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Biología (08) · Unidad 1 — La célula y cómo se estudia

Teoría celular y escalas: de mm a nm

Todo ser vivo está hecho de células, la célula es la unidad mínima de vida y toda célula sale de otra. Para hablar de células hay que manejar tres unidades: el milímetro, el micrómetro y el nanómetro, cada una mil veces más chica que la anterior.

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La explicación

El problema: nadie había visto una célula

A simple vista, una hoja, un hígado o un dedo parecen hechos de una sola pasta continua. Que estén formados por millones de unidades chiquitas no se puede ver con los ojos: hizo falta el microscopio, y hicieron falta casi doscientos años para pasar de «veo celditas» a una teoría.

De Hooke a Virchow

Robert Hooke (1665) miró una lámina finísima de corcho con un microscopio compuesto. Vio una red de cavidades vacías y las llamó cells, «celdas», como las celdas de un panal. Lo que vio en realidad eran las paredes de células vegetales muertas: el corcho es tejido muerto, y adentro no queda nada.
Anton van Leeuwenhoek (década de 1670), con microscopios de una sola lente muy bien pulida, vio por primera vez seres vivos de una sola célula en una gota de agua: los llamó «animálculos».
Matthias Schleiden (1838) propuso que todas las plantas están formadas por células, y Theodor Schwann (1839) lo extendió a los animales.
Rudolf Virchow (1855) agregó la pieza que faltaba: «toda célula proviene de otra célula». Las células no aparecen de la nada.

La teoría celular, hoy

Lo que se enseña como teoría celular moderna se resume en cuatro ideas:

1. Todos los seres vivos están formados por una o más células.
2. La célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos: la unidad mínima de vida.
3. Toda célula proviene de otra célula preexistente, por división.
4. La célula contiene la información hereditaria (el ADN) y la pasa a sus hijas.
Cómo reconocer qué postulado aplica
1. Si el caso habla de que algo está hecho de células: postulado 1.
2. Si habla de que la célula es lo más chico que hace todas las funciones: postulado 2.
3. Si habla de dónde salen las células nuevas: postulado 3.
4. Si habla de lo que se hereda al dividirse: postulado 4.

Las unidades: tres escalones de a mil

Para medir células el metro es enorme. Se usan submúltiplos, y cada uno es mil veces más chico que el anterior:

1 metro (m) = 1000 milímetros (mm)
1 mm = 1000 micrómetros (µm), que antes se llamaban «micrones»
1 µm = 1000 nanómetros (nm)
1 nm = 10 ángstroms (Å), la unidad de los átomos

Para pasar a una unidad más chica se multiplica por 1000 (hay más unidades chicas en la misma longitud); para pasar a una más grande, se divide. Un glóbulo rojo de 7,5 µm mide 7500 nm, o 0,0075 mm.

Cómo se convierte sin equivocarse
1. Fijate si vas a una unidad más chica (× 1000 por escalón) o más grande (÷ 1000 por escalón).
2. Contá los escalones: de mm a nm son dos, o sea × 1 000 000.
3. Control: el número tiene que crecer cuando la unidad se achica. 7,5 µm no pueden ser 0,0075 nm.

Qué mide cada cosa

Un átomo: unos 0,1 nm.  Una proteína mediana: unos 5 nm.  El espesor de la membrana plasmática: unos 7 a 10 nm.
Un ribosoma: unos 25 nm.  La mayoría de los virus: entre 20 y 300 nm.
Una bacteria: de 1 a 5 µm.  Una mitocondria: alrededor de 1 µm de ancho.
Un glóbulo rojo: unos 7,5 µm.  Una célula animal típica: de 10 a 30 µm.  Una célula vegetal: de 20 a 100 µm.
El óvulo humano: unos 0,1 mm.  Lo más chico que distingue el ojo: unos 0,2 mm.

Un truco para ubicarse: las células se miden en µm; los virus, los ribosomas y las membranas, en nm.

Por qué las células son chicas

Una célula se alimenta y elimina sus desechos por su superficie, pero lo que consume y fabrica depende de su volumen. Cuando una célula crece, el volumen aumenta mucho más rápido que la superficie.

Con cubos se ve fácil. Un cubo de 1 µm de lado tiene 6 µm² de superficie y 1 µm³ de volumen: 6 µm² por cada µm³. Uno de 2 µm tiene 24 µm² y 8 µm³: sólo 3 por cada µm³. Al duplicar el lado, el volumen se multiplica por 8 y la superficie sólo por 4: la relación superficie/volumen se reduce a la mitad.

En una esfera, superficie / volumen = 3 / r. Cuanto más grande el radio, menos membrana tiene cada porción de citoplasma para abastecerse. Por eso, pasado cierto tamaño, a la célula le conviene dividirse; y por eso las células que absorben mucho (las del intestino) tienen la membrana plegada en microvellosidades.

Un ejercicio resuelto, paso a paso

Una célula del hígado tiene unos 20 µm de diámetro, un virus de la gripe unos 100 nm y una bacteria del intestino unos 2 µm de largo. a) Pasá las tres medidas a nanómetros. b) ¿Cuántos virus de la gripe, puestos en fila, cubren el largo de la bacteria? c) ¿Cuántas bacterias en fila cubren el diámetro de la célula del hígado?

Conviene pasar todo a la misma unidad antes de comparar. Elegimos el nanómetro.

a) Célula: 20 µm × 1000 = 20 000 nm. Virus: ya está en nm, 100 nm. Bacteria: 2 µm × 1000 = 2000 nm.
b) 2000 nm / 100 nm = 20 virus en fila a lo largo de la bacteria.
c) 20 000 nm / 2000 nm = 10 bacterias en fila en el diámetro de la célula.

Control: el virus es 200 veces más chico que la célula (20 000 / 100 = 200), y eso tiene que coincidir con 20 × 10. Coincide.

Qué dice esto del microscopio: la bacteria y la célula se ven con un microscopio óptico; el virus, que mide la mitad del límite de ese microscopio (unos 200 nm), no. Eso es el tema 1.3.

Dónde se pierde el punto: en comparar 20 µm con 100 nm sin convertir, y decir que la célula es «cinco veces más chica».

Y uno del nivel del parcial

Una ameba gigante puede medir medio milímetro, pero tiene la membrana llena de pliegues y muchos núcleos. ¿Cómo se explica que pueda vivir con ese tamaño, si las células suelen ser mucho más chicas?

El problema que tiene que resolver es la relación superficie/volumen. Con 0,5 mm (500 µm) de diámetro, una esfera lisa tendría 3 / 250 µm = 0,012 µm² de membrana por cada µm³ de citoplasma: veinticinco veces menos que una célula de 20 µm (3 / 10 = 0,3).

Los pliegues aumentan la superficie sin aumentar el volumen: es la misma solución que las microvellosidades del intestino.
Los muchos núcleos reparten el control: cada porción del citoplasma tiene un núcleo cerca, y las instrucciones (los ARN) no tienen que viajar medio milímetro.
El movimiento del citoplasma (que en las amebas es intenso) acerca los materiales a la membrana más rápido que la difusión sola.

Lo que no hace es violar la teoría celular: sigue siendo una célula que viene de otra célula.

Dónde se pierde el punto: en contestar sólo «porque es grande» sin nombrar la relación superficie/volumen, que es el límite que la ameba tiene que esquivar.

Dónde se cae la mayoría

Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.

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