Fundamentos de la Célula y Teoría Celular

1. Concepto de Célula y Teoría Celular

Concepto de célula

Se describe a la célula como un organismo en el que las acciones integradas de los genes producen grupos de proteínas determinadas que, junto con otras moléculas, constituyen las estructuras características que llevan a cabo actividades relacionadas con la cualidad de la vida: crecer, reproducirse, responder a estímulos y comunicarse con el entorno.

Teoría celular

Se descubrió, gracias al microscopio, una estructura de una laminilla de corcho, compuesta por celdillas.

• Cada célula es la unidad estructural y funcional de todos los seres vivos.
• Toda célula procede de otra célula preexistente.

2. Origen y Evolución Celular

La teoría endosimbiótica

Se denominó protobionte al antepasado de todos los organismos y representante de la unidad viviente más primitiva.

• Está dotada con mecanismos de transcripción y traducción genética.
• Surge en la evolución de las células procariotas (sin núcleo diferenciado). Posteriormente, aparecen las células eucariotas (con núcleo).
• Se propone que las células eucariotas se originaron a partir de una célula urcariota.

Las células procariotas serían precursoras de peroxisomas, mitocondrias y cloroplastos.

• Mitocondrias y cloroplastos tienen un tamaño similar a las bacterias, se reproducen por división y tienen su propio ADN.
• La célula eucariota adquirió capacidad respiratoria aerobia y capacidad fotosintética.
• La célula eucariota se formó por una endosimbiosis gracias a que el ADN mitocondrial y de los cloroplastos se incorporan al ADN de la célula huésped.

3. Tipos de Organización Celular

Células procariotas

Primera célula.

• Habitan en ambientes con condiciones extremas (elevada salinidad, elevada o baja Tª, acidez, etc.).
• Presentan: El citoplasma tiene dos regiones:
  • Nucleoide: material genético.
  • Ribosomas.
• Característica: tiene gran diversidad biológica.

Células eucariotas

Más compleja.

• La presencia de orgánulos citoplasmáticos provoca una compartimentación (división del territorio) de los orgánulos.
• La polaridad: ordenación específica que presentan los orgánulos en la célula (no todas presentan esta característica).

La Membrana Plasmática y el Sistema de Endomembranas

1. La Célula como Sistema de Membranas

Composición de la membrana plasmática

Lípidos:

• Fosfolípidos, esfingolípidos y esteroles (colesterol).
• Todos ellos poseen carácter anfipático. En medio acuoso forman bicapas y micelas.
• Distribución en la membrana: Asimétrica (zonas fluidas). Balsas lipídicas.
• La membrana no es una estructura estática (posibilidad de movimiento), proporciona fluidez o viscosidad.

Movimientos que pueden realizar los lípidos:

1. De rotación: giro de la molécula lipídica en torno a su eje de rotación. Es el más frecuente y responsable de los otros movimientos.
2. De difusión lateral: moléculas lipídicas pueden difundirse libremente de manera lateral dentro de la bicapa. Muy frecuente.
3. Flip-flop: movimiento de una molécula lipídica de una monocapa a otra gracias a una enzima llamada flipasa. Menos frecuente.

Proteínas:

• Dan funciones específicas a las membranas y son características de cada célula.
• Movimiento de difusión lateral: contribuyen a la fluidez de la membrana.
• Estructura globular. Se clasifican según su posición en la membrana.

Glúcidos:

• Localización: cara externa de la membrana plasmática formando el glicocálix.
• Funciones:
  1. Protege la superficie de la célula.
  2. Confiere viscosidad a las superficies celulares.
  3. Presenta propiedades inmunitarias.
  4. Fenómenos de reconocimiento celular.
  5. Reconocimiento y fijación de determinadas sustancias.

2. Estructura de la Membrana Plasmática

Modelo de mosaico fluido

Mosaico molecular formado principalmente por fosfolípidos, los cuales se encuentran distribuidos en forma de bicapa. Asimismo, en esta también hay proteínas. Ambas, proteínas y lípidos, cuentan con movimiento lateral, por eso mismo se denomina fluido.

3. Fisiología de la Membrana Plasmática

Funciones

• Mecanismos para transportar moléculas físicamente.
• Intercambio de sustancias.
• Reconocimiento de la información extracelular y su transmisión al medio intracelular.
• Reconocimiento y adhesividad celular.
• Puente entre el citoesqueleto y la matriz extracelular.

Receptores de membrana y Transducción de Señales

La transducción de señales es la respuesta de la célula a estímulos externos, posible gracias a moléculas situadas en la membrana denominados receptores de membrana.

• Receptores de membrana: de naturaleza proteica, reconocen de forma particular una determinada molécula-mensaje.
• Células diana: células dotadas con receptores de membrana.
• Primer mensajero: Al unirse a un receptor de membrana induce en este un cambio conformacional que activa el segundo mensajero con una señal.
• Segundo mensajero: Estimula o rebaja alguna actividad bioquímica.

4. Mecanismos de Transporte de Moléculas

Transporte pasivo

A favor de gradiente y sin consumo de energía.

• Difusión simple: Atraviesan las membranas sustancias solubles deslizándose entre los fosfolípidos, moléculas sin carga.
• Difusión facilitada: Determinada por proteínas de membrana.
  1. Proteínas canal: forman “canales acuosos” a través de la bicapa lipídica, que permiten el paso de sustancias con carga eléctrica, a favor de gradiente.
  2. Proteínas transportadoras: transportan moléculas polares. Siempre se produce a favor de gradiente electroquímico.

Transporte activo

Se realiza en contra de gradiente e implica el consumo de energía.

• Bomba sodio-potasio: En células animales, mantiene una elevada concentración de K+ en el medio interno y Na+ en el extracelular. Como es un transporte activo que está en contra del gradiente, necesita ATP.

Transporte de moléculas de elevada masa molecular

Tres mecanismos principales:

• Endocitosis: La membrana capta partículas del medio externo por medio de invaginaciones (deformaciones) en la que se engloba la partícula para ingerir, originándose una vesícula que encierra el material ingerido. Tipos: PINOCITOSIS, FAGOCITOSIS Y ENDOCITOSIS mediada por receptor.
• Exocitosis: Vesícula secretora que se fusiona con la membrana plasmática para descargar su contenido.
• Transcitosis: Transporte transcelular. La célula engloba la sustancia extracelular mediante una invaginación formando una vesícula (endocitosis) y expulsando la sustancia (exocitosis).

5. El Retículo Endoplasmático (RE)

Sistema membranoso que se extiende entre la membrana plasmática y la nuclear. El contenido líquido del citoplasma se divide en dos: Espacio luminal (interior RE) y el espacio citosólico (exterior RE).

Lleva ribosomas adheridos a la cara citosólica.

• Compuesto por cisternas: sacos aplanados. Su lumen se compone de material poco denso, pero también puede presentar inclusiones densas o cristales.
• El RER está más desarrollado en células de síntesis de proteínas.

Funciones del RER

• Síntesis y almacenamiento de proteínas.
• Glicosilación de las proteínas.

Estructura del RE Liso (REL)

Red tubular constituida por finos túbulos o canalículos interconectados. No lleva ribosomas adheridos.

Funciones del REL

• Síntesis de lípidos.
• Contracción muscular.
• Detoxificación.
• Liberación de glucosa.

6. El Aparato de Golgi (AG)

Forma parte del sistema de endomembranas y se encuentra en todas las células eucarióticas (excepto glóbulos rojos en mamíferos). Localización relativamente fija.

Constitución

Dictiosomas, sistema membranoso formado por la agrupación de sacos aplanados y vesículas asociadas.

Ultraestructura

• Vesícula de transición.
• Cara cis (proximal).
• Cara trans (distal).
• Vesícula secretora.

Funciones

• Mecanismo de transporte golgiano.
• Modificación de lípidos y proteínas.
• Formación del tabique telofásico en células vegetales.
• Formación de los lisosomas primarios.

7. Lisosomas, Peroxisomas y Vacuolas

Estructura y función de los Lisosomas

Alrededor de 50 enzimas hidrolíticas, degradan polímeros biológicos. Son hidrolasas ácidas, por tanto, tienen una actividad óptima a pH bajo.

• Degradan el material captado con endocitosis y dirigen por autofagia materiales de la célula que ya hayan cumplido su función biológica.
• Forman vesículas que se forman directamente en el aparato de Golgi, denominados lisosomas primarios.
• Se incorpora el material por endocitosis formando una vesícula endocítica o fagosoma.
• El lisosoma primario se fusiona, formando un lisosoma secundario. Las enzimas hidrolíticas degradan sustancias para que sean utilizadas por la célula.

Estructura y función de los Peroxisomas

Enzimas implicadas en distintas rutas metabólicas.

• Llevan a cabo reacciones de oxidación gracias a las oxidasas (sustrato).
• Pueden oxidar ácidos grasos y aminoácidos.

Estructura y función de las Vacuolas

Orgánulos a modo de cisterna. Consta de un tonoplasto (membrana).

• Mantenimiento de la turgencia celular.
• Digestión celular.
• Almacenamiento de sustancias diversas.

8. Las Mitocondrias

Ultraestructura

• Matriz mitocondrial.
• Membrana mitocondrial interna/externa.
• Cámara externa (Espacio intermembrana).
• Partículas elementales (ATP sintasas).

Funciones

• Interviene en la respiración celular.
• En ellas se sintetizan proteínas.

9. Los Plastos

Poseen pigmentos y tienen capacidad para sintetizar y acumular sustancias de reserva.

• Leucoplastos: carecen de pigmento y almacenan diversas sustancias.
• Cromoplastos: pigmento en su interior que les da color. Cloroplastos (color verde) y rodoplastos (color rojo).

Ultraestructura

• Tilacoides.
• Membrana externa/interna.
• Sacos estromáticos.
• Estroma.
• Espacio intermembranoso.

Funciones

• Fotosíntesis.
• Biosíntesis de ácidos grasos.
• Reducción de nitratos a nitritos.

Hialoplasma, Citoesqueleto y Estructuras No Membranosas

1. El Hialoplasma o Citosol

Estructura y composición

En las células eucariotas, el citosol ocupa un volumen de entre el 50% y el 80%.

• Tras la centrifugación, en la parte superior de los tubos se obtiene un sobrenadante.
• El citosol es acuoso (70% y 80% de agua), el resto es de naturaleza proteica.
• Dos estados físicos: estado gel (viscoso) y estado sol (consistencia fluida).

Funciones

• Ayuda en la glucólisis y la fermentación.
• Es un regulador del pH intracelular.

2. El Citoesqueleto

Microfilamentos de actina

La actina puede encontrarse en dos formas:

• Actina G: proteína globular asociada a la profilina, que evita su polimerización.
• Actina F: polímero constituido por dos hebras de actina G.
• Funciones: contracción muscular, formación del esqueleto mecánico de las microvellosidades, citocinesis celular, movimiento ameboide.

Filamentos intermedios

Estructuras formadas por proteínas fibrosas. Se pueden agrupar en tres clases:

• Filamentos de queratina.
• Neurofilamentos.
• Filamentos de vimentina, desmina y GFAP.
• Funciones: estructurales y mantenimiento de la forma celular.

Microtúbulos

Constituidos por trece subunidades, formadas por la tubulina (proteína): α-tubulina y β-tubulina.

• Funciones: organización del esqueleto celular, formación del huso mitótico, transporte intracelular y constitución de estructuras.

3. Centrosoma

Estructura y composición

Formado por 2 centriolos. Sus paredes están constituidas por 9 grupos de 3 microtúbulos o tripletes: Microtúbulo A (completo con 13 protofilamentos, el más cercano al eje cilíndrico), Microtúbulo B (en medio del eje cilíndrico) y C (más alejado del eje cilíndrico). B y C están incompletos con 10 protofilamentos.

Origen y función

Los centriolos intervienen en la formación de nuevos centriolos y corpúsculos basales de los cilios.

4. Cilios y Flagelos

Ultraestructura

Formados por un tallo, una zona de transición, corpúsculo basal y raíces ciliares.

Funciones

Ayudar a la movilidad de la célula a través de un medio líquido.

5. Ribosomas

Están formados por ARN ribosómico y proteínas. Se pueden encontrar:

• Libres en el citoplasma.
• Adheridos a la capa externa del RER o a la membrana nuclear externa.
• En la matriz de las mitocondrias.

Estructura

Compuestos por 2 subunidades:

• En células procariotas, los ribosomas (70 S) están compuestos por una subunidad mayor (50 S) y una menor (30 S).
• En células eucariotas, los ribosomas (80 S) están compuestos por una subunidad mayor (60 S) y una menor (40 S).

Funciones

Síntesis de proteínas, que acoplan los aminoácidos unos con otros en un orden específico.

6. Pared Celular

Composición

Compuesta por polisacáridos.

Estructura

Lámina media, pared primaria y secundaria (se produce cuando la célula madura y finaliza el crecimiento).

Funciones

Constituye el exoesqueleto que protege la célula y le da forma, e interviene activamente en la conservación de la presión osmótica intracelular.