Introducción a la Biología Celular: Viroides y Priones
Viroides
Los viroides, parásitos exclusivamente de plantas, son meros fragmentos de ARN circular y monocatenario. Se localizan en el núcleo de la célula parasitada, donde interfieren con los genes celulares.
Priones
Los priones son partículas proteicas, sin ningún tipo de ácido nucleico, causantes de enfermedades letales en los mamíferos.
La Membrana Plasmática: Estructura, Función y Transporte
Composición de la Membrana Plasmática
Las diferentes membranas están formadas de forma casi uniforme por un 40% de lípidos y un 60% de proteínas. Dado que la composición química es diferente en las dos caras, se dice que las membranas son asimétricas.
Lípidos de Membrana
Pertenecen principalmente a tres grupos: fosfolípidos, glucolípidos y esteroles.
Proteínas de Membrana
Pueden desempeñar un papel meramente estructural o estar implicadas en el transporte de sustancias o en el metabolismo celular. Se distinguen dos grupos: proteínas integrales y proteínas periféricas.
Modelos de Membrana
Modelo de Davson y Danielli (1935)
La bicapa lipídica está atravesada por unos canales con proteínas que se encuentran asociadas a los grupos polares de la membrana, recubriéndola tanto interna como externamente.
Modelo de Singer y Nicholson (1972): Mosaico Fluido
Plantean un modelo de membrana en la que esta no es rígida, sino fluida, permitiendo el movimiento de las proteínas integrales. Este modelo, conocido como el Modelo del Mosaico Fluido, es el que actualmente se asume para la estructura de las membranas celulares. La fluidez de la membrana va a depender de diferentes factores.
Funciones Esenciales de la Membrana Plasmática
- Limita la célula, separando el citoplasma y los orgánulos del medio que los rodea.
- Producción y control de gradientes electroquímicos.
- Participa en el intercambio de señales.
- Está implicada en el control y desarrollo de la división celular.
- Participa en los procesos de inmunidad celular.
- La membrana está relacionada con la captación de partículas (endocitosis) y con la excreción de sustancias al exterior (exocitosis).
Transporte de Moléculas a Través de la Membrana
Las membranas celulares son semipermeables, permitiendo el paso de determinadas moléculas o iones y restringiendo el de otros. Así, algunas moléculas no polares de pequeño tamaño, moléculas polares sin carga o solubles en lípidos pueden atravesar la membrana libremente, mientras que otras, como los ácidos orgánicos, aminoácidos y otros iones, no lo hacen tan fácilmente.
Según el gasto energético implicado en el proceso, se distinguen dos tipos principales de transporte: transporte pasivo y transporte activo.
Organización Celular: Procariotas y Eucariotas
Características Generales de la Célula Procariota
Las células procariotas presentan tres características diferenciales fundamentales:
- Presenta, en la mayoría de los casos, una pared celular de composición química exclusiva de este grupo de organismos.
- Ausencia de orgánulos rodeados de membrana, lo que implica que no poseen un núcleo verdadero.
- Su pequeño tamaño, que se sitúa entre 2-10 µm de longitud y 0.5-1 µm de diámetro.
Pared Celular Procariota
Composición de la Pared Celular Procariota
La composición química de la pared celular varía con los grupos, siendo de naturaleza mureínica en las eubacterias y de composición química variable en las arqueobacterias. Dentro de las eubacterias, las Gramnegativas muestran una compleja estructura multilaminar compuesta por varias capas.
Funciones de la Pared Celular Procariota
- Mantiene la forma de la célula y previene la lisis osmótica.
- Posee componentes con capacidad antigénica, por ejemplo, los ácidos teicoicos.
- Regula el intercambio con el exterior, principalmente la membrana externa de las paredes gramnegativas.
- Proporciona cargas negativas a la superficie celular.
Orgánulos Celulares Eucariotas y sus Funciones
Retículo Endoplasmático
El retículo endoplasmático es un complejo sistema de membranas, compuesto por sáculos y túbulos aplanados conectados entre sí, que delimitan un espacio interno denominado lumen. A su vez, está comunicado con el sistema de Golgi y con la membrana nuclear externa.
Función General del Retículo Endoplasmático
Su función se centra en la síntesis de proteínas y lípidos para la secreción o para la renovación de las estructuras celulares.
Tipos de Retículo Endoplasmático
Se distinguen dos tipos de retículo endoplasmático:
Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)
Consiste en participar activamente en la síntesis de proteínas que se almacenan en el retículo y son transportadas desde él hacia otros orgánulos.
Retículo Endoplasmático Liso (REL)
Entre las principales funciones que desempeña el REL destacan:
- Síntesis de lípidos y derivados lipídicos.
- Detoxificación.
- Contracción muscular.
Complejo de Golgi
Está formado por los dictiosomas, un conjunto de sáculos o cisternas apilados y relacionados entre sí que aparecen rodeados de pequeñas vesículas membranosas.
Estructura y Polaridad del Complejo de Golgi
Este complejo presenta polaridad, ya que en los dictiosomas se diferencian dos caras con distinta estructura y función:
- La cara de formación (cara cis).
- La cara de maduración (cara trans).
Funciones del Complejo de Golgi
- Modificación de proteínas sintetizadas en el RER.
- Secreción de proteínas.
- Participa en la formación de la pared celular vegetal y del glicocálix en las células animales.
- Interviene en la génesis de los lisosomas.
Lisosomas
Son pequeñas vesículas que contienen una gran variedad de enzimas hidrolíticas implicadas en los procesos de digestión celular. Estas hidrolasas son muy variadas y tienen una actividad óptima a pH ácido, desempeñando la membrana del lisosoma un importante papel para el correcto funcionamiento del orgánulo.
Tipos de Lisosomas
Se distinguen dos tipos de lisosomas:
- Los primarios: proceden del complejo de Golgi y son de reciente formación.
- Los secundarios: se forman tras la fusión de varios lisosomas primarios a una vesícula de mayor tamaño, y en ellos tienen lugar diversos procesos de digestión celular.
Funciones de los Lisosomas en la Digestión Celular
Los lisosomas participan activamente en los procesos de digestión celular, clasificándose según el papel que desempeñan en:
- Fagolisosomas o vacuolas digestivas.
- Autofagolisosomas.
- Cuerpos multivesiculares.
Mitocondria
Son orgánulos en los que se realiza el metabolismo respiratorio aerobio, cuya finalidad es la obtención de energía. Están presentes en la mayoría de las células eucariotas. Presentan forma y tamaño variable, aunque generalmente son cilíndricas con los extremos redondeados y tienen un diámetro de 0.5 a 1 µm. Las mitocondrias se dividen de forma independiente en el interior de la célula, bien por bipartición, estrangulación o gemación.
Estructura de la Mitocondria
Las mitocondrias constan típicamente de los siguientes elementos:
- Membrana mitocondrial externa.
- Espacio perimitocondrial.
- Membrana mitocondrial interna.
- Matriz mitocondrial.
Función de las Mitocondrias: Obtención de Energía
La función principal de las mitocondrias, obtener energía para la célula, está compartimentalizada entre la matriz mitocondrial y la membrana mitocondrial interna:
Procesos en la Matriz Mitocondrial
- La oxidación de los ácidos grasos y la descarboxilación del ácido pirúvico.
- El ciclo de Krebs.
- La síntesis de proteínas mitocondriales.
Procesos en la Membrana Mitocondrial Interna
En la membrana mitocondrial interna se realiza la fosforilación oxidativa.
Cloroplastos y Otros Plastos
Los cloroplastos forman parte de un conjunto de orgánulos característicos de las células eucariotas vegetales que se denominan plastos o plastidios.
Tipos de Plastos
- Los cloroplastos: orgánulos de color verde relacionados con el metabolismo fotosintético.
- Los cromoplastos: contienen numerosos pigmentos carotenoides responsables del color de frutas y verduras.
- Los leucoplastos: son incoloros y su función consiste en almacenar sustancias de reserva como almidón y grasas.
Estructura y Fases de los Cloroplastos
Los cloroplastos aparecen en número y forma variable, y su tamaño oscila entre 2 y 10 µm. Se originan tanto por división de cloroplastos preexistentes como a partir de la evolución de proplastos en presencia de la luz.
Poseen una peculiar estructura que consta de:
- Envoltura.
- Estroma.
- Tilacoides y grana.
En el proceso de fotosíntesis, que ocurre en los cloroplastos, se distinguen dos fases:
- Fase lumínica.
- Fase oscura.
También en el estroma se produce la biosíntesis de ácidos grasos, la asimilación de nitratos o sulfatos, y la síntesis de proteínas codificada por el ADN plastídico.
El Núcleo Celular y la Teoría Celular
El Núcleo Mitótico
Las características más destacadas del núcleo mitótico son la estructuración y condensación de la cromatina, pudiendo observarse los cromosomas al microscopio óptico. Estos son de tamaño y número variable (según la especie), presentando un juego de cromosomas en los organismos haploides (n), dos cromosomas iguales de cada tipo en los diploides (2n) y más de dos cromosomas de cada tipo en los poliploides.
Teoría Celular: Antecedentes y Postulados Fundamentales
Los principales postulados de la teoría celular son:
- La célula es la unidad de estructura de los seres vivos, es decir, todos los organismos están formados por una o más células (seres unicelulares y pluricelulares, respectivamente).
- La célula es la unidad de función de los seres vivos, es decir, las células realizan todas las reacciones químicas necesarias para el mantenimiento de la vida.
- Las células provienen de otras células, es decir, cualquier célula se origina por división de otra preexistente.
- La célula es la unidad genética de los seres vivos, es decir, las células contienen la información hereditaria de los organismos que forman, y dicha información se transmite de la célula madre a las hijas.
Por tanto, la Teoría Celular puede resumirse en la siguiente frase:
«La célula es la unidad morfológica, fisiológica y genética de los seres vivos».
De acuerdo con la Teoría Celular, todos los seres vivos están constituidos por células, de modo que la clasificación actual de los mismos en cinco Reinos (Moneras, Protoctistas, Hongos, Plantas y Animales) se basa en su organización celular y en su tipo de nutrición.
Componentes del Citoplasma Procariota
El Citoplasma
El citoplasma está formado por una matriz gelatinosa con un alto contenido en agua, el protoplasma. En él se encuentran inmersos los ribosomas 70S, diversas proteínas y enzimas, así como una gran variedad de inclusiones de diversa naturaleza y función, según los distintos tipos celulares.
El Nucleoide
En la célula procariota, el material genético se encuentra en el nucleoide, una zona de aspecto fibrilar situada en la región central del citoplasma. Esta zona no está protegida por una membrana nuclear, y en ella se encuentra un único cromosoma formado por ADN bicatenario, circular y muy plegado con la participación de ciertas proteínas distintas de las histonas.