Área: Ciencias Naturales y Educación Ambiental. ENTORNO VIVO
Orientador: Jorge Mario González Espinosa.
Dinámica de trabajo: aprendizaje colaborativo.
Estándar: Identifico condiciones de cambio y de equilibrio en los seres vivos.
Tema: Del Universo a La Célula.
Indicadores de Logros
ü Explico la estructura de la célula y las funciones básicas de sus componentes.
ü Explico el origen del universo y de la vida a partir de varias teorías.
ü Verifico y explico los procesos de osmosis y difusión
ü Clasifico membranas de los seres vivos de acuerdo con su permeabilidad frente a diversas sustancias.
ü Compara sistema de división celular y argumento su importancia en la generación de nuevos organismos y tejidos.
Competencias: explica el concepto de universo, orígenes del universo, organización del sistema solar y aparición de las primeras formas de vida en la tierra.
Propone diseños del sistema solar según las teorías de geocéntrica y heliocéntrica.
Desempeños esperados
Reconoce los orígenes del universo, la organización del sistema solar y sus diferentes teorías sobre la formación de los mismos.
Reconoce las estructuras de las células vegetales y animales. Además diferencia los tipos de sustancias que entran a la célula por osmosis y difusión; y los procesos de mitosis y meiosis en la división celular.
Pregunta generadora: ¿Cómo cree usted que se originó la creación del universo y la vida?
Contenidos.
1. Orígenes del universo.
2. El sistema solar.
3. Organización del sistema solar.
4. El origen de la vida.
5. La teoría celular.
6. Nutrición celular.
7. Clases de células.
Dinámica metodológica.
1. Presentación y lectura del plan de trabajo.
2. Lectura por parte de los estudiantes del texto guía.
3. Socialización y discusión de las lecturas realizadas, para confrontar los conocimiento sobre el tema.
4. Verificación mediante la aplicación de actividades de los niveles de comprensión, con respecto al tema dado.
Bibliografía.
Esteban Carrillo Chica, Alba Nubia Muñoz Mantilla, Nubia Elsy Samacá Prieto. Nuevas ciencias naturales. Ed. Santillana..2007
ACTIVIDAD.
La Creación del Espacio
Hace 13.700 Millones de años se produjo un acontecimiento que dio origen a nuestro universo y a todo lo que conocemos.
La naturaleza de ese acontecimiento es algo que aún ignoramos, lo mismo que lo que pudiera existir o suceder antes de ese momento, pero todo cuanto ocurrió después es algo de lo que la ciencia cada vez sabe más cosas.
Fue un acontecimiento indescriptible, casi inimaginable, toda la energía del universo concentrada en un punto millones de veces más pequeño que la cabeza de un alfiler.
Y no es que pudiera verse desde fuera: ¡No había “fuera”!
Nuestro universo tenía el tamaño de una partícula, pero era TODO lo que existía. No había ningún punto fuera del universo desde el cual pudiéramos mirar.
Fuera del universo no existía ni siquiera el espacio.
Y sin embargo, la mayoría de los científicos y físicos que estudian la estructura del espacio y la composición íntima de la materia, insisten en subrayar que nuestro espacio tiene nueve o diez dimensiones, no las únicas tres que nosotros percibimos.
A quien le cueste trabajo imaginar tal cosa, yo le sugiero el ejemplo de una onda.
Imaginad un extenso lago de aguas cristalinas bajo un tranquilo cielo primaveral y rodeado de un hermoso paisaje.
Desde la orilla, un niño arroja una piedra que cae en el centro del lago y desde allí nace una onda que se aleja en un círculo perfecto hacia las orillas del lago.
Un momento antes del choque, la onda no existe. La superficie del lago está completamente lisa, pero hacia ella se dirige una piedra con una cierta cantidad de energía.
En el momento del choque se produce una situación caótica, la piedra rompe la superficie del agua provocando diversas salpicaduras. La resistencia del agua frena la piedra y una parte importante de la energía cinética de la piedra se transfiere al agua, en el punto en el que han chocado.
Una vez que la piedra ya ha atravesado la superficie, toda la energía transferida desde la piedra actúa de forma caótica, pero en cuestión de milésimas de segundo las fuerzas de choque entre las moléculas de agua se alinean, entran en fase y actúan de forma coordinada con sus moléculas vecinas.
El resultado es que se forma una onda circular, y esta onda va creciendo y alejándose del punto del choque.
Conforme la onda avanza y se aleja del centro, también se hace más grande, calculándose su tamaño por la fórmula de la circunferencia, 2 · PI · r.
La energía contenida en toda la onda es constante, y al hacerse más grande la densidad de energía por cada centímetro de onda es menor.
Y si unos mosquitos están haciendo surf en la onda, conforme crece, cada uno de ellos vería cómo los demás se alejan de él, y los más lejanos se alejan más rápido que los más cercanos. Pero es una impresión equivocada. En realidad, todos los surfistas podrían estar detenidos en la onda, sin desplazarse a derecha ni izquierda, pero la distancia entre ellos aumentará conforme la onda se haga más grande.
Un surfista puede desplazarse a derecha y a izquierda dentro de la onda, pero no puede superar una cierta velocidad límite, si lo hace se saldrá de la ola y nunca podrá volver a ella. Y como la velocidad límite depende de la altura de la ola, eso significa que conforme pase el tiempo, conforme la ola se extienda y tenga menos altura, menos energía por centímetro, la velocidad límite será cada vez menor.
Pues bien, nuestro universo tiene exactamente todas esas mismas características, pero en vez de tener una sola dimensión tiene tres. Y en vez de producirse sobre una superficie de dos dimensiones, la onda que es nuestro universo avanza sobre un espacio (hipersuperficie o membrana) de cuatro dimensiones.
Todo empezó como una perturbación en una membrana de cuatro dimensiones. Esa perturbación dejó una cierta cantidad de energía que actuó de forma caótica durante breves instantes para luego convertirse en una onda de tres dimensiones que avanza, alejándose de su centro, por una superficie de cuatro dimensiones.
Es decir, nuestro universo tiene tres dimensiones, y se expande, pero no se expande a través de ninguna de esas tres dimensiones en las que vivimos, sino que lo hace a través de una dimensión que nosotros no podemos ver. Igual que, si el universo fuera plano, de dos dimensiones, un ser de dos dimensiones no sería capaz de señalar, ni siquiera percibir por ninguno de sus sentidos, la tercera dimensión.
Consecuencias físicas.
Nuestro universo, tal como si fuera una onda, se ha alejado durante 13.700 MM de años desde su centro, un centro situado en una cuarta dimensión, en una dirección que nosotros, seres tridimensionales, no podemos ver ni señalar. Si la velocidad a la que el universo se expande a través de esa dimensión fuese la misma velocidad de la luz, el tamaño actual del universo será (2 · PI · r) de unos 86.000 MM de años luz.
La forma en que nuestro universo se expande tiene una consecuencia inmediata, y es que la distancia entre dos puntos cualesquiera de la onda aumenta de forma constante, aún estando inmóviles cada uno en su lugar respectivo. Y aumenta más rápido mientras más alejados están entre sí.
Desde cualquier punto del universo tendremos la impresión de que las galaxias lejanas se alejan de nosotros, y cuanto más lejos están más rápido se alejan, pero es una sensación errónea. Dos galaxias pueden estar detenidas en el espacio y, a pesar de estar detenidas, la distancia entre ellas estará aumentando. Y puede llegar un punto en que una galaxia lo bastante lejana a nosotros, aún estando detenida en el espacio, parecerá alejarse a una velocidad superior a la de la luz. Y, aún así, su luz, tarde o temprano, llegará hasta nosotros.
Con otra salvedad, que como la cantidad de energía de la onda es cada vez menor, la velocidad de la luz disminuye con la edad del universo, de forma muy leve, tanto que en miles de años apenas notaremos una minúscula diferencia, pero sí lo suficiente para que al ver hoy la luz emitida por galaxias muy lejanas y antiguas, tan antiguas que en aquella época la velocidad de la luz era sensiblemente superior a la actual, tengamos la errónea impresión de que las galaxias más lejanas parecen estar acelerándose, cuando en realidad la velocidad a la que crece la distancia entre dos galaxias determinadas será siempre constante.
Y, por último, la trayectoria que sigue la luz desde una galaxia lejana hasta nosotros es una línea recta dentro de las tres dimensiones que componen el espacio en que vivimos, pero es una línea curva en el espacio tetradimensional por el que viajamos. Tal como una línea recta dibujada sobre la superficie terrestre es recta en las dos dimensiones de la superficie planetaria pero está curvada alrededor de un punto, el centro del planeta, situado fuera de la superficie planetaria, en una dirección que, si existieran seres bidimensionales viviendo en la superficie del planeta, ellos no serían capaces de mirar, señalar con sus dedos, ni siquiera comprender, tal como nosotros, seres tridimensionales, no podemos mirar, señalar o imaginar una dirección situada en una cuarta dimensión.
Y aún más, como nuestro universo se está expandiendo, la curva seguida por la luz emitida desde una galaxia sigue una trayectoria que tampoco es circular, sino una espiral logarítmica, una espiral que se va haciendo más y más grande conforme se expande el universo. Así, la distancia recorrida por la luz desde una galaxia lejana hasta nosotros es un segmento de espiral logarítmica, que siempre es más largo que la curva circular de origen, por lo que la aplicación de los cálculos de distancias de galaxias lejanas nos pueden dar la impresión de que el universo se expande cada vez más rápido. Tal como ya se ha dicho antes, en el caso de la disminución de la velocidad de la luz, esa también es una impresión errónea, pero mientras no entendamos realmente cuál es la naturaleza exacta del universo, todos los cálculos que hagamos sobre su edad y tamaño estarán sesgados erróneamente.
Es más, siendo la trayectoria de los rayos de luz una espiral logarítmica, eso significa que la luz procedente de galaxias situadas en el extremo opuesto de nuestro universo tarde o temprano llegará hasta nosotros, aún cuando la distancia entre esas galaxias y nosotros esté aumentando mucho más rápido que la velocidad de la luz. Cuando nuestros telescopios tengan la capacidad de observar esas galaxias, su luz tendrá un desplazamiento tal que nos parecerá que se están alejando de nosotros mucho más rápido que la velocidad de la luz, a pesar de lo cual su luz habrá llegado hasta nosotros en un plazo perfectamente previsible de tiempo.
Si esta imagen del universo se confirma, muchos de los cálculos realizados tendrán que rehacerse, posiblemente la edad del universo sea de algo menos de la estimada hasta ahora, también su tamaño, y la velocidad de la luz sería muchísimo más grande en los primeros segundos desde el Big Bang, aunque su velocidad disminuya de forma inversamente exponencial, por lo que en la actualidad disminuye con tanta lentitud que las pequeñas discrepancias que hayamos detectado han podido ser confundidas con errores de los instrumentos de medida.
Asímismo, la distancia a las galaxias más lejanas deberán recalcularse teniendo en cuenta que la luz ha seguido una trayectoria no recta ni circular, sino de espiral logarítmica, lo que nos permitirá corregir la opinión ampliamente extendida de que la expansión del universo se está acelerando.
ESO es el Universo. Mejor dicho, Nuestro Universo. Un espacio de tres dimensiones que se expande como una onda a través de una “superficie” de cuatro dimensiones, y su interacción con las otras dimensiones del espacio son las que generan las fuerzas gravitatorias, electromagnéticas y nucleares que ponen orden en el caos cuántico del universo.
Características generales de las células
Hay células de formas y tamaños muy variados. Algunas de las células bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica de menos de una micra o µm (1 µm es igual a una millonésima de metro) de longitud. En el extremo opuesto se encuentran las células nerviosas, corpúsculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular). todas las células vegetales tienen entre 20 y 30 µm de longitud, forma poligonal y pared rígida. Las células de los tejidos animales suelen ser compactas, entre 10 y 20 µm de diámetro y con una membrana superficial deformable y casi siempre muy plegada.
Pese a las muchas diferencias de aspecto y función, todas las células están envueltas en una membrana —llamada membrana plasmática— que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma. En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar residuos. El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (término que proviene de una palabra griega que significa cambio). Todas las células contienen información hereditaria codificada en moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN); esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a la descendencia. Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas moléculas idénticas o casi idénticas) demuestran que hay una relación evolutiva entre las células actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra.
Composición química
En los organismos vivos no hay nada que contradiga las leyes de la química y la física. La química de los seres vivos, objeto de estudio de la bioquímica, está dominada por compuestos de carbono y se caracteriza por reacciones acaecidas en solución acuosa y en un intervalo de temperaturas pequeño. La química de los organismos vivientes es muy compleja, más que la de cualquier otro sistema químico conocido. Está dominada y coordinada por polímeros de gran tamaño, moléculas formadas por encadenamiento de subunidades químicas; las propiedades únicas de estos compuestos permiten a células y organismos crecer y reproducirse. Los tipos principales de macromoléculas son las proteínas, formadas por cadenas lineales de aminoácidos; los ácidos nucleicos, ADN y ARN, formados por bases nucleotídicas, y los polisacáridos, formados por subunidades de azúcares.
Células procarióticas y eucarióticas
Entre las células procarióticas y eucarióticas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna. Las procarióticas, que comprenden bacterias y cianobacterias (antes llamadas algas verdeazuladas), son células pequeñas, entre 1 y 5 µm de diámetro, y de estructura sencilla; el material genético (ADN) está concentrado en una región, pero no hay ninguna membrana que separe esta región del resto de la célula. Las células eucarióticas, que forman todos los demás organismos vivos, incluidos protozoos, plantas, hongos y animales, son mucho mayores (entre 10 y 50 µm de longitud) y tienen el material genético envuelto por una membrana que forma un órgano esférico conspicuo llamado núcleo. De hecho, el término eucariótico deriva del griego ‘núcleo verdadero’, mientras que procariótico significa ‘antes del núcleo’.
Partes de la célula
El núcleo
El órgano más conspicuo en casi todas las células animales y vegetales es el núcleo; está rodeado de forma característica por una membrana, es esférico y mide unas 5 µm de diámetro. Dentro del núcleo, las moléculas de ADN y proteínas están organizadas en cromosomas que suelen aparecer dispuestos en pares idénticos. Los cromosomas están muy retorcidos y enmarañados y es difícil identificarlos por separado. Pero justo antes de que la célula se divida, se condensan y adquieren grosor suficiente para ser detectables como estructuras independientes. El ADN del interior de cada cromosoma es una molécula única muy larga y arrollada que contiene secuencias lineales de genes. Éstos encierran a su vez instrucciones codificadas para la construcción de las moléculas de proteínas y ARN necesarias para producir una copia funcional de la célula.
El núcleo está rodeado por una membrana doble, y la interacción con el resto de la célula (es decir, con el citoplasma) tiene lugar a través de unos orificios llamados poros nucleares. El nucleolo es una región especial en la que se sintetizan partículas que contienen ARN y proteína que migran al citoplasma a través de los poros nucleares y a continuación se modifican para transformarse en ribosomas.
El núcleo controla la síntesis de proteínas en el citoplasma enviando mensajeros moleculares. El ARN mensajero (ARNm) se sintetiza de acuerdo con las instrucciones contenidas en el ADN y abandona el núcleo a través de los poros. Una vez en el citoplasma, el ARNm se acopla a los ribosomas y codifica la estructura primaria de una proteína específica.
Citoplasma y citosol
El citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo. Engloba numerosas estructuras especializadas y orgánulos, como se describirá más adelante.
La solución acuosa concentrada en la que están suspendidos los orgánulos se llama citosol. Es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de moléculas grandes y pequeñas, y en la mayor parte de las células es, con diferencia, el compartimiento más voluminoso (en las bacterias es el único compartimiento intracelular). En el citosol se producen muchas de las funciones más importantes de mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposición de moléculas nutritivas y la síntesis de muchas de las grandes moléculas que constituyen la célula.
Aunque muchas moléculas del citosol se encuentran en estado de solución verdadera y se desplazan con rapidez de un lugar a otro por difusión libre, otras están ordenadas de forma rigurosa. Estas estructuras ordenadas confieren al citosol una organización interna que actúa como marco para la fabricación y descomposición de grandes moléculas y canaliza muchas de las reacciones químicas celulares a lo largo de vías restringidas.
Citoesqueleto
El citoesqueleto es una red de filamentos proteicos del citosol que ocupa el interior de todas las células animales y vegetales. Adquiere una relevancia especial en las animales, que carecen de pared celular rígida, pues el citoesqueleto mantiene la estructura y la forma de la célula. Actúa como bastidor para la organización de la célula y la fijación de orgánulos y enzimas. También es responsable de muchos de los movimientos celulares. En muchas células, el citoesqueleto no es una estructura permanente, sino que se desmantela y se reconstruye sin cesar. Se forma a partir de tres tipos principales de filamentos proteicos: microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios, unidos entre sí y a otras estructuras celulares por diversas proteínas.
Los movimientos de las células eucarióticas están casi siempre mediatizados por los filamentos de actina o los microtúbulos. Muchas células tienen en la superficie pelos flexibles llamados cilios o flagelos, que contienen un núcleo formado por un haz de microtúbulos capaz de desarrollar movimientos de flexión regulares que requieren energía. Los espermatozoides nadan con ayuda de flagelos, por ejemplo, y las células que revisten el intestino y otros conductos del cuerpo de los vertebrados tienen en la superficie numerososcilios que impulsan líquidos y partículas en una dirección determinada. Se encuentran grandes haces de filamentos de actina en las células musculares donde, junto con una proteína llamada miosina, generan contracciones poderosas. Los movimientos asociados con la división celular dependen en animales y plantas de los filamentos de actina y los microtúbulos, que distribuyen los cromosomas y otros componentes celulares entre las dos células hijas en fase de segregación. Las células animales y vegetales realizan muchos otros movimientos para adquirir una forma determinada o para conservar su compleja estructura interna.
Mitocondrias y cloroplastos
Las mitocondrias son uno de los orgánulos más conspicuos del citoplasma y se encuentran en casi todas las células eucarióticas. Observadas al microscopio, presentan una estructura característica: la mitocondria tiene forma alargada u oval de varias micras de longitud y está envuelta por dos membranas distintas, una externa y otra interna, muy replegada.
Las mitocondrias son los orgánulos productores de energía. La célula necesita energía para crecer y multiplicarse, y las mitocondrias aportan casi toda esta energía realizando las últimas etapas de la descomposición de las moléculas de los alimentos. Estas etapas finales consisten en el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono, proceso llamado respiración, por su similitud con la respiración pulmonar. Sin mitocondrias, los animales y hongos no serían capaces de utilizar oxígeno para extraer toda la energía de los alimentos y mantener con ella el crecimiento y la capacidad de reproducirse. Los organismos llamados anaerobios viven en medios sin oxígeno, y todos ellos carecen de mitocondrias.
Los cloroplastos son orgánulos aún mayores y se encuentran en las células de plantas y algas, pero no en las de animales y hongos. Su estructura es aún más compleja que la mitocondrial: además de las dos membranas de la envoltura, tienen numerosos sacos internos formados por membrana que encierran el pigmento verde llamado clorofila. Desde el punto de vista de la vida terrestre, los cloroplastos desempeñan una función aún más esencial que la de las mitocondrias: en ellos ocurre la fotosíntesis; esta función consiste en utilizar la energía de la luz solar para activar la síntesis de moléculas de carbono pequeñas y ricas en energía, y va acompañado de liberación de oxígeno. Los cloroplastos producen tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno que utilizan las mitocondrias.
Membranas internas
Núcleos, mitocondrias y cloroplastos no son los únicos orgánulos internos de las células eucarióticas delimitados por membranas. El citoplasma contiene también muchos otros orgánulos envueltos por una membrana única que desempeñan funciones diversas. Casi todas guardan relación con la introducción de materias primas y la expulsión de sustancias elaboradas y productos de desecho por parte de la célula. Por ello, en las células especializadas en la secreción de proteínas, por ejemplo, determinados orgánulos están muy atrofiados; en cambio, los orgánulos son muy numerosos en las células de los vertebrados superiores especializadas en capturar y digerir los virus y bacterias que invaden el organismo.
La mayor parte de los componentes de la membrana celular se forman en una red tridimensional irregular de espacios rodeada a su vez por una membrana y llamada retículo endoplasmático (RE), en el cual se forman también los materiales que son expulsados por la célula. El aparato de Golgi está formado por pilas de sacos aplanados envueltos en membrana; este aparato recibe las moléculas formadas en el retículo endoplasmático, las transforma y las dirige hacia distintos lugares de la célula.
Los lisosomas son pequeños orgánulos de forma irregular que contienen reservas de enzimas necesarias para la digestión celular de numerosas moléculas indeseables. Los peroxisomas son vesículas pequeñas envueltas en membrana que proporcionan un sustrato delimitado para reacciones en las cuales se genera y degrada peróxido de hidrógeno, un compuesto reactivo que puede ser peligroso para la célula. Las membranas forman muchas otras vesículas pequeñas encargadas de transportar materiales entre orgánulos. En una célula animal típica, los orgánulos limitados por membrana pueden ocupar hasta la mitad del volumen celular total.
División celular
Las plantas y los animales están formados por miles de millones de células individuales organizadas en tejidos y órganos que cumplen funciones específicas. Todas las células de cualquier planta o animal han surgido a partir de una única célula inicial —el óvulo fecundado— por un proceso de división. El óvulo fecundado se divide y forma dos células hijas idénticas, cada una de las cuales contiene un juego de cromosomas idéntico al de la célula parental. Después cada una de las células hijas vuelve a dividirse de nuevo, y así continúa el proceso. Salvo en la primera división del óvulo, todas las células crecen hasta alcanzar un tamaño aproximado al doble del inicial antes de dividirse. En este proceso, llamado mitosis, se duplica el número de cromosomas (es decir, el ADN) y cada uno de los juegos duplicados se desplaza sobre una matriz de microtúbulos hacia un polo de la célula en división, y constituirá la dotación cromosómica de cada una de las dos células hijas que se forman.
Pasos para la realización de la división de las células
Célula
La célula es una unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. Todos los organismos vivos están formados por células, y en general se acepta que ningún organismo es un vivo si no consta al menos de una célula. Algunos organismos microscópicos, como bacterias y protozoos, son células únicas, mientras que los animales y plantas están formados por muchos millones de células organizadas en tejidos y órganos. Aunque los virus y los extractos acelulares realizan muchas de las funciones propias de la célula viva, carecen de vida independiente, capacidad de y reproducción propias de las células y, por tanto, no se consideran seres vivos. La biología estudia las células en función de su constitución molecular y la forma en que cooperan entre sí para constituir organismos muy complejos, como el ser humano. Para poder comprender cómo funciona el cuerpo humano, cómo se desarrolla y envejece y qué falla en caso de enfermedad, es imprescindible conocer las células que lo constituyen.Características generales de las células
Hay células de formas y tamaños muy variados. Algunas de las células bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica de menos de una micra o µm (1 µm es igual a una millonésima de metro) de longitud. En el extremo opuesto se encuentran las células nerviosas, corpúsculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular). todas las células vegetales tienen entre 20 y 30 µm de longitud, forma poligonal y pared rígida. Las células de los tejidos animales suelen ser compactas, entre 10 y 20 µm de diámetro y con una membrana superficial deformable y casi siempre muy plegada.
Pese a las muchas diferencias de aspecto y función, todas las células están envueltas en una membrana —llamada membrana plasmática— que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma. En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar residuos. El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (término que proviene de una palabra griega que significa cambio). Todas las células contienen información hereditaria codificada en moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN); esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a la descendencia. Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas moléculas idénticas o casi idénticas) demuestran que hay una relación evolutiva entre las células actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra.
Composición química
En los organismos vivos no hay nada que contradiga las leyes de la química y la física. La química de los seres vivos, objeto de estudio de la bioquímica, está dominada por compuestos de carbono y se caracteriza por reacciones acaecidas en solución acuosa y en un intervalo de temperaturas pequeño. La química de los organismos vivientes es muy compleja, más que la de cualquier otro sistema químico conocido. Está dominada y coordinada por polímeros de gran tamaño, moléculas formadas por encadenamiento de subunidades químicas; las propiedades únicas de estos compuestos permiten a células y organismos crecer y reproducirse. Los tipos principales de macromoléculas son las proteínas, formadas por cadenas lineales de aminoácidos; los ácidos nucleicos, ADN y ARN, formados por bases nucleotídicas, y los polisacáridos, formados por subunidades de azúcares.
Células procarióticas y eucarióticas
Entre las células procarióticas y eucarióticas hay diferencias fundamentales en cuanto a tamaño y organización interna. Las procarióticas, que comprenden bacterias y cianobacterias (antes llamadas algas verdeazuladas), son células pequeñas, entre 1 y 5 µm de diámetro, y de estructura sencilla; el material genético (ADN) está concentrado en una región, pero no hay ninguna membrana que separe esta región del resto de la célula. Las células eucarióticas, que forman todos los demás organismos vivos, incluidos protozoos, plantas, hongos y animales, son mucho mayores (entre 10 y 50 µm de longitud) y tienen el material genético envuelto por una membrana que forma un órgano esférico conspicuo llamado núcleo. De hecho, el término eucariótico deriva del griego ‘núcleo verdadero’, mientras que procariótico significa ‘antes del núcleo’.
Partes de la célula
El núcleo
El órgano más conspicuo en casi todas las células animales y vegetales es el núcleo; está rodeado de forma característica por una membrana, es esférico y mide unas 5 µm de diámetro. Dentro del núcleo, las moléculas de ADN y proteínas están organizadas en cromosomas que suelen aparecer dispuestos en pares idénticos. Los cromosomas están muy retorcidos y enmarañados y es difícil identificarlos por separado. Pero justo antes de que la célula se divida, se condensan y adquieren grosor suficiente para ser detectables como estructuras independientes. El ADN del interior de cada cromosoma es una molécula única muy larga y arrollada que contiene secuencias lineales de genes. Éstos encierran a su vez instrucciones codificadas para la construcción de las moléculas de proteínas y ARN necesarias para producir una copia funcional de la célula.
El núcleo está rodeado por una membrana doble, y la interacción con el resto de la célula (es decir, con el citoplasma) tiene lugar a través de unos orificios llamados poros nucleares. El nucleolo es una región especial en la que se sintetizan partículas que contienen ARN y proteína que migran al citoplasma a través de los poros nucleares y a continuación se modifican para transformarse en ribosomas.
El núcleo controla la síntesis de proteínas en el citoplasma enviando mensajeros moleculares. El ARN mensajero (ARNm) se sintetiza de acuerdo con las instrucciones contenidas en el ADN y abandona el núcleo a través de los poros. Una vez en el citoplasma, el ARNm se acopla a los ribosomas y codifica la estructura primaria de una proteína específica.
Citoplasma y citosol
El citoplasma comprende todo el volumen de la célula, salvo el núcleo. Engloba numerosas estructuras especializadas y orgánulos, como se describirá más adelante.
La solución acuosa concentrada en la que están suspendidos los orgánulos se llama citosol. Es un gel de base acuosa que contiene gran cantidad de moléculas grandes y pequeñas, y en la mayor parte de las células es, con diferencia, el compartimiento más voluminoso (en las bacterias es el único compartimiento intracelular). En el citosol se producen muchas de las funciones más importantes de mantenimiento celular, como las primeras etapas de descomposición de moléculas nutritivas y la síntesis de muchas de las grandes moléculas que constituyen la célula.
Aunque muchas moléculas del citosol se encuentran en estado de solución verdadera y se desplazan con rapidez de un lugar a otro por difusión libre, otras están ordenadas de forma rigurosa. Estas estructuras ordenadas confieren al citosol una organización interna que actúa como marco para la fabricación y descomposición de grandes moléculas y canaliza muchas de las reacciones químicas celulares a lo largo de vías restringidas.
Citoesqueleto
El citoesqueleto es una red de filamentos proteicos del citosol que ocupa el interior de todas las células animales y vegetales. Adquiere una relevancia especial en las animales, que carecen de pared celular rígida, pues el citoesqueleto mantiene la estructura y la forma de la célula. Actúa como bastidor para la organización de la célula y la fijación de orgánulos y enzimas. También es responsable de muchos de los movimientos celulares. En muchas células, el citoesqueleto no es una estructura permanente, sino que se desmantela y se reconstruye sin cesar. Se forma a partir de tres tipos principales de filamentos proteicos: microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios, unidos entre sí y a otras estructuras celulares por diversas proteínas.
Los movimientos de las células eucarióticas están casi siempre mediatizados por los filamentos de actina o los microtúbulos. Muchas células tienen en la superficie pelos flexibles llamados cilios o flagelos, que contienen un núcleo formado por un haz de microtúbulos capaz de desarrollar movimientos de flexión regulares que requieren energía. Los espermatozoides nadan con ayuda de flagelos, por ejemplo, y las células que revisten el intestino y otros conductos del cuerpo de los vertebrados tienen en la superficie numerososcilios que impulsan líquidos y partículas en una dirección determinada. Se encuentran grandes haces de filamentos de actina en las células musculares donde, junto con una proteína llamada miosina, generan contracciones poderosas. Los movimientos asociados con la división celular dependen en animales y plantas de los filamentos de actina y los microtúbulos, que distribuyen los cromosomas y otros componentes celulares entre las dos células hijas en fase de segregación. Las células animales y vegetales realizan muchos otros movimientos para adquirir una forma determinada o para conservar su compleja estructura interna.
Mitocondrias y cloroplastos
Las mitocondrias son uno de los orgánulos más conspicuos del citoplasma y se encuentran en casi todas las células eucarióticas. Observadas al microscopio, presentan una estructura característica: la mitocondria tiene forma alargada u oval de varias micras de longitud y está envuelta por dos membranas distintas, una externa y otra interna, muy replegada.
Las mitocondrias son los orgánulos productores de energía. La célula necesita energía para crecer y multiplicarse, y las mitocondrias aportan casi toda esta energía realizando las últimas etapas de la descomposición de las moléculas de los alimentos. Estas etapas finales consisten en el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono, proceso llamado respiración, por su similitud con la respiración pulmonar. Sin mitocondrias, los animales y hongos no serían capaces de utilizar oxígeno para extraer toda la energía de los alimentos y mantener con ella el crecimiento y la capacidad de reproducirse. Los organismos llamados anaerobios viven en medios sin oxígeno, y todos ellos carecen de mitocondrias.
Los cloroplastos son orgánulos aún mayores y se encuentran en las células de plantas y algas, pero no en las de animales y hongos. Su estructura es aún más compleja que la mitocondrial: además de las dos membranas de la envoltura, tienen numerosos sacos internos formados por membrana que encierran el pigmento verde llamado clorofila. Desde el punto de vista de la vida terrestre, los cloroplastos desempeñan una función aún más esencial que la de las mitocondrias: en ellos ocurre la fotosíntesis; esta función consiste en utilizar la energía de la luz solar para activar la síntesis de moléculas de carbono pequeñas y ricas en energía, y va acompañado de liberación de oxígeno. Los cloroplastos producen tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno que utilizan las mitocondrias.
Membranas internas
Núcleos, mitocondrias y cloroplastos no son los únicos orgánulos internos de las células eucarióticas delimitados por membranas. El citoplasma contiene también muchos otros orgánulos envueltos por una membrana única que desempeñan funciones diversas. Casi todas guardan relación con la introducción de materias primas y la expulsión de sustancias elaboradas y productos de desecho por parte de la célula. Por ello, en las células especializadas en la secreción de proteínas, por ejemplo, determinados orgánulos están muy atrofiados; en cambio, los orgánulos son muy numerosos en las células de los vertebrados superiores especializadas en capturar y digerir los virus y bacterias que invaden el organismo.
La mayor parte de los componentes de la membrana celular se forman en una red tridimensional irregular de espacios rodeada a su vez por una membrana y llamada retículo endoplasmático (RE), en el cual se forman también los materiales que son expulsados por la célula. El aparato de Golgi está formado por pilas de sacos aplanados envueltos en membrana; este aparato recibe las moléculas formadas en el retículo endoplasmático, las transforma y las dirige hacia distintos lugares de la célula.
Los lisosomas son pequeños orgánulos de forma irregular que contienen reservas de enzimas necesarias para la digestión celular de numerosas moléculas indeseables. Los peroxisomas son vesículas pequeñas envueltas en membrana que proporcionan un sustrato delimitado para reacciones en las cuales se genera y degrada peróxido de hidrógeno, un compuesto reactivo que puede ser peligroso para la célula. Las membranas forman muchas otras vesículas pequeñas encargadas de transportar materiales entre orgánulos. En una célula animal típica, los orgánulos limitados por membrana pueden ocupar hasta la mitad del volumen celular total.
División celular
Las plantas y los animales están formados por miles de millones de células individuales organizadas en tejidos y órganos que cumplen funciones específicas. Todas las células de cualquier planta o animal han surgido a partir de una única célula inicial —el óvulo fecundado— por un proceso de división. El óvulo fecundado se divide y forma dos células hijas idénticas, cada una de las cuales contiene un juego de cromosomas idéntico al de la célula parental. Después cada una de las células hijas vuelve a dividirse de nuevo, y así continúa el proceso. Salvo en la primera división del óvulo, todas las células crecen hasta alcanzar un tamaño aproximado al doble del inicial antes de dividirse. En este proceso, llamado mitosis, se duplica el número de cromosomas (es decir, el ADN) y cada uno de los juegos duplicados se desplaza sobre una matriz de microtúbulos hacia un polo de la célula en división, y constituirá la dotación cromosómica de cada una de las dos células hijas que se forman.
Pasos para la realización de la división de las células
- La célula se prepara para dividirse.
- Los cromosomas se dividen.
- Se forma el huso acromático.
- Las cromátidas se alinean en el centro de la célula.
- Las cromatidas se separan.
- La célula se estrecha por el centro.
- La membrana celular empieza a dividirse.
- Las dos nuevas células hijas reciben la misma dotación cromosómica.
Enlaces de interes.
http://www.maslibertad.net/ciencia/OrigenUniverso.html
http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/Celula.htm
http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/Celula.htm
