Estructura celular

Las células son muy pequeñas, por lo que no se pueden ver a simple vista. Se utiliza un microscopio para obtener una imagen ampliada de ellas. El primer tipo que encontrarás es el microscopio óptico. Este hace pasar la luz a través de una fina muestra (el material que observas) y emplea lentes de vidrio para aumentar la vista.

Preparación de láminas y dibujo de lo observado

Para observar material vivo, realizas una preparación temporal. Colocas un pequeño fragmento fino del material sobre un portaobjetos de vidrio, agregas una gota de tinción (un líquido coloreado que facilita ver las partes), y luego bajas una lámina cubreobjetos delgada sobre ella para aplanarla y evitar la entrada de aire.

Al dibujar células a partir de una lámina o una fotografía, sigue estas reglas simples:

• Usa un lápiz afilado y trazos claros y únicos (sin sombreado).
• Dibuja únicamente lo que puedas ver realmente, respetando las proporciones correctas de cada parte.
• Etiqueta las partes con líneas rectas que no se crucen.

Aumento y tamaño real

La magnificación indica cuántas veces más grande es la imagen en comparación con el objeto real. No tiene unidad. Se calcula mediante la siguiente ecuación:

Puedes reorganizar esta ecuación para encontrar cualquier valor desconocido a partir de los otros dos:

El numerador y el denominador de la fracción deben usar la misma unidad. Las células son diminutas, por lo que se utilizan unidades pequeñas:

• $1\ \text{mm} = 1000\ \text{micrometre}$ (µm)
• $1\ \text{µm} = 1000\ \text{nanometre}$ (nm)
• por lo tanto $1\ \text{mm} = 1\,000\,000\ \text{nm}$.

Ejemplo resuelto. En una fotomicrografía a una magnificación de $5000$, un cloroplasto mide $25\ \text{mm}$ de ancho. Su tamaño real es

La misma ecuación sirve para dibujos, fotomicrografías (fotos tomadas a través de un microscopio óptico) y electrografías (las imágenes más detalladas, explicadas a continuación). Siempre convierte primero a la misma unidad y luego divide.

Ejemplo resuelto (una barra de escala). Una micrografía electrónica tiene una barra de escala etiquetada $1\ \mu\text{m}$; la barra mide $20\ \text{mm}$ con una regla. Calcula el aumento y luego la longitud real de una mitocondria que mide $48\ \text{mm}$ de largo en la imagen. Convierte: $20\ \text{mm} = 20\,000\ \mu\text{m}$. Aumento $= 20\,000 \div 1 = \times 20\,000$. Longitud real $= 48\,000\ \mu\text{m} \div 20\,000 = 2.4\ \mu\text{m}$. Expresa el aumento con el mismo número de cifras significativas que los datos, con un signo × y sin unidad.

Retículo ocular y micrómetro de platina

Para medir una célula real bajo el microscopio, utilizas una micrómetro ocular: una escala diminuta dentro del ocular. Sus divisiones no tienen un tamaño fijo, por lo que primero debes calibrarlas (determinar cuánto equivale cada división).

Calibras utilizando un micrómetro de platina: un portaobjetos especial con una escala precisa (generalmente $1\ \text{mm}$ dividido en $100$ partes, por lo que cada parte representa $10\ \text{µm}$). Alineas ambas escalas, cuentas cuántas divisiones del micrómetro ocular caben en una longitud conocida y divides. Una vez calibrado, puedes colocar tu muestra y medirla con el micrómetro ocular.

Ejemplo resuelto. Con el objetivo de ×40, 40 unidades del ocular se alinean exactamente con 10 divisiones de un micrómetro de platina cuyas divisiones miden $10\ \mu\text{m}$ cada una. (a) Calcula el valor de una unidad del ocular. (b) Una célula mide 16 unidades del ocular de largo. Calcula su longitud real. (a) 10 divisiones $= 10 \times 10 = 100\ \mu\text{m}$, por lo tanto una unidad del ocular $= 100 \div 40 = 2.5\ \mu\text{m}$. (b) $16 \times 2.5 = 40\ \mu\text{m}$. Con una lente objetivo diferente, el valor de una unidad del ocular cambia, por lo que se debe calibrar de nuevo la retícula. Mide varias células y calcula la media.

Resolución y aumento

Estas dos palabras son fáciles de confundir. El examinador otorga puntos por distinguir entre ellas.

• Aumento: indica cuántas veces más grande es la imagen que el objeto.
• La resolución es la distancia mínima entre dos puntos que permite seguir distinguiéndolos como dos entidades separadas.

Hacer que una imagen sea más grande no siempre revela más detalles. Pasado cierto punto, solo obtienes una imagen más grande pero borrosa. La resolución establece el límite real de detalle.

Un microscopio óptico tiene menor resolución porque la luz tiene una longitud de onda relativamente larga. Un microscopio electrónico utiliza haces de electrones en lugar de luz. Los electrones tienen una longitud de onda mucho más corta, por lo que la resolución es mucho mayor y se pueden ver estructuras muy pequeñas dentro de la célula. Existen dos tipos: escaneo (muestra la superficie en 3D) y transmisión (hace pasar los electrones a través de una sección fina para mostrar detalles internos).

Un microscopio óptico puede mostrar el núcleo, los cloroplastos y, apenas, las mitocondrias, pero no los ribosomas, el RE ni los detalles de las membranas, que miden menos de 200 nm de ancho. Estos detalles de la ultraestructura solo pueden verse con un microscopio electrónico.

Las células vegetales y animales son células eucariotas: su ADN se encuentra dentro de un núcleo. Dentro de la célula hay muchas partes pequeñas llamadas orgánulos, cada uno con una función específica. El fluido gelatinoso que las rodea es el citoplasma.

En una fotomicrografía o electromicrografía identificas los orgánulos por su forma, tamaño y posición; en un dibujo representas sus contornos y los etiquetas.

Las células utilizan ATP producido en la respiración como su fuente de energía para cada tarea que requiere energía, como la síntesis de proteínas, el transporte de sustancias y la división.

Cómo trabajan juntos los orgánulos: producción y secreción de una proteína.

1. El gen de la proteína se transcribe en el núcleo; el ARNm sale a través de un poro nuclear.
2. Los ribosomas del RE rugoso traducen el ARNm y la proteína entra en el espacio interior del RE rugoso, donde se pliega.
3. La proteína se transporta en una vesícula que se desprende del RE rugoso y se fusiona con el aparato de Golgi.
4. En el aparato de Golgi se modifica la proteína (por ejemplo, se añade un carbohidrato para formar una glucoproteína) y se empaqueta en nuevas vesículas.
5. Las vesículas se desplazan a lo largo de los microtúbulos hasta la membrana celular, se fusionan con ella y liberan la proteína fuera de la célula (exocitosis).
6. Las mitocondrias suministran el ATP para la síntesis de proteínas y el desplazamiento de las vesículas.

Las células que secretan muchas proteínas, como las células del páncreas que producen enzimas digestivas, tienen abundante RE rugoso, un aparato de Golgi grande y muchas mitocondrias.

Identificación de orgánulos en una micrografía electrónica. El núcleo es la estructura más grande y presenta una zona más oscura (el nucléolo) y una doble membrana con poros. Las mitocondrias son ovaladas, miden aproximadamente $1$–$5\ \mu\text{m}$ de largo y tienen membranas internas plegadas (crestas). El RE rugoso se ve como líneas paralelas salpicadas de pequeños puntos negros (ribosomas); el RE liso no tiene puntos y es más tubular. El aparato de Golgi es una pila de sacos curvos y aplanados con pequeñas vesículas redondas en sus bordes. Los cloroplastos son más grandes que las mitocondrias y contienen pilas de tilacoides (grana).

Comparación entre células vegetales y animales

Ambas poseen membrana plasmática, citoplasma, núcleo, mitocondrias, ribosomas, retículo endoplasmático y aparato de Golgi.

Una célula procariota, como una bacteria, es mucho más pequeña y simple que una célula eucariota. Sus características principales son:

• unicelular — está formada por una sola célula.
• generalmente $1$–$5\ \text{µm}$ de diámetro.
• una pared celular compuesta de peptidoglicano (no celulosa).
• ADN circular libre en el citoplasma — no tiene núcleo.
• $70\text{S}$ ribosomas (más pequeños que los $80\text{S}$ del citoplasma de los eucariotas).
• ausencia de organelos rodeados por doble membrana — por tanto, no hay núcleo, ni mitocondrias, ni cloroplastos.

Comparación entre células procariotas y eucariotas

Todos los virus son no celulares — no están formados por células en absoluto. Cada virus se construye a partir de solo dos o tres partes:

• un núcleo de ácido nucleico, que es ya sea ADN o ARN (nunca ambos).
• una cubierta proteica alrededor del núcleo llamada capside.
• en algunos virus, una envoltura externa compuesta de fosfolípidos.

Un virus no tiene citoplasma, orgánulos ni ribosomas. No puede respirar ni producir sus propias proteínas. Solo puede copiarse dentro de una célula huésped viva, por lo que se encuentra en el límite de lo que llamamos «vivo».

Errores comunes.

• Decir que una mayor aumento siempre muestra más detalle. El detalle está limitado por la resolución; aumentar más allá de ella produce una imagen más grande pero borrosa.
• Decir que los microscopios electrónicos son mejores «porque aumentan más». La razón principal es que los electrones tienen una longitud de onda más corta, por lo que la resolución es mayor.
• Medir con una retícula ocular sin calibrarla. Sus divisiones no tienen tamaño fijo; calibrarla contra una micrómetro de platina en cada objetivo, porque el valor cambia con el aumento.
• Decir que los ribosomas son orgánulos limitados por membrana. Los ribosomas no tienen membrana, lo cual es por lo que las procariotas los poseen.
• Decir que las mitocondrias «producen energía». Liberan energía mediante la respiración y la utilizan para producir ATP.
• Decir que las bacterias tienen una pared celular de celulosa. La pared celular bacteriana está compuesta de peptidoglicano.
• Describir un virus con membrana celular, citoplasma o ribosomas. Un virus no es una célula: solo contiene ácido nucleico en una cápside, a veces con envoltura.
• Dar un aumento con una unidad. El aumento no tiene unidad: escribe $\times 20\,000$.

• Aumento $=$ tamaño de la imagen $\div$ tamaño real — convertir unidades primero ($\text{mm} \leftrightarrow \mu\text{m} \leftrightarrow \text{nm}$), luego reordenar según lo que se desconozca.
• Diferenciar aumento (cuántas veces más grande) de resolución (menor distancia visible aún como dos puntos separados); los microscopios electrónicos tienen mayor resolución porque los electrones tienen una longitud de onda más corta.
• Indicar para cada organelo un par de estructura + función (ej. mitocondria: membrana interna plegada → respiración aeróbica).
• Enunciar exactamente las diferencias entre procariota vs eucariota: ausencia de núcleo, ribosomas más pequeños (70S), ausencia de organelos membranosos, ADN circular.
• Los virus no son células (acelulares): descríbalos únicamente por su cápside, material genético y (a veces) una envoltura.