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REPUBLICA DE COLOMBIA
REGIONAL NORTE DE SANTANDER
INSTITUTO TECNICO MUNICIPAL LOS PATIOS
TEORIA CELULAR 01 CIENCIAS NATURALES
Fecha:
Marzo del 2011
Versión: 2.0
1
LAS CELULAS Y EL ORIGEN DE LA VIDA.
Ni la Tierra, ni la vida, han existido siempre como las conocemos actualmente. Apenas
se formó nuestro planeta, su ambiente era tan inhóspito que era imposible el
desarrollo de cualquier organismo. Tuvieron que pasar millones de años para que en
ella se dieran las condiciones necesarias para que esto ocurriera.
1. EL ORIGEN DE LA VIDA
Uno de los principales objetivos de los científicos de todos los tiempos ha sido explicar el
proceso de surgimiento de la vida en la Tierra. A través de la historia de la humanidad
muchas hipótesis diferentes se han formulado, dependiendo de los adelantos
tecnológicos y científicos de cada época, así como de sus condiciones sociales y culturales
(fig. I). A pesar de que aún no se conoce con certeza cómo surgió la vida, actualmente se
acepta que fue hace alrededor de 3.500 millones de años, la edad del fósil más antiguo que
se ha encontrado, gracias a complejos procesos biológicos, químicos y físicos.
1.1 LA GENERACIÓN ESPONTÁNEA
Desde la antigüedad se aceptó la teoría de que los seres vivos, especialmente aquellos
pequeños y sencillos como los insectos, podían surgir espontáneamente a partir de la
materia inorgánica o de la materia orgánica en descomposición.
Así, al dejar un pedazo de carne, pan o una fruta expuestos al ambiente, estos
lentamente se transformarían en moscas, gusanos y otros organismos. Sin embargo, esta
teoría, conocida como la teoría de la generación espontánea, comenzó a debilitarse con
el paso del tiempo y finalmente perdió credibilidad gracias a dos importantes
descubrimientos:
• Louis Pasteur (1822-1895), reconocido químico francés, demostró que todos los
organismos, aún los más sencillos como las bacterias, provienen de "padres" similares a
sus hijos (fig. 2).
* Charles Darwin (1809-188'2), demostró que sólo los organismos mejor adaptados al
ambiente, logran reproducirse y tener hijos que heredan sus características. Con esta
teoría, conocida como la teoría de la selección natural, explicaba cómo los organismos
complejos habrían podido evolucionar a partir de otros más sencillos. De hecho suponía
que todas las formas de vida habrían podido evolucionar de un ancestro común.
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1.2 LA EVOLUCIÓN BIOQUÍMICA Y LAS PRIMERAS FORMAS DE VIDA
Cuando se formó la Tierra, hace cerca de 5.000 millones de años, sus condiciones eran tan
hostiles e inhóspitas, que hacían imposible el desarrollo de cualquier organismo. Las altas
temperaturas derretían las rocas; la atmósfera carecía de oxígeno y estaba compuesta por
gases tóxicos como el dióxido de carbono, que se encontraba en abundancia. Sin
embargo, durante los siguientes 1.500 millones de años ocurrieron eventos que llevaron a que
surgiera la vida.
Los gases liberados por la roca fundida se enfriaron, se condensaron y cayeron nuevamente
sobre la tierra en forma de lluvias torrenciales. Con el paso del tiempo, estas se acumularon en
grandes depresiones y formaron inmensos océanos. Así, apareció el primero de los
compuestos necesarios para la vida: el agua. Los otros elementos esenciales: el carbono, el
hidrógeno,-el oxígeno y el nitrógeno ya se encontraban formando moléculas inorgánicas
como el gas metano que estaba presente en los océanos y en la atmósfera.
La radiación ultravioleta del Sol y las tormentas eléctricas de la atmósfera primitiva hicieron
que estos elementos reaccionaran y formaran moléculas, como los ácidos nucleicos, las
proteínas, los carbohidratos y los lípidos, las cuales son consideradas como el primer
paso en el largo camino hacia la vida. Posteriormente, estas moléculas conocidas como
bio-moléculas comenzaron a reaccionar entre sí y formaron las primeras formas de vida
que posiblemente eran parecidas a las bacterias actuales, es decir, células simples con la
capacidad de realizar todos los procesos vitales de los organismos; nutrirse, obtener
energía, eliminar sus desechos y reproducirse (fig. 3).
La primera persona en realizar experimentos que apoyaron la hipótesis de la evolución
a partir de las biomoléculas fue el químico estadounidense Stanley Miller. En un recipiente
colocó la clase de moléculas que posiblemente existían en las rocas, la atmósfera y los
mares antes de la formación de la vida, simulando así el ambiente primitivo de la
Tierra. Luego, sometió el contenido a descargas eléctricas, y comprobó cómo en el agua
aparecieron algunas de las más simples biomoléculas.
LA TEORÍA CELULAR
Aunque las células más simples se formaron en la Tierra hace aproximadamente
3.500 millones de años, los científicos sólo las pudieron conocer en el siglo XVII gracias a
la invención del microscopio. En 1665, el científico inglés Robert Hooke (1635-1703) cuando
observaba una fina capa de corcho a través de su microscopio, vio que este estaba
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compuesto por pequeñas celdas parecidas a las de los panales de las abejas, a las
cuales llamó células (del latín cellulae = pequeño compartimiento, celda).
Pasaron cerca de 150 años para que se entendiera la importancia de este descubrimiento
y se comenzara a conocer y a estudiar la estructura y el funcionamiento celular.
Los trabajos iniciados por Hooke fueron continuados por gran cantidad de biólogos, entre
los que se destacaron dos alemanes: el botánico Mathias Schleiden (1804-1881) y el
zoólogo Theodore Scwhann (1810-1882). Gracias a sus observaciones realizadas con
mejores microscopios que el de Hooke, llegaron a la conclusión de que todas las
plantas y todos los animales estaban compuestos por células. Con el paso del tiempo y el
perfeccionamiento de los microscopios, a estos descubrimientos se sumaron las
observaciones de muchos otros científicos para dar lugar a la teoría celular. Esta teoría
aún está vigente y postula que:
• Las células son la unidad estructural de todos los seres vivos. Todos los organismos,
sean simples como las bacterias o complejos como el ser humano, están formados por
una o más células.
Las células son la unidad funcional de todos los seres vivos. Todos los procesos que
llevan a cabo los organismos, como la reproducción, la nutrición y la eliminación de
desechos, también son llevados a cabo por cada una de las células que los componen
(fig. 4).
• Las células son la unidad de origen de todos los seres vivos. Todas las células son el
resultado de la reproducción de otras células preexistentes.
3. ESTRUCTURA CELULAR
Las células cuentan con estructuras internas que les permiten realizar todas las funciones
vitales. Durante muchos años se pensó que estas sólo estaban compuestas por una
membrana que las cubría y protegía, conocida como membrana celular, un citoplasma en
el que se encontraban algunos organélos mayores y un núcleo. Sin embargo, debido a la
cantidad de procesos que realizan las células, se sospechaba que su estructura debía
ser más compleja.
3.1 LA MEMBRANA CELULAR
La membrana celular o membrana plasmática es una capa fina y delgada que cubre y
delimita la célula, y le permite comunicarse e intercambiar sustancias con su medio
ambiente. Se dice que es una membrana selectiva pues permite la entrada de agua y
nutrientes, la salida de desechos y evita que las sustancias tóxicas entren en ella y
lleguen a su interior.
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Por muchos años se pensó que la membrana
celular, el citoplasma, algunos organelos
mayores y el núcleo, eran los únicos
componentes de las células.
FIG, 5 La visión que tenemos de la estructura celular
se ha modificado a medida que evolucionan las
herramientas tecnológicas para estudiarla.
Los científicos también observaron que los
componentes de la membrana celular se mueven
constantemente facilitando así la entrada y salida de
sustancias de acuerdo con las necesidades de las
células.
La membrana celular está compuesta por una doble capa de lípidos, en la cual se
encuentran inmersas proteínas y carbohidratos:
• Los lípidos son moléculas que no se disuelven en el agua por lo que ayudan a
mantener separadas a las células del medio externo que es acuoso y hacen
posible que en su interior se mantengan condiciones diferentes a las de su entorno.
• Las proteínas ayudan al intercambio de sustancias entre el interior y el exterior de
la célula ya que forman poros en la membrana celular a través de los cuales
pueden pasar moléculas relativamente grandes que de otra manera no podrían
atravesarla.
• Los carbohidratos se encargan de identificar las moléculas que se ponen en
contacto con la célula. Permiten la entrada de las sustancias benéficas como los
nutrientes, mientras evitan que aquellas que pueden ser dañinas lleguen al interior
celular.
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3.2 LA PARED CELULAR
En algunos organismos como las plantas, los hongos, las bacterias y la mayoría de las
algas, la membrana celular se encuentra cubierta por una capa muy dura y resistente conocida como pared celular. Esta ayuda a proteger y dar soporte a sus células.
Por ejemplo, la pared celular es en parte responsable de que los grandes árboles se
mantengan erguidos y que resistan la fuerza de gravedad y los vientos.
3.3 EL NÚCLEO
El núcleo es una estructura generalmente esférica que coordina el funcionamiento de
todos los organelos y demás estructuras celulares. En su interior se encuentra el
ácido desoxirribonucleico o ADN, molécula que almacena la información genética o
hereditaria de los organismos; además, el núcleo participa activamente en el proceso
de reproducción celular. Está rodeado por una membrana doble, la membrana
nuclear, que separa su interior del citoplasma. Esta membrana tiene poros con
capacidad para cerrarse o abrirse y permitir así el intercambio de sustancias
necesarias para el núcleo.
Poros nucleares
ADN
Ampliación de
la membrana
nuclear.
FIG. 6 El núcleo celular coordina muchas funciones que las células realizan gracias a la información
almacenada en el ADN.
Figura 7.
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3.4 EL CITOPLASMA
El citoplasma es la porción interna de la célula comprendida entre la membrana celular y el núcleo
celular. En el citoplasma hay agua, sales, moléculas orgánicas, gran cantidad de nutrientes y
pequeñas estructuras conocidas como organelos. Los organelos son pequeñas estructuras que
tienen una forma propia y cumplen con una función determinada. Algunos organelos están
presentes en todas las células; otros, por el contrario, sólo se encuentran en las células de ciertos
organismos. Su presencia, y la frecuencia con que aparecen, dependen de la función de cada célula.
Entre los organelos más frecuentes se encuentran las mitocondrias, los ribosomas, el retículo
endoplasmático, el aparato de Golgi, los lisosomas, las vacuolas y los plastidios (fig. 7).
• Las mitocondrias son consideradas como las centrales energéticas de las células y se
encuentran en las células de casi todos los organismos. En su interior se dan las reacciones y
procesos que permiten extraer la energía almacenada en los alimentos, y que se requiere
para la realización de todos los procesos biológicos (fig. 8)
FIG. 8 Mitocondrias vistas con un microscopio electrónico.
Los lisosomas son los organelos responsables de llevar a cabo los procesos de digestión
celular. Poseen en su interior un grupo de sustancias llamadas enzimas que ayudan a
descomponer los alimentos en los nutrientes que la célula necesita. Los ribosomas son pequeños
organelos en forma de gránulos. Pueden encontrarse dispersos en el citoplasma, o estar asociados al
retículo endoplasmático. Su función es construir las proteínas que requieren los organismos, lo
cual hacen siguiendo instrucciones precisas que reciben del núcleo (fig. 9).
FIG. 9 Ribosomas vistos con un microscopio electrónico.
El retículo endoplasmático es una red de membranas aplanadas que atraviesan el citoplasma y
lo comunican con el núcleo y con el exterior de la célula. Existen dos tipos de retículo
endoplasmático: el rugoso y el liso. El retículo endoplasmático rugoso tiene su superficie cubierta
por ribosomas. Está conectado con la membrana nuclear a través de la cual sale información
necesaria para la síntesis de proteínas. El retículo endoplasmático liso no tiene ribosomas y
participa en el transporte de sustancias dentro de la célula. Se encuentra, generalmente, conectado
con el retículo endoplasmático rugoso pues ayuda a transportar las proteínas que este sintetiza.
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El aparato de Golgi es un organelo formado por un conjunto de sacos membranosos,
aplanados y apilados unos encima de otros. Se relaciona estrechamente con el retículo
endoplasmático rugoso, pues recibe las proteínas que este ha producido, las modifica y
las empaqueta, dejándolas listas para ser distribuidas a cualquier lugar dentro o fuera
de la célula. También cumple importantes funciones en la síntesis de lípidos y
carbohidratos. El aparato de Golgi además está relacionado con el empaquetamiento de
enzimas en los lisosomas. Las vacuolas son organelos celulares muy abundantes,
especialmente en las células vegetales y en organismos como las amebas. Su forma es
generalmente esférica u ovalada y su tamaño y estructura dependen de la función que
realizan. En las células vegetales por ejemplo, las vacuolas son grandes pues en ellas se
almacena gran cantidad de agua y nutrientes. Debido a su gran tamaño ejercen presión
contra la membrana celular, ayudando así a dar soporte, forma y resistencia a las células.
En organismos como los paramecios y las amebas, las vacuolas tienen conductos y
pueden contraerse ayudando a expulsar agua durante cada contracción; gracias a este
mecanismo, estos organismos pueden mantener constante su nivel interno de agua y en
algunos casos desplazarse para buscar alimento o huir de sus posibles enemigos. Los
plastidios junto con las vacuolas, son los organelos más representativos de las
células vegetales.
Se caracterizan por estar rodeados de una doble membrana y por tener ADN y
ribosomas en su interior. Los plastidios se clasifican en cloroplas-tos, cromoplastos y
leucoplastos.
Los cloroplastos son organelos de forma y tamaño similar al de las mitocondrias.
Contienen un pigmento llamado clorofila el cual, además de ser el responsable de la
coloración verde de las plantas, es el encargado de captar la energía aportada por el
sol y convertirla en energía química durante la fotosíntesis.
Los cromoplastos dan el color amarillo, anaranjado o rojo a los frutos maduros.
Los leucoplastos almacén sustancias de reserva.
El cito esqueleto aunque no es un organelo, es de gran importancia para el
funcionamiento celular. Está compuesto por una red de filamentos hechos de proteínas,
que ayudan a dar soporte y a mantener la forma de las células de la misma manera
como lo hace el esqueleto de nuestro cuerpo. Además, interviene en el movimiento y la
reproducción celular y es el punto de anclaje de todos los organelos.
4. CLASES DE CÉLULAS
Las células se clasifican en dos grandes grupos: las células procariotas y las células e u cari
o tas.
4.1 CÉLULAS PROCARIOTAS
Las células procariotas son propias de los organismos microscópicos unicelulares más
sencillos que existen, como las bacterias y algunos tipos de algas. Estos seres
posiblemente son muy parecidos a los primeros organismos que, hace cerca de 3.500
millones de años surgieron sobre la Tierra, siendo sus únicos habitantes durante casi
2.000 años.
Las células procariotas se caracterizan por carecer de organelos rodeados por
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membranas, como las mitocondrias o los cloroplastos, y en especial porque su material
genético se encuentra disperso en el citoplasma sin estar protegido por una membrana,
es decir, que carecen de un núcleo definido. Además, las células procariotas se encuentran
rodeadas por una pared celular que les ayuda a resistir las condiciones adversas (fig.
10).
4.2 CÉLULAS EUCARIOTAS
Las células eucariotas son características de todos los organismos con excepción de las
bacterias y las algas verde-azules. Se encuentran en organismos unicelulares, como los
paramecios o las amebas, y en todos los organismos multicelulares como los animales, las
plantas y los hongos. Actualmente se cree que este tipo de células se originaron hace
cerca de 1.500 millones de años.
Las células eucariotas son más grandes que las procariotas pues tienen una estructura
interna más compleja.
Esto les permite realizar de forma más eficiente algunos procesos como adquirir nutrientes
y eliminar desechos. Cuentan con organelos rodeados por membranas como las
mitocondrias, el retículo endoplásmico o los cloroplastos. Su material genético se
encuentra protegido por una membrana nuclear formando así un núcleo bien definido.
Algunas tienen pared celular, como las células de las plantas, mientras que las de los
animales carecen de ella.
4.3 Diferencias entre las células vegetales y las células animales
Tanto las células de los vegetales como las de los animales son eucariotas, es decir, que
tienen un núcleo definido. Igualmente, ambas cuentan con muchos organelos en común
como las mitocondrias que les ayudan a obtener energía, y los ribosomas que son indispensables para la síntesis de proteínas. Sin embargo, como es evidente a simple vista,
entre las plantas y los anima les existen marcadas diferencias. Las plantas tienen la
capacidad de elaborar su propio alimento mediante el proceso de la fotosíntesis, por lo que
pueden permanecer casi inmóviles durante toda su vida. Por el contrario, los anima
les se alimentan de otros organismos por lo que deben moverse constantemente en su
búsqueda.
FIG. 10 La simplicidad y la resistencia de los organismos procariotas les
permite habitar en tugares como las chimeneas volcánicas o tas heladas
regiones de tos polos donde es imposible el desarrollo de otras formas
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