La Célula: Componentes, Funciones y Procesos Clave

Célula Procariota

La membrana plasmática: Compuesta por una doble capa de lípidos con proteínas insertadas en ella.

El citoplasma: En él se encuentran todos los componentes celulares. Está formado por una disolución acuosa, el citosol.

El ADN: Forma un único cromosoma circular. Se localiza en una región del citoplasma denominada nucleoide, que no está protegida por ninguna membrana.

Los ribosomas: Su estructura y función son similares a las de las células eucariotas, pero son de menor tamaño.

La pared celular: La mayoría de las células procariotas tienen una pared celular, que rodea la membrana y protege la célula. Su composición química tiene como componente principal el peptidoglucano, un polisacárido.

Los pili: Son filamentos cuya función es el intercambio de material genético con otras bacterias.

Las fimbrias: Son filamentos más pequeños que los pili. Están relacionadas con la fijación de la célula a otras células procariotas o eucariotas y a superficies.

La cápsula: Algunas bacterias, para mayor protección, desarrollan una cápsula que rodea la pared celular.

El flagelo: Algunas células cuentan con este apéndice que parte de la membrana plasmática, y que les proporciona movimiento.

Los plásmidos: Pequeñas moléculas circulares de ADN. Se localizan fuera del nucleoide y contienen información genética que complementa el genoma de la célula.

Célula Eucariota

La membrana plasmática: Compuesta por una doble capa de lípidos con proteínas insertadas en ella, que permite el intercambio de sustancias.

El citoplasma: Formado por una disolución acuosa, el citosol. En él se encuentran inmersos los orgánulos celulares.

Los ribosomas: Pueden estar adheridos al RE o dispersos por el citoplasma. Se encargan de la síntesis de proteínas.

El núcleo: Contiene el ADN, que puede estar extendido en forma de cromatina o compactado en forma de cromosomas. Está protegido por una doble membrana, la envoltura nuclear, atravesada por poros que permiten el transporte selectivo de moléculas, como el ARN. Otros componentes son el nucleoplasma, medio acuoso en el que se produce la síntesis de los ácidos nucleicos, y el nucléolo, estructura esférica, en la que se sintetizan los componentes de los ribosomas.

El citoesqueleto: Red de filamentos que da forma a la célula y permite su movimiento.

El retículo endoplasmático (RE): Conjunto de canales y sáculos que parten de la membrana nuclear y se extienden por gran parte del citoplasma. El RE rugoso tiene ribosomas adheridos y se encarga de la síntesis de determinadas proteínas; el RE liso, sin ribosomas, sintetiza y transporta lípidos.

El aparato de Golgi: Conjunto de sáculos aplanados que modifican las sustancias sintetizadas en el RE y las empaquetan en vesículas para su transporte o secreción.

Las mitocondrias: Estructuras ovaladas de doble membrana; la membrana externa es lisa y la interna está replegada en forma de crestas. El espacio interno, denominado matriz, contiene enzimas, ribosomas y ADN. Su función es obtener energía para la célula mediante la respiración celular.

Las vesículas: Son pequeños compartimentos que transportan o almacenan sustancias.

Los lisosomas: Vesículas que contienen enzimas digestivas. Digieren partículas u orgánulos deteriorados.

Metabolismo Celular: Catabolismo y Anabolismo

El catabolismo

El catabolismo incluye rutas metabólicas degradativas, es decir, aquellas rutas en las que los compuestos químicos se van rompiendo en fragmentos más pequeños.

Las reacciones catabólicas son exotérmicas (es decir, producen energía). En una ruta catabólica:

• Se obtiene la energía química liberada en las reacciones, que podrá ser utilizada en diferentes procesos celulares.
• Se obtienen también moléculas sencillas, materias primas que la célula puede emplear para construir moléculas más complejas.

El anabolismo

El anabolismo incluye rutas metabólicas de síntesis de compuestos, es decir, aquellas rutas en las que, a partir de moléculas sencillas, se obtienen compuestos de mayor complejidad.

Las reacciones anabólicas son endotérmicas, requieren energía para poder llevarse a cabo. En una ruta anabólica:

• La célula sintetiza sus propias moléculas estructurales y vitales.
• Además, la célula construye complejos de moléculas con alto contenido energético que le sirven como fuente de reserva de energía.

Microscopía: Óptica y Electrónica

El microscopio óptico

En este microscopio, se utiliza un haz de luz que atraviesa la muestra. Normalmente, las células se tiñen con colorantes que se fijan a diferentes estructuras celulares para resaltarlas.

Los microscopios ópticos más potentes aumentan la resolución unas 1 500 veces. Con ellos se pueden observar células de tamaño mediano a grande y tan solo algunas estructuras celulares como la pared celular, el núcleo y los cromosomas y orgánulos grandes como los cloroplastos.

Un tipo de microscopio óptico es el microscopio de fluorescencia. Para poder utilizar este microscopio, es necesario teñir las estructuras que queremos visualizar con colorante fluorescente (fluorocromo).

El microscopio electrónico

Este microscopio utiliza un haz de electrones, en lugar de la luz, para generar una imagen de la muestra. Puede aumentar el tamaño de la imagen hasta 1 000 000 de veces, por lo que permite observar con detalle todo tipo de células, virus e incluso moléculas de gran tamaño, como las fibras de cromatina.

Existen dos tipos de microscopios electrónicos: los de transmisión (MET), en los que los electrones atraviesan la muestra y producen una imagen en una pantalla, y los de barrido (MEB), en los que los electrones chocan contra la muestra y rebotan antes de ser captados por la pantalla, lo que permite una visión detallada de la superficie de la muestra observada.

Síntesis de Proteínas

1. La transcripción

La transcripción es el proceso por el que la información de un fragmento de ADN, correspondiente a un gen, se copia en forma de molécula de ARN mensajero.

La transcripción se produce en el núcleo de las células eucariotas y está catalizada por una enzima denominada ARN polimerasa, que es capaz de sintetizar una cadena de ARN, mientras avanza por la cadena de ADN. La copia se realiza según la complementariedad de las bases, y en ella la T es sustituida por U.

2. La traducción

La traducción es el proceso por el cual se sintetiza una proteína con una determinada secuencia de aminoácidos, a partir de la información contenida en el ARNm.

La traducción tiene lugar en el citoplasma de las células eucariotas y la llevan a cabo los ribosomas, que son capaces de «leer» la información del ARNm, que está codificada en forma de tripletes de nucleótidos (codones) y unir los aminoácidos en una determinada secuencia, gracias a la complementariedad entre el ARNm y el ARNt.

El ARNt, que se une específicamente a un aminoácido, contiene un triplete de nucleótidos, el anticodón, complementario al codón del ARNm, que codifica para ese aminoácido. Solo cuando existe el reconocimiento entre estas dos secuencias complementarias se produce la unión del aminoácido. Así, triplete a triplete, el ribosoma transforma la secuencia de nucleótidos del ARNm en una secuencia de aminoácidos, una proteína.

Funciones de las Proteínas

• Función estructural. Muchas proteínas forman parte de las estructuras celulares y orgánicas. Algunos ejemplos de proteínas que realizan esta función son: las glucoproteínas, que forman parte de la membrana celular, e intervienen en la señalización; el colágeno en los tendones, que da flexibilidad y resistencia a los tejidos; la queratina de las uñas o el pelo, que proporcionan dureza; las histonas que forman parte de la cromatina y de los cromosomas.
• Función de reserva. Algunas proteínas aportan aminoácidos para el desarrollo de las crías, como la ovoalbúmina del huevo o la caseína de la leche.
• Función de transporte. Algunas proteínas se encargan de transportar otras sustancias; por ejemplo, la hemoglobina transporta oxígeno; las lipoproteínas transportan lípidos por la sangre.
• Función de defensa. Los anticuerpos defienden al organismo de los agentes patógenos; el fibrinógeno y la trombina intervienen en la coagulación sanguínea tras una herida o hemorragia.
• Función contráctil. Algunas proteínas permiten a los organismos desplazarse, como la actina y la miosina, responsables de la contracción muscular.
• Función hormonal. Las hormonas proteicas regulan multitud de procesos, por ejemplo, la insulina y el glucagón, regulan el metabolismo de la glucosa; la hormona luteinizante (LH) y la foliculoestimulante (FSH) regulan el ciclo ovárico.
• Función enzimática. Las enzimas se encargan de catalizar o acelerar las reacciones químicas del metabolismo. Algunos ejemplos son la amilasa, que degrada el almidón, o la lipasa, que disgrega los lípidos.

Sales Minerales

Las sales disueltas

• Funciones reguladoras, que contribuyen al mantenimiento de la homeostasis, o estabilidad del medio interno, a través de procesos como:
  • El mantenimiento de la salinidad y pH constantes dentro del organismo.
  • La regulación de la actividad enzimática.
  • La regulación de la presión osmótica y el volumen celular.
• Funciones específicas, en las que intervienen algunas sales; por ejemplo:
  • La contracción muscular, en la que intervienen el sodio, el potasio y el magnesio.
  • La coagulación sanguínea, en la que desempeña un papel fundamental el calcio.
  • La transmisión del impulso nervioso, en la que actúan el sodio, el potasio y el calcio.

Las sales precipitadas

Estas sales, principalmente, tienen una función esquelética; es decir, dan consistencia a estructuras esqueléticas. Por ejemplo, los carbonatos forman los caparazones o conchas de muchos animales, los fosfatos se depositan en los huesos, o los silicatos se encuentran en el esqueleto interno de las esponjas.

Glúcidos: Funciones y Tipos

Funciones de los glúcidos

Los glúcidos cumplen importantes funciones para la célula.

Función energética

• La glucosa es la principal fuente de energía para la célula. Se utiliza como combustible en la respiración celular. Monosacáridos, como la fructosa, disacáridos y polisacáridos se transforman en la célula en glucosa, proporcionando también energía.
• Algunos polisacáridos constituyen moléculas de reserva energética para la célula. El almidón se almacena en las células vegetales, fundamentalmente en tubérculos y semillas. El glucógeno se almacena en las células del hígado y del músculo esquelético en los animales.

Función estructural

• La celulosa es el componente principal de las paredes celulares de las células vegetales.
• La ribosa y la desoxirribosa forman parte de la estructura de los ácidos nucleicos.

Otras funciones

Algunos glúcidos son precursores de otras sustancias con función reguladora, por ejemplo, la glucosa es el precursor de la vitamina C o ácido ascórbico. Existen glúcidos unidos a algunas de las proteínas de las membranas celulares, glucoproteínas, implicadas en el reconocimiento entre células.

Disacáridos

Los disacáridos son glúcidos sencillos, formados por dos monosacáridos unidos mediante un enlace covalente, denominado O-glucosídico.

Algunos disacáridos de interés biológico

• La sacarosa, formada por la unión de una molécula de glucosa y una molécula de fructosa. Es el azúcar común, que se obtiene de la caña de azúcar y de la remolacha.
• La lactosa, formada por la unión de una molécula de glucosa y una molécula de galactosa. Es el azúcar presente en la leche.
• La maltosa, formada por la unión de dos moléculas de glucosa. En la naturaleza aparece como resultado de la digestión de polisacáridos complejos, como, por ejemplo, el almidón o la celulosa.

Monosacáridos

Los monosacáridos son los glúcidos más sencillos, no se descomponen en moléculas más pequeñas. Algunos monosacáridos importantes son la glucosa, la fructosa y la ribosa.

Características de los monosacáridos

Estos glúcidos presentan las siguientes características:

• Contienen de 3 a 7 átomos de C, unidos entre sí.
• Cada átomo de carbono está unido a un grupo funcional, que puede ser:
  • Un grupo carbonilo: un grupo aldehído en un carbono terminal, o un grupo cetona en el carbono más próximo al carbono terminal.
  • Un grupo hidroxilo unido a cada uno de los carbonos restantes.
• A partir de cinco átomos de C, los monosacáridos en disolución tienden a cerrarse, formando una estructura cíclica. Esta estructura cíclica puede ser de cinco átomos de carbono, denominada furanosa; o de seis átomos de carbono, denominada piranosa.

Polisacáridos

Los polisacáridos son glúcidos complejos, formados por cientos o miles de moléculas de monosacáridos, unidos mediante enlaces O-glucosídicos.

Algunos polisacáridos de interés biológico

• La celulosa, de origen vegetal, está formada por cadenas lineales de β-D-glucosa. Estas cadenas se enlazan entre sí mediante puentes de hidrógeno, formando una estructura fibrosa.
• El almidón, de origen vegetal, está formado por dos tipos de moléculas, la amilosa y la amilopectina, ambas compuestas de α-D-glucosa. La amilosa está constituida por cadenas lineales, que forman estructuras helicoidales. La amilopectina está formada por cadenas ramificadas.
• El glucógeno, de origen animal, está formado por cadenas de α-D-glucosa con un alto grado de ramificación.

Lípidos Insaponificables

Esteroides

Los esteroides están formados por un derivado de una molécula cíclica denominada esterano.

Entre sus funciones se encuentran:

• Formar parte de la membrana celular, como el colesterol, que le proporciona una mayor rigidez.
• Regular algunos procesos, como la reproducción sexual, en el caso de las hormonas sexuales; o el metabolismo del calcio, como la vitamina D.

Terpenos

Los terpenos están formados por derivados de una molécula llamada isopreno.

Sus funciones son:

• Participar en la fotosíntesis, como los pigmentos llamados xantofilas y carotenos.
• Regular algunos procesos celulares, como el β-caroteno, que es el precursor de la vitamina A.

Mitosis: Fases y Proceso

Profase

• La cromatina se condensa, se hace más gruesa al enrollarse y plegarse sobre sí misma; esto hace posible que los cromosomas se visualicen al microscopio óptico.
• Los cromosomas están duplicados, es decir, contienen dos mitades idénticas, denominadas cromátidas hermanas. Estas cromátidas tienen la misma información y permanecen unidas por una estructura llamada centrómero.
• La membrana nuclear se desintegra dejando los cromosomas libres en el citoplasma.
• En las células animales, los centriolos, ya duplicados, se sitúan en polos opuestos de la célula, y empiezan a formar los microtúbulos o filamentos del huso acromático.
• En células vegetales, que no tienen centriolos, los filamentos del huso se forman a partir de unas regiones denominadas centros organizadores de microtúbulos.

Metafase

La membrana nuclear ha desaparecido completamente y los cromosomas duplicados presentan su máximo grado de compactación y se disponen en el ecuador de la célula formando la placa ecuatorial.

Anafase

Se produce un acortamiento de los filamentos del huso y los cromosomas se escinden por el centrómero en sus dos cromátidas, que comenzarán a separarse dirigiéndose cada una hacia un polo de la célula. Estas cromátidas, ya individuales, se convierten en cromosomas anafásicos, que son cromosomas simples.

Telofase

• Cada grupo de cromosomas alcanza un polo de la célula, y alrededor de ellos se forma una nueva membrana nuclear, a partir de membranas del retículo endoplasmático.
• Las fibras del huso desaparecen y los cromosomas comienzan a descondensarse, dando lugar a la cromatina.

Teoría Celular: Antecedentes y Desarrollo

Antecedentes

• 1665. Robert Hooke: Tejido del corcho formado por la repetición de una estructura, a modo de «celdilla». La llamó célula.
• 1675. Anton van Leeuwenhoek: Primeras observaciones de protozoos, glóbulos rojos y espermatozoides.

Desarrollo de la teoría

• 1838. Matthias Schleiden: La célula es la unidad básica de la que están formadas las plantas.
• 1839. Theodor Schwann: Los animales están formados por células.
• 1858. Rudolf Virchow: Todas las células proceden de otra célula preexistente.

Meiosis: Fases y Proceso

Metafase I:

Las parejas de cromosomas homólogos, unidos por los quiasmas y sujetos por los filamentos del huso acromático, se sitúan en el ecuador de la célula. En la imagen se muestra un esquema y una foto tratada, de la misma etapa del proceso.

Anafase I:

Las fibras del huso se acortan, separando los cromosomas de cada pareja a polos opuestos de la célula. Esto produce la rotura de los quiasmas, y al separarse los brazos entrecruzados se llevan los fragmentos de las cromátidas no hermanas, como consecuencia de la recombinación genética producida en la profase I. En la imagen se muestra un esquema y una foto tratada de la misma etapa del proceso.

Telofase I:

Los cromosomas llegan a los polos y empiezan a descondensarse. El huso acromático desaparece y se regenera la membrana nuclear alrededor de cada núcleo hijo, que ahora consta de un único juego de cromosomas; es decir, es haploide (n). En la imagen se muestra una célula esquematizada y una foto tratada de la misma célula.

Meiosis II

Profase II:

Es una fase muy corta en que los cromosomas comienzan nuevamente a condensarse, desaparecen las membranas nucleares y se forman dos nuevos husos acromáticos.

Metafase II:

En ella, los cromosomas se disponen de forma aleatoria formando la placa ecuatorial, con su eje longitudinal perpendicular a los filamentos del huso.

Anafase II:

Los filamentos del huso acromático comienzan a acortarse, se rompen los centrómeros, y las dos cromátidas de cada cromosoma, que serán diferentes en el caso de que haya existido recombinación, se separan y migran a polos opuestos de la célula. En este momento se los considera ya cromosomas anafásicos.

Telofase II:

Se reconstruye la membrana nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas, que comienzan a descondensarse, transformándose en cromatina. A continuación, ocurre la citocinesis, con el reparto del citoplasma y los orgánulos celulares.

Fotosíntesis y Ciclo de Krebs

6 CO2 + 6 H2O + energía luminosa → glucosa + 6 O2 (Fotosíntesis)

NADP + ADP + H2O → NADPH + ATP + O2 (Fase luminosa)

6 CO2 + 18 ADP + 6 H2 + 12 NADPH + 18 ATP → glucosa + 12 NADP+ (Fase oscura)

La ecuación neta del ciclo de Krebs es la siguiente: 2 Acetil-CoA + 4 H2O + 2 FAD + 6 NAD+ 2 ADP → 4 CO2 + 2 FADH2 + 6 NADH + 2 ATP + 2 CoA