Teoría Celular: Estructura, Función y Origen

Teoría Celular

La teoría celular dice que la célula es la unidad vital en todos los organismos, desde aquellos que están constituidos por una sola célula hasta los organismos superiores. La teoría se resume en:

Todos los organismos vivos están compuestos por células.
La célula es la unidad estructural y fisiológica de los seres vivos.
Las células constituyen las unidades básicas de la reproducción: cada célula procede de la división de otras células preexistentes.
La célula es la unidad de vida independiente más elemental.

Niveles de organización celular

Las células tienen una serie de componentes comunes:

Presentan una membrana plasmática que separa la célula del medio.
Su medio interno o citoplasma contiene los orgánulos necesarios para que se lleven a cabo sus funciones celulares.
Contienen la información genética en una macromolécula esencial, el ADN. Este ADN origina las proteínas a través del ARN.

LA CÉLULA PROCARIOTA

Son estructuralmente más sencillas que las eucariotas. La estructura procariota es característica y exclusiva de las bacterias.

Estructura:

Una membrana plasmática.
Una pared celular rígida que rodea la membrana.
El citoplasma, con ribosomas 70S.
El nucleoide, una zona situada en el centro de la célula, donde se halla el material genético. (También pueden presentar flagelos, cápsulas y capas mucosas)

LA CÉLULA EUCARIOTA

Es más compleja que la procariota. Presentan diversos orgánulos delimitados por membranas en los que se llevan a cabo distintas funciones celulares.

Estructura:

La membrana plasmática, rodeada en ocasiones de una pared celular rígida o de un glicocálix.
El citoplasma celular, con orgánulos celulares y ribosomas 80S.
Orgánulos celulares como:
- El retículo endoplasmático y el complejo de Golgi.
- Mitocondrias y cloroplastos.
- Vacuolas, lisosomas e inclusiones de reserva.
- Un citoesqueleto.
- Un núcleo delimitado por una doble membrana, que contiene la cromatina, constituida por ADN asociado a histonas.

Origen de las células eucariotas

La teoría endosimbiótica postulaba que las mitocondrias y las plástidas, las cuales son orgánulos de células eucariotas, eran originalmente organismos separados. Las mitocondrias son “las fuentes del poder celular” que generan la mayoría de la energía del suplemento celular quemando oxígeno. Los cloroplastos capturan luz, conservan su energía en una ATP y liberan oxígeno (un proceso conocido como fotosíntesis). Las mitocondrias se desarrollaban de las proteobacterias, los cloroplastos de las cianobacterias. Estos protoorganelos eran organismos muy simples que pasaban a ser ingeridos por células mayores y jamás digeridos. Una vez dentro, desarrollaban una simbiosis energética con la célula huésped y constituían una nueva forma de vida.

Membrana plasmática

Todas las células poseen una estructura limitante llamada membrana plasmática, pero no es solo una barrera, también constituye uno de los componentes celulares más importantes, ya que regula el transporte de sustancias entre la célula y el exterior. Tiene un espesor de 7,5 micras. La estructura trilaminar observada en la membrana corresponde a una bicapa lipídica con proteínas. Los lípidos se disponen en dos capas con las zonas hidrofílicas hacia el exterior, mientras que las zonas hidrofóbicas quedan en el interior. Las membranas presentan por tanto una cara externa y una interna.

COMPOSICIÓN DE LA MEMBRANA

Está compuesta principalmente por lípidos (40%) y proteínas (60%), aunque puede variar.

Lípidos

Los lípidos de membrana pertenecen fundamentalmente a tres categorías:

Fosfolípidos: Son los lípidos más abundantes en las membranas. Presentan una zona hidrofílica (cabezas polares de glicerina) y una zona hidrofóbica (colas apolares de ácidos grasos). Son por tanto moléculas anfipáticas.
Glucolípidos: Suelen ser derivados de esfingolípidos. Se encuentran en la cara externa de la membrana plasmática.
Esteroles: Entre ellos el colesterol es el más abundante en las células animales. Los esteroles confieren estabilidad a las membranas.

Proteínas

Pueden cumplir un papel estructural o estar implicadas en funciones de reconocimiento y recepción de señales, adhesión, transporte de sustancias y metabolismo celular. Se clasifican en dos:

Integrales: Presentan regiones hidrofóbicas y regiones hidrofílicas. Dentro de este grupo existen proteínas transmembranales y proteínas cuya zona hidrofílica está solo asociada a la cara externa o interna de la membrana.
Periféricas: No presentan zonas hidrofóbicas, por lo que no pueden penetrar en el interior de la membrana. Se unen a la membrana por enlaces iónicos y se separan con facilidad. Aparecen principalmente en la cara interna de la membrana.

La composición de los lípidos y proteínas es diferente en las dos caras, por esto se dice que las membranas son asimétricas.

Modelo de membrana

En 1972, Singer y Nicholson apuntaron que la membrana es una estructura fluida, no rígida, que permitía el movimiento de las proteínas embebidas o asociadas a la bicapa lipídica. Propusieron un modelo, conocido como modelo del mosaico fluido. La fluidez de la membrana depende de varios factores:

Grado de saturación de los ácidos grasos en los lípidos de membrana. La fluidez disminuye cuanto mayor es el grado de saturación de los ácidos grasos.
Longitud de las cadenas de los ácidos grasos en los lípidos de membrana. Las membranas ricas en ácidos grasos de cadena larga son menos fluidas.
Temperatura. La fluidez disminuye a medida que desciende la temperatura.
Proporción de colesterol. El colesterol es una molécula plana y rígida, por lo que hace la membrana menos flexible y rígida.

Funciones de la membrana

Separar el citoplasma y sus orgánulos del medio externo
Barrera selectiva. Regula el transporte y el intercambio de sustancias entre el citoplasma y el exterior de modo selectivo
Intercambio celular. Detecta y transmite señales con el medio externo o con otras células.

Transporte de moléculas a través de las membranas

Las membranas celulares son semipermeables porque permiten el paso de unas moléculas o iones y restringen el de otros:

Algunas moléculas apolares de pequeño tamaño, moléculas polares sin carga o solubles en lípidos pueden atravesar la membrana libremente.
Las moléculas con carga como los ácidos orgánicos, los aminoácidos y otros iones, no pueden atravesar la membrana y tienen que utilizar proteínas de transporte específicas.

Dependiendo del gasto energético que requieren las proteínas transportadoras, se distinguen dos tipos de transporte:

Transporte pasivo: Consiste en el transporte de sustancias a favor de gradiente, y no requiere gasto energético. Se puede realizar mediante:
- Difusión simple: Las moléculas atraviesan directamente la membrana.
- Difusión facilitada: Las moléculas de mayor tamaño o los iones pasan a favor de gradiente a través de proteínas transmembranales.
  - Uniporte: se transporta una sola sustancia.
  - Contraporte: se transportan simultáneamente dos sustancias.
Transporte activo: Transporte de sustancias en contra de gradiente, por lo que se requiere un gasto energético. Dos tipos:
- Transporte activo directo: La proteína transportadora puede estar directamente acoplada a una ATPasa.
- Transporte activo indirecto: La proteína transportadora puede transportar una molécula en contra de gradiente y otra a favor.

Pared celular y glicocálix

PARED CELULAR DE CÉLULAS VEGETALES

Las células vegetales poseen una pared celular rígida, externa a la membrana plasmática, cuyas funciones son:

Confiere rigidez y contribuye al mantenimiento de la forma celular.
Une células adyacentes.
Posibilita el intercambio de fluidos y la comunicación intercelular

ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN

Compuesta por fibras de celulosa embebidas en un entramado polisacárido y glucoproteínas. La pared celular aparece como una estructura compuesta por varias capas. Estas capas son:

Lámina media: Es la capa más externa y la primera que se forma.
Pared primaria: Situada por debajo de la lámina media. Constituida por largas fibras de celulosa cohesionadas por hemicelulosa, pectinas y glucoproteínas.
Pared celular: Capa más interna y se encuentra por debajo de la pared primaria. Consta de una o varias capas fibrilares.

Citoesqueleto celular

El citoesqueleto constituye un conjunto de filamentos proteicos que forman elementos y redes complejas responsables del mantenimiento de la forma celular y desplazamiento intracelular de orgánulos y del movimiento y la división celulares. Está formado por tres tipos de filamentos:

Microtúbulos: Son fibras con un diámetro constante de 25 micras, compuestas por tubulina. Tres tipos de tubulina:
- Alfa y Beta tubulina: Forman dímeros formando protofilamentos.
- Gamma tubulina: Forman anillos en los centros organizadores de microtúbulos.

Funciones:

Contribuyen al mantenimiento de la forma
Participan en el transporte de orgánulos y partículas en el interior de la célula

CILIOS Y FLAGELOS

Son apéndices externos de las células eucariotas implicados en la motilidad. Ambos presentan una estructura común y constan de los siguientes elementos:

Axonema
Corpúsculo basal
Zona de transición

Microfilamentos de actina: Constituidos por dos hebras enrolladas helicoidalmente.