Teoría celular

En biología, la teoría celular es una teoría científica formulada por primera vez a mediados del siglo XIX, que los organismos vivos están formados por células, que son la unidad estructural/organizativa básica de todos los organismos, y que todas las células provienen de células preexistentes.. Las células son la unidad básica de estructura en todos los organismos y también la unidad básica de reproducción.

Los tres principios de la teoría celular se describen a continuación:

1. Todos los organismos vivos están compuestos por una o más células.
2. La célula es la unidad básica de estructura y organización en los organismos.
3. Las células surgen de células preexistentes.

La teoría alguna vez fue universalmente aceptada, pero ahora algunos biólogos consideran entidades no celulares como los virus como organismos vivos y, por lo tanto, no están de acuerdo con el primer principio. A partir de 2021: "la opinión de los expertos sigue dividida aproximadamente en un tercio entre sí, no y no sé". Como no existe una definición universalmente aceptada de la vida, la discusión continuará.

Historia

Con las continuas mejoras realizadas a los microscopios a lo largo del tiempo, la tecnología de aumento avanzó lo suficiente como para descubrir células. Este descubrimiento se atribuye en gran parte a Robert Hooke, y dio inicio al estudio científico de las células, conocido como biología celular. Al observar un trozo de corcho bajo el endoscopio pudo ver los poros. Esto fue impactante en ese momento porque se creía que nadie más los había visto. Para respaldar aún más su teoría, Matthias Schleiden y Theodor Schwann estudiaron células de animales y plantas. Lo que descubrieron fue que había diferencias significativas entre los dos tipos de células. Esto planteó la idea de que las células no solo eran fundamentales para las plantas, sino también para los animales.

Microscopios

El microscopio de Robert Hooke era una recreación del microscopio de Anton van Leeuwenhoek en el siglo XVII, excepto que el suyo tenía un aumento de 300x.El descubrimiento de la célula fue posible gracias a la invención del microscopio. En el siglo I a. C., los romanos pudieron fabricar vidrio. Descubrieron que los objetos parecían ser más grandes bajo el cristal. En Italia, durante el siglo XII, Salvino D'Armate hizo que una pieza de vidrio encajara sobre un ojo, lo que permitía un efecto de aumento en ese ojo. El uso extendido de lentes en anteojos en el siglo XIII probablemente condujo a un uso más generalizado de microscopios simples (lupas) con aumento limitado. Los microscopios compuestos, que combinan una lente objetivo con un ocular para ver una imagen real con un aumento mucho mayor, aparecieron por primera vez en Europa alrededor de 1620. En 1665, Robert Hooke usó un microscopio de unas seis pulgadas de largo con dos lentes convexas en su interior y examinó muestras bajo reflejo. luz para las observaciones en su libroMicrografía. Hooke también usó un microscopio más simple con una sola lente para examinar muestras con luz transmitida directamente, porque esto permitía obtener una imagen más clara.

Anton van Leeuwenhoek, un pañero que se interesó por los microscopios, realizó un extenso estudio microscópico después de ver uno mientras era aprendiz en Ámsterdam en 1648. En algún momento de su vida antes de 1668, pudo aprender a moler lentes. Esto finalmente llevó a Leeuwenhoek a fabricar su propio microscopio único. Hizo uno con una sola lente. Pudo usar una sola lente que era una pequeña esfera de vidrio pero permitía un aumento de 270x. Esta fue una gran progresión ya que la ampliación anterior era solo un máximo de 50x. Después de Leeuwenhoek, no hubo mucho progreso en la tecnología de los microscopios hasta la década de 1850, doscientos años después. Carl Zeiss, un ingeniero alemán que fabricaba microscopios, comenzó a realizar cambios en las lentes utilizadas.

Los microscopios ópticos pueden enfocarse en objetos del tamaño de una longitud de onda o más grandes, lo que aún impone restricciones al avance en los descubrimientos con objetos más pequeños que las longitudes de onda de la luz visible. El desarrollo del microscopio electrónico en la década de 1920 hizo posible ver objetos que son más pequeños que las longitudes de onda ópticas, abriendo una vez más nuevas posibilidades en la ciencia.

Descubrimiento de células

La celda fue descubierta por primera vez por Robert Hooke en 1665, que se puede encontrar descrita en su libro Micrographia. En este libro, dio 60 'observaciones' en detalle de varios objetos bajo un microscopio compuesto grueso. Una observación fue de rodajas muy finas de corcho de botella. Hooke descubrió una multitud de pequeños poros a los que llamó "células". Esto vino de la palabra latina Cella, que significa 'una habitación pequeña' como en la que vivían los monjes y también Cellulae., que significaba la celda de seis lados de un panal. Sin embargo, Hooke desconocía su estructura o función real. Lo que Hooke había pensado que eran células, en realidad eran paredes celulares vacías de tejidos vegetales. Durante este tiempo, con microscopios que tenían un aumento bajo, Hooke no pudo ver que había otros componentes internos en las células que estaba observando. Por lo tanto, no pensó que las "células" estuvieran vivas. Sus observaciones celulares no dieron ninguna indicación del núcleo y otros orgánulos que se encuentran en la mayoría de las células vivas. En Micrografía, Hooke también observó moho, de color azulado, que se encuentra en el cuero. Después de estudiarlo bajo su microscopio, no pudo observar "semillas" que habrían indicado cómo el moho se estaba multiplicando en cantidad. Esto llevó a Hooke a sugerir que la causa era la generación espontánea, ya sea por calor natural o artificial. Dado que esta era una vieja teoría aristotélica todavía aceptada en ese momento, otros no la rechazaron y no fue refutada hasta que Leeuwenhoek descubrió más tarde que la generación se logró de otra manera.

Anton van Leeuwenhoek es otro científico que vio estas células poco después de que lo hiciera Hooke. Hizo uso de un microscopio que contenía lentes mejorados que podían aumentar los objetos 270 veces. Bajo estos microscopios, Leeuwenhoek encontró objetos móviles. En una carta a The Royal Society del 9 de octubre de 1676, afirma que la motilidad es una cualidad de vida, por lo tanto, estos eran organismos vivos. Con el tiempo, escribió muchos más artículos que describían muchas formas específicas de microorganismos. Leeuwenhoek llamó a estos "animálculos", que incluían protozoos y otros organismos unicelulares, como las bacterias. Aunque no tuvo mucha educación formal, pudo identificar la primera descripción precisa de los glóbulos rojos y descubrió las bacterias después de interesarse en el sentido del gusto que resultó en que Leeuwenhoek observara la lengua de un buey, lo que luego lo llevó a estudiar. "

Las células en los tejidos animales se observaron después que las plantas porque los tejidos eran tan frágiles y susceptibles de desgarrarse que era difícil preparar cortes tan delgados para el estudio. Los biólogos creían que había una unidad fundamental para la vida, pero no estaban seguros de qué se trataba. No sería hasta más de cien años después que esta unidad fundamental se relacionara con la estructura celular y la existencia de células en animales o plantas. Esta conclusión no se hizo hasta Henri Dutrochet. Además de afirmar que “la célula es el elemento fundamental de la organización”, Dutrochet también afirmó que las células no eran solo una unidad estructural, sino también una unidad fisiológica.

En 1804, Karl Rudolphi y JHF Link recibieron el premio por "resolver el problema de la naturaleza de las células", lo que significa que fueron los primeros en demostrar que las células tenían paredes celulares independientes por parte de la Königliche Societät der Wissenschaft (Sociedad Real de Ciencias), Gotinga. Antes se pensaba que las células compartían paredes y el fluido pasaba entre ellas de esta manera.

Teoría celular

El crédito por desarrollar la teoría celular generalmente se otorga a dos científicos: Theodor Schwann y Matthias Jakob Schleiden. Si bien Rudolf Virchow contribuyó a la teoría, no se le atribuye tanto crédito por sus atribuciones hacia ella. En 1839, Schleiden sugirió que cada parte estructural de una planta estaba formada por células o el resultado de células. También sugirió que las células se fabricaban mediante un proceso de cristalización dentro de otras células o desde el exterior. Sin embargo, esta no fue una idea original de Schleiden. Reclamó esta teoría como propia, aunque Barthelemy Dumortier la había declarado años antes que él. Este proceso de cristalización ya no se acepta con la teoría celular moderna. En 1839, Theodor Schwann afirma que, junto con las plantas, los animales están compuestos por células o el producto de células en sus estructuras.Este fue un gran avance en el campo de la biología, ya que hasta este momento se sabía poco sobre la estructura animal en comparación con las plantas. A partir de estas conclusiones sobre plantas y animales, se postularon dos de los tres principios de la teoría celular.1. Todos los organismos vivos están compuestos por una o más células.2. La célula es la unidad más básica de la vida.

La teoría de Schleiden de la formación de células libres a través de la cristalización fue refutada en la década de 1850 por Robert Remak, Rudolf Virchow y Albert Kolliker. En 1855, Rudolf Virchow añadió el tercer principio a la teoría celular. En latín, este principio establece Omnis cellula e cellula. Esto traducido a:3. Todas las células surgen solo de células preexistentes

Sin embargo, la idea de que todas las células provienen de células preexistentes ya había sido propuesta por Robert Remak; se ha sugerido que Virchow plagió a Remak y no le dio crédito. Remak publicó observaciones en 1852 sobre la división celular, alegando que Schleiden y Schawnn estaban equivocados sobre los esquemas de generación. En cambio, dijo que la fisión binaria, que fue introducida por primera vez por Dumortier, era la forma en que se realizaba la reproducción de nuevas células animales. Una vez que se añadió este principio, la teoría celular clásica quedó completa.

Interpretación moderna

Las partes generalmente aceptadas de la teoría celular moderna incluyen:

1. Todos los seres vivos conocidos están formados por una o más células.
2. Todas las células vivas surgen de células preexistentes por división.
3. La célula es la unidad fundamental de estructura y función en todos los organismos vivos.
4. La actividad de un organismo depende de la actividad total de las células independientes.
5. El flujo de energía (metabolismo y bioquímica) ocurre dentro de las células.
6. Las células contienen ADN que se encuentra específicamente en el cromosoma y ARN que se encuentra en el núcleo celular y el citoplasma.
7. Todas las células son básicamente iguales en composición química en organismos de especies similares.

Versión moderna

La versión moderna de la teoría celular incluye las ideas de que:

• El flujo de energía se produce dentro de las células.
• La información hereditaria (ADN) se transmite de una célula a otra.
• Todas las células tienen la misma composición química básica.

Conceptos opuestos en la teoría celular: historia y antecedentes

La célula fue descubierta por primera vez por Robert Hooke en 1665 usando un microscopio. La primera teoría celular se atribuye al trabajo de Theodor Schwann y Matthias Jakob Schleiden en la década de 1830. En esta teoría, el contenido interno de las células se denominaba protoplasma y se describía como una sustancia gelatinosa, a veces denominada gelatina viva. Aproximadamente al mismo tiempo, la química coloidal comenzó su desarrollo y surgieron los conceptos de agua ligada. Un coloide es algo entre una solución y una suspensión, donde el movimiento browniano es suficiente para evitar la sedimentación. La idea de una membrana semipermeable, una barrera que es permeable al solvente pero impermeable a las moléculas de soluto, se desarrolló aproximadamente al mismo tiempo. El término ósmosis se originó en 1827 y se dio cuenta de su importancia para los fenómenos fisiológicos, pero no fue hasta 1877, cuando el botánico Pfeffer propuso la teoría de la membrana de la fisiología celular. En esta vista, se veía que la célula estaba encerrada por una superficie delgada, la membrana plasmática y el agua celular y los solutos, como el ion potasio, existían en un estado físico como el de una solución diluida. En 1889, Hamburger utilizó la hemólisis de eritrocitos para determinar la permeabilidad de varios solutos. Al medir el tiempo requerido para que las células se hinchen más allá de su límite elástico, la velocidad a la que los solutos ingresan a las células podría estimarse por el cambio que acompaña en el volumen celular. También encontró que había un volumen aparente de no solvente de alrededor del 50% en los glóbulos rojos y luego demostró que esto incluye agua de hidratación además de la proteína y otros componentes no solventes de las células. se vio que la célula estaba encerrada por una superficie delgada, la membrana plasmática y el agua celular y los solutos, como un ion de potasio, existían en un estado físico como el de una solución diluida. En 1889, Hamburger utilizó la hemólisis de eritrocitos para determinar la permeabilidad de varios solutos. Al medir el tiempo requerido para que las células se hinchen más allá de su límite elástico, la velocidad a la que los solutos ingresan a las células podría estimarse por el cambio que acompaña en el volumen celular. También encontró que había un volumen aparente de no solvente de alrededor del 50% en los glóbulos rojos y luego demostró que esto incluye agua de hidratación además de la proteína y otros componentes no solventes de las células. se vio que la célula estaba encerrada por una superficie delgada, la membrana plasmática y el agua celular y los solutos, como un ion de potasio, existían en un estado físico como el de una solución diluida. En 1889, Hamburger utilizó la hemólisis de eritrocitos para determinar la permeabilidad de varios solutos. Al medir el tiempo requerido para que las células se hinchen más allá de su límite elástico, la velocidad a la que los solutos ingresan a las células podría estimarse por el cambio que acompaña en el volumen celular. También encontró que había un volumen aparente de no solvente de alrededor del 50% en los glóbulos rojos y luego demostró que esto incluye agua de hidratación además de la proteína y otros componentes no solventes de las células. En 1889, Hamburger utilizó la hemólisis de eritrocitos para determinar la permeabilidad de varios solutos. Al medir el tiempo requerido para que las células se hinchen más allá de su límite elástico, la velocidad a la que los solutos ingresan a las células podría estimarse por el cambio que acompaña en el volumen celular. También encontró que había un volumen aparente de no solvente de alrededor del 50% en los glóbulos rojos y luego demostró que esto incluye agua de hidratación además de la proteína y otros componentes no solventes de las células. En 1889, Hamburger utilizó la hemólisis de eritrocitos para determinar la permeabilidad de varios solutos. Al medir el tiempo requerido para que las células se hinchen más allá de su límite elástico, la velocidad a la que los solutos ingresan a las células podría estimarse por el cambio que acompaña en el volumen celular. También encontró que había un volumen aparente de no solvente de alrededor del 50% en los glóbulos rojos y luego demostró que esto incluye agua de hidratación además de la proteína y otros componentes no solventes de las células.

Evolución de las teorías de membrana y fase masiva

Dos conceptos opuestos desarrollados en el contexto de estudios sobre ósmosis, permeabilidad y propiedades eléctricas de las células.El primero sostenía que todas estas propiedades pertenecían a la membrana plasmática, mientras que el otro punto de vista predominante era que el protoplasma era el responsable de estas propiedades. La teoría de la membrana se desarrolló como una sucesión de adiciones y cambios ad-hoc a la teoría para superar los obstáculos experimentales. Overton (un primo lejano de Charles Darwin) propuso por primera vez el concepto de una membrana plasmática lipídica (aceite) en 1899. La principal debilidad de la membrana lipídica era la falta de una explicación de la alta permeabilidad al agua, por lo que Nathansohn (1904) propuso La teoría del mosaico. Desde este punto de vista, la membrana no es una capa lipídica pura, sino un mosaico de áreas con lípidos y áreas con gel semipermeable. Ruhland refinó la teoría del mosaico para incluir poros que permitieran el paso adicional de moléculas pequeñas. Dado que las membranas son generalmente menos permeables a los aniones, Leonor Michaelis concluyó que los iones se adsorben en las paredes de los poros, cambiando la permeabilidad de los poros a los iones por repulsión electrostática. Michaelis demostró el potencial de membrana (1926) y propuso que estaba relacionado con la distribución de iones a través de la membrana.

Harvey y Danielli (1939) propusieron una membrana de bicapa lipídica cubierta por cada lado con una capa de proteína para medir la tensión superficial. En 1941, Boyle & Conway demostraron que la membrana del músculo de la rana era permeable tanto a Ky Cl, pero aparentemente no a Na, por lo que la idea de cargas eléctricas en los poros era innecesaria ya que un solo tamaño de poro crítico explicaría la permeabilidad a K, hy clasí como la impermeabilidad al Na, Californiay magnesio. Durante el mismo período de tiempo, se demostró (Procter & Wilson, 1916) que los geles, que no tienen una membrana semipermeable, se hincharían en soluciones diluidas.

Loeb (1920) también estudió extensamente la gelatina, con y sin membrana, demostrando que más de las propiedades atribuidas a la membrana plasmática podrían duplicarse en geles sin membrana. En particular, descubrió que se podía desarrollar una diferencia de potencial eléctrico entre la gelatina y el medio exterior, basada en el Hconcentración. Algunas críticas a la teoría de la membrana se desarrollaron en la década de 1930, basadas en observaciones como la capacidad de algunas células para hincharse y aumentar su área de superficie en un factor de 1000. Una capa de lípidos no puede estirarse hasta ese punto sin convertirse en un mosaico (perdiendo así su propiedades de barrera). Tales críticas estimularon la continuación de los estudios sobre el protoplasma como el principal agente que determina las propiedades de permeabilidad celular.

En 1938, Fischer y Suer propusieron que el agua en el protoplasma no está libre sino en una forma químicamente combinada (el protoplasma representa una combinación de proteína, sal y agua) y demostraron la similitud básica entre la hinchazón en los tejidos vivos y la hinchazón de la gelatina y geles de fibrina Dimitri Nasonov (1944) consideró a las proteínas como los componentes centrales responsables de muchas propiedades de la célula, incluidas las propiedades eléctricas. En la década de 1940, las teorías de la fase masiva no estaban tan desarrolladas como las teorías de la membrana. En 1941, Brooks & Brooks publicó una monografía, "La permeabilidad de las células vivas", que rechaza las teorías de la fase masiva.

Aparición del concepto de bomba de membrana de estado estacionario

Con el desarrollo de trazadores radiactivos, se demostró que las células no son impermeables al Na. Esto era difícil de explicar con la teoría de la barrera de membrana, por lo que se propuso la bomba de sodio para eliminar continuamente Naa medida que impregna las células. Esto impulsó el concepto de que las células se encuentran en un estado de equilibrio dinámico, utilizando constantemente energía para mantener los gradientes iónicos. En 1935, Karl Lohmann [ de ] descubrió el ATP y su papel como fuente de energía para las células, por lo que se propuso el concepto de una bomba de sodio impulsada metabólicamente. El tremendo éxito de Hodgkin, Huxley y Katz en el desarrollo de la teoría de membrana de los potenciales de membrana celular, con ecuaciones diferenciales que modelaban correctamente los fenómenos, proporcionó aún más apoyo a la hipótesis de la bomba de membrana.

La visión moderna de la membrana plasmática es la de una bicapa lipídica fluida que tiene componentes proteicos incrustados en su interior. La estructura de la membrana ahora se conoce con gran detalle, incluidos los modelos 3D de muchos de los cientos de proteínas diferentes que están unidas a la membrana. Estos importantes desarrollos en la fisiología celular colocaron a la teoría de la membrana en una posición dominante y estimularon la imaginación de la mayoría de los fisiólogos, quienes ahora aparentemente aceptan la teoría como un hecho; sin embargo, hay algunos disidentes.

El resurgimiento de las teorías de la fase masiva

En 1956, Afanasy S. Troshin publicó un libro, The Problems of Cell Permeability, en ruso (1958 en alemán, 1961 en chino, 1966 en inglés) en el que descubrió que la permeabilidad tenía una importancia secundaria en la determinación de los patrones de equilibrio entre la célula y su entorno. Troshin demostró que el agua celular disminuía en soluciones de galactosa o urea, aunque estos compuestos penetraban lentamente en las células. Dado que la teoría de la membrana requiere un soluto impermanente para mantener la contracción celular, estos experimentos arrojan dudas sobre la teoría. Otros cuestionaron si la célula tiene suficiente energía para sostener la bomba de sodio/potasio. Estas preguntas se volvieron aún más urgentes a medida que se añadían docenas de nuevas bombas metabólicas a medida que se descubrían nuevos gradientes químicos.

En 1962, Gilbert Ling se convirtió en el campeón de las teorías de la fase masiva y propuso su hipótesis de asociación e inducción de células vivas.

Tipos de celulas

Las celdas se pueden subdividir en las siguientes subcategorías:

1. Procariotas: Las procariotas son células relativamente pequeñas rodeadas por la membrana plasmática, con una pared celular característica que puede diferir en composición dependiendo del organismo en particular. Los procariotas carecen de núcleo (aunque tienen ADN circular o lineal) y otros orgánulos unidos a la membrana (aunque contienen ribosomas). El protoplasma de un procariota contiene la región cromosómica que aparece como depósitos fibrosos bajo el microscopio y el citoplasma. Las bacterias y las arqueas son los dos dominios de los procariotas.
2. Eucariotas: Las eucariotas son las primeras de las células complejas, que fueron etiquetadas como protoeucariotas. Durante un período de tiempo, estas células adquirieron un simbionte mitocondrial y luego desarrollaron un núcleo. Esto, entre otros cambios, se ha planteado como la diferencia significativa entre los dos.

Los animales han desarrollado una mayor diversidad de tipos de células en un cuerpo multicelular (100 a 150 tipos de células diferentes), en comparación con 10 a 20 en plantas, hongos y protoctistas.