Genética 101: Un Viaje por el Interior de la Célula

¡Bienvenidos a una nueva entrada de genética 101! En esta serie de Nanolab, exploramos los conceptos básicos de la genética de una manera simple. Hoy, nos adentraremos en el fascinante mundo de las células y sus organelos. Descubramos juntos un poco de estos fascinantes seres que nos conforman. 

¿Qué es una célula?

¿Qué es una célula? Parece una pregunta sencilla, pero la respuesta es más interesante de lo que parece. Una célula no es ni un animal ni una planta ni un hongo ni un virus. Aunque las bacterias son células, las tuyas no son bacterias. ¡A qué suena confuso! Pero tranquilo, aquí está la clave: la célula es la unidad básica de la vida. Así como el gramo mide el peso o el litro mide el volumen, una célula es una unidad de vida. Todo ser vivo está compuesto por al menos una célula: una bacteria es una célula individual, mientras que los animales (¡incluyéndote a ti!) estamos formados por millones de ellas.  En cambio, un virus no está vivo, porque no tiene células. Es material genético envuelto en una proteína. Incluso si contiene ADN (la "molécula de la vida"), no está vivo sin una célula que lo albergue.

Si las bacterias son células, ¿qué las diferencia de las nuestras? Es una pregunta fascinante, pero para responder tendríamos que adentrarnos en la evolución celular, un tema para otro momento. Por ahora te adelantamos lo básico: las bacterias son células más simples y antiguas, llamadas procariontes. En cambio, las células humanas, animales, vegetales y de hongos son eucariontes: más complejas y "modernas" en términos evolutivos. La principal diferencia entre ambas es que las células eucariontes poseen núcleo y mitocondrias o cloroplastos. 

Observa esta imagen de dos células. La izquierda es procarionte y la derecha eucarionte. Puedes notar que la eucarionte posee muchas más estructuras (orgánulos), que le confieren mucha más complejidad.

¿De qué está hecha una célula?

¿De qué está compuesta una célula? Nosotros tenemos órganos que trabajan en equipo para formar sistemas, como el digestivo o el respiratorio. Las células tienen organelos u orgánulos, que funcionan como mini órganos. Cada orgánulo cumple una función específica, pero hay una diferencia clave: no están formados por células más pequeñas, sino por los elementos esenciales de la vida. Para ayudar a recordarlos puedes usar el acrónimo CHONPS:

C: Carbono 

H: Hidrógeno 

O: Oxígeno

N: Nitrógeno

P: Fósforo

S: Azufre

Estos elementos se combinan para crear moléculas fundamentales que forman los orgánulos y las biomoléculas. Por ejemplo:

• Azúcares y grasas: Carbono, Hidrógeno y Oxígeno (CHO).

• Proteínas: Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno y Azufre (CHONS).

• ADN: Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno y Fósforo (CHONP).

Un viaje por la célula

Exploremos a la célula y sus organelos para entender cómo funcionan. Para hacerlo más fácil, usaremos símiles cotidianos que te ayudarán a visualizar su papel.

Primera parada: el núcleo. 

El núcleo solo se encuentra en células eucariontes, es de los organelos evolutivamente más novedosos. Su función principal es guardar y proteger el ADN, manteniéndolo aislado del resto de la célula. Esta separación es importante porque permite regular la expresión de los genes. El núcleo evita que otras moléculas interactúen con el ADN e interfieran en la activación o desactivación de los genes. Por ejemplo, la testosterona solo puede activar genes relacionados con características masculinas si llega hasta el núcleo. Sin acceso a él, no hay cambios.

Podríamos comparar el núcleo con el cerebro. Es el organelo que toma las decisiones dentro de la célula. ¡Es el centro de control absoluto!

Dentro del núcleo celular se encuentra resguardado el ADN. Es el sitio de toma de decisiones de la célula.

Exploremos los retículos endoplasmáticos

Dentro de la célula existen dos retículos endoplasmáticos: el rugoso (RER) y el liso (REL). El retículo endoplásmico rugoso está pegado al exterior del núcleo. Recibe su nombre porque bajo el microscopio parece un “collar de perlas”. Estas “perlas” son ribosomas, orgánulos esenciales para fabricar proteínas. Cuando el núcleo necesita producir una proteína, envía un mensajero llamado ARN mensajero al ribosoma. En el ARN están copiadas las instrucciones de un gen. El ribosoma actúa como un traductor: lee el ARN mensajero y ensambla la proteína paso a paso, siguiendo las indicaciones del núcleo.  Aprende más sobre el ARN aquí. 

El retículo endoplásmico rugoso es similar a una línea de producción en una fábrica. Ahí se producen gran parte de las proteínas que la célula requiere.

El retículo endoplásmico liso carece de ribosomas y no produce proteínas. Aun así, posee diversas funciones, como el metabolismo y síntesis de lípidos y la detoxificación de la célula. Se encarga de metabolizar todo lo que ingresa a la célula. Podríamos compararlo con el hígado, que se encarga de detoxificar y metabolizar todo lo que ingresa a nuestro cuerpo.

El aparato de Golgi: la estación de personalización y logística

Imagina que las proteínas son como teléfonos celulares recién fabricados: todos salen iguales de la línea de producción (el retículo endoplasmático rugoso), pero aquí, en el aparato de Golgi, reciben sus toques finales. Por ejemplo, se les pueden añadir azúcares para convertirlas en glicoproteínas, como si les pusieras una carcasa personalizada o un tono de llamada único a tu móvil. Sin embargo, su función más importante es actuar como centro de distribución: empaca las proteínas en vesículas (como pequeños camiones de reparto) y las envía a su destino final dentro o fuera de la célula. 

Los lisosomas: el sistema de defensa celular

El mundo celular está lleno de depredadores y las células deben defenderse. Para ello, poseen lisosomas, organelos llenos de enzimas digestivas capaces de destruir casi cualquier biomolécula: proteínas, ADN, azúcares o lípidos.

Cuando una célula es atacada, tiene dos estrategias de defensa: la fagocitosis o la exocitosis. Durante la fagocitosis, se traga a su atacante y lo mete en un lisosoma. Durante la exocitosis, la célula escupe su lisosoma sobre su atacante para bañarlo con enzimas digestivas. Aunque los lisosomas son armas letales, algunos microbios han desarrollado tácticas para sobrevivir, ya sea soportando las enzimas digestivas, evadiendo el lisosoma o simplemente saliéndose de él antes de ser destruidas. 

Podríamos comparar los lisosomas con nuestro sistema inmunológico: una línea de defensa esencial, que enfrenta enemigos cada vez más astutos.

La mitocondria: la central energética de la célula

Este organelo tiene una historia fascinante. Según la teoría más aceptada, las mitocondrias fueron alguna vez células independientes que, tras ser engullidas por otra célula, establecieron una relación de endosimbiosis (una simbiosis dentro de otra célula). Con el tiempo, evolucionaron hasta convertirse en lo que son hoy. ¿La prueba? Las mitocondrias tienen su propio ADN, ribosomas y membrana, casi como una célula dentro de otra célula.

Seguro has escuchado que la mitocondria es "the powerhouse of the cell" (¡hasta se volvió meme!). Y es cierto: su trabajo es producir energía. Usando azúcares, grasas o proteínas, fabrica ATP (adenosina trifosfato), una molécula que actúa como "batería” para la célula. Cada vez que se rompe un enlace del ATP, se libera energía que impulsa todas las funciones celulares.

Imagina la mitocondria como un molino: la proteína ATPasa gira incansablemente, generando ATP como si fuera electricidad. Sin ella, las células simplemente no podrían funcionar. ¿A qué sistema del cuerpo se parece? Podríamos compararla con el sistema digestivo, porque transforma nutrientes en el "combustible" que mantiene viva a la célula.

La mitocondria es la central eléctrica de la célula. Es el lugar donde se produce energía. Se cree que este organelo se originó de una célula que terminó viviendo dentro de otra. Incluso tiene su propio ADN, que aquí puedes ver de color rosa.

El cloroplasto: el panel solar de la célula

Al igual que la mitocondria, el cloroplasto tiene un origen fascinante: se cree que fue una bacteria fotosintética que, tras ser engullida por otra célula, estableció una relación de endosimbiosis. Con el tiempo, evolucionó hasta convertirse en el orgánulo que conocemos hoy.

A diferencia de las mitocondrias, los cloroplastos no se encuentran en células animales, pero son esenciales para las plantas y algas. Su superpoder es la fotosíntesis: en lugar de usar azúcares o grasas, capturan la luz solar para producir energía. ¡Son como pequeños paneles solares dentro de la célula!

El citoesqueleto: el esqueleto y los músculos de la célula

Aunque no lo veamos a simple vista, las células tienen forma. Algunas son cúbicas, otras planas o cilíndricas, y todo gracias al citoesqueleto: una red de proteínas que actúa como los huesos y músculos. Su función es mantener la estructura celular, pero también permite el movimiento.

El citoesqueleto no solo da forma, sino que organiza el interior de la célula. Funciona como una red de carreteras: para mover vesículas desde el aparato de Golgi. Además, ordena el interior de la célula: posiciona otros organelos en su lugar correspondiente. En resumen, el citoesqueleto es como nuestro sistema musculoesquelético: sostiene la estructura y permite el movimiento, pero a escala microscópica.

El citosol: la sangre de la célula

Al igual que nuestro cuerpo está compuesto principalmente por agua, el interior de las células también es acuoso. Mientras los animales tenemos sangre, las células cuentan con el citosol: un líquido transparente y gelatinoso, similar al agua, donde flotan los orgánulos como si fueran islas en un océano microscópico.

En este "mar celular" también nadan moléculas esenciales como azúcares, proteínas, lípidos y hormonas, cada una en ruta hacia su destino dentro de la célula. ¡Es el medio que mantiene todo en movimiento y conectado!

La membrana celular: el empaque de la célula

Imagina la membrana celular como la piel de la célula: no solo la recubre, sino que define su límite, separando el interior del exterior. Rodea y protege a todos los orgánulos, manteniéndolos en su lugar. Además, interactúa constantemente con el entorno. Su función es vital para el equilibrio celular, ya que actúa como una barrera selectiva: bloquea sustancias hidrofílicas y polares (como el agua), pero permite el paso de moléculas hidrofóbicas y apolares (como las grasas). Gracias a esta membrana, nuestras células no se hinchan como esponjas al contacto con el agua. Pero no es una barrera infranqueable: la célula cuenta con cientos de proteínas especializadas que funcionan como "puertas", regulando el intercambio de moléculas entre el interior y el exterior. 

La membrana celular está compuesta de millones de fosfolípidos. La cabeza de estas moléculas rechaza el agua porque son impermeables. Sin embargo, permite el paso de sustancias grasosas o lipídicas. En esta membrana se encuentran miles de proteínas que interactúan con el ambiente de la célula.

Referencias 

Cooper GM. The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000. The Origin and Evolution of Cells. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9841/

Vellai, T., & Vida, G. (1999). The origin of eukaryotes: the difference between prokaryotic and eukaryotic cells. Proceedings. Biological sciences, 266(1428), 1571–1577. https://doi.org/10.1098/rspb.1999.0817

Cooper GM. The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000. Chapter 8, The Nucleus. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9845/

Rogers, K. (2025, July 3). smooth endoplasmic reticulum. Encyclopedia Britannica. https://www.britannica.com/science/smooth-endoplasmic-reticulum

Cooper GM. The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000. The Golgi Apparatus. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9838/

Opron, K., & Burton, Z. F. (2018). Ribosome Structure, Function, and Early Evolution. International journal of molecular sciences, 20(1), 40. https://doi.org/10.3390/ijms20010040

Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. Molecular Biology of the Cell. 4th edition. New York: Garland Science; 2002. The Mitochondrion. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26894/

Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. Molecular Biology of the Cell. 4th edition. New York: Garland Science; 2002. The Cytoskeleton and Cell Behavior. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26930/

Cooper GM. The Cell: A Molecular Approach. 2nd edition. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000. Actin, Myosin, and Cell Movement. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9961/

Vonderviszt F, Namba K. Structure, Function and Assembly of Flagellar Axial Proteins. In: Madame Curie Bioscience Database [Internet]. Austin (TX): Landes Bioscience; 2000-2013. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK6250/