Alfonso Calvo Gonzalez - Biologia celular biomedica

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Table of Contents 
Instrucciones para el acceso en línea 
Portada 
Índice de capítulos 
Página de créditos 
Dedicatoria 
Colaboradores 
Prefacio 
Agradecimientos 
Capítulo 1: Introducción a la biología de las células 
Introducción 
Organización celular de distintos organismos 
Organización de agentes subcelulares patógenos 
Capítulo 2: Cómo se estudian las células. Métodos y técnicas básicas en biología celular 
Introducción 
Microscopía óptica convencional 
Microscopía electrónica 
Procesamiento de muestras para microscopía óptica y electrónica 
Tecnología del ADN recombinante y aislamiento de ácidos nucleicos 
Reacción en cadena de la polimerasa 
Fingerprint de ADN 
Secuenciación de ADN 
Hibridación in situ de ácidos nucleicos 
Terapia génica 
Microarrays y microchips para estudios genómicos de expresión a gran escala 
Transferencia de ADN a células y embriones de mamíferos. Desarrollo de animales transgénicos y knock out 
 
3 
 
Técnicas citogenéticas 
Producción de anticuerpos policlonales y monoclonales 
ELISA 
Citometría de flujo 
Cultivos celulares 
Fraccionamiento celular y centrifugación diferencial 
Capítulo 3: Estructura de la membrana plasmática 
Introducción 
Modelos estructurales de la membrana: perspectiva histórica 
Singer y Nicolson: estructura en mosaico fluido 
Lípidos de membrana 
Balsas lipídicas 
El mosaico proteico 
La cubierta de glúcidos: estructura y función del glucocáliz 
Determinación de la temperatura de fusión de las membranas biológicas 
Cuestiones 
Respuestas 
Capítulo 4: Microtransporte a través de la membrana plasmática 
Introducción 
Transporte pasivo 
Transporte activo 
Importancia de los canales iónicos en la generación del potencial de membrana 
Ecuación de Nernst 
Capítulo 5: Macrotransporte a través de la membrana plasmática: endocitosis y exocitosis 
Introducción 
Endocitosis 
 
4 
 
Exocitosis 
Gemación y fusión de vesículas en los procesos de endocitosis y exocitosis 
Exocitosis y endocitosis en la sinapsis neuronal 
Mecanismos de infección que dependen del macrotransporte a través de la membrana plasmática 
Capítulo 6: Especializaciones de la membrana plasmática e interacción de la célula con su entorno 
Especializaciones de la membrana plasmática 
Membrana basal 
Matriz extracelular (MEC) 
Capítulo 7: El núcleo. Parte I: organización de la cromatina y conservación de la información genética 
Introducción 
Envoltura nuclear. Poros nucleares 
Organización del núcleo en interfase 
Estructura de la cromatina en interfase. Histonas 
Eucromatina y heterocromatina 
Cromosomas 
Complejidad del ADN humano. Tipos de secuencias en el ADN 
Proyecto genoma humano 
Replicación del ADN genómico 
Estabilidad y reordenamiento del ADN genómico 
Recombinación homóloga 
Mutación y reparación del ADN genómico 
Capítulo 8: El núcleo. Parte II: transcripción y maduración del ARN y estructura del nucléolo 
Introducción 
Síntesis del ARN: transcripción 
El nucléolo: expresión morfológica del proceso de transcripción 
Maduración del ARN 
 
5 
 
Metabolismo del ARN maduro 
Capítulo 9: Síntesis y modificación de proteínas 
Introducción 
Maquinaria para la síntesis proteica 
Código genético 
Proceso de síntesis proteica en los ribosomas 
Estructura tridimensional, plegamiento y localización de las proteínas 
Modificaciones postraduccionales y regulación de la función proteica 
Degradación de proteínas 
Uso biomédico de proteínas recombinantes 
Capítulo 10: Sistema de endomembranas celulares: retículo endoplasmático, aparato de Golgi y lisosomas 
Introducción 
Retículo endoplasmático rugoso 
Retículo endoplasmático liso 
Aparato de Golgi 
Lisosomas 
Capítulo 11: Mitocondrias y peroxisomas. Bioenergética y metabolismo oxidativo 
Estructura y composición de las mitocondrias 
Genoma mitocondrial 
Incorporación de proteínas a la mitocondria 
Metabolismo oxidativo mitocondrial 
Especies reactivas de oxígeno y defensa antioxidante mitocondrial 
Patologías relacionadas con la mitocondria 
Peroxisomas. Estructura y participación en el metabolismo oxidativo 
Capítulo 12: El citoesqueleto 
Introducción 
 
6 
 
Microtúbulos 
Microfilamentos de actina y filamentos gruesos de miosina 
Filamentos intermedios 
Capítulo 13: Mecanismos de señalización celular 
Mecanismos generales de señalización intracelular 
Tipos de señalización celular mediados por la secreción de moléculas 
Receptores de señales y señalización intracelular 
Señalización a través de contactos célula-célula y célula-sustrato 
Capítulo 14: Ciclo celular y destinos vitales de la célula 
Introducción 
Fases del ciclo celular 
Regulación del ciclo celular: puntos de control 
Regulación en cada punto de control y consecuencias del avance a la siguiente fase 
Elementos de retrocontrol del ciclo celular 
Elementos extrínsecos que influyen en el control del ciclo celular 
Destinos vitales de la célula y respuestas celulares al estrés 
Capítulo 15: División celular y muerte programada 
División celular 
Muerte celular programada (apoptosis) 
Capítulo 16: Biología celular del cáncer 
Introducción 
Epidemiología y factores de riesgo 
Características de las células tumorales 
Tipos de cáncer 
Inducción del cáncer por carcinógenos y microorganismos 
Bases genéticas del cáncer 
 
7 
 
Alteraciones epigenéticas 
Virus oncogénicos 
Carcinogénesis. Modelo del cáncer de colon 
Angiogénesis y metástasis 
Evasión del sistema inmunitario 
Tratamientos del cáncer 
Capítulo 17: Bases celulares de la respuesta inmunitaria 
Propiedades generales del sistema inmunitario. Inmunidad innata y adaptativa 
Reconocimiento del antígeno 
Activación linfocitaria 
Mecanismos efectores 
Regulación de la respuesta inmunitaria 
Disfunciones del sistema inmunitario y sus consecuencias 
Capítulo 18: Las células madre y sus aplicaciones terapéuticas 
Células madre: definición y clasificación 
Plasticidad de las células madre 
Fuentes tisulares de células madre 
Potencial y limitaciones de las células madre 
Aplicación clínica de las células madre: presente y futuro 
Conclusiones 
Índice alfabético 
 
8 
 
 
 
 
9 
 
Biología celular biomédica 
Dr. Alfonso Calvo 
Departamento de Histología y Anatomía Patológica 
Facultad de Medicina y Programa de Tumores Sólidos, CIMA 
Universidad de Navarra 
Pamplona, España 
 
 
 
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Índice de capítulos 
 
Instrucciones para el acceso en línea 
Cubierta 
Portada 
Página de créditos 
Dedicatoria 
Colaboradores 
Prefacio 
Agradecimientos 
 
Capítulo 1: Introducción a la biología de las células 
Introducción 
Organización celular de distintos organismos 
Organización de agentes subcelulares patógenos 
Capítulo 2: Cómo se estudian las células. Métodos y técnicas básicas en biología celular 
 
12 
 
Introducción 
Microscopía óptica convencional 
Microscopía electrónica 
Procesamiento de muestras para microscopía óptica y electrónica 
Tecnología del ADN recombinante y aislamiento de ácidos nucleicos 
Reacción en cadena de la polimerasa 
Fingerprint de ADN 
Secuenciación de ADN 
Hibridación in situ de ácidos nucleicos 
Terapia génica 
Microarrays y microchips para estudios genómicos de expresión a gran escala 
Transferencia de ADN a células y embriones de mamíferos. Desarrollo de animales transgénicos y knock out 
Técnicas citogenéticas 
Producción de anticuerpos policlonales y monoclonales 
ELISA 
Citometría de flujo 
Cultivos celulares 
Fraccionamiento celular y centrifugación diferencial 
Capítulo 3: Estructura de la membrana plasmática 
Introducción 
Modelos estructurales de la membrana: perspectiva histórica 
 
13 
 
Singer y Nicolson: estructura en mosaico fluido 
Lípidos de membrana 
Balsas lipídicas 
El mosaico proteico 
La cubierta de glúcidos: estructura y función del glucocáliz 
Determinación de la temperatura de fusión de las membranasbiológicas 
Cuestiones 
Respuestas 
Capítulo 4: Microtransporte a través de la membrana plasmática 
Introducción 
Transporte pasivo 
Transporte activo 
Importancia de los canales iónicos en la generación del potencial de membrana 
Ecuación de Nernst 
Capítulo 5: Macrotransporte a través de la membrana plasmática: endocitosis y exocitosis 
Introducción 
Endocitosis 
Exocitosis 
Gemación y fusión de vesículas en los procesos de endocitosis y exocitosis 
Exocitosis y endocitosis en la sinapsis neuronal 
Mecanismos de infección que dependen del macrotransporte a través de la membrana plasmática 
 
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Capítulo 6: Especializaciones de la membrana plasmática e interacción de la célula con su entorno 
Especializaciones de la membrana plasmática 
Membrana basal 
Matriz extracelular (MEC) 
Capítulo 7: El núcleo. Parte I: organización de la cromatina y conservación de la información genética 
Introducción 
Envoltura nuclear. Poros nucleares 
Organización del núcleo en interfase 
Estructura de la cromatina en interfase. Histonas 
Eucromatina y heterocromatina 
Cromosomas 
Complejidad del ADN humano. Tipos de secuencias en el ADN 
Proyecto genoma humano 
Replicación del ADN genómico 
Estabilidad y reordenamiento del ADN genómico 
Recombinación homóloga 
Mutación y reparación del ADN genómico 
Capítulo 8: El núcleo. Parte II: transcripción y maduración del ARN y estructura del nucléolo 
Introducción 
Síntesis del ARN: transcripción 
El nucléolo: expresión morfológica del proceso de transcripción 
 
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Maduración del ARN 
Metabolismo del ARN maduro 
Capítulo 9: Síntesis y modificación de proteínas 
Introducción 
Maquinaria para la síntesis proteica 
Código genético 
Proceso de síntesis proteica en los ribosomas 
Estructura tridimensional, plegamiento y localización de las proteínas 
Modificaciones postraduccionales y regulación de la función proteica 
Degradación de proteínas 
Uso biomédico de proteínas recombinantes 
Capítulo 10: Sistema de endomembranas celulares: retículo endoplasmático, aparato de Golgi y lisosomas 
Introducción 
Retículo endoplasmático rugoso 
Retículo endoplasmático liso 
Aparato de Golgi 
Lisosomas 
Capítulo 11: Mitocondrias y peroxisomas. Bioenergética y metabolismo oxidativo 
Estructura y composición de las mitocondrias 
Genoma mitocondrial 
 
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Incorporación de proteínas a la mitocondria 
Metabolismo oxidativo mitocondrial 
Especies reactivas de oxígeno y defensa antioxidante mitocondrial 
Patologías relacionadas con la mitocondria 
Peroxisomas. Estructura y participación en el metabolismo oxidativo 
Capítulo 12: El citoesqueleto 
Introducción 
Microtúbulos 
Microfilamentos de actina y filamentos gruesos de miosina 
Filamentos intermedios 
Capítulo 13: Mecanismos de señalización celular 
Mecanismos generales de señalización intracelular 
Tipos de señalización celular mediados por la secreción de moléculas 
Receptores de señales y señalización intracelular 
Señalización a través de contactos célula-célula y célula-sustrato 
Capítulo 14: Ciclo celular y destinos vitales de la célula 
Introducción 
Fases del ciclo celular 
Regulación del ciclo celular: puntos de control 
Regulación en cada punto de control y consecuencias del avance a la siguiente fase 
 
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Elementos de retrocontrol del ciclo celular 
Elementos extrínsecos que influyen en el control del ciclo celular 
Destinos vitales de la célula y respuestas celulares al estrés 
Capítulo 15: División celular y muerte programada 
División celular 
Muerte celular programada (apoptosis) 
Capítulo 16: Biología celular del cáncer 
Introducción 
Epidemiología y factores de riesgo 
Características de las células tumorales 
Tipos de cáncer 
Inducción del cáncer por carcinógenos y microorganismos 
Bases genéticas del cáncer 
Alteraciones epigenéticas 
Virus oncogénicos 
Carcinogénesis. Modelo del cáncer de colon 
Angiogénesis y metástasis 
Evasión del sistema inmunitario 
Tratamientos del cáncer 
Capítulo 17: Bases celulares de la respuesta inmunitaria 
 
18 
 
Propiedades generales del sistema inmunitario. Inmunidad innata y adaptativa 
Reconocimiento del antígeno 
Activación linfocitaria 
Mecanismos efectores 
Regulación de la respuesta inmunitaria 
Disfunciones del sistema inmunitario y sus consecuencias 
Capítulo 18: Las células madre y sus aplicaciones terapéuticas 
Células madre: definición y clasificación 
Plasticidad de las células madre 
Fuentes tisulares de células madre 
Potencial y limitaciones de las células madre 
Aplicación clínica de las células madre: presente y futuro 
Conclusiones 
 
Índice alfabético 
 
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Página de créditos 
 
© 2015 Elsevier España, S.L.U. 
Avda. Josep Tarradellas 20-30, 1.° 
08029 Barcelona, España 
Fotocopiar es un delito (Art. 270 C.P.) 
Para que existan libros es necesario el trabajo de un importante colectivo (autores, traductores, dibujantes, correctores, 
impresores, editores…). El principal beneficiario de ese esfuerzo es el lector que aprovecha su contenido. 
Quien fotocopia un libro, en las circunstancias previstas por la ley, delinque y contribuye a la «no» existencia de 
nuevas ediciones. Además, a corto plazo, encarece el precio de las ya existentes. 
Este libro está legalmente protegido por los derechos de propiedad intelectual. Cualquier uso fuera de los límites 
establecidos por la legislación vigente, sin el consentimiento del editor, es ilegal. Esto se aplica en particular a la 
reproducción, fotocopia, traducción, grabación o cualquier otro sistema de recuperación y almacenaje de información. 
ISBN (versión impresa): 978-84-9022-036-8 
ISBN (versión electrónica): 978-84-9022-487-8 
Depósito legal (versión impresa): B. 17.821-2015 
Depósito legal (versión electrónica): B. 17.822-2015 
Impreso en España 
Servicios editoriales: Gea Consultoría Editorial, s.l. 
 
Advertencia 
 
21 
 
La medicina es un área en constante evolución. Aunque deben seguirse unas precauciones de seguridad estándar, a 
medida que aumenten nuestros conocimientos gracias a la investigación básica y clínica habrá que introducir cambios 
en los tratamientos y en los fármacos. En consecuencia, se recomienda a los lectores que analicen los últimos datos 
aportados por los fabricantes sobre cada fármaco para comprobar las dosis recomendadas, la vía y duración de la 
administración y las contraindicaciones. Es responsabilidad ineludible del médico determinar las dosis y el 
tratamiento más indicados para cada paciente, en función de su experiencia y del conocimiento de cada caso concreto. 
Ni los editores ni los directores asumen responsabilidad alguna por los daños que pudieran generarse a personas o 
propiedades como consecuencia del contenido de esta obra. 
El Editor 
 
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Dedicatoria 
 
A mi hermana Mercedes, joven víctima del cáncer, con la ilusión de que este libro 
estimule el estudio de la célula normal y patológica 
A toda mi familia, en especial a mis padres 
 
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Colaboradores 
José J. Abad, Departamento de Biología Celular y Tisular, Facultad de Medicina, UNAM, Ciudad de México, D.F., 
México 
Xabier Agirre, Programa de Tumores Hematológicos, CIMA, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
Jackeline Agorreta, Programa de Tumores Sólidos, CIMA, y Departamento de Histología y Anatomía Patológica, 
Facultad de Medicina, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
Tarek Ajami, Servicio de Urología, Hospital Clínic i Provincial, Barcelona, España 
Matías Ávila, Programa de Hepatología, CIMA, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
María S. Aymerich, Programa de Neurociencias, CIMA, y Departamento de Bioquímica y Genética, Facultad de 
Ciencias, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
Eva Bandrés, Servicio de Inmunología, Complejo Hospitalario de Navarra, Pamplona, España 
Iosune Baraibar, Servicio de Oncología,Clínica Universidad de Navarra, Pamplona, España 
Carmen Berasain, Programa de Hepatología, CIMA, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
Elena Bodegas, Departamento de Histología y Anatomía Patológica, Facultad de Medicina, Universidad de 
Navarra, Pamplona, España 
Carlos Bravo, Departamento de Histología y Anatomía Patológica, Facultad de Medicina, Universidad de Navarra, 
Pamplona, España 
María Ángela Burrell, Departamento de Histología y Anatomía Patológica, Facultad de Medicina, Universidad de 
Navarra, Pamplona, España 
Alfonso Calvo, Departamento de Histología y Anatomía Patológica, Facultad de Medicina y Programa de Tumores 
Sólidos, CIMA, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
Eduardo Castañón, Servicio de Oncología, Clínica Universidad de Navarra, y Programa de Tumores Sólidos, 
CIMA, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
 
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Raúl Catena, Institute for Molecular Life Sciences, University of Zurich, Zúrich, Suiza 
Vicente Fresquet, Programa de Tumores Hematológicos, CIMA, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
Mariana García, Departamento de Medicina Celular y Molecular, Facultad de Ciencias Biomédicas, Universidad 
Austral, Pilar, Argentina 
Ignacio Gil-Bazo, Servicio de Oncología, Clínica Universidad de Navarra, y Programa de Tumores Sólidos, CIMA, 
Universidad de Navarra, Pamplona, España 
María Gutiérrez, Programa de Tumores Hematológicos, CIMA, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
Igor Hernández, Programa de Tumores Sólidos, CIMA, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
Juan José Lasarte, Programa de Hepatología, CIMA, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
Estefanía Maldonado, Departamento de Histología y Anatomía Patológica, Facultad de Medicina, Universidad de 
Navarra, Pamplona, España 
Álvaro Martín, Unidad Docente Multiprofesional (UDM) de Pediatría y Áreas Específicas, Hospital Universitario 
Virgen del Rocío, Sevilla, España 
Luis Montuenga, Programa de Tumores Sólidos, CIMA, y Departamento de Histología y Anatomía Patológica, 
Facultad de Medicina, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
Paul Nguewa, Instituto de Salud Tropical (ISTUN), y Departamento de Microbiología y Parasitología, Facultad de 
Medicina, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
Estanislao Nistal, Programa de Hepatología, CIMA, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
Beatriz Pelacho, Programa de Terapia Celular, CIMA, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
Diego Peñafiel, Servicio de Pediatría y sus Áreas Específicas, Complejo Hospitalario de Navarra, Pamplona, 
España 
Rubén Pío, Programa de Tumores Sólidos, CIMA, y Departamento de Bioquímica y Genética, Facultad de Ciencias, 
Universidad de Navarra, Pamplona, España 
Felipe Prósper, Programa de Terapia Celular, CIMA, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
 
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Ángela María Suburo, Departamento de Medicina Celular y Molecular, Facultad de Ciencias Biomédicas, 
Universidad Austral, Pilar, Argentina 
Ignacio Tuñón, Programa de Tumores Sólidos, CIMA, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
José Luis Vizmanos, Departamento de Bioquímica y Genética, Facultad de Ciencias, Universidad de Navarra, 
Pamplona, España 
María Isabel Zudaire, Programa de Tumores Sólidos, CIMA, Universidad de Navarra, Pamplona, España 
 
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29 
 
Prefacio 
Presentamos la primera edición de la obra Biología celular biomédica. Este libro reúne una serie de características 
apropiadas para la enseñanza moderna de la Biología Celular que nos parecían insuficientemente tratadas en otras 
obras: a) un enfoque marcadamente biomédico; b) una extensión que permite tratar los temas con profundidad, pero 
sin abrumar al alumno, teniendo en cuenta la duración relativamente breve de esta materia en las carreras 
universitarias; c) una redacción de fácil lectura, que permite comprender los procesos biológicos, muchas veces 
complejos; d) la inclusión de algunos temas muy novedosos, como las células madre y la terapia celular, o los 
tratamientos personalizados contra el cáncer, y e) material didáctico complementario online, con preguntas de 
autoevaluación. 
La Biología Celular es una materia cuyos conocimientos avanzan a una rapidez extraordinaria. Esto refleja la 
importancia de conocer los intrincados procesos que ocurren en las células y cómo sus alteraciones dan lugar a 
patologías. Según mi experiencia personal de años como profesor de Biología Celular e Histología de alumnos de 
Medicina, Bioquímica y Biología, la «dimensión patológica» de la célula es uno de los temas que más atrae y motiva a 
los estudiantes. Por eso hemos insistido en comentar brevemente, a lo largo de los diferentes capítulos del libro, 
enfermedades que se originan como consecuencia de fallos en orgánulos o estructuras celulares. Pensamos que este 
enfoque puede aumentar el entusiasmo por el estudio de esta materia por parte de los alumnos a los que va dirigida 
esta obra: estudiantes de Medicina, Biología, Bioquímica, Biotecnología, Farmacia, Enfermería, Nutrición, Veterinaria 
y otras carreras con enfoque biomédico. 
En los últimos años hemos asistido, además, a la eclosión del apasionante mundo de las células madre, la terapia 
celular, la regeneración y bioingeniería de tejidos, y al posible desarrollo de órganos en el laboratorio. Estos campos 
abren unas perspectivas nunca antes soñadas sobre la posibilidad de tratar, de modo totalmente novedoso, numerosas 
enfermedades que hasta el momento no tienen curación. Pero este reto solo se conseguirá si somos capaces de 
comprender de un modo mucho más profundo cómo funcionan las células y cómo se pueden controlar sus procesos 
de proliferación, diferenciación y muerte celular. Queremos lanzar a nuestros alumnos el reto de que muchos de ellos 
sean los protagonistas de estos descubrimientos. De hecho, nos gustaría que nuestra obra reflejara la importancia de la 
investigación para hacer avances significativos en biomedicina y poder contribuir así a solucionar las enfermedades 
que afligen a la humanidad. 
En este libro han contribuido un grupo de profesores e investigadores con experiencia docente, expertos en diversos 
campos relacionados, directa o indirectamente, con la Biología Celular. También han contribuido algunos alumnos de 
últimos cursos de Medicina, cuyo papel ha sido esencial para asegurar que la materia explicada sea comprensible para 
los estudiantes. 
 
30 
 
Todos los autores tenemos un sincero deseo de que este libro sea una herramienta útil para el estudio de la Biología 
Celular, particularmente en el ámbito de la biomedicina. Agradeceríamos que cualquier error que podamos haber 
cometido o sugerencia acerca de cómo mejorar esta obra se nos haga llegar por e-mail o correo ordinario a: 
Dr. Alfonso Calvo acalvo@unav.es 
Departamento de Histología y Anatomía Patológica 
Facultad de Medicina (C/ Irunlarrea, 1); y 
Programa de Tumores Sólidos (C/ Pío XII, 55), CIMA 
Universidad de Navarra 
Pamplona, 31008. España 
 
31 
 
 
 
 
 
32 
 
Agradecimientos 
Son innumerables las personas a las que deberíamos agradecer su contribución a este libro. En primer lugar damos las 
gracias a todos los miembros actuales y pasados del Departamento de Histología y Anatomía Patológica de la 
Universidad de Navarra, por su apoyo constante y por permitirnos usar muchas de las imágenes de microscopía que 
aparecen en el libro. Queremos expresar también nuestra gratitud a los Dres. Luis Miguel Pastor (Universidad de 
Murcia), Luis Santamaría (Universidad Autónoma de Madrid), Agustín España (Universidad de Navarra), Miguel 
Idoate (Universidad de Navarra) y a la Editorial EUNSA (en especial a Esperanza Melero), por haber donado algunas 
de las fotos que ilustran la obra; a Cristina Calvo, Alberto Calvo y Fernando Calvo por su excelente trabajo de edición; 
a los alumnos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Navarra por inspirar laidea de llevar a cabo este libro; 
a la Editorial Elsevier (en especial a Silvia Serra y Jorge García) por creer en nuestro proyecto. Queremos agradecer de 
modo especial el trabajo de los doctorandos/as y personal técnico que han contribuido a nuestra investigación y que 
pueden haber sufrido en algún momento nuestra falta de dedicación por habernos consagrado a esta obra. 
Agradecemos también a todas las personas que hayan colaborado de un modo u otro a la redacción y edición de este 
libro. 
 
33 
 
 
CAPÍTULO 1 
 
34 
 
Introducción a la biología de las células 
Alfonso Calvo 
Objetivos de aprendizaje 
 
• Conocer las características generales de las células eucariotas. 
• Definir los rasgos propios de las células procariotas, comparándolos con los de las células eucariotas. 
• Conocer los elementos básicos de organización de agentes subcelulares, como virus, viroides y priones. 
 
 
35 
 
Introducción 
La Biología Celular estudia las células desde una perspectiva integradora, esto es, considerando aspectos 
morfológicos, bioquímicos, genéticos y funcionales. Así, en la génesis de esta ciencia, han confluido a lo largo de la 
historia otras muchas disciplinas, cada una con su propia metodología de investigación y aproximación al estudio 
celular, que han contribuido a nuestro conocimiento actual de la célula. 
Las investigaciones sobre la célula vienen ligadas históricamente a la invención y desarrollo de los microscopios, 
que tuvo lugar a partir del siglo xvi. En el siglo xvii, Robert Hooke (1635-1703) fue el primero en acuñar el término 
«célula», observando al microscopio finas láminas de corcho en las que describió las celdillas que componían su 
estructura. Estas observaciones fueron publicadas en su libro Micrographia (1665). Antony Van Leeuwenhoek (1632-
1723) fabricó microscopios muy simples pero muy precisos, con los que describió la presencia de células sanguíneas, 
protozoos, espermatozoides y bacterias, a los que denominó animáculos. En 1837-1839, Schleiden y Schwann 
definieron la teoría celular, y establecieron que todos los organismos estaban formados por células, siendo estas, por 
lo tanto, las unidades estructurales, funcionales y reproductivas de los seres vivos. En 1885, el patólogo Virchow 
completó la teoría celular, al afirmar que «todas las células provienen de otra célula». 
El posterior desarrollo de microscopios más precisos y de técnicas de tinción de las preparaciones permitió conocer 
la estructura microscópica de los diferentes tejidos. En este aspecto, merece la pena destacar los trabajos de Camilo 
Golgi (1843-1926) y Santiago Ramón y Cajal (1852-1934), quienes utilizaron tinciones de sales de plata, oro y osmio 
que permitieron extender la teoría celular al sistema nervioso. En 1906 ambos obtuvieron el premio Nobel de 
Medicina. 
En 1930 se fabricó el primer microscopio electrónico, con el que se consiguieron ver orgánulos celulares, lo que 
supuso un avance tremendo en el conocimiento de las células. Poco después se desarrollaron las técnicas de 
fraccionamiento celular y centrifugación diferencial, que permitieron aislar orgánulos de acuerdo a su velocidad de 
sedimentación en la centrifugación; esto posibilitó su estudio funcional. De 1940 en adelante se pusieron en marcha las 
técnicas de cultivos celulares, esenciales también para el estudio funcional de las células. En 1953, Watson y Crick 
propusieron la estructura en doble hélice del ADN, basándose en experimentos fundamentalmente cristalográficos. 
Con este descubrimiento nació la genética moderna y se sentaron las bases moleculares de las enfermedades 
genéticas. 
En la segunda mitad del siglo xx la investigación biológica creció exponencialmente: se realizaron numerosos 
avances científicos y se desarrollaron muchas técnicas con las que se consiguió un conocimiento muy profundo de la 
estructura y función de las células. Un hito histórico destacable es el proyecto Genoma Humano, que se gestó en la 
etapa final del siglo xx y consistió en la secuenciación completa del genoma humano (que fue publicada en el año 
2003). Esto se consiguió en un tiempo récord gracias al desarrollo de potentes técnicas de secuenciación y 
Liz Emilia Leguizamón guerrero
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bioinformáticas. Con los datos del genoma humano completo se pueden estudiar de un modo muy amplio y preciso 
las alteraciones genéticas que originan muchas de las enfermedades humanas, así como la regulación génica que 
gobierna la fisiología celular. 
 
 
37 
 
Organización celular de distintos organismos 
Los organismos vivos se caracterizan por su capacidad de crecer, responder a estímulos, interactuar con su 
microambiente externo, evolucionar y reproducirse autónomamente gracias a una compleja organización celular en la 
que tienen lugar los procesos metabólicos. Aunque los organismos vivos pueden ser unicelulares (bacterias, 
levaduras, protozoos y ciertas algas) o multicelulares (plantas, animales y algunas algas y hongos), se pueden 
clasificar, básicamente, en dos tipos, atendiendo a su organización celular: procariotas y eucariotas. Aunque el objeto 
de estudio del presente libro es la célula eucariota humana, conviene conocer el esquema de organización básica de 
los organismos procariotas, así como de otros organismos eucariotas causantes de infecciones en humanos. 
Analizaremos también brevemente la organización de agentes subcelulares (virus, viroides y priones) que también 
pueden causar importantes patologías humanas. 
 
Organización de las células eucariotas 
La estructura celular interna básica de las células eucariotas está bastante conservada en los distintos organismos. Su 
característica fundamental es la presencia de núcleo, que es la parte esencial de la célula, pues contiene el material 
genético. El ADN posee la información necesaria para sintetizar las proteínas requeridas para la estructura y el 
funcionamiento normal de la célula. A diferencia de los procariotas, que contienen solamente un cromosoma circular, 
los núcleos eucariotas tienen múltiples cromosomas lineales, cada uno de los cuales puede ser replicado, condensado 
y separado de su copia (su cromátida hermana) antes de la división celular. Las células eucariotas animales poseen 
distintos orgánulos celulares, citoesqueleto, ribosomas de un tamaño de 80 S y centrosomas, y realizan procesos de 
tráfico intracelularde vesículas (como la endocitosis, la exocitosis, etc.). La división celular tiene lugar por 
mecanismos complejos que ocurren durante la mitosis (o meiosis, en el caso de las células germinales). En el caso de 
organismos vegetales, las células están rodeadas por una pared de celulosa y contienen cloroplastos (para la 
realización de la fotosíntesis) y grandes vacuolas, pero carecen de centrosomas y lisosomas. La figura 1-1 muestra un 
esquema de la organización de las células eucariotas humanas, con la indicación del capítulo de este libro en el que se 
hará referencia a cada una de dichas estructuras. A continuación hablaremos brevemente de la organización biológica 
de protozoos y hongos (células eucariotas), por ser algunos de ellos agentes patógenos en humanos. El conocimiento 
de la estructura de estos agentes patógenos y sus mecanismos de infección es de gran importancia para desarrollar 
terapias eficaces contra estas patologías. 
Liz Emilia Leguizamón guerrero
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38 
 
 
FIGURA 1-1 Esquema general de la organización de la célula eucariota. En las principales estructuras celulares se indica el capítulo de 
este libro donde se estudia dicha estructura. 
 
Protozoos 
El término «protozoo» se refiere a una familia de organismos unicelulares con organización estructural de célula 
eucariota, que incluye miles de especies. La mayoría de las especies de protozoos se reproducen asexualmente por 
fisión binaria, mientras que otros son capaces de llevar a cabo reproducción sexual. Algunas especies son parásitas y 
pueden infectar a las células sanguíneas, los aparatos urogenital y digestivo y otros tejidos. Como ejemplo general, 
comentaremos brevemente la estructura y el ciclo biológico del género Plasmodium (fig. 1-2). Este género incluye un 
grupo de protozoos que causa la malaria en humanos (una enfermedad que ocasiona cientos de miles de muertes al 
año, predominantemente en las áreas tropicales). P. falciparum es la especie que transmite la forma más frecuente y 
grave de malaria. La transmisión a humanos ocurre por una picadura del mosquito Anopheles, dentro del cual tiene 
lugar la reproducción sexual de los protozoos. Los plasmodios, que se han replicado dentro del tubo digestivo del 
mosquito, viajan a sus glándulas salivales, donde pasan al humano tras una picadura. Entonces, los plasmodios (que 
en esta fase se llaman esporozoítos) se instalan en el hígado, donde se replican de modo asexual. Los parásitos 
permanecen en el hígado en forma de esquizonte, hasta que se liberan (en forma de merozoítos) al torrente sanguíneo, e 
invaden los eritrocitos. Dentro de cada eritrocito infectado, los parásitos (llamados ahora «trofozoítos») se nutren de la 
hemoglobina y, en un momento dado, se replican, lo que causa lisis celular. Los picos de fiebre alta y los escalofríos 
típicamente asociados a la malaria son causados por los productos tóxicos de la hemólisis. 
 
39 
 
 
FIGURA 1-2 Imagen de un frotis de sangre donde se observa un plasmodio (flecha) entre los eritrocitos. (Procedente de: http://dpd.cdc.gov.) 
 
Hongos 
Los hongos son eucariotas de metabolismo heterótrofo que constituyen organismos unicelulares o pluricelulares, con 
reproducción asexual y sexual. Los hongos unicelulares son redondeados y se denominan levaduras. La mayoría de 
los hongos son pluricelulares y están formados por células cilíndricas alargadas dispuestas linealmente para constituir 
filamentos, denominados «hifas». Las hifas pueden crecer hasta formar micelios, visibles macroscópicamente. La 
organización de estos organismos es la de una típica célula eucariota, pero con la peculiaridad de estar rodeada por 
una pared de polisacáridos fibrilares (como la quitina) y estructuras amorfas de glucanos y mananos (que contienen 
los principales antígenos de la pared). La pared forma un exoesqueleto rígido que posee una función protectora, pero 
no permite la endocitosis. Las enfermedades causadas por hongos se denominan micosis. Hay ciertas especies de 
hongos que son muy importantes desde el punto de vista clínico, porque constituyen patógenos oportunistas que 
causan enfermedades en pacientes inmunodeprimidos (como los géneros Candida y Aspergillus). Los tratamientos 
incluyen anfotericina B y antifúngicos imidazólicos. 
http://dpd.cdc.gov/
 
40 
 
Candida albicans es una especie de hongo unicelular (levadura) que puede vivir de modo comensal en la piel y en las 
mucosas de individuos sanos, pero cuando se dan las condiciones externas adecuadas de humedad, ambiente cálido e 
inmunodepresión, provoca infecciones con distinto grado de sintomatología. La candidiasis mucocutánea puede 
afectar a las manos, pies, genitales, axilas y cavidad orofaríngea, generando lesiones eritematosas, picor, pápulas y 
pústulas. Si la inmunodepresión es muy severa, esta levadura es capaz de entrar en el torrente sanguíneo (en cuyo 
caso, la infección se denomina candidemia), y puede afectar así a órganos como los ojos (con riesgo de sufrir ceguera) 
y riñones (oliguria y fallo renal). Entre los síntomas sistémicos se incluyen coagulación intravascular, fiebre, shock y, 
potencialmente, la muerte. 
Entre los hongos filamentosos hay algunos que causan micosis cutáneas, subcutáneas o sistémicas. El género 
Aspergillus (fig. 1-3) está constituido por especies oportunistas que dan lugar a micosis sistémicas (la infección 
pulmonar es la localización más frecuente). Este hongo puede provocar asma aspergilar, bronquitis, otitis o fungemias 
de pronóstico muy grave. 
 
FIGURA 1-3 Fotografía microscópica del género patógeno Aspergillus. 
Otro hongo que mencionaremos es Saccharomyces cerevisiae, una levadura utilizada industrialmente para la 
fabricación de pan y cerveza que constituye, además, un modelo de estudio ampliamente utilizado en biología celular 
y molecular. Estas levaduras se pueden cultivar con facilidad en el laboratorio y se han empleado durante años para 
estudiar muchos aspectos relacionados con la replicación del ADN, la transcripción y la traducción proteicas, y el ciclo 
y la división celulares. 
 
Organización de las células procariotas 
Los procariotas son organismos unicelulares de reproducción asexual, sin núcleo y, normalmente, sin orgánulos 
rodeados de membrana. Son organismos de distribución ubicua en la naturaleza, lo que demuestra su grado de 
adaptación al medio y su diversidad de metabolismos, que pueden ser de tipo autótrofo o heterótrofo. En la tabla 1-1 
se muestran las diferencias estructurales y funcionales entre los organismos eucariotas y los procariotas. Los 
 
41 
 
procariotas se pueden clasificar en dos grandes grupos (llamados «dominios»): bacterias y archaea (antiguamente 
denominados «arqueobacterias»). Este último grupo incluye organismos extremófilos (con capacidad de sobrevivir en 
ambientes adversos) que no tienen gran relevancia médica, por lo que nos centraremos únicamente en las bacterias. 
Tabla 1-1 
Resumen de las diferencias entre células eucariotas y procariotas 
 Eucariotas Procariotas 
Tamaño de la célula (diámetro 
promedio) 
10-100 μm 0,2-2 μm 
Localización del genoma Dentro del núcleo, recubierto por la envoltura nuclear En el citoplasma, sin envoltura nuclear 
Estructura del genoma Lineal, segmentado en cromosomas, asociados a histonas Un solo cromosoma circular; sin histonas 
Citoesqueleto Presente Ausente 
Pared celular En células animales, inexistente; en plantas, celulosa; en algunos hongos, quitina; en levaduras, glucanos y mananos Peptidoglucano y otras estructuras 
Movilidad Cilios y flagelos en algunas células animalesFlagelos rotatorios de locomoción 
División celular Mitosis o meiosis Fisión binaria 
Ribosomas 80 S en el citoplasma 70 S 
Orgánulos cubiertos de membrana Núcleo, mitocondrias, retículo endoplasmático, aparato de Golgi, endosomas, vacuolas; cloroplastos (en plantas 
fotosintéticas) 
Ninguno. Algunas bacterias poseen mesosomas (orgánulos 
primitivos) 
 
Bacterias 
Las bacterias (fig. 1-4) son procariotas recubiertos por una pared que les confiere protección frente al medio externo. 
En función de la estructura de la pared, las bacterias se clasifican en dos grandes grupos: grampositivas y 
gramnegativas, dependiendo de la coloración frente a la tinción de Gram. Algunas bacterias pueden ser clasificadas 
como ácido-alcohol resistentes (tinción de Ziehl-Neelsen); son bacterias de alto contenido en ácido micólico y sus 
paredes son muy hidrófobas. Un ejemplo es Mycobacterium tuberculosis, agente causal de la tuberculosis. 
 
42 
 
 
FIGURA 1-4 Esquema de la organización celular de las bacterias. A. Organización general con sus estructuras principales. B. 
Esquema de la estructura de la pared de bacterias grampositivas. C. Pared de bacterias gramnegativas. 
Las bacterias presentan una gran diversidad de formas y agrupaciones, características de cada especie y, por lo 
tanto, con interés taxonómico. Las más frecuentes son los cocos (esféricos), los bacilos (bastoncillos) y los espirilos (en 
forma de sacacorchos). Metabólicamente son organismos extraordinariamente diversos; los hay aerobios estrictos, 
anaerobios estrictos y otras situaciones intermedias. Dependiendo del tipo, podrán fermentar, respirar, fotosintetizar 
e, incluso, obtener energía de la oxidación de compuestos inorgánicos. Algunas bacterias son muy plásticas y, 
dependiendo de las condiciones, utilizarán un sistema u otro para obtener energía. 
Los procariotas carecen de orgánulos de membrana, aunque algunos pueden poseer pseudo-orgánulos 
(mesosomas) donde se acumulan compuestos orgánicos o inorgánicos. Los ácidos nucleicos de los procariotas no 
 
43 
 
están rodeados por una membrana nuclear, de tal modo que el ADN, los ribosomas, las enzimas y los metabolitos se 
distribuyen a lo largo del citoplasma. El típico genoma bacteriano consiste en una molécula de doble cadena de ADN 
circular (cromosoma bacteriano), no unido a histonas. Las bacterias pueden tener también varias cadenas de material 
genético extracromosómico, llamadas plásmidos. Estas secuencias circulares de ADN son mucho más pequeñas que el 
cromosoma y codifican para genes que les confieren algunas ventajas para la supervivencia, como, por ejemplo, la 
capacidad de resistencia frente a antibióticos, la adaptación a determinados medios o la capacidad de ser más 
virulentas. Entre otras características típicas de los procariotas podemos decir que la traducción de proteínas tiene 
lugar en ribosomas de un tamaño de 70 S y la membrana celular carece de colesterol y esteroides. 
La estructura y la composición de la pared bacteriana difieren entre las bacterias grampositivas y gramnegativas. El 
componente esencial de la pared es el peptidoglucano, que proporciona rigidez y estabiliza la estructura de la misma. 
En la pared de las bacterias grampositivas hay una capa gruesa de peptidoglucano, mientras que en las bacterias 
gramnegativas constituye una capa fina, separada de la membrana plasmática por el espacio periplasmático y 
recubierta exteriormente por otra membrana que contiene lipopolisacáridos. El lipopolisacárido es conocido como 
endotoxina, ya que produce fiebre, activación de la cascada del complemento, elevación de los niveles de citoquinas, 
etc. Algunas bacterias poseen por encima de estas estructuras un glucocáliz (cápsula), formado normalmente por 
polisacáridos; puede estar presente tanto en bacterias gramnegativas como en grampositivas. La cápsula protege a la 
bacteria de la desecación y de la fagocitosis y le permite adherirse a determinados sustratos o tejidos. 
Las bacterias pueden tener también uno o múltiples flagelos que utilizan principalmente para la locomoción. Para la 
adherencia pueden presentar, además, unas proyecciones proteicas denominadas «fimbrias». Los pili (pilus en 
singular) tienen una estructura similar a las fimbrias, aunque son más largos y gruesos; están especializados en la 
conjugación bacteriana para transferir material genético de una bacteria a otra. Algunas especies (la mayoría de las 
cuales son bacilos grampositivos) son capaces de formar endosporas en condiciones adversas, que constituyen una 
forma muy resistente frente a agentes químicos o físicos. Las endosporas pueden sobrevivir en estas condiciones 
latentes durante cientos de años, y pueden germinar de nuevo, retornando a su estado normal cuando se exponen a 
condiciones favorables. 
Existen innumerables ejemplos de bacterias patógenas; de entre ellas, nos referiremos a algunas que serán citadas 
posteriormente en capítulos de este libro. Helicobacter pylori es una especie acidófila, de forma helicoidal, 
gramnegativa, que coloniza la mucosa gástrica en humanos. Esta bacteria se adapta bien a ambientes muy ácidos, 
característicos del estómago. H. pylori produce una infección crónica que puede permanecer asintomática o dar lugar a 
úlceras que incluso perforan el estómago, además de aumentar el riesgo de sufrir cáncer gástrico y linfoma de tipo 
MALT (v. capítulo 16). En el pasado, cuando se desconocía que la úlcera gástrica podía ser causada por este 
microorganismo, esta patología tenía un tratamiento difícil. Actualmente, una adecuada combinación de antibióticos e 
inhibidores de la bomba de protones constituye un tratamiento rápido y eficaz. 
 
44 
 
Otro ejemplo que consideraremos es Vibrio cholerae, un bacilo curvo, gramnegativo, flagelado, anaerobio facultativo 
y agente causante de las epidemias de cólera. V. cholerae (y otras especies de Vibrio) se transmite mediante la ingesta de 
alimentos contaminados. Al igual que otras bacterias patógenas del tubo gastrointestinal, V. cholerae evade el sistema 
inmune del huésped (incluidos la lisozima, el ácido gástrico, las células fagocíticas, etc.) y se adhiere a las células 
epiteliales del intestino. La subunidad B de la toxina colérica se une a los gangliósidos en la superficie de la célula, 
mientras que la subunidad A penetra en el citosol. Esto conlleva el inicio de una cascada de señalización intracelular 
que aumenta los niveles de AMPc (v. capítulo 13), lo cual altera el balance normal de electrólitos: los niveles de Na+ y 
Cl− aumentan en la luz intestinal, y entonces arrastran agua hacia la luz por ósmosis, provocando diarrea y vómitos. 
Salmonella es un género de bacterias gramnegativas, en forma de bacilos flagelados, anaerobios facultativos, que 
incluye varias especies y serotipos patógenos para los humanos. S. enterica serovariedad typhi causa la fiebre tifoidea, 
que provoca diarreas, dolores abdominales, vómitos y náuseas. S. enterica serovariedad enteritidis, es el agente causal 
de la gastroenteritis típicamente asociada a la intoxicación alimentaria debida a la ingesta de huevos, pollo o carne no 
bien cocidos. Una vez ingerida, S. enteritidis (al igual que otras serovariedades de Salmonella) es capaz de evadir la 
respuesta inmune del huésped, adherirse a la mucosa (v. capítulo 5) e invadir las células epiteliales, o ser fagocitada 
por macrófagos. Como muchas otras bacterias gramnegativas, Salmonella tiene lipopolisacáridos abundantes en su 
membrana externa, que desencadenan una respuesta inmunológica potente y muchos de los síntomas asociados a la 
salmonelosis. 
La bacteria Escherichia coli es un bacilo gramnegativo, anaerobio facultativo, que se encuentra en el intestino (y otros 
órganos) normalmente en forma de simbionte, como parte de la microbiota intestinal normal. Algunas cepas son, no 
obstante, altamente patógenas, y causan infecciones intestinales, urinarias, etc. (v. capítulo 9). Esta bacteria tiene gran 
importancia en investigación biomédica.E. coli es la bacteria más utilizada en ingeniería genética para la obtención de 
compuestos de interés biológico o terapéutico. Muchas proteínas recombinantes se producen en E. coli modificadas 
genéticamente. Esta bacteria se ha empleado para el estudio de numerosos procesos biológicos como la replicación o 
la transcripción del ADN. Las variantes genéticas mutantes nos han permitido, además, conocer aspectos clave de la 
resistencia de las bacterias frente a los antibióticos. 
Finalmente hablaremos de los micoplasmas, bacterias que carecen de pared celular, por lo que son resistentes a 
penicilinas y a otros antimicrobianos que actúan sobre esta estructura. En humanos, los micoplasmas pueden 
colonizar superficies mucosas de las vías respiratorias (como Mycoplasma pneumoniae) y el aparato urogenital 
(Mycoplasma hominis). M. pneumoniae entra en cuerpo por inhalación provocando infecciones en las vías respiratorias. 
Tras un período largo de incubación de 2 a 3 semanas, comienzan los síntomas, que incluyen dolor de cabeza, tos y 
fiebre. Algunos pacientes pueden presentar bronquitis o neumonía. 
Los micoplasmas son células muy pequeñas (de unos 200 nm). La especie Mycoplasma genitalium tiene solamente 482 
genes, y recientemente se ha descubierto que 100 de estos genes podrían no ser esenciales para su supervivencia. El 
 
45 
 
instituto Venter (EE. UU.) ha conseguido sintetizar en el laboratorio un micoplasma con solo 382 genes absolutamente 
necesarios para que este microorganismo pueda cultivarse in vitro y replicarse. Este microorganismo se ha conseguido 
eliminando (uno a uno) genes de M. genitalium que no se requieren para la vida. El microorganismo resultante se ha 
llamado Mycoplasma laboratorium. La simplicidad de los micoplasmas, junto a la capacidad de ser modificados 
genéticamente de modo relativamente sencillo, les convierte en «herramientas biológicas» idóneas para la generación 
artificial de nuevos organismos útiles para el hombre. 
 
 
46 
 
Organización de agentes subcelulares patógenos 
Virus 
Estructura y replicación 
 
Los virus son agentes infecciosos que consisten básicamente en un genoma empaquetado por una cubierta proteica, 
sin capacidad de replicarse independientemente (fig. 1-5). Son parásitos intracelulares obligados, lo que significa que 
deben entrar en una célula huésped y aprovecharse de sus enzimas y sustratos para poder replicarse. Aunque los 
virus pueden tener una gran variedad de formas y estructuras, así como estrategias de replicación y capacidad de 
invadir diferentes células huésped, hay unos rasgos básicos característicos de todos ellos. Su cubierta, llamada 
«cápside», está formada por unidades (fundamentalmente de naturaleza proteica) denominadas «capsómeros». Por 
encima, algunos pueden presentar una envoltura lipoproteica (membrana que adquieren de la célula en la que se 
replicaron). Sus genomas pueden consistir en ADN o ARN, que pueden ser de cadena doble o simple, lineal o 
circular, segmentado o no. Para simplificar, vamos a dividir los virus en tres clases de acuerdo al tipo de ácido 
nucleico y modelo de replicación: 1) virus de ADN; 2) virus de ARN, y 3) virus que requieren transcriptasa inversa. 
1. Los virus de ADN pueden ser de cadena doble (bicatenarios [ADNbc]) o simple (monocatenarios [ADNmc]). Se 
replican mediante una ADN polimerasa codificada bien por el genoma vírico, o bien por el de la célula huésped. Los 
poxvirus (como el virus de la viruela) son virus de ADNbc que se replican en el citoplasma de la célula en vez de en el 
núcleo y, por lo tanto, deben codificar su propia ARN polimerasa dependiente de ADN. Otros virus de ADNbc son los 
adenovirus (que provocan infecciones de las vías respiratorias y el sistema gastrointestinal, entre otras patologías), los 
herpesvirus (que causan el herpes labial y, algunos de ellos, tumores) y los papovavirus (causantes de papilomas) (v. 
capítulo 16). La familia de los parvovirus (que provocan artritis y eritema) es un buen ejemplo de virus con genoma de 
ADNmc. 
2. Los virus de ARN (o ribovirus) también pueden ser bicatenarios o monocatenarios, dependiendo de las especies, y 
deben producir una polimerasa dependiente de ARN (conocida como replicasa) para replicar sus genomas. Los virus 
monocatenarios pueden tener polaridad positiva cuando son inmediatamente traducidos por la célula huésped, al 
igual que cualquier otro ARNm (dirección 5′-3′). Otros, en cambio, presentan polaridad negativa contraria a la del 
ARNm (por lo tanto, antisentido) y no pueden ser traducidos directamente a proteínas: el ARN debe convertirse 
primeramente en positivo para ser traducido. Algunos ejemplos de virus ARNmc(+) son los picornavirus (causantes del 
resfriado común y de la poliomielitis) y los togavirus (causantes, p. ej., de la rubéola). Virus ARNmc(−) se encuentran, 
por ejemplo, en las familias de ortomixovirus (agente causal de la gripe), paramixovirus (responsables de enfermedades 
como el sarampión y las paperas) y rabdovirus (que incluye el virus de la rabia y de la estomatitis vesicular). La 
mayoría de los virus ARNbc pertenecen a la familia de los reovirus y tienen un genoma segmentado. 
 
47 
 
3. El tercer tipo incluye virus que codifican para la enzima transcriptasa inversa, con la que sintetizan ADN a partir de 
un molde de ARN. El genoma vírico puede consistir en ADN, como en los hepadnavirus (que incluyen los virus que 
causan la hepatitis B), o en ARN, en el caso de la familia de retrovirus, en cuyo grupo está el virus del VIH (causante 
del sida); en ambos casos se requiere la transcriptasa inversa para completar su ciclo de multiplicación. 
 
FIGURA 1-5 Estructura de algunos virus. A. Representación de un adenovirus. B. Esquema de un bacteriófago. C. Imagen de 
microscopía electrónica de un adenovirus. (C, procedente de: http://www.med.upenn.edu/gtp/morphology_gallery.shtml.) 
Las cápsides víricas son típicamente icosaédricas (tienen 20 caras, cada una de las cuales equivale a un triángulo 
equilátero) o cilíndricas (formadas por proteínas en disposición helicoidal). Algunas cápsides de bacteriófagos (virus 
que infectan bacterias) pueden ser más complejas (v. fig. 1-5). Una vez traducidas por la maquinaria enzimática del 
huésped, los capsómeros se autoensamblan alrededor del genoma vírico. Hay ciertos virus que poseen una envoltura 
lipídica por encima de la cápside. Esta envoltura procede de la célula huésped en donde se replicó, por lo que contiene 
no solo proteínas víricas (fundamentales para facilitar la futura invasión celular), sino además los propios 
componentes de la membrana de la célula huésped. 
De entre los numerosos virus que causan patologías en humanos, comentaremos brevemente algunos aspectos del 
virus del papiloma humano, de la gripe y del sida. 
 
Virus del papiloma humano 
El virus del papiloma humano (HPV, del inglés human papilomavirus) es un virus sin envoltura, con una cápside 
icosaédrica y genoma de ADN circular de doble cadena. Las partículas víricas infecciosas no codifican su propia 
polimerasa, sino que la replicación del genoma vírico se lleva a cabo por la polimerasa de las células del hospedador 
(fig. 1-6). Tras la entrada del ADN en la célula, se produce la transcripción del ARN y la traducción de proteínas 
víricas, que genera viriones (partículas víricas completas listas para infectar a otra célula). El ADN vírico queda en el 
http://www.med.upenn.edu/gtp/morphology_gallery.shtml
 
48 
 
núcleo en forma de episoma (sin integrarse en el genoma del hospedador) y se replica durante los ciclos de replicación 
de la célula, lo que mantiene de modo crónico la infección. En general, el HPV infecta células de epitelio escamoso —
por ejemplo, las de la piel (epitelio escamoso queratinizado)— y del aparato genital (epitelio escamoso mucoso). Un 
rasgo típico de la infección por papilomavirus es la presencia de verrugas o papilomas, que están esencialmente 
formadas por células escamosas que crecen en forma de tumorbenigno. La transmisión del HPV ocurre típicamente a 
través de contacto directo con la piel de los genitales. Las células infectadas desarrollan vacuolas citoplasmáticas 
(pasando a llamarse entonces coilocitos), que constituyen un signo distintivo para la detección de esta infección. 
Aunque las verrugas causadas por el HPV son benignas, la incorporación del genoma vírico dentro de la célula 
huésped se asocia con progresión a carcinomas. En estas células, la presencia del genoma vírico conduce a una 
expresión de dos proteínas víricas (E6 y E7), que inactivan proteínas de la célula huésped involucradas en la supresión 
tumoral (p53 y proteína del retinoblastoma, respectivamente) (v. capítulo 16). 
 
FIGURA 1-6 Esquema del ciclo de infección del virus del papiloma humano (HPV). Este es un virus oncogénico que puede causar 
tumores de cérvix, entre otros, por inactivación de las proteínas Rb y p53. 
En individuos inmunodeprimidos infectados con HPV existe un alto riesgo de desarrollar carcinomas. Aunque hay 
numerosos tipos de papilomavirus, cada variante muestra normalmente un tropismo muy específico. Mientras que 
unos tipos infectan la piel y pueden dar lugar a verrugas plantares (p. ej., HPV-1), otros tienen tropismo por el aparato 
genital. HPV-6 y 11 son responsables de aproximadamente el 90% de las verrugas anogenitales, mientras que HPV-16 
y 18 se asocian con carcinomas cervicales y del pene. La alta prevalencia de las infecciones de HPV entre las mujeres 
sexualmente activas y el riesgo que tienen de desarrollar cáncer cervical han promovido el desarrollo de vacunas 
(como Gardasil® y Cervarix®) que previenen de modo eficaz la patología vírica. 
 
49 
 
 
Virus de la gripe 
El virus de la gripe (o Influenza) es de tipo ARNmc(−) segmentado en ocho fragmentos, cada uno de los cuales es capaz 
de codificar proteínas distintas (11 en total) (fig. 1-7). Algunas cepas afectan solo al hombre o solo a animales (cerdo y 
aves), mientras que otras son infecciosas en ambos, y puede darse, por lo tanto, un salto entre especies. La cápside está 
recubierta por una envoltura en la que quedan embebidas (sobresaliendo hacia el exterior) dos tipos de proteínas 
víricas: la neuraminidasa (NA o N) y la hemaglutinina (HA o H). La HA favorece la adhesión de las partículas víricas a 
la célula huésped, mientras que la NA facilita la salida de la progenie vírica. Además, esta enzima puede degradar el 
ácido hialurónico, y facilitar así la diseminación del virus. 
 
FIGURA 1-7 Esquema representativo del ciclo del virus de la gripe. El proceso secuencial de infección se explica en el texto. 
En humanos la infección comienza típicamente en las vías respiratorias superiores, tras la invasión del epitelio por 
parte del virus; allí el ácido siálico de las superficies celulares interactúa con la HA. Tras la adhesión, la partícula 
vírica entra por un mecanismo de endocitosis mediada por receptor (v. capítulo 5) en vesículas cubiertas de clatrina 
(v. fig. 1-7, paso 1). El bajo pH típico de los endosomas permite que el virus se libere y salga hacia el citoplasma y, 
posteriormente, al núcleo (v. fig. 1-7, paso 2). Allí, el ARNmc(−) puede ser transcrito por la ARN polimerasa vírica en 
ocho moléculas de ARNmc (v. fig. 1-7, paso 3a) que, o bien son exportadas al citoplasma (donde son traducidas para 
producir proteínas víricas) (v. fig. 1-7, paso 4) o bien permanecen dentro del núcleo, sirviendo como molde para la 
replicación del genoma (v. fig. 1-7, paso 3b). Algunas proteínas recién sintetizadas son internalizadas hacia el núcleo 
para formar nuevas partículas víricas (v. fig. 1-7, paso 5a); otras (neuraminidasa y hemaglutinina) pasan al aparato de 
Golgi y terminan ancladas en zonas concretas de la membrana plasmática (v. fig. 1-7, paso 5b). El ARNmc(−) generado 
por replicación, junto con otras proteínas víricas, sale del núcleo (v. fig. 1-7, paso 6) y migra hacia las zonas de la 
 
50 
 
membrana donde se encuentran la neuraminidasa y la aglutinina, produciéndose el ensamblaje del virus y su liberación 
(v. fig. 1-7, paso 7). 
Como muchos otros virus, el virus de la gripe puede evadir el sistema inmunitario mediante un cambio de 
estructura en sus antígenos, dando lugar así a nuevas cepas. Cada nueva forma antigénica se enumera en función de 
las proteínas H y N seguidas de números. La recombinación que tiene lugar entre los fragmentos del genoma, aparte 
de las mutaciones puntuales que puedan ocurrir, es responsable de la generación de estas variantes antigénicas. Si dos 
cadenas distintas de ácido nucleico vírico infectan la misma célula huésped, la progenie vírica puede ser empaquetada 
con una nueva combinación de segmentos de ARN. Estos fenómenos pueden ser suficientes para generar variantes 
proteicas que no sean reconocidas por los anticuerpos creados durante una infección previa, por lo que las vacunas de 
la gripe tienen que cambiar cada año. La generación de la variante H1N1 está ligada a la epidemia devastadora que 
tuvo lugar en 1918 (llamada «gripe española»), que condujo a la muerte de unos 50 millones de personas, así como a la 
de la pandemia de 2009-2010. Otra variante especialmente virulenta es la H5N1 (gripe aviar), que afecta tanto a 
algunas aves como a los humanos. 
 
Virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) 
El virus de inmunodeficiencia humana (VIH) (fig. 1-8) infecta células que expresan CD4 en su superficie, como los 
linfocitos T cooperadores y los macrófagos. La propagación de la infección y la muerte de estas células conducen al 
síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA), que aumenta la susceptibilidad del paciente a infecciones 
oportunistas. El VIH es un retrovirus y, por lo tanto, pertenece al grupo de virus que codifican la transcriptasa 
inversa. El genoma del VIH es de tipo ARNmc(+), con dos copias idénticas dentro de un virión maduro. Dentro de la 
cápside, el virus contiene tres enzimas: la transcriptasa inversa, una proteasa y una integrasa. La cápside está rodeada 
por proteínas de la matriz vírica que están asociadas con una envoltura esférica. Dos glucoproteínas víricas (gp120 y 
gp41) sobresalen de la envoltura lipídica y permiten al VIH entrar en la célula huésped. Para el proceso de adhesión, 
la proteína vírica gp120 debe unirse al CD4 y posteriormente a un correceptor: CXCR4 en el caso de células T 
cooperadoras, o CCR5 en los macrófagos. La unión al receptor permite entonces la formación de un poro de fusión 
que permite la entrada del virión (v. fig. 1-8, B, paso 1). 
 
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FIGURA 1-8 Esquema de la estructura del virus del VIH (A) y del proceso de infección (B). El mecanismo básico de infección se 
explica en el texto. 
Una vez dentro, la replicación vírica requiere la acción de la transcriptasa inversa: el ARN vírico es transcrito en el 
citoplasma para formar una copia de ADN (v. fig. 1-8, B, paso 2). La cadena de ADN sirve como molde para generar el 
ADN bicatenario provírico, que es transportado al núcleo, donde se integra en el genoma de la célula con la ayuda de 
la enzima integrasa vírica, que tiene actividad endonucleasa (v. fig. 1-8, B, paso 3). El provirus puede permanecer en 
estado latente (asintomático), pero en presencia de determinados factores de transcripción, las ARN polimerasas de la 
célula transcriben los ARNm de genes víricos (v. fig. 1-8, B, paso 4) que se traducen en el citoplasma (v. fig. 1-8, B, 
paso 5). Las proteínas estructurales del VIH son codificadas por los siguientes genes: gag, que codifica varias proteínas 
que forman la cápside y la matriz en el virión; pol, que codifica la transcriptasa inversa, la integrasa y la proteasa; y 
env, que da lugar a las glucoproteínas destinadas a la superficie de la envoltura vírica. Los diferentes transcritos se 
originan a partir del producto inicial de la traducción mediante un procesamiento llamado splicing (v. capítulo 8), para 
poder formar las proteínas funcionales. El ensamblaje y la liberación de nuevos virus se producen en la membrana 
plasmáticade la célula huésped (v. fig. 1-8, B, pasos 6 y 7). 
 
Viroides 
El término «viroide» se usa para describir un grupo de patógenos intracelulares que causan enfermedades en plantas. 
Son estructuralmente más simples y pequeños que los virus. Consisten esencialmente en ARN circular de cadena 
simple sin una cubierta de proteínas ni otra envoltura, y son capaces de autorreplicarse dentro de la célula huésped. 
 
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Los viroides poseen normalmente de 250 a 400 nucleótidos, y no parecen codificar ninguna proteína. Se sospecha que 
su estructura de ARN interactúa con componentes celulares, causando así su replicación, patogenicidad y movimiento 
dentro de las células. Estos agentes son resistentes a ribonucleasas y la replicación parece que tiene lugar mediante la 
utilización de las ARN polimerasas de la célula huésped. Originan enfermedades porque interfieren con los procesos 
fisiológicos celulares cuando su número es abundante. Los viroides se caracterizan por poseer estructuras secundarias 
en forma de bastón con regiones altamente conservadas. Estos agentes entran en el sistema vascular de la planta (el 
floema), donde pueden circular y, eventualmente, invadir nuevas células, repitiendo así su ciclo replicativo de vida. 
 
Priones 
Las proteínas priónicas (PrP) normales se expresan en las superficies de neuronas en los humanos y en otros 
mamíferos, aunque su papel exacto dentro del sistema nervioso es desconocido. Sin embargo, su plegamiento anormal 
se asocia con varias enfermedades neurodegenerativas, incluidas la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (ECJ), el 
insomnio familiar fatal, el scrapie y el kuru. A pesar de que estas enfermedades son relativamente infrecuentes y tienen 
características propias, todas ellas causan encefalopatías espongiformes transmisibles. La PrP mal plegada (de aquí 
en adelante nos referiremos a esta simplemente como «el prión») se convierte en un agente infeccioso que activa una 
reacción en cadena capaz de cambiar el plegamiento de PrP normales. Cuando un prión patógeno (PrPSc, del inglés 
scrapie isoform) entra en contacto con una PrP normal (PrPC, del inglés celular isoform), induce un cambio 
conformacional en la PrPC que la transforma en PrPSc (y, por lo tanto, en patógena e infecciosa). Aunque no se han 
elucidado plenamente los detalles de esta transformación priónica, se ha postulado que la conversión de PrPC en PrPSc 
depende de la actividad catalítica del prión y/o de la polimerización dependiente de nucleación. 
El prión patógeno puede ser el resultado de mutaciones del gen que codifica la PrP (localizado en el cromosoma 20p 
en los humanos), o puede ser transmitido por la contaminación con tejidos infectados. Entre las enfermedades 
priónicas familiares se incluyen la ECJ, el síndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker y el insomnio familiar fatal. 
Entre las enfermedades originadas por ingestión de alimentos contaminados están el kuru (enfermedad endémica de 
Nueva Guinea), el scrapie (que se transmite entre ovejas) y las encefalopatías espongiformes bovinas (la enfermedad 
de las vacas locas). Los PrPSc son resistentes a proteasas y a tratamientos antisépticos tradicionales, como la cocción, la 
irradiación o el tratamiento con agentes químicos desnaturalizantes. Los PrPSc interfieren en el funcionamiento normal 
de las neuronas, causando su muerte y dando lugar al aspecto espongiforme del cerebro. La clínica de las 
enfermedades priónicas suele incluir déficits neurológicos y demencia. 
 
Lecturas recomendadas 
 
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 Gamazo C, Sánchez S. Camacho AI. Microbiología basada en la experimentación. España: Elsevier; 2014. 
 Neumann G, Noda T, Kawaoka Y. Emergence and pandemic potential of swine-origin H1N1 influenza virus. Nature. 2009;459:931–939. 
 Ramón, Cajal S. Reglas y consejos sobre investigación científica. Madrid: Austral; 2007. 
 Willey J, Sherwood L, Woolverton C. Prescott’s Microbiology. 9.ª ed. Mc Graw Hill; 2013. 
 
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CAPÍTULO 2 
 
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Cómo se estudian las células. Métodos y técnicas 
básicas en biología celular 
Alfonso Calvo 
Jackeline Agorreta 
Raúl Catena 
Ángela María Suburo 
Mariana García 
María Isabel Zudaire 
Objetivos de aprendizaje 
 
• Conocer los fundamentos de la microscopía óptica y electrónica, así como los diferentes tipos de microscopios. 
• Comprender los mecanismos básicos de las principales técnicas empleadas en biología celular y molecular, con 
ejemplos concretos sobre su uso en biomedicina. 
• Entender cómo se modifican genéticamente las células y la utilidad de estos procedimientos en el conocimiento 
de la fisiología celular y en la terapia génica. 
• Valorar la utilidad diagnóstica de las técnicas explicadas (en especial la inmunohistoquímica, las técnicas 
citogenéticas y la PCR, así como sus metodologías derivadas). 
 
 
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Introducción 
Actualmente existen innumerables técnicas que se emplean en biología celular para conocer la estructura y función de 
las células. Lógicamente, no es el objetivo de este capítulo hacer una exposición exhaustiva de todas ellas y explicar su 
metodología. Nos interesa únicamente destacar las principales herramientas utilizadas para el estudio más rutinario 
de las células y su aplicación en biomedicina. Nos centraremos en el microscopio y en las técnicas relacionadas con la 
microscopía. Algunas otras técnicas más propias de la biología molecular o la bioquímica con interés diagnóstico 
serán explicadas en el material adicional de la web asociada a la presente obra. 
 
 
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Microscopía óptica convencional 
El microscopio es un elemento imprescindible para el conocimiento y análisis de las células y tejidos. En el estudio de 
las células se presentan dos problemas fundamentales: su pequeño tamaño y el hecho de que la mayoría de las 
estructuras celulares son translúcidas, por lo que no se pueden distinguir con claridad. El primer problema se 
soluciona por medio de los microscopios, que consiguen aumentar la imagen unas 1.500 veces, en el caso de un 
microscopio óptico convencional, y unas 150.000-200.000 veces en el caso del microscopio electrónico. El segundo 
problema se soluciona mediante la utilización de técnicas de contraste, como las tinciones o el uso de sistemas ópticos 
especiales, que permiten distinguir las diferentes estructuras de células y tejidos. El microscopio óptico convencional 
está formado por tres sistemas (fig. 2-1): 
1. Mecánico: consta de pie, platina, tubo y columna. 
2. Óptico: formado por el objetivo y el ocular. 
3. De iluminación: constituido por el foco de luz, el condensador y el diafragma. 
 
FIGURA 2-1 Partes del microscopio óptico clásico (de campo claro). (Dibujo procedente de: Montuenga et al. Técnicas en histología y biología celular. 
Barcelona: Elsevier; 2009.) 
 
Aumentos, poder de resolución y límite de resolución 
No siempre que aumentamos una imagen conseguimos verla con más nitidez. El ejemplo más claro de esta evidencia 
lo tenemos en una fotografía impresa que aumentamos una serie de veces. Si la imagen tiene pocos píxeles por 
pulgada (es decir, tiene poca resolución), aunque aumentemos mucho la imagen, solo conseguiremos verla más 
grande (pero pixelada, sin mejorar la definición). En microscopía, la calidad de la imagen viene determinada, por un 
lado, por la correcta preservación de las estructuras del tejido, pero fundamentalmente por la calidad de la óptica del 
microscopio y por la longitud de onda de la luz empleada. Por eso, en microscopía se ha introducido el concepto de 
 
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poder de resolución, que se define como la capacidad que tiene un microscopio para distinguir como separados o 
diferentes dos puntos muy cercanos entre sí. Un concepto inverso es el de límite de resolución (LR), que es la 
distancia mínima que debe haber entre dos puntos muy cercanos entre sí para poder ser distinguidos como 
independientes. 
El LR para el ojo humano es de alrededor de 0,1 mm, de tal manera que si dos puntos están situados auna distancia 
menor, no los podríamos distinguir con claridad como separados, sino que nos parecería que están juntos. El LR para 
el microscopio óptico convencional es de ∼0,2 μm. Todo lo que esté separado por una distancia menor, o tenga un 
tamaño inferior a esta medida, no podrá ser observado con claridad al microscopio óptico. El LR para el microscopio 
electrónico de transmisión es de 10-20 Å. Las células (10-100 μm), el n úcleo celular ( ∼10 μm), las mitocondrias y 
lisosomas ( ∼0,5 μm), las bacterias (0,5-10 μm) etc., pueden ser observados al microscopio óptico; en cambio, 
estructuras como los ribosomas (25 nm), los virus (30-100 nm), la membrana plasmática (7 nm), etc., solo se pueden 
observar con el microscopio electrónico. 
Matemáticamente el LR se define como el cociente entre la longitud de onda empleada (λ) multiplicada por una 
constante k, dividido por la apertura numérica (AN) del objetivo (fig. 2-2). AN se define, a su vez, como el producto 
del índice de refracción del medio que existe entre la muestra y el objetivo, multiplicado por el seno del semiángulo 
de haz de luz incidente (α). Como se utiliza luz del espectro visible, comprendida entre 400 y 700 nm, para el cálculo 
del LR se utiliza un valor intermedio de λ (550 nm; k es una constante que tiene un valor de 0,65). En condiciones 
óptimas, poniendo todos estos datos en la ecuación, obtendríamos un LR para el microscopio óptico convencional de 
0,24 μm. 
 
FIGURA 2-2 Definición matemática del límite de resolución (LR). En las mejores condiciones ópticas, el LR del microscopio óptico está 
en torno a 0,2 μm. 
La naturaleza ondulante de la luz establece que no se puedan alcanzar límites de resolución inferiores a ∼0,2 
para un microscopio óptico convencional. Cuando un tren de ondas lumínicas que están en fase atraviesa los bordes 
de un objeto, estas sufren desviaciones y chocan con las ondas que viajan paralelas a ellas. Esta interferencia (que se 
denomina difracción óptica) hace que el borde de dicho objeto no se observe nítido, sino difuso. Por lo tanto, si dos 
objetos pequeños están muy juntos entre sí, la difracción óptica haría que se confundieran como uno solo. Si se 
utilizara luz de menor λ se conseguiría que esa desviación fuera menor y, por lo tanto, se disminuiría la interferencia, 
 
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obteniéndose así un LR más pequeño. Algunos microscopios utilizan luz ultravioleta (por debajo del espectro visible), 
pero esto implica el empleo de sistemas ópticos que transformen posteriormente la luz en visible (una vez que el haz 
ha atravesado la muestra). Como se verá más adelante, en el microscopio electrónico se utiliza un haz de electrones 
acelerado como fuente de iluminación, que posee una λ muy pequeña, lo que permite aumentar considerablemente la 
resolución. 
 
Obtención de contraste 
El contraste es la propiedad que nos permite distinguir estructuras celulares por su diferente color o brillo. Se puede 
obtener contraste básicamente mediante dos métodos: a) mediante variaciones en la λ que atraviesa distintas 
estructuras celulares, y b) mediante variaciones en la amplitud de la onda. Los colorantes modifican la λ, por lo que, 
cuando se tiñe una célula o un tejido, la tinción diferencial de las diversas estructuras celulares hace que las veamos 
con distinto color, lo cual proporciona el contraste. El uso combinado de varios colorantes, como por ejemplo la 
hematoxilina (que nos permitirá ver los núcleos celulares de color azulado) y la eosina (que tiñe de rosa el citoplasma), 
proporciona un mejor contraste. Cada colorante impide el paso de luz de determinadas λ y permite el paso de otras. 
El otro modo de obtener contraste es el empleo de sistemas ópticos que consiguen variaciones en la amplitud de la 
onda en zonas específicas del tejido o célula, lo cual proporciona diferencias en brillos (claros u oscuros). Cuando un 
tren de ondas en fase atraviesa un tejido sin teñir sufre diferentes retrasos en función de la estructura que atraviese. 
Por ejemplo, si atraviesa el núcleo o una estructura densa, ese tren de ondas se retrasará con respecto al que haya 
atravesado una estructura menos densa, como el citoplasma (fig. 2-3). Pero el retraso en los trenes de ondas no 
proporciona un claro contraste en el ojo humano; es decir, el hecho de que las ondas se retrasen no logra un contraste 
suficiente. Algunos microscopios, como el de contraste de fases, poseen sistemas ópticos por los que se pueden 
transformar dichos retrasos en diferencias en amplitud, que darían lugar a claroscuros y, por lo tanto, a contraste. Esto 
se consigue mediante la recombinación de un haz de luz de referencia (que no atraviesa la preparación) con los haces 
que atraviesan las distintas partes de la muestra. Como los retrasos de estos haces son diferentes, puede que la 
recombinación con el haz de referencia tenga lugar fuera de fase (dando lugar a oscuridad) o en fase (lo que causaría 
brillo) (v. fig. 2-3). 
 
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FIGURA 2-3 Microscopía de contraste de fases. A. Las ondas que atraviesan una muestra (incluso sin teñir) sufren retrasos de fase 
con respecto a la onda que no atraviesa la muestra (referencia). B. Si se hace interferir la onda de referencia con las ondas retardadas, 
puede suceder que se anulen (por coincidir fuera de fase), dando lugar a oscuridad, o que se potencien (por coincidir en fase), 
produciéndose brillo. C. El microscopio de contraste de fases utiliza este sistema óptico para la observación de células en cultivo (entre 
otras aplicaciones). (C, procedente de: http://www.microscopyu.com/galleries/phasecontrast/index.html.) 
El uso de estos microscopios tiene ventajas importantes. Los colorantes habituales que se utilizan en microscopía 
son «no vitales» (es decir, causan la muerte celular), lo que impide hacer estudios de células vivas. El microscopio de 
contraste de fases (al igual que el microscopio de interferencia) permite hacer estudios in vivo. En los laboratorios de 
cultivos celulares se utilizan rutinariamente microscopios de contraste de fases especiales (para poder observar células 
directamente en placas de cultivos), lo cual permite analizar propiedades celulares como el movimiento, la formación 
de seudópodos, etc. (v. fig. 2-3). 
 
Microscopía de fluorescencia y confocal 
La microscopía de fluorescencia se basa en la propiedad que tienen las sustancias fluorescentes de absorber luz de una 
determinada λ y emitir luz con una λ mayor. Este microscopio (fig. 2-4) permite ver solo las estructuras que se han 
marcado selectivamente con fluorocromos (sustancias fluorescentes). En este caso, el contraste se obtendría por 
marcaje selectivo de una estructura marcada fluorescentemente, que se observaría al microscopio sobre un fondo 
oscuro (v. fig. 2-4). Algunas estructuras de los tejidos son autofluorescentes, como las fibras elásticas; pero la mayoría 
de ellas no lo son, de tal modo que, para su observación, se tienen que conjugar con fluorocromos. Se pueden utilizar 
colorantes fluorescentes para teñir algunos componentes específicos de la célula, como el naranja de acridina, que tiñe 
selectivamente el núcleo. Pero para el marcaje se suelen emplear anticuerpos conjugados con fluorocromos, que 
reconocen específicamente las proteínas presentes en el tejido que se quiere estudiar (como veremos más adelante). 
http://www.microscopyu.com/galleries/phasecontrast/index.html
 
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FIGURA 2-4 A. Partes esenciales del microscopio de fluorescencia. La luz de excitación es filtrada (para que solo incida la luz que 
excita máximamente al fluorocromo que se ha empleado) y reflejada sobre la muestra por un espejo dicroico. La muestra emite luz con 
una λ mayor que la de excitación y puede atravesar el espejo dicroico, filtrándose de nuevo para evitar interferencias y llegándole al 
observador. B. Imagen de inmunofluorescencia de una célula en cultivo en la que se han empleado anticuerpos antitubulina marcados 
con una sustancia fluorescente. 
Existen gran