1. Introducción a la Biología Celular

1.1 Niveles de Organización de la Materia

La materia viva está organizada en distintos niveles, desde lo más simple hasta lo más complejo. Es importante destacar que cada nivel depende jerárquicamente del anterior:

1. Nivel subatómico: Partículas (protones, neutrones, electrones).
2. Nivel atómico: Átomos (C, H, O, N, etc.).
3. Nivel molecular: Moléculas inorgánicas (agua, sales) y orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos).
4. Nivel celular: La célula es la unidad estructural y funcional básica de los seres vivos.
5. Nivel tisular, orgánico y sistémico: Tejidos, órganos, sistemas.
6. Niveles Ecológicos: Organismo, población, comunidad, ecosistema y biosfera.

1.2 Composición Química de los Seres Vivos

Bioelementos

Son los elementos químicos que forman los organismos:

• Primarios (99%): C, H, O, N, S, P. Forman biomoléculas esenciales (proteínas, ácidos nucleicos, ATP).
• Secundarios: Ca, Na, K, Cl, Mg.
  • El Calcio (Ca) participa en la coagulación sanguínea, la contracción muscular y forma estructuras esqueléticas (huesos, caparazones).
  • El Sodio (Na), Potasio (K) y Cloro (Cl) son cruciales para el impulso nervioso y el equilibrio osmótico.
  • El Magnesio (Mg) es componente de la clorofila.
• Oligoelementos: Se encuentran en pequeñas cantidades, pero son esenciales.
  • Fe (en hemoglobina), I (en hormonas tiroideas), Cu (en pigmentos respiratorios).
  • Otros ejemplos importantes: Manganeso (Mn), que participa en la fotólisis del agua durante la fotosíntesis; Flúor (F), que forma parte de dientes y huesos; Cobalto (Co), presente en la vitamina B12; Silicio (Si), que endurece estructuras de sostén en plantas; Zn, Cr, Se, Mo, V, Sn.

Biomoléculas

1. Inorgánicas: Agua, sales minerales y gases (CO₂ y O₂).

• El agua es el principal componente celular, actuando como disolvente y regulador térmico.
• Las sales minerales pueden estar disueltas (regulación osmótica) o formando estructuras sólidas (huesos, conchas).

Orgánicas: Exclusivas de los seres vivos, con base de carbono. Están formadas por cadenas hidrocarbonadas (C–C–C) y son macromoléculas compuestas por monómeros más simples.

• Glúcidos: Energía rápida (glucosa, sacarosa, almidón).
• Lípidos: Reserva energética y función estructural (grasas, aceites, fosfolípidos).
• Proteínas: Estructura y funciones biológicas (enzimas, hormonas, anticuerpos).
• Ácidos nucleicos: ADN y ARN, portadores de la información genética.

2. Del Microscopio a la Teoría Celular

El descubrimiento del microscopio permitió observar células por primera vez (Robert Hooke, 1665), quien observó específicamente células de corcho.

Más tarde, Schleiden (plantas) y Schwann (animales) propusieron inicialmente la teoría celular, ampliada después por Virchow con la famosa frase “Omnis cellula e cellula” (toda célula procede de otra célula preexistente). La teoría celular establece que:

1. Todos los seres vivos están formados por una o más células.
2. La célula es la unidad estructural y funcional de los organismos.
3. Toda célula procede de otra célula preexistente.

3. Organización Celular

3.1 La Célula Eucariota

Tiene núcleo definido y numerosos orgánulos. Se divide en tres partes principales:

Membrana Plasmática

• Bicapa de fosfolípidos semipermeable que regula el paso de sustancias.
• Contiene proteínas que actúan como canales, receptores o enzimas.
• Permite la comunicación celular y el reconocimiento de otras células.

Pared Celular

• Estructura rígida externa presente en plantas, algas y hongos.
• Da forma, protege y evita la ruptura por exceso de agua.
• Compuesta por celulosa (plantas), quitina (hongos) o polisacáridos diversos.

Citoplasma

• Medio acuoso (citosol) donde están los orgánulos.
• Contiene el citoesqueleto, una red de filamentos que da forma, mueve orgánulos y participa en la división celular.

Componentes del Citoesqueleto

• Microfilamentos: Formados por actina, agrupados en hélices dobles.
• Filamentos intermedios: Alargados, similares a cuerdas; responsables de patologías como cardiopatías congénitas o ELA.
• Microtúbulos: Polímeros de tubulina, rígidos y cilíndricos.

Orgánulos Celulares y sus Funciones

Orgánulo	Descripción y Función Principal
Centrosoma	Organiza los microtúbulos y forma el huso mitótico durante la división celular.
Ribosomas	Sintetizan proteínas según la información del ADN. Están libres o en el retículo endoplasmático rugoso.
Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)	Con ribosomas; produce y almacena proteínas.
Retículo Endoplasmático Liso (REL)	Sin ribosomas; fabrica lípidos, detoxifica sustancias y ayuda al plegamiento/maduración de proteínas, detectando las defectuosas para su destrucción.
Aparato de Golgi	Modifica, empaqueta y distribuye proteínas y lípidos. Produce la mayoría de los polisacáridos celulares, forma lisosomas y el acrosoma del espermatozoide. Interviene en la formación del tabique telofásico en células vegetales.
Lisosomas	Vesículas con enzimas digestivas ácidas que degradan desechos y partículas fagocitadas. Se originan en el Golgi.
Peroxisomas	Desintoxican sustancias como el peróxido de hidrógeno.
Vacuolas	Almacenan agua y nutrientes; en plantas mantienen la turgencia.
Mitocondrias	“Centrales energéticas” celulares: producen ATP por respiración celular. Tienen ADN propio (circular y de doble hélice, similar al bacteriano), se replican por fisión binaria y se heredan por vía materna.
Cloroplastos	Exclusivos de plantas y algas; realizan fotosíntesis. Contienen tilacoides (estructuras membranosas) y grana (pilas de tilacoides). En el estroma hay ribosomas, ADN y la enzima rubisCO.
Núcleo	Contiene el ADN (en forma de cromatina o cromosomas). El nucléolo fabrica ribosomas.

3.2 La Célula Procariota

• No tiene núcleo ni orgánulos membranosos.
• Su ADN está libre en el citoplasma (nucleoide).
• Posee pared celular, membrana, ribosomas y a veces flagelos o cápsulas. La pared celular contiene peptidoglucano (mureína).
• El citoplasma carece de orgánulos membranosos y solo posee ribosomas.
• Pueden tener formas variadas: cocos, bacilos, espirilos, vibrios.
• Ejemplo: bacterias y arqueas.
• Su nutrición puede ser autótrofa (fotosíntesis o quimiosíntesis) o heterótrofa (absorción o descomposición de materia orgánica).
• Según el oxígeno, pueden ser aerobias, anaerobias facultativas o anaerobias estrictas.

3.3 Teoría Endosimbiótica

Propone que las mitocondrias y cloroplastos se originaron a partir de bacterias que fueron incorporadas por una célula primitiva y establecieron una relación simbiótica. Esta teoría explica el origen de estos orgánulos conservando ribosomas y ADN similares a los bacterianos. Las pruebas son:

• ADN propio y circular.
• Ribosomas similares a los bacterianos.
• Capacidad de dividirse independientemente.

4. Nutrición Celular y Metabolismo

El metabolismo celular es el conjunto de todas las reacciones químicas dentro de la célula, las cuales ocurren mediante rutas metabólicas interconectadas:

• Catabolismo: Degrada moléculas y libera energía (ej. respiración celular).
• Anabolismo: Construye moléculas complejas y consume energía (ej. fotosíntesis).

Producción de Energía

• La glucólisis rompe la glucosa (6 carbonos) en piruvato (3 carbonos) en el citoplasma, obteniendo energía (ATP).
• En presencia de oxígeno, el piruvato entra en las mitocondrias y se completa la respiración celular.
• Sin oxígeno, ocurre la fermentación, que es una oxidación incompleta de la glucosa y genera menos energía.

Nutrición Autótrofa

1. Fotosíntesis: Transforma materia inorgánica en orgánica usando energía solar (cloroplastos).
2. Quimiosíntesis: Parecida a la fotosíntesis, pero usa energía química proveniente de reacciones inorgánicas (oxidación de amoníaco, nitritos, sulfuros, hierro ferroso). El CO₂ sigue siendo la fuente de carbono.

5. Comunicación y Relación Celular

Las células se comunican entre sí para coordinar funciones y mantener la homeostasis en organismos pluricelulares. Pueden hacerlo mediante:

• Señales químicas (hormonas, neurotransmisores).
• Uniones intercelulares (en plantas: plasmodesmos; en animales: uniones estrechas y desmosomas).

6. Origen de la Vida

La vida se originó a partir de materia inorgánica mediante evolución química. Las principales teorías son las de Oparin y Haldane.

Moléculas simples reaccionaron en condiciones primordiales (atmósfera reductora, energía solar, rayos), originando biomoléculas. El experimento de Miller y Urey (1953) demostró la formación de aminoácidos en estas condiciones.

Estas biomoléculas dieron lugar a las primeras células primitivas (protobiontes). Después, la evolución condujo a la secuencia: protobiontes → células procariotas → eucariotas (por endosimbiosis).

Anexos

Xylella fastidiosa

• Bacteria que causa la desecación y muerte de plantas (olivos, almendros, cítricos, etc.).
• Transmitida por insectos (como Philaenus spumarius).
• Las cepas europeas son distintas a la italiana.
• Sin cura conocida; se aplican protocolos de erradicación y contención. El protocolo europeo incluye la erradicación de plantas en 100 m y vigilancia en 10 km.
• Detectada en Europa (Italia, Francia, España).

Premio Nobel 2016: Yoshinori Ohsumi y la Autofagia

La autofagia fue observada por primera vez en los años 60, pero Ohsumi identificó los mecanismos de la autofagia y los genes implicados (ATG) en levaduras.

• La autofagia es un proceso celular por el que las células degradan y reciclan sus componentes.
• Es esencial para eliminar desechos, regenerar orgánulos y mantener el equilibrio celular. Este proceso permite sobrevivir a la célula en situaciones de estrés o falta de nutrientes.
• La autofagia es común en todas las células eucariotas, incluida la humana.
• Su alteración está relacionada con enfermedades neurodegenerativas, cáncer y diabetes tipo 2.
• Estos descubrimientos cambiaron la comprensión de cómo las células se mantienen sanas.

la fotosintesis