

número n de cromosomas se unen, el cigoto formado tiene 2n cromosomas.

Las células del cuerpo humano tienen 46 cromosomas; cuarenta y seis es el

número 2n, cada uno de los gametos humanos formados por meiosis contiene el número

monoploide de cromosomas, que es 23. Cuando un espermatozoide se une a un óvulo

resulta un cigoto con 46 cromosomas (2n).

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La interfase de la meiosis es similar a la interfase de la mitosis, se forman

proteínas y otros compuestos, se almacena y se usa energía y se intercambian

materiales con el ambiente; los materiales necesarios para llevar a cabo la meiosis se

almacenan en la célula durante la interfase. Antes de que la célula comience la primera

división de la meiosis, el DNA en los cromosomas del número de la célula se duplica. La

célula contiene, entonces, dos juegos completos de cromosomas y esta lista para

comenzar la meiosis.

Etapas de la Meiosis

La meiosis consiste en dos divisiones sucesivas, cada una de las cuales se divide

en fases similares a las de la mitosis. La primera división se llama Mitosis I y la segunda

Mitosis II. A cada etapa de la primera división de la meiosis, se le pone al final el número

romano I. Cada etapa de la segunda división va seguido por el número II.

1. En la Profase I, la primera profase de la meiosis, la cromatina se acorta y se

condensa, cada cromosoma es visible en forma de dos cromátidas unidas por un

centrómero. La membrana nuclear y el nucleolo se rompen, se forma el huso mitótico

entre los polos opuestos de la célula.

En la Profase I de la meiosis ocurre un evento que no ocurre durante la mitosis; a

medida que los cromosomas se hacen visibles, los cromosomas homólogos, se alinean.

Los cromosomas homólogos llevan el mismo tipo de información genética y en el mismo

orden, los homólogos en cada par se entrelazan estrechamente. El pareo de homólogos

en la Profase I se llama sinapsis. Cada cromosoma se compone de dos cromátidas; las

cuatro cromátidas de un par homólogo constituye una tétrada.

Cuando los homólogos se aparean durante la sinapsis, sus cromátidas,

frecuentemente, se doblan una alrededor de otra. A veces, las cromátidas se rompen e

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intercambian partes. Este intercambio de pedazos de material de cromátidas entre

cromosomas homólogos durante la meiosis se llama entrecruzamiento.

2. Durante la Metafase I, las tétradas se alinean a lo largo del ecuador de la célula. Los

homólogos están pareados a lo largo del ecuador; las tétradas se alinean en ángulo

recto con las fibras del huso mitótico. Cada cromosoma está pegado a una de las fibras

del huso mitótico.

3. Durante la Anafase I, los pares homólogos de cromosomas se separan, un

cromosoma de cada par se mueve hacia un polo de la célula. El otro cromosoma del par

se mueve hacia el polo opuesto; cada cromosoma se compone todavía de dos

cromátidas unidas por el centrómero. Las cromátidas no se separan en este momento,

como ocurre en la mitosis.

4. Durante la Telofase I, se divide el citoplasma formando dos células, cada célula

contiene un miembro de cada par de cromosomas homólogos. El número de

cromosomas se ha reducido a monoploide, por el momento cada cromosoma todavía se

compone de dos cromátidas unidas por un centrómero. La membrana nuclear se forma

alrededor de los cromosomas en cada nueva célula.

Después de la Telofase I, se completa la primera división celular de la meiosis.

Las dos células entran en una fase llamada Intercinesis; la intercinesis es similar a la

interfase, pero los cromosomas no se duplican. La segunda división celular de la meiosis

siempre ocurre rápidamente, es similar a la mitosis en que las cromátidas se separan.

Las fases que siguen de la segunda división celular de la meiosis, ocurren en las dos

células formadas por la primera división celular.

5. Durante la Profase II, la segunda división celular de la meiosis, la membrana nuclear y

el nucleolo se rompen; los cromosomas se acortan y se hacen visibles, cada cromosoma

se compone de dos cromátidas unidas por un centrómero.

6. Durante la Metafase II, las cromátidas todavía pegadas por el centrómero, se mueven

hacia el ecuador de la célula.

7. Durante la Anafase II, las cromátidas se separan, una cromátida de cada cromosoma

se mueve hacia un polo de la célula, la otra cromátida se mueve hacia el polo opuesto.

8. Durante la Telofase II, el citoplasma se divide formando dos células cada una con el

número monoploide de cromosomas; en cada célula hija se forma la membrana celular

alrededor de los cromosomas.

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COMPARACION ENTRE LA MITOSIS Y LA MEIOSIS

La mitosis y la meiosis tienen varias características en común; el movimiento de

los cromosomas a través de las varias etapas sigue en general, un patrón similar, ambos

procesos tienen como resultado la formación de células nuevas. Sin embargo, hay

diferencias muy importantes entre la mitosis y la meiosis.

La mitosis se asocia más frecuentemente con el crecimiento y con la reproducción

asexual, forma nuevas células que son idénticas entre sí; estas nuevas células pueden

aumentar el tamaño de algunos tejidos, las nuevas células que forma la mitosis pueden

reponer las células perdidas por uso o daño, estas nuevas células son casi siempre

iguales a las que reponen.

La meiosis, por otra parte, esta asociada a la reproducción sexual, los gametos se

producen por dos divisiones meióticas que reducen el número cromosómico de diploide a

monoploide.

La separación de

los pares de

cromosomas

homólogos ocurre

al azar. Por

ejemplo, si un

homólogo de un par

se mueve hacia el

polo izquierdo, cualquiera de los homólogos de cualquier otro par se puede mover

también hacia ese mismo polo. La separación al azar de los homólogos aumenta la gran

variación en las características encontrada en los organismos que se reproducen

sexualmente. El entrecruzamiento, o intercambio de segmentos de cromatina, aumenta

más la variabilidad de las células hijas formadas por meiosis.

GAMETOGENESIS

La formación de gametos por meiosis se llama gametogenesis y es diferente en

los hombres que en las mujeres. En los machos, la gametogenesis resulta en la

formación de células espermáticas y se llama espermatogenesis; la producción de

espermatozoides ocurre en los testículos que son los órganos reproductores masculinos.

La Lamina muestra los pasos principales en la formación de espermatozoides. En los

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testículos una célula especializada diploide (el espermatocito primario) pasa por meiosis,

despues de la Telofase I, se forman dos espermatocitos secundarios, cada

espermatocito secundario pasa por la segunda división meiótica y se producen cuatro

espermátidas, las espermátidas maduran y se convierten en células espermáticas

monoploides.

En la hembra, los óvulos se forman en los ovarios que son los órganos

reproductores. La formación de gametos en las hembras se llama Ovogenesis, que se

ilustra en la Lamina En el ovario, una célula diploide especializada llamada el ovocito

primario, pasa por meiosis; al terminar la primero división meiótica, se han formado dos

células de diferente tamaño: una célula grande llamada ovocito secundario y una célula

muy pequeña llamada el primer cuerpo polar. Durante la segunda división meiótica, el

ovocito secundario se divide para formar dos células monoploides: una grande (el

ovótido) y una pequeña (el segundo cuerpo polar). El primer cuerpo polar se puede

dividir para formar dos cuerpos polares más. El ovótido pasa a tener casi todo el

citoplasma del ovocito original. Finalmente, los cuerpos polares se desintegran, el

ovótido se desarrolla en la célula huevo monoploide, que es el óvulo.

Se puede ver que tanto la ovogénesis como la espermatogénesis tienen como

resultado la formación de gametos monoploides. Sin embargo, hay varias diferencias

entre las dos formas de gametogénesis. La espermatogénesis forma cuatro

espermatozoides del mismo tamaño, mientras que en la ovogénesis forma un óvulo

grande así como también tres cuerpos polares que se desintegran, solo el óvulo es un

gameto funcional.

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