Primera Edición, Año 2012

BASES DE LA BIOLOGÍA CELULAR (Principios Elementales)

Primera Edición, Año 2012

Universidad Autónoma de Sinaloa
Dirección General de Escuelas Preparatorias
Academia Estatal de Biología
Circuito Interior Oriente s.n.
Ciudad Universitaria, Culiacán, Sinaloa, México

Línea de Investigación: Biología Celular

Responsables de diseño y realización de la obra citada:

• Portada: Yeimy López Camacho
• Formación: Yeimy López Camacho, Irán Ubaldo Sepúlveda León
• Cuidado de la edición: Amada Aleyda Angulo Rodríguez, Alma Rebeca Galindo Uriarte, Carolina Pérez Angulo

Presentación de la Temática: Biología Celular

El reconocimiento de que todos los seres vivos están constituidos por células y la relevancia de estudiar la biología celular consisten en comprender que esta última es una generalización que llega para satisfacer una búsqueda que duró muchos años en la historia del pensamiento científico, cuyo objetivo era encontrar la parte más pequeña que constituye a los seres vivos. Esta búsqueda de la unidad que caracteriza a los seres vivos como principio de organización y funcionamiento de los propios seres vivientes pasó por grandes etapas, desde los estudios de Hipócrates, Galeno, Harvey, Descartes, Linneo, Haller, Buffon, Maupertuis y Oken, hasta llegar a Schleiden, Schwann y Virchow, quienes concretaron todas las ideas precientíficas para dar forma al paradigma de la teoría celular, que sentó las bases para constituir a la biología como una ciencia, destacando las primeras definiciones, conceptos, características, funciones y clasificaciones de la biología a nivel de célula estudiada por los seres humanos.

Por tales razones, se destacan el alcance y la utilidad de la biología celular, que se desarrolla a partir de la invención del microscopio. El primer trabajo donde se reportan observaciones microscópicas lo publicó en 1667 Robert Hooke con el título Micrographia, y es en ese libro donde se reporta por primera vez la palabra célula, término que desapareció con el tiempo y fue redescubierto hasta un siglo después.

En los tiempos de 1671, Nehemiah Grew y Marcelo Malpighi, al observar al microscopio estructuras vegetales, encontraron formaciones que llamaron utrículos o vesículas, que no eran otra cosa que las células vegetales. Anton van Leeuwenhoek, con su propio microscopio de mano, descubre los seres unicelulares de vida libre, bacterias, protozoarios e incluso espermatozoides, y a todos ellos los llamó animálculos.

No obstante, fue hasta 1838, con el trabajo de Schleiden y Schwann, cuando aparece no sólo el término de célula, sino la generalización conceptual de la célula como unidad de vida. Es entonces, en la primera mitad del siglo XIX, cuando se genera el impacto teórico que tuvo la primera gran generalización de la biología como ciencia, que permitió el desarrollo de una de sus grandes ramas y soporte: la biología celular. Estos datos históricos y todas las investigaciones científicas que se han llevado a cabo en diferentes épocas y lugares por parte de una gran cantidad de citólogos han conducido a ampliar el conocimiento y entendimiento acerca de este fascinante campo de la biología.

Introducción

Una pregunta fundamental en biología es: ¿qué significa estar vivo? Por ejemplo, las personas, un colibrí, un cactus y una lombriz de tierra están vivos, mientras que las piedras, las rocas y la arena no. ¿Pero cuáles son las propiedades fundamentales que caracterizan a todos los seres vivos y los distinguen de la materia inerte o no viva? Porque deben estar constituidos o formados a nivel menor por algo, en este caso por células, pero para ello debemos entender qué es la vida y cómo los seres vivos están vivos.

La respuesta inicia con un hecho básico e histórico en la biología: el establecimiento de la teoría celular. Este hecho ocurre a mediados del siglo XIX y marca una revolución en el pensamiento humano, ya que afirma que todos los seres vivos están constituidos por células. Al igual que nosotros, cada célula que forma nuestro organismo puede crecer, reproducirse, procesar información, responder a estímulos y llevar a cabo una asombrosa variedad de reacciones químicas. Estas habilidades definen la vida. Nosotros y otros organismos pluricelulares contenemos miles de millones o billones de células organizadas en estructuras complejas, pero muchos organismos son solo una simple célula. Aun estos organismos unicelulares exhiben e indican que todas las propiedades que distinguen lo viviente lo caracterizan las células, la cual es la unidad fundamental de la vida; es decir, la vida comienza en las células. No obstante, es importante aclarar que el hecho de existir solo un tipo de célula en un organismo no significa que realmente este esté en un principio solo.

Todos los organismos vivos están formados por células, de tal manera que ningún organismo puede ser considerado un ser vivo si no contiene al menos una célula. La célula, como nos dice el investigador mexicano, es la parte más pequeña que constituye a los seres vivientes, el común denominador; esto es, la unidad que caracteriza a los seres vivos, el principio o unidad fundamental para la organización y funcionamiento del cuerpo y, en última instancia, de la vida. Si las células son la unidad básica de la materia viviente, nada inferior a la célula puede ser considerado un ser vivo.

Los virus, por ejemplo, son paquetes compactos de información genética (en forma de ADN o de ARN) revestidos, en general, por proteínas, pero carecen de la capacidad de reproducirse por sí mismos. En cambio, se copian solo parasitando la maquinaria reproductiva de las células que invaden. Los virus son inertes e inactivos cuando están fuera de las células hospedadoras, pero ejercen un control nocivo una vez que ingresan. Por lo tanto, a los virus no se les considera seres vivos, debido a que no pueden crecer o reproducirse por sí mismos. Los virus son estudiados por la biología porque producen numerosas enfermedades en los seres vivos. Si no produjeran enfermedades, es muy probable que no se supiera de su existencia. Algunas de estas enfermedades son: varicela, gripe, sida, dengue, rabia, poliomielitis, hepatitis, resfrío común, etc.

La biología estudia las células con base en su constitución molecular y la forma en que, juntas y organizadas, constituyen organismos muy complejos como el ser humano. Para comprender cómo funciona, se desarrolla y envejece el cuerpo humano, y qué falla en caso de enfermedad, es necesario conocer la estructura y el funcionamiento de las células que lo integran.

Nos desarrollamos a partir de una sola célula: el cigoto. En 1827, el médico alemán Karl von Baer descubrió que los animales crecen a partir de ovocitos provenientes de los ovarios de la madre. La fecundación del ovocito por células espermáticas produce un cigoto, una célula visualmente pequeña de 200 micrómetros (μm) de diámetro. Todo ser humano comienza como un cigoto, en el cual están todas las instrucciones necesarias para construir el cuerpo humano, constituido por aproximadamente 100 billones de células. El desarrollo comienza con la división del cigoto en dos, cuatro y ocho células que forman el embrión en su fase más temprana. La continua proliferación celular y, luego, la diferenciación en distintos tipos de células dan lugar a cada tejido de nuestro cuerpo. Una célula inicial resultante de la fecundación genera cientos de diversas clases de células que difieren en contenido, forma, tamaño, color, movilidad y composición de la superficie. Los genes controlan la diversificación celular para constituir diferentes clases de células; por ejemplo, musculares, dérmicas, óseas, neuronas, glóbulos rojos, glóbulos blancos, etc. Esto no es suficiente para producir un organismo humano. Las células deben organizarse en tejidos, órganos, aparatos o sistemas, que constituirán un nuevo ser vivo.

Las células son las unidades fundamentales de la vida, y la biología celular es el medio al que debemos recurrir para encontrar la respuesta a la pregunta de qué es la vida y cómo funciona. Además, la biología celular puede proporcionarnos respuestas a los interrogantes sobre nosotros mismos: ¿De dónde venimos? ¿Cómo nos desarrollamos a partir de un solo ovocito fecundado? ¿Por qué enfermamos, envejecemos y morimos? Actualmente, la biología celular es una ciencia rica e integradora que reúne las siguientes disciplinas: bioquímica, biofísica, microscopía, genética, fisiología, computación y biología del desarrollo. Cada uno de estos campos tiene su propio interés y estilo de experimentación.

Conclusiones

Dentro de las premisas que describen la biología celular, organizadas por sus conceptos clave y fundamentales, para el cierre de este estudio de investigación se resumen en:

1. La Teoría Celular

• Unidad básica: Todos los seres vivos están formados por una o más células. La célula es la unidad estructural, funcional y genética de la vida.
• Origen: Toda célula proviene exclusivamente de otra célula preexistente mediante la división celular.

2. Diversidad Funcional y Estructural

• Procariotas vs. eucariotas: Las células se dividen en dos grandes grupos. Las procariotas (bacterias) carecen de un núcleo definido y de organelos membranosos. Las eucariotas (animales, plantas, hongos) son más complejas, tienen un núcleo que protege el ADN y organelos especializados.
• Especialización: En los organismos pluricelulares, las células se diferencian y especializan para realizar funciones específicas, coordinándose entre sí para mantener vivo al organismo.

3. Compartimentalización y Organelos

• Trabajo en equipo: El interior de la célula eucariota está dividido en compartimentos (organelos) que permiten que ocurran diferentes reacciones químicas al mismo tiempo sin interferir entre sí.
• Organelos clave: El núcleo almacena la información genética; las mitocondrias generan la energía (ATP); los ribosomas y el retículo endoplásmico sintetizan proteínas y lípidos; y el aparato de Golgi los empaqueta y distribuye.

4. La Membrana Plasmática y el Entorno

• Permeabilidad selectiva: La membrana celular no es una barrera estática; regula de forma estricta qué sustancias entran y salen de la célula (nutrientes, desechos, señales).
• Comunicación: Las células captan estímulos del exterior mediante receptores en su membrana, lo que les permite responder y adaptarse a los cambios de su entorno.

5. Flujo de Información y Ciclo Vital

• Dogma central: La vida celular se rige por el flujo de información del ADN al ARN, y de este a las proteínas, las cuales ejecutan la mayoría de las funciones celulares.
• Ciclo celular y muerte: Las células crecen, duplican su material genético y se dividen (mitosis/meiosis). Además, cuentan con un mecanismo de muerte celular programada (apoptosis) para eliminar células dañadas o innecesarias.

Referencias Bibliográficas

López Camacho, Y., Sepúlveda León, I. U., Angulo Rodríguez, A. A., Galindo Uriarte, A. R., & Pérez Angulo, C. (2012). Biología celular. 3er año. Universidad Autónoma de Sinaloa, Dirección General de Escuelas Preparatorias, Academia Estatal de Biología.