Fundamentos da Bioloxía Moderna: A Célula e a súa Estrutura

1. Teoría celular

A teoría celular é un dos fundamentos da bioloxía moderna; describe a célula como a unidade básica da vida e explica a estrutura, función, orixe e herdanza dos seres vivos. Constitúe a base conceptual de todas as ciencias biolóxicas e nace grazas á progresión no método científico e aos avances en microscopía dos séculos XVII–XIX.

1.1. Historia da teoría celular

Robert Hooke (1665): descubre e nomea as “células” ao observar o cortiza.
Leeuwenhoek (1674): observa células vivas por primeira vez.
Schleiden (1838): botánico que postulou que cada elemento da estrutura de todas as plantas está formado por células.
Schwann (1839): postulou que todos os tecidos animais están formados por células.
Virchow (1855): demostrou que as células proviñan doutra preexistente (Omnis cellula e cellula).

Estas conclusións confirman que todos os seres vivos están constituídos por células e que son a unidade mínima de vida.

Santiago Ramón y Cajal (1902): enuncia a teoría neuronal ao observar neuronas individuais e independentes, convertendo a teoría celular en universal e refutando a teoría reticular (que sostiña que o sistema nervioso era unha rede de fibras).
Bioloxía molecular (s. XX): engádese o postulado xenético á teoría.

1.2. Postulados

Unidade estrutural: todos os seres vivos están formados por unha ou máis células.
Unidade funcional: unha célula é capaz de realizar por si mesma as tres funcións vitais: nutrición, relación e reprodución. Todas as reaccións metabólicas prodúcense dentro dela.
Unidade de orixe: toda célula procede doutra célula preexistente. Non hai unha unidade máis simple.
Unidade xenética: contén toda a información hereditaria necesaria para o seu desenvolvemento. Todas as células dun organismo conteñen esa mesma información hereditaria.

2. Estudo das células

Foi necesaria a creación dun instrumento, o microscopio, para poder descubrilas e observalas por primeira vez debido ao seu pequeno tamaño.

2.1. Primeiros microscopios e achados

Janssen: posible inventor do primeiro microscopio composto. Puido ser un simple tubo de lentes convexas e aumentos próximos aos 10x.
Leeuwenhoek: microscopios simples de gran calidade artesanal, con lentes biconvexas nunha placa de latón de ata 200x. É o primeiro en observar microorganismos (bacterias, protozoos, glóbulos vermellos e espermatozoides).
Hooke: autor de Micrographia, que recolle as súas observacións co uso do microscopio composto de 30x. Introduce o termo “célula” ao observar unha lámina de cortiza.
Brown: descubre e nomea o núcleo celular en plantas ao observalo nas células de orquídeas.

2.2. Microscopios modernos

1. Microscopios ópticos

Evolucionan dos primeiros microscopios: ata 1500x con boa resolución.
Permiten observar mostras vivas, células completas, estruturas celulares grandes, substancias na célula e movemento celular.
Usan luz visible e técnicas como tinguiduras ou fluorescencia.
Empregados en citoloxía, histoloxía, microbioloxía e diagnóstico clínico (infeccións/cancro).

2. Microscopios electrónicos

Utilizan electróns con lentes electromagnéticas en vez de luz visible.
Conseguen ata un millón de aumentos.
Permiten observar estruturas internas con gran detalle, pero non permiten observar células vivas (as mostras deben ser fixadas, deshidratadas e ultraconxeladas).
Existen dous tipos principais:
- MET (de transmisión): os electróns atravesan a mostra superfina de cortes celulares, permitindo visualizar estruturas internas de orgánulos e biomoléculas.
- MEV (de varrido): os electróns rebotan na superficie da mostra, permitindo visualizar superficies celulares e orgánulos con imaxes tridimensionais.

3. Organización celular

Todas as células teñen:

Membrana plasmática: dobre capa lipídica e proteica que separa o interior da célula do exterior sen illalo.
Citoplasma: medio líquido e viscoso que enche o interior celular, onde se encontran os orgánulos.
Material xenético: moléculas de ADN que codifican as características e dirixen as actividades celulares.

Distinguimos dous tipos de células segundo a súa organización: procariotas e eucariotas.

3.1. Células procariotas

Propias dos dominios Archaea e Bacteria. Caracterízanse porque nela non existen membranas internas que compartimenten o seu citoplasma nin protexan o seu ADN en forma de núcleo.

1. Compoñentes externos

Cápsula: capa viscosa externa que evita o desecamento e axuda á adhesión.
Parede bacteriana: con peptidoglicano; mantén a forma e evita a ruptura osmótica.
Membrana plasmática: sen colesterol; nela ánclase o material xenético e realízanse funcións metabólicas (respiración celular, quimiosíntese).

2. Compoñentes internos

Citoplasma: xel acuoso sen orgánulos membranosos.
Ribosomas 70S: responsables da síntese de proteínas, de menor tamaño que os eucariotas.
ADN: cromosoma circular no nucleoide. Tamén poden existir plásmidos (ADN accesorio).

3. Mobilidade e adhesións

Flaxelos: para o movemento celular.
Pili e fimbrias: para a adhesión e o intercambio de ADN (conxugación).

3.2. Células eucariotas

Presentes en protistas, fungos, plantas e animais. Teñen membranas internas, orgánulos especializados e ADN protexido no núcleo.

1. Tipos principais

Células animais (heterótrofas): sen parede celular nin cloroplastos. Teñen centrosoma, cilios e flaxelos.
Células vexetais (autótrofas): con cloroplastos, parede celular de celulosa e grandes vacúolos.

2. Compoñentes comúns

Núcleo: con dobre membrana, nucleoplasma, cromatina e nucléolo.
Citoesqueleto: rede de filamentos proteicos que dá forma á célula.
Ribosomas: síntese de proteínas.
Retículo endoplasmático (RE): rugoso (síntese de proteínas) e liso (síntese de lípidos).
Aparato de Golgi: modifica e empaqueta substancias en vesículas.
Mitocondrias: responsables da respiración celular para obter enerxía (ATP).

4. Membrana plasmática

A membrana plasmática é a envoltura que separa a célula do medio extracelular. Está composta por lípidos (estrutura), proteínas (función) e glícidos (recoñecemento).

4.1. Composición

Lípidos: destacan os fosfolípidos (moléculas anfipáticas que forman a bicapa) e o colesterol (que aporta estabilidade e controla a fluidez).
Proteínas: poden ser integrais ou periféricas. Actúan como canles, transportadores, receptores ou enzimas.
Glícidos: forman o glicocálix na cara externa, clave para o recoñecemento celular.

4.2. Estrutura

O modelo actual é o do mosaico fluído (Singer e Nicolson, 1972). A membrana é asimétrica, dinámica e a súa fluidez depende da temperatura e da composición de lípidos.

4.3. Funcións

Regulación do intercambio: grazas á súa permeabilidade selectiva.
Comunicación: mediante receptores de sinais (hormonas, neurotransmisores).
Recoñecemento celular: fundamental para a defensa e o crecemento.

4.4. Diferenciacións e unións

Unións GAP: canles que conectan citoplasmas para o intercambio rápido de ións.
Plasmodesmos: unións comunicantes exclusivas de células vexetais.

5. Transporte a través da membrana

5.1. Transporte pasivo (Difusión)

Realízase a favor do gradiente de concentración e sen gasto de enerxía (ATP).

Difusión simple: para moléculas pequenas e liposolubles (O₂, CO₂).
Difusión facilitada: a través de proteínas canle ou proteínas transportadoras para moléculas polares ou ións.

5.2. Transporte activo

Realízase en contra do gradiente de concentración e require ATP.

Primario: uso directo de ATP, como a bomba Na⁺/K⁺.
Secundario (Cotransporte): usa o gradiente creado polo transporte primario (simporte e antiporte).

5.3. Transporte de macromoléculas

Endocitose: entrada de material mediante vesículas (pinocitose para líquidos e fagocitose para sólidos).
Exocitose: expulsión de contido ao exterior mediante a fusión de vesículas coa membrana.
Transcitose: transporte de macromoléculas a través de toda a célula.

6. Envolturas celulares

6.1. Matriz extracelular (MEC) e glicocálix

MEC: rede de proteínas como o coláxeno (resistencia) e a elastina (elasticidade), xunto con polisacáridos.
Glicocálix: conxunto de glícidos na cara externa da membrana, esencial para a protección e o recoñecemento.

6.2. Parede celular

Vexetal: composta por celulosa. Ten unha parede primaria (flexible) e unha secundaria (ríxida con lignina).
Fungos: composta de quitina.
Bacterias: composta de peptidoglicano.

As súas funcións principais son a protección mecánica, o mantemento da forma (función esquelética) e a defensa contra presións osmóticas.