Teoría Celular

La teoría celular, formulada a lo largo del siglo XIX, es uno de los pilares fundamentales de la biología moderna. En 1858, Rudolf Virchow contribuyó significativamente a esta teoría. Sus postulados principales son:

1. Todos los organismos vivos están compuestos por una o más células. La célula es la unidad estructural de los seres vivos.
2. La célula es la unidad fisiológica del ser vivo. Las reacciones metabólicas tienen lugar dentro de ella.
3. Toda célula se origina a partir de otra célula ya existente.
4. Las células contienen la información hereditaria de los organismos de los que forman parte, y esta información pasa de la célula madre a la célula hija.

Tipos de Células: Procariotas y Eucariotas

Procariotas

Las células procariotas son características del reino Monera. Presentan las siguientes características:

• Son pequeñas.
• No tienen un núcleo definido, carecen de envoltura nuclear.
• Su material genético es ADN circular.
• No realizan la mitosis.
• Carecen de citoesqueleto y de la mayoría de los orgánulos celulares.
• Tienen ribosomas pequeños.
• Poseen una pared celular envuelta por una cápsula.
• Las enzimas respiratorias están en la membrana plasmática.
• Las células fotosintéticas tienen repliegues en la membrana donde se encuentran dichas enzimas.
• Presentan flagelos submicroscópicos.

Eucariotas

Las células eucariotas son propias de los reinos Protoctista, Hongos, Plantas y Animales. Existen diferentes estructuras, pero en general:

• Tienen un núcleo verdadero, separado del citoplasma por una envoltura nuclear.
• Su material genético está compuesto por ADN lineal.
• Realizan la mitosis.
• Tienen citoesqueleto y una gran variedad de orgánulos.
• Poseen ribosomas grandes.
• La pared celular, cuando está presente, es más sencilla que la de los procariotas.
• Las eucariotas fotosintéticas tienen cloroplastos.
• Presentan cilios y flagelos microscópicos.

Teoría Endosimbiótica

La teoría endosimbiótica explica el origen de las células eucariotas a partir de células procariotas. Los pasos propuestos son:

1. Una célula procariota primitiva perdió la pared celular, plegó su membrana y aumentó su tamaño.
2. Por plegamiento se formaron vesículas, comenzando la digestión intracelular. Un fragmento de membrana originó un precursor del núcleo.
3. Se sintetizaron fibras y microtúbulos, que generaron vesículas digestivas.
4. Mediante la incorporación de espiroquetas se originaron cilios, flagelos y centriolos.
5. El sistema de membranas precursor del núcleo se convirtió en orgánulos, creando un fagocito.
6. Este fagocito incorporó células que se transformaron en orgánulos.
7. En su transformación, estos orgánulos perdieron parte de su material genético, se hicieron dependientes del huésped y quedaron sujetos a su control.

La Membrana Plasmática

La membrana plasmática es la única envoltura celular presente en todos los tipos de células.

Estructura

1. Está formada por lípidos, proteínas e hidratos de carbono.
2. Al microscopio electrónico, se observan dos líneas delgadas paralelas separadas por un espacio claro, y sus caras se muestran continuas y lisas.
3. Tiene capacidad de fluidez e impermeabilidad, crucial para muchas funciones y para aislar a la célula.

Componentes y Disposición

• Lípidos:
  • Fosfolípidos: Son los componentes fundamentales por su carácter anfipático. Forman una bicapa con las cabezas hidrofílicas hacia el exterior y las colas hidrofóbicas hacia el interior.
  • Colesterol: Se intercala en la bicapa de fosfolípidos. Está presente en las membranas de las células animales.
• Proteínas: Tienen carácter anfipático, lo que les permite integrarse en la bicapa lipídica. Su tamaño y estructura varían mucho. Se clasifican en proteínas transmembrana y periféricas.
• Hidratos de Carbono: Son oligosacáridos unidos por enlaces covalentes a lípidos y proteínas, formando glucolípidos y glucoproteínas. Constituyen el glucocálix.

Asimetría

La cara extracelular está cubierta por los azúcares del glucocálix. La cara citoplasmática no tiene glucocálix, pero presenta proteínas fibrosas que forman el córtex celular o citoesqueleto.

Fluidez de la Estructura

La bicapa lipídica se comporta como un fluido, permitiendo movimientos de difusión lateral, rotación o flip-flop.

• Longitud de las cadenas hidrocarbonadas: A menor longitud, las interacciones son más débiles y la membrana es más fluida.
• Insaturaciones: Las colas insaturadas hacen que las moléculas estén menos apretadas, lo que aumenta la movilidad.
• Colesterol: Interactúa con las colas hidrocarbonadas inmovilizándolas, lo que reduce la fluidez y la permeabilidad.
• Temperatura: A menor temperatura, menor fluidez.

Funciones

• Bicapa lipídica: Actúa como barrera debido a su impermeabilidad a moléculas como O₂, CO₂, Na⁺ y K⁺.
• Proteínas de membrana:
  1. Transportan moléculas como la glucosa.
  2. Transportan iones, como la bomba de Na⁺/K⁺.
  3. Unen macromoléculas al citoesqueleto.
  4. Actúan como receptores de señales químicas, que pueden inducir el crecimiento y la división celular.
  5. Actúan como enzimas, como la adenilato ciclasa.
• Glucocálix:
  1. Protege y lubrica la superficie celular, como en los glóbulos blancos.
  2. Participa en el reconocimiento y adhesión a otras células, como en la unión del óvulo con el espermatozoide.
  3. Reconoce y fija sustancias, como en los macrófagos.
  4. Sirve como anclaje de enzimas, como en las microvellosidades del epitelio intestinal.

Transporte a Través de la Membrana

Transporte sin Deformación de la Membrana

• Transporte pasivo: La dirección del transporte viene determinada por las concentraciones de la molécula, moviéndose a favor de su gradiente de concentración.
  • Difusión simple: Es el mecanismo más sencillo y menos selectivo. Cualquier molécula pequeña y apolar puede difundirse.
  • Difusión facilitada: Se realiza a través de proteínas transmembrana que transportan moléculas grandes o iones. Estas proteínas pueden ser carriers o proteínas canal.
• Transporte activo: Es el transporte de iones y moléculas en contra de su gradiente de concentración. Las células lo realizan para mantener su composición interna. Requiere un aporte de energía proporcionado por una reacción acoplada. Un ejemplo es la bomba de Na⁺/K⁺, importante en la propagación de señales eléctricas en nervios y músculos, el transporte activo de moléculas y el mantenimiento del equilibrio osmótico y el volumen celular.

Transporte con Deformación de la Membrana

• Endocitosis: Mecanismo por el cual la célula puede tomar partículas del medio. Los pasos son:
  1. Las partículas se fijan en distintos puntos de la membrana.
  2. Se produce una invaginación de la membrana.
  3. La invaginación se separa de la membrana y forma una vesícula.
  4. Una vez liberadas las partículas, la membrana de la vesícula vuelve a la superficie celular.
  Tipos: fagocitosis y pinocitosis.
• Exocitosis: Proceso que permite a la célula expulsar materiales de gran tamaño. Las vesículas con el material a expulsar viajan por el citoplasma hasta fusionarse con la membrana plasmática y liberar su contenido al exterior.
• Transcitosis: Constituye un sistema de transporte a través del citoplasma, por el que las vesículas formadas por pinocitosis se desplazan al extremo opuesto de la célula y se liberan por exocitosis. Es característico de las células endoteliales.

Adhesiones y Uniones Celulares

• Adhesiones mecánicas: Se producen en tejidos como el intestino y el cuello uterino, que están sometidos a fuertes tensiones. Su función es proporcionar fuerza mecánica a la unión. Tipos: bandas de adhesión, desmosomas y hemidesmosomas.
• Uniones estrechas: Sellan las células adyacentes en los epitelios, actuando como barreras al paso de moléculas a través de las superficies laterales. Están formadas por proteínas transmembrana que forman complejos de unión.
• Uniones gap: Estructuras formadas por proteínas transmembrana llamadas conexinas, que se organizan en estructuras denominadas conexones. Los conexones dejan un canal acuoso en el centro, permitiendo la comunicación entre los citoplasmas de células adyacentes.
• Plasmodesmos: Son canales de comunicación presentes en los tejidos vegetales. Su función es similar a la de las uniones gap, pero su estructura es diferente. La membrana plasmática es continua entre las células, y las paredes celulares están unidas a través de los plasmodesmos.

Matriz Extracelular

La matriz extracelular es una compleja red de proteínas y polisacáridos secretados por las células animales. Sus funciones principales son proporcionar soporte estructural, actuar como filtro e intervenir en la migración celular.

Características

• Proteínas estructurales fibrosas:
  • Colágeno: Proporciona resistencia. Es una triple hélice.
  • Elastina: Proporciona elasticidad.
• Glucosaminoglucanos: Forman la sustancia fundamental junto con los proteoglucanos.
• Proteínas de adhesión: Favorecen las uniones entre las células y la matriz extracelular. Un ejemplo es la fibronectina.

Pared Celular Vegetal

La pared celular de las células vegetales es un tipo especial de matriz extracelular compuesta principalmente por celulosa y sintetizada por la propia célula vegetal.

Capas

• Lámina media: Es la capa más externa.
• Pared primaria: Más gruesa que la lámina media.
• Pared secundaria: Solo está presente en algunos tipos de células.

Funciones

• Dar soporte a la célula.
• Proporcionar resistencia.
• Proteger contra la abrasión mecánica.
• Participar en la comunicación intercelular.
• Orientar el crecimiento de las células y los tejidos.

Formación

1. Las proteínas, hemicelulosas y pectinas se sintetizan en el aparato de Golgi y se secretan al exterior por exocitosis.
2. La celulosa se sintetiza en la membrana plasmática por el complejo de la celulosa sintasa.

Pared Primaria

Es delgada y permite el crecimiento celular. Está formada por la secreción de materiales desde el interior de la célula. Su estructura principal es una red de fibras de celulosa.

Pared Secundaria

Es gruesa y rígida. Se forma en ciertas células después de que el crecimiento se ha detenido. Su composición es similar a la de la pared primaria, pero su estructura es laminar, con capas sucesivas de fibras de celulosa orientadas en diferentes direcciones.