Células Procariotas y Eucariotas

Los procariotas, como las bacterias y las cianobacterias, son seres unicelulares que carecen de membrana nuclear y presentan una sola cadena de ADN dispersa por el citoplasma. Las únicas estructuras presentes en su interior son los ribosomas. Presentan una envoltura celular compleja.

Los eucariotas, término aplicado a los protoctistas, hongos, vegetales y animales, son seres pluricelulares, con moléculas de ADN muy largas organizadas en cromosomas rodeados de una membrana nuclear. Poseen además gran abundancia de compartimientos internos rodeados por membranas donde se lleva a cabo diversidad de funciones.

La Membrana Plasmática

Estructura

Las moléculas que forman la membrana plasmática forman un mosaico fluido. Esta compuesta por una bicapa de lípidos (esfingolípidos, fosfolípidos y colesterol), entre la que se intercalan proteínas. Algunas atraviesan completamente esta bicapa y otras solo una parte. Ambas reciben el nombre de proteínas integrales. Las proteínas periféricas se encuentran en el exterior o interior de la membrana unidas a proteínas integrales o a otras moléculas. En el exterior de la membrana se disponen moléculas de oligosacáridos, unidas a componentes proteicos, componiendo el glicocálix (en la célula animal).

Lípidos

Los fosfolípidos son los lípidos más abundantes de la membrana plasmática. Son fosfoglicéridos, lo que significa que están formados por una molécula de glicerol unida a dos moléculas de ácido graso y a una molécula de fosfato. Habitualmente el fosfato está unido a otro radical más como etanolamina, serina y colina.

• Ácido fosfático – glicerol + ácidos grasos + grupo fosfato
• Fosfatidiletanolamina – etanolamina
• Fosfatidilserina – serina
• Fosfatidilcolina – colina

Se distribuyen de forma asimétrica: la mayor parte de las moléculas de la capa exterior tienen etanolamina y colina mientras que en la capa interna predomina la serina, otra asimetría son los oligosacáridos.

Son moléculas anfipáticas, puesto que la parte en la que se encuentran los ácidos grasos es apolar (hidrofóbica) mientras que el resto de la molécula es polar (hidrofílica).

Los esfingolípidos son derivados de la esfingosina que es un alcohol de cadena larga. Al igual que los fosfolípidos, son moléculas anfipáticas que se comportan del mismo modo dentro de la bicapa.

El colesterol se encuentra únicamente en las membranas de las células animales, no existe en vegetales ni procariotas. Es un esteroide que al igual que los demás lípidos posee una cabeza polar y una cola apolar, lo que hace que se integre perfectamente en la bicapa lipídica. Se encuentra en los espacios formados por la presencia de dobles enlaces en las colas hidrofóbicas, influye en rigidez de la membrana.

Proteínas

Se encuentran intercaladas en bicapa lipídica, a lo largo de la cual pueden desplazarse. El número de moléculas de proteínas es muy inferior al de lípidos, pero debido a su gran tamaño representan el 50% del peso de la membrana.

• Integrales: Pueden atravesar por completo la membrana (transmembrana) o ocupar una hemimembrana. Las proteínas transmembrana pueden efectuar un solo paso a través de la membrana o varios. La mayoría se encuentran unidas a los fosfolípidos mediante interacciones no covalentes.
• Periféricas: Están asociadas a la hemimembrana interna y externa.

Las proteínas desempeñan la mayor parte de las funciones de la membrana:

• Receptores: Existen proteínas que poseen centros específicos, los cuales se unen exclusivamente a moléculas concretas. La capacidad para reconocer a una molécula suele ser una condición imprescindible para que esta molécula pueda tener relación con la célula.
• Transportadores: Facilitan o realizan el tránsito de sustancias hacia el interior o exterior celular.
• Enzimas: Catalizan reacciones asociadas con la membrana
• Estructurales: Conectan la membrana celular con otras células adyacentes, con el citoesqueleto y con la matriz extracelular.

Glúcidos

Los glúcidos de la membrana se encuentran en la parte externa de la misma. La mayor parte son oligosacáridos y en algunas células polisacáridos. Se unen mediante enlaces covalentes a los lípidos y proteínas constituyendo los glucolípidos y proteolípidos. Intervienen en las siguientes funciones:

• Protección de lesiones mecánicas y químicas, sobre todo en células independientes, como las sanguíneas.
• Selección de sustancias que se van a incorporar a la célula. Contribuyen al reconocimiento y la fijación de sustancias que van a ser ingeridas
• Reconocimiento. La composición del glicocálix es utilizada por las células para establecer uniones intercelulares, lo que desempeña un importante papel durante el desarrollo embrionario. Esto le confiere además propiedades inmunitarias. Por ejemplo los antígenos celulares que ocasionan rechazo en los transplantes se encuentran en el glicocálix.

Transporte a Través de la Membrana Plasmática

Funciones de la Membrana Plasmática:

1. Intercambio de sustancias con el medio:
   • Transporte de sustancias entre el interior y el exterior (Activo y pasivo)
   • Endocitosis y exocitosis
2. Recepción y traducción de señales

Transporte Pasivo

• Sin gasto energético
• Espontáneo
• A favor del gradiente de concentración

Difusión Simple

• Paso de moléculas pequeñas, polares (O₂, N₂, CO₂) y no polares (H₂O, etanol y glicerol)
• No pueden pasar mediante este mecanismo las moléculas polares grandes como los monosacáridos o aminoácidos, ni los iones aunque sean pequeños, como Na⁺, K⁺, H⁺, Cl^–.

Difusión a Través de Proteínas de Canal

• Pasan moléculas polares e iones
• Sistema de apertura y cierre:
  • Unión con una molécula (ligando)
  • Cambios en el potencial de la membrana
  • Estrés (tensión mecánica)

Difusión Facilitada por Proteínas Transportadoras (Permeasas)

Son específicas para cada soluto, se unen a la molécula de una cara de la membrana y la liberan en la otra.

Transporte Activo

• Con gasto energético
• No es espontáneo
• En contra del gradiente de concentración, electroquímico
• Siempre intervienen proteínas
• Bombas de transporte acoplado
• Bombas impulsadas por ATP
• Bombas impulsadas por la luz

La Bomba de Na⁺-K⁺

La bomba sodio-potasio es uno de los transportadores activos más estudiados, se trata de un enzima presente en casi todas las membranas de las células animales. Entre sus funciones destacan: Primero la regulación del volumen celular (debido a su efecto osmótico), en segundo lugar la conducción de azúcares y aminoácidos hacia el interior de la célula y en tercer lugar el restablecimiento de la polaridad de la membrana durante la transmisión del impulso nervioso.

La bomba de sodio-potasio mantiene una concentración de K⁺ de 10 a 20 veces más alta en el interior que en el exterior. Esto hace que la concentración del Na⁺ sea más alta en el exterior que en el interior. Su actividad es permanente y funciona de forma cíclica. Como la concentración de Na⁺ es más elevada en el exterior de la célula, y el interior de la membrana es negativo, este entra libremente en la célula a favor del gradiente electroquímico, a través de las proteínas de canal. Una vez dentro, se une a un centro que presenta la bomba, lo que activa la ATPasa. El ATP se hidroliza y el fosfato se une a la proteína mediante un enlace rico en energía (fosforilación de la proteína). La fosforilación de la proteína provoca un cambio en la configuración de la proteína, que utiliza la energía que le aporta el enlace con el fosfato para que el Na⁺ se libere al exterior. Este cambio en la configuración de la proteína da lugar a la exposición de un centro específico para el K⁺, produciéndose su unión con el mismo. Como consecuencia de esta unión, se desprende el fosfato y la proteína recobra su configuración inicial, al tiempo que el K⁺ se introduce en el interior celular. En este punto termina el ciclo que volverá a iniciar inmediatamente.

Endocitosis

Es un mecanismo por el cual se introducen en la célula partículas o moléculas que, por su gran tamaño no pueden atravesar la membrana plasmática mediante los sistemas de proteínas transportadoras.

• Entrada de moléculas grandes, incluso células enteras.
• La membrana plasmática rodea el material que se ha de capturar formado lo que se conoce como vesícula endocítica

Tipos:

• Pinocitosis:
  • Captura de fluidos y moléculas disueltas
  • Formación de vesículas pequeñas
  • Implican pérdida de membrana plasmática
  • Lo realizan continuamente las células eucariotas
• Fagocitosis:
  • Captura de grandes partículas y restos celulares o células enteras
  • Formación de grandes vesículas a partir de pseudópodos llamados fagosomas
  • Lo realizan:
    1. Protozoos en la alimentación
    2. Organismos pluricelulares (macrófagos, leucocitos)
• Endocitosis inespecífica: se atrapa cualquier molécula presente en el exterior de la célula
• Endocitosis específica o mediada por receptores: que selecciona las moléculas que serán capturadas mediante existencia de receptores proteínicos específicos en el exterior de la membrana.

Exocitosis

Salida de materiales de la célula utilizando un proceso inverso, este procedimiento es utilizado con tres finalidades:

• Eliminación de residuos
• Secreción de proteínas
• Renovación de lípidos y proteínas que la membrana plasmática pierde como consecuencia de la endocitosis o para permitir el incremento de la membrana cuando la célula aumenta de tamaño después de dividirse.

La Pared Celular Vegetal

Las células vegetales además de membrana plasmática, poseen un complejo sistema de cubiertas exteriores a ella, que se van formando a medida que se produce la maduración de la célula, su conjunto constituye la pared celular vegetal.

• Esta constituida por polisacáridos como la celulosa y se encuentra altamente hidratada (80% de agua)
• Es una estructura segregada por la propia célula, por lo que las zonas más externas se formaron en primer lugar

Lámina Media

Es muy fina, posee un aspecto fibrilar homogéneo y es compartida por dos células adyacentes. Constituida por pectinas y proteínas.

Membrana Primaria

Es la primera en formarse, está compuesto por microfibrillas de celulosa dispuestas de forma entrecruzadas, en forma de malla poco densa, lo que facilita el crecimiento de la célula. Entre las microfibrillas se encuentran moléculas de hemicelulosa y pectinas. En algunas células es única capa que existe. Con la edad varía de grosor y puede impregnarse de lignina (la lignina proporciona a los tejidos vegetales la consistencia de la madera).

Membrana Secundaria

: es la capa de mayor grosor. Esta formada por microfibrillas de celulosa mas largas y gruesas que las de la membrana primaria. Esta constituida por 3 capas, en ellas las microfibrillas se disponen formando planos en los que son paralelas.