Biología celular

Las células tienen muchas formas y tamaños diferentes. Entonces, ¿cómo podemos conocer todas estas características y funciones de las células? Ahí es donde entran en juego los diferentes métodos y técnicas de estudio de las células. Dependiendo de la pregunta que queramos responder sobre una célula, se necesitan varios métodos de estudio celular. Continúa leyendo para convertirte en un experto en métodos de estudio celular.

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Índice de temas
    • Este artículo trata sobre los métodos de estudio celular.
    • Para comenzar, veremos todo lo relacionado con el cultivo celular.
    • Continuaremos estudiando la histoquímica.
    • Después, analizaremos la microscopía.
    • Luego, exploraremos las técnicas moleculares.
    • Estudiaremos las aplicaciones de las técnicas de estudio celular.
    • Para continuar, memorizaremos las prácticas seguras de trabajo en el laboratorio y las técnicas de laboratorio de biología molecular.
    • Para terminar, aprenderemos los métodos para estudiar la estructura de las células eucariotas.

    Cultivo celular

    El cultivo celular es una técnica de laboratorio utilizada para el crecimiento y mantenimiento de células en condiciones controladas fuera de su entorno natural. Mediante este método in vitro, se propicia la proliferación celular y se facilita el estudio de su comportamiento, características y funciones.

    Los cultivos celulares más comunes son los cultivos microbianos. Se realizan para detectar bacterias en una muestra o replicar una bacteria específica. El método más conocido para cultivar colonias bacterianas distintas es la técnica del sembrado en estrías. El entorno de trabajo debe ser estéril, es decir, utilizar una técnica aséptica.

    La técnica aséptica es la utilización de equipos y procedimientos adecuados para evitar la contaminación por patógenos, es decir, un entorno estéril.

    Equipo

    El equipo necesario para llevar a cabo un cultivo celular son los siguientes:

    • Un cultivo aislado de bacterias.
    • Asa de inoculación.
    • Mechero Bunsen (y un mechero/partida para encenderlo).
    • Placa de agar (o cualquier otro medio a base de azúcar adecuado).

    Procedimiento

    El procedimiento a seguir es el siguiente:

    1. Enciende el mechero Bunsen y pon la llama azul para iniciar el proceso.
    2. Esteriliza la asa de inoculación en la llama azul hasta que aparezca de color rojo brillante. Deja que se enfríe.
    3. Recoge una parte de la colonia aislada con el asa y pásala 3 o 4 veces en paralelo para cubrir una cuarta parte de la placa de Petri.
    4. Vuelve a poner la asa bajo la llama y, cuando se enfríe, extiende las rayas de la placa a la siguiente cuarta parte de la misma.
    5. Repite la operación en las dos cuartas partes siguientes de la placa de Petri.

    Biología celular Placa de Petri StudySmarter

    Fig. 1: Placa de Petri.

    Histoquímica

    La histoquímica es la rama de la ciencia en la que se combinan las técnicas de la histología (tejidos) y la química. Su finalidad es conocer y analizar las moléculas presentes en los tejidos.

    Esta parte de la ciencia se basa en el uso de reactivos (colorantes, enzimas, anticuerpos...) que interactúan con unas moléculas específicas que se encuentran en los tejidos. La respuesta que se produce es detectable.

    Microscopía

    Hay muchos tipos diferentes de microscopía celular. Los más destacados son la microscopía óptica y la microscopía electrónica. La microscopía óptica usa un microscopio de luz y se utiliza para ver los tejidos y las células, mientras que la microscopía electrónica se utiliza para ver los orgánulos celulares en detalle.

    Dentro del ámbito de la microscopía óptica, se utilizan muchos subtipos de microscopios para mejorar la resolución de los microscopios ópticos, como el trabajo con tintes fluorescentes y marcadores radiactivos.

    Biología celular Imagen de un microscopio óptico StudySmarter

    Fig. 2: Microscopio óptico y sus partes.

    Técnicas moleculares

    Mientras que la biología celular estudia las células en su conjunto y sus orgánulos celulares, la biología molecular estudia las partes más pequeñas dentro de la célula, como los cromosomas y el ADN. Para conocer mejor estas moléculas dentro de las células se necesitan técnicas específicas. Los principales métodos que debes conocer son la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y la electroforesis en gel.

    Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

    Esta técnica se utiliza para copiar pequeños fragmentos de ADN para que haya la suficiente cantidad y se pueda seguir estudiando o utilizar en pruebas que detectan el ADN, las pruebas de PCR de Covid-19, por ejemplo.

    Para entender una PCR, primero hay que entender la replicación del ADN; si necesitas refrescar la memoria, mira nuestro artículo sobre la replicación del ADN.

    Pasos de la PCR

    Los pasos de una PCR son los siguientes:

    1. Desnaturalización del ADN: La secuencia de ADN se desnaturaliza en cadenas simples.
    2. Recalentamiento: Se añaden a la solución los cebadores de ADN, los nucleótidos y la Taq polimerasa (estable a altas temperaturas). Los cebadores de ADN se unen a la secuencia de nucleótidos objetivo.
    3. Elongación: La Taq polimerasa se une a los cebadores de ADN y la cadena se copia.
    4. Repetición del ciclo: El ciclo se repite y se crean millones de fragmentos de ADN.

    La Taq polimerasa es una enzima resistente al calor muy utilizada en la PCR para replicar una secuencia específica de ADN.

    Los cebadores de ADN son secuencias cortas de ADN de una sola cadena que permite a la Taq polimerasa empezar a sintetizar la nueva cadena.

    La Taq polimerasa se extrae de una bacteria resistente a altas temperaturas llamada Thermus aquaticus.

    Electroforesis en gel

    La electroforesis en gel es una técnica se utiliza para separar moléculas, como el ADN, el ARN y las proteínas, según su tamaño molecular.

    Las moléculas investigadas se colocan en un gel que hace que las moléculas se muevan mediante corrientes eléctricas. El gel contiene pequeños poros. Las moléculas difieren en tamaño molecular y se mueven a diferentes velocidades. Las moléculas más pequeñas suelen desplazarse más rápido que las más grandes porque las moléculas más pequeñas pasan más fácilmente por los poros del gel.

    La electroforesis en gel permite a los científicos el estudio de las biooléculas de las células y distinguir entre diferentes longitudes de fragmentos de ADN.

    La toma de huellas de ADN es una técnica de estudio que se utiliza a menudo cuando se trata de encontrar a un sospechoso en una investigación criminal. Relaciona las pruebas con el sospechoso.

    ¿Por qué hay diferentes tamaños de fragmentos de ADN entre diferentes personas? Bueno, cada persona tiene múltiples secciones repetidas en su ADN. El número de repeticiones varía en persona; las secciones repetidas se cortan del ADN mediante reacciones específicas. Si se observan cinco secciones de ADN entre dos personas, una persona puede tener más repeticiones en la sección 1, y la persona dos puede tener más repeticiones en la sección 4.

    Aplicaciones de las técnicas de estudio celular

    Las técnicas de estudio celular tienen muchas aplicaciones tanto en la investigación científica como en la medicina, que permiten analizar y entender mejor la estructura, la función y el comportamiento de las diferentes células. Esta información nos permite avanzar en la ciencia. Algunas de estas aplicaciones son:

    • Creación y desarrollo de fármacos: las técnicas de estudio celular permiten evaluar los efectos en las diferentes células cuando son suministrados.
    • Investigación en biología celular: las técnicas de estudio celular permiten el avance en la biología celular, como por ejemplo la investigación en el metabolismo celular, la división celular, la comunicación entre células, la expresión génica... Entre muchos otros procesos. Esto ha permitido grandes avances a lo largo de la historia.
    • Diagnóstico de enfermedades: es posible llevar a cabo algunos diagnósticos gracias a las técnicas de estudio celular, como por ejemplo las citologías o citometrías.
    • Terapia celular: estas técnicas permiten analizar la biología del cáncer, entender el funcionamiento de las células cancerígenas y su evolución. Gracias a esto podemos predecir cómo evolucionarán en algunas ocasiones.

    Biología celular Imagen de fármacos distintos en colores variados StudySmarter

    Fig. 3: Una de las aplicaciones de las técnicas de estudio celular es la creación y el desarrollo de fármacos para tratar diferentes enfermedades.

    Prácticas seguras de trabajo en el laboratorio

    Antes de empezar a trabajar: Prepara o lee una evaluación de riesgos existente en la que se indiquen los posibles peligros del experimento. Informa de cualquier daño en el equipo que vayas a utilizar y asegúrate de que tienes todo el equipo de protección individual (EPI) necesario para el experimento.

    Dependiendo de la naturaleza del experimento, el EPI incluye gafas de seguridad, una bata de laboratorio, botas, protectores faciales y otros. Cuando hagas experimentos, sigue el procedimiento correcto.

    Procedimientos de emergencia: En caso de emergencia, debes ser capaz de localizar rápidamente los lavaojos y las duchas de emergencia, así como un botiquín de primeros auxilios. Estarás supervisado por tu profesor o por un técnico de laboratorio que te asesorará al respecto.

    Buena limpieza: Evita el contacto directo con sustancias químicas potencialmente peligrosas, no comas ni bebas en el laboratorio, lávate las manos con regularidad, recógete el pelo (si lo tienes largo) y utiliza los EPI pertinentes.

    También puede haber otras prácticas, dependiendo del procedimiento que vayas a llevar a cabo; tu profesor te guiará y leerá detenidamente el procedimiento experimento para que puedas entender bien cómo funciona.

    Técnicas de laboratorio de biología celular

    En los laboratorios se utilizan muchas técnicas diferentes para estudiar las distintas células, así que veamos algunas de ellas. En primer lugar, veremos la microscopía celular y cómo funcionan los cultivos celulares.

    Si quieres saber más sobre la microscopía, tenemos un artículo completo sobre ella.

    Métodos para estudiar la estructura de las células eucariotas

    Las células pueden estudiarse de muchas maneras diferentes, dependiendo del aspecto que se quiera estudiar. Las células eucariotas suelen ser más grandes que las procariotas, por lo que son más fáciles de ver. Por lo tanto, el método de estudio más conocido para estudiar las células eucariotas es a través del microscopio óptico. La célula suele colocarse entre dos portaobjetos de vidrio/plástico transparente: la platina del microscopio y el cubreobjetos. Las células pueden teñirse para acentuar los orgánulos de interés.

    Un microscopio óptico puede ver los orgánulos celulares más grandes, como el núcleo, el citoplasma y la pared celular. Los orgánulos celulares de interés pueden aislarse rompiendo la célula y aislando los diferentes orgánulos para su uso comercial. Este proceso se denomina fraccionamiento subcelular.

    Los procariotas, como las bacterias, suelen cultivarse en un laboratorio para ser estudiados; tienen altas tasas de división. Las células eucariotas también pueden crecer en cultivos celulares como las procariotas. Sin embargo, esto es más complicado, ya que las células eucariotas no se replican igual que las procariotas. Tardarán más tiempo en replicarse.

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    Métodos de estudio celular - Puntos clave

    • La incorporación de prácticas de laboratorio seguras es esencial antes de comenzar un experimento.
    • Los dos tipos de microscopía más utilizados para la observación de las células son la microscopía óptica y la microscopía electrónica. Los microscopios de luz se utilizan con mayor frecuencia en las escuelas y universidades para enseñar a los estudiantes las funciones, esctructuras y tipos de células. Los microscopios electrónicos tienen más resolución.
    • La técnica de siembra en estrías se utiliza a menudo para hacer crecer cultivos de células aislados de bacterias.
    • La reacción en cadena de la polimerasa se utiliza para determinar el peso molecular de diferentes longitudes de ADN.

    Referencias

    1. Fig. 1: Cell culture dish (with medium) (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:202012_Cell_culture_dish_with_medium.svg) por DataBase Center for Life Science (DBCLS) (https://togotv.dbcls.jp/togopic.2020.212.html) autorizado por CC-BY-4.0.
    2. Fig. 3: Drugs/medicine when used in the right way improve people's health and lives (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:People%27s_health_and_wellness_with_drugs(medicine).jpg) por SharonDawn (https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=User:SharonDawn&action=edit&redlink=1) autorizado por CC-BY-SA-4.0.
    Preguntas frecuentes sobre Biología celular

    ¿Qué es el metabolismo celular y cómo se clasifica?

    El metabolismo celular es el conjunto de cambios químicos que se producen en las células para que puedan tener la energía necesaria para llevar a cabo sus funciones vitales. El metabolismo se clasifica en catabolismo y anabolismo.

    ¿Qué es la comunicación celular?

    La comunicación celular es el proceso mediante el cual, como su nombre indica, las células se comunican. En otras palabras, consiste en el intercambio de información entre las células.

    ¿Qué es el ciclo celular y por qué es tan importante?

    El ciclo celular es la secuencia ordenada de cambios o etapas que ocurren en una célula desde que se forma hasta que se divide para dar origen a otras células.  Es importante porque permite la replicación de las células que componen a los seres vivos.

    ¿Cómo se relaciona la bioquímica con la biología celular?

    La bioquímica y la biología celular son dos ramas de la ciencia que están muy relacionadas. La bioquímica es la rama de la ciencia que se encarga de las estructuras, las funciones y los procesos químicos que se producen en los organismos vivos. La biología celular, como su nombre indica, se encarga del estudio de las células. La bioquímica es necesaria para poder entender los procesos que ocurren en el interior de las células y, por lo tanto, con todo lo relacionado con la biología celular. Además, gracias a la bioquímica se puede entender e investigar el funcionamiento y comportamiento de las células.

    ¿Qué tienen en común la célula procariota y la célula eucariota?

    Las células procariotas y las células eucariotas son los dos tipos de células que existen. Tienen varias diferencias y similitudes, pero nos centraremos en estas últimas; la similitud más importante entre ambas es que todas se encuentran en los organismos vivos, pero otras similitudes que presentan son la presencia de material genético en su interior,  de membrana celular y de citoplasma y la posesión de ribosomas. Además, todas las células llevan a cabo procesos metabólicos.

    Pon a prueba tus conocimientos con tarjetas de opción múltiple

    ¿Verdadero o falso?: Mediante el cultivo celular, se propicia la proliferación celular y se facilita el estudio de su comportamiento, características y funciones.

    La ____ es la rama de la ciencia en la que se combinan las técnicas de la histología (tejidos) y la química. Su finalidad es conocer y analizar las moléculas presentes en los tejidos.

    ¿Cuál es el orden correcto de los pasos de una PCR?

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