La Célula

La célula: unidad estructural y funcional de la vida

1. Definición y conceptos fundamentales

La célula es la unidad morfológica, fisiológica y de origen de todos los seres vivos. Es el nivel de organización más pequeño capaz de realizar las tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción. Todo organismo está compuesto por una o más células, y toda célula proviene de otra célula preexistente (principio de la biogénesis).

El tamaño celular típico oscila entre 1 y 100 micrómetros (μm), lo que las hace invisibles a simple vista, salvo algunas excepciones (el óvulo humano alcanza ~120 μm, y la yema de huevo de avestruz es una célula gigante). La forma es variable: esférica, cúbica, cilíndrica, estrellada (neuronas), aplanada (epitelios) o incluso irregular (glóbulos blancos).

2. Historia del estudio de la célula (cronología clave)

El descubrimiento y comprensión de la célula fue posible gracias al desarrollo del microscopio.

• 1665 – Robert Hooke: Publica Micrographia. Al observar una lámina delgada de corcho (tejido muerto de alcornoque) con un microscopio rudimentario, describe pequeñas cavidades hexagonales a las que llama cellulae (del latín "celdas" o "pequeñas habitaciones"). En realidad, Hooke solo vio las paredes celulares vacías, no el contenido vivo.

• 1674 – Antonie van Leeuwenhoek: Perfecciona el microscopio de lentes simples (hasta 270 aumentos). Descubre "animálculos" en agua de estanque, saliva y heces. Es el primero en observar bacterias, protozoos, espermatozoides y glóbulos rojos vivos. Sus cartas a la Royal Society marcan el inicio de la microbiología.

• 1831 – Robert Brown: Botánico escocés, observa en orquídeas una estructura opaca dentro de las células vegetales. La denomina núcleo. Intuye su importancia, aunque no sabe su función.

• 1838-1839 – Matthias Schleiden y Theodor Schwann: Formulan la Teoría Celular Clásica:

  • Schleiden (botánico) afirma que todas las plantas están formadas por células.

  • Schwann (zoólogo) extiende la idea a los animales.

  • Postulado central: La célula es la unidad estructural y funcional de todos los seres vivos.

• 1855 – Rudolf Virchow: Médico y patólogo, añade el tercer principio: Omnis cellula e cellula ("toda célula proviene de otra célula preexistente"). Esto refuta la generación espontánea a nivel celular.

• Siglo XX – Con el microscopio electrónico (1931, Ruska) se descubren las organelas subcelulares (mitocondrias, retículo endoplásmico, aparato de Golgi, etc.) y se consolida la Teoría Celular Moderna, que añade:

  • El ADN es el material hereditario.

  • El flujo de información genética va de ADN a ARN a proteína.

  • Todas las células tienen la misma composición química básica (agua, iones, moléculas orgánicas).

3. Tipos de célula: procariota y eucariota

Según la complejidad estructural y la presencia de núcleo definido, las células se dividen en dos grandes dominios:

Observación: Aunque las arqueas son procariotas, comparten con eucariotas ciertas características (histonas, maquinaria de transcripción similar) que sugieren un origen común más cercano del que se pensaba.

4. Organelas celulares eucariotas: estructura y función

A continuación se detallan las principales organelas y estructuras de la célula eucariota, con su función específica.

4.1. Membrana plasmática

• Estructura: Bicapa lipídica (fosfolípidos, colesterol) con proteínas integrales y periféricas. Modelo de mosaico fluido (Singer y Nicolson, 1972).

• Función: Barrera selectiva que regula el paso de sustancias (permeabilidad selectiva). Participa en la comunicación celular (receptores), adhesión y reconocimiento. Permite endocitosis y exocitosis.

4.2. Núcleo celular

• Estructura: Envoltura nuclear doble con poros nucleares (complejos de proteínas). Contiene cromatina (ADN + histonas) y uno o más nucléolos.

• Funciones: Almacena y protege el material genético (ADN). Controla la expresión génica (transcripción). El nucléolo sintetiza ribosomas (ARNr y ensamblaje de subunidades).

4.3. Ribosomas

• Estructura: Partículas formadas por ARNr y proteínas; dos subunidades (mayor y menor). Pueden estar libres en el citosol o adheridos al retículo endoplásmico rugoso.

• Función: Síntesis de proteínas (traducción del ARNm). Los ribosomas libres producen proteínas citosólicas; los del RER producen proteínas de secreción o de membrana.

4.4. Retículo endoplásmico (RE)

• RE rugoso (RER): Con ribosomas adheridos. Sintetiza proteínas destinadas a la membrana, al exterior celular o a organelas (lisosomas). Realiza plegamiento y modificaciones iniciales (glicosilación).

• RE liso (REL): Sin ribosomas. Funciones: síntesis de lípidos (fosfolípidos, colesterol, hormonas esteroideas), detoxificación (citocromo P450 en hígado), almacenamiento de calcio (músculo: retículo sarcoplásmico) y metabolismo de carbohidratos.

4.5. Aparato de Golgi (o complejo de Golgi)

• Estructura: Conjunto de cisternas aplanadas apiladas (3-8) con polaridad: cara cis (entrada, cerca del RE) y cara trans (salida, hacia la membrana).

• Función: Modifica, empaqueta y distribuye proteínas y lípidos procedentes del RE. Forma vesículas de secreción, lisosomas y vesículas de transporte. También sintetiza ciertos polisacáridos (pectina, hemicelulosa en plantas).

4.6. Mitocondrias

• Estructura: Doble membrana: externa lisa, interna con pliegues llamados crestas. Espacio intermembrana y matriz mitocondrial (contiene ADN circular propio, ribosomas 70S y enzimas del ciclo de Krebs).

• Función: Producción de energía en forma de ATP mediante la respiración celular aerobia (fosforilación oxidativa). También participan en la apoptosis (muerte celular programada) y en la termogénesis (tejido adiposo pardo). Teoría endosimbiótica (Lynn Margulis): las mitocondrias fueron procariotas aerobios fagocitados.

4.7. Lisosomas (exclusivos de células animales)

• Estructura: Vesículas membranosas con contenido ácido (pH ~4.5-5) y enzimas hidrolíticas (proteasas, nucleasas, lipasas).

• Función: Digestión intracelular de materiales capturados por fagocitosis (bacterias, restos celulares) o de organelas envejecidas (autofagia). Si se rompen, pueden causar autolisis de la célula.

4.8. Peroxisomas

• Estructura: Vesículas con enzimas oxidativas (catalasa, urato oxidasa, etc.).

• Función: Oxidación de ácidos grasos de cadena larga, desintoxicación de peróxido de hidrógeno (H₂O₂) mediante catalasa (lo convierte en agua y oxígeno). En plantas, participan en la fotorrespiración (glioxisomas, una variante).

4.9. Citoesqueleto

• Estructura: Red de fibras proteicas: microtúbulos (tubulina), microfilamentos (actina) y filamentos intermedios (queratina, vimentina, etc.).

• Función: Mantiene la forma celular, permite el movimiento (cilios, flagelos, pseudópodos), organiza el transporte intracelular (vesículas, organelas) y participa en la división celular (huso mitótico).

4.10. Centriolos (en células animales y algunos protistas)

• Estructura: Cilindros de 9 tripletes de microtúbulos (patrón 9+0). Forman el centrosoma.

• Función: Organizan el huso mitótico durante la división celular. También son la base de cilios y flagelos (en ese caso, patrón 9+2).

5. Célula eucariota animal (en detalle)

Características distintivas:

• Ausencia de pared celular: solo membrana plasmática, lo que permite formas variables y fagocitosis.

• Presencia de lisosomas y centriolos.

• Mitocondrias bien desarrolladas.

• Glucógeno como reserva energética (no almidón).

• Vacuolas pequeñas y numerosas (en contraste con la gran vacuola central vegetal).

• No tienen plastos (cloroplastos, cromoplastos).

Ejemplos de tejidos: neurona, hepatocito, miocito, eritrocito (sin núcleo en mamíferos adultos), leucocito.

Funciones especializadas: contracción muscular, transmisión nerviosa, secreción de hormonas, inmunidad.

6. Célula eucariota vegetal (en detalle)

Características distintivas (además de las organelas comunes):

• Pared celular rígida de celulosa (con hemicelulosa, pectina y, en tejidos leñosos, lignina). Proporciona sostén y resistencia a la turgencia.

• Plastos: cloroplastos (fotosíntesis), cromoplastos (pigmentos rojos/naranjas) y leucoplastos (almacenamiento de almidón, aceites o proteínas).

• Vacuola central grande (ocupa hasta el 90% del volumen). Almacena agua, iones, pigmentos (antocianinas) y desechos. Mantiene la presión de turgencia (fundamental para el sostén).

• Ausencia de centriolos (aunque poseen centros organizadores de microtúbulos).

• Ausencia de lisosomas típicos; la digestión ocurre en vacuolas (vacuolas líticas) o en la vacuola central.

• Comunicación: plasmodesmos (canales que atraviesan la pared celular para conectar citoplasmas adyacentes).

• Reserva energética: almidón (en amiloplastos).

Estructura del cloroplasto: doble membrana + tilacoides (apilados en grana) + estroma (con ADN circular, ribosomas 70S y enzimas del ciclo de Calvin).

7. Célula eucariota de hongo (Fungi) (en detalle)

Los hongos (levaduras, mohos, setas) forman un reino separado de plantas y animales. Su célula comparte características de ambos, pero con rasgos únicos.

Características distintivas:

• Pared celular compuesta de quitina (polisacárido nitrogenado, el mismo del exoesqueleto de artrópodos), no celulosa.

• Membrana plasmática con ergosterol (en lugar de colesterol, como en animales).

• Núcleo pequeño, con mitosis intranuclear (la envoltura nuclear no se desintegra en muchas especies).

• Vacuolas presentes (función de almacenamiento y digestión).

• Mitocondrias con crestas aplanadas (en lugar de tubulares o discoidales).

• Retículo endoplásmico y Golgi presentes pero a menudo menos desarrollados que en células animales secretoras.

• Almacenamiento de carbohidratos: glucógeno (como en animales), no almidón.

• Septos (poros en las paredes divisorias del micelio) que permiten comunicación citoplasmática entre células de un mismo hongo.

• Ausencia de flagelos en la mayoría (excepto zoosporas de algunos hongos primitivos, como quítridos, que tienen flagelo tipo cola).

• Ausencia de cloroplastos (hongos son heterótrofos por absorción).

Formas típicas:

• Levaduras: unicelulares, se dividen por gemación.

• Hongos filamentosos (mohos): forman hifas (filamentos) que constituyen el micelio.

• Setas (basidiomicetos y ascomicetos): estructuras pluricelulares complejas con diferenciación.

Organelas específicas o modificadas:

• Woronin bodies (en ascomicetos): estructuras proteicas que sellan los septos cuando la hifa se daña.

• Parentosomas (en basidiomicetos): orgánulos membranosos asociados a los poros septales.

8. Cuadro comparativo resumido: animal, vegetal, hongo