La célula: unidad estructural, funcional y reproductiva
La célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos. También es la unidad reproductiva, porque toda célula procede de otra célula que ya existía.
En este repaso vas a recorrer la membrana, el citoplasma y las biomoléculas. Después vienen los organelos, el transporte, los dos tipos de célula y la división celular.
Cada apartado cierra con la señal que distingue un concepto de otro en un caso de examen. Al final encontrarás dos ejercicios resueltos y una lista de errores frecuentes.
La historia de la teoría celular se cuenta en la pieza sobre Schleiden, Schwann y Virchow. Los aumentos y los límites del instrumento están en el artículo sobre el microscopio.
La membrana plasmática: una frontera selectiva
Toda célula está rodeada por una membrana plasmática. Esa capa delgada separa el interior celular del medio que la rodea.
El modelo que la describe es el de mosaico fluido. Sus piezas se desplazan de lado y forman un mosaico que cambia con el tiempo.
La base es una doble capa de fosfolípidos. Cada fosfolípido tiene una cabeza afín al agua y dos colas que la rechazan.
Las cabezas quedan hacia las superficies acuosas. Las colas son apolares y se orientan hacia el interior de la bicapa, lejos del agua.
Las proteínas se clavan en la bicapa o se apoyan en sus caras. Funcionan como canales, como bombas y como receptores de señales.
Los carbohidratos de la cara externa actúan como marcas de identidad. Gracias a esas marcas una célula reconoce a sus vecinas.
En las células animales aparece además el colesterol. Ese lípido regula la fluidez de la membrana según la temperatura.
El resultado es una permeabilidad selectiva. La membrana deja pasar unas sustancias y frena o impide el paso de otras.
Muchas células llevan por fuera una pared celular. Esa cubierta rígida da sostén y protege, pero no decide qué sustancias entran.
Las plantas la construyen con celulosa, los hongos con quitina y las bacterias con peptidoglicano. El filtro real sigue siendo la membrana plasmática.
Las dos caras de la membrana tampoco son iguales. La externa lleva más carbohidratos y la interna se ancla al citoesqueleto.
Ese reparto explica por qué el interior celular conserva una composición distinta de la del medio. La membrana funciona como una frontera activa y no como un muro pasivo.
El citoplasma, la pared celular y las biomoléculas
El citoplasma va de la membrana a la envoltura nuclear. Lo forman el citosol y los organelos que flotan en él.
El citosol es un medio gelatinoso con agua, sales y moléculas orgánicas. Entre el 70 % y el 80 % de su masa es agua.
Allí ocurren muchas reacciones del metabolismo. La síntesis de proteínas y la primera etapa de la respiración figuran entre ellas.
El agua es la molécula más abundante de la célula. El resto de la masa corresponde a cuatro clases de moléculas orgánicas.
Esas clases son carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Todas se construyen sobre cadenas de carbono.
Los carbohidratos van de los azúcares simples a los polisacáridos. Su unidad repetida es el monosacárido, y la glucosa es el ejemplo más conocido.
La glucosa es el azúcar simple que las células degradan para obtener energía. Los animales la guardan como glucógeno en el hígado y en los músculos.
Las plantas reservan energía en forma de almidón. También usan celulosa para levantar su pared celular.
Los lípidos almacenan energía y reducen la pérdida de calor. En los animales de aguas frías forman una capa bajo la piel.
Los fosfolípidos combinan una parte afín al agua con otra que la rechaza. Esa doble naturaleza les permite formar dos capas enfrentadas.
Proteínas, enzimas y ácidos nucleicos
Las proteínas son cadenas de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Cada proteína adopta una forma tridimensional propia.
Esa forma depende del orden de sus aminoácidos. El calor, los ácidos o las sales fuertes la alteran sin cambiar la secuencia.
La proteína pierde su estructura y ya no puede recuperarla. Ese cambio irreversible se llama desnaturalización.
Al freír un huevo, la clara transparente se vuelve blanca y sólida. La proteína no cambió su secuencia, pero perdió su forma.
Muchas proteínas trabajan como enzimas. Una enzima acelera una reacción y no se consume en ella.
La enzima tiene una zona llamada sitio activo. Su forma encaja solo con la molécula sobre la que actúa, el sustrato.
Por eso cada enzima es específica de su sustrato. Si otra sustancia ocupa el sitio activo, la reacción se frena.
Los ácidos nucleicos son el ADN y el ARN. Ambos son cadenas de nucleótidos repetidos.
Cada nucleótido lleva un azúcar de cinco carbonos, un fosfato y una base nitrogenada. Las bases del ADN son adenina, timina, guanina y citosina.
En el ARN la timina se sustituye por uracilo. Esa base aparece solo en el ARN.
El ADN guarda la información genética dentro del núcleo. El ARN mensajero lleva una copia de esa información al citoplasma.
El recorrido del ADN al ARN y de allí a la proteína es el dogma central. Ese flujo explica cómo un gen produce una enzima.
Antes de dividirse, la célula copia todo su ADN. La ADN polimerasa añade los nucleótidos y la ADN ligasa une los fragmentos.
El código se lee en grupos de tres nucleótidos, llamados codones. Con las cuatro bases en grupos de tres se forman 64 combinaciones.
Solo 20 aminoácidos distintos forman las proteínas. Tres de las 64 combinaciones no codifican ninguno y marcan el final de la cadena.
Los organelos y el reparto del trabajo celular
Los organelos son compartimentos con una tarea concreta. Casi todos están rodeados por una membrana.
El núcleo guarda el ADN y dirige la actividad celular. Su envoltura doble separa el material genético del citoplasma.
Dentro del núcleo hay una región densa llamada nucléolo. Allí se ensamblan los ribosomas.
Las mitocondrias producen la mayor parte del ATP de la célula. Ese ATP alimenta las reacciones que consumen energía.
En ellas se completa la respiración celular con oxígeno. La glucosa empieza a degradarse en el citoplasma y sigue allí.
Las mitocondrias tienen doble membrana, ribosomas y ADN circular propio. Esas semejanzas con las bacterias sustentan su origen endosimbiótico.
Los ribosomas fabrican proteínas uniendo aminoácidos. Aparecen libres en el citoplasma o adheridos al retículo endoplasmático.
El retículo endoplasmático es un sistema de canales membranosos. El rugoso lleva ribosomas y sintetiza proteínas.
El retículo liso no lleva ribosomas. Produce lípidos y transforma sustancias tóxicas.
El complejo de Golgi recibe las proteínas del retículo. Las modifica, las empaqueta y las dirige a su destino final.
En las células del páncreas ese recorrido termina en la superficie. Allí una vesícula se fusiona con la membrana y libera la hormona.
Los lisosomas son vesículas con enzimas digestivas. Su interior ácido las activa y degrada el material incorporado.
Si esas vesículas no se fusionan con el material que deben digerir, ese material se acumula dentro de la célula. Ese es el efecto que se busca en los casos sobre digestión celular.
Los peroxisomas descomponen ácidos grasos y sustancias tóxicas. Allí se forma y se destruye el peróxido de hidrógeno.
Las vacuolas almacenan agua, sales y nutrientes. La vacuola central de la célula vegetal mantiene la firmeza del tejido.
Los cloroplastos capturan la energía de la luz. También tienen doble membrana, ribosomas y ADN propio.
El oxígeno que liberan lo usan las mitocondrias. Así quedan conectadas la fotosíntesis y la respiración celular.
| Organelo | Función principal | Pista que lo delata |
|---|---|---|
| Mitocondria | Produce ATP mediante la respiración celular | Se menciona gasto de oxígeno o de energía |
| Complejo de Golgi | Modifica, empaqueta y dirige proteínas | Una proteína sale de la célula hacia la sangre |
| Lisosoma | Digiere material con enzimas en medio ácido | Aparecen restos sin degradar dentro de la célula |
| Peroxisoma | Degrada ácidos grasos y peróxido de hidrógeno | Se menciona una sustancia tóxica que debe eliminarse |
| Cloroplasto | Captura la energía de la luz | Se habla de luz, de oxígeno liberado o de pigmentos verdes |
| Ribosoma | Une aminoácidos para formar proteínas | Se describe la fabricación de una proteína nueva |
El transporte: difusión, ósmosis y bombeo activo
La difusión simple lleva partículas de donde abundan a donde escasean. Ocurre sin gasto de energía.
Otras moléculas cruzan con ayuda de proteínas de canal o transportadoras. Ese paso se llama difusión facilitada y tampoco consume ATP.
La glucosa entra en muchas células por proteínas transportadoras. Si se bloquean, su entrada cae casi por completo.
El agua también cruza la membrana. Su paso hacia donde hay más solutos se llama ósmosis.
Una solución con menos solutos que el interior es hipotónica. El agua entra y la célula aumenta de volumen.
En un glóbulo rojo, esa entrada puede romper la membrana. La célula vegetal no se rompe porque la pared la contiene.
Una solución con más solutos es hipertónica. El agua sale, la célula se encoge y el tejido pierde firmeza.
Si las concentraciones se igualan, la solución es isotónica. El movimiento neto de agua se detiene.
El transporte activo mueve sustancias contra el gradiente. Por eso consume energía en forma de ATP.
La bomba de sodio y potasio es el ejemplo clásico. Introduce potasio aunque en el exterior esté más concentrado.
La membrana mantiene así concentraciones internas estables. Esa capacidad se llama homeostasis.
Las partículas grandes entran mediante vesículas. La membrana se pliega alrededor de la partícula y la lleva dentro.
La incorporación de líquido en gotas pequeñas es la pinocitosis. La de partículas grandes se llama fagocitosis.
La salida de material ocurre por exocitosis. Una vesícula se fusiona con la membrana y libera su contenido.
Las células del páncreas secretan hormonas así. La proteína viaja del retículo rugoso a Golgi y de allí a la membrana.
Procariotas, eucariotas y el ciclo de división
Las células se clasifican en dos grupos según su organización. La presencia del núcleo separa a procariotas de eucariotas.
Las células procariotas carecen de núcleo. Su material genético queda en el citoplasma, sin una membrana que lo delimite.
Tampoco tienen organelos membranosos ni mitocondrias. En cambio, sí poseen ribosomas y su ADN suele ser circular.
Las células eucariotas poseen un núcleo verdadero. Su ADN queda rodeado por una envoltura nuclear y repartido en cromosomas.
Además tienen organelos delimitados por membranas. Esa compartimentación permite realizar funciones incompatibles en espacios distintos.
Los eucariotas son en promedio mayores. Sus células forman los tejidos de animales, plantas, hongos y protistas.
Dentro de los eucariotas, la célula animal y la vegetal comparten casi todos sus organelos. Las diferencias están en la cubierta, la reserva y la fotosíntesis.
| Estructura | Célula animal | Célula vegetal |
|---|---|---|
| Pared celular | Ausente | Presente, formada por celulosa |
| Cloroplastos | Ausentes | Presentes en las partes verdes |
| Vacuola | Pequeñas y numerosas | Una vacuola central de gran tamaño |
| Reserva de energía | Glucógeno | Almidón |
| Forma celular | Variable y flexible | Más fija por la pared |
El ciclo celular comprende la interfase y la fase de división. Durante la interfase la célula crece y copia su ADN.
Después viene la mitosis, que reparte el material genético. Sus fases son profase, metafase, anafase y telofase.
En la profase la cromatina se condensa en cromosomas visibles. La envoltura nuclear se desorganiza.
En la metafase los cromosomas se alinean en el centro. En la anafase las cromátidas hermanas se separan hacia los polos.
En la telofase se forman dos núcleos nuevos. La citocinesis reparte el citoplasma y completa la separación.
La mitosis produce dos células hijas idénticas a la madre. Cada una conserva el mismo número de cromosomas.
En la especie humana las células somáticas tienen 46 cromosomas. Cada célula hija conserva esos 46.
La meiosis ocurre en las células reproductoras. Consta de dos divisiones sucesivas a partir de una célula.
De una célula madre se obtienen cuatro células hijas. Cada hija lleva la mitad de los cromosomas de la madre.
En la especie humana cada gameto lleva 23 cromosomas. Al unirse dos gametos, la célula resultante recupera 46.
La meiosis también mezcla la información genética. En la primera división los cromosomas homólogos intercambian fragmentos.
Así, la meiosis aporta variabilidad a la descendencia. La mitosis conserva la información sin cambios.
Las células procariotas también se dividen. Su división es más simple y no incluye mitosis ni meiosis.
Cómo se evalúa este tema en la prueba
Las preguntas de este bloque presentan un caso breve y piden reconocer el concepto. Rara vez piden una definición suelta.
Por eso conviene leer el caso con dos preguntas en mente. ¿Qué estructura aparece y qué función se describe?
Los dos ejemplos siguientes muestran el razonamiento completo. En el primero se calcula el sentido del agua; en el segundo, el número de células.
Ejemplo 1: ósmosis en un tejido vegetal
Situación: cuatro tiras de papa de 5,0 gramos se sumergen en soluciones de sacarosa de 0,0, 0,2, 0,4 y 0,6 mol por litro. Tras 30 minutos, las masas finales son 5,6 g, 5,2 g, 4,9 g y 4,4 g, en ese orden.
Hay que calcular el cambio porcentual de masa, indicar la dirección del agua y estimar la concentración interna del tejido.
- Paso 1. El cambio de masa resulta de restar la masa inicial a la final: +0,6 g, +0,2 g, menos 0,1 g y menos 0,6 g.
- Paso 2. El porcentaje sale de dividir cada cambio entre 5,0 g y multiplicar por 100.
- Paso 3. Los porcentajes son +12,0 %, +4,0 %, menos 2,0 % y menos 12,0 %.
- Paso 4. En 0,0 y 0,2 mol/L el medio es hipotónico. El agua entra y la masa sube.
- Paso 5. En 0,4 y 0,6 mol/L el medio es hipertónico. El agua sale y la masa baja.
- Paso 6. El medio isotónico es aquel donde la masa no cambia. Queda entre 0,2 y 0,4 mol/L.
- Paso 7. Al interpolar entre ambos valores se obtiene 0,33 mol/L.
Resultado: el agua entra en 0,0 y 0,2 mol/L y sale en 0,4 y 0,6 mol/L. La concentración interna del tejido ronda los 0,33 mol/L.
Ejemplo 2: cuántas células produce la mitosis
Situación: un cultivo comienza con 250 células y cada una se divide por mitosis cada 45 minutos. En ese momento, el 6 % de las células está en mitosis.
Hay que calcular el número de células al cabo de 3 horas y cuántas están en división en ese instante.
- Paso 1. Tres horas equivalen a 180 minutos.
- Paso 2. El número de rondas de división es 180 entre 45, es decir, 4.
- Paso 3. Cada ronda duplica el cultivo, así que el factor es 2 elevado a 4, que es 16.
- Paso 4. El total de células es 250 por 16, es decir, 4.000 células.
- Paso 5. La comprobación inversa es 4.000 entre 16, que devuelve las 250 iniciales.
- Paso 6. Las células en división son el 6 % de 4.000, es decir, 240 células.
Resultado: a las 3 horas el cultivo reúne 4.000 células y 240 de ellas están en división. Cada célula hija conserva los 46 cromosomas de la madre.
Al responder, conviene subrayar el verbo del enunciado. Ese verbo indica si se pide reconocer, comparar o aplicar el concepto.
También ayuda ubicar la escala del caso. Un organelo, una célula y un tejido se describen con palabras distintas.
- Distingue membrana de pared antes de elegir la opción.
- Asocia cada organelo con su función y con la pista que lo delata.
- Recuerda que la ósmosis mueve agua y que el transporte activo gasta ATP.
- Cuenta los cromosomas solo cuando el caso hable de división celular.
Conclusión
La célula es la unidad estructural, funcional y reproductiva de los seres vivos. Su membrana selectiva y sus organelos hacen posible la vida.
Las proteínas catalizan reacciones y los ácidos nucleicos guardan la información. La difusión, la ósmosis y el transporte activo mantienen estable el medio interno.
Los procariotas carecen de núcleo y los eucariotas lo poseen. La pared y los cloroplastos distinguen a la célula vegetal de la animal.
La mitosis conserva el número de cromosomas y la meiosis lo reduce. Ambas explican por qué cada célula procede de otra.
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Para seguir estudiando: La teoría celular: los aportes de Schleiden, Schwann y Virchow y El microscopio óptico: de Hooke y Leeuwenhoek al microscopio electrónico.
