1. La célula la base de la vida

La unidad de vida

Todos los seres vivos que habitan en nuestro planeta están formados por células, que constituyen el nivel de organización en el que se alcanza la capacidad de realizar las tres funciones vitales.

Incluso las células más sencillas son extraordinariamente complejas, y en ellas tienen lugar multitud de procesos. Una única célula microscópica es capaz de intercambiar materia y energía con el medio, manteniendo así sus estructuras; puede detectar los cambios que se producen en su entorno, adaptándose a sus condiciones; y está programada genéticamente para perpetuarse en el tiempo, al transmitir toda la información necesaria a su descendencia.

Respondemos en grupo

Responded a las siguientes cuestiones:

¿Qué es una célula?

¿Qué tienen en común todas las células?

¿Qué tipos de células existen?

¿Cómo se reproducen las células?

Los seres vivos, como el resto de materia del universo, están formados por átomos que se combinan entre sí. Sin embargo, la complejidad química y estructural de la materia viva es mucho mayor. Esto es debido a la gran versatilidad química de las biomoléculas y al hecho de que los seres vivos se organizan en una serie de niveles de diferente complejidad que van mucho más allá de las moléculas.

1.1 Niveles de organización de los seres vivos

Los niveles de organización de la materia viva son, de menor a mayor complejidad, los átomos, las moléculas, los orgánulos y estructuras celulares, las células, los tejidos, los órganos y los aparatos y sistemas, que forman organismos.

Cada uno de estos niveles está formado por elementos del nivel anterior y, a su vez, se organizan en el siguiente nivel. Con cada nivel, la materia adquiere propiedades nuevas, que no estaban presentes en el nivel anterior y que llamamos propiedades emergentes, por ejemplo al asociarse entre sí todos los tejidos que forman el corazón se adquiere la capacidad de bombear sangre.

Existen seres vivos que no presentan todos los niveles de organización. Algunos organismos, como por ejemplo los protozoos, son unicelulares y solo alcanzan el nivel celular. Otros organismos, como por ejemplo las algas, son pluricelulares pero no forman tejidos.

Dentro del ecosistema, consideramos niveles superiores los organismos, ya que estos se asocian en poblaciones, y las poblaciones, en comunidades.

Los niveles de organización

1.2 Las biomoléculas

Los seres vivos están formados por dos tipos de biomoléculas: las biomoléculas inorgánicas y las biomoléculas orgánicas.

Las biomoléculas inorgánicas

Se encuentran tanto en la materia viva como en la materia inerte; son el agua y las sales minerales:

El agua (H₂O) es el componente mayoritario de los seres vivos. Es el medio en el que tienen lugar todas las reacciones químicas celulares, esencial para el transporte de sustancias dentro de los organismos y un importante regulador térmico.
Las sales minerales constituyen los esqueletos de muchos organismos, como el fosfato cálcico de los huesos o el carbonato cálcico de las conchas de los moluscos. Además, regulan muchas funciones celulares, como la transmisión del impulso nervioso, en la que intervienen el calcio, el sodio y el potasio.

Las células están compuestas por biomoléculas inorgánicas y orgánicas. Solo en la membrana plasmática es posible encontrar diversos tipos de biomoléculas.

Las biomoléculas orgánicas

La biomoléculas orgánicas, también denominadas macromoléculas, son muy complejas. Estas moléculas son exclusivas de los seres vivos. Las principales son las siguientes:

Los glúcidos pueden ser complejos como la celulosa, que forma las paredes de las células vegetales; o sencillos, como la glucosa, que proporciona energía a la célula.
Los lípidos son sustancias de naturaleza química muy diversa. Algunos, como los triglicéridos, sirven de reserva energética para la célula; otros, como el colesterol, tienen un papel estructural; otros lípidos forman parte de moléculas que regulan procesos del organismo, como, por ejemplo, las hormonas sexuales.
Las proteínas son el segundo componente estructural de los seres vivos, después del agua. Realizan gran variedad de funciones; por ejemplo, los enzimas catalizan las reacciones químicas; la hemoglobina de los glóbulos rojos transporta el oxígeno en la sangre; otras proteínas regulan el intercambio de sustancias a través de la membrana plasmática.
Los ácidos nucleicos son el ADN (ácido desoxirribonucleico) y el ARN (ácido ribonucleico). Estas moléculas contienen la información genética, que transmiten a la descendencia, y se emplean para controlar las funciones celulares.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

Indica a qué nivel de organización de la materia viva corresponden los siguientes elementos: circulatorio, bacteria, mitocondria, ADN, calcio, sangre y colonia de aves.

Deduce. ¿Qué propiedad emergente crees que hay en cada uno de los siguientes niveles de organización?

a) Nivel celular.

b) Nivel organismo.

¿Qué dos grandes tipos de biomoléculas existen? ¿En qué se diferencian?

Indica qué biomolécula realiza las siguientes funciones y clasifícala como orgánica o inorgánica.

a) La transmisión del impulso nervioso.

b) La transmisión de la información genética de una célula a sus descendientes.

c) La obtención de energía.

d) La regulación térmica de los organismos.

e) La función catalizadora de las reacciones químicas celulares.

2.1 El descubrimiento de la célula

Las células que forman los seres vivos son microscópicas. Su tamaño se encuentra muy por debajo del límite de resolución del ojo humano, por lo que solo pudieron ser estudiadas tras la invención del micros-copio.

Las primeras células fueron observadas en 1665 por el científico británico Robert Hooke con un microscopio que construyó él mismo. Utilizó el término célula para describir cada una de las «celdillas» que componían una fina lámina de corcho. Aunque lo que observó este científico eran en realidad las paredes celulares de células muertas, su descubrimiento supuso el inicio de la biología celular.

2.2 La teoría celular

Tras el descubrimiento de Hooke y con el perfeccionamiento del microscopio avanzó el conocimiento de la célula. En 1838 y 1839, tras numerosas observaciones de muestras vegetales y animales, el botánico Matthias Schleiden y el zoólogo Theodor Schwann llegaron a la conclusión de que todos los seres vivos están formados por células.

La teoría celular se basa en tres postulados:

La célula es la unidad estructural de los seres vivos. Es decir, todos los seres vivos están formados por células y una sola célula puede constituir un organismo.
La célula es la unidad funcional de los seres vivos. La célula es la mínima unidad de vida; es decir, la parte más pequeña de un ser vivo capaz de realizar las tres funciones vitales.
Toda célula procede de otra célula, mediante la reproducción.

el tamaño de las células

Trabaja con la
imagen 1

La unidad que se utiliza para medir las células es la micra o micrómetro (µm). Una micra equivale a la millonésima parte de un metro. Con una imagen tomada al microscopio y conociendo el número de aumentos, puedes calcular el tamaño real en micras de la célula observada.

a) Con una regla mide las dimensiones de la célula de la imagen. ¿Cuánto miden su diámetro mayor y su diámetro menor en centímetros?

b) Sabiendo que la imagen de la fotografía ha sido tomada con un microscopio óptico aumentando la imagen 1200 veces, calcula las dimensiones reales en micras de la célula que has medido.

2.3 Cómo son las células

Aunque las células son la unidad común de los seres vivos, no todas son iguales, ni tienen la misma complejidad u organización celular.

Existen una serie de estructuras comunes a todos los tipos celulares (membrana plasmática, citoplasma, ADN y ribosomas); otras son específicas de algunas células (cloroplastos, cilios, flagelos, etc.).

Tipos de células

Dependiendo de dónde se localice el ADN en la célula, se habla de dos tipos de organización celular:

Las células procariotas. Son células sencillas, de pequeño tamaño, que no tienen núcleo ni orgánulos membranosos. Su material genético se encuentra disperso en el citoplasma. Las células bacterianas son procariotas.
Las células eucariotas. Son células más complejas, de mayor tamaño. Presentan un núcleo, que contiene el material genético y gran variedad de orgánulos membranosos. Existen dos tipos de células eucariotas: las de tipo animal, que forman parte de organismos como los animales, los protozoos y los hongos; y las de tipo vegetal, que constituyen organismos como las plantas y las algas.

Estructuras comunes a todas las células

Las estructuras comunes a todas las células son:

La membrana plasmática, que es la fina envoltura que rodea la célula y separa su contenido del exterior. Regula el intercambio de sustancias con el medio.
El citoplasma, que es la sustancia gelatinosa que rellena la célula y el medio en el que se encuentra el contenido celular.
El ADN, que es una sustancia química compleja. Constituye el material genético de la célula.
Los ribosomas, que son pequeñas partículas en las que se sintetizan las proteínas.

diferentes tipos de células

Trabaja con la
imagen 2

Observa las células de la imagen. La microfotografía a ha sido obtenida con un microscopio electrónico, mientras que las correspondientes b, c y d, con un microscopio óptico.

Indica si estas células son procariotas o eucariotas. Justifica tu respuesta.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

Explica los tres postulados de la teoría celular.

Cita las tres características que tienen en común todos los seres vivos.

Nombra las estructuras comunes a todos los tipos de células y explica sus funciones.

¿Cuál es la característica diferenciadora entre las células procariotas y las eucariotas?

Las primeras células que aparecieron sobre la superficie de la Tierra hace unos 4000 millones de años eran células muy sencillas, probablemente parecidas a las bacterias actuales.

Las células procariotas constituyen el tipo de organización celular más sencillo, no tienen un núcleo que separe el material genético del citoplasma, ni orgánulos rodeados de membrana que realicen funciones específicas. Por ello, las funciones celulares básicas tienen lugar en el citoplasma de estas células.

El éxito evolutivo de las células procariotas les ha permitido colonizar todos los ambientes de nuestro planeta.

3.1 Cómo son las células procariotas

Las células procariotas, además de las estructuras comunes a todas las células (membrana plasmática, material genético o ADN, citoplasma y ribosomas), tienen las siguientes características particulares:

El ADN de las bacterias se encuentra formando parte de un único filamento o cromosoma circular que ocupa una región del citoplasma llamada nucleoide. Las bacterias pueden contener también un número elevado de pequeñas moléculas circulares de ADN denominadas plásmidos.
Su citoplasma no contiene orgánulos, a excepción de los ribosomas, que son de tamaño más pequeño que los de las células eucariotas.
La membrana plasmática de algunas células procariotas tiene unos repliegues denominados mesosomas donde se produce una gran actividad celular.
Tienen una pared celular que rodea la membrana y da forma a la célula. Su composición química es diferente a la de las paredes celulares vegetales. Algunas bacterias desarrollan una cápsula que rodea la pared celular y les proporciona mayor protección.
Algunas especies de bacterias tienen flagelos, que son apéndices largos que les proporcionan movimiento. En la superficie de algunas bacterias también puede haber pequeños filamentos denominados pili, cuya función es el intercambio de material genético con otras bacterias.

la estructura de una célula procariota

Trabaja con la
imagen

Observa los elementos de la célula procariota de la ilustración y clasifica en una tabla las estructuras comunes a todas las células y las características propias de la bacteria de la imagen.

3.2 Las funciones vitales en las bacterias

Nutrición

Las células procariotas pueden ser autótrofas o heterótrofas.

La mayoría de las bacterias autótrofas son fotosintéticas y por lo tanto sintetizan compuestos orgánicos a partir de la materia inorgánica del medio, utilizando la energía de la luz solar. Sin embargo, existen bacterias que realizan un proceso autótrofo denominado quimiosíntesis, en el que sintetizan compuestos orgánicos, utilizando la energía que se libera en determinadas reacciones químicas que llevan a cabo.
Las bacterias heterótrofas pueden ser parásitas, saprófitas o simbióticas.

Relación

Algunas bacterias se desplazan gracias a la presencia de flagelos, realizando un movimiento vibrátil. Otras bacterias permanecen inmóviles y no tienen estructuras especializadas en el desplazamiento. Normalmente viven aisladas pero en ocasiones se agrupan formando colonias.

Reproducción

Las bacterias se reproducen mediante bipartición. Las células duplican su ADN y escinden su citoplasma en dos mitades, cada una de las cuales recibe un cromosoma bacteriano y una parte del contenido celular.

la división celular en procariotas

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

Explica las funciones del nucleoide, los pili y los mesosomas de las células procariotas.

¿Qué son los plásmidos?

¿En qué se parecen y en qué se diferencian la fotosíntesis y la quimiosíntesis?

Recuerda de cursos anteriores qué significan los términos parásito, saprófito y simbiótico. Explícalo.

La división bacteriana es un proceso muy rápido. En condiciones óptimas, las bacterias pueden dividirse cada media hora, duplicando así su número. Suponiendo que partimos de una única bacteria, calcula el número de bacterias que se puede alcanzar tras veinticuatro horas.

Las células eucariotas, más grandes y con mayor grado de complejidad que las células procariotas, se caracterizan por tener un núcleo delimitado por una membrana, en cuyo interior se halla protegido el material genético o ADN. Además, presentan multitud de orgánulos celulares especializados en realizar determinadas funciones.

El tamaño de las células eucariotas oscila entre 10 y 100 μm. En cuanto a la forma, es muy variable, ya que depende de la función, de la edad y del organismo, es decir, si se trata de un organismo unicelular o de una célula especializada que forma parte de un tejido.

4.1Así son las células eucariotas

Todas las células eucariotas tienen grandes similitudes:

Tienen núcleo; es decir, su ADN se encuentra rodeado por una membrana.
Tienen citoesqueleto, que es una red de filamentos que da forma a la célula y permite su movimiento.
Tienen una gran variedad de orgánulos. Algunos de estos orgánulos, como los ribosomas, las mitocondrias, el aparato de Golgi, el retículo endoplasmático (RE), los lisosomas y otras vesículas están presentes en todas las células eucariotas; pero otros son específicos de las células de determinados organismos como los cloroplastos y las grandes vacuolas, entre otros.

4.2Tipos de células eucariotas

Las células eucariotas forman la mayoría de los seres vivos y se clasifican en:

Células eucariotas de tipo animal, como las que conforman los animales y algunos organismos unicelulares como los protozoos. Estas células tienen centriolos y, en ocasiones, unas estructuras para el movimiento (cilios y flagelos).
Células eucariotas de tipo vegetal, presentes en las plantas y las algas. Tienen pared celular, orgánulos exclusivos como los cloroplastos, especializados en realizar la fotosíntesis, y las grandes vacuolas en las que almacenan sustancias.

célula eucariota animal

✔ No tienen pared celular ni cloroplastos.
✔ No tienen grandes vacuolas.
✔ Tienen dos centriolos.
✔ Algunas tienen cilios o flagelos.

célula eucariota vegetal

✔ Tienen pared celular y cloroplastos.
✔ Tienen vacuolas grandes.
✔ No tienen centriolos.

4.3 Las funciones de los orgánulos de las células

Las funciones de los principales orgánulos de las células eucariotas se recogen en las tablas siguientes.

Orgánulos comunes a todas las células eucariotas

Mitocondrias	Son estructuras ovaladas con doble membrana. Obtienen energía para la célula mediante la respiración celular.
Ribosomas	Pequeñas estructuras adheridas al RE y dispersas por el citoplasma. Se encargan de fabricar las proteínas.
Aparato de Golgi	Conjunto de sáculos aplanados que modifica sustancias y, mediante sus vesículas, las transporta a distintas partes de la célula o al exterior.
Retículo endoplasmático	Conjunto de sacos y canales comunicados entre sí. El retículo endoplasmático rugoso (RER) fabrica proteínas mediante los ribosomas adheridos a él, y las almacena o las transporta al aparato de Golgi. El RE liso (REL) sintetiza lípidos.
Lisosomas y otras vesículas	Los lisosomas son vesículas procedentes del aparato de Golgi, llenas de sustancias digestivas. Otras vesículas relacionadas con la actividad del aparato de Golgi contienen distintos tipos de sustancias con diferentes funciones.

Orgánulos no comunes a todas las células eucariotas

Centriolos	Son dos cilindros huecos formados por filamentos. Dirigen el movimiento del citoesqueleto e intervienen en la división de la célula.
Cilios y flagelos	Son prolongaciones de la membrana. Los cilios son cortos y numerosos, mientras que los flagelos son largos y presentes en menor cantidad. Permiten la locomoción de las células y el movimiento de las partículas del medio que rodean a la célula.
Vacuolas	Son características de las células vegetales. Se trata de grandes vesículas membranosas rellenas de agua y otras sustancias. La vacuola está relacionada con el mantenimiento de la rigidez de la célula vegetal.
Cloroplastos	Son orgánulos ovalados y con doble membrana. Contienen clorofila. En ellos se realiza el proceso de la fotosíntesis.
Pared celular	Es una envoltura externa a la membrana plasmática. Da protección y consistencia a la célula. Las células de las plantas, las algas y los hongos tienen pared celular, siendo su composición diferente según el tipo de célula.

4.4 El núcleo celular

El núcleo es la estructura más importante de la célula. Contiene la información para dirigir el funcionamiento celular y contiene la información hereditaria que determina las características de esta.

La estructura del núcleo interfásico

Cuando el núcleo no está en división, etapa denominada interfase, se observa como una estructura más o menos esférica, con un tamaño determinado para cada tipo de célula. En él distinguimos los siguientes elementos:

La envoltura nuclear. Es una doble membrana que separa el nucleoplasma del citoplasma celular. Está atravesada por una serie de poros que permiten el transporte selectivo de determinadas moléculas, como el ARN.

Microfotografía de un núcleo interfásico.

El nucleoplasma. Es el medio acuoso que rellena el núcleo, donde se produce la síntesis de los ácidos nucleicos.
El nucléolo. Es una estructura esférica, formada por ADN, ARN y proteínas. Su función es sintetizar y organizar los ribosomas; por ello, su tamaño es mayor en las células con intensa síntesis proteica, en las que puede aparecer más de un nucléolo.
La cromatina. Es el material genético de la célula, el componente más importante del núcleo. Está formada por ADN unido a proteínas. Al microscopio electrónico se muestra como una maraña de fibras entremezcladas.

El núcleo interfásico

La estructura del núcleo en división

Durante la división celular, la actividad metabólica disminuye, y el núcleo sufre las siguientes transformaciones:

La envoltura nuclear se desorganiza dejando disperso el nucleoplasma.
El nucléolo se desintegra.
Las fibras de cromatina, tras duplicarse (hacer una copia de sí mismas), se condensan y se enrollan haciéndose más cortas y anchas hasta transformarse en cromosomas, que son visibles al microscopio óptico. Cada cromosoma está formado por dos fibras de cromatina (las dos copias originadas de la duplicación de la cromatina), llamadas cromátidas hermanas, que están unidas por un punto, el centrómero. Según donde se sitúe el centrómero se diferencian varios tipos de cromosomas.

Partes de un cromosoma.

Número de cromosomas

Las células de todos los individuos de una especie tienen un número constante de cromosomas. En los organismos con reproducción sexual, cada cromosoma tiene su cromosoma homólogo, que contiene el mismo tipo de información. De este modo, existen dos juegos completos de cromosomas, uno procedente de cada progenitor. Esto significa que la célula es diploide, o sea, que tiene dos juegos de n tipos de cromosomas o 2n cromosomas. Si una célula tiene un único juego de cromosomas o n cromosomas, se dice que es haploide.

En la especie humana (diploide), las células contienen 46 cromosomas; es decir, 23 parejas de cromosomas homólogos. Una de estas parejas de cromosomas determina el sexo, son los cromosomas sexuales, que son el X y el Y. Las mujeres portan dos cromosomas X, mientras que los hombres portan un cromosoma X y otro cromosoma Y.

EL CARIOTIPO HUMANO

El conjunto de cromosomas de una célula o de un organismo, ordenados por parejas de homólogos, se conoce con el nombre de cariotipo.

Trabaja con la
Imagen

En la imagen se observa un cariotipo humano, que es el conjunto de cromosomas de una célula o de un organismo, ordenados por parejas de homólogos. Obsérvalo con atención y, con lo que acabas de estudiar en este apartado, responde a las siguientes cuestiones:

a) ¿A qué sexo corresponde este cariotipo?

b) ¿Cuántos cromosomas observas en este cariotipo? ¿Se corresponde a un cariotipo dentro de los parámetros de la normalidad?

c) Averigua a qué síndrome corresponde esta anomalía y cuáles son sus consecuencias.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

Observa las ilustraciones de los dos tipos de células eucariotas de la página anterior y recopila en una tabla las diferencias y las semejanzas entre ellas.
Elabora tu propio cuadro resumen indicando la función de cada una de las estructuras de una célula eucariota animal y de una célula vegetal.
Observa la fotografía e indica:

a) ¿Qué tipo de célula es?

b) Nombra las estructuras que reconozcas en ella.

c) Si el cursor (línea roja) representa un tamaño real de 5 micrómetros, calcula el tamaño real de la célula entera y de una mitocondria.

Explica la función del núcleo celular.

Dibuja un núcleo interfásico y explica cada una de sus estructuras con su función correspondiente.
Explica las semejanzas y las diferencias entre cromosomas y cromatina.

Explica con tus palabras qué es un cromosoma homólogo.

¿A qué nos estamos refiriendo cuando decimos que una especie tiene 2n cromosomas?

5.1La nutrición

La nutrición comprende todos los procesos que proporcionan a la célula materia y energía para crecer, reponer sus estructuras, dividirse y relacionarse.

Obtención de materia

Según la forma de obtener la materia, existen dos tipos de nutrición celular:

La nutrición heterótrofa. Consiste en obtener biomoléculas orgánicas procedentes de otra célula u organismo. Las moléculas orgánicas simples (como la glucosa) pueden ser incorporadas directamente por la célula; las complejas necesitan ser digeridas y transformadas en moléculas más simples. Las células de los animales, los hongos y muchos protoctistas son heterótrofas.
La nutrición autótrofa. Consiste en sintetizar biomoléculas orgánicas (como la glucosa) a partir de materia inorgánica (CO₂ y agua), empleando una fuente de energía externa (la energía luminosa procedente del Sol). Este proceso, llamado fotosíntesis, además de la glucosa, genera oxígeno, que será utilizado por la célula en otros procesos celulares. La fotosíntesis se lleva a cabo en los cloroplastos de las células de las plantas y de las algas.

LA NUTRICIÓN HETERÓTROFA

LA NUTRICIÓN AUTÓTROFA

Obtención de energía

La respiración celular. Todas las células eucariotas realizan el proceso denominado respiración celular, que tiene lugar en las mitocondrias donde las moléculas de glucosa, en presencia de oxígeno, se transforman en dióxido de carbono (CO₂) y en agua. En este proceso se libera gran cantidad de energía.

Parte de esta energía se emplea para realizar funciones celulares; otra parte se pierde en forma de calor; y, finalmente, otra es utilizada en reacciones químicas diversas.
La fermentación. Algunas células, como por ejemplo las levaduras y algunos tipos de bacterias, tienen la capacidad de degradar la materia orgánica en ausencia de oxígeno. Este proceso se denomina fermentación y genera residuos orgánicos, como por ejemplo el alcohol.

5.2La relación

Las células detectan estímulos y responden ante ellos, siendo una sola célula la que realiza todos los procesos. Las respuestas son sencillas, generalmente son movimientos y secreción de sustancias.

Existen tres tipos de movimiento celular:

Movimiento vibrátil. Se realiza mediante cilios y flagelos, que son prolongaciones del citoplasma que contienen fibras similares a las del citoesqueleto.
Movimiento contráctil. Se debe a fibras del citoesqueleto que se contraen y se estiran, modificando la longitud de la célula.
Movimiento ameboide. Se produce gracias a prolongaciones del citoplasma, denominadas pseudópodos, dirigidas por el citoesqueleto.

EJEMPLOS DE MOVIMIENTOS CELULARES

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

Redacta un pequeño texto explicando en qué consiste el proceso de la fotosíntesis.

Elabora una tabla comparativa entre la respiración celular y la fotosíntesis.
Haz un esquema en el que expliques cómo se lleva a cabo el movimiento ameboide.
Explica qué estructura celular es esencial para llevar a cabo el movimiento contráctil.

Propón ejemplos de seres vivos que lleven a cabo un movimiento ameboide, un movimiento vibrátil y un movimiento contráctil.

6.1Cómo se reproducen las células eucariotas

La reproducción celular (o división celular) es la capacidad de una célula de dividirse en dos o más células hija idénticas.

En los organismos unicelulares, la división celular tiene como objetivo la reproducción del organismo; en los organismos pluricelulares, la división celular sirve para que el organismo crezca y para que regenere sus tejidos; es decir, reponga las células que van muriendo.

Existen diferentes mecanismos de división celular en eucariotas:

La bipartición. La célula duplica su ADN y genera dos células hija genéticamente idénticas y del mismo tamaño. Entre las células eucariotas que se dividen por bipartición destacan los protozoos.
La gemación. La célula duplica su ADN y genera una yema, que se desarrolla y se separa de la célula madre. Se forman dos células hija, genéticamente idénticas, pero de diferente tamaño. Así se reproducen hongos unicelulares como las levaduras.
La esporulación o división múltiple. La célula genera múltiples copias de su ADN, que se rodean de una porción de citoplasma. La membrana de la célula progenitora se rompe, liberándose las esporas. Los hongos, muchas plantas y algunos protozoos se reproducen así.

TIPOS DE REPRODUCCIÓN CELULAR

6.2 El ciclo celular

El ciclo celular es el conjunto de procesos que tienen lugar desde que una célula nace hasta que se reproduce.

En las células eucariotas, el ciclo celular es muy complejo. Se divide en dos períodos, la interfase y la fase mitótica.

La interfase

Es una larga etapa durante la cual la célula crece, duplica su ADN y se prepara para la división. Consta de las fases siguientes:

Fase G1 o de primer crecimiento. La célula hija, que acaba de nacer, aumenta de tamaño y multiplica sus orgánulos.
Fase S o de síntesis del ADN. La célula realiza una copia exacta de su material genético (duplicación o replicación del ADN).
Fase G2 o de segundo crecimiento. La célula experimenta una nueva etapa de crecimiento y alcanza el tamaño adecuado para la división celular. Los centriolos se duplican en esta etapa.

Fase mitótica o de división celular

Es una breve etapa durante la que la célula divide primero su núcleo y después su citoplasma.

Mitosis o fase M. La célula divide su núcleo, es decir, se reparte el material genético entre las dos células que se están formando. La mitosis consta de cuatro fases, denominadas profase, metafase, anafase y telofase.
Citocinesis. La célula divide su citoplasma y sus orgánulos entre las dos células hija que contienen idéntica dotación cromosómica que la madre.

el ciclo celular

Trabaja con la
Imagen

Indica en qué fase del ciclo celular ocurren los siguientes procesos:

a) La duplicación del ADN.

b) La duplicación de los orgánulos.

c) La división del núcleo.

d) La duplicación de los centriolos.

e) La división del citoplasma.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

¿Para qué utilizan la reproducción celular los organismos pluricelulares?

Propón ejemplos de organismos cuya reproducción celular suceda:

a) Mediante bipartición.

b) Mediante gemación.

c) Mediante esporulación.

Define mitosis y citocinesis.

Haz un esquema de una célula en el que representes el material genético para explicar cómo varía el aspecto de dicho material según se suceden las etapas del ciclo celular.
Razona. ¿Crees que las células mueren? Arguméntalo.

Las investigaciones sobre el origen de ciertos tipos de cáncer encuentran relación con daños en genes que controlan el ciclo celular. Averigua en qué consiste esta enfermedad y su relación con este ciclo.

7.1La mitosis

La mitosis es el proceso a través del cual se produce la división del núcleo de la célula.

Significado biológico de la mitosis

En los organismos pluricelulares, la mitosis tiene como función permitir el crecimiento del individuo mediante divisiones sucesivas y la renovación de las células deterioradas. En los organismos unicelulares, la mitosis es un mecanismo de reproducción asexual, que permite aumentar el número de organismos de una especie.

el proceso de la mitosis

Cada par de centriolos migra a un polo de la célula y entre ellos se forma el huso acromático, un haz de fibras del citoesqueleto que se dirigen hacia el otro extremo de la célula.
La envoltura nuclear se desintegra.
El ADN se condensa en forma de cromosomas, formados por dos cromátidas hermanas.

Los centriolos se mantienen en los polos opuestos de la célula.
Los componentes de la envoltura nuclear están dispersos por el citoplasma.
Los cromosomas se sitúan en el ecuador de la célula y se unen a las fibras de huso acromático.

Los centriolos comienzan a acortar las fibras del huso acromático, tirando de los cromosomas en direcciones opuestas.
Los componentes de la membrana nuclear continúan dispersos por el citoplasma.
Se separan las dos cromátidas hermanas de cada cromosoma, migrando hacia los polos de la célula.

Los centriolos acortan las fibras del huso acromático, hasta que este se desintegra.
Se forma una nueva envoltura nuclear, alrededor de cada conjunto de cromosomas.
El ADN de las cromátidas comienza a descondensarse, hasta volver a encontrarse en forma de cromatina.

7.2 La citocinesis

La citocinesis es el proceso por el que la célula divide su citoplasma y sus orgánulos entre las dos células hija.

La citocinesis varía de un tipo celular a otro, debido a la diferente estructura de sus envolturas externas. Las células eucariotas de tipo animal solo están envueltas por la membrana plasmática, por lo que pueden deformarse fácilmente. Por el contrario, en las células eucariotas de tipo vegetal, la membrana está rodeada de una gruesa y rígida pared celular, que impide su deformación.

el proceso de la citocinesis

El citoplasma se divide por estrangulamiento de la membrana.
Se forma un anillo en el ecuador de la célula que se va estrechando.
Finalmente, la membrana se rompe, dividiendo la célula en dos células hija.

La gruesa y rígida pared celular impide el estrangulamiento.
La división del citoplasma se realiza mediante la formación de un tabique en el ecuador de la célula denominado fragmoplasto.
El tabique progresa desde el centro de la célula hacia el exterior formándose una pared celular entre las células hija.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

Explica el significado biológico de la mitosis.

¿Cómo consiguen las células conservar el mismo número de cromosomas generación tras generación?

Argumenta. ¿Qué ventajas tiene que el ADN se encuentre en forma de cromosomas durante la mitosis y de cromatina en la interfase?

Relaciona el tipo de envoltura celular con el proceso de citocinesis.

Identifica en la imagen las etapas de la mitosis.

Dispones de un taller de ciencias para estudiar la mitosis.

8.1La reproducción sexual

En la reproducción sexual se requieren dos progenitores para formar un nuevo individuo, y el descendiente es una combinación de las características de sus progenitores.

Los organismos con reproducción sexual tienen dos tipos de células:
Las que están formando parte del cuerpo son las denominadas células somáticas, que son células diploides (2n).

Las células especializadas en la reproducción, denominadas células germinales, que son diploides (2n) pero que, a través de una división especial llamada meiosis dan lugar a las células sexuales o gametos, que son haploides (n).

De esta manera, cuando sucede la fecundación, el gameto masculino (n) se une al gameto femenino (n), para dar lugar al cigoto o célula huevo (2n), es decir con el mismo número de cromosomas que sus progenitores.

8.2 La meiosis

La meiosis es el proceso especial de división a través del cual se forman células haploides. Mediante este proceso se forman los gametos.

Significado biológico de la meiosis

La meiosis es un proceso indispensable para reducir a la mitad el número de cromosomas durante la formación de las células sexuales. Así, a partir de células diploides (2n), con dos juegos completos de cromosomas, se obtienen células haploides (n), con un único juego de cromosomas.
Durante la meiosis, como verás en detalle en las páginas siguientes, se produce el denominado sobrecruzamiento, o intercambio de fragmentos de cromátidas hermanas, entre cromosomas homólogos. Este intercambio de información hace que se obtengan células genéticamente distintas a la célula madre, lo que genera la denominada variabilidad genética, es decir, modificaciones en la información genética que producen organismos diversos.

El proceso de la meiosis

Como verás en las páginas siguientes, la meiosis consta de dos divisiones consecutivas; entre ambas no hay duplicación del ADN, ya que este solo se duplica en la interfase:

La primera división meiótica separa las parejas de cromosomas homólogos. Consta de profase I, metafase I, anafase I y telofase I.
La segunda división meiótica separa las dos cromátidas hermanas de cada cromosoma. Consta de profase II, metafase II, anafase II y telofase II, tras la que se produce la citocinesis.

la formación de gametos y la meiosis

Las células germinales dan lugar a las células sexuales o gametos, mediante el proceso de gametogénesis, que es un proceso de meiosis. En los animales, este proceso se denomina espermatogénesis, cuando se producen los gametos masculinos o espermatozoides, y ovogénesis, cuando se forman los gametos femeninos u óvulos.

la meiosis paso a paso

Es la etapa más larga de la meiosis.
En ella, las fibras de cromatina que se duplicaron en la interfase se condensan y se visualizan como cromosomas.
Cada uno de los cromosomas reconoce a su homólogo acercándose a él y cerrándose como una cremallera, fenómeno denominado sinapsis.
A continuación, se produce un intercambio de fragmentos entre las cromátidas no hermanas, fenómeno denominado sobrecruzamiento. Esto origina un intercambio de información hereditaria o recombinación genética entre los cromosomas.

Esta división se produce de forma simultánea en las dos células resultantes de la primera división.
Sin pasar por una interfase desaparece la membrana del núcleo y se vuelven a visualizar los cromosomas.

Las parejas de cromosomas homólogos se mantienen unidos por los puntos de sobrecruzamiento y se sitúan en el ecuador de la célula sujetos a los filamentos del huso.

Los cromosomas se sitúan en el ecuador de la célula y forman la placa ecuatorial.

Las fibras del huso se acortan y separan a los cromosomas de cada pareja de homólogos, que se dirigen a los polos opuestos.
Al separarse, los brazos entrecruzados se llevan los fragmentos de las cromátidas no hermanas, como consecuencia de la recombinación genética producida en la primera etapa meiótica.

Las dos cromátidas de cada cromosoma se separan y migran, cada una de ellas a un polo celular.

Las fibras del huso desaparecen y los cromosomas se descondensan. Se forma de nuevo la membrana nuclear.
Finalmente, el citoplasma se divide y se forman dos células hija (n) cuyo número de cromosomas se ha dividido a la mitad.

Los cromosomas se descondensan y se forma la cromatina. Se constituye la membrana nuclear.
Tras la telofase tiene lugar la división del citoplasma y el reparto de orgánulos entre las células hija.
El resultado final es que se forman cuatro células hija n, esto es, con la mitad de cromosomas que la célula madre.

COMPRENDE, PIENSA, INVESTIGA...

Indica la dotación cromosómica en cada caso:

a) Un gameto.

b) Una célula somática.

c) Un cigoto.

d) Una célula germinal.

Define meiosis.

Explica el significado biológico de la meiosis.

¿Cuántos cromosomas tienen los gametos humanos? ¿Son haploides o diploides?

Averigua cuántos cromosomas tienen la rana, el gato, el ratón y la gallina. ¿Cuántos cromosomas tendrán los óvulos y los espermatozoides de esas especies?

Indica qué cromosomas sexuales llevarán los espermatozoides formados durante la espermatogénesis.

Indica las diferencias entre la espermatogénesis y la ovogénesis.

Completa las frases siguientes:

a) La meiosis es absolutamente necesaria para mantener ... el número de ... en las especies de reproducción sexual.

b) Los espermatozoides y los óvulos de la especie humana se originan por ... a partir de células ..., con ... parejas de cromosomas homólogos.

c) Si los gametos fueran diploides, el número de cromosomas de la especie se ... generación tras generación.

Explica apoyándote en un esquema cómo sucede el sobrecruzamiento durante la profase I.

Explica cuántas células se obtienen en la meiosis y cómo es la dotación cromosómica de cada una al concluir la meiosis I.

Explica, apoyándote en un esquema, qué acontecimientos suceden en la anafase II y compáralos con los que suceden en la anafase I.

Explica cuántas células se obtienen en la meiosis y cómo son desde el punto de vista genético en comparación a la célula madre.

Dispones de una autoevaluación interactiva en la web de Anaya.

Organiza las ideas principales de la unidad completando el esquema siguiente:

Establece a qué nivel de organización de la materia corresponde cada término:

Hígado. →
Hemoglobina. →
Leucocito. →
Esqueleto. →
Carbono. →
Colesterol. →
Hormigas en un hormiguero. →
Mitocondria. →

Enuncia la teoría celular.

Explica en qué se diferencian una célula procariota fotosintética y una célula procariota quimiosintética.

Define los términos siguientes:

a) Biomoléculas.

b) Nucléolo.

c) Fermentación.

d) Citocinesis.

e) Esporulación.

f) Sobrecruzamiento.

Haz en tu cuaderno un dibujo de la célula de la fotografía. Razona si se trata de una célula procariota o eucariota (tipo animal o tipo vegetal). Pon nombre a los orgánulos que reconozcas en ella e indica su función.

Explica cómo obtiene la materia y la energía una célula eucariota vegetal.

Realiza un dibujo del ciclo celular de una célula eucariota, donde indiques las fases y los procesos que tienen lugar en ellas.

Completa la tabla siguiente comparando los procesos de mitosis y meiosis.

	Melosis	Mitosis
Tipo de células que lo realiza: haploide o diploide.
Número de cromosomas de las células hija.
Número de veces en que se divide el núcleo.
Número de células hija que se obtienen.
Se intercambian fragmentos entre los cromosomas homólogos.

Explica por qué los organismos con reproducción sexual siempre tienen un número par de cromosomas en sus células somáticas.

Las micrografías siguientes muestran células en diferentes fases de la división por meiosis. Indica en qué fase del proceso se encuentran las células señaladas con números.

1 →

2 →

3 →

4 →

Razona. Lee el texto siguiente y realiza en tu cuaderno un dibujo de cada uno de los cromosomas que se describen:

Tipos de cromosomas

Metacéntricos. El centrómero se encuentra situado en la parte media del cromosoma. Los brazos tienen prácticamente la misma longitud.
Submetacéntricos. El centrómero está desplazado hacia uno de los lados. Los brazos son ligeramente desiguales.
Acrocéntricos. El centrómero está muy desplazado hacia uno de los extremos del cromosoma, lo que hace que los brazos sean muy desiguales.

Telocéntricos. El centrómero se localiza en uno de los extremos del cromosoma, por lo que solo es visible un brazo.

Consulta el proyecto de ciencias de este trimestre y planifica el trabajo con tu equipo.

La muerte programada de las células

Cada día, millones de células de nuestro cuerpo mueren. Las más viejas y dañadas deciden «sacrificarse» en favor del bien común mediante un proceso denominado apoptosis o muerte celular programada, en el que la célula destruye progresivamente su citoesqueleto, órganulos, ADN, etc. y empaqueta sus biomoléculas en vesículas para que sean incorporadas por sus células vecinas, que reciclan sus componentes.

Vivir sin núcleo

Los glóbulos rojos de los mamíferos tienen una forma ovalada, aplastada por el centro, perfectamente adaptada para circular por los finos capilares sanguíneos, transportando el oxígeno y el dióxido de carbono. Lo consiguen perdiendo el núcleo en la última etapa de su maduración en la médula ósea. No tener núcleo no les supone ningún problema; de hecho su vida media es de unos 100 a 120 días.

Eva mitocondrial

Las mitocondrias son unos orgánulos que se heredan por parte de madre, ya que solo la cabeza del espermatozoide penetra en el óvulo y sus mitocondrias se encuentran en el cuello. En el cigoto, las mitocondrias se multiplican, independientemente del núcleo, y se reparten a partes iguales entre las células hija en cada división celular. Por tanto, las mitocondrias de un ser humano se remontan, por vía materna, hasta llegar a las de la primera mujer humana, la «Eva mitocondrial». Una comparación reciente de muestras de ADN mitocondrial humano sugiere que la humanidad desciende de una mujer que vivió en África hace entre unos 140 000 y 290 000 años.

Inventa un cuento corto sobre la mitosis

Imagina que eres un cromosoma y vas a realizar un viaje alrededor de una célula en división.

Por grupos: inventad un cuento corto sobre lo que vais a ver y a experimentar a lo largo del viaje. Algunos consejos que podéis seguir son los siguientes:

Centrad la acción para contar vuestra historia. En este caso, es muy importante que se aproxime lo más posible al proceso biológico real.
No olvidéis mantener la estructura de un cuento. Aun siendo un relato muy corto, todo cuento ha de tener una introducción, un nudo y un desenlace.
Ambientad adecuadamente el cuento para envolver al lector o lectora. Para ambientar en un texto muy corto, usad el tono, el narrador, el lenguaje y seleccionad las palabras adecuadas.
Poned un título adecuado a vuestro cuento.
Realizad un par de ilustraciones que acompañen a la presentación de vuestro cuento.
Leed en clase el cuento inventado por cada grupo.

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La unidad de vida

Respondemos en grupo

1 Los niveles de organización de la materia viva

1.1 Niveles de organización de los seres vivos

1.2 Las biomoléculas

Las biomoléculas inorgánicas

Las biomoléculas orgánicas

2 La célula

2.1 El descubrimiento de la célula

2.2 La teoría celular

2.3 Cómo son las células

Tipos de células

Estructuras comunes a todas las células

3 Las células procariotas

3.1 Cómo son las células procariotas

3.2 Las funciones vitales en las bacterias

Nutrición

Relación

Reproducción

4 Las células eucariotas

4.1Así son las células eucariotas

4.2Tipos de células eucariotas

4.3 Las funciones de los orgánulos de las células

4.4 El núcleo celular

La estructura del núcleo interfásico

La estructura del núcleo en división

Número de cromosomas

5 La nutrición y la relación en las células eucariotas

5.1La nutrición

Obtención de materia

Obtención de energía

5.2La relación

6 La reproducción en las células eucariotas

6.1Cómo se reproducen las células eucariotas

6.2 El ciclo celular

La interfase

Fase mitótica o de división celular

7 La mitosis y la citocinesis

7.1La mitosis

Significado biológico de la mitosis

7.2 La citocinesis

8 La meiosis y la reproducción sexual

8.1La reproducción sexual

8.2 La meiosis

Significado biológico de la meiosis

El proceso de la meiosis

Practica lo aprendido

Despierta tu curiosidad

La muerte programada de las células

Vivir sin núcleo