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Historia de la teoría celular el nacimiento de la teoría celular


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Departamento de Biología y Geología. Biología 2º Bachillerato. 2009-2010


La teoría celular.

Modelos de organización celular.




        1. HISTORIA DE LA TEORÍA CELULAR

        2. EL NACIMIENTO DE LA TEORÍA CELULAR.

        3. Enunciado básico de la teoría celular.

        4. LÍNEA DE TIEMPO: ALGUNOS EVENTOS EN BIOLOGÍA CELULAR.

        5. Caracteres generales de las células: forma, tamaño, color ...

        6. MODELOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR, CARACTERÍSTICAS.

        7. ORGANIZACIÓN DE LA CÉLULA EUCARIOTA.

        8. COMPONENTES DE LA CÉLULA EUCARIOTA.

        9. ORGANIZACIÓN DE LA CÉLULA PROCARIOTA

        10. ORGANIZACIÓN ACARIOTA, VIRUS.



HISTORIA DE LA TEORÍA CELULAR


Los descubrimientos biológicos aumentaron cuando la tecnología de imágenes se volvió más sofisticada. En la actualidad sabemos que todos los seres vivos están formados por células (los virus son considerados entes que transmiten herencia), como establece la Teoría Celular, pero no siempre fue así. El proceso de formulación de esta importante teoría de la Biología se llega después de un largo proceso sembrado de descubrimientos, controversias y teorías de lo más dispares.

La teoría de la generación espontánea de los seres vivos en los medios permanece vigente en el panorama científico desde el siglo III a.c. hasta mediados del siglo XVIII que fue echada por tierra con los nuevos aportes al estudio de la Biología.

Las células fueron vistas por primera vez y descriptas por algunos de los microscopistas de principios del siglo XVII.

A. van Leeuwenhoek (1632-1723), naturalista holandés, investigó en sus horas de ocio los más variados objetos, con ayuda de los cristales de aumento que él mismo construyera. Construyó microscopios y en lugar de venderlos los regaló a entidades científicas; aunque carecía de preparación científica era un agudo observador y comunicaba sus observaciones a la Real Sociedad de Londres. En 1675, por medio del microscopio, un alumno de Leeuwenhoek descubrió que en el esperma humano existían innumerables corpúsculos, sumamente pequeños y móviles, supuestos animalitos que actualmente se conocen como espermatozoides.

El naturalista Buffon (1707-1788), contemporáneo y rival de Linneo (sistemático sueco), pensaba que los seres microscópicos representaban moléculas vivientes, de las cuales por aglomeración, según ciertas leyes, resulta el animal visible. Las ideas filosóficas fueron la fuente, junto con la experiencia y la observación a través del microscopio, de donde provino la teoría de que en el cuerpo animal y en el vegetal aparecen pequeños “poros”, ahora conocidos como células.

Estas células ya se conocían en el siglo XVIII: Malpighi, Hooke y Greew reconocieron que el tejido de la planta se compone de huecos limitados por tabiques fijos. Más de cien años permaneció intacta esa observación.

Wolff intentó profundizarla y procuró también formarse una idea de la esencia de la fecundación. Wolff era profesor de filosofía y fue el fundador de la teoría epigenética de la evolución (teoría ya desacreditada que afirmaba que durante el desarrollo del individuo se forman nuevas estructuras a partir de un material no diferenciado, con ayuda de una fuerza vital). Observó que el cuerpo de la planta se parece a un líquido espumoso; que los poros en la espuma están llenos de cierto jugo, y que el germen animal está compuesto de minúsculas “esférulas”.

Robert Hooke (1635-1702) describió, gracias al microscopio, la estructura de la lamina de corcho, observando que estaba compuesta por una serie de celdillas, a cada una de estas las denominó cell (en inglés célula).

Robert Brown en 1831 comprueba la presencia constante de un corpúsculo en el interior de las células vegetales al que designa por primera vez con la denominación de núcleo.

Sin embargo, aún a fines del siglo XVIII el naturalista Cuvier y Bichat, el fundador de la teoría de los tejidos animales, rechazaban el microscopio porque ofrecía visiones deformadas de los objetos. Los microscopios de aquella época eran rudimentarios, pero hacia 1807 ya se empleaban aumentos de 180 a 400 diámetros. En 1837, Meyen observó los órganos vegetales a 500 aumentos, y desde 1840 el microscopio ya era de uso común.



EL NACIMIENTO DE LA TEORÍA CELULAR


La palabra “célula” fue utilizada por primera vez por el botánico inglés Robert Hooke para designar las primeras cámaras o alveolos que había observado al estudiar al microscopio delgadas láminas de tejidos vegetales. El libro “Micrographia” (1665) de Robert Hooke contiene algunos de los primeros dibujos nítidos de células vegetales, basados en las observaciones de algunas secciones finas de “corcho” (corteza o cubierta exterior de cualquier planta leñosa). Pero Hooke nunca llegó a imaginar el verdadero significado de aquellas células; solamente había percibido su estructura, su esqueleto. No sería hasta mediados del siglo XIX que dos científicos alemanes, Schleiden y Schwann, descubrirían la naturaleza celular de la materia viva.

Mathias Jakob Schleiden nació en Hamburgo en 1804. Estudió derecho y ejerció la abogacía hasta los 27 años, insatisfecho con su actividad decidió abandonar la profesión y luego de un intento de suicidio en 1831 inició una nueva vida. Volvió a la Universidad para seguir cursos de medicina y botánica y en 1839 fue nombrado profesor adjunto de botánica en la Universidad de Jena, en la que permaneció durante 23 años. Después de una breve estancia en Rusia, se estableció en Dresde, donde murió en 1881. Shleiden rechazaba el vitalismo (posición según la cual los organismos vivos poseen una fuerza o sustancia vital especial, que no se puede encontrar en la materia inerte) en busca de una explicación mecanicista de la vida, y de carácter evolucionista. Su objetivo era hacer de la botánica una ciencia verdadera y exacta.

En 1833, el botánico inglés R. Brown descubrió en diferentes células vegetales un “granito” (el núcleo). Schleiden se esforzó por demostrar que las células se forman de este núcleo; que del plasma viviente al principio, se separa el núcleo y que a su alrededor se forman células que van creciendo, hasta que sus paredes se tocan y por una especie de cristalización nace el tejido celular. Esta gran confusión originó la circunstancia de no establecer diferencia alguna entre el núcleo, las vacuolas y los granos de almidón, creyendo que todos representaban células embrionarias. Schleiden, tampoco vio claro cómo estaban compuestas las plantas unicelulares.

La doctrina de Schleiden de la evolución del tejido partiendo de células fue ampliada a los animales por Schwann, discípulo de Johannes Müller, destacado fisiólogo alemán. Theodor Schwann, nacido en 1810, cerca de Dusseldorf, en el seno de una familia sumamente religiosa. Estudió medicina en Bonn, donde conoció a Müller, y en Berlín ocupó la cátedra de Anatomía. En aquellos tiempos abandonaría en parte su vida de intensa actividad religiosa dejándose seducir por concepciones mecanicistas. A partir de 1839 su carrera científica culmina debido, en principio, a la actitud crítica de científicos dedicados a la química frente a sus trabajos sobre la fermentación alcohólica. Ante tal circunstancia resurge su jamás apagada fe religiosa, abandonada debido al racionalismo de los años anteriores, y se refugia en el Dios de su infancia. Schwann se trasladó a Londres como profesor de Anatomía donde permaneció durante nueve años. Falleció en Colonia en 1882, víctima de una embolia.

Schwann y Schleiden eran grandes amigos, y el mismo Schwann cuenta como una conversación con Schleiden, en Berlín, le sugirió la idea que daría origen a la teoría celular: “Un día que cenaba con el señor Schleiden, este ilustre botánico me indicó la importante función que desempeña el núcleo en el desarrollo de las células vegetales. Me acordé enseguida de haber visto un órgano semejante en las células de la cuerda dorsal del renacuajo, y en aquel momento comprendí la importancia que tendría mi descubrimiento si llegaba a demostrar que en las células de la cuerda dorsal este núcleo desempeñaba el mismo papel que el núcleo de las plantas en el desarrollo de los vegetales”.

Esto ocurría en 1838, año en que Schleiden había publicado una breve memoria en la que se describía el desarrollo del bolso embrionario de diversas plantas y en la que se explicaba la independencia de las células que componen el organismo y la función directora del núcleo. A raíz de esta observación, Schwann se dedicó a descubrir la composición celular de los tejidos animales y a localizar los núcleos de las diferentes células. Al año siguiente(1839), Schwann publicó una memoria en la que se exponían todas las bases de la teoría celular.

Tanto Schleiden como Schwann afirmaban que el organismo era un agregado (según ciertas leyes) de otros seres de orden inferior; contra la opinión vitalista de la unidad de la vida en el cuerpo orgánico y contra la fuerza vital unitaria. Schleiden aducía que la vida es el resultado de la colaboración de muchas células. Schleiden, botánico, y Schwann, zoólogo, estudiaron muchos tipos de tejidos en sus campos respectivos. Ambos llegaron a la conclusión de que la célula es la unidad estructural básica de todos los organismos. La célula constituye la unidad fundamental de los seres vivos. Todo organismo vivo está constituido por una o por multitud de células.



Enunciado básico de la teoría celular.


La Teoría Celular, tal como se la considera hoy, puede resumirse en cuatro proposiciones:

1. En principio, todos los organismos están compuestos de células.

UNIDAD ANATÓMICA.

2. En las células tienen lugar las reacciones metabólicas de organismo.

UNIDAD FISIOLÓGICA.

3. Las células provienen tan solo de otras células preexistentes.

UNIDAD REPRODUCTORA.

4. Las células contienen el material hereditario.

UNIDAD GENÉTICA.

La segunda y tercera proposiciones fueron añadidas por el patólogo y también estadista Rudolf Virchow (1821 – 1902). En su trabajo “Patología celular” (1858), Virchow consideró la célula como la unidad básica metabólica y estructural. En ese mismo trabajo subrayó la continuidad de los organismos: “todas las células provienen de otras células (preexistentes)”.

Los pasos siguientes en la concepción de la estructura celular de los seres vivos iban a ser dados por Remak, con el descubrimiento de la división celular en 1852. La demostración de la estructura celular en el sistema nervioso la iba a hacer Ramón y Cajal a comienzos del siglo XX en contra de la idea del retículo difuso de Golgi (teoría reticularista). Ambos recibieron el Premio Nobel en 1906. Las observaciones de Ramón y Cajal sirvieron para otorgar carácter universal a la teoría celular.

LÍNEA DE TIEMPO: ALGUNOS EVENTOS EN BIOLOGÍA CELULAR


  • 1639 Robert Hooke observa “células” de corcho con un microscopio primitivo.

  • 1680 A.Leeuwenhoek (1632-1702) descubre espermatozoides en el semen.

  • 1688 Redi publica su trabajo sobre la generación espontánea.

  • 1839 Johannes Müller efectúa investigaciones microscópicas e histológicas.

  • 1839 Jacob Henle realiza una descripción general de la epidermis y el epitelio.

  • 1839 Schleiden y Schwann proponen la Teoría Celular.

  • 1839 Robert Remak (1815-1865) descubrimiento de las células ganglionares del corazón humano.

  • 1841 Albert Koelliker (1817-1905) descubre que cada espermatozoide es una célula, la célula germinal masculina.

  • 1852 Robert Remak demostró que el óvulo es una célula.

  • 1855 Rudolf Virchow afirma que todas las células provienen de células.

  • 1873 Camillo Golgi da a conocer su procedimiento de tinción de las células nerviosas.

  • 1888 Santiago Ramón y Cajal modifica el método de tinción de Golgi y logra esclarecer todas las estructuras.



Caracteres generales de las células: forma, tamaño, color, etc.


Hay células de formas y tamaños muy variados. Algunas de las células bacterianas más pequeñas tienen forma cilíndrica de menos de una micra o µm (1 µm es igual a una millonésima de metro) de longitud. En el extremo opuesto se encuentran las células nerviosas, corpúsculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metros de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular). Casi todas las células vegetales tienen entre 20 y 30 µm de longitud, forma poligonal y pared celular rígida. Las células de los tejidos animales suelen ser compactas, de 10 a 20 µm de diámetro y con una membrana superficial deformable y casi siempre muy plegada.

Pese a las muchas diferencias de aspecto y función, todas las células están envueltas en una membrana —llamada membrana plasmática— que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma. En el interior de las células tienen lugar numerosas reacciones químicas que les permiten crecer, producir energía y eliminar residuos. El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (término que proviene de una palabra griega que significa cambio). Todas las células contienen información hereditaria codificada en moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN); esta información dirige la actividad de la célula y asegura la reproducción y el paso de los caracteres a la descendencia. Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas moléculas idénticas o casi idénticas) demuestran que hay una relación evolutiva entre las células actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra.

En cuanto a su color, originariamente las células son incoloras; cuando presentan color se debe a pigmentos incluidos en su estructura, como por ejemplo los glóbulos rojos que son amarillos por la hemoglobina, las células epidérmicas por la melanina, las células vegetales por la clorofila.

MODELOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR.


Las células se clasifican por sus unidades fundamentales de estructura y por la forma en que obtienen energía. Las células se clasifican como procariontes o eucariontes.

Las células también se definen de acuerdo a su necesidad de energía. Los autótrofos se alimentan por ellos mismos y usan luz o energía química para fabricar comida. Las plantas son un ejemplo de autótrofos. En contraste, los heterótrofos (los que se alimentan de otros) obtienen energía de otros autótrofos o heterótrofos. Muchas bacterias y animales son heterótrofos.

Los organismos multicelulares están creados por una compleja organización de células que cooperan. Debe haber nuevos mecanismos para la comunicación entre células y la regulación. También debe haber mecanismos únicos para que un simple huevo fertilizado desarrolle todas las diferentes clases de tejidos del cuerpo. ¡En los humanos hay 1014 células comprendidas en 200 clases de tejidos!


ORGANIZACIÓN CELULAR

Proteínas

Lípidos


Glúcidos.

Ácidos nucleicos.

Autótrofos y/o heterótrofos.

Funciones vitales: alimentación, relación y reproducción.



Procariota

Envolturas + citoplasma

Eucariota

Envolturas +

Citoplasma +

núcleo


Animal

Vegetal

ORGANIZACIÓN ACELULAR

Proteínas

Ácido nucleico.

Parásitos intracelulares obligados.

Funciones vitales: reproducción.



Virus

Cápsula proteica + Ácido nucleico

A. Organización Procariota:  Ej.: bacterias y algas verde azuladas (Cianofíceas) pertenecientes al reino Monera.

          Características:


  • No poseen núcleo definido.

  • No contiene nucléolos.

  • Su tamaño es pequeño, de 1 a 10 µm.

  • Metabolismo anaeróbico y/o aeróbico.

  • No tienen orgánulos, excepto ribosomas.

  • No tienen citoesqueleto.

  • Tienen un cromosoma circular.

  • Sin mitosis.

  • Con pared celular y algunas con cápsula.

  • No hacen fagocitosis y pinocitosis.

  • Organización principalmente unicelular.

B. Organización Eucariota: Ejs.: Células vegetales y animales pertenecientes a los reinos Protoctistas, Fungi, Metafitas y Metazoos.



Características:

  • Núcleo con membrana.

  • Contiene nucléolos.

  • Tamaño diez veces mayor que una procariota, de 10 a 100 µm.

  • Metabolismo aeróbico.

  • Poseen orgánulos citoplasmáticos.

  • Si poseen citoesqueleto.

  • Varios cromosomas lineales muy largos.

  • Pared celular celulósica en vegetales y de quitina en hongos.

  • Hacen fagocitosis y pinocitosis.

  • Organización unicelular o pluricelular.

C. Organización Acariota o Acelular:  Ej.: virus



Características:

* Más rudimentarios que procariotas y eucariotas.
* No son seres vivos propiamente dichos.
* Son moléculas de ácido nucleico (ADN o ARN) y proteína.
* Sólo visibles con microscopio electrónico.
* Son parásitos obligados.
* Tamaño medio de 0,1 µm.

Células vegetales y células animales: diferencias y analogías.

 

Célula animal

Célula vegetal

Membrana plasmática

presente

presente

Núcleo

presente

presente

Nucleolo

presente

presente

Retículos

presente

presente

Vacuolas

pequeñas

grandes  

Mitocondrias

presente

presente

Cromosomas

presente

presente

Centrosoma

presente

ausente  

Plástidos

ausentes

presentes  

Pared celular

ausente

presente  

Plasmodesmos

ausentes

presentes  

Diferencias entre células eucariotas y procariotas.

Estructura/Proceso 

en Eucariotas

en Procariotas


Membrana nuclear

Presente 

Ausente

ADN

Combinado con proteínas (histonas)

Desnudo y circular

Cromosomas

Múltiples

Único 

División celular

Mitosis o Meiosis

  Fisión binaria

Mitocondria

Presentes (con ribosomas 70S)

Ausente. Los procesos bioquímicos equivalentes
tienen lugar en la membrana citoplasmática.

Cloroplasto

Presentes en células vegetales (con ribosomas 70S)

Ribosomas

80S (a 60S y 40S sus subunidades)

70S (a 50S y 30S sus subunidades)

Pared celular

Presente en vegetales, constituida por celulosa y en hongos- quitina.

Presente, constituida por mureína

Nucléolos

Presentes

Ausentes

Retículo endoplásmico

Presente

Ausente

Órganos de locomoción

Cilios y flagelos que al corte transversal presentan una distribución característica de microtúbulos: 9 + 2 Tubulina

Flagelos sin estructura 9+2. Flagelina.



Las células son estructuras altamente organizadas en su interior, constituidas por diferentes orgánulos implicados, cada uno de ellos en diferentes funciones.

Sin embargo, todas las células eucariotas, que son las de todos los seres vivos con la excepción de las bacterias cuyas células son mucho más sencillas, comparten un plan general de organización:


  1. Una MEMBRANA que determina su individualidad.

  2. Un NÚCLEO que contiene el material genético y ejerce el control de la célula.

  3. Un CITOPLASMA lleno de orgánulos, dónde se ejecutan prácticamente todas las funciones.



COMPONENTE


ESTRUCTURA

FUNCIÓN

Membrana celular
Mosaico fluido: bicapa lipídica con proteínas y glucocálix externo. Colesterol en células animales
Límite de la célula y permeabilidad selectiva
Pared celular
Pared primaria y pared secundaria de fibras de celulosa y quitina en hongos.
Responsable de la forma de las células; le da soporte mecánico, protección y mantiene el balance osmótico
Hialoplasma
Solución acuosa con alta concentración de proteínas, esencialmente enzimas.
Participación en procesos metabólicos
Citoesqueleto
Red tridimensional formada por filamentos proteicos.
Organización y control del espacio interior. Involucrado en la forma, movimiento y división celular.
Centríolos
Microtúbulos y pequeñas fibras
Centro organizador de microtúbulos. Formación del huso acromático. Formación de cilios y flagelos.
Ribosomas
Dos subunidades formadas por ARN y proteínas
Síntesis de proteínas
R.E. Rugoso
Cisternas membranales intercomunicadas con ribosomas adheridos.
Síntesis, procesamiento y almacenamiento de proteínas.
R.E. Liso
Cisternas de membrana intercomunicadas irregulares, sin ribosomas.
Síntesis, almacenamiento y transporte de lípidos. Tratamiento y eliminación de sustancias tóxicas.
Aparato de Golgi
Sistema de cisternas de membrana aplanadas, en relación con vesículas
Maduración, almacenamiento y transferencia de glucoproteínas. Formación de membranas y pared celular, síntesis de lisosomas.
Lisosomas
Vesículas esféricas de membrana que contienen enzimas digestivos.
Digestión celular
Peroxisomas
Vesículas esféricas de membrana que contienen enzimas oxidativas
Protección contra productos tóxicos del metabolismo del O2.
Vacuolas
Vesículas redondeadas
Almacenar sustancias: agua, sustancias nutritivas y de desecho.
Mitocondrias
Orgánulos con doble membrana. Presentan gran cantidad de enzimas, ADN y ribosomas
Centrales energéticas de la célula: llevan a cabo la respiración celular, consistente en la oxidación de nutrientes para obtener ATP.
Cloroplastos
Orgánulos con doble membrana, más una tercera en su interior (tilacoidal). Contiene enzimas, ADN y ribosomas.
Responsables de la fotosíntesis.
Membrana nuclear
Doble membrana con poros.
Separar y proteger el ADN del resto de la célula.
Nucleoplasma
Composición similar al hialoplasma.
Contiene enzimas involucrados en la replicación del ADN, en la transcripción del ARN y su empaquetamiento para el traslado al citoplasma.
Cromatina
ADN más proteínas densamente empaquetadas.
Portador de la información genética
Nucléolo
Región esferoidal con alta concentración de ARN y proteínas.
Constituye el organizador nucleolar, lugar de síntesis de las subunidades ribosómicas.



Los procariontes incluyen el reino Monera. Las células están rodeadas por una membrana y una pared celular. A las células procarióticas les faltan las características "organelas" envueltas en membrana subcelular de los eucariontes, pero pueden contener sistemas de membrana dentro de la pared celular. Carecen de un núcleo definido, su material genético se dispone en una región más densa del citoplasma denominada nucleoide.

Las células procarióticas pueden tener pigmentos fotosintéticos tales como los encontrados en las cianobacterias ("bacterias azules"). Algunas células procarióticas tienen flagelos externos en forma de látigo para la locomoción o pili como pelos para adherirse. Las células procarióticas tienen múltiples formas: cocos (redonda), bacilos (bastones), y espiralada o espiroquetas (células helicoidales) .

Bacteria Pseudomonas

C
aracterísticas básicas de los virus

Simplemente dicho, los virus son solamente partículas con información genética rodeada por una capa de proteína. Pueden contener estructuras externas y una membrana.

Los virus son parásitos intracelulares obligados, esto quiere decir que necesitan una célula huésped para reproducirse. En su ciclo de vida, un virus infecta una célula, permitiendo que la información genética viral dirija la síntesis de nuevas partículas virales por la célula.

Hay muchas clases de virus, se pueden clasificar de formas diferentes, una de ellas es según el tipo de célula que parasitan. Aquellos que infectan a los humanos incluyen la polio, influenza, herpes, viruela, varicela, gripe y el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) que causa el SIDA.


Retrovirus.

Virus de ARN.







Bacteriófago, fago.

Virus complejo.











Colorea las diferentes estructuras celulares.









I.E.S. “Ramón Olleros Gregorio”




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