TEMA 2. LA CÉLULA

TEMA 2. LA CÉLULA

1. EL NIVEL CELULAR

La célula es la unidad básica, estructural y funcional de los organismos vivos. Todas ellas están delimitadas por una membrana plasmática que las envuelve y separa del medio externo. En su interior poseen una serie de orgánulos cada uno con una función específica. El tamaño, forma y componentes estructurales variará en función de su especialización funcional, así las células que tienen las mismas especializaciones forman parte de un mismo tejido.

Estructura de la célula

Las células están inmersas en un medio llamado matriz extracelular, formado por una red de polisacáridos y proteínas que rodean a las células.

Esta sustancia fundamental está formada por agua y proteoglicanos. Según el tejido, la matriz tiene un tipo diferente de proteoglicanos, formados en su mayoría por glucosaminoglicanos, el más abundante es el ácido hialurónico. Las proteínas fibrosas pueden tener una función estructural como es el caso de la elastina y el colágeno o de unión como la fibronectina

La matriz extracelular

2. LA MEMBRANA PLASMÁTICA

La membrana plasmática es una fina envoltura que rodea a la célula cuya función, entre otras, es el transporte de moléculas de un lado a otro de la célula, actuando como un filtro muy selectivo. La composición de la membrana está formada por:

- Fosfolípidos que se disponen de manera natural con el extremo hidrófilo hacia afuera y la parte hidrófoba hacia dentro, formando una bicapa.

- Proteínas intercaladas entre los fosfolípidos, algunas transmembranales, formando canales de paso de transporte de sustancias; otras periféricas, que actúan de receptores y marcan la identidad de la célula.

- Colesterol, molécula plana y rígida que hace que las membranas sean menos fluidas.

El glucocálix

Además de las funciones anteriormente descritas de la glucocálix, las funciones más importantes son:

- Delimitar el interior de la célula del medio externo.

- Producir un gradiente electroquímico que regula el paso de sustancias hacia el interior.

- Facilitar la adhesión a la matriz extracelular y la comunicación entre células.

- Permitir el paso de sustancias hidrosolubles a través de los canales formados por las proteínas.

- Participar en la división celular o citocinesis.

Funciones de la membrana plasmática

3. El citoplasma

Los ribosomas Los ribosomas son las máquinas moleculares responsables de la síntesis de proteínas. Un ribosoma está formado por ARN y proteínas; cada ribosoma consta de dos unidades de diferente tamaño, conocidas como subunidad mayor y subunidad menor, con una cadena de ARN comprimida entre ambas. En cada célula hay miles de ribosomas y pueden encontrarse en la cara externa de la membrana nuclear, libre en el citoplasma o unidos al retículo endoplasmático.

Los ribosomas

El retículo endoplasmático (RE) desempeña un papel clave en la modificación de proteínas y la síntesis de lípidos, además de la renovación de las membranas celulares. Consta de una red de túbulos membranosos y sacos aplanados. Los sáculos y los túbulos del RE son huecos y el espacio en su interior se llama lumen.

El retículo endoplasmático rugoso, obtiene su nombre de los ribosomas adheridos a su superficie citoplasmática.

El RE liso sintetiza hormonas lipídicas y colesterol, y está implicado en el almacenamiento del calcio, la detoxificación y la glucogenólisis.

El sistema de endomembranas

El aparato de Golgi es un orgánulo formado por discos membranosos aplanados cuya función es clasificar y etiquetar los lípidos y proteínas en las vesículas de transporte para que lleguen al lugar correcto. El lado receptor del aparato de Golgi se llama la cara cis, y el lado opuesto se llama la cara trans. Las vesículas de transporte que provienen del RE, viajan a la cara cis, se fusionan con ella y vacían su contenido en el lumen del aparato de Golgi.

A medida que las proteínas y lípidos viajan a través del Golgi, pueden sufrir modificaciones adicionales. Se pueden agregar o eliminar cadenas cortas de azúcares o agregar grupos fosfato a manera de etiqueta. Finalmente, las proteínas modificadas se clasifican, y se introducen en vesículas que brotan del lado trans del aparato de Golgi. Algunas de estas vesículas entregan su contenido a otras partes de la célula donde este será utilizado, como sería un lisosoma o una vacuola. Otras se fusionan con la membrana plasmática y entregan las proteínas unidas a la membrana plasmática o liberan las proteínas fuera de la célula.

El aparato de Golgi

Las células que secretan proteínas -como las células de las glándulas salivales que secretan enzimas digestivas, o las células del sistema inmunológico que secretan anticuerpos, tienen muchos aparatos de Golgi.

El lisosoma es un orgánulo que contiene enzimas digestivas y funciona como la instalación de reciclaje de los orgánulos de una célula animal. Rompe las estructuras viejas e innecesarias para que sus moléculas se puedan reutilizar. Los lisosomas también pueden digerir partículas extrañas que ingresan a la célula desde el exterior. Como ejemplo, consideremos un tipo de glóbulo blanco llamado macrófago, que es parte del sistema inmunológico humano. En un proceso conocido como fagocitosis, una sección de la membrana plasmática del macrófago se invagina, se pliega hacia adentro, para engullir un patógeno, como se muestra a continuación.

Los lisosomas

Orgánulos energéticos

Las mitocondrias

El peroxisoma

El citoesqueleto

El núcleo es una de las estructuras que caracteriza a las células eucariotas. Es el compartimento donde se encuentra el ADN y toda la maquinaria necesaria para transcribir su información a ARN. Consta de una membrana nuclear, que delimita una matriz nuclear o nucleoplasma en el cual encontramos la cromatina y el nucléolo.

El núcleo

Transporte de sustancias activas a través de la membrana

En el caso de moléculas más grandes los transportes anteriores no se pueden llevar a cabo y, se necesitan otros métodos que requieren la implicación activa de la membrana plasmática. Los dos procesos son:

- Endocitosis: como su nombre indica endo- hacia dentro y citos- célula, consiste en el procedimiento mediante el cual las macromoléculas entran dentro de la célula. Para que esto suceda la membrana plasmática engloba la macromolécula formando de esta manera una vesícula. Esta vesícula travesará la membrana sin ningún problema y llegará al citoplasma. De endocitosis se pueden diferenciar dos tipos en función del tamaño de la sustancia: la pinocitosis en el caso de macromoléculas pequeñas y la fagocitosis en el caso de moléculas grandes.

- Exocitosis: en este caso exo- significa afuera, con lo cual será el proceso inverso, es decir, una vesícula contendrá una sustancia que se expulsará al exterior de la célula.

Transporte de macromoléculas

Fases del ciclo celular

El ciclo celular se puede considerar como una sucesión de etapas por las que transcurre una célula. Una célula "nace" a partir de la división de una predecesora, pasa por una serie de etapas donde crece, replica su ADN, duplica su tamaño y, por último, se divide para dar dos células hijas. Muchas células, sin embargo, no se dividirán nunca, como las neuronas, y otras nacerán de la fusión de dos células, como ocurre cuando se fusionan dos gametos para dar un zigoto y crear un organismo nuevo. Hay dos tipos principales de células: las células somáticas y las células germinales. Cada célula somática o germinal puede proliferar y terminar su ciclo celular dividiéndose y convirtiéndose en dos células hijas con la misma dotación génica que su antecesora por un proceso denominado mitosis. Sin embargo, las células germinales pueden dar también gametos, cuya dotación genética es la mitad de la célula predecesora. El proceso por el cual hay esta división de la información genética se denomina meiosis, mediante el cual se consiguen cuatro gametos haploides(n) a partir de una célula germinal diploide(2n).

El ciclo celular contiene dos fases fundamentales, la de división o Mitosis (fase M) y la de reposo o Interfase, en la que se distinguen tres períodos: G1, S, G2 (la letra G significa intervalo o "gap", la S síntesis).

La fase G1 es la primera por la que pasa una célula. Es la etapa más larga y más variable, y en ella se produce crecimiento celular (síntesis de proteínas y de otras moléculas) hasta alcanzar el tamaño óptimo. Existe un sistema molecular, que impide que la célula comience la siguiente etapa, fase S, si no se han alcanzado un tamaño adecuado o tiene el ADN dañado.

No todas las células de un organismo adulto proliferan continuamente, sino que la mayoría detienen el ciclo celular para realizar una función en el organismo, reparar errores, para quedar estáticas por un tiempo, o para morir. En este caso, las células abandonan el ciclo celular en la fase G1 y se dicen que pasan a la fase G0. Es el caso de las neuronas y de las fibras musculares estriadas.

En la fase S o de síntesis se duplica el ADN.

La fase G2 es la segunda etapa de crecimiento, más breve que la G1, en la que además se sintetizan productos necesarios para la siguiente etapa, la fase M, en la que se producirá la división celular

La fase G1 es la primera por la que pasa una célula. Es la etapa más larga y más variable, y en ella se produce crecimiento celular (síntesis de proteínas y de otras moléculas) hasta alcanzar el tamaño óptimo. Existe un sistema molecular, que impide que la célula comience la siguiente etapa, fase S, si no se han alcanzado un tamaño adecuado o tiene el ADN dañado.

No todas las células de un organismo adulto proliferan continuamente, sino que la mayoría detienen el ciclo celular para realizar una función en el organismo, reparar errores, para quedar estáticas por un tiempo, o para morir. En este caso, las células abandonan el ciclo celular en la fase G1 y se dicen que pasan a la fase G0. Es el caso de las neuronas y de las fibras musculares estriadas.

En la fase S o de síntesis se duplica el ADN.

La fase G2 es la segunda etapa de crecimiento, más breve que la G1, en la que además se sintetizan productos necesarios para la siguiente etapa, la fase M, en la que se producirá la división celular

Las células del cuerpo humano son células eucariotas, con una estructura básica formada por:

- Una membrana plasmática: que delimita la célula y controla lo que entra y lo que sale de ella. Está formada por una bicapa lipídica en la que se encuentran proteínas y otras moléculas.

- Un citoplasma, en el que se encuentran los distintos orgánulos celulares inmersos en un fluido acuoso denominado citosol.

- Un núcleo, que contiene la información genética de la célula y está rodeado también por la llamada membrana nuclear

La cara externa de la membrana plasmática está formada por una cubierta de polisacáridos denominada glucocálix, con un grosor diferente en función del tipo de célula, en el caso de las células del tejido conectivo alcanza un gran espesor, mientras que en el caso de los enterocitos es una capa muy delgada.

Las principales funciones son:

- Reconocimiento celular.

- Anclaje y orientación de proteínas de la matriz extracelular.

- Dar carga negativa a la superficie y unir calcio.

- Protección.

El citoplasma es todo el material contenido entre la membrana plasmática y la membrana nuclear. En él se encuentran los orgánulos celulares, así como el citoesqueleto de la célula, inmersos en un fluido acuoso llamado citosol. Los orgánulos celulares que se encuentran dentro del citoplasma son:

- Ribosomas.

- Orgánulos membranosos: retículo endoplasmático, aparato de Golgi, lisosomas.

- Orgánulos energéticos: mitocondrias, peroxisomas.

- Citoesqueleto.

Son los orgánulos de las células eucariotas encargados de la obtención de energía mediante la respiración celular.

Las principales funciones de las mitocondrias son:

- La función primaria de las mitocondrias es la producción de ATP, que es el combustible de la mayoría de los procesos celulares.

- Pero también llevan a cabo parte del metabolismo de los ácidos grasos mediante un proceso denominado β-oxidación y actúan como almacén de calcio.

- Síntesis de lípidos, junto con el Retículo endoplasmático Liso, como el cortisol y la aldosterona.

- Síntesis del grupo hemo de la hemoglobina.

Los peroxisomas son orgánulos con sus propias características y papel en la célula eucariota, están delimitados por una membrana y tienen una función eminentemente metabólica. A veces presentan inclusiones cristalinas en su interior debido a la gran cantidad de enzimas que llegan a contener.

Las enzimas rompen los ácidos grasos y aminoácidos, y también eliminan la toxicidad de algunas sustancias que entran al cuerpo.

El alcohol, por ejemplo, es convertido en una sustancia menos tóxica por los peroxisomas de las células hepáticas.

Los peroxisomas son orgánulos con sus propias características y papel en la célula eucariota, están delimitados por una membrana y tienen una función eminentemente metabólica. A veces presentan inclusiones cristalinas en su interior debido a la gran cantidad de enzimas que llegan a contener.

Las enzimas rompen los ácidos grasos y aminoácidos, y también eliminan la toxicidad de algunas sustancias que entran al cuerpo.

El alcohol, por ejemplo, es convertido en una sustancia menos tóxica por los peroxisomas de las células hepáticas. Las funciones de los peroxisomas son:

- El metabolismo de lípidos de cadena larga, así como de purinas.

- La detoxificación celular

El interior de la célula eucariota posee una organización interna estructural y funcional establecida por una serie de filamentos proteicos que forman un entramado resistente y dinámico que se extiende a través del citoplasma, sobre todo entre el núcleo y la cara interna de la membrana celular, aunque también en el interior del núcleo. A este conjunto de filamentos se le denomina citoesqueleto.

Las funciones del citoesqueleto en las células eucariotas son:

- Dotar de movilidad a las células.

- Establecer la forma celular y poder cambiarla.

- Establecer la polaridad de algunas células.

- La disposición adecuada de los orgánulos.

- La comunicación entre los orgánulos.

- Los procesos de endocitosis, exocitosis y transporte de vesículas.

- La división celular (tanto meiosis como mitosis).

- Lugar de anclaje de moléculas y orgánulos.

- Resistir presiones mecánicas y reaccionar frente a deformaciones

La membrana citoplasmática envuelve a la célula para protegerla, pero también permite el intercambio de sustancias tanto de fuera hacia adentro como al revés. En función de las características de la sustancia que deba travesar la barrera se realizará un tipo de transporte u otro. Los dos grandes tipos son: el transporte pasivo y el transporte activo.

El transporte pasivo es un tipo de transporte que no necesita energía celular para que las sustancias pasen a través de la membrana citoplasmática, ya que este proceso de transporte se produce a favor de gradiente de concentración, es decir de menos a más siempre.

De transporte pasivo hay 3 tipos:

la difusión,

la filtración y

la osmosis.

- Difusión: la difusión es el paso de partículas a través de la membrana plasmática des del área de mayor concentración al área de menor concentración. Este proceso se puede realizar mediante difusión simple o difusión facilitada.

- Difusión simple: es la que realizan las moléculas apolar o las moléculas polares no iónicas de tamaño reducido. Este tipo de moléculas pasan rápidamente a través de la bicapa lipídica.

- Difusión facilitada: los iones y la mayor parte de moléculas polares no puedes travesar la bicapa lipídica directamente ya que son repelidas por los fosfolípidos que la conforman, por eso en estos casos la difusión se realiza mediante las proteínas transmembranas. Hay dos tipos de proteínas: las proteínas en canal o las proteínas transportadoras específicas.

- Filtración: paso de partículas pequeñas de soluto de la parte con mayor presión a la parte de menor presión.

- Osmosis: es el paso de agua a través de una membrana selectivamente permeable y depende del gradiente de concentración de soluto. Hacia donde se dirija el agua habrá un aumento de volumen.

El transporte activo es el que necesita la aportación de energía ya que siempre se produce contra gradiente. Van del sitio donde hay menos cantidad al sitio donde hay más.