TIPOS DE CÉLULAS Y MICROSCOPÍA. Liceo Manuel Barros

Liceo Manuel Barros Borgoño
Dpto. de Biología
1º Medio
1
TIPOS DE CÉLULAS Y MICROSCOPÍA.
La célula es fundamental para la biología, como lo son los átomos para la química. De hecho, tal como lo enuncia uno de los
postulados de la teoría celular, todos los organismos están formados por células. La célula corresponde al nivel de
organización biológica a partir del cual comienza la vida.
En nuestro planeta existen diversas formas de vida. Algunas de ellas corresponden a organismos formados por sólo una
célula, como las bacterias y levaduras, por lo que se les conoce como organismos unicelulares. Otros, como las plantas o los
animales, están formados por un conjunto de varios tipos de células especializadas. Estos reciben el nombre de organismos
multicelulares o pluricelulares. A pesar de las diversas formas de vida que coexisten en nuestro planeta, las células que
forman parte de estos organismos, presentan sólo dos patrones de organización básica: la organización celular procarionte y
la eucarionte.
En esta guía se estudiará estos dos patrones de organización, así como las diferencias y similitudes entre ellos. Además, se
abordará la estructura y el manejo de una herramienta fundamental para el estudio de las células: el microscopio.
1. LAS CÉLULAS MUESTRAN DOS PATRONES DE ORGANIZACIÓN.
Tal como se indicó, en el mundo viviente existen sólo dos tipos de células: la célula procarionte y la eucarionte.
1.1 CÉLULA PROCARIONTE.
Las células procariontes suelen ser más pequeñas que las eucariontes. Su tamaño está comprendido entre 1-10 μm (1000μm =
1mm o 1μm = 1x10-3mm). Todas estas células poseen la misma estructura básica:



una membrana plasmática que rodea a la célula y regula el tráfico de materiales a través de ella;
por dentro de esta membrana existe una sustancia semilíquida, el citoplasma, en el que se encuentran iones,
moléculas pequeñas, macromóleculas y también ribosomas, aunque estos son de menor tamaño que los presentes en
eucariontes;
además, disperso en el citoplasma se encuentra el material genético o ADN, el que NO está separado del
citoplasma por una membrana, a diferencia de lo que ocurre en una célula eucarionte. A la región en la que se
encuentra el ADN se le denomina nucleoide (Nota: el ADN en células procariontes es de tipo circular a diferencia
del eucarionte que es de tipo lineal).
Además de esta estructura básica, la mayoría de los procariontes (pero no todos) presentan una pared celular que se ubica
por fuera de la membrana plasmática. Sin embargo, no es la misma que se encuentra en células vegetales, ya que en ellas está
compuesta principalmente de celulosa, en tanto, en procariontes está formada por una sustancia llamada peptidoglucano, un
complejo supramolecular formado por polisacáridos y aminoácidos. La pared celular le otorga rigidez a la célula
procarionte y determina su forma.
Por fuera de la pared celular, algunos procariontes patógenos (que causan enfermedades) presentan una capa gelatinosa
compuesta por polisacáridos, la que recibe el nombre de cápsula. Esta estructura los protege del ataque de los glóbulos
blancos de los animales que infectan.
También
algunos
procariontes
presentan flagelos que permiten el
desplazamiento de estas células. Sin
embrago, estos flagelos son distintos
en composición (NO están formados
por microtúbulos) y organización
(NO presentan el patrón 9+2)
respecto a los flagelos de células
eucariontes.
Finalmente, algunos procariontes
presentan en su superficie pequeños
apéndices, semejantes a pelos,
llamados pili, los cuales ayudan a
adherirse a otras células (Figura 1).
Existen dos grandes grupos de
procariontes: las bacterias y las
arqueas (Figura 2). Las primeras
habitan en el suelo, en las aguas
superficiales y en los tejidos de otros
organismos
vivos
o
en
descomposición; algunas de ellas son
causantes
de
enfermedades
Figura 1. Esquema de la estructura de
una
célula
procarionte
(específicamente, una bacteria). Por la
ausencia de un verdadero núcleo y de
otros organelos delimitados por
membranas, la célula procarionte es
mucho más simple en su estructura
que una célula eucarionte. Sólo las
bacterias y arqueas son procariontes.
Todos
ellos
corresponden
a
organismos unicelulares.
2
infecciosas como la neumonía. Las arqueas, en tanto, se han descubierto más recientemente y se les considera las células
procariontes más antiguas del planeta. Se caracterizan por habitar ambientes muy extremos como volcanes, fuentes termales,
fumarolas marinas, lagos salinos, etc.
Si bien tanto bacterias como arqueas son organismos unicelulares que presentan la misma estructura básica, existen varias
diferencias entre ellas. Por lo tanto, es necesario mencionar que la descripción dada en esta guía acerca de la estructura de los
procariontes, se ajusta más a las bacterias que a las arqueas.
Figura 2. A la izquierda se muestra una
arquea llamada Halocuadratum, que
significa “cuadrado salino”, dado que
vive en aguas hipersalinas y tiene una
forma plana y rectangular. A la derecha,
una bacteria denominada E. Coli, que se
encuentra de forma natural en los
intestinos de los seres humanos y, por lo
tanto, también en sus deposiciones.
NOTA: los procariontes NO PRESENTAN ORGANELOS MEMBRANOSOS, por lo tanto, se dice que carecen de
compartimentos intracelulares. Además, TAMPOCO POSEEN CITOESQUELETO, por lo que NO pueden
modificar su forma ni tampoco mover materiales en su interior.
1.2 CÉLULAS EUCARIONTES.
La células eucariontes son de mayor tamaño que las procariontes. Su tamaño está comprendido entre 10-100μm. Al igual que
las células procariontes, las eucariontes poseen membrana plasmática, citoplasma, ADN y ribosomas. Pero sumado a esta
estructura básica, existen dos elementos no hallados en las procariontes:


un esqueleto interno (citoesqueleto) que mantiene la forma de las células y mueve los materiales intracelulares; y
compartimentos membranosos, cuyos interiores están separados del citoplasma por una o dos membranas.
A estos compartimentos rodeados por membrana, se les conoce con el nombre de organelos membranosos. La presencia de
organelos membranosos en las células eucariontes es la diferencia fundamental entre éstas y las células procariontes. Sin ir
más lejos, el material genético (ADN) de las células eucariontes está contenido en un compartimento especial denominado
núcleo, el que está delimitado por una doble membrana llamada carioteca, la cual lo separa del citoplasma. En cambio, el
ADN en los procariontes está disperso en el citoplasma, no existiendo ninguna membrana que los separe.
Estos organelos llevan a cabo funciones específicas. Por lo tanto, se dice que las funciones de las células eucariontes están
compartimentalizadas, tal como si fueran departamentos u oficinas dentro de una fábrica (la célula) destinadas a cumplir
tareas específicas. Es así como:





El núcleo contiene la información para dirigir la actividad celular, lo que se realiza mediante la formación de
proteínas, proceso que tiene lugar en los ribosomas.
El RE es la fábrica en donde se forman lípidos y proteínas. Estas últimas biomoléculas, son procesados en el
aparato de Golgi y distribuidos a sitios específicos.
Las mitocondrias y cloroplastos procesan la energía. Las mitocondrias “extraen” la energía contenida en la glucosa
y la almacenan en forma de ATP mediante el proceso de respiración celular, de modo que son las centrales
energéticas de la célula. Por su parte, los cloroplastos transforman la energía lumínica en energía química mediante
el proceso de la fotosíntesis.
Los lisosomas y las vacuolas son sistemas celulares digestivos, donde grandes moléculas son digeridas hasta
obtener monómeros útiles para la célula.
Los peroxisomas son centros de tratamiento de los productos tóxicos, los cuales provienen del metabolismo celular
o son incorporados desde el exterior.
Estos COMPARTIMENTOS mantienen las moléculas del organelo separadas del citoplasma, generándose un
microambiente específico en el interior del organelo, en donde se llevarán a cabo funciones también específicas. La
membrana que rodea al organelo es la responsable de generar dicho microambiente, pues permite el paso selectivo de sólo
aquellas sustancias que están relacionadas con la función específica del organelo.
Dado que en las células procariontes no existen estos compartimentos, la membrana celular es el lugar donde se llevan a
cabo la mayoría de las funciones mencionadas anteriormente (salvo la síntesis de proteínas que se realiza en los
ribosomas, organelos no membranosos).
Existen dos tipos de células eucariontes: la célula animal y la célula vegetal. A continuación se muestran dos representaciones
esquemáticas de estos tipos celulares (Figura 3), para luego indicar sus diferencias.
3
CÉLULA ANIMAL
CÉLULA VEGETAL
Figura 3. En la parte superior se muestra un esquema de una célula animal, en donde se indican las estructuras más características con
sus funciones respectivas. En tanto, en la parte de abajo se esquematiza una célula vegetal, en la que también se indican sus partes
fundamentales. Note que ambas células presentan muchas estructuras en común. No obstante, existen algunas diferencias: la presencia
de centrosomas y centríolos es propio de la célula animal, mientras que la célula vegetal presenta cloroplastos, pared celular y una gran
vacuola llamada vacuola central, estructuras que no se encuentran en una célula animal.
4
Como se puede apreciar, ambos tipos de células comparten la mayoría de las estructuras celulares estudiadas, tales como
núcleo, mitocondrias, RE, aparato de Golgi, citoesqueleto, peroxisomas y lisosomas (nota: algunos autores consideran que la
vacuola vegetal es en realidad un lisosoma modificado, por lo que consideraremos que este organelo es común para estos dos
tipos de células). Estas estructuras cumplen funciones similares en ambas células (nota: los peroxisomas de las células
vegetales tienen roles adicionales al ya conocido en las células animales, de hecho, los peroxisomas que se encuentran en
algunas semillas tienen el nombre propio de glioxisomas, sin embargo, no se profundizará en ello). A pesar de estas
semejanzas, existen algunas diferencias que a continuación se detallarán.

Las células vegetales (10-100μm), en términos generales, son de mayor tamaño que las células animales (10-30 μm).

Sólo las células animales presentas centrosomas y centríolos. Los centrosomas son los Centros Organizadores de
Microtúbulos en las células animales. En cambio, las células vegetales no poseen centrosomas ni centríolos. En vez
de ello, una sustancia gelatinosa actúa como el Centro Organizador de Microtúbulos.

Tanto células animales como vegetales presentan vacuolas. Sin embargo, en las células animales son pequeñas y
numerosas, mientras que en las células vegetales es, normalmente, una y de gran tamaño.

Por otro lado, las células vegetales presentan cloroplastos y pared celular, estructuras que no se encuentran en las
células animales.
NOTA 1: la pared celular de las células vegetales es una estructura semirrígida ubicada por fuera de la
membrana plasmática (ver Figura 3). Consiste en fibras de celulosa entremezcladas con otros polisacáridos y
proteínas complejas. La pared celular tiene dos funciones principales en las plantas:


Provee sostén para la célula y limita su volumen permaneciendo rígida
Actúa como una barrera para los hongos infecciosos y otros organismos que pueden causar
enfermedades en las plantas.
La pared celular presenta perforaciones que se comunican con otras perforaciones de la pared celular de
células vecinas, formando un verdadero canal que comunica el citoplasma de estas células. Estos canales
comunicantes reciben el nombre de plasmodesmos (ver Figura 3). Estas conexiones permiten la difusión de
agua, iones y moléculas pequeñas entre las células conectadas. Esta difusión asegura que las células vegetales
tengan concentraciones unifrmes de estas sustancias.
NOTA 2: los organismos formados por células eucariontes corresponden a los protistas, los hongos, las
plantas y los animales. Los protistas y hongos pueden ser tanto unicelulates como pluricelulares, en cambio,
los animales y vegetales son únicamente pluricelulares.
2. TAMAÑO CELULAR.
La mayoría de las células son muy pequeñas para verlas con el “ojo desnudo”, puesto que son, generalmente, más pequeñas
que 1 milímetro de diámetro. Las células gigantes como las del alga Acetabularia (hasta 5 centímetros) y los huevos de
avestruz (casi 8 centímetros), representan casos excepcionales. Normalmente, el tamaño de las células oscila entre 1 a 100
micras (1μm = 1x10-3mm) (Figura 4).
Figura 4. La figura muestra el tamaño relativo de moléculas, células y organismos multicelulares. Note que la mayoría de las células
tiene un diámetro comprendido entre 10 a 100μm, por lo que no se pueden ver a simple vista, siendo necesario la utilización de un
microscopio para ello. Note también que las moléculas son más pequeñas que las células, expresándose su tamaño en nanómetros
(100.000 nm= 1mm o 1nm= 1x10-6mm).
5
3. PARA ESTUDIAR LAS CÉLULAS LOS BIÓLOGOS UTILIZAN MICROSCOPIOS.
Tal como lo expresa la Figura 4, las células no son visisbles a simple vista, en consecuencia, es necesario utilizar un
instrumento que amplifique la imagen para poder observarlas. Este instrumento recibe el nombre de microscopio.
Dos conceptos importantes en microscopía son la magnificación o aumento y el poder de resolución. La magnificación
corresponde a la relación de la imagen de un objeto con su tamaño real, en otras palabras, se refiere a cuántas veces este
instrumento aumenta el tamaño de un objeto . Por su parte, la resolución es la distancia más corta entre dos puntos, que
permiten observarlos como entidades separadas, por lo tanto, es una medida de la definición de la imagen. El ojo humano,
por ejemplo, tiene un poder de resolución de 0,1mm, de manera que dos puntos separados entre sí por menos de 0,1mm son
observados como un solo punto.
Existen dos tipos de microscopios: los ópticos y los electrónicos.
3.1 MICROSCOPIO ÓPTICO.
3.1.1 Estructura y funcionamiento. Los primeros microscopios utilizados por los científicos del Renacimiento, fueron los
microscopios ópticos (MO) o de luz. Actualmente, estos microscopios están compuestos por un sistema óptico, un sistema
de iluminación, un sistema de enfoque y un sistema de soporte.
a) El sistema óptico participa en la formación amplificada de la imagen. Está formado por:
 Ocular: corresponde a las lentes por donde se observa la muestra. Su aumento está grabado sobre sí mismo, siendo,
generalmente, de 10x.
 Objetivos: son los lentes que se encuentran adheridos al revólver. Suelen ser 3 lentes, cada uno de los cuales tiene
un aumento distinto, el que puede ser de 10x, 40x ó 100x.
b) El sistema de iluminación permite la iluminación de la muestra. Está constituido por:
 Fuente de luz: corresponde a una ampolleta especial que emite luz.
 Condensador: lente que funciona como concentrador de los rayos luminosos.
 Diafragma: estructura que regula la cantidad de luz que se dirige a la muestra.
c) El sistema de enfoque permite observar de manera nítida la muestra. Está formado por:
 Anillo macrométrico: estructura que sube o baja la platina, permitiendo un primer ajuste de la observación.
 Anillo micrométrico: estructura que sube y baja la platina con movimientos muy pequeños, permitiendo observar
una imagen nítida.
d) El sistema de soporte sostiene las otras partes del microscopio. Está constituido por
 Pie o base: permite el apoyo y equilibrio del microscopio.
 Brazo: asa que facilita la sujeción y el transporte.
 Platina: superficie donde se coloca la preparación a observar.
 Tubo: estructura que soporta al sistema óptico. En su extremo superior, se encuentra el ocular, mientras que en el
extremo inferior tiene una pieza giratoria llamada revolver, la cual permite mover los lentes objetivos a voluntad del
observador.
La Figura 5, que aparece en la página siguiente, muestra un esquema que indica las partes fundamentales de un microscopio
óptico.
Los microscopios ópticos funcionan de la siguiente manera: una ampolleta especial emite luz,
la que atraviesa un condensador, encargado de concentrar los rayos luminoso hacia una
muestra previavente preparada. La luz atraviesa la muestra y luego un juego de lentes ( que
corresponden a los objetivos y al ocular) desvían la luz, de manera que la imagen de la
muestra se magnifica cuando se proyecta hacia la retina del observador (Figura 6). Hoy en
día , el microscopio común aumenta de 100 a 1000 veces el tamaño real de un objeto. Para
saber cuántas veces aumenta la imagen del objeto observado, se multiplica el número
marcado en el ocular por el número marcado en el objetivo que se esté usando. Por ejemplo,
si el aumento del ocular es 10x y el del objetivo utilizado es de 40x, el aumento total es de
10 multiplicado por 40, o sea, 400 veces (400x).
Figura 6. Esquema que muestra de
simplificada
el modo en el
cómo
El poder de resolución del microscopio óptico es de 0,2μm, es decir, 500 veces más que el ojoforma
humano.
En consecuencia,
funciona
unde
microscopio
microscopio óptico moderno hace posible identificar partes de la célula que tengan una vecindad
mínima
0,2μm. óptico
6
Figura 5. Estructura de un microscopio óptico. Por más de 300 años, todo lo que se conocía de las células, derivó de los estudios en los
que se usó este tipo de microscopio.
3.1.2 Manejo del microscopio. Para efectuar una observación correcta, es preciso seguir las siguientes indicaciones:

1. Primero, debes preparar la muestra de acuerdo a las indicaciones dadas por tu profesor/a (nota: recuerda que la
muestra que se desea observar, se coloca sobre un vidrio llamado portaobjeto y, cuando es necesario, se cubre con
una lámina de vidrio delgada, el cubreobjetos).

2. Para observar la preparación, en primer lugar, es absolutamente necesario tener una adecuada iluminación del
campo del instrumento. Para ello debes prender el microscopio y luego regular el diafragma y el condensador hasta
observar por el ocular un disco luminoso uniforme.

3. Para colocar la muestra sobre la platina debes subir el tubo hasta un límite conveniente, usando el anillo
macrométrico. A continuación, pon la preparación sobre la platina y sujétala con las pinzas, procurando que la parte
por observar quede en el centro de la platina.

4. Para enfocar la preparación, debes comenzar con el objetivo de menor aumento. Entonces, mirando el
microscopio lateralmente (no por el ocular), utiliza el anillo macrométrico para bajar lentamente el tubo hasta que el
objetivo casi toque la preparación. Después, mientras se observa a través del ocular, se hace subir el tubo con
lentitud, utilizando el anillo micrométrico, hasta que veas la imagen claramente.

5. Cuando desees observar con mayor aumento, debes girar el revólver y colocar en posición de enfoque el objetivo
que corresponda. En algunos microscopios es indispensable levantar el tubo para hacer entrar el objetivo de mayor
aumento, que, por lo general, es más largo.

6. Una vez concluida la observación, eleva el tubo, regresa el objetivo al de menor aumento y retira la preparación.
Nota: la mayoría de las células son incoloras, por lo tanto, es necesario teñirlas para producir un contraste entre ellas y el
medio circundante, mejorando de esta manera su visualización. Para teñir las células se usan colorantes, muchos de los
cuales delimitan estructuras específicas. Por ejemplo, cuando se utiliza la tinción eosina-hematoxilina, el colorante eosina
se une fuertemente con las estructuras citoplasmáticas de la célula, otorgándole un color rosa pálido, en tanto, la
Una
tinción ocoloración
hematoxilina
tiñe al núcleoes
de una
colortécnica
azul. auxiliar utilizada enmicroscopía para mejorar el contraste en la imagen
vista almicroscopio. Los colorantes y tinturas son sustancias que usualmente se utilizan
en biologíay medicina para resaltar estructuras en tejidos biológicos que van a ser observados con la ayuda de
diferentes tipos de microscopios.
3.2 MICROSCOPIO ELECTRÓNICO.
Aunque las células fueron descubiertas por Robert Hooke en 1665, la estructura de la célula no se llegó a conocer hasta la
década de 1950. La mayor parte de las estructuras subcelulares, los organelos, son demasiado pequeños para la resolución del
7
microscopio óptico. La biología avanzó rápidamente en la década de 1950 con la introduccón del microscopio electrónico
(ME). En lugar de utilizar la luz visible, el ME enfoca un haz de electrones en la superficie de la muestra o a través de ésta. El
poder de resolución del ME es de aproximadamente 0,5 nm, de modo que es unas 250.000 veces más fino que el del ojo
humano. Esto permite ver los detalles de muchas estructura celulares. Los biólogos utilizan el término ultraestructura
celular para referirse a la anatomía de la célula revelada por el ME.
Existen 2 tipos de ME: el microscopio electrónico de barrido (MEB) y el microscopio electrónico de transmisión
(MET). El MEB es especialmente útil para los estudios detallados de la superfice de una muestra. Un haz de electrones
“barre” la superficie de la muestra (no la atraviesa), produciendo una imagen que aparece como tridimensional (ver Figura
6).
En cambio, el MET se utiliza para estudiar la ultraestructura interna de la célula (ver Figura 7). El MET emite un haz de
electrones que atraviesa la muestra, generándose una imagen de acuerdo al patrón de electrones transmitidos.
Figura 6. Microfotografía de los
cilios presentes en la tráquea de un
conejo, tomada mediante el empleo
del MEB (izquierda) y del MET
(derecha). Note que el MEB muestra
una imagen tridimensional de la
superficie de los cilios de la tráquea,
en tanto, el MET proporciona una
imagen plana de un corte a lo largo
de estas estructuras, revelando su
ultraestructura celular.