Diferenciación celular: tipos de células, metabolismo y técnicas de estudio en biología

Diferenciación celular

La diferenciación celular genera distintos tipos celulares y determina la organización en tejidos, lo que caracteriza a los organismos pluricelulares.

Tipos de células

Células vegetales

Se caracterizan por su grosor y la organización de la pared celular. Cumplen una función conductora o de sostén (formado por células muertas).

Células animales

Existen más de 200 tipos de células en los tejidos:

• Epitelial: intercambio de nutrientes y secreción de sustancias.
• Conjuntivo: une tejidos y órganos.
• Sostén: sostén y protección.
• Sangre: leucocitos (defensa) y eritrocitos (transporte).
• Muscular: células alargadas, función de contracción.
• Neuronal: generación y transmisión de impulsos nerviosos.

Células madre

Son células indiferenciadas que pueden generar los tipos celulares adultos y se emplean para la reparación de órganos y tejidos dañados.

Renovación celular

La renovación de las células de un organismo se produce mediante la división de células ya diferenciadas y a partir de algunas células madre que se encuentran en los tejidos adultos.

Tamaños

• Virus: 100 nm
• Bacterias: 2 µm
• Célula animal: 25 µm
• Célula vegetal: 40 µm

Funciones celulares

Las funciones están relacionadas con la estructura y el nivel de organización.

Relación

La membrana plasmática recoge estímulos del medio y elabora respuestas, neurotransmisores u hormonas.

Reproducción

Incluye la división celular, la renovación de las células y la evolución de las especies. Puede ser procariota simple o eucariota compleja (mitosis y meiosis). En todos los casos se produce la replicación del ADN.

Nutrición

Las células necesitan nutrientes:

• Autótrofas: fotosintéticas (energía lumínica), quimiosintéticas (energía de la oxidación de moléculas inorgánicas).
• Heterótrofas: obtienen energía de la oxidación de moléculas orgánicas.

Metabolismo

Es el conjunto de nutrientes necesarios para mantener la vida: obtener energía para su funcionamiento degradando moléculas orgánicas (catabolismo) y renovar estructuras fabricando hidratos de carbono, lípidos, proteínas... (anabolismo). Es el conjunto de reacciones químicas que mantienen con vida a la célula. Los compuestos intermedios son los metabolitos. Una vía metabólica es una sucesión de reacciones en las que se generan metabolitos, donde cada reacción está catalizada por una enzima específica.

Degradación (catabolismo)

Rompen enlaces C-C de compuestos complejos en sencillos, que actúan como metabolitos precursores o como combustibles metabólicos, y producen poder reductor.

Respiración celular

Son reacciones catabólicas oxidativas que convierten la energía química de los enlaces C-C en ATP:

• De la glucosa: glucólisis (glucosa a ácido pirúvico), conversión a acetil coenzima A, ciclo de Krebs (los 2 C del acetilo se desprenden como CO₂), y cadena respiratoria (NADH y FADH₂ se oxidan y el O₂ pasa a H₂O).
• De ácidos grasos: β-oxidación, ciclo de Krebs y cadena respiratoria.

Fermentación

Es una oxidación parcial sin oxígeno, generalmente de la glucosa. Según el tipo de fermentación, se producen distintas moléculas.

Anabolismo (síntesis)

Consiste en crear nuevos enlaces C-C a expensas de ATP y poder reductor y precursores.

Organismos autótrofos y heterótrofos

Los autótrofos sintetizan moléculas complejas a partir de moléculas sencillas como CO₂, H₂O y N₂/NH₃. Los heterótrofos obtienen estos tres requisitos a partir de las reacciones catabólicas que degradan los nutrientes extraídos de la dieta.

El anabolismo y el catabolismo no son procesos aislados, sino que dependen uno del otro y tienen pasos comunes con dirección distinta. Las formas de obtener energía se utilizan para la biosíntesis de moléculas, la bioluminiscencia, etc., basándose en la transformación de energía química en trabajo celular.

Matriz extracelular

Rellena los espacios existentes entre las células y los tejidos. Tiene diversas funciones: favorecer la difusión de sustancias nutritivas, proporcionar los microambientes adecuados a las células y permitir el movimiento de células que se desplazan activamente por los tejidos.

Composición

• Proteínas estructurales fibrosas: colágeno (consistencia) y elastina (elasticidad).
• Glucosaminoglicanos: polisacáridos gelatinosos, como el ácido hialurónico, que favorecen la retención de agua.
• Proteínas de adhesión: la fibronectina se une al colágeno, a los glucosaminoglicanos y a los receptores de la superficie celular. La laminina es la base sobre la que se asientan los tejidos epiteliales.

Técnicas de estudio

Fijación y fragmentación

Fijar células y tejidos con procesos que rompen la adhesión. Rotura de células mediante disolución hipotónica, licuadora, etc. Separación de orgánulos por centrifugación.

Cultivos celulares

Permiten su observación y control. El cultivo está limitado en número de divisiones, salvo en las células madre y cancerosas. Son importantes la naturaleza del sustrato, la concentración de la disolución y el pH.

Microscopía

Ópticos

• Campo luminoso: la lente objetivo recoge la luz directamente del objeto y la lente ocular tiene la función de aumentar la imagen formada.
• Campo oscuro: solo llegan los rayos de luz que han sido desviados.
• Contraste de fases: observa células vivas aprovechando la diferencia de índice de refracción.
• Polarizado: observar estructuras con actividad óptica.
• Fluorescencia.
• Confocal: genera imágenes tridimensionales mediante reconstrucción.

Electrónico

Utiliza un haz de electrones como fuente de iluminación (cátodo) que se dirige hacia el ánodo. Requiere estar al vacío (bomba de vacío y refrigeración).

• Transmisión: los electrones atraviesan la muestra.
• Barrido: los electrones no atraviesan la muestra.