Estructura y Función Celular: Componentes y Procesos Biológicos

Teoría Celular

• La célula es la unidad morfológica de todos los seres vivos.
• La célula es la unidad fisiológica del organismo: capaz de realizar todos los procesos metabólicos necesarios para permanecer con vida.
• Toda célula proviene de otra célula.
• La célula es la unidad genética de los seres vivos: contiene toda la información sobre la síntesis de su estructura y el control de su funcionamiento.

Descubrimientos

• 1839: Protoplasma: Es el medio interno de la célula vegetal donde encontramos dos partes, el citoplasma que rodea el núcleo y el carioplasma que contiene el núcleo.
• 1852: Se descubrió que en el núcleo se producía la mitosis, que es una división por estrangulación.
• 1879: En las células vegetales descubrieron la división indirecta llamada cariocinesis.
• 1890: Descubrieron unos filamentos nucleares llamados cromosomas.
• 1899: Descubrieron el tejido nervioso.

Morfología Celular

La célula realiza las 3 funciones vitales: nutrición, relación y reproducción. La célula está constituida por 3 elementos básicos: membrana plasmática, citoplasma y material genético.

Forma de las Células

Presentan una gran variedad de formas que dependen de su edad y de su momento funcional. Algunas no presentan una forma fija, como los leucocitos. La mayor parte de las células vegetales tienen forma estable (redondeada, elíptica, fusiforme, estrellada, prismática, aplanada).

Tamaño de la Célula

Las bacterias suelen medir entre 1 y 2 μm y las células humanas entre 5 y 20 μm.

Relación entre Tamaño, Forma y Estado de la Célula

• Capacidad de captación de nutrientes del medio: Cuando una célula de forma esférica aumenta de tamaño, el volumen aumenta, mientras que la superficie solo aumenta en función del cuadrado del radio. Esto implica que la relación superficie/volumen disminuye. En las células grandes, la relación superficie/volumen es menor que en las células más pequeñas.
• Capacidad funcional del núcleo: El aumento de volumen de las células no va acompañado de un aumento del volumen del núcleo. Si una célula aumenta de volumen, se llevan a cabo un número de reacciones metabólicas.

El grado de madurez de una célula se deduce por el grado de empaquetamiento de su cromatina.

Estructura Celular

• Membrana plasmática: Constituida por una doble capa lipídica adherida a su superficie con ciertas proteínas. Los lípidos sirven como barrera aislante y las proteínas se encargan de las sustancias hidrosolubles.
• Citoplasma: Compuesto por el citosol y orgánulos celulares.
• Material genético: Formado por moléculas de ADN.
• Según su organización: Pueden ser células eucariotas (tienen núcleo, como las células animales, vegetales y hongos) o pueden ser procariotas (tienen nucleoide, como eubacterias o arqueobacterias).

Estructura de la Célula Procariota

• Pared bacteriana: Gruesa y rígida.
• Membrana plasmática: No contiene colesterol, gran cantidad de proteínas con función enzimática.
• Citoplasma: Tienen ribosomas y a veces clorosomas que contienen pigmentos fotosintéticos, los carboxisomas.
• Material genético: Contienen pequeños ADN denominados plásmidos.

Estructura de la Célula Eucariota

• Estructuras carentes de membrana: Son los ribosomas, centrosomas y el citoesqueleto, formado por microtúbulos, filamentos intermedios y microfilamentos.
• Sistema endomembranoso: Retículo endoplasmático, aparato de Golgi, vacuolas y lisosomas.
• Orgánulos transductores de energía: Son mitocondrias y cloroplastos.
• Núcleo: Consta del nucleoplasma y de la envoltura nuclear que presenta poros. En el nucleoplasma se encuentra la cromatina.

La Membrana Plasmática

Es una fina película de 75 Å de grosor que rodea la célula. La membrana plasmática está constituida por una doble capa de lípidos a la cual se asocian moléculas proteicas. La bicapa lipídica está formada por moléculas anfipáticas que están en un medio polar, por lo que disponen sus radicales polares hacia el medio acuoso y sus radicales lipófilos hacia los radicales lipófilos.

Composición

• Fosfolípidos y glucolípidos: La movilidad de las moléculas origina una fluidez de la membrana.
• Colesterol: Disminuye la fluidez excesiva de la monocapa y mantiene la estabilidad de la bicapa.
• Proteínas: Los radicales polares quedan fuera de la membrana y los radicales lipófilos con la parte lipófila de los lípidos de la membrana.
  • Proteínas integrales: Están englobadas en la bicapa y presentan una parte lipófila que se introduce en la bicapa. Si atraviesan la bicapa se denominan proteínas transmembranosas.
  • Proteínas periféricas: Están adosadas en la bicapa y son solubles.

Propiedades

• Estructura dinámica: Las moléculas se pueden desplazar lateralmente, lo que permite que la membrana pueda autorepararse si sufre una ruptura.
• Estructura asimétrica: El conjunto de las cadenas de oligosacáridos pertenecen a los glucolípidos y las glucoproteínas de la membrana plasmática, el glucocálix solo se encuentra en la cara externa de la membrana de las células animales. Estos oligosacáridos son receptores de membrana. Entre (esperma/óvulo, virus/célula).

Funciones

• Mantener separado el medio acuoso externo del interno.
• Realizar procesos de endocitosis y exocitosis.
• Regular la entrada y salida de moléculas en la célula.
• Regular la entrada y salida de iones.
• Posibilitar el reconocimiento celular.
• Realizar actividades enzimáticas.
• Intervenir en la transducción de señales.
• Constituir uniones intercelulares.
• Constituir puntos de anclaje.

Transporte a Través de la Membrana

El paso a través de la membrana se puede realizar:

Transporte Pasivo

Se realiza sin gasto de energía, es un proceso espontáneo de difusión de sustancias a través de la membrana desde el medio más concentrado hacia el menos concentrado. Existen tres tipos de gradientes:

• Concentración química: Si hay diferencia de concentraciones.
• Electrónico: Cuando hay diferencia de cargas eléctricas.
• Electroquímico: Si hay diferencia de concentraciones y de cargas a la vez.

Existen dos formas:

• Difusión simple: Es el paso de pequeñas moléculas a favor del gradiente. Cuanto más pequeñas las moléculas, más rápido el proceso. Se realiza a través de la bicapa lipídica: entran sustancias apolares como el O₂, N₂ y moléculas polares como el agua. O por canales: se realizan por proteínas de canal. Entran iones como Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Cl^-. La apertura del canal de las proteínas se puede regular por voltaje o por ligando.
• Difusión facilitada: Se lleva a cabo gracias a la intervención de proteínas transmembranosas, que lo arrastran hacia el interior o hacia el exterior de la célula según sea el gradiente. Son las denominadas permeasas.

Transporte Activo

Necesita energía, que es aportada por moléculas de ATP y permite transportar sustancias en contra de un gradiente. La bomba de sodio-potasio es una proteína transmembranosa que bombea Na⁺ hacia el exterior de la célula y K⁺ hacia el interior. De cada molécula de ATP se obtiene la energía necesaria para bombear 3 Na⁺ hacia el exterior y 2 K⁺ hacia el interior.

Endocitosis

Es la entrada de macromoléculas gracias a la formación de vesículas membranosas. Se inicia la formación de un sistema reticular de clatrina. Se forma una red de clatrina, una proteína filamentosa para formar la vesícula. Después, la clatrina abandona la vesícula y regresa a la membrana plasmática. Algunas moléculas externas, al unirse con receptores, también inducen la formación de vesículas que la engloban, el caso de la endocitosis por receptor. La gemación es un mecanismo similar de formación de vesículas, con sustancias específicas en su interior.

Exocitosis

Es un mecanismo de expulsión de macromoléculas y pequeños cuerpos gracias a la fusión de la membrana de la vesícula.