Definición de célula (biología)

1. Unidad anatómica y fisiológica de los seres vivientes. Está formada por una masa viscosa (protoplasma), en cuyo seno se alberga la vida.
   
   La mayoría de los elementos estructurales de la célula se componen de esa misma masa en sus diversos grados de consistencia.
   
   
   
   Célula. CC
   
   
   

   Definición básica de célula biológica

   
   
   Una célula es una unidad metabólicamente activa que contiene proteínas y ácidos nucleicos encerrados por una membrana selectivamente permeable. La célula es un componente estructural y funcional esencial de todos los organismos vivos, y es a partir de las células que se forman todas las partes de los organismos.
   
   Algunos organismos, como ciertos protistas, son unicelulares, con gran parte de su ciclo de vida pasado como una sola célula, excepto cuando se dividen para formar células hijas.
   
   
   
   Protistas planctónicos: plantas y herbívoros. Los dos protistas amarillentos son diatomeas (plantas) mientras que las formas de vida marrones son tintínidos (herbívoros). Ejemplos de diversidad morfológica de protistas. Muestra de una estopa de red de plancton en la bahía de Villefranche el 25 de enero de 2011. Las dos diatomeas (plantas) y los tres ciliados de tintínidos, que se alimentan de plantas pequeñas, tienen formas muy diferentes. CC
   
   
   Otros organismos, como los humanos, son multicelulares, (se estima que los humanos tienen unos 100 trillones o 10^14 células y cada uno de ellos tiene uno de más de 200 tipos de células; un tamaño de célula típico es de 10 µm, una masa de célula típica de 1 nanogramo).
   
   Todos los huevos de vertebrados son células individuales, y la mayor célula conocida es un huevo de avestruz.
   
   
   
   La mayor célula conocida: un huevo de avestruz. CC
   
   
   La teoría celular, desarrollada en 1839 por Schleiden (1804-1881) y Schwann (1810-1882), afirma que todos los organismos están compuestos de una o más células; todas las células provienen de células preexistentes; todas las funciones vitales de un organismo se producen dentro de las células, y las células contienen la información hereditaria necesaria para regular las funciones celulares y para transmitir información a la siguiente generación de células.
   
   
   

   ¿De dónde proviene la palabra célula?

   
   
   La palabra célula proviene del latín cellula, una pequeña habitación, y fue elegida por Robert Hooke cuando comparó las células de corcho que vio a través del microscopio con las modestas habitaciones que habitaban los monjes.
   
   

   Descripción general

   
   
   

   Propiedades de las células

   
   
   Cada célula es, al menos, algo autónoma y autosuficiente: puede tomar nutrientes y convertirlos en energía químicamente útil y en bloques de construcción para los componentes de la célula, como las proteínas y los ácidos nucleicos. Algunas células de los organismos pluricelulares realizan funciones especializadas y otras realizan todas las funciones generales necesarias para mantener la vida. Cada célula almacena información codificada acumulada por la acción de la selección natural sobre sus antepasados en forma de secuencias de ácidos nucleicos de sus genes (hechos de ADN). Este archivo ancestral es explotado para la supervivencia del organismo por las células vivas al ser utilizado para especificar las estructuras, funciones y adaptaciones fenotípicas del ARN y las proteínas de la célula.
   
   Todas las células comparten varias habilidades:
   
   - Reproducción por división celular (fisión binaria, mitosis o meiosis).
   
   - Uso de enzimas y otras proteínas codificadas por los genes del ADN y hechas a través de intermediarios de ARN mensajero y ribosomas.
   
   - Metabolismo, incluyendo la toma de materias primas, la construcción de componentes celulares, la conversión de energía, moléculas y la liberación de subproductos. El funcionamiento de una célula depende de su capacidad para extraer y utilizar la energía química almacenada en las moléculas orgánicas. Esta energía se deriva de las vías metabólicas.
   
   - Respuesta a los estímulos externos e internos como los cambios de temperatura, pH o niveles de nutrientes.
   
   - El contenido de la célula está contenido dentro de una membrana de la superficie celular que contiene proteínas y una bicapa lipídica.
   
   Algunas células procarióticas contienen importantes compartimentos internos unidos a la membrana, pero las células eucarióticas tienen un sistema de endomembranas muy especializado que se caracteriza por el tráfico y el transporte regulado de vesículas.
   
   

   Componentes de las células biológicas

   
   
   El más importante de esos elementos estructurales es el núcleo, masa protoplásmica muy densa y rica en fósforo, que no sólo determina la actividad de la célula, sino su propio destino. Para comprender esto último basta recordar el papel fundamental que desempeña el núcleo en la mitosis celular y la transmisión de caracteres hereditarios.
   
   En cuanto a su poder regulador de la actividad celular, no se conoció bien hasta el año 1950, en que James F. Danielli trasladó el núcleo de una ameba a otra y demostró que cada una adoptaba el tamaño y actividad propios de la ameba de la que provenía el núcleo. Véase Herencia; Mitosis.
   
   Todo el protoplasma de la célula, excepto el núcleo, se denomina citoplasma. Dentro de éste se encuentran densos bastones y filamentos llamados en las células animales mitocondrios, que se suponen centros productores de enzimas sin las cuales no podría vivir la célula. Los plastos de las células de las plantas, que elaboran y encierran la clorofila, son probablemente grandes mitocondrios (ver: Clorofila).
   
   
   
   Esquema de una mitocondria animal. CC
   
   
   En el protoplasma vivo se mezclan gránulos sólidos, vacuolas líquidas y gotas de grasa de modo muy semejante a como se mezclan las burbujas de aire en una masa de gelatina. Los gránulos sólidos (inclusiones) pueden ser partículas alimenticias de inmediato uso, como en la célula animal, o de reserva, como en la célula vegetal. Ejemplo de esto último son los granos de almidón encerrados en las células de las plantas. De parecido modo, las vacuolas líquidas unas veces son el espacio en que una célula voraz digiere su presa y, otras, receptáculos en los que las células secretoras, como sucede con las del tiroides, almacenan los productos químicos con que contribuyen a la salud del cuerpo del cual forman parte. Las gotas de grasa son sólo reservas de energía, a veces elaboradas y otras ingeridas con los alimentos. Muchas células poseen un retículo permanente de glóbulos grasos o corpúsculos de Golgi.
   
   

   Material genético

   
   
   Existen dos tipos diferentes de material genético: ADN y ARN. La mayoría de los organismos utilizan el ADN para el almacenamiento de información a largo plazo, pero algunos virus (por ejemplo, los retrovirus) tienen ARN como material genético. La información biológica contenida en un organismo está codificada en su secuencia de ADN o ARN. El ARN también se utiliza para el transporte de información (por ejemplo, el ARNm) y las funciones enzimáticas (por ejemplo, el ARN ribosómico) en los organismos que utilizan el ADN para el propio código genético. Las proteínas pueden unirse al material genético y bloquear o promover su funcionamiento. El material genético procariote está organizado en una simple molécula circular de ADN (el cromosoma bacteriano) en la región del nucleoide del citoplasma. El material genético eucarionte se divide en diferentes moléculas lineales llamadas cromosomas dentro de un núcleo discreto, generalmente con material genético adicional en algunos orgánulos como las mitocondrias y los cloroplastos.
   
   Una célula humana tiene material genético tanto en el núcleo (el genoma nuclear) como en las mitocondrias (el genoma mitocondrial). En los humanos el genoma nuclear se divide en 46 moléculas lineales de ADN llamadas cromosomas y el genoma mitocondrial es una molécula de ADN circular que está separada del ADN nuclear. Aunque el genoma mitocondrial es muy pequeño, codifica algunas proteínas importantes. Como todos los vertebrados, cada persona hereda el ADN mitocondrial sólo de su madre. Eso es porque sólo el núcleo del espermatozoide se convierte en parte del óvulo fertilizado, el cigoto. El ADN mitocondrial del óvulo se divide con el cigoto y abastece a todo el organismo que se desarrolla a partir de él. También se puede introducir artificialmente material genético extraño (más comúnmente el ADN) en la célula mediante un proceso llamado transfección. Esto puede ser transitorio, si el ADN no se introduce en el genoma de la célula, o estable, si lo es.
   
   
   
   Estructura del ADN. CC
   
   
   

   Tamaños de las células

   
   
   Por el tamaño tan reducido de muchas células, su unidad de medida es la micra, equivalente a la milésima parte de un milímetro. Los glóbulos rojos humanos, por ejemplo, tienen un diámetro de 7 micras. Algunas células, como las neuronas, dotadas de grandes axones o prolongaciones, pueden medir, sin embargo hasta 1 m de longitud.
   
   
   

   Las células: las formas más simples de vida

   
   
   Las células pueden vivir independientes como en el caso de los protozoos, algas y bacterias, o bien reunirse en colonias para formar órganos y tejidos. Por tal razón la célula se describió en un tiempo como «la forma más simple de vida», descripción que se traspasó más tarde al virus (ver: Algas; Bacteriología; Órganos; Protozoos; Tejidos; Virus). Más apropiado sería decir de las células que son «las más adaptables unidades de vida».
   
   Si se ha producido la evolución de las plantas y los animales es porque las células han sido capaces de asumir una infinita variedad de formas y funciones. Las células vegetales están modificadas de múltiples formas. Algunas se modificaron estructuralmente para formar hojas absorbentes de energía; otras formaron raíces encargadas de absorber soluciones salinas; otras, en fin, se convirtieron en sistemas conductores del tallo para la circulación de las sustancias nutritivas
   
   El éxito de todo el proceso depende en gran parte de las paredes celulósicas en que se alojan las células de la planta (ver: Celulosa). La celulosa refuerza todo el organismo de forma que las hojas puedan alzarse hacia la luz solar y las raíces penetrar profundamente en el suelo.
   
   Las células animales, ante la necesidad de cazar para subsistir, aprendieron a moverse y, con ello, a utilizar métodos de acción ofensivos y defensivos. En ciertos organismos, como la hidra, las células ofensivas, defensivas y motoras se agrupan en su parte extrema, mientras que las absorbentes de las presas capturadas se encuentran en su interior. De este comienzo tan simple proceden las complejas estructuras de los modernos mamíferos, en los que cada una de las cuatro o cinco mil clases de células desempeñan su papel en el mantenimiento de la vida animal. Tal organización puede también considerarse una superespecialización, ya que la pérdida de unas pocas células o el debilitamiento de su trabajo especial (ver: Cáncer) puede originar la muerte de todas las demás.
   
   
   
   Metabolismo de una célula eucariota. CC
   
   
   

   Historia de las células: descubrimiento e investigación sobre las células biológicas

   
   
   Las ideas modernas sobre la estructura y funcionamiento de las células son el resultado de numerosas investigaciones y multitud de falsas interpretaciones.
   
   Los primeros observadores de «animálculos» a través de microscopios primitivos no los imaginaron como células, sino como seres complejos provistos de órganos demasiado pequeños para poder ser observados y apreciados. La palabra «celda o célula» fue empleada por vez primera por Robert Hooke, quien, en 1665, comparó los pequeños intersticios que vio en el corcho con las habitaciones en que vivían los monjes.
   
   Nueve años más tarde Marcello Malpighi mostró que las partes vivientes de las plantas estaban compuestas de pequeñas celdillas similares impregnadas de cierto fluido. Al igual que sus contemporáneos pensó que estas células se solidificaban del fluido viviente como se solidifican los cristales de las soluciones. M. J. Schleiden corrigió este error en 1838 al demostrar que las células vegetales provienen sólo de otras células vegetales.
   
   Por su parte, Theodor Schwann señaló en 1839 que tal tesis era también aplicable a las células animales. Estableció también que el núcleo, descrito en 1833 por el botánico escocés Robert Brown, era la parte más importante de la célula y no una simple pared celular. De esta forma, hace más de un siglo y medio, nació la «teoría celular», llamada a reemplazar a todas las demás teorías sobre la organización de la vida.
   
   

   Historia resumida

   
   
   - 1632-1723: Antonie van Leeuwenhoek muele lentes, construye un microscopio y dibuja protozoos, como Vorticella del agua de lluvia, y bacterias.
   
   - 1665: Robert Hooke descubre células en el corcho, y luego en el tejido vegetal vivo usando un temprano microscopio.
   
   - 1839: Theodor Schwann y Matthias Jakob Schleiden proponen que las plantas y los animales están hechos de células, concluyendo que las células son una unidad común de estructura y desarrollo, y fundando así la teoría celular.
   
   - La creencia de que las formas de vida pueden surgir espontáneamente (generatio spontanea) es contradicha por Louis Pasteur (1822-1895) (aunque Francesco Redi había realizado un experimento en 1668 que sugería la misma conclusión).
   
   - Rudolph Virchow afirma que las células siempre emergen de las divisiones celulares (omnis cellula ex cellula).
   
   - 1931: Ernst Ruska construye el primer microscopio electrónico de transmisión (TEM) en la Universidad de Berlín. En 1935, construyó un EM con el doble de resolución que un microscopio de luz, revelando orgánulos previamente irresolubles.
   
   - 1953: Watson y Crick hicieron su primer anuncio sobre la estructura de doble hélice del ADN el 28 de febrero.
   
   - 1981: Lynn Margulis publicó Symbiosis in Cell Evolution detallando la teoría endosimbiótica.
   
   

   Diferencias estructurales de los dos principales linajes evolutivos de células

   
   
   Las primeras células carecían de núcleos bien desarrollados y se clasifican como células procariotas. Las células eucarióticas se definen como células en las que hay un núcleo. Las células procariotas suelen tener un tamaño más compacto, a menudo tienen una existencia unicelular, mientras que las células eucariotas son más grandes, con estructuras internas más complejas basadas en membranas. La mayoría de los organismos multicelulares conocidos están compuestos por células eucariotas.
   
   
   

   Células procariotas

   
   
   Los procariotas se distinguen de los eucariotas por su organización nuclear, específicamente por su falta de membrana nuclear.
   
   Los procariotas también carecen de la mayoría de los orgánulos y estructuras intracelulares característicos de las células eucarióticas (una excepción importante son los ribosomas, que están presentes tanto en las células procariotas como en las eucarióticas).
   
   La mayoría de las funciones de los orgánulos, como las mitocondrias, los cloroplastos y el aparato de Golgi, son asumidas por la membrana plasmática procariota.
   
   Las células procariotas tienen tres regiones arquitectónicas: los apéndices llamados flagelos y pili - proteínas adheridas a la superficie celular; una envoltura celular que consiste en una cápsula, una pared celular y una membrana plasmática; y una región citoplasmática que contiene el ADN y los ribosomas y varios tipos de inclusiones.
   
   Otras diferencias son:
   
   - La membrana plasmática (una bicapa fosfolípida) separa el interior de la célula de su entorno y sirve como filtro y baliza de comunicación.
   
   - La mayoría de los procariotas tienen una pared celular (algunas excepciones son Mycoplasma (una bacteria) y Thermoplasma (un arqueano)). Consiste en peptidoglicano en las bacterias, y actúa como una barrera adicional contra las fuerzas exteriores. También evita que la célula "explote" (citólisis) por la presión osmótica contra un ambiente hipotónico. La pared celular también está presente en algunos eucariotas como los hongos y las plantas, pero tiene una composición química diferente.
   - Un cromosoma procariótico suele ser una molécula circular (una excepción es la de la bacteria Borrelia burgdorferi, que causa la enfermedad de Lyme). Incluso sin un núcleo real, el ADN se condensa en un nucleoide. Los procariotas pueden transportar elementos de ADN extracromosómico llamados plásmidos, que suelen ser circulares. Los plásmidos pueden llevar funciones adicionales, como la resistencia a los antibióticos.
   
   

   Células eucarióticas

   
   
   Las células eucarióticas son unas 10 veces más grandes que un procarionte típico y pueden ser hasta 1000 veces más grandes en volumen. La principal diferencia entre procariotas y eucariotas es que las células eucariotas contienen compartimentos unidos por membranas en los que tienen lugar actividades metabólicas específicas. Entre ellos destaca la presencia de un núcleo, un compartimento delimitado por una membrana que alberga el ADN de la célula eucariota. Es este núcleo el que da al eucarionte su nombre, que significa "núcleo verdadero". Otras diferencias incluyen:
   
   - La membrana plasmática se asemeja a la de los procariotas en su función, con pequeñas diferencias en la configuración. Las paredes celulares pueden o no estar presentes.
   - El ADN eucariótico está organizado en una o más moléculas lineales, llamadas cromosomas, que se asocian con las proteínas de las histonas. Todo el ADN cromosómico se almacena en el núcleo de la célula, separado del citoplasma por una membrana. Algunos orgánulos eucarióticos también contienen algo de ADN.
   - Los eucariontes pueden moverse usando cilios o flagelos. Los flagelos son más complejos que los de los procariotas.
   
   
   

   Funciones de la célula

   
   
   

   Crecimiento y metabolismo celular

   
   
   Entre las sucesivas divisiones celulares, las células crecen a través del funcionamiento del metabolismo celular. El metabolismo celular es el proceso por el cual las células individuales procesan las moléculas de nutrientes. El metabolismo tiene dos divisiones distintas: el catabolismo, en el que la célula descompone las moléculas complejas para producir energía y reducir la potencia, y el anabolismo, en el que la célula utiliza la energía y la reducción de la potencia para construir moléculas complejas y realizar otras funciones biológicas. Los azúcares complejos consumidos por el organismo se pueden descomponer en una molécula de azúcar menos compleja químicamente llamada glucosa. Una vez dentro de la célula, la glucosa se descompone para producir trifosfato de adenosina (ATP), una forma de energía, a través de dos vías diferentes.
   
   La primera vía, la glicólisis, no requiere oxígeno y se conoce como metabolismo anaeróbico. Cada reacción está diseñada para producir algunos iones de hidrógeno que pueden utilizarse para fabricar paquetes de energía (ATP). En los procariotas, la glicólisis es el único método utilizado para convertir la energía. La segunda vía, llamada ciclo de Krebs, se produce en el interior de las mitocondrias y es capaz de generar suficiente ATP para ejecutar todas las funciones de la célula.
   
   

   Creación de nuevas células

   
   
   La división celular implica que una sola célula se divide en dos células "hijas". Esto conduce al crecimiento en organismos multicelulares (el crecimiento de tejido) y a la procreación (reproducción vegetativa) en organismos unicelulares. Las células procariotas se dividen por fisión binaria. Las células eucarióticas suelen someterse a un proceso de división nuclear, llamado mitosis, seguido de una división de la célula, llamada citoquinesis. Una célula diploide también puede sufrir meiosis para producir células haploides, normalmente cuatro. Las células haploides sirven como gametos en organismos multicelulares, fusionándose para formar nuevas células diploides. La replicación del ADN, o el proceso de duplicación del genoma de una célula, se requiere cada vez que una célula se divide. La replicación, como todas las actividades celulares, requiere proteínas especializadas.
   
   

   Síntesis de proteínas

   
   
   Las células son capaces de sintetizar nuevas proteínas, que son esenciales para la modulación y el mantenimiento de las actividades celulares. Esto implica la formación de nuevas moléculas de proteínas a partir de bloques de aminoácidos basados en la información codificada en el ADN/ARN. La síntesis de proteínas generalmente consta de dos pasos principales: la transcripción y la traducción.
   
   La transcripción es el proceso en el que la información genética del ADN se utiliza para producir una cadena de ARN complementaria. Esta hebra se procesa entonces para dar ARNm, que es libre de migrar a través de la célula. Las moléculas de ARNm se unen a los ribosomas situados en el citosol, donde se traducen en secuencias de polipéptidos. El ribosoma media la formación de una secuencia polipeptídica basada en la secuencia de ARNm. La secuencia de ARNm se relaciona directamente con la secuencia del polipéptido al unirse a las moléculas adaptadoras de ARN de transferencia (ARNt) en bolsas de unión dentro del ribosoma. El nuevo polipéptido se pliega entonces en una molécula de proteína tridimensional funcional.
   
   
   Origen etimológico de célula: proviene de la palabra latina cellula (que significa "celdita"), diminutivo de "cella'".

Biología

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