R.F.M.S.C.
Colegio Arriarn Barros
Puerto Montt / Los Lagos
Gua Teora CelularProfesor: Luis Reyes Toledo
Curso: 1 MedioSector: Ciencias NaturalesObjetivo: Reconocer los
cientficos que aportaron a la Teora Celular conjuntamente con sus
estudios, adems de valorar la tecnologa con que se contaba en
aquellos aos en relacin al microscopio.HISTORIA DE LA TEORA
CELULAR.En la actualidad se considera a la clula como la unidad
morfolgica y funcional de todos los seres vivos. Morfolgica, en la
medida en que todos los seres vivos estn formados por una o ms
clulas, y funcional, en cuanto que las funciones que caracterizan
al ser vivo (nutricin, relacin y reproduccin) tambin tienen lugar a
nivel celular. Tambin se suele decir que la clula es la porcin ms
pequea de materia viva que est dotada de vida propia: de una clula
es lcito decir que "vive", mientras que no lo es decirlo de una
protena o de un cido nucleico.
El poder realizar afirmaciones de carcter tan general como las
anteriores es el fruto de muchos aos de investigacin acerca de la
estructura y funcin celular, aspectos estos que constituyen el
campo de estudio de la Citologa, rea de la Biologa que en la
actualidad posee claras imbricaciones con la Bioqumica, la Gentica
y otras muchas reas del conocimiento biolgico.
El tamao de la mayora de las clulas est por debajo del poder de
resolucin del ojo humano, por lo que su existencia pas inadvertida
hasta que se desarrollaron instrumentos pticos como el microscopio
compuesto, capaces de aumentar considerablemente el tamao de las
imgenes de los objetos observados. Las primeras observaciones de lo
que hoy conocemos como clulas datan del siglo XVII, cuando el
comerciante holands Anton Van Leewenhoek (Figura 10.1) construy
artesanalmente el primer microscopio conocido y pudo observar en
una gota de agua procedente de una charca gran cantidad de
"animlculos" que, basndonos en sus propias descripciones, se pueden
identificar hoy como microorganismos unicelulares. En la misma poca
el microscopista ingls Robert Hooke, analizando con su microscopio
lminas muy finas de corcho (Figura 10.2), observ que ste estaba
formado por un retculo de pequeas celdas, acuando as el trmino
clula (del latn cellulla = celdilla). A pesar de que se haban dado
los primeros pasos en el estudio de las clulas, el siglo XVIII no
depar ningn avance significativo en este campo. Fue en la primera
mitad del siglo XIX cuando el perfeccionamiento de los
microscopios, la puesta a punto de tcnicas de tincin para aumentar
el contraste de las preparaciones, y la invencin de aparatos,
denominados microtomos, que permiten cortar lminas muy finas de
materiales biolgicos, condujeron a una serie de descubrimientos que
desembocaron en la formulacin de la teora celular. La constatacin
de que las clulas se encontraban presentes en todos los tejidos
vivos sometidos a observacin llev al botnico M. Schleiden y al
zologo T. Schwann a formular en 1837 dicha teora de manera clara y
precisa, afirmando que la clula es la unidad estructural y
funcional de todos los seres vivos, con capacidad para mantener de
manera independiente el estado vital. Pocos aos ms tarde, en 1855,
se zanj definitivamente una dura polmica acerca del origen de las
clulas, descartndose la "generacin espontnea" y aceptndose de
manera generalizada que toda clula procede, por divisin, de otra
clula preexistente, lo que qued plasmado en el clebre aforismo de
Virchow: "Omnis cellulla ex cellulla". Esta afirmacin fue
inmediatamente incorporada a la teora celular, que en la actualidad
es considerada la ms amplia de las generalizaciones que se han
hecho en Biologa.
Existe una excepcin a la teora celular constituida por los
virus, parsitos intracelulares obligados, que, si bien son
organismos vivos, tienen un grado de organizacin inferior al
celular. De todos modos, se acepta que los virus descienden
evolutivamente de organismos que s posean tal grado de
organizacin.
TIPOS DE ORGANIZACIN CELULAR.
Todas las clulas estn delimitadas con respecto a su entorno por
una membrana, la membrana plasmtica, que encierra en su interior un
contenido celular, el protoplasma, que comprende las diferentes
estructuras celulares.
Existen en la actualidad dos tipos diferenciados de organizacin
celular que estn representados en dos grandes estirpes celulares:
las clulas procariotas (del griego pro = antes, y carin = ncleo) y
las clulas eucariotas (del griego eu = verdadero, y carin = ncleo).
La diferencia ms patente entre ambas reside en que el material
gentico de la clula eucariota est delimitado del resto del
contenido celular por una envoltura membranosa, dando lugar a una
estructura conocida como ncleo; por el contrario, el material
gentico de la clula procariota se encuentra disperso, sin ninguna
envoltura que lo delimite claramente, dando lugar a una estructura
difusa denominada nucleoide.
La clula procariota es organizativamente ms simple y
evolutivamente ms antigua que la clula eucariota, la cual desciende
de ella. Carece de un sistema interno de membranas que la divida en
diferentes compartimentos; se trata, pues, de un recipiente nico
rodeado de una nica membrana; en realidad, la ausencia de ncleo no
es ms que una consecuencia de la falta de este sistema membranoso
interno. Por el contrario, la clula eucariota est
compartimentalizada por un extenso sistema de membranas del que la
envoltura nuclear no es ms que una parte especializada; este
sistema membranoso da lugar a diferentes estructuras denominadas
orgnulos celulares. Los organismos procariontes (formados por
clulas procariotas) son siempre unicelulares, mientras que los
eucariontes (formados por clulas eucariotas) pueden ser
unicelulares o pluricelulares. En la Tabla 10.1 se resumen las
principales diferencias entre los dos principales tipos
celulares.
Por otra parte, las clulas eucariotas se dividen a su vez en dos
grandes tipos: las clulas animales y las clulas vegetales, que se
distinguen por la posesin exclusiva de determinados orgnulos o
estructuras, como los centriolos, exclusivos de la clula animal, o
los cloroplastos y la pared celular, exclusivos de la clula
vegetal.
La moderna taxonoma clasifica a los seres vivos en cinco Reinos:
Moneras, Protistas, Hongos, Animales y Vegetales. Los organismos
procariontes pertenecen en su totalidad al Reino Moneras mientras
que los otros cuatro Reinos estn integrados por organismos
eucariontes.FORMA Y TAMAO DE LAS CLULAS.En medio acuoso las clulas
tienden espontneamente a adoptar una forma aproximadamente esfrica.
Sin embargo, la forma de las clulas vivas puede ser muy variada
(ver Figura 10.2) y viene determinada por su funcin o por la
proximidad de clulas vecinas. As existen clulas de forma poligonal,
polidrica, prismtica, cilndrica y otras muchas. Algunas clulas
presentan formas muy sofisticadas, de aspecto estrellado o
arborescente, como es el caso de las neuronas, y otras presentan
incluso la capacidad de cambiar de forma en el transcurso del
tiempo.
La mayor parte de las clulas son de tamao microscpico.
Generalmente, las clulas procariotas tienen dimensiones que oscilan
entre 1 y 2 m mientras que en las clulas eucariotas, animales y
vegetales, lo hacen entre 10 y 30 m. En los organismos
pluricelulares el tamao global del organismo no est en funcin del
tamao de sus clulas constituyentes sino del nmero de stas: un
elefante tiene muchas ms clulas que una hormiga pero stas son de
tamao similar en ambas especies; el organismo humano tiene unas
1014 clulas.
Cabe preguntarse por qu en el curso de la evolucin se ha
favorecido este tipo de tamaos celulares, es decir, por qu las
clulas no son en general ms grandes o por qu no son ms pequeas.
Probablemente, el lmite inferior en tamao viene marcado por el
nmero mnimo de biomolculas y estructuras supramoleculares que la
clula necesita para mantener el estado vital. Las clulas ms
pequeas, ciertas bacterias denominadas micoplasmas, miden unos 0,3m
(300 nm) y no parece que clulas ms pequeas pudieran albergar la
maquinaria bioqumica imprescindible para realizar sus funciones
esenciales. Por otro lado, el lmite superior del tamao celular
puede venir dado por la velocidad de difusin de las molculas
disueltas en un medio acuoso: las clulas pequeas tienen una mayor
relacin superficie/volumen, y su interior es por lo tanto ms
accesible a las sustancias que difunden hacia l a partir de su
entorno.
TCNICAS DE ESTUDIO DE LA CLULA: EL MICROSCOPIO. El ojo humano no
puede apreciar objetos de tamao inferior, en el mejor de los casos
a 0,2 mm. Resulta pues evidente que, estando el tamao de la mayora
de las clulas muy por debajo de este lmite, el estudio de la
estructura celular requerir el uso de dispositivos capaces de
generar imgenes considerablemente aumentadas de los objetos que se
desea observar. Estos dispositivos se denominan microscopios (del
griego micros=pequeo y scopein=mirar). Existen dos tipos de
microscopio: el microscopio ptico y el microscopio electrnico.
a) Microscopio ptico.- Es un dispositivo cuyo funcionamiento se
basa en las leyes de la ptica fsica y geomtrica (Figura 10.4). En l
se combina la accin de dos lentes, llamadas objetivo y ocular, para
producir una imagen virtual considerablemente aumentada del objeto
observado. Una simple lente de aumento montada en un soporte
adecuado para su uso se denomina tradicionalmente microscopio
simple, mientras que se denomina microscopio compuesto a un
dispositivo que combina dos o ms lentes para generar aumentos
mayores. Lo cierto es que estos trminos han cado en desuso y todo
el mundo llama sencillamente lupa al microscopio simple y al
microscopio compuesto sencillamente microscopio. Para el estudio de
la clula y de las estructuras subcelulares es preciso recurrir a
los aumentos que slo un microscopio compuesto puede producir.
La observacin de estructuras biolgicas al microscopio presenta
algunos problemas. En primer lugar, la observacin se realiza por
transparencia (la luz atraviesa el objeto observado) y no por
reflexin que es como estamos acostumbrados a ver los objetos
corrientes. Debido a ello, las muestras del material biolgico a
observar deben ser lminas lo suficientemente finas (10 m como
mximo) como para que la luz pueda atravesarlas. Para obtener estas
lminas se utilizan unos aparatos denominados microtomos. En segundo
lugar, la materia viva es en general muy transparente a la luz
visible, por lo que las imgenes obtenidas ofrecen muy poco
contraste. Con el objeto de aumentar el contraste de las
preparaciones microscpicas se utilizan tcnicas de tincin, que
consisten en el uso de diferentes colorantes que se fijan de manera
selectiva a las diferentes estructuras celulares.
El poder de resolucin, es decir, la capacidad de discernir
objetos muy pequeos, del microscopio ptico es en el mejor de los
casos de unas 0,2 m. Para observar objetos ms pequeos se hace
necesario el uso del microscopio electrnico.
b) Microscopio electrnico.- Las leyes fsicas imponen una
limitacin al tamao de los objetos que pueden ser observados
utilizando luz del espectro visible: no se pueden obtener imgenes
de un objeto cuyo tamao sea inferior a la longitud de onda de la
radiacin electromagntica utilizada para generar dichas imgenes. Por
lo tanto, dado que el microscopio ptico utiliza la luz del espectro
visible, no cabe esperar que los avances tecnolgicos permitan en el
futuro disear microscopios pticos con un poder de resolucin mayor
que el ms arriba indicado. Estas consideraciones condujeron, en la
dcada de los aos 30 del siglo XX, a la invencin de un dispositivo,
el microscopio electrnico, que en lugar de luz visible utiliza
haces de electrones acelerados. Los electrones llevan asociada una
longitud de onda considerablemente ms pequea que la de la luz
visible, lo que permite obtener imgenes con un poder de resolucin
mucho mayor y discernir por lo tanto objetos mucho ms pequeos (del
orden de unos pocos nanometros).
Bsicamente la estructura de un microscopio electrnico (Figura
10.5) es muy semejante a la de un microscopio ptico. En lugar de
utilizar lentes de vidrio se utilizan lentes electromagnticas
(bobinas por las que circula electricidad) que focalizan los haces
de electrones generando la imagen deseada que es recogida en una
pantalla fluorescente o en una placa fotogrfica (la retina humana
est adaptada slo a la luz del espectro visible y adems resultara
daada por los electrones acelerados).
