La citología o biología celular es la rama de la biología que estudia las células en lo que concierne a su estructura, sus funciones y su importancia en la complejidad de los seres vivos. Citología viene del griego κύτος (célula). Con la invención del microscopio óptico fue posible observar estructuras nunca antes vistas por el hombre: las células. Esas estructuras se estudiaron más detalladamente con el empleo de técnicas de tinción, de citoquímica y con la ayuda fundamental del microscopio electrónico.
La biología celular se centra en la comprensión del funcionamiento de los sistemas celulares, de cómo estas células se regulan y la comprensión de su funcionamiento. Una disciplina afín es la biología molecular.

I. QUÉ ES UNA CELULA:

De acuerdo a la teoría celular la célula es la unidad anatómica, fisiológica y genética de un organismo vivo.

II. UN POCO DE HISTORIA:

Ø La célula fue descubierta por Robert Hooke en 1665 al estudiar un pedazo de corcho o tejido suberoso (células muertas).

Ø En 1674, Leeuwenhoek observó por primera vez a una célula viva al descubrir a los protozoarios investigando una gota de agua estancada.

Ø En 1831, Robert Brown descubrió al núcleo al estudiar la epidermis de la orquidea.

Ø En 1838-39 Matías Schleiden y Theodor Schwann crearon la teoría celular que afirma lo siguiente. “Los organismos vivos están constituidos por células”. Esta teoría fue ampliada por el Virchow en 1855 quien añade. “Omnis cellulae é cellulae” lo que significa que toda célula proviene de otra célula.

Ø El papel del núcleo como vehículo de la herencia fue descubierto por el científico alemán Haeckel en 1866

Ø Posteriormente se fueron descubriendo las distintas estructuras que componen a la célula.

III. CÓMO SE CLASIFICAN LAS CELULAS

De acuerdo a su grado de evolución o desarrollo pueden ser:

1. Célula Procariótica: Es una célula primitiva que carece de envoltura nuclear y organelas membranosas. Esta célula se presenta en los organismos del Reino Monera.

2. Célula Eucariótica: Comprende a toda célula animal y vegetal que presenta un verdadero núcleo ya que tiene nucleolo y membrana nuclear que separa al material genético del citoplasma en donde se observan un sistema de endomembranas, organelas, organoides, e inclusiones citoplasmáticas.

La célula animal a diferencia de la célula vegetal no tiene Pared Celular, Plastidios, Glioxisomas y Vacuoma pero posee Glucocalix, Lisosomas secundarios y centriolos

DIFERENCIAS ENTRE CÉLULA PROCARIÓTICA Y EUCARIÓTICA

CARACTERÍSTICAS	CÉLULA PROCARIÓTICA	CÉLULA EUCARIÓTICA
Envoltura nuclear ADN Nucleolo División celular Ribosoma Endomembranas	Ausente Desnudo Ausente Amitosis Pequeños (7OS) Ausentes	Presente Con proteínas Presente Mitosis – Meiosis Grandes (8OS) Presentes

DIFERENCIAS ENTRE CÉLULA EUCARIOTA Y PROCARIOTA

IV. ESTRUCTURA DE LA CÉLULA EUCARIOTA:

Una célula Eucariota posee las siguientes partes:

1. ENVOLTURA CELULAR: La célula eucariótica presenta cubiertas de protección conocidas como:

a) PARED CELULAR.- Es la Envoltura propia de la célula vegetal conocida también como Membrana Celulósica que se origina a partir del Fragmoplasto por actividad del Golgisoma

En el caso de los vegetales está constituida principalmente por celulosa, hemicelulosa y pectina. Presenta poros y comunicaciones Intercelulares o Plasmodesmos que permiten el intercambio de moléculas y diversos materiales de una célula a otra.

FUNCIÓN: La Pared Celular sirve de protección contra los daños mecánicos y cambios osmóticos.

b) GLUCOCALIX.- Es la envoltura de la célula animal formada por Glucoproteínas, glucolipidos y Acido hialurónico.

FUNCIÓN: Sirve de protección y en especial permite el reconocimiento celular por afinidad molecular.

2. MEMBRANA PLASMÁTICA

Llamada también Membrana Celular la cual es originada por actividad del Golgisoma y está constituida por proteínas, lípidos. Además en la célula animal existen carbohidratos.

La estructura de la Membrana celular es explicada por la teoría del Mosaico Fluido propuesta por Singer y Nicholson (1972). Este modelo incluye. Proteínas Periféricas e Integrales y una bicapa de Fosfolípidos. Además hay colesterol en la Membrana de la Célula animal. Es más principalmente los lípidos experimentan movimientos laterales que brindan su fluidez.

FUNCIÓN: La Membrana Plasmática presenta permeabilidad selectiva o diferencial, es decir regula el pasaje de iones y moléculas dando lugar a dos tipos de mecanismos de transporte:

1. Transporte Pasivo.- Es un mecanismo que no requiere del gasto de energía proporcionado por el ATP, porque el pasaje de iones o moléculas se produce a favor de la gradiente de concentración. Comprende: Difusión de gases, difusión de iones y difusión del agua (ósmosis).

2. Transporte Activo.- Es un mecanismo que necesita del gasto de energía proporcionado por el ATP, porque el pasaje de iones o moléculas se realiza en contra de la gradiente de concentración. Comprende:

a) Bomba de Sodio y Potasio.- Es un mecanismo que permite la expulsión de 3 iones sodio y la incorporación de 2 iones potasio lo cual facilita la repolarización de la Membrana Celular.

b) Endocitosis.- Es un tipo de transporte en masa que conlleva a la incorporación de sustancias de naturaleza sólida (Fagocitosis: realizado por los leucocitos y amebas) o disuelta en una gota de agua (Pinocitosis).

c) Exocitosis.- Es otro tipo de transporte en masa que facilita la expulsión de catabolitos o de sustancias de utilidad para el organismo como son las hormonas liberadas por las células endocrinas usando este mecanismo.

DIFUSIÓN FACILITADA.- Es un mecanismo especial de transporte ya que nesecita de una proteina transmembranosa (Permeasa) para el pasaje de ciertos iones y moléculas como la glucosa, aminoácidos entre otros.

CÉLULA VEGETAL

CÉLULA ANIMAL

3. CITOPLASMA

Es la región celular comprendida entre la membrana Plasmática y la envoltura nuclear. Presenta naturaleza coloidal por lo tanto goza de tixotropía, movimiento Browniano y efecto Tyndall. El citoplasma comprende:

a) CITOSOL: es la parte soluble del citoplasma, además de agua posee iones, pocos azúcares, ácidos grasos, aminoácidos, proteínas principalmente enzimas y cientos de moléculas orgánicas que resultan de la actividad celular.

b) SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS: Llamado también sistema vacuolar. Incluye:

1. Retículo Endoplasmático.- Está constituido por compartimientos membranosos interconectados por microtúbulos. Se conocen dos tipos:

a) Retículo Endoplasmático Liso.- Denominado también retículo Endoplasmático Agranular. Carece de ribosomas.

FUNCIÓN: Se encarga de la síntesis y transporte de lípidos en especial de esteroides. Además realiza la detoxificación celular y la glucogenolisis.

b) Retículo Endoplasmático Rugoso.- Llamado también Retículo Endoplasmático Granular debido a la presencia de Ribosomas adosados a su membrana.

FUNCIÓN: Realiza la sintesis y transporte de proteínas y origina la envoltura nuclear.

2. Golgisoma.- Llamado antes aparato de Golgi, está formado por sáculos membranosos denominados Dictiosomas que se encargan de almacenar y transformar diversas sustancias.

FUNCIÓN: Durante la Secreción Celular origina a las vesiculas de Golgi o Lisosomas primarios. También forma la envoltura Celular y la Membrana Plasmática.

3.Envoltura Nuclear.- Es originada por el retículo Endoplasmático Rugoso y separa al citoplasma del nucleoplasma.

FUNCIÓN: Permeabilidad selectiva.

a) ORGANELAS.- Son estructuras celulares que presentan membrana. Comprenden:

1. Mitocondrias.- Son organelas que presentan dos membranas: externa e interna. Esta última posee modificaciones llamadas crestas Mitocondriales en donde se ubican las unidades o enzimas respiratorias encargadas de la fosforilación oxidativa. Entre ambas membranas existe un compartimiento conocido como cámara externa y la Membrana interna delimita una cavidad denominada Mitosol, matriz Mitocondrial o cámara interna donde encontramos ADN circular, Ribosomas y las Enzimas para el Ciclo de Krebs entre otros compuestos.

FUNCIÓN: Interviene en la respiración celular aeróbica.

2. Plastidios.- Son organelos exclusivos de la célula vegetal. Por la presencia o ausencia de pigmentos se clasifican en:

a) Leucoplastos.- Carecen de pigmentos y se especializan en almacenar sustancias de reserva como el almidón, aceites y proteínas. Predominan en las células de la raíz y tallo.

b) Cromoplastos.- Presentan diversos pigmentos como la Xantofila (Amarrillo), Caroteno (Anaranjado); Licopeno (Rojo) y los que tienen Clorofila (Verde azulado o amarillento) reciben el nombre de Cloroplastos los cuales son los más importantes de la célula vegetal.

En un cloroplasto se observan las Membranas Externa e Interna. Esta última delimita una cavidad o Matriz llamada estroma en donde concentramos ADN circular, Ribosomas, Azucares, Almidón y Enzimas para la fase oscura de la fotosíntesis. También hay un conjunto de Membranas llamadas Tilacoides que forman los Grana que se unen a través de Lamelas. En las membranas tilacoides se realiza la fase luminosa de la Fotosíntesis.

FUNCIÓN: Realiza la Fotosíntesis

3. Citosomas.- Son organelas con una membrana simple. Comprende:

a) Lisosomas.- Son vesículas Membranosas que contienen enzimas hidrolíticas como las fosfatasas, lipasas, proteasas, ribonucleasas y desoxiribonucleasas entre otras.

Los lisosomas primarios son originados por el Golgisoma y contienen zimógenos o enzimas inactivas mientras que los lisosomas secundarios resultan de la unión del lisosoma primario y la vacuola fagocítica o pinocítica.

FUNCIÓN: Se encargan de la digestión celular o intracelular razón por la cual también se llaman vacuolas digestivas. Además los lisosomas realizan autofagia durante el ayuno celular y autolisis en la vejez celular.

c) Peroxisomas.- Son vesículas Membranosas que contienen la enzima Peroxidasa.

FUNCIÓN: Transformar el agua oxigenada en agua y oxigeno molecular evitando el daño celular. También interviene en la fotorespiración.

d) Glioxiosomas.- Son vesículas Membranosas exclusivas de la célula vegetal que contienen las enzimas de la vía del glioxilato.

FUNCIÓN: Transformar los aceites en azúcares sobre todo durante la germinación de la semilla a través del ciclo del glioxilato..

4. Vacuolas.- En la célula vegetal adulta se fusionan formándose una vacuola de gran tamaño llamada Vacuoma que contiene la savia celular que incluye agua, ales, azúcares y pigmentos.

FUNCIÓN: Esta organela colabora en la regulación de la presión osmótica y turgencia.

b) ORGANOIDES.- Son estructuras celulares que carecen de Membrana comprende:

1. Ribosomas.- Están constituidos por dos subunidades, una de mayor tamaño que la otra. Cada una de éstas subunidades presenta ARN Ribosomial más proteínas.

FUNCIÓN:Los Ribosomas se encargan de la síntesis de proteínas y enzimas.

Grafico.

2. Centriolos.- Son dos estructuras cilíndricas dispuetas perpendicularmente cerca del núcleo. Están ausentes en la célula vegetal. En un corte transversal de un centriolo se observa que está formado por nueve tripletes de microtúbulos los cuales a su vez están constituidos por una proteín llamada tubulina.

FUNCIÓN:Los centriolos durante la división celular intervienen en la formación del huso Acromático o Aparato Mitótico.

3. Microtúbulos, Microfilamentos y Filamentos Internos: Son estructuras tubulares que constituyen el citoesqueleto que mantiene la forma celular y están formados por proteínas.

FUNCIÓN: Los Microtúbulos intervienen en la formación de los cilios, flagelos, cuerpo basal y centriolos mientras que los microfílamentos participan en el movimiento Ameboide. Y los Filamentos intermedios dan la forma nuclear y mantienen la forma celular.

4. Cilios y Flagelos.- Son estructuras tubulares que se originan en el cuerpo basal y están formados por Microtúbulos dispuestos en nueve diadas periféricas y dos microtúbulos simples y centrales que se observan al hacer un corte transversal.

FUNCIÓN: Los cilios y flagelos facilitan la locomoción de los protozoarios ciliados y flagelados.

c) INCLUSIONES CITOPLASMÁTICAS.- El metabolismo celular de las diversas células permite acumular sustancias a manera de granulos como por ejemplo los granulos de glucógeno forman los llamados glicosomas entre otros. En la célula vegetal se observa almacenamiento de sales minerales en forma de cirstales como los rafidios.

4. NÚCLEO

Es la parte primordial de la célula y durante la interfase se observa la siguiente estructura:

1. Envoltura Nuclear.- Llamada también carioteca. Está formada por las membranas externa e interna, separadas por un espacio perinuclear. La membrana externa posee ribosomas. Esta envoltura presenta numerosos poros nucleares que en cierta forma controlan el pasaje de sustancias desde el citoplasma o viceversa.

2. Nucleoplasma.- Denominado también carioplasma. Presenta principalmente una desoxiribonucleoproteína llamada cromatina formada por ADN más Histonas.

3. Nucleolo.- Está formado por ARN Ribosomial más fosfoproteínas. Se encarga de la formación de los Ribosomas por lo tanto dirige la síntesis de proteínas. También controla el proceso de transcripción o formación de ARN.

Cromosomas.- Son estructuras que se observan durante la división celular a consecuencia de la condensación de la cromatina y están formados por unidades estructurales denominados nucleosomas. En un cromosoma se observan generalmente dos brazos que forman la cromátide o cuerpo del cromosoma en donde el superenrollamiento del ADN se llama Cromonema y las histonas condensadas como gránulos reciben el nombre de Cromómeros.

Tipos de Cromosomas:

a) Metacéntricos.

b) Submetacéntricos.

c) Acrocéntricos.

d) Telocéntricos.

e) También se conoce un tipo especial llamado cromosoma satélite.

Cariotipo: Características de los cromosomas de un individuo o célula que se refiere al número, tipo, tamaño y forma el número cromosómico es constante en cada especie.

Por ejemplo el hombre presenta 46 cromosomas de los cuales 44 son cromosomas somáticos y los dos restantes son cromosomas sexuales siendo XX, en la mujer y XY, en los varones.

COMPARACIÓN ENTE CÉLULA ANIMAL Y VEGETAL

CARACTERÍSTICAS	CÉLULA ANIMAL	CÉLULA VEGETAL
Núcleo DNA Organelas Cilios/Flagelos Pared Celular Fuente Principal de ATP	Presente Lineal Asociado a proteínas Todas, excepto plastos, vacuola y glioxisomas Presentes (de tubulina) Ausente Mitocondrias	Presente Lineal Asociado a proteínas Todas Ausentes Presente Mitocondrias y cloroplastos

I. EL METABOLISMO ES UNA CARACTERISTICA DE LOS SERES VIVOS

Se define como el conjunto de reacciones bioquímicas intracelulares que ocurren en la célula con la finalidad de transformar la materia y energía de una forma a otra.

Las reacciones químicas cumplen diversas funciones, dependiendo de la naturaleza del organismo. Las reacciones químicas consumen energía, la misma que se define como la capacidad de realizar un trabajo, incluyendo la síntesis de moléculas, y la generación de calor y luz.

II- LA ENERGÍA ES LA CAPACIDAD DE PRODUCIR TRABAJO:

Existen dos tipos de energía: Energía Cinética y Energía Potencial. Ambos tipos de energía pueden existir de muchas formas.

La Energía Cinética, o la energía de movimiento, incluye la luz (movimiento de fotones), el calor (movimiento de moléculas), la electricidad (movimiento de partículas con carga eléctrica) y el movimiento de objetos grandes.
La energía potencial, o energía almacenada, comprende la energía química almacenada en los enlaces que mantienen unidos a los átomos en las moléculas.
Para entender como rigen el flujo de energía y las interacciones con la materia, se requieren conocer dos cosas.

1. La cantidad de energía disponible.

2. La utilidad de la energía.
Estos son los aspectos de las leyes de la termodinámica.

La primera ley de termodinámica establece dentro de cualquier sistema aislado, la energía no puede crearse o destruirse, aunque puede cambiar de forma; por ejemplo de energía química a energía calorífica. En otras palabras, dentro de un sistema aislado la cantidad usual de energía permanece constante. La primera ley recibe por lo tanto el nombre de Ley de la Conservación de la energía.
La segunda ley se relaciona con la utilidad de la energía. Esta ley establece que cualquier cambio en un sistema aislado ocasiona que la cantidad de energía útil concentrada disminuya, en otras palabras, la energía siempre se convierte de una forma útil en otra menos útil.

III. FLUJO DE ENERGÍA EN LAS REACCIONES QUÍMICAS

Una reacción química se inicia con un conjunto de sustancias llamadas reactivos, y las convierten en otro conjunto, los productos. Todas las reacciones químicas se clasifican en una de dos categorías: exergónicas y endergónicas.
Una reacción es Exergónica (del griego “que libera energía”), si los reactivos tienen más energía que los productos. Como consecuencia, la reacción libera energía.
De manera que una reacción Exergónica puede proporcionar energía suficiente para realizar una reacción que requiere energía, es decir una reacción Endergónica. Así, en el caso de la fotosíntesis, la reacción exergónica sucede en el sol y la reacción endergónica se lleva a cabo en la planta.
El hecho de que la luz solar contiene más energía de la utilizada para realizar la fotosíntesis es un ejemplo de una regla general de las reacciones acopladas. De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, no toda la energía liberada por una reacción exergónica puede utilizarse para realizar una reacción endergónica, cierta energía se pierde en el medio en forma de calor y en el movimiento de las moléculas: Por lo tanto en las reacciones acopladas, la reacción exergónica siempre libera más energía que la consumida para efectuar la reacción endergónica.
Los organismos vivos son los principales químicos que utilizan constantemente la energía liberada por las reacciones exergónicas (como la del desdoblamiento químico de los alimentos) para ejecutar reacciones endergónicas (como la actividad cerebral, el movimiento o la síntesis de moléculas complejas). Las mitades exergónica y endergónica de las reacciones acopladas frecuentemente se realizan en lugares diferentes, así que debe haber alguna forma de transferir la energía de la reacción exergónica a la endergónica. Dicha transferencia se realiza por medio de moléculas portadoras de energía, de las cuales la más común es la adenosina trifosfato o ATP. Hasta aquí, hemos tratado a las reacciones químicas como si siempre sucedieran en una dirección, sin embargo esto no es así, la mayoria de las reacciones químicas son reversibles.

IV. CONTROL DEL METABOLISMO DE LAS CÉLULAS

La reacciones químicas dentro de la célula están rígidas por las mismas leyes termodinámicas que controlan cualquier reacción. La bioquímica de las células está adoptada de tres maneras:

1. Las células regulan las reacciones químicas mediante el uso de catalizadores proteicos llamados enzimas.

2. La células asocian reacciones haciendo que las reacciones endergónicas que requieren energía se realicen con la energía liberada por la reacciones exergónicas.
3. Las células sintetizan moléculas portadoras de energía que capturan la energía de las reacciones exergónicas y la llevan a las reacciones endergónicas.

V. EL ATP EL PRINCIPAL PORTADOR DE ENERGÍA EN UNA CÉLULA:

Adenosin Trifosfato (ATP)

En los seres vivos, el ATP es la fuente inmediata de energía (no sirve para su almacenamiento), estando formada por una molécula de adenosina (adenina + ribosa) y tres grupos fosfato, unidos entre sí mediante 2 enlaces de alta energía.

El ATP se sintetizo utilizando le energía liberada durante las reacciones catabólicas y su hidrólisis es una reacción altamente exergónica catalizada por una enzima llamada ATPasa.

La estructura química del ATP se presenta como sigue:

VI. LOS PORTADORES DE ELECTRONES TAMBIÉN TRANSFIEREN ENERGÍA EN EL INTERIOR DE LA CÉLULA: Reacciones de óxido-reducción

Todas las reacciones químicas implican transferencias de electrones, desde un dador hacia un aceptor, donde la molécula que los cede o pierde se oxida y la que los recibe o gana se reduce; dado que ambos procesos ocurren simultáneamente, se les llama reacciones redox.

Generalmente en las células, las moléculas se oxidan por sustracción de átomos de hidrógeno con su respectivo electrón, proceso que se lleva a cabo por acción de una enzima deshidrogenasa y las coenzimas intervienen en el transporte de electrones, funcionando como aceptores en su forma oxidada (NAD⁺, FAD, NADP⁺ respectivamente) y como dadores en su forma reducida (NADH+ H⁺, FADH₂ NADPH + H⁺respectivamente).

VII. ETAPAS DEL METABOLISMO:

1. ANABOLISMO: Es una etapa de síntesis que permite formar moléculas complejas a partir de sustancias simples. Ejemplo: Fotosíntesis.

2. CATABOLISMO: Es una etapa de degradación en donde las moléculas complejas se convierten en moléculas simples. Ejemplo: Respiración Celular.

VIII. TIPOS DE METABOLISMO:

1. Metabolismo energético: Recordemos que la energía no se crea ni se destruye solo se transforma y en el mundo biológico la energía es obtenida a partir del sol por medio de la clorofila de la célula vegetal y transformada en energía química a través de la fotosíntesis mientras que la célula animal obtiene su energía oxidando a los compuestos orgánicos en especial a la molécula de glucosa por medio de la respiración celular. En cualquiera de las formas la energía obtenida es almacenada en gran parte bajo la forma de ATP.

E°

ATP + H₂O_________ ADP + Pi Eº= 7300 calorías

Pi: Fósforo inorgánico

2. Metabolismo plástico: Recordemos que la materia no se crea ni se destruye solo se transforma y las células constantemente intercambian materiales con su entorno.

La célula vegetal es autotrófica es decir tiene la capacidad de formar sus alimentos y de ellos consigue las proteínas (alimentos plásticos) los cuales son indispensables para renovación y reparación de las estructuras biológicas mientras que la célula animal como la heterotrófica las obtiene de su dieta.

CITOLOGÍA