El microscopio es un instrumento óptico con el cual se observan objetos mediante su ampliación óptica; es decir, la función del aparato es aumentar la apariencia del objeto de estudio hasta el punto en que es posible ver sus partes.
El primer microscopio en la historia de la ciencia fue construido en 1590 por Zacharias Janssen, un fabricante de lentes holandés. Este microscopio estaba compuesto por un solo objetivo y un ocular, y se enfocaba alejando uno del otro manualmente.
Después, Robert Hooke, el mismo científico inglés que acuñó el término célula, publicó en 1665 una obra en la que describía las primeras células muertas (de corcho) observadas al microscopio.
La primera observación de células vivas al microscopio la hizo Anton van Leeuwenhoek, a mediados del siglo XVII, utilizando sus propios instrumentos para describir eritrocitos y bacterias, entre otros tipos celulares. Debido a esto se le considera el padre de la microbiología.
El microscopio siguió evolucionando y hoy existe una gran diversidad de tipos: óptico o de luz, electrónico, de barrido, etcétera.
En el caso de organismos multicelulares, como plantas y animales, las células son los ladrillos que construyen sus órganos, y en el caso de organismos unicelulares, como las amebas, constituyen el organismo completo.
La célula, la base de los seres vivos, efectúa las mismas funciones de nutrición, relación y reproducción que el organismo completo. Piensa, por ejemplo, en la reproducción de la misma; la célula requiere ser una “fábrica” de proteínas, grasas y ADN, pues al dividirse generará dos células con idénticas características y requerimientos estructurales que la célula original.
Al proceso de división celular se le conoce como mitosis. En términos generales, al igual que los organismos, la célula cumple sus funciones ―nutrición, relación y reproducción― mediante un conjunto de estructuras especializadas, como la membrana, el citoplasma o el material genético.
Cuando hay núcleo, entre este y el citoplasma hay un continuo intercambio de señales mediante las cuales el primero lo instruye acerca del procesamiento de las proteínas necesarias para cada tarea celular. En cualquier caso, hay una diversidad enorme de células, consecuencia de la gran cantidad de funciones que deben cumplir.
Las células eucariontes conforman a todos los organismos multicelulares como plantas, animales, hongos y algunos unicelulares (como los protozoarios). Estas células poseen estructuras u organelos con funciones particulares que se describen a continuación.
Membrana celular: es una estructura que delimita a la célula; está formada por lípidos o grasas, azúcares o carbohidratos y proteínas que la aíslan del medio externo, y a través de ella ocurre el intercambio de nutrientes, así como el desalojo de desechos.
Núcleo: esta estructura contiene al ADN (ácido desoxirribonucleico) o material genético de la célula. El núcleo aísla el ADN mediante una membrana o envoltura nuclear y ejecuta el transporte de moléculas a través de poros. Contiene además un nucléolo donde se almacena el ARN (ácido ribonucleico), el cual es una copia de su ADN que se convierte después en proteína. Las células procariontes carecen de este organelo.
Retículo endoplásmico: es una estructura membranosa conectada al núcleo donde residen los ribosomas. Su función es sintetizar o producir proteínas y grasas.
Citoplasma: es una sustancia en la que están contenidos (flotan) los distintos organelos celulares, desde la membrana celular hasta el núcleo. Este líquido gelatinoso se encuentra presente en todas las células procariontes y eucariontes.
Ribosomas: son los organelos responsables de la síntesis de proteínas. Contienen una subunidad grande y una pequeña. Están presentes en organismos tan simples como las bacterias y ejecutan la importante función de convertir o interpretar, de ARN a proteína, el código genético escrito en tus genes.
Aparato de Golgi: se encarga de transportar, almacenar y eliminar proteínas y grasas. Está formado por una red de membranas con espacio interno o lumen. El transporte de moléculas lo hace por medio de vesículas que pueden quedarse en el citoplasma o salir al espacio extracelular.
Mitocondria: organelo que produce y libera energía mediante la respiración celular, convierte los nutrientes que recibe la célula en combustible, es decir, en el trifosfato de adenosina o ATP. La producción de ATP ocurre por la acción de un complejo de proteínas conocido en conjunto como complejo respiratorio. La mitocondria está constituida por una membrana interna y una externa que forman un compartimento llamado matriz, donde están contenidos el complejo respiratorio, los ribosomas y el ADN mitocondrial.
Cloroplasto: organelo responsable de la fotosíntesis en células vegetales, la cual se lleva a cabo al transformar energía luminosa en química. Está constituido por una membrana interna y una externa que forman un compartimento llamado estroma que contiene a los tilacoides, unas estructuras en forma de saco aplanado donde se almacena la clorofila. Los cloroplastos, al igual que las mitocondrias, contienen ribosomas y ADN en su interior.
Pared celular: estructura formada por una o varias capas de proteínas y azúcares que rodean la membrana celular y le dan una mayor resistencia, protección y firmeza a la célula. Está presente solo en células vegetales y en algunas bacterias.
Como recordarás, las procariontes no tienen núcleo, pero su ADN se organiza en un nucleoide, sin membrana nuclear que lo contenga. Algunas procariontes se mueven gracias a flagelos y poseen membrana celular y ribosomas. Otras presentan pared celular, como las células vegetales.
Ahora estás consciente de que nuestras funciones son un reflejo de las que toda célula —animal o vegetal, procarionte o eucarionte— efectúa: nutrirse, relacionarse y reproducirse. Y que lo hace mediante un conjunto de complejos organelos que se ocupan de hacerle llegar sustancias alimenticias, de procesarlas y, al final, de expulsar los desechos.
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En este enlace podrás observar la estructura y las funciones de diferentes tipos de células a partir de contextos diferentes.
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Aquí te presentamos un video explicativo de la célula y sus componentes.
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En este enlace encontrarás más información acerca de las células procariontes.
Seres humanos, canarios, salamandras, pinos, champiñones y cocodrilos: todos son organismos vivos en apariencia muy diferentes y al mismo tiempo muy parecidos. Sus semejanzas radican en muchos aspectos que se relacionan con la manera en que funcionan.
Los seres vivos tienen mucho en común a pesar de sus diferencias y, por lo tanto, todos somos parientes. La teoría del origen de la vida establece que todos descendemos de un mismo grupo de células que se originó hace millones de años.
Todos los organismos heredan las características físicas y funcionales de sus predecesores. Los humanos, por tanto, heredamos rasgos, conductas y modos de funcionar de nuestros progenitores, como el cabello rizado o lacio, la barba partida o no, el color de los ojos , la intolerancia a ciertos alimentos o el tipo de sangre, entre otras, y las podemos heredar tanto del padre como de la madre. Pero, ¿de qué depende de quién heredamos una característica y no otra? ¿Por qué somos parecidos a nuestros progenitores, pero no idénticos? ¿Cómo es que a veces mostramos rasgos que ninguno de nuestros progenitores tiene?
A pesar del enorme número de personas que habita este planeta, no hay dos que sean exactamente iguales; ni siquiera los gemelos lo son. Esto se debe a que aun cuando nuestra herencia determina la mayoría de nuestras características, la diversidad de ambientes en que nos desarrollamos también contribuye a la variabilidad humana; por ejemplo, la herencia puede determinar cierta propensión a padecer diabetes, sin embargo, una dieta alta en azúcar puede provocar el desarrollo de la enfermedad mientras que una baja en ella nos alejaría de ese padecimiento.
La herencia se transmite mediante una molécula asombrosa que es capaz de guardar la información de los seres vivos para transmitirla a las generaciones siguientes. Esta sustancia es el ácido desoxirribonucleico o ADN.
En un monasterio ubicado en Brno, ciudad de la actual República Checa, el fraile agustino Gregor Mendel (1822-1884) efectuaba experimentos acerca de la herencia en plantas de chícharo.
En uno de sus experimentos más conocidos, Mendel cruzó una planta de semilla verde con una de semilla amarilla; las descendientes fueron todas de semillas amarillas.
Después dejó que las plantas de esa generación se autofecundaran y de ellas nacieron plantas de semillas amarillas y, en una proporción menor (3:1), plantas de semillas verdes. Entonces, tomó algunas de las semillas verdes y cuando las cruzó, obtuvo solo plantas de semillas verdes. Esto se representa de la siguiente manera.
Luego de muchos experimentos en esta tónica, Mendel infirió que a) los rasgos se transmitían como factores individuales, b) cada rasgo tenía variantes y c) algunas características eran dominantes y otras eran recesivas.
Para que estos factores recesivos se expresaran debían ser transmitidos por ambos progenitores. Todo ello lo expresó con reglas matemáticas simples. En la actualidad, a) a esas características las llamamos genes; b) a esas variantes, alelos, y c) al conjunto de genes de un individuo, tanto dominantes como recesivos, los conocemos como genotipo, mientras que al conjunto de rasgos de un individuo, mayormente definidos por el genotipo, pero también por el ambiente, le hemos dado el nombre de fenotipo.
En 1869, más o menos por la época en que Mendel hacía sus experimentos con chícharos, un médico y biólogo suizo llamado Friedrich Miescher recolectó células blancas obtenidas de los vendajes que se hacían en el hospital donde trabajaba, y aisló el núcleo de dichas células al lavar las vendas en una solución salina y romper las células con otra solución química. Esto hizo que los núcleos se precipitaran y a partir de ellos aisló una peculiar sustancia rica en fósforo a la que llamó nucleína.
Fue hasta el siglo XX que se logró establecer, gracias a sofisticados experimentos, que esa molécula era la responsable de la herencia, es decir, la que hacía posible que las características físicas se transmitieran de una generación a otra.
El biólogo estadounidense James Watson y el físico inglés Francis Crick investigaron la estructura del ADN, y en 1953 publicaron su modelo de la doble hélice en la revista Nature. Allí propusieron que la principal cualidad de dicha estructura era su capacidad de replicarse o copiarse a lo largo de generaciones sin perder información.
Cuando Watson y Crick propusieron su modelo de doble hélice habían retomado los resultados de Erwin Chargaff, que establecían que en el ADN de diferentes especies (terneras, levaduras, bacterias y humanos) la proporción de unos compuestos llamados nucleótidos podía variar.
El modelo de la doble hélice propuesto por Watson y Crick consistió en dos cadenas de nucleótidos, unidos estos por azúcares mediante grupos fosfato; las cadenas son complementarias y se encuentran unidas una con otra mediante el reconocimiento de sus bases nitrogenadas.
Los nucleótidos son compuestos químicos formados por un azúcar, un grupo fosfato y una base nitrogenada. En el ADN las bases son adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T) (por convención, sus letras iniciales sirven para identificar los nucleótidos que conforman el ADN).
La doble hélice de Watson y Crick postulaba que las cadenas de ADN se formaban por el reconocimiento y enlace mediante puentes de hidrógeno entre las bases nitrogenadas (en la imagen quedan representadas como líneas punteadas).
Todas estas características de una persona se encuentran codificadas en el ADN, y este ordena la información organizándose en varios niveles. El ADN, considerado la molécula de la herencia, constituye el genoma de los organismos; enroscándose, muchas veces forma un cromosoma.
Así, el ADN de la célula presente en su núcleo se encuentra ordenado y empaquetado alrededor de una serie de proteínas que forman cromosomas, los cuales son estructuras en las que el ADN se encuentra altamente empaquetado. Al conjunto de cromosomas de cada especie se le conoce como cariotipo.
El número de cromosomas varía según la especie, los seres humanos tenemos 46 cromosomas, o 23 pares (vienen acomodados en pares). Así pues, el cariotipo de los humanos presenta 23 pares de cromosomas.
Cada elemento del par cromosómico es igual; cada par difiere de los otros en forma y tamaño. De cada par cromosómico, un cromosoma lo heredamos de nuestro padre y el otro de nuestra madre.
Las instrucciones vienen codificadas en genes. Un gen es una sección, segmento o secuencia de la molécula de ADN, organizada en un cromosoma, que es responsable de cierta característica física o funcional de un organismo. A veces existen una, dos o más versiones de un gen: a cada una de ellas se le conoce como alelo.
Si uno de tus padres tiene ojos azules y el otro de color café, y los tuyos son de este último color, significa que el café es un gen dominante sobre el azul. Lo cual implica que ―como lo había establecido Mendel― los genes no siempre se expresan; es decir, no todas las características, como el color de ojos o de piel, se manifiestan.
A los genes que portamos y no expresamos se les conoce como genes recesivos y aunque no se hayan expresado en los hijos, a veces se manifiestan en los nietos. La información genética que expresamos y que en ocasiones es posible apreciar, como el color de ojos, se conoce como fenotipo.
Ahora puedes explicarte, a grandes rasgos, cómo se te ha transmitido la forma del cabello, el color de los ojos, tu estatura y algunas de las funciones particulares de tu cuerpo por medio de una molécula que es capaz de duplicarse a sí misma organizándose en genes y cromosomas.
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¿Quieres ampliar tus conocimientos acerca del ADN? En este enlace encontrarás un video que te ayudará a hacerlo.
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Este video muestra un documental que explica cómo se vería un trozo de ADN.
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Si quieres ver más modelos de ADN y saber acerca de las reglas de Chargaff, revisa el enlace.