La célula: unidad de vida

La teoría celular es uno de los pilares fundamentales de la biología moderna. Se resume en cuatro postulados esenciales que definen qué es un ser vivo:

1. Unidad estructural: Todos los seres vivos están formados por una o más células. La célula es la estructura más pequeña que tiene vida propia.
2. Unidad funcional: La célula es la unidad fisiológica; en ella ocurren todas las reacciones metabólicas necesarias para la vida.
3. Unidad de origen: Toda célula proviene, mediante división, de otra célula preexistente. Omnis cellula e cellula.
4. Unidad genética y evolutiva: Las células contienen el material hereditario (ADN) que pasa de células madre a hijas, permitiendo la transmisión de caracteres.

¿Cómo surgió la primera célula? La ciencia propone varias explicaciones:

• Hipótesis de Oparin y Haldane: Propusieron que en la Tierra primitiva (atmósfera reductora, sin $O_2$ y con mucha energía) se formaron moléculas orgánicas sencillas a partir de inorgánicas, creando el "caldo primordial".
• Experimento de Miller-Urey: En 1953, simularon estas condiciones en un laboratorio y lograron obtener aminoácidos, demostrando que la síntesis prebiótica era posible.
• Teoría de la Endosimbiosis (Lynn Margulis): Explica el origen de las células eucariotas. Propone que orgánulos como las mitocondrias y los cloroplastos fueron originalmente bacterias de vida libre que fueron fagocitadas por una célula mayor, estableciendo una relación de beneficio mutuo.

La vida se manifiesta en diferentes grados de complejidad:

• Organismos unicelulares: Formados por una sola célula que realiza todas las funciones (bacterias, protozoos).
• Organismos pluricelulares: Formados por muchas células que se organizan.
• Diferenciación celular: Proceso por el cual las células se especializan en una función concreta (ej. neuronas para el impulso nervioso). Esta especialización implica que la célula solo utiliza una parte de su información genética.

Es el tipo celular más sencillo y antiguo, propio de las bacterias y arqueas.

• Ausencia de núcleo definido: El material genético (ADN circular) flota libremente en el citoplasma en una región llamada nucleoide.
• Pared celular bacteriana: Estructura rígida de peptidoglicano que protege a la célula.
• Ribosomas 70S: Son más pequeños que los de las células eucariotas.
• Plásmidos: Pequeños anillos de ADN extracromosómico que suelen contener genes de resistencia a antibióticos.

Las células eucariotas son más complejas y poseen un núcleo que protege el ADN.

La membrana es una bicapa lipídica que sigue el Modelo de Mosaico Fluido. Su función es regular el paso de sustancias.

• Transporte pasivo: No consume energía. Incluye la difusión simple y la ósmosis (paso de agua a través de una membrana semipermeable).
• Transporte activo: Requiere energía ($ATP$) porque las sustancias se mueven en contra de gradiente de concentración, como ocurre en la bomba de sodio-potasio.

Es un conjunto de orgánulos interconectados:

1. Retículo Endoplasmático Rugoso (RER): Tiene ribosomas asociados y sintetiza proteínas.
2. Retículo Endoplasmático Liso (REL): Sintetiza lípidos y detoxifica la célula.
3. Aparato de Golgi: Empaqueta y procesa moléculas provenientes del retículo para su secreción.
4. Lisosomas: Vesículas con enzimas digestivas encargadas de la digestión intracelular.

La mitocondria es la "central energética" de la célula. Posee una doble membrana (la interna forma crestas).

• Función: Realiza la respiración celular para obtener energía en forma de $ATP$.
• Proceso: En la matriz ocurre el Ciclo de Krebs y en las crestas la cadena de transporte de electrones.

Exclusivo de células vegetales. Contiene clorofila y presenta estructuras llamadas tilacoides (pilas de sacos) y estroma (fluido interno).

• Fase luminosa: Ocurre en los tilacoides; la energía solar se convierte en energía química.
• Fase oscura (Ciclo de Calvin): Ocurre en el estroma; se utiliza la energía y el $CO_2$ para fabricar glucosa.

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas de la célula:

• Catabolismo: Degradación de moléculas complejas en otras simples para liberar energía (ej. glucólisis).
• Anabolismo: Síntesis de moléculas complejas a partir de sencillas consumiendo energía (ej. síntesis de proteínas).
• Enzimas: Son proteínas que actúan como catalizadores biológicos, acelerando las reacciones sin consumirse en el proceso.

Cuando la célula no se está dividiendo, el núcleo presenta:

• Envoltura nuclear: Doble membrana con poros nucleares que controlan el paso de ARN y proteínas.
• Nucleolo: Zona densa donde se fabrican los ribosomas.
• Cromatina: ADN asociado a proteínas llamadas histonas. Tiene aspecto de "collar de perlas".

El ADN contiene las instrucciones biológicas.

• Estructura: Doble hélice de nucleótidos (A, T, C, G).
• Cromosomas: Estructuras que aparecen cuando la cromatina se condensa al máximo para la división. Cada cromosoma tiene dos cromátidas hermanas idénticas unidas por un centrómero.
• Cariotipo: Conjunto de cromosomas de una especie. Los humanos tenemos 46 cromosomas (23 parejas).

Ocurre en la Fase S de la interfase. Es un proceso semiconservativo: cada nueva doble hélice conserva una hebra original y sintetiza una nueva. Esto garantiza la fidelidad genética, asegurando que las células hijas reciban la información exacta.

Es el ciclo de vida de una célula. Se divide en:

1. Interfase: Crecimiento (G1), Duplicación ADN (S) y preparación (G2).
2. Mitosis: División del núcleo en 4 etapas:
   • Profase: La cromatina se condensa y desaparece la envoltura nuclear.
   • Metafase: Los cromosomas se alinean en el centro (placa ecuatorial).
   • Anafase: Las cromátidas hermanas se separan y migran a polos opuestos.
   • Telofase: Se forman los nuevos núcleos.
3. Citocinesis: División del citoplasma. En animales se produce por estrangulamiento y en plantas por la formación de un frasmoplasto (tabique).

Proceso de división especial para formar gametos (óvulos y espermatozoides).

• Reduce la dotación cromosómica a la mitad ($2n \rightarrow n$).
• Sobrecruzamiento (Crossing-over): En la Profase I, los cromosomas homólogos intercambian fragmentos de ADN, creando combinaciones genéticas únicas.

• Mitosis: Permite el crecimiento del individuo y la renovación de tejidos dañados. Es la base de la reproducción asexual.
• Meiosis: Es fundamental para la reproducción sexual. Al generar células distintas y reducir el número de cromosomas, asegura que tras la fecundación se mantenga el número de la especie y potencia la evolución mediante la variabilidad.