Biología, la vida en la tierra con fisiología Tomo 01-páginas-16

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Estructura y funciones de la célula
E s tu d io de caso
Refacciones para el organ ism o 
hum ano
- C R E O Q UE NUNCA antes en mi v id a grité tan fu e rte - 
d ce Jenn ifer cuando rememora e l d ía en que e l aceite 
h rv ien te de una freidora se derram ó sobre su bebé de 
10 m eses y quem ó 70% d e su cuerpo—. El operador del 
servicio de em ergencias me d ijo que le quitara la ropa, 
pero se había derretido sobre él. Le quité los calcetines 
y salieron con todo y p ie l. Hace unas décadas, las 
quemaduras d e este niño habrían s ido mortales. Ahora, 
la única ev idencia d e la quem adura en el pecho es que la 
piel está ligeramente arrugada. Zachary Jenkins se salvó 
gracias a la m aravilla de bioingeniería de la piel artificial.
l a piel consta d e varios tipos d e célu las especializadas 
con interacciones com plejas. Las célu las exteriores 
de la piel son m agistrales reproductoras y sanan las 
quem aduras pequeñas sin dejar rastro. Sin em bargo , si 
se destruyen com pletam ente capas más profundas d e la 
piel (derm is), la curación es m u y lenta, pues parte d e los 
bordes de la quem adura. Las quem aduras profundas se 
tratan con injertos de derm is tom ada de otras partes del 
cuerpo; p ero si las quem aduras son extensas, la 
falta d e piel sana hace imposible este método. Aunque 
las célu las de piel sana de un paciente pueden cu ltivarse 
y colocarse sobre la parte afectada, deben transcurrir 
sem anas para tener célu las suficientes que cubran esas 
quem aduras. Hasta hace poco, la única opción era usar 
piel d e cadáveres hum anos o de puercos. En e l m ejor de 
los casos, estos tejidos sirven com o “vend a jes biológicos" 
tem porales, porque e l cuerpo d e la v ictim a los rechaza 
m e n ta lm e n te . Las secuelas com unes son cicatrices 
g a n d e s que desfiguran.
la d isponib ilidad d e la piel d e b io ingeniería ha 
cam biado radicalm ente e l pronóstico d e las victim as 
quem adas. E l niño d e la fotografía in icia l de l cap ítu lo fue 
tratado con p ie l artificia l de bioingeniería (TransCyte**), 
que se produce con células obtenidas d e prepucios 
donados de lactantes circuncidados a l nacer. Este tejido 
—que en o tras circunstancias seria desechado— es 
w a fuente d e célu las que se d iv iden ráp idam ente. En 
el laboratorio , las cé lu las se cultivan en una m alla de 
ra ilo n . en la que producen factores d e crecim iento y 
fibras de proteína que sostienen la piel. A unque las 
células de l prepucio m ueren, las sustancias d e soporte 
estim ulan la regeneración d e la prop ia p ie l d e la víctim a, 
así com o de nuevos va so s sanguíneos. Una nueva 
forma d e p ie l artificial d e bioingeniería llam ada O rcel1* , 
sostiene las cé lu las de l prepucio en una m atriz prote ica 
esponjosa biodegradable.
La piel artificia l d e b io ingeniería m uestra e l creciente 
poder hum ano d e m an ipu lar la s cé lu las, las unidades 
fundam entales de la v id a . S i los c ientíficos pueden 
transform ar célu las en piel v iva , pero artific ia l, ¿podrían 
tam bién escu lp ir cé lu las para huesos, h ígados, riñones 
y ve jigas funcionales?
A Tan só lo seis m eses antes 
de tom ar es ta fotografía , el 
p echo del n iño es tab a q ue ­
m ado d e g raved ad (detalle). 
Al tra tarse con piel bioartifi- 
c ia l. se redu jo notab lem ente 
su tiem p o d e cu rac ión y 
p rácticam ente no quedaron 
c ica tr ice s de la quem adura.
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5 6 La vida de la célula
De un v is ta z o
Estudio d a caso Refacciones para el organism o humano
4 .1 ¿ Q u é e s l a te o r ía c e lu la r?
4 .2 ¿C u á le s s o n lo s a t r ib u to s b á s ic o s d e la s c é lu la s ? 
La función im ita el tam añ o de la célula
l a s célu las tienen características comunes
Investigación científica En busca de la Célula 
Estud io de caso continuación Refacciones para el 
organismo humano 
H a y d o s tipos básicos de células: p rocariontcs y eucariontes
4 .3 ¿ C u á le s s o n la s p r in c ip a le s c a ra c te r ís t ic a s 
d e la s c é lu la s e u c a r io n te s ?
A lgunas célu las eucariontes están sostenidas por paredes 
celulares
E l dtoesqueleto d a form a, sostén y movim iento 
C ilio s y flagelos mueven a la célu la en m edios acuosos o 
hacen pasar los Hquidos por la célula 
E l núcleo es el centro de con tro l d e la célu la cucariontc
Estud io d « caso continuación Refacciones para el 
organismo humano
E l citop lasm a d e los eucariontes contiene un elaborado 
sistem a d e m em branas
Las vacuolas cum plen muchas funciones, incluyendo la 
regulación del agua, sostén y alm acenam iento 
La m itocondria extrae energía de las m oléculas d e los 
a lim entos y los d o ro p la s tos cap tan energía so lar 
Las p lantas óenen plástidos para alm acenam iento 
fíio F lijt T o u r an A n,m al Ce ll (d ispon ib le en 
inglés)
B to F U x Tour o f a Plant Ce ll (d isponible e n inglés)
4 . 4 ¿ C u á l e s s o n l a s p r in c ip a le s c a r a c t e r í s t i c a s 
d e l a s c é lu la s p r o c a r io n t e s ?
la s células p rocariontes son pequeñas y poseen dem entos 
superficiales especializados 
la s células p rocariontes óenen m enos estructuras 
especializadas e n su citoplasm a
En laces con la v id a d ia r ia Huéspedes indeseados 
Estud io d a caso otro v is taz o Refacciones para el 
organism o humano
 /
4.1 ¿Q U É E S LA T E O R ÍA C ELU LA R ?
C ó m o las célu las son m u y pequeñas, n o se su p o d e ellas hasta 
la invención d e l m icroscopio, a m ediados del s ig lo X V I I (véase el 
apartado 'In ves tig ac ió n científica: En busca d e la cé lu la ', e n las 
páginas 58-59). P e ro v e r las célu las fue apenas el p rim er p aso para 
entender su im portancia. F.n 18.38, e l b o tán ico alem án M atth ias 
Sch le iden con cluyó q ue las células y las sustancias q ue producen 
fo rm an la estructura básica d e las p lantas y q ue e l crec im ien to ve- 
getal se d a por agregación de células nuevas. E n 1839, e l b ió logo 
alem án T tieo d o r S ch w a n n (am ig o y c o lib o ra d o r d e Sch le id en ) lle ­
gó a conclusiones s im ilares para las célu las an im ales. E l trabajo 
d e Sch le iden y S d iw a n n a rro jó un a teoría un ificada de las células 
co m o un idades fu n d am é n ta la de la vida. En 1855, e l m éd ico ale­
m án R u d o lf V irch o w com p le tó la te o r ía c e lu la r al co n c lu ir que 
todas las células p rovienen d e células y a existentes.
La teo r ía ce lu la r es un concep to u n ificad o r e n la b io lo g ía y 
com prende tres princip ios:
• T o d o o rg an ism o v ivo está com puesto por u n a o m ás células.
• Los organism os vivos m ás pequeños son cé lu las ún icas y las 
cé lu las so n las un idades func iona les d e los organism os m u l­
ticelulares.
• Todas las célu las proceden d e otras células.
T o d o s los seres v ivos, de las bacterias m icroscóp icas a l cuer­
p o h u m a n o y las secuoyas gigantescas, están com puestos p o r cé­
lulas. S i b ien un a bacteria consta d e un a so la cé lu la re lativam ente 
sim ple, e l cuerpo h u m an o tien e b illo n e s d e cé lu las com plejas, 
especializadas e n un a eno rm e variedad d e func iones. Para sobre­
v iv ir, las cé lu las d eb en ob tener energía y nu trim entos d e su en to r­
no , s in te tiza r p roteínas y otras m oléculas necesarias para crecer y 
repararse, y e lim in a r los desechos. M u ch as células deben interac- 
m a r con otras. Para asegurar la co n tin u id a d d e la v id a , las células
tam b ién deben reproducirse. Estas activ idades se logran e n partes 
especializadas de las célu las, com o se verá m ás adelante.
4.2 ¿C U Á L E S SO N LO S A T R IB U T O S 
B Á S IC O S D E LA S C ÉLU LA S?
Todaslas célu las derivan d e antepasados com unes y deben cu m p lir 
fu n c io n a sem ejantes. Po r consiguiente, óenen m uchas sem ejan­
zas e n tam año y estructura.
La fundón lim ita el tam año de la célula 
l a m ayoría de las cé lu las tienen u n d iám etro que va d e 1 a 1 0 0 
mieras (m illonésim as d e m etro ; F IG U R A 4-1). ¿P o r q ué son tan 
pequeñas? l a respuesta a t á e n que las célu las necesitan intercam ­
b ia r nutrim entos y desechos por la m em brana plasm ática. C o m o 
se verá e n el cap ítu lo 5, m uchos nutrim entos y desechos entran, 
pasan y sa len d e las cé lu las por d ifusión, q ue es e l m o v im ien to de 
m oléculas d e lugares de m ayo r a m e n o r concentración, a decir, es 
u n m o v im ien to len to q u e requ iere q ue n inguna pane de la célu la 
a t é d em asiado lejos del exterior.
Las células tienen características comunes
IV se a su diversidad, todas las células (in c lu id as las bacterias y ar­
queas p ro ca rio n ta , las eucariontes proti&tas, hongos, vegetales y 
an im a les) co m p an en los e lem entos com unes q ue se describen en 
las secciones q ue aparecen a continuación.
L a m o m b ra n a p la s m á t ic a e n g lo b a a la c é lu la y fa c u lta 
la s in te ra c c io n e s d e l a c é lu la y s u a m b ie n te 
C ad a cé lu la está rodeada por un a m em brana flu id a y extrem a­
d am ente de lgada llam ada m e m b ra n a p la s m á t ic a (F IG U R A 4-2). 
C o m o se verá e n e l ca p ítu lo 5, la m e m b ran a p lasm ática y las de-
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E s t r u c t u r a y f u n c io n e s d e l a c é lu la 5 7
1 0 0 |im
10 0 nm
0 .1 nm
átom os
U n idades d e m edida:
1 motro (m)
1 centímetro (cm) = 1 / 10 0 m 
1 m ilmetro (mm) = 1/1 ,0 0 0 m 
1 miera (jim ) - 1 /1 ,000,000 m 
1 nenómetro (nm) = 1 /1 ,000,000,000 m
A F IG U R A 4-1 T a m a ñ o s re la t iv o s Las dimensiones habituales 
de la biología van de unos 1 0 0 metros (la altura d e las secuoyas más 
grandes» a unas cuantas mieras (el diámetro de casi todas las células» 
y algunos nanómetros (el diámetro d e muchas moléculas grandes).
A F IG U R A 4-2 L a m e m b ra n a p la s m á t ic a La membrana 
plasmática engloba a la célula. Como todas las membranas 
celulares, consta de una doble capa d e moléculas de fosfolíp idos en 
laq u e se Incrustan diversas proteínas. La membrana está sostenida 
por el cltoesqueleto. En las células animales, el colesterol ayuda a 
mantener la flu lde* de la membrana.
m ás m em branas d e la cé lu la constan de un a d o b le capa d e m o­
léculas de fo sfo líp id o s y co lestero l e n la q ue están incrustadas 
num erosas proteínas. En tre L is fu nc iones im portan tes d e la m em ­
b ran a p lasm ática se encuentran:
• A is la r el co n ten id o de la cé lu la del am b iente exterior
• Regular la en trada y salida d e m ateria les de la cé lu la
• te rm itir la interacción con otras célu las y con el am b iente exlra- 
celu lar
Los com ponentes, tan to fo sfo líp id os co m o proteínas d e la m em ­
b ran a ce lu lar cu m p len fu nc iones m u y d iferentes. Cada fosfolíp i- 
d o tien e un a cabeza h id ro fílica ( 'a f ín al a g u a ') q u e d a al in te rio r 
o exterior acuoso d e la cé lu la y un par d e co las h id ro fób icas ( ' t e ­
m e n al a g u a ') q ue dan a l in te rio r d e la m em brana [véanse las pá­
ginas 44 y 45 ). A unque algunas m oléculas pequeñas co m o las de 
oxígeno, d ió x id o de ca rb o n o y agua, pueden d ifu n d irse por Li 
capa d e fosfo líp idos, ésta fo rm a un a b añ e ra para la m ayo ría de 
los ion es y m o lécu las h id ro filicas , a is lando a la cé lu la d e l entor­
n o , para que pueda m a n te n e r las cruciales d iferencias e n concen ­
traciones de m ateria les d en tro y fuera.
Las p rote ínas d e la m em brana p lasm ática fa c ilitan la co m u ­
n icac ió n en tre la cé lu la y el e n to rn o . A lg u nas d e jan pasar iones 
o m oléculas específicas p o r la m em brana p lasm ática, m ientras 
q u e otras favorecen las reacciones q u ím icas de la cé lu la . A lgunas 
p roteínas d e la m em brana u n e n a dos cé lu las y otras m ás reciben
L h a dob lo ca p a do 
fosfolípidos a ís la el 
contenido d e la célula Las proteínas 
comunican a la célula 
con el ontomo
d t o p t e v n a ( a d e n tr o )
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5 8 La vida de la célula
Investigación d entífica
En busca de la célula
En 1665, c l científico e inventor ing lés Roben Hooke anotó 
sus observaciones con un microscopio primitivo. D irig ió su 
Instrumento a un tro z o de corcho... extraordinariamente 
delgado* y v io "muchas cajitas* (F IG URA E4-iaX Hooke llamó a 
las cajitas "células*, porque le pareció que se asemejaban a los 
pequeños cuanos o celdas que ocupaban los monjes. El corcho 
procede de la co n cza externa seca d e l alcornoque, y ahora se 
sabe que lo que v io Hooke eran las paredes de célu las m uenas 
que rodean todas las célu las vegetales. Hook escribió: 'E stas 
células están llenas de Jugos*.
En la década de 1670, e l microscopista holandés Antón van 
leeuwenhoek construyó microscopios simples y observó un 
m undo hasta entonces desconocido. Era un científico aficionado 
y autodidacta, y sus descripciones d e la mirlada d e 'anlmáculos* 
(casi todos organismos unicelulares) e n agua de lluvia, de 
estanques y de pozos causaron alborotos en esos d ías e n que 
c l agua se bebía sin tratar. Lccuwnchock hizo observaciones 
cuidadosas de una variedad enorme de especímenes 
microscópicos, como células sanguíneas, espermatozoides y 
huevos de insectos pequeños, como pulgas y pulgones. Sus
(a) M ic rosco p io d e l sig lo X V II y cé lu las d e co rcho
t>) M ic rosco p io d e Leeuw en ho ek
fe) M icroscop io e lec trón ico
▲ F IG U R A E4-1 L o s m ic ro s c o p io s a y e r y h o y ( a ) Dibujos de Robert Hooke de células de corcho, como 
las v io con un microscopio óptico parecido al que se muestra. Só lo quedan las paredes celulares, (b ) Uno de 
los microscopios d e Leeuwenhoek y una fotografía de célu las sanguíneas tomada a través de un Instrumento 
de Leeuwenhoek. El espécimen se observa a través de un orificio diminuto debajo de la lente, ( c ) Este 
rricroscoplo funciona como microscopio electrónico de transm isión (MET) y como microscopio electrónico 
de barrido (MEB).
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