Las células: Introducción

Qué son los Seres Vivos?
Las células: Introducción
En algún momento de la historia de este planeta aparecieron sistemas biológicos
capaces de producir descendientes y evolucionar, un hecho íntimamente asociado
con los cambios que sufrió la Tierra. Para introducirnos en el origen de las primeras
formas vivas, debemos conocer las condiciones iniciales de la Tierra a partir de las
cuales pudieron haberse establecido. La vida se caracteriza por una serie de
propiedades que emergen en el nivel de organización celular. La teoría celular
constituye uno de los principios fundamentales de la biología y establece que:
a. todos los organismos vivos están formados por una o más células;
b. las reacciones químicas de un organismo vivo, incluyendo los procesos
liberadores de energía y las reacciones biosintéticas, tienen lugar dentro de
las células;
c. las células se originan de otras células, y
d. las células contienen la información hereditaria de los organismos de los
cuales son parte y esta información pasa de la célula progenitora a la célula
hija.
Una de las preguntas fundamentales de la biología moderna es cómo empezó la
vida. Las evidencias actuales aportan muchas pistas acerca de la aparición de la
vida en la Tierra. La edad de la nuestro planeta se estima en 4.600 millones de
años. Como evidencias de vida, se han encontrado microfósiles de células
semejantes a bacterias que tienen 3.500 millones de años de antigüedad y existen,
además, otras evidencias indirectas de vida de hace 3.850 millones de años. Se han
propuesto diversas hipótesis para explicar cómo podrían haber surgido compuestos
orgánicos en forma espontánea en la Tierra primitiva y estructuras semejantes a
células a partir de esos agregados de moléculas orgánicas.
Las células más tempranas pudieron haber sido heterótrofas o autótrofas. Los
primeros autótrofos pueden haber sido quimiosintéticos o fotosintéticos. Con la
aparición de la fotosíntesis, la energía que fluía a través de la biosfera adoptó su
forma moderna dominante: la energía radiante del Sol es capturada por autótrofos
fotosintéticos y encauzada por ellos hacia los organismos heterótrofos. Los
heterótrofos modernos incluyen a los hongos y a los animales, al igual que a
muchos tipos de organismos unicelulares. Los autótrofos modernos incluyen a otros
tipos de organismos unicelulares y, lo más importante, a las plantas verdes.
Hay dos tipos distintos de células: las procariotas y las eucariotas. Las células
procarióticas carecen de núcleos limitados por membrana y de la mayoría de las
organelas que se encuentran en las células eucarióticas. Los procariotas fueron la
única forma de vida sobre la Tierra durante casi 2.000 millones de años; después,
hace aproximadamente 1.500 millones de años, aparecieron las células
eucarióticas. Se ha postulado la llamada "teoría endosimbiótica" para explicar el
origen de algunas organelas eucarióticas. Los organismos multicelulares,
compuestos de células eucarióticas especializadas para desempeñar funciones
particulares, aparecieron en una época comparativamente reciente, sólo hace unos
750 millones de años. Por ser de un tamaño muy pequeño, las células y las
estructuras subcelulares necesitan de microscopios para poder ser observadas por
el ojo humano, de limitado poder de resolución. Los tres tipos principales son el
microscopio óptico, el microscopio electrónico de transmisión y el microscopio
electrónico de barrido. Se han desarrollado además otras técnicas microscópicas.
Los sistemas ópticos especiales de contraste de fase, de interferencia diferencial y
de campo oscuro hacen posible estudiar células vivas. Un avance tecnológico
importante fue el uso de computadoras y cámaras de video integradas a los
microscopios.
El universo de los organismos microscópicos
El tamaño de los microorganismos no es una característica anodina: además de
incidir en su morfología, actividad, diversidad y flexibilidad en el metabolismo §,
tiene importantes consecuencias en su capacidad de adaptación fisiológica, su
distribución ecológica y su manipulación en el laboratorio.
La alta relación superficie a volumen, típica del diminuto tamaño de estos
microorganismos, es la causa de la alta tasa metabólica que presentan lo cual, a su
vez, está en relación con su rápido ritmo de crecimiento y de división celular.
Muchas de sus enzimas son inducibles, lo cual les resulta ventajoso debido, entre
otras causas, al escaso espacio de que disponen. Los mecanismos regulatorios
desempeñan un papel fundamental, ya que les otorgan una gran flexibilidad
metabólica, y son detectables más fácilmente que en otros organismos. La elevada
relación superficie a volumen implica extensas interacciones con el entorno y
estrategias particulares de adaptación. Los organismos unicelulares de vida libre se
encuentran, de por sí, expuestos permanentemente a las variaciones ambientales.
Éste no es el caso de los que habitan en medios más constantes o incluso
isotónicos §, como es el caso de ciertos parásitos §.
Muchos microorganismos son importantes agentes de enfermedades. El estudio de
las enfermedades infecciosas y de la forma de combatirlas condujo al estudio de la
relación hospedador-agente infeccioso, a profundizar el conocimiento de los
mecanismos de defensa inmunitarios, y a mejorar y descubrir nuevos métodos de
identificación del agente infeccioso y de diagnóstico de enfermedades. Esto dio
origen, dentro de la microbiología, a distintas ramas tales como la inmunología, la
virología, la bacteriología, la parasitología y la micología que, desde hace ya
tiempo, constituyen vastas disciplinas en sí mismas. Así, los virus, que según la
mayoría de las definiciones no son seres vivos, por su tamaño microscópico y sus
propiedades causantes de enfermedades son estudiados tradicionalmente por la
microbiología. Los progresos alcanzados en esta área han desembocado en
múltiples aplicaciones, entre ellas, la creación de vacunas, el uso de antibióticos, el
uso de la técnica de esterilización o de métodos desinfectantes.
Además de los microorganismos causantes de enfermedad, la microbiología
también estudia aquellos que tienen una acción benéfica para el hombre u otros
seres vivos. Es el caso, por ejemplo, de los habitantes naturales del tracto digestivo
y vaginal, de las bacterias y hongos presentes en los quesos, yogures y leches
fermentadas y de las bacterias que viven en relación estrecha con plantas
leguminosas. Así, el desarrollo y las mejoras logradas en las técnicas de cultivo de
los microorganismos no fueron impulsados solamente por el deseo de combatir las
enfermedades por ellos provocadas. Desde la antigüedad, el hombre ha
aprovechado los productos metabólicos de ciertos microorganismos para elaborar
distintos alimentos sin conocer los mecanismos biosintéticos ni los propios
organismos implicados. Las bacterias consisten en una sola célula § de tipo
procariota §. Están representados por las arqueobacterias -o bacterias antiguas- y
las eubacterias -o bacterias verdaderas-. Los procariotas son el grupo de
organismos más antiguo sobre la Tierra; los registros fósiles muestran que se
hallan presentes desde hace unos 3.800 millones de años.
Dominios y Reinos de Seres Vivos
La explicación de la complejidad de los seres vivos se encuentra en la bioquímica
Moléculas orgánicas
En los organismos se encuentran cuatro tipos diferentes de moléculas orgánicas en
gran cantidad: carbohidratos, lípidos, proteínas y nucleótidos. Todas estas
moléculas contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Además, las proteínas
contienen nitrógeno y azufre, y los nucleótidos, así como algunos lípidos, contienen
nitrógeno y fósforo. Se ha dicho que es suficiente reconocer cerca de 30 moléculas
para tener un conocimiento que permita trabajar con la bioquímica de las células.
Dos de esas moléculas son los azúcares glucosa y ribosa; otra, un lípido; otras
veinte, los aminoácidos biológicamente importantes; y cinco las bases
nitrogenadas, moléculas que contienen nitrógeno y son constituyentes claves de los
nucleótidos.
En esencia, la química de los organismos vivos es la química de los compuestos que
contienen carbono o sea, los compuestos orgánicos. El carbono es singularmente
adecuado para este papel central, por el hecho de que es el átomo más liviano
capaz de formar múltiples enlaces covalentes. A raíz de esta capacidad, el carbono
puede combinarse con otros átomos de carbono y con átomos distintos para formar
una gran variedad de cadenas fuertes y estables y de compuestos con forma de
anillo. Las moléculas orgánicas derivan sus configuraciones tridimensionales
primordialmente de sus esqueletos de carbono. Sin embargo, muchas de sus
propiedades específicas dependen de grupos funcionales. Una característica general
de todos los compuestos orgánicos es que liberan energía cuando se oxidan. Entre
los tipos principales de moléculas orgánicas importantes en los sistemas vivos están
los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los nucleótidos.
Los carbohidratos son la fuente primaria de energía química para los sistemas
vivos. Los más simples son los monosacáridos ("azúcares simples"). Los
monosacáridos pueden combinarse para formar disacáridos ("dos azúcares") y
polisacáridos (cadenas de muchos monosacáridos). Los lípidos son moléculas
hidrofóbicas que, como los carbohidratos, almacenan energía y son importantes
componentes estructurales. Incluyen las grasas y los aceites, los fosfolípidos, los
glucolípidos, las ceras, y el colesterol y otros esteroides. Las proteínas son
moléculas muy grandes compuestas de cadenas largas de aminoácidos, conocidas
como cadenas polipeptídicas. A partir de sólo veinte aminoácidos diferentes usados
para hacer proteínas se puede sintetizar una inmensa variedad de diferentes tipos
de moléculas proteínicas, cada una de las cuales cumple una función altamente
específica en los sistemas vivos. Los nucleótidos son moléculas complejas formadas
por un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos y una base nitrogenada. Son los
bloques estructurales de los ácidos desoxirribonucleico (DNA) y ribonucleico (RNA),
que transmiten y traducen la información genética. Los nucleótidos también
desempeñan papeles centrales en los intercambios de energía que acompañan a las
reacciones químicas dentro de los sistemas vivos. El principal portador de energía
en la mayoría de las reacciones químicas que ocurren dentro de las células es un
nucleótido que lleva tres fosfatos, el ATP.
Material tomado de: Biología (Curtis et al. 2003). Séptima Edición en
español. Editorial Panamericana/ Biología (Starr et al. 2009). Editorial
Cencage Learning.