TIPOS CELULARES: PROCARIONTES Y EUCARIONTES

Existen dos tipos de células clasificadas con base en su organización y complejidad estructural: la célula procarionte y la célula eucarionte.

Las células procariontes no tienen núcleo verdadero, el ADN se encuentra disperso en el citoplasma constituyendo un solo cromosoma o unido a la membrana citoplásmica; mientras que las células eucariontes tienen un núcleo verdadero. El ADN se localiza dentro de una membrana nuclear que lo separa del resto del citoplasma. La complejidad de las células eucariontes se basa en el desarrollo de compartimentos internos (separaciones parciales del citoplasma), que originan diversas estructuras subcelulares denominadas organelos y, por tanto, las funciones de éstas son propias de cada tipo de organelo.
Esta característica es la que marca la diferencia entre los dos tipos de células: procarionte (pro, antes y carion, núcleo) y eucarionte (eu, verdadero y carion, núcleo).
Las células procariontes son de menor tamaño que las eucariontes, los ejemplos característicos de las primeras son las bacterias, que tienen su ADN (material genético, cromosoma) disperso en el citoplasma, sin envoltura nuclear.
Al igual que las células eucariontes, tienen membrana celular que delimitan al medio intracelular (citoplasma) del medio extracelular. Las células procariontes presentan como característica una pared celular que rodea completamente a la membrana celular, protegiéndola de las agresiones del medio externo y da forma a la célula. En las células eucariontes, el material hereditario se encuentra dentro de un núcleo bien definido y delimitado por una doble membrana llamada envoltura nuclear, la cual es altamente especializada en el transporte de moléculas hacia él y del citoplasma. Los dos tipos celulares poseen ribosomas encargados de la síntesis de proteínas, sin embargo, presentan una diferencia sustancial en cuanto al tipo de ARN ribosomal que lo forman. De aquí que los ribosomas procariontes se denominen 70s y los eucariontes 80s por su coeficiente de sedimentación.

DESARROLLO HISTÓRICO DEL CONCEPTO DE CÉLULA:

TEORÍA CELULAR

Las células son la unidad fundamental, estructural y funcional de los seres vivos. Una definición sencilla de las células es que son la parte más pequeña de los seres vivos, esto se sabe porque desde mediados del siglo XIX fue vista por primera vez. Las células son comparadas con una fábrica porque en ellas se requiere de materia prima para la producción de sustancias útiles y los obreros son las enzimas. Algunas moléculas reguladoras hacen las veces de capataces, ya que vigilan que las actividades se realicen de acuerdo con las indicaciones contenidas en el centro de control o núcleo, que se encuentra dentro de la molécula de ADN.

Descubrimiento de las células

En 1665 el científico inglés Robert Hooke al observar un corte fino de corcho (corteza del árbol del alcornoque), identificó una serie de estructuras parecidas a un panal de abejas. A estos espacios los llamó celdillas debido a que se parecían mucho a las celdas que ocupaban los monjes en el monasterio, de ahí derivó el término de célula. Sin embargo, a pesar de que es a Hooke a quien se le da el crédito de descubrir las células, no fue el primero en observarlas; ya que en el siglo XVII el holandés llamado Anton van Leeuwenhoek, quien no era una persona de ciencias, fue el primero en observar bacterias, glóbulos rojos, protozoarios y espermatozoides

En sus ratos libres se dedicaba al tallado de lentes y observaba a través de ellos todo lo que llegaba a sus manos; agua de estanque, el sarro de sus dientes, agua de lluvia, barro, sangre, etc. Durante 50 años mandó cartas a la Royal Society, una sociedad científica de Inglaterra, describiendo la serie de animáculos (como él los llamaba) que había observado con sus lentes.
A partir del descubrimiento de Hooke, una serie de naturalistas y científicos iniciaron la búsqueda de células en tejidos animales y vegetales, entre ellos se encuentran los alemanes Friedrich Theodor Schwann y Matthias Jakob Schleiden, zoólogo y botánico, respectivamente, quienes en 1838 y 1839 descubrieron que todos los animales y vegetales están formados de células.

Con ello se formulan los dos primeros postulados de la teoría celular:

1. Todos los seres vivos están compuestos de una o más células.
2. La célula es la unidad estructural de la vida.

Aún no se reconocía a la célula como la unidad de origen de todos los seres vivos. Fue en 1855 que el patólogo alemán Rudolf Virchow concluyó que las células proceden de otras células semejantes, su hipótesis dio lugar al tercer postulado de la teoría celular:

3. Las células sólo pueden originarse por división de una célula preexistente.

Estos tres postulados de la teoría celular se encuentran reunidos en la siguiente definición:
La célula es la unidad funcional, estructural y de origen de todos los seres vivos.
· Es la unidad funcional porque las células realizan una serie de reacciones y procesos químicos y biológicos que mantienen con vida a los organismos.
· Es la unidad estructural porque todos los seres vivos están formados de células y
· Es la unidad de origen debido a que todos los seres vivos proceden de células preexistentes.

DE LA PLURICELULARIDAD A LA CÉLULA

Tamaño de las células, forma y función
Casi todas las células son microscópicas. Las células se miden en micras (µm), es decir, la milésima parte de un milímetro, por tanto las células procariontes miden entre 1-5 µm y las eucariontes de 10 a 30 µm en animales y hasta 100 µm en vegetales. Se considera a los protozoarios como los paramecios y las amibas organismos unicelulares complejos, ya que todas las actividades celulares que realizan, como responder ante estímulos del ambiente, procurarse alimento, excretar el exceso de líquido y evadir a los depredadores, las lleva a cabo cada célula.
Las células presentan formas diversas que en general se relacionan con su función. Por ejemplo, los espermatozoides poseen un flagelo que les da una gran movilidad, pues su función reproductora así lo requiere; las células del músculo esquelético contienen una red de filamentos alineados con precisión y compuestos de proteínas contráctiles; las células del cartílago se rodean de una matriz característica que contiene polisacáridos y la proteína colágeno, que juntos suministran apoyo mecánico; los eritrocitos se convierten en sacos de forma discoidal llenos de hemoglobina, que transporta oxígeno.
Célula procarionte. El núcleo carece de membrana nuclear, por lo que se encuentra disperso en el citoplasma; son más pequeñas.
Célula eucarionte animal. Son más complejas y organizadas, contienen una serie de estructuras donde se realizan las diferentes actividades celulares. Posee un núcleo delimitado por una membrana.
Célula eucarionte vegetal. Son autótrofas, poseen cloroplastos y pared celular.

REPRODUCCIÓN

El proceso de reproducción a nivel del organismo entero constituye una característica indispensable para la perpetuación de los seres vivos y de la especie; a nivel orgánico está representada por la multiplicación celular, y a nivel molecular, la reproducción es el resultado de la capacidad de los ácidos nucleicos para autorreplicarse.
En la naturaleza se dan dos tipos fundamentales de reproducción: sexual y asexual.
En la reproducción sexual intervienen los gametos o células sexuales que al unirse originan el cigoto o huevo a partir del cual se inicia el desarrollo del nuevo individuo.
En la reproducción asexual también llamada vegetativa, un solo progenitor se multiplica por desprendimiento de una célula o de una porción de su cuerpo capaz de formar un individuo completo. La descendencia, en este caso, tiene características hereditarias idénticas a las del progenitor, pues no hay intercambio de material genético de ningún tipo y, por tanto, no hay variabilidad en la descendencia.

SENSIBILIDAD:

COORDINACIÓN NERVIOSA Y HORMONAL
La sensibilidad de la materia viva se manifiesta por su capacidad para reaccionar frente a estímulos físicos o químicos procedentes tanto del interior del propio organismo como del exterior. Así como en los seres unicelulares todas las funciones vitales se realizan en la misma célula, en la organización pluricelular, en la que existe una división del trabajo fisiológico, la sensibilidad o excitabilidad corre a cargo de tres tipos de órganos que actúan de manera sucesiva.
· Los órganos receptores se encargan de captar los estímulos.
· Los sistemas nervioso y hormonal se encargan de la transmisión, coordinación e integración de sensaciones captadas por los receptores.
· Los órganos efectores esencialmente los músculos y las glándulas, son los que elaboran la respuesta adecuada.

El sistema nervioso es un sistema de comunicación rápido, que gobierna la actividad de los órganos y puede reaccionar a estímulos exteriores, mientras que el sistema hormonal o endocrino (también llamado humoral) es más lento y coordina el funcionamiento de los tejidos y de las células.

El sistema endocrino funciona en estrecha coordinación con el sistema nervioso para el mantenimiento de la homeostasis. Las principales hormonas son secretadas por las glándulas de secreción interna, pero también hay hormonas secretadas por neuronas y otro tipo de células especializada. Actualmente se define la hormona como un mensajero químico producido por un tipo de célula, que tiene efectos regulatorios específicos sobre la actividad de otro tipo de células, llamadas células diana o células blanco, a las cuales llegan por vía sanguínea.
Las hormonas pueden ser esteroides, proteínas o derivados de ácidos grasos o aminoácidos, y son específicas por que las células de los tejidos diana tienen receptores especiales para ellas.

DEFENSA INTERNA:

LAS REACCIONES INMUNITARIAS
Todos los animales tienen mecanismos de defensa para protegerse contra posibles agentes nocivos para sus células. Estos agentes dañinos pueden ser células extrañas o sustancias químicas que interfieren en el metabolismo. Los organismos extraños que, al proliferar en el cuerpo de un individuo (infección), pueden provocar enfermedades reciben el nombre de organismos patógenos, entre los cuales se encuentran principalmente virus, bacterias, protozoarios y hongos.

Sistemas defensivos no específicos
Los animales tienen tres niveles de defensa frente a la infección de agentes patógenos:
· Las superficies protectoras del cuerpo constituyen verdaderas barreras defensivas que se oponen pasivamente a la invasión extraña. Los principales mecanismos de este tipo son: la piel, las mucosas y sus secreciones (saliva, moco, lagrimas etc.), los epitelios de las vías respiratorias y del aparato urinario y genital, y las secreciones ácidas del estómago.
· La respuesta celular inespecífica constituye una segunda barrera defensiva contra los agentes patógenos que logran atravesar las barreras superficiales y está representada por la fagocitosis, la inflamación y la secreción de interferón.

Inflamación y fagocitosis
Cuando los agentes patógenos invaden los tejidos se desencadena una reacción inflamatoria, caracterizada por una dilatación de los vasos de la zona afectada que incrementa el flujo sanguíneo y la permeabilidad de los capilares. El aumento del flujo sanguíneo lleva un gran número de células fagocitarias hacia el área infectada, mientras que el aumento en la permeabilidad de los vasos permite que las gammaglobulinas (que actúan como anticuerpos) ingresen en los tejidos.
El conjunto de las células fagocitarias forman el llamado sistema reticuloendotelial. Se trata de células (fagocitos) que capturan con sus pseudópodos a los microorganismos extraños, a los que destruyen y digieren en sus vacuolas ricas en lisosomas.
Unas son móviles, como los leucocitos (neutrófilos y monocitos) de la sangre y los histiocitos o macrófagos del tejido conjuntivo, y otras son fijas, como los macrófagos fijos que revisten interiormente los canales del hígado, bazo, médula ósea y otros órganos.
La fagocitosis constituye el mecanismo de defensa más generalizado en el mundo animal y, en la mayoría de los invertebrados, el único sistema de defensa celular.

ELIMINACIÓN DE DESECHOS METABÓLICOS: EXCRECIÓN

Osmorregulación y sistema excretor
El contenido de agua del cuerpo, así como la concentración y distribución de los iones son regulados por un mecanismo denominado osmorregulación. Los protozoarios de agua dulce tienen vacuolas contráctiles que bombean periódicamente el exceso de agua que penetra por vía osmótica en la célula. En muchos organismos, las mismas estructuras que liberan al cuerpo del exceso de agua e iones suelen estar adaptadas para la eliminación de los desechos metabólicos. Dichos órganos integran el sistema excretor.
Un sistema excretor ayuda al mantenimiento de la homeostasis llevando a cabo las siguientes funciones:
· Excreción de los desechos metabólicos
· Osmorregulación (regulación del contenido de líquidos y sales del cuerpo)
· Regulación de las concentraciones de casi todos los constituyentes líquidos.

A tales fines los órganos excretores colectan líquidos (generalmente tomándolos de la sangre o el líquido intersticial) y luego modifican su composición al resorber las sustancias aún necesarias para el organismo. Finalmente, el producto excretorio definitivo (la orina) es expulsado del cuerpo.

Eliminación del bióxido de carbono
Los animales sólo tienen un producto gaseoso de desecho, el CO2, que puede ser eliminado directamente a través de la membrana celular, como ocurre en los protozoarios y animales de organización sencilla (cnidarios, platelmintos, etc.), a través de las tráqueas, como en los insectos, o bien a través de la sangre y de esta a la piel, branquias o pulmones.
En este último caso, al incorporar CO2, la sangre arterial se transforma en sangre venosa, que pasa a los pulmones donde por difusión el bióxido de carbono es expulsado al exterior.

SISTEMA DE TRANSPORTE INTERNO EN LOS ANIMALES SUPERIORES

El sistema circulatorio se encarga de recoger del tubo digestivo los nutrientes absorbidos tras la digestión y, de las superficies respiratorias, el oxígeno incorporado, para distribuirlos por todas las células del organismo; además recoge los productos de desecho de las células para llevarlos a los órganos excretores que se encargarán de evacuarlos al exterior. También transporta hormonas desde las glándulas endocrinas hasta los tejidos blancos, ayuda a mantener el equilibrio hídrico del organismo y a la homeostasis en los animales homeotermos, y defiende al cuerpo contra los microorganismos invasores.

Sistema linfático. Además del sistema circulatorio sanguíneo, los vertebrados poseen un subsistema del sistema circulatorio denominado linfático, que consta de una extensa red de vasos linfáticos que conducen linfa (procedente del líquido intersticial) y tejido linfático (rico en linfocitos). Tiene tres funciones principales:
· Colectar y devolver el líquido intersticial a la sangre.
· Defender al cuerpo contra los organismos patógenos a través de mecanismos inmunitarios.
· Absorber lípidos del aparato digestivo.

RESPIRACIÓN FISIOLÓGICA

La verdadera respiración, la respiración celular o catabolismo, precisa de un continuo aporte de oxígeno y la eliminación del bióxido de carbono producido. La incorporación de oxígeno puede presentarse en los animales de cinco maneras diferentes.
· Difusión directa. Consiste en la absorción del oxígeno a través de la superficie celular, que se da solo en organismos de organización sencilla (protozoarios, cnidarios, esponjas). El oxígeno puede incorporarse desde el aire o desde el agua
· Respiración traqueal. El oxigeno es conducido por tubos quitinosos (tráqueas) que se abren en la superficie del cuerpo y se ramifican llegando a todas las células del animal. Es la respiración típica de los insectos.
· Respiración cutánea. El oxigeno es incorporado a través de la piel, tanto desde el aire como desde el agua, como en la lombriz de tierra, la rana
· Respiración branquial. Es propia de animales acuáticos, poseedores de branquias. Estas son láminas de epitelio fino que por un extremo toman el oxígeno del agua y por otro este gas es recogido por los capilares sanguíneos del sistema circulatorio.
· Respiración pulmonar. Es propia de animales superiores, poseedores de pulmones o sacos huecos rodeados de una red de capilares que recogen el oxígeno incorporado desde el aire.

DIGESTIÓN

Se distinguen dos tipos de digestión:

La digestión intracelular es propia de los protozoarios y de determinadas células libres (como los fagocitos) de los seres pluricelulares. Se presentan dos modalidades de este tipo de digestión.
· La fagocitosis consiste en rodear mediante pseudópodos, o bien hacer entrar en una cavidad vacuolar, el alimento capturado. En ambos casos éste es digerido en una vacuola digestiva que contiene las enzimas, y luego pasa al citoplasma a través de la membrana de la vacuola.
· La pinocitosis consiste en la ingestión de líquidos por invaginaciones de la membrana celular que luego forman vacuolas digestivas por estrangulamiento.

La digestión extracelular se desarrolla en un sistema digestivo con dos aberturas independientes (bucal y anal) donde los alimentos se hidrolizan por enzimas vertidas por glándulas que desembocan en él. Las sustancias resultantes de la digestión son absorbidas por las células de las paredes del tubo digestivo y transportadas a todas las células del organismo por un sistema circulatorio.

Nutrición heterótrofa

En el heterotrofismo las sustancias nutritivas son materias orgánicas ricas en energía (carbohidratos, lípidos, proteínas), pues los seres heterótrofos son incapaces de tomar energía libre para transformar materia inorgánica en orgánica. Estos organismos viven, por tanto, a expensas de la materia orgánica (viva, muerta o en descomposición) sintetizada por los autótrofos, o a expensas de otros seres heterótrofos. Son heterótrofos la mayoría de las bacterias, los hongos y todos los animales.
En los animales, los alimentos incorporados necesitan sufrir una digestión para que puedan atravesar las membranas celulares.
Este proceso de desintegración lo llevan a cabo las enzimas digestivas (hidrolasas), que desdoblan los materiales orgánicos en moléculas sencillas de monosacáridos, glicerol, ácidos grasos y aminoácidos en un proceso bioquímico (hidrólisis) durante el cual prácticamente no se libera energía.
Por otro lado, la única sustancia gaseosa que incorporan los animales es el oxígeno, que lleva a cabo el proceso fisiológico de la respiración.

TIPOS DE NUTRICIÓN

Según la naturaleza de los nutrientes y la forma de adquirir la energía, se distinguen dos tipos de nutrición: autótrofa y heterótrofa

Nutrición autótrofa
En el autotrofismo las sustancias nutritivas son materias minerales (sales disueltas, anhídrido carbónico y agua),que son transformadas en materia orgánica rica en energía. Los organismos autótrofos sintetizan, por tanto, materia orgánica a partir de materia inorgánica o mineral
Según el tipo de energía utilizada por los organismos para dicha transformación se distinguen dos tipos de nutrición autótrofa: fotosíntesis y quimiosíntesis.
En la fotosíntesis la fuente energética procede de la luz solar. Los organismos fotosintéticos son las plantas verdes (con clorofila), la mayoría de las cianobacterias (algas verdeazules), las bacterias sulfurosas verdes y las bacterias púrpura.
En la quimiosíntesis la fuente energética procede de reacciones exotérmicas (liberan energía) de oxidación de compuestos inorgánicos que se producen en el medio ambiente
Los organismos quimiosintéticos son ciertas bacterias principalmente representadas por nitrobacterias, sulfobacterias y ferrobacterias.

TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA EN LOS ORGANISMOS VIVIENTES

La nutrición celular exige que el ser vivo sea eficaz en la ingestión de las sustancias nutrientes, en su transformación para que lleguen en condiciones de atravesar las membranas celulares (digestión, respiración) y en el transporte o circulación de dichas sustancias hasta las células.
Una vez en el interior de la célula, los nutrientes sufren todo un conjunto de reacciones químicas que recibe el nombre de metabolismo. Los nutrientes, en el lenguaje biológico, incluyen no solamente los alimentos y el agua, sino también el oxígeno, el dióxido de carbono y la energía luminosa y química.
En el mundo vivo se distinguen tres procesos principales de transformación de energía:
· En la fotosíntesis la energía radiante del sol se transforma en energía química, que queda almacenada en los enlaces de los carbohidratos y otras moléculas complejas sintetizados.
· Mediante la respiración celular, esta energía pasa a una nueva forma: los enlaces fosfato producidos en la degradación escalonada de la glucosa y otras moléculas
· El trabajo celular se produce cuando la energía química de los enlaces fosfato es utilizada por la célula para realizar trabajo. Este trabajo puede ser muscular (contracción muscular), eléctrico (impulsos nerviosos), osmótico (transporte de moléculas en contra de un gradiente de concentración) o químico (síntesis de nuevas moléculas para el crecimiento de la célula o el almacenamiento de energía).

LOS SERES VIVOS Y LA ENERGÍA: NUTRICIÓN

Los seres vivos solo pueden mantener su actividad vital gracias a un continuo intercambio de materia y energía con el medio que los rodea. El flujo de energía a través del mundo biótico comienza con la captura de la energía radiante del sol durante el proceso de fotosíntesis. La nutrición es el conjunto de procesos mediante los cuales los organismos incorporan materia y energía al interior de sus células, las transforman en otras sustancias o en otro tipo de energía y excretan los productos de desecho resultantes.

RELACIÓN SISTEMA-ÓRGANO-TEJIDO

El cuerpo animal está compuesto de sistemas los cuales a su vez están formados por dos o más órganos. Los órganos están compuestos de tejidos los cuales se componen de células. Un tejido es un grupo de células y de material extracelular que forman una unidad estructural y funcional, especializada para una tarea específica. Los tejidos animales incluyen el tejido epitelial, conectivo, muscular y nervioso.
· El tejido epitelial forma membranas que cubren las superficies corporales interna y externa y también origina las glándulas
· El tejido conectivo generalmente contiene una cantidad considerable de material extracelular e incluye a la dermis, hueso, cartílago tendones, ligamentos, el tejido adiposo y la sangre
· El tejido muscular está especializado en el movimiento y utiliza filamentos proteicos que se deslizan, la actina y la miosina. Existen tres tipos de tejido muscular: el esquelético, liso y cardiaco.
· El tejido nervioso está especializado en la generación y conducción de señales eléctricas.

Los órganos comprenden por lo menos dos tipos de tejidos que funcionan juntos. Por ejemplo, la piel en los mamíferos es un órgano representativo. La epidermis, un tejido epitelial, cubre y protege a la dermis por debajo de ella. La dermis contiene vasos sanguíneos y linfáticos, una gran cantidad de glándulas y pequeños músculos que hacen que el pelo se erice. Los sistemas de los animales comprenden al tegumentario, musculo esquelético, digestivo, respiratorio, circulatorio, linfático, inmune, excretor, nervioso, endocrino, reproductor.