(Ciencias de Joseleg)(Biología)(Introducción y biología
celular)(La célula)(Introducción)(Del
vitalismo a la abiogénesis)(El
fin del vitalismo)(Del
microscopio a la teoría celular)(Más
que una bolsa de proteínas)(Como
se estudia la célula)(Las
propiedades de las células)(Generalidades
de la célula y su estudio)(La
célula procariota)(La
célula eucariota)(Introducción
a las partes de la célula)(Referencias
bibliográficas)(Versión
documento word)
La distinción entre células procarióticas y eucarióticas es
basada en la complejidad y no en las relaciones filogenéticas. A inicios del
nuevo milenio, los avances en la investigación bioquímica arrojaron lo que
hasta ese entonces era un dato que alteraba los fundamentos de la biología, la
biología celular, la taxonomía, la evolución; las células procariotas no
pertenecían a un único grupo, no descendían de un ancestro común. Más
sorprendente a aun, de los dos grupos en los cuales se dividió el antiguo grupo
de procariotas, uno de ellos se encontraba más relacionado a los eucariontes en
ciertas características genéticas relevantes que el otro.
Un nodo es un punto en que una línea evolutiva se transforma
en dos. Aunque actualmente la naturaleza de esta separación es algo bastante
complejo, en términos de clasificación es bastante simple, pueden verse igual,
pero existen dos grupos de procariotas, y uno de ellos está más relacionado con
las células eucariotas que con el otro grupo de procariotas. Los dos grupos de
bacterias fueron nombrados como bacterias antiguas “archaeabacterias” y
bacterias verdaderas “eubacterias”. Por cuestiones de extensión, los dos grupos
han venido a denominarse simplemente como Archea
“arcaicas” y Bacteria.
Figura 35. El árbol de la vida, en verde las arcaicas, en azul las bacterias
y en rojo los eucariotas.
Las especies mejor conocidas del demonio de las arcaicas son
aquellas que viven en ambientes extremadamente inhóspitos, por lo que
generalmente son denominados extremófilos. Incluidas entre las archaeas se
encuentran los metanógenos, procariotes capaces de convertir metabólicamente el
hidrógeno molecular y el dióxido de carbono en gases de metano. También contamos a los halófilos “amantes de
las sales”. Los ambientes salinos en los que se encuentran son tan extremos
como los ambientes del mar muerto o en ciertas zonas del abismo oceánico, donde
las concentraciones de sal pueden llegar al 5 molar. Los acidófilos son
procariotes amantes de las sales, los cuales pueden llegar a existir en pH de
0, los cuales se han encontrado en zonas de drenaje de minas abandonadas. Los
hipertermófilos son procariotes amantes del calor, los cuales pueden vivir en
ambientes hipercalentados. El agua hipercalentada es aquella que se encuentra a
una temperatura superior a su punto de ebullición. Tal evento puede lograrse de
dos maneras alternativas. La primera es que el agua se encuentre pura e
inmóvil. La segunda es que el agua se encuentre a una presión mayor a la de una
atmósfera. Existen cepas capaces de
vivir a temperaturas hipercalientes de 121°C lo cual implica también que
sobreviven a presiones más altas de las normales. Es interesante que, la
temperatura de 121°C es la que se emplea para esterilizar equipo quirúrgico
mediante el procedimiento del autoclave, básicamente una hoya a presión que
calienta al sistema a temperaturas hipercalientes con vapor de agua.
Todos los demás procariotas conocidos pertenecen al grupo de las eubacterias “bacterias verdaderas” aunque la mayoría de los textos simplemente las nombran como bacterias.
Figura 36. Modelo de la estructura interna de una bacteria.
El grupo de las bacterias incluye a las células más pequeñas
conocidas, el micoplasma (0,2 micrómetros de diámetro), los cuales son los
únicos procariotas en carecer de una pared celular. Su genoma es igualmente
pequeño, codificando cerca de 500 proteínas. Las bacterias se encuentran
presentes en todo ambiente concebible en el planeta Tierra, desde los hielos
permanentes del antártico, hasta los desiertos más secos de América y África, e
incluso hasta los confines del interior rocoso. Más interesante aun, se
encuentran, sobre, en el interior de los organismos, y a veces en el interior
de las mismas células de los eucariotas como las plantas y los animales.
La estructura interna general de las eubacterias es simple, ADN, proteínas y otros bioelementos flotando en el citosol, sin un sistema de endomembranas. Sin embargo, esto es solo para la mayoría, no para todos. Las células bacterianas más complejas son las cianobacterias. Las cianobacterias contienen un sistema de MEMBRANAS INTERNAS llamadas tilacoides, los cuales contienen la clorofila necesaria para realizar la fotosíntesis. Los tilacoides de las cianobacterias son muy simulares a los tilacoides de los cloroplastos de las plantas. Tal como en los cloroplastos en las cianobacterias la fotosíntesis sigue en esencia las mismas rutas, usa las mismas moléculas, es guiada por las mismas proteínas y liberan finalmente el mismo oxígeno gaseoso.
Figura 37. Las bacterias se cultivan generalmente en medios de cultivo
semejantes a la gelatina, las colonias son estructuras cerosas que crecen sobre
o en el interior tal como se muestra en la imagen. En este caso tenemos un
cultivo de uno de los seres vivos más estudiados y mejor conocidos entre todos,
Escherichia coli.
Muchas cianobacterias no son capaces únicamente de la fotosíntesis, sino también de la fijación de nitrógeno. La fijación de nitrógeno es un proceso metabólico que permite capturar el gas de nitrógeno en moléculas útiles para los seres vivos como el amoniaco, el cual puede ser empleado subsecuentemente para sintetizar proteínas.
Figura 38. Las cianobacterias son las eubacterias más complejas debido a que
presentan estructuras internas que flotan en la membrana diferentes a los
biocompuestos y al ADN flotando en el citosol, Los tilacoides son un verdadero
sistema de membranas internas en una bacteria, sin embargo, esta es la
excepción y no la regla.
La atmósfera del planeta Tierra es en su gran mayoría
nitrógeno gaseoso “más del 70%”, pero la mayoría de los seres vivos son
incapaces de obtenerlo del aire. El nitrógeno es un elemento de vital
importancia para que los seres vivos puedan crecer y multiplicarse. La
capacidad de las cianobacterias que obtener recursos de fuentes inorgánicas, y
de convertir lo inorgánico a lo orgánico, hacen que posean la capacidad de ser
entre los primeros seres vivos en colonizar las rocas desnudas de un ambiente
nuevo o de ambientes extremos.
Para la mayoría de los microbiólogos los microorganismos familiares son aquellos que pueden ser cultivados en un medio controlado. Los medios de cultivo son sustancias semejantes a la gelatina, las cuales varían en su composición química. Algunas permiten el crecimiento de una amplia variedad de microorganismos, otras están diseñadas para dejar crecer solo unos cuantos microorganismos liberando en su crecimiento ciertas características como la forma en que crece la colonia y principalmente el color en que crece la colonia.
Figura 39. En la microbiología clásica casi todo de reduce a poder cultivar
el microorganismo y a determinan sus propiedades bioquímicas mediante cambios
de color de los medios de cultivo específicos. Este acercamiento también permite
determinar los perfiles de proteínas y las estructuras complejas como los
flagelos.
La microbiología clásica fue construida en base a los medios
de cultivo, y eso incluye a la microbiología médica. Por ejemplo, cuando un
paciente sufre de una infección urinaria, uno de os primeros pasos que realiza
en fisiólogo médico es el de cultivar al patógeno en un medio de cultivo
controlado para poder luego identificarlo. Una vez identificado pueden ubicarse
sus debilidades e iniciar el tratamiento más adecuado. Por los azares del
destino, se ha logrado cultivar la gran mayoría de los agentes causantes de
enfermedades, aunque algunos patógenos han demostrado ser más retadores que
otros como en el caso de la bacteria causante de la lepra.
Sin embargo, no puede decirse lo mismo de la totalidad de la
vida microbiana del planeta. El problema
se debe al hecho de que los procariotas pueden ser descritos de manera muy
rudimentaria por medio del microscopio, debido a que su morfología no es muy
distintiva “todos se ven muy parecidos”. Para identificar a un microorganismo
se deben hacer pruebas bioquímicas que nos dicen lo que “pueden hacer”, y en
base a ello se establecía una clasificación en base al conocimiento acumulado
por la microbiología clásica.
Las técnicas moleculares permiten investigar la diversidad
completa de una población microbiana, pero difícilmente nos dice sobre las
propiedades individuales de cada individuo, en otras palabras, sabemos que
existen muchas bacterias no cultivables, pero desconocemos sus propiedades.
A la fecha, se han descrito aproximadamente y en ocasiones
de manera rudimentaria unas 6 000 especies de procariotas mediante las técnicas
tradicionales de la microbiología de cultivo, lo cual representa menos de un
décimo del uno por ciento de las millones de especies de procariotas que
existen en el planeta. Nuestra apreciación de la diversidad de las comunidades
procariotas se ha incrementado de manera dramática en las recientes dos décadas
mediante el uso de las técnicas moleculares las cuales no requieren del
aislamiento de un organismo particular.
Suponga que deseamos aprender a cerca de la diversidad
microbiana de las capas de sedimento más externas del océano Pacifico en las
costas de cualquiera nación que se desee. En lugar de intentar cultivar a las
bacterias, lo cual ha sido, de manera reiterativa un esfuerzo fútil, los
investigadores han optado por analizar el ADN contenido en las muestras. Cada
especie posee variantes únicas en su ADN aun en genes que codifican para
estructuras conservadas como el ribosoma, lo cual permite generar una idea de
la diversidad de una zona determinada.
Sin embargo, esta aproximación presenta ciertos problemas,
ya que nos hace ciegos ante los factores epigenéticos, y ante el conocimiento
de cómo es la diversidad morfológica de ciertas características de importancia
como lo es el flagelo bacteriano. Si no conocemos la diversidad morfológica de
la diversidad bacteriana que sabes que está allí, nos perdemos de valiosas
fuentes de información que pueden ayudarnos a entender muchas cosas con
respecto a la evolución de las especies sobre el planeta Tierra.
Figura 40. Modelo de la estructura de una célula bacteriana típica de Escherichia
coli.
Las técnicas de identificación molecular han sido usadas
para intentar dar un espectro de la diversidad que se encuentra en el interior
de los seres vivos, lo cual incluye a los seres humanos.
Los seres humanos poseen una serie de pasajeros invisibles,
sobre, dentro e inclusive en el interior de sus células. La colección de
microbios de un ser humano se denomina microbioma humano, y actualmente es
sujeto de muchas investigaciones, las cuales buscan relacionar los cambios del
microbioma humano con variables tales como la dieta, la edad, ubicación
geográfica y estados de salud. Con base a este tipo de investigaciones ha
llegado a demostrarse que, por ejemplo, los humanos obesos y sedentarios poseen
poblaciones de bacterias simbióticas marcadamente diferentes en su sistema
digestivo. A medida que una persona obesa pierde peso, la constitución de las
poblaciones microbianas de su tracto intestinal va cambiando de manera marcada.
Los estudios en ratones sugieren que algunas especies de
bacterias que predominan en las personas obesas podrían liberar más calorías
desde la comida digerida que sus contrapartes en los tractos digestivos de las
personas delgadas, y por lo tanto, las bacterias de las personas obesas harían
que las personas ganen y mantengan su peso. Usando las técnicas de
secuenciación genética de la biología molecular se ha descubierto que, lo que
hasta hace unas décadas se pensaban que eran orgánulos propios de las células,
no eran más que polisones que se habían acostumbrado a vivir en el interior de
las células sirviendo a estas en una relación de ganancia mutua, una
endosimbiosis mutualista. Estos polisones evolucionaron hacia las mitocondrias
y los cloroplastos. La naturaleza y las pistas que conllevaron a este
descubrimiento serán explicadas en detalle en artículos posteriores.
En las bacterias, el citoplasma está rodeado por una membrana celular. La mayoría de las bacterias posee una pared celular, y algunas veces también una cápsula. El citoplasma contiene una variedad de enzimas. Las enzimas son proteínas especializadas en catalizar, es decir en acelerar los muchos tipos de reacciones químicas que se requieren para mantener un organismo. Como hemos discutido, las membranas plasmáticas de procariotas y eucariotas tienen una estructura similar. Adicionalmente, poseen una pared celular que mantiene la forma de la célula, incluso si el citoplasma toma una gran cantidad de agua, el material de la pared es típico de las bacterias y es conocido como peptidoglucano. A parte de la pared, algunas bacterias poseen capas protectoras extra, una de ellas es la cápsula, esta es una capa protectora de polisacáridos que se encuentra fuera de la pared celular. En las bacterias, el ADN se encuentra en un único cromosoma circular en espiral que reside en una región de la célula llamada nucleoide. Las muchas proteínas formadas por los mensajes químicos del ADN bacteriano se sintetizan en pequeñas estructuras llamadas ribosomas. El ADN bacteriano está organizado secuencialmente, los genes se siguen linealmente sin que existan fragmentos no codificantes, es decir, fragmentos de ADN incapaces de enviar mensajes químicos para fabricar proteínas. Una célula bacteriana contiene miles de ribosomas. Algunas bacterias tienen flagelos, que son apéndices en forma de cola que permiten que las bacterias se impulsen. Un flagelo bacteriano no se mueve hacia adelante y hacia atrás como un látigo. En cambio, mueve la celda en un movimiento giratorio. Algunas veces, los flagelos ocurren solo en los extremos de una célula, y otras veces se dispersan aleatoriamente sobre la superficie.
No hay comentarios:
Publicar un comentario