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La célula. Ampliaciones

TAMAÑO CELULAR

Ésta es una pregunta aún no resuelta. A ella podríamos añadir otras preguntas relacionadas también sin resolver: ¿por qué el tamaño de los organismos es característico de especie?, ¿por qué existe proporcionalidad entre los órganos de un organismo como por ejemplo la longitud de las extremidades en humanos?, ¿por qué incluso en los organismos que crecen constantemente hay órganos que tienen unas dimensiones establecidas, como las hojas o los frutos de los árboles? En última instancia todo ello depende de la cantidad y del tamaño de las células que componen los órganos y por ello a los organismos.

A pesar de que no se ha conseguido una teoría aceptada que explique el tamaño de las células, se han propuesto diversas hipótesis.

Ciclo celular
Ciclo celular.

Una de ellas es el balance entre división y crecimiento de las células. En un cultivo de células de un metazoo o en organismos unicelulares el tamaño de las células se conserva de generación en generación. En cada ciclo de división las células pasan por distintas fases (ver el apartado del ciclo celular). La fase G1 es la de crecimiento. En general, las células tienen que crecer el doble de su tamaño para dividirse y una vez conseguido comienzan la fase S, síntesis del ADN, y ya no pueden parar hasta dividirse. Se propone que el balance entre crecimiento y división es lo que determina el tamaño de la célula. De alguna manera la célula sabe que tiene que dividirse cuando ha alcanzado un tamaño determinado. Por tanto, existe un sensor que detecta un umbral de tamaño celular a partir del cual la célula entra irremisiblemente en división.

Pero este umbral de tamaño debe ser un mecanismo molecular que puede variar en función del tipo celular y de las condiciones externas, por ejemplo de la disponibilidad de alimento, de la temperatura o de la presencia de factores de crecimiento. Las levaduras sometidas a ambientes enriquecidos en nutrientes aumentan el tamaño celular y en medios pobres lo disminuyen. En moscas bajo condiciones experimentales diversas se ha encontrado que el tamaño celular y el número de células contribuyen al aumento del tamaño del organismo, sin saberse exactamente por qué. Así, moscas criadas en ambientes fríos son más grandes porque tienen las células más grandes, mientras que aquellas cultivadas con más alimento son más grandes porque tienen más células pero con tamaños normales. Por tanto, los resultados experimentales apuntan a que el tamaño celular depende del tipo celular que estemos considerando y de las condiciones en las que se encuentren.

¿Cuáles son los sensores del tamaño celular? Se ha propuesto que la cantidad de ribosomas es un sensor del tamaño celular. La mayoría de la energía celular se emplea en producir ribosomas. En levaduras se ha encontrado que la cantidad de ribosomas depende de la cantidad de nutrientes, con lo que se adapta la capacidad de traducción, producción de proteínas, a los recursos existentes en el medio. Curiosamente la transcripción de otras proteínas no se ve afectada. En metazoos parece que la cantidad de ribosomas también es un indicador del tamaño celular, pero las vías moleculares que afectan a su síntesis es multifactorial y difícil de desentrañar. También hay resultados que indican que el sistema del factor de crecimiento similar a la insulina (insulin-like growth factor, IGF) parece controlar el tamaño celular. Cuando está mutado en ratones el tamaño celular disminuye pero también el número de células. Así, se tienen individuos que pueden ser un 50 % más pequeños que sus controles.

La ploidía (número de copias de un genoma) es otro factor que afecta al tamaño celular. Cuanta más ploidía (mayor número de copias del genoma) tiene una célula mayor es. En salamandras se pueden conseguir individuos pentaploides. Estos animales son igual de grandes que los diploides, pero sus células son más grandes, luego el cuerpo tiene menos células. Curiosamente existe proporcionalidad. Por ejemplo, un tetraploide tiene la mitad de células que un diploide y por tanto el doble de grandes. Podríamos pensar que es la cantidad de ADN lo que condiciona el tamaño celular. En las plantas se ha demostrado que las poliploidías producen células más grandes, pero tampoco se afecta al tamaño final de la estructura, simplemente se disminuye la tasa de mitosis.

Ciclo celular
Al aumentar la proporción de citoplasma respecto a la del núcleo aumenta la cantidad de ciertas moléculas en el núcleo.

La relación núcleo-citoplasma (N:C) es otro factor propuesto, relacionado con la ploidía. El núcleo no es mayor en las células más grandes por lo que puede detectar mayor cantidad de una molécula determinada en el citoplasma, aunque en el citoplasma la molécula siempre esté a la misma concentración. De hecho las células poliploides tienen núcleos más grandes, así que podría ser que no fuera la cantidad de ADN sino el volumen nuclear lo que determinara en los organismos poliploides un mayor tamaño celular. De nuevo, esta no puede ser la causa única puesto que en un organismo existen diversos tipos celulares con tamaños diferentes y tienen la misma dotación genética.

Una consecuencia de estas observaciones es que pareciera que los organismos fueran capaces de medir las dimensiones de sus cuerpos y el tamaño de sus órganos para mantenerlos dentro de las proporciones característicos de su especie. Es curioso que cuando se manipulan las células para producir células más pequeñas en un órgano, por ejemplo acelerando la tasa de división, el tamaño del órgano seguirá siendo el mismo. Igual ocurre al contrario, cuando se incrementa el tamaño celular, el órgano será igual de grande pero con menos células. Probablemente se debe a una competición por los factores de crecimiento y de supervivencia, cuya concentración determina un umbral detectado por una vía molecular denominada hippo. La vía impide la sobredimensión de un órgano, y parece actuar tanto en las moscas como en los mamíferos. Existen especies que crecen siempre: algunos peces y las plantas. Sin embargo, en las plantas existen partes que sí tienen un crecimiento limitado como son las hojas. En peces con crecimiento indeterminado se ha encontrado que a partir de un tamaño se cambia el aumento del número de células por el aumento del tamaño de las células como principal factor de crecimiento.

En resumen, numerosas moléculas parecen afectar al tamaño celular complicando la interpretación de la respuesta celular frente a condiciones experimentales. No se ha encontrado un gen que controle por sí solo el tamaño, ni siquiera en organismos tan conocidos como las bacterias. La conclusión es que el tamaño celular puede estar condicionado por numerosos genes y cascadas de señalización con acciones confluentes. A pesar de ello deben existir unos sistemas sensores que se han mantenido durante la evolución y que mantienen a la mayoría de las células dentro de unos parámetros de tamaño característicos.

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Actualizado: 2008-05-18