Atlas de histología vegetal y animal

TAMAÑO CELULAR

Ésta es una pregunta aún no resuelta. A ella podríamos añadir otras preguntas relacionadas también sin resolver: ¿por qué el tamaño de los organismos es característico de especie?, ¿por qué existe proporcionalidad entre los órganos de un organismo como por ejemplo la longitud de las extremidades en humanos?, ¿por qué incluso en los organismos que crecen constantemente hay órganos que tienen unas dimensiones establecidas, como las hojas o los frutos de los árboles? En última instancia todo ello depende de la cantidad y del tamaño de las células que componen los órganos y por ello a los organismos.

A pesar de que no se ha conseguido una teoría aceptada que explique el tamaño de las células, se han propuesto diversas hipótesis.

Ciclo celular.

Una de ellas es el balance entre división y crecimiento de las células. En un cultivo de células de un metazoo o en organismos unicelulares el tamaño de las células se conserva de generación en generación. En cada ciclo de división las células pasan por distintas fases (ver el apartado del ciclo celular). La fase G1 es la de crecimiento. En general, las células tienen que crecer el doble de su tamaño para dividirse y una vez conseguido comienzan la fase S, síntesis del ADN, y ya no pueden parar hasta dividirse. Se propone que el balance entre crecimiento y división es lo que determina el tamaño de la célula. De alguna manera la célula sabe que tiene que dividirse cuando ha alcanzado un tamaño determinado. Por tanto, existe un sensor que detecta un umbral de tamaño celular a partir del cual la célula entra irremisiblemente en división.

Pero este umbral de tamaño debe ser un mecanismo molecular que puede variar en función del tipo celular y de las condiciones externas, por ejemplo de la disponibilidad de alimento, de la temperatura o de la presencia de factores de crecimiento. Las levaduras sometidas a ambientes enriquecidos en nutrientes aumentan el tamaño celular y en medios pobres lo disminuyen. En moscas bajo condiciones experimentales diversas se ha encontrado que el tamaño celular y el número de células contribuyen al aumento del tamaño del organismo, sin saberse exactamente por qué. Así, moscas criadas en ambientes fríos son más grandes porque tienen las células más grandes, mientras que aquellas cultivadas con más alimento son más grandes porque tienen más células pero con tamaños normales. Por tanto, los resultados experimentales apuntan a que el tamaño celular depende del tipo celular que estemos considerando y de las condiciones en las que se encuentren.

¿Cuáles son los sensores del tamaño celular? Se ha propuesto que la cantidad de ribosomas es un sensor del tamaño celular. La mayoría de la energía celular se emplea en producir ribosomas. En levaduras se ha encontrado que la cantidad de ribosomas depende de la cantidad de nutrientes, con lo que se adapta la capacidad de traducción, producción de proteínas, a los recursos existentes en el medio. Curiosamente la transcripción de otras proteínas no se ve afectada. En metazoos parece que la cantidad de ribosomas también es un indicador del tamaño celular, pero las vías moleculares que afectan a su síntesis es multifactorial y difícil de desentrañar. También hay resultados que indican que el sistema del factor de crecimiento similar a la insulina (insulin-like growth factor, IGF) parece controlar el tamaño celular. Cuando está mutado en ratones el tamaño celular disminuye pero también el número de células. Así, se tienen individuos que pueden ser un 50 % más pequeños que sus controles.

La ploidía (número de copias de un genoma) es otro factor que afecta al tamaño celular. Cuanta más ploidía (mayor número de copias del genoma) tiene una célula mayor es. En salamandras se pueden conseguir individuos pentaploides. Estos animales son igual de grandes que los diploides, pero sus células son más grandes, luego el cuerpo tiene menos células. Curiosamente existe proporcionalidad. Por ejemplo, un tetraploide tiene la mitad de células que un diploide y por tanto el doble de grandes. Podríamos pensar que es la cantidad de ADN lo que condiciona el tamaño celular. En las plantas se ha demostrado que las poliploidías producen células más grandes, pero tampoco se afecta al tamaño final de la estructura, simplemente se disminuye la tasa de mitosis.

Al aumentar la proporción de citoplasma respecto a la del núcleo aumenta la cantidad de ciertas moléculas en el núcleo.

La relación núcleo-citoplasma (N:C) es otro factor propuesto, relacionado con la ploidía. El núcleo no es mayor en las células más grandes por lo que puede detectar mayor cantidad de una molécula determinada en el citoplasma, aunque en el citoplasma la molécula siempre esté a la misma concentración. De hecho las células poliploides tienen núcleos más grandes, así que podría ser que no fuera la cantidad de ADN sino el volumen nuclear lo que determinara en los organismos poliploides un mayor tamaño celular. De nuevo, esta no puede ser la causa única puesto que en un organismo existen diversos tipos celulares con tamaños diferentes y tienen la misma dotación genética.

Una consecuencia de estas observaciones es que pareciera que los organismos fueran capaces de medir las dimensiones de sus cuerpos y el tamaño de sus órganos para mantenerlos dentro de las proporciones característicos de su especie. Es curioso que cuando se manipulan las células para producir células más pequeñas en un órgano, por ejemplo acelerando la tasa de división, el tamaño del órgano seguirá siendo el mismo. Igual ocurre al contrario, cuando se incrementa el tamaño celular, el órgano será igual de grande pero con menos células. Probablemente se debe a una competición por los factores de crecimiento y de supervivencia, cuya concentración determina un umbral detectado por una vía molecular denominada hippo. La vía impide la sobredimensión de un órgano, y parece actuar tanto en las moscas como en los mamíferos. Existen especies que crecen siempre: algunos peces y las plantas. Sin embargo, en las plantas existen partes que sí tienen un crecimiento limitado como son las hojas. En peces con crecimiento indeterminado se ha encontrado que a partir de un tamaño se cambia el aumento del número de células por el aumento del tamaño de las células como principal factor de crecimiento.

En resumen, numerosas moléculas parecen afectar al tamaño celular complicando la interpretación de la respuesta celular frente a condiciones experimentales. No se ha encontrado un gen que controle por sí solo el tamaño, ni siquiera en organismos tan conocidos como las bacterias. La conclusión es que el tamaño celular puede estar condicionado por numerosos genes y cascadas de señalización con acciones confluentes. A pesar de ello deben existir unos sistemas sensores que se han mantenido durante la evolución y que mantienen a la mayoría de las células dentro de unos parámetros de tamaño característicos.

 FORMA, TAMAÑO Y ESTRUCTURA GENERAL DE LA CÉLULA:

La célula es una estructura constituida por tres elementos básicos: membrana plasmática, citoplasma y material genético (ADN). Posee la capacidad de realizar tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción. La célula es la unidad más simple conocida, lleva a cabo esas tres funciones vitales por sí misma, es decir, sin necesidad de otros seres vivos.

Los virus, aunque considerados por algunos autores como seres vivos, precisan invadir a una célula viva para conseguir la reproducción, por lo tanto no son la forma más simple de vida autónoma. Deben ser considerados como materia viva, pero son una forma de vida acelular.

Bacteriófago

Ciclo lítico de un bacteriófago

Actividad de investigación 2: La vida acelular: los virus

Introducción: La teoría celular explica en sus cuatro postulados como la célula es la unidad básica de vida. Los virus no son seres vivos autónomos, puesto que necesitan de células vivas para realizar sus procesos vitales, como es el caso de la reproducción. Por lo tanto, no son seres vivos como tales;, se consideran formas de vida acelular o simplemente materia viva.

Tarea: Se trata de un trabajo de investigación individual en el que, tras la búsqueda de información acerca del funcionamiento de los virus, conozcas si poseen metabolismo, si tienen o realizan funciones de relación y si cumplen por sí mismos las funciones de reproducción. Una vez que hayas analizado la información, debes realizar un trabajo de síntesis, de no más de cinco folios en procesador de texto. En él analizarás cada una de las funciones por las que piensas que los virus son o no son seres vivos. Puedes elegir un tipo de virus concreto (mosaico del tabaco, gripe, sida, varicela, etc.) para apoyar tus ideas. Te facilitará la labor el comparar el funcionamiento del virus con el de cualquier célula animal o vegetal: compara sus funciones básicas y describe las diferencias..

Recursos: Consulta algunas de las páginas web que te sugerimos para realizar tu trabajo: Biología - Asesinos ocultos.  Los virus. ¿Es el VIRUS un ser vivo?, Virus.  Ciencia y tecnología: Virus.

Evaluación: Se tendrán en cuenta criterios siguientes: la capacidad de síntesis y de análisis del alumno; su capacidad de redacción para exponer sus ideas y fundamentar sus tesis acerca del funcionamiento de los virus y su inclusión o no dentro de los seres vivos.

Las células presentan una gran variabilidad de formas, e incluso, algunas no ofrecen una forma fija. Pueden ser: fusiformes (forma de huso), estrelladas, prismáticas, aplanadas, elípticas, globosas o redondeadas, etc. Algunas no tienen una pared rígida y otras sí, lo que les permite deformar la membrana y emitir prolongaciones citoplasmáticas (pseudópodos) para desplazarse o conseguir alimento. Hay células libres que no muestran esas estructuras de desplazamiento pero poseen cilios o flagelos que son estructuras derivadas de un orgánulo celular (centriolo) el cual dota a estas células de movimiento.

Las células pueden estar unidas, formando tejidos, y pueden no poseer una pared rígida que las envuelva. En este sentido, las uniones entre células generan un tipo de tensiones que condiciona la forma final del tejido resultante. Los tejidos formados por células que sí poseen esta rígida pared celular por el contrario presentan una forma mucho más estable.

La función que realice la célula determina la forma de la misma. Así encontramos diferentes tipos de células: células contráctiles que suelen ser alargadas. Las del tejido nervioso irregulares y con prolongaciones que permiten la transmisión del impulso nervioso. Las del intestino suelen tener pliegues en una de sus caras (microvellosidades) que amplían la superficie de contacto y de intercambio de sustancias. Y, finalmente, las epiteliales que suelen ser cúbicas o prismáticas.

Actividad 3

El tamaño es extremadamente variable. Existen bacterias con 1 y 2 micras de longitud. Las células humanas presentan mucha variabilidad: glóbulos rojos de 7 micras, células del hígado con 20 micras, espermatozoides de 53 micras y oocitos de 150 micras. En los vegetales los granos de polen pueden llegar a medir de 200 a 300 micras y algunos oocitos de aves pueden medir entre 1 (codorniz) y 7 centímetros (avestruz) de diámetro. En cualquier caso, para la viabilidad de la célula y su correcto funcionamiento siempre se debe tener en cuenta larelación superficie-volumen. Puede aumentar considerablemente el volumen de la célula y no así su superficie de intercambio de membrana lo que dificultaría el nivel y regulación de los intercambios de sustancias vitales para la célula. También es importante la relación entre volumen citoplasmático y volumen nuclear. El mismo número de cromosomas no puede controlar un aumento de volumen desproporcionado, puesto que no regularía y ni controlaría adecuadamente las funciones de toda la célula.

 

 

Dentro de la estructura general de una célula debemos señalar las partes que poseen todas las células de formacomún: membrana plasmática, citoplasma y ADN o material genético y los orgánulos o estructuras que las hacendiferentes según sean procariotas, eucariotas, animales y vegetales.

Las células procariotas son propias del reino moneras (bacterias y cianobacterias). Tienen en común con el resto de las células de otros organismos vivos una membrana plasmática, citoplasma y material genético, pero además muestran, por fuera de la membrana plasmática, una gruesa pared celular. En su interior son mucho más simples que las eucariotas y sólo existen ribosomas y unas pequeñas invaginaciones de la membrana, llamadas mesosomas. No presentan núcleo y su ADN se encuentra más o menos condensado en una porción del citoplasma llamada nucleoide.

Las células eucariotas son propias del resto de los reinos de la naturaleza (protoctista, hongos, animal y vegetal). Presentan membrana plasmática, citoplasma (más complicado que en procariotas) que contiene un complejo sistema endomembranoso (retículos, aparato de Golgi, vesículas, vacuolas, etc.), unos orgánulos transductores de energía (mitocondrias y cloroplastos) y estructuras carentes de membrana (centríolos, ribosomas, microtúbulos y microfilamentos). El núcleo de estas células está independiente del resto del citoplasma por una membrana nuclear con numerosos poros. Este núcleo contiene el ADN de la célula condensado en cromosomas o descondensado en cromatina, según el momento del ciclo celular .

Actividad de investigación 3: Procariotas y Eucariotas

Introducción: El conocimiento de la célula y las diferencias entre la célula procariota y eucariota es un tema recurrente en los contenidos de Biología de los distintos niveles de la enseñanza Secundaria y Bachillerato. Pero ahora llega el momento de repasar todo lo aprendido en cursos anteriores y realizar una tarea sintética y comparativa de las diferencias y similitudes entre ambos tipos celulares.

Tarea: Para llegar al objetivo final de esta unidad, el conocimiento en profundidad de la estructura y el funcionamiento celular, es imprescindible conocer las variedades que podemos encontrar en la naturaleza de esta unidad básica de vida, desde el origen de la misma hasta la actualidad. Para ello te proponemos una actividad de investigación basada en el estudio y comparación de la célula procariota y eucariota, con la intención de que elabores finalmente un cuadro comparativo en Power Point.

Descripción: Analiza la información que te facilitamos en el apartado de recursos. Procede, en su mayoría, de institutos y centros de investigación y universidades. Realiza una presentación en Power Point en la que, mediante diversas diapositivas enlazadas, puedas mostrar a los compañeros de tu grupo las similitudes y diferencias entre una célula procariota y una eucariota animal o vegetal. Podéis realizar este trabajo en grupos de no más de cuatro personas. Repartíos bien el trabajo y buscad la información en las páginas web, extrayendo de ellas las imágenes, amimaciones y textos que consideres de interés. Una vez seleccionada y analizada la información debéis realizar un ejercicio de síntesis para confeccionar un cuadro comparativo de semejanzas y diferencias entre ambos tipos celulares atendiendo a: su estructura general, sus orgánulos, su forma de vida, su forma de reproducción, de nutrición y de relación (desplazamientos).