Biología Celular - Concepto, Origen, Campos de estudio e Importancia

Desde el principio de la vida la curiosidad humana ha permitido el desarrollo de diversas ciencias que basadas en ciertas hipótesis lograron descubrir el funcionamiento de todo lo que existe en el universo. Una de ellas es la biología celular, basando su estudio en el primer elemento que existe para la formación de una vida.

Concepto y definición de biología celular

La biología celular es una subrama de la biología que se ocupa del estudio detallado de las células, sus componentes, estructura y función. Esta disciplina gira entorno a la célula, que es la unidad funcional de todo ser vivo, a partir de ella se llevan a cabo diferentes procesos biológicos que son los precursores de la vida.

Centrarse en la comprensión y funcionalidad de la célula ha permitido poder entender la formación de los diferentes tejidos y organismos que forman a los seres vivos. Igualmente brinda un entendimiento más amplio acerca de organismos formados por una célula, mientras que otros están conformados por un grupo grande y complejo de células.

En general, la biología celular se centra en la estructura y función de una célula, desde las propiedades más generales compartidas por todas las células, hasta las funciones específicas altamente complejas propias de las células especializadas.

Historia de la biología celular

El inicio de esta disciplina se remonta a los años 1830. A pesar de que algunos científicos ya habían usado microscopios durante algún tiempo, no estaban completamente seguros de lo que miraban. La primera observación donde se reconocieron las paredes de las células vegetales fue dada por Robert Hooke en 1665, esta fue seguida por las descripciones de Antonie van Leeuwenhoek de células vivas con partes móviles que se visualizaban.

En la década de 1830, dos científicos colegas, Schleiden, que estudiaba las células vegetales y Schwann, que observaba las células animales, sacan a la luz la primera definición clara y veraz de la célula. Su definición se basa en que todos los seres vivos, tanto simples como complejos, están creados a partir de una o más células y la célula es la unidad de vida estructural y funcional, concepto que se conoce como teoría celular.

Al pasar de los años la evolución de los microscopios y el desarrollo de nuevas técnicas de tinción permitieron que los científicos pudieran observar de manera más detallada el interior de las células y poder comprender el funcionamiento. Los microscopios más actualizados en esa época permitieron magnificar y duplicar ciertas partes de las células formando los ejemplares unos cientos de veces.

En la actualidad, con el avance tecnológico de los microscopios se pueden ampliar especímenes más de un millón de veces pudiendo revelar las formas de los elementos que forman la célula en la escala de un micrómetro.

Con la microscopía se logran combinar imágenes, lo que permite a los investigadores generar representaciones tridimensionales detalladas de las células. Lo que ayuda a comprender la maravillosa complejidad de las células, su capacidad para multiplicarse y formar otros tejidos.

Objetivos de la biología celular

Los propósitos principales que tiene como principio esta ciencia son:

• Apreciar la composición celular del citoplasma.
• Diferenciar los genes y genomas como elementos importantes en la función celular.
• Analizar los componentes químicos celulares.
• Examinar las características de los enlaces químicos débiles, covalentes y la energía asociada con cada uno.
• Obtener una visión general de las células y su origen.
• Describir las propiedades del agua y la influencia que tiene sobre la célula.
• Comprender la importancia de los polímeros y las macromoléculas de la estructura y función celular.
• Distinguir enlaces covalentes polares y no polares.
• Conocer cómo la célula usa las reacciones de oxidación y reducción.
• Comprender las interacciones moleculares en una célula.
• Describir porque se usa ATP en las células.

Disciplinas auxiliares de la biología celular

La biología celular al ser una ciencia muy específica en su estudio permite ser aplicada en diferentes disciplinas como las que se nombraran:

• Bioquímica: esta estudia la estructura molecular de los seres vivos y los cambios en la materia a nivel anatómico. Lee más sobre el tema en Bioquímica
• Citología: estudio de la célula animal. Más de Citología
• Embriología: estudia el desarrollo de los animales y plantas desde las células germinales hasta el desarrollo completo. Conoce más de Embriología.
• Anatomía: estudia la célula, pero a nivel macroestructural, es decir, la descripción de los órganos, tejidos etc. Lee y conoce más sobre el tema en Anatomía.
• Genética: estudio de la herencia y el contenido genético que se encuentra dentro de la célula. Artículo completo Genética
• Inmunología: estudio de las reacciones defensivas del organismo mediante respuestas celulares. Leer más de Inmunología
• Microbiología: estudia a los microorganismos como: las bacterias, parásitos y hongos. Más de microbiología

Campos de estudios o de aplicación de la biología celular

La biología celular es la ciencia que estudia a los componentes estructurales y funcionales de la célula en todas sus dimensiones. Para estudiar la fisiología de la célula, el enfoque más práctico es el estudio individualizado de los orgánulos que la constituyen.

Los orgánulos son los componentes funcionales de la célula, serían el equivalente de los órganos internos de la célula, y el mal funcionamiento de alguno de éstos condiciona una disfunción mayor del organismo que pudiese llegar a ser, incluso, incompatible con la vida. En líneas generales, los principales orgánulos de la célula básica son:

• Membrana Plasmática

  (Plasmalema o Membrana Celular): Es una bicapa de fosfolípidos que delimita los bordes de la célula. Todo lo que entra o sale de la célula debe pasar por esta barrera, para esto, la membrana cuenta con diversas proteínas que la atraviesan y hacen las veces de túneles para facilitar el paso de moléculas específicas. Estas proteínas transmembranales pueden ser tan simples como las acuaporinas, un conducto cuya función no es más que permitir la entrada y salida de agua desde el medio intracelular; mientras que otras pueden ser tan complejas como la bomba sodio-potasio (bomba Na⁺/K⁺), cuya activación condiciona la salida de tres moléculas de Na⁺ y la entrada de dos de K⁺ para regular el la carga eléctrica de la célula. Así, gracias a las proteínas transmembranales, la membrana plasmática no es sólo la barrera que recubre a la célula, sino que es también un agente regulador del medio intracelular, así como también un facilitador de la comunicación intercelular.

• Citoplasma

  La palabra “citoplasma” se utiliza para referirse a la totalidad del contenido intracelular, es decir, incluye a los orgánulos. Por su parte, la palabra “citosol” se usa para describir únicamente a la estructura tridimensional y gelatinosa compuesta por proteínas en la cual tienen lugar gran parte de los procesos intracelulares, y en la cual se encuentran suspendidos los orgánulos.

• Núcleo

  El núcleo es el orgánulo más importante de la célula en general. Éste está compuesto por una bicapa similar a la membrana plasmática, la cual contiene dentro de sí el material genético en sus diferentes formas de compactación (con mayor frecuencia en forma de cromatina, la cual puede ser eucromatina o heterocromatina, según el nivel de actividad metabólica de la célula). La membrana nuclear también cuenta con poros para permitir la entrada y salida de proteínas que inducen la síntesis o traducción del ADN para formar nuevas proteínas o desencadenar otros procesos genéticos. Durante el proceso de división celular, el material genético debe compactarse desde su forma laxa, la cromatina, hasta su forma más compacta, los cromosomas, posteriormente debe ocurrir la destrucción de la membrana nuclear para la separación de los cromosomas en los polos que posteriormente constituirán a las dos células hijas. Generalmente el núcleo es el orgánulo más grande y se ubica en el centro de la mayoría de las células eucariotas. Sin embargo, en los animales, organismos compuestos por eucariotas, existe una célula carente de núcleo, el eritrocito o glóbulo rojo, que se encarga del transporte de oxígeno a través de la sangre.

• Ribosomas

  Los ribosomas son macromoléculas encargadas de sintetizar proteínas a partir de la información genética (ADN) que sale del núcleo en forma de ARN mensajero (ARNm). La función esencial de los ribosomas es la transcripción del material genético, es decir, mediar la expresión de los genes dentro de la célula y, así, en el organismo.

• Retículo Endoplasmático

  Es un orgánulo exclusivo de las células eucariotas, al igual que el núcleo, siendo una extensión de la membrana del mismo. Los ribosomas de la célula se encuentran adheridos al segmento del retículo endoplasmático que recibe el nombre de retículo endoplasmático rugoso (RER), mientras que el resto del orgánulo, carente de ribosomas, se denomina retículo endoplasmático liso (REL). Este orgánulo cumple un papel fundamental en la síntesis de proteínas (es en el segmento rugoso donde la mayor parte de los ribosomas ejercen su acción), así como también en el metabolismo de los lípidos y los esteroides (mayormente en el segmento liso).

• Aparato de Golgi

  Su función elemental es la de empaquetar (envolver dentro de una vesícula), procesar (generalmente glicosilar, que es la adhesión de una molécula de carbohidrato) y enviar o almacenar diversos productos celulares, como proteínas, por ejemplo. El aparato de Golgi se encarga de completar la creación de algunas proteínas, así como de distribuir los lisosomas y peroxisomas, y también tiene un papel importante en la selección y destinación de los lípidos (mayormente para su exocitosis, o salida de la célula).

• Mitocondrias

  Las mitocondrias son las encargadas de producir la energía celular. La célula utiliza el ATP (adenosin trifosfato) como forma de energía, cuya producción se realiza a través de un proceso denominado “fosforilación oxidativa”, que es la meta del ciclo de Krebs, una sucesión de reacciones químicas que ocurren sobre la molécula acetil-CoA y a partir de las cuales se genera el ATP. En el ciclo de Krebs también se genera H₂O y CO₂ como productos de desecho del metabolismo celular. Mediante la visualización de la cantidad de mitocondrias en una célula puede estimarse su actividad, así, las células con mayor cantidad de mitocondrias serán mucho más activas que aquellas con menor cantidad.

• Lisosomas

  Los lisosomas son orgánulos con forma de vesícula, formados a partir de endosomas, llenos de enzimas digestivas (hidrolíticas y proteolíticas) que se encargan de degradar elementos intracelulares exógenos, como algunos virus intracelulares, por ejemplo. Durante la apoptosis (muerte celular programada) uno de los fenómenos que tiene lugar es la ruptura de la membrana de los lisosomas, lo cual libera las enzimas lisosomales en el citoplasma y produce la progresiva destrucción de la célula.

• Peroxisomas

  Son orgánulos en forma de vesícula, al igual que los lisosomas, que participan en el metabolismo de los ácidos grasos, en la síntesis de ácido biliar, en la oxidación de aminoácidos, etcétera, para lo cual utilizan el agua oxigenada. Los peroxisomas utilizan el oxígeno molecular (O₂) para producir el agua oxigenada (H₂O₂). Estos orgánulos también contienen catalasas, enzimas degradantes que participan en la oxidación de diversas sustancias tóxicas, entre las que puede mencionarse el etanol, componente del alcohol etílico consumido por el ser humano. Así, una de las funciones más importantes del peroxisoma es contribuir en la desintoxicación del organismo, realizándose éstas principalmente en órganos como el hígado y los riñones.

• Endosomas

  Los endosomas son orgánulos temporales compuestos por segmentos de la membrana plasmática que se invaginan hacia la célula (vesículas endocíticas) para envolver y permitir la entrada de elementos exógenos al interior de la célula, las cuales posteriormente son dirigidos por diversos mecanismos (microtúbulos principalmente) hacia su destino, el cual puede ser cualquiera de los compartimientos celulares.

• Vesículas

  Son estructuras formadas a partir de la bicapa lipídica que pueden generarse en diversos órganos, entre éstos, el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi, y hasta la misma membrana celular. El transporte intracelular de muchas sustancias y moléculas ocurre a través de vesículas, y este transporte puede darse en sentido anterógrado (hacia el interior o centro de la célula) o retrógrado (hacia afuera o hacia la periferia de la misma). Las vesículas son las estructuras que se forman cuando ocurren los procesos de endocitosis o exocitosis, y su formación y movilización están reguladas por el gradiente molecular del cálcio (Ca⁺).

• Microtúbulos

  Los microtúbulos son el máximo sistema de sostén de la célula, sirven de andamiaje estructural y de guía para el movimiento intracelular de los orgánulos. Los microtúbulos son estructuras dinámicas que se remodelan constantemente (son capaces de deshacerse y rehacerse) según las necesidades de la célula.

  Los microtúbulos están compuestos por dímeros de alfa y beta tubulina, los cuales pueden disociarse y asociarse para destruir y crear nuevos microtúbulos. En conjunto, los microtúbulos y los microfilamentos constituyen lo que se denomina como “citoesqueleto”, que sería el equivalente al esqueleto animal, dando a la célula el soporte estructural que necesita.

¿Para que sirve la biología celular?

La biología celular se utiliza principalmente para averiguar más sobre el funcionamiento fisiológico de las células y cómo las alteraciones de las funciones normales pueden provocar el desarrollo de patologías. La comprensión de estos procesos puede conducir a la aplicación de terapias que funcionan dirigidas a mejorar la función anormal.

Fundamentos de la biología celular

Se basan principalmente en cuatro principios necesarios para comprender el estudio celular:

1. La célula es la unidad mas diminuta de la vida.
2. Las células se originan sólo en otras células y debido a su material genético mantiene su continuidad.
3. Las propiedades que determinan al organismo dependen de las células individuales que posea.
4. Las células son las unidades morfológicas y fisiológicas de todos los organismos vivientes.

Importancia de la biología celular

Para conocer la estructura y funcionamiento del organismo completo es necesario conocer la estructura de la célula, sus unidades y componentes. A partir de las células se inicia la formación de otros tejidos, a su vez estos se organizan para formar órganos que son estructuras más complejas, estos órganos se agrupan para compartir funciones parecidas y formar sistemas.

En consecuencia, para comprender todos los niveles de organización biológica es necesario entender el funcionamiento celular que se da a través de la biología celular.

Relación de la biología celular con otras áreas

Entendiéndose que la célula es el inicio de la formación de un nuevo ser vivo, se encuentra estrechamente relacionada con otras ciencias que estudian parte de la célula, pero a un nivel más específico, por ello a continuación te explico el vinculo que la biología celular tiene con otras disciplinas.

Relación entre Biología celular y genética

La genética por ser una de las disciplinas que se encarga del estudio de los mecanismos hereditarios, estudiando el ADN, la composición, estructura y donde se encuentra, esta ampliamente enlazada a la biología celular porque el ADN se encuentra dentro de la célula en forma de cromosomas y de allí parte la división celular, entonces la genética estudia la célula al igual que la biología celular, pero desde el punto de vista de los genes.

Relación entre Biología celular y la biomédica

La biomédica se relaciona con la biología celular y aplica los principios de las ciencias naturales debido a que la biomédica estudia los procesos fisiopatológicos considerando el principio de la formación celular y el funcionamiento dinámico de la célula a través de metodologías aplicadas en la biología celular.

Relación entre Biología celular y la medicina

El vinculo que permite una afinidad entre estas dos ciencias es el hecho de que la biología celular estudia los fenómenos y soluciones naturales del funcionamiento celular mientras que la medicina aplica esta ciencia para actuar en los fenómenos que pueden ser perjudiciales para el ser humano.

Relación entre Histología y biología celular

La histología es el estudio de los diferentes tejidos que componen el cuerpo humano, su conexión con la biología celular radica en el hecho de que los tejidos son formados por millones de células, por ello cualquier alteración o desequilibrio de la célula afecta directamente los tejidos.

¿Dónde estudiar la carrera de biología celular?

Hoy en día la educación se ha expandido tanto que ya son cientos las universidades que imparten esta cátedra. Sin embargo, a la hora de elegir esta rama es importante que no te limites a las opciones locales ya que en todo el mundo existen universidades que pueden ser mejores, igualmente hay ciertos países que cuentan con mayor tecnología métodos de experimentación para hacer de tu estudio una formación de excelencia.

A continuación, te listo los 3 países con mayor desarrollo en la carrera de biología celular:

• Alemania: cuenta con un total de 38 universidades donde imparten esta cátedra.
• Estados unidos: posee 120 centro de estudios capacitados para la profesión.
• China: tiene 29 centros educativos.

Libros de biología celular más recomendados

Los libros son la mejor fuente de información, aunque cada uno tiene sus particularidades los más populares a la hora de estudiar son:

• Biología celular biomédica, autor Alfonso Calvo, editorial ELSEVIER.
• Introducción a la biología celular, editorial panamericana.
• Biología celular y molecular 6ta edición, autor Gerald Karp.
• Biología molecular y celular, autor Richard Harvey.

Preguntas relacionadas 

¿Qué importancia tuvo Robert Hooke en la biología celular?

Robert Hooke fue un científico inglés (1635-1703) considerado uno de los más influyentes en la historia de la ciencia, debido a su extensa lista de experimentos. Sus estudios abarcan tópicos desde la física planetaria hasta la medicina y las ciencias biológicas. Enfocándose en la biología celular, Hooke fue el primero en denominar células a las estructuras observadas en un microscopio de su propia autoría, mediante la observación de tejidos vegetales (tejidos de corcho).

¿Qué métodos se emplean para estudiar la célula?

La microscopía es la principal herramienta empleada por la biología celular para el estudio de la célula. No obstante, esta ciencia se vale de la ayuda de otras disciplinas para ampliar su campo de estudio, entre éstas se encuentran la física, química, genética y hasta la informática.

¿Cuál es la importancia de la biología celular?

La biología celular estudia en profundidad todo lo que es la célula y sus funciones. Su importancia es trascendental y son innumerables las contribuciones que ha realizado a la ciencia, especialmente a la medicina moderna, en la cual logró cambiar el paradigma hasta entonces dominante por uno en el cual todas las enfermedades tienen un origen o una consecuencia molecular y, por tanto, ésta debería ser la escala de la terapéutica que soluciona eficientemente el cuadro patológico.

Glosario de términos de la biología celular

1. ADN (ácido desoxirribonucleico): ácido compuesto de dos cadenas polinucleotídicas que se disponen alrededor de un eje central formando una doble hélice.
2. Cromosomas: son estructuras que se encuentran dentro del núcleo de la célula eucariota estos poseen el ADN (que contienen los genes).
3. Citoplasma: contenido viscoso que se encuentra dentro de la célula rodeado por la membrana plasmática.
4. División celular: parte más importante del ciclo celular, en donde una célula se divide para dar como resultado células hijas.
5. Evolución: adaptación de los organismos a las variaciones del medio.
6. Genética: es el estudio de la herencia.
7. Membrana: bicapa lipídica donde se encuentran integradas proteínas y otros compuestos.
8. Metabolismo: conjunto de procesos y reacciones químicas encargadas de sintetizar y degradar otras sustancias.
9. Organelos: elemento celular que cumple una función específica dentro de la célula.
10. Tejido: grupo de células de similar estructura que realizan una función específica.