Las células

La célula es la estructura fundamental de todos los seres vivos. Está formada por el citoplasma, delimitada por una membrana llamada membrana plasmática y que contiene por lo menos una molécula de DNA (donde se encuentra la información genética) y las enzimas necesarias para su acrecimiento y multiplicación. Existen dos tipos de células, procariota y eucariota.

El descubrimiento de la célula fue realizado por Robert Hooke, en 1665 al observar en una pared de corcho al microscopio. Al ver la pared, observó celdillas o células que se correspondían con las paredes celulares muertas.

Tras el descubrimiento de la célula, la investigación en biología se vio radicalmente cambiada y potenciada formulándose la teoría celular como parte fundamental de la biología que explica la constitución de los seres vivos.

Teoría celular

El concepto moderno de teoría celular se puede resumir en los siguientes principios:

1. La célula es la unidad estructural de la materia viva y todos los seres vivos por lo que todos estos están formados por células. La célula es la unidad fisiológica de la vida.
2. El desarrollo de las funciones vitales de los seres vivos se producen dentro de la célula.
3. Las células provienen de células preexistentes.

La célula procariota

La membrana plasmática de las células procariotas está formada por ..lípidos, proteínas complejas, enzimas…

La función más importante de la membrana plasmática como también en las células eucariotas, es de controlar la composición de los líquidos intracelulares a través del transporte de los iones y moléculas desde el exterior de la célula y viceversa.

El material genético es formado por una sola molécula de DNA que no está delimitado por ninguna estructura como sucede en la célula eucariota con el núcleo. Dentro de las células procariotas, el DNA se compacta en una estructura que se llama nucleoide. El DNA del nucleoide está conectado a la membrana plasmática a través de los mesosomas.

Los organismos procariotas, habiéndose desarrollado en ambientes anaeróbicos, tienen unos procesos metabólicos muy complejos, como por ejemplo la glícólisis (o glucólisis). Esta consiste en la degradación de la glucosa en condiciones anaeróbicas, y está presente en todas las células donde se produce la síntesis del ATP, fuente importante de energía química.

La célula eucariota

La célula eucaroita es mucho más compleja que la procariota ya que además de diferenciarse estructuralmente también se encuentran muchos más orgánulos celulares que en la célula procariota.

La membrana celular

La célula eucariota, está formada por una membrana plasmática, que rodea la célula y está formada por fosfolípidos y se organiza en dos capas. Cada molécula de fosfolípido consiste en dos colas hidrófobas y una cabeza hidrófila, siendo, por lo tanto una molécula anfipática. Esta membrana, llamada también membrana celular, define los límites de la célula y asegura la retención de su contenido. Los fosfolípidos se orientan en la doble capa de manera que las colas hidrófobas de cada molécula miran hacia el interior. La cabeza hidrófila, mira hacia el exterior. La doble capa lipídica es la unidad estructural básica de todas las membranas y sirve como barrera de permeabilidad para la mayoría de las sustancias hidrosolubles.

Las proteínas de membrana tienen partes hidrófobas e hidrófilas. La parte hidrófoba se localiza hacia el interior, mientras que las regiones hidrófilas se localizan hacia el exterior de la membrana, por lo que se llaman glicoproteínas. Podemos distinguir las proteínas integrales y las periféricas. Las primeras son las proteínas que atraviesan la membrana. Como he explicado antes, hay dos grupos R polares, zona de la proteína que está fuera de la bicapa (enlace hidrófilo), mientras los grupos R apolares, zona de la proteína que está a contacto con la bicapa (enlace hidrófobo).

Las proteínas periféricas, son aquellas que no atraviesan la membrana. Estas proteínas están unidas a las cabezas polares de los fosfolípidos (enlace iónico/hidrófilo). Las características principales son por ejemplo la fluidez. Las funciones principales son varias como:

• favorecer permeabilidad selectiva (transporte), como las proteínas canal, carrier, bomba
• dar especificidad a cada célula,
• reconocimiento y adhesión,
• recepción y transmisión de señales,
• función enzimática
• y por ultimo un puente estructural entre el citoesqueleto y la matriz extracelular.

Transporte celular

La doble capa lipídica es impermeable a los iones y moléculas polares, como O2, CO2, N2, y ácidos grasos. Para poder transportar estas moléculas hacia el interior o exterior de la membrana celular, existen dos tipos de transportes:

1. Transporte pasivo
2. Transporte activo.

El primero (transporte pasivo) se basa en la diferencia de concentración de las sustancias en el interior y exterior de la célula. Si la concentración es mayor en el interior de la célula, las moléculas se moverán hacia el exterior; viceversa.

En el segundo (transporte activo), las moléculas se mueven según gradiente de concentración, es decir de una zona de menos a mayor concentración. La membrana plasmática es una membrana semipermeable, no todas las moléculas pueden atravesarla, y esto puede condicionar la dirección del flujo de moléculas de agua. Este fenómeno es conocido mejor como osmosis.

La energía es necesaria para el transporte activo es mayor y la bomba más conocida es la de Na+ y K+. Los iones K+ están más concentrados en el interior de la celular y por eso intentan salir, mientras los iones Na+ están más concentrados en los líquidos extracelulares, intentan a entrar en las células, por eso todos los animales bombean contra los gradientes de concentración, el Na+ hacia el exterior y el K+ hacia el interior, es decir, sacan Na+ del interior de la célula e introducen K+ del exterior, cosa que va en contra del equilibrio osmótico. Eso es muy importante para poder mantener las condiciones de Na+ y K+ estacionarias, pero no en equilibrio.

Citoplasma de las células eucariotas

El citoplasma contiene los orgánulos celulares, formado por una sustancia llamada citosol. Este está formado por  unos filamentos proteicos que componen el esqueleto o citoesqueleto. Las fibras del citoesqueleto se extienden desde la membrana plasmática al núcleo. Aquí podemos distinguir tres tipos de filamentos: microtúbulos, microfilamentos, filamentos intermedios.

Núcleo de las células eucariotas

El núcleo se encuentra en el centro de la célula y es el centro de la información genética. Aquí se encuentra el DNA de los cromosomas. El núcleo está delimitado por dos membranas nucleares, interna y externa. El conjunto se llama envuelta nuclear. La envuelta nuclear  tiene muchas aberturas de tamaño pequeños, llamados poros, a través de los cuales se intercambian sustancias hidrosolubles.  Dentro del núcleo se encuentra el nucléolo, sede de la síntesis proteica, responsable de las subunidades de los ribosomas.

Mitocondrias y cloroplastos

El estudio de los orgánulos eucariotas empieza con la mitocondria. Está formada por dos membranas, una interna y otra externa. Aquí se verifican la mayoría de las reacciones químicas implicadas en la oxidación del azúcar.

El siguiente orgánulo que nos encontramos es el cloroplasto. Tiene tres membranas, la cual tiene una forma de sáculo aplanado, llamado tilacoide del estroma. Los cloroplastos son conocidos por la fotosíntesis. Otros orgánulos vegetales son los plastidios y tienen funciones diferentes en las células vegetales. Los cromoplastos, tienen unos pigmentos responsables de la coloración de las flores mientras los amiloplastos, tienen la función de almacenar el almidón.

Retículo endoplasmático

Extendiéndose a través del citoplasma se llega al  retículo endoplasmatico (RE). Consiste en un sistema de membranas tubulares y sacos aplanados. El espacio interno del RE se llama lumen. El RE puede ser rugoso o liso. Se llama rugoso, porque está salpicado de ribosomas. Estos ribosomas sintetizan las proteínas. Estas proteínas se insertan y se trasportan a través de la membrana del retículo. Posteriormente se dirigen hacia la superficie celular en un proceso complejo, que no implica solo al retículo endoplasmático rugoso sino también el aparato del Golgi y a las vesículas de secreción. El retículo endoplasmático liso, no interviene en la síntesis de las proteínas y es muy abundante en las células que producen esteroideos y lípidos.

Aparato de Golgi

El Aparato de Golgi está formado por vesículas aplanadas. Desempeña un papel importante en el procesamiento y empaquetamiento de las proteínas de secreción y en la síntesis de polisacáridos complejos. Estas proteínas se transportan a través de las vesículas de secreción, que veremos más delante. Aquí las proteínas se modifican hasta tener su aspecto final y es cuando se envían a comportamientos intracelulares como extracelulares. Las vesículas de secreción  se encargan del transporte de estas proteínas. Una vez procesadas en el aparato del Golgi, las proteínas de secreción se empaquetan en las vesículas de secreción. Por ejemplo las células del páncreas, contienen muchas de estas vesículas, dado que esta glándula es responsable de la síntesis de muchas enzimas digestivas. Las enzimas se sintetizan en el retículo endoplasmático rugoso, se empaquetan en el aparato del Golgi, y luego liberadas desde la célula en forma de vesículas de secreción.

Lisosomas y peroxisomas

Los lisosomas son orgánulos empleados por la célula como el lugar de almacenamiento de hidrolasas, enzimas capaces de digerir moléculas biológicas, tales como proteínas, hidratos de carbono o lípidos.

Otros orgánulos citoplasmáticos muy comunes son los peroxisomas que tienen forma de vesículas y contienen oxidasas y catalasas. Los peroxisomas están formados  por una membrana, la cual contiene una doble capa lipídica formada por diversas proteínas. En el interior se halla una matriz peroxisomal, que contiene proteínas de función enzimática. Estas enzimas catalizan muchas reacciones de síntesis y degradación de compuestos, de gran importancia metabólica. Los peroxisomas se encuentran en todos los tejidos, pero predomina en el hígado, en el riñón y en el cerebro durante el período de formación de la mielina (material que recubre las fibras nerviosas y forma la sustancia blanca cerebral). Tienen un papel esencial en el metabolismo lipídico, en especial en el acortamiento de los ácidos grasos de cadena muy larga, para su completa oxidación en las mitocondrias, y en la oxidación de la cadena lateral del colesterol, necesaria para la síntesis de ácidos biliares; también interviene en la síntesis de lípidos como el glicerol (fosfolípidos y triglicéridos) e isoprenoides.

Vacuolas

Las vacuolas son orgánulos citoplasmáticos rodeados de membrana y con un elevado contenido hídrico, en los que se acumulan diversas sustancias. Según la función que desempeñan, las vacuolas pueden ser vegetales, contráctiles y digestivas. Estas últimas, relacionadas con los procesos de endocitosis. Las células vegetales tienen una vacuola de gran tamaño, cuya membrana se llama tonoplasto, con un contenido liquido de naturaleza variable.

Las funciones del tonoplasto pueden ser variadas:

1. Contribuye al mantenimiento de la turgencia celular e incrementa la superficie de la célula, y por tanto, la capacidad de intercambio con el exterior.
2. Sirve de almacén de reserva para diversos iones, glúcidos, aminoácidos, proteínas, pigmentos y otras sustancias vegetales, así como para productos tóxicos y de desecho.
3. Contiene enzimas lisosómicas

La vacuola contráctil es un orgánulo membranoso de contenido acuoso, presente e gran cantidad de protistas, cuya función es la expulsión del agua que entra por ósmosis en el interior de la célula.

Ribosomas

Por último, pero no por eso menos importante son los ribosomas. Son orgánulos celulares intracitoplasmáticos compuestos por RNA y proteínas, que participan en la síntesis proteica.  Estos orgánulos están formados por dos subunidades: una subunidad grande, con 2-3 moléculas de RNA y proteínas, y una subunidad pequeña, con un solo tipo de RNA asociado a proteínas. Ambas unidades forman un surco, al que se asocia la proteína que se está sintetizando, y un segundo surco, en el que se aloja el RNA mensajero. A pesar de que su estructura y función son muy semejantes, los ribosomas de las células procariotas y eucariotas se diferencian por su coeficiente de sedimentación, como se indica en el siguiente esquema fig.2.

Fig.2. Diferencia entre procariota y eucariota.