1. Introducción a la Célula

Los primeros conocimientos sobre la célula datan del año 1665, fecha en la que Robert Hooke publicó los resultados de sus observaciones sobre los tejidos vegetales realizadas con un microscopio construido por él mismo, que llegaba a los 50 aumentos.
En su obra Micrographía, describió con detalle que el corcho y otros tejidos estaban formados por una serie de celdillas similares a las de un panal de abejas, y estableció para ellas el término de célula (del latín cellulae = celdilla).
Las celdillas del corcho son células vegetales muertas, pero en los demás tejidos sí pudo observar células vivas. Un contemporáneo de Hooke, el holandés Van Leeuwenhoek, era un rico comerciante, tratante de hilos y constructor de lentes de aumento de hasta 200 aumentos. Observó el agua de las charcas, los fluidos de los animales, vio por primera vez los protozoos (los llamaba animálculos), espermatozoides, glóbulos rojos, e incluso bacterias. Obtuvo gran popularidad entre los científicos de la época.
Durante el siglo XVIII el estudio de la célula se estancó, debido a que no mejoró la óptica.
Durante el siglo XIX, gracias a la corrección de las aberraciones ópticas y a la mejora de las técnicas de las preparaciones microscópicas (fijación, inclusión y tinción), se pudo estudiar las células con gran detalle y observar diversas estructuras en su interior.
En 1831, Brown descubrió en las células vegetales el núcleo, al que atribuyó importantes funciones.
En 1839, el zoólogo alemán Schwann, estableció un paralelismo entre tejidos animales y tejidos vegetales y se dio cuenta por primera vez de que en la célula no solo es importante su estructura, sino su función de movimiento, al que llamó metabolismo.
A partir de los postulados del botánico alemán Schleiden y el zoólogo Schwann se inició el desarrollo de la teoría celular, al enunciar de forma clara sus dos primeros principios:

Principios de la Teoría Celular

1. 1º Todos los seres vivos están constituidos por una o más células, o dicho de otro modo: la célula es la unidad morfológica de todos los seres vivos.
2. 2º La célula es capaz de realizar todos los procesos metabólicos necesarios para permanecer con vida, la célula es la unidad fisiológica de los organismos.

En 1855, el médico alemán Virchow, contribuyó a mejorar la teoría celular al enunciar el 3er principio:

1. 3º Omnis cellula ex cellula (toda célula proviene de otra célula).

Posteriormente, Purkinje, descubrió el medio interno de una célula vegetal, y desde ese momento se da importancia al interior de la célula.
Remak descubrió la amitosis o división directa.
Santiago Ramón y Cajal, autor de la teoría de la neurona, amplió la teoría celular al tejido nervioso, al descubrir que estaba formado por neuronas individuales.
En 1902, Sutton y Boveri, propusieron que la información biológica hereditaria reside en los cromosomas de las células.
A partir de ellos, y con los conocimientos de la genética, se puede añadir el 4º principio:

1. 4º La célula contiene toda la información sobre la síntesis de su estructura y el control de su funcionamiento, y es capaz de transmitirla a sus descendientes, es decir, la célula es la unidad genética autónoma de los seres vivos.

En resumen, la teoría celular anuncia que la célula es la unidad morfológica, fisiológica y genética de todos los seres vivos.
La microscopía óptica permitió descubrir las mitocondrias, los plastos, el aparato de Golgi, el retículo endoplasmático y las vacuolas.
A partir de 1892, se publicó la primera obra en la que se recopilaban todos los conceptos conocidos sobre la célula, y se puede decir que nace la citología.
Posteriormente, se inventó el microscopio de luz ultravioleta, que logra detalles más precisos. En 1930 se inventó el microscopio de contraste de fases, importante porque no necesita tinción en sus preparaciones.
En 1932 el alemán Ruska inventó el microscopio electrónico, pero no quedó perfeccionado hasta 1952, lo que supuso una auténtica revolución en citología.
La microscopía electrónica ha permitido descubrir lisosomas, ribosomas, microtúbulos, la estructura de la membrana plasmática, el ADN…

2. Membrana Plasmática: Composición y Estructura

La membrana plasmática es el límite entre el medio extracelular y el intracelular. No es observable al microscopio óptico, solo se observa con el microscopio electrónico de transmisión.

Composición Química

• Lípidos: Tres tipos: fosfolípidos, glucolípidos y esteroles (entre ellos el colesterol). Todos ellos tienen carácter anfipático y, por tanto, se encuentran formando micelas esféricas o bicapas lipídicas.
  No es una estructura estática, ya que los lípidos que la componen tienen la posibilidad de movimiento, lo que le proporciona una cierta fluidez o viscosidad.
  Los movimientos que pueden realizar los lípidos son: de rotación, de difusión lateral y de flip-flop.
  La fluidez depende de factores como la temperatura, la naturaleza de los lípidos y la presencia de colesterol (endurece las membranas, reduciendo su fluidez y permeabilidad).
  De la fluidez dependen importantes funciones de la membrana como el transporte, la adhesión celular o la función inmunitaria. Por ello, las membranas poseen mecanismos de adaptación homeoviscosa encargados de mantener la fluidez.
• Proteínas: Son características de cada especie. Al igual que los lípidos, poseen un movimiento de difusión lateral. La mayoría de ellas tienen estructura globular.
• Glúcidos: En su mayoría están representados por oligosacáridos unidos covalentemente a las proteínas y a los lípidos, formando glucoproteínas y glucolípidos. Sus funciones son: proteger, relacionarse, conferir viscosidad, presentar propiedades inmunitarias, reconocimiento celular y reconocimiento y fijación.

Estructura de la Membrana

El modelo más aceptado es el propuesto por Singer y Nicholson (1972), denominado modelo del mosaico fluido, que presenta las siguientes características: mosaico de proteínas interaccionando unas con otras, los lípidos y las proteínas integrales se hallan dispuestos en mosaico y las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución de todos sus componentes químicos: lípidos, proteínas y glúcidos.

3. Fisiología de la Membrana

Actúa como un filtro selectivo bidireccional.

Funciones de las Membranas Biológicas

Contiene mecanismos para transportar. Actúa como una barrera semipermeable permitiendo el paso de determinadas sustancias a favor y en contra de un gradiente de concentración, osmótico y eléctrico.
Las funciones de la membrana son: intercambio de sustancias, reconocimiento de la información y reconocimiento y adhesividad celular.

Receptores de Membrana

La transducción de señales es la respuesta de la célula a estímulos externos. Las células son capaces de responder a estímulos gracias a ciertas moléculas denominadas receptores de membrana. Reconocen de forma específica a una determinada molécula-mensaje, con receptores de membrana reciben el nombre de células diana.
A la molécula-mensaje se la denomina primer mensajero, y al unirse a su receptor de membrana induce en este un cambio en la conformación molecular que produce una señal de activación de una molécula o segundo mensajero. Este actúa estimulando o deprimiendo alguna actividad bioquímica. Entre las moléculas que actúan como segundos mensajeros se encuentran el AMP cíclico (AMPc) y el GMP cíclico (GMPc).

4. Transporte de Moléculas de Poca Masa Molecular

Transporte Pasivo

A favor de gradiente, depende de las concentraciones. Sin consumo de energía.

• Difusión simple: Atraviesan la membrana sustancias solubles como O₂, CO₂, etanol, urea… son proteínas canal.
• Difusión facilitada: Se transportan moléculas polares como glúcidos, nucleótidos, aminoácidos… a través de las llamadas proteínas transportadoras o carriers.

Transporte Activo

Se realiza en contra de gradiente e implica un consumo de energía. Solo lo pueden hacer algunas proteínas, denominadas bombas.

Bomba de Sodio-Potasio

Es uno de los mecanismos más importantes de este tipo de transporte. La mayor parte de las células animales tienen en su medio interno una elevada concentración de iones K⁺, mientras que la de Na⁺ es superior en el medio extracelular.
Las diferencias de concentración se deben a la actividad de la bomba de Na⁺/K⁺, que bombea de manera simultánea tres iones Na⁺ hacia el exterior y dos iones K⁺ hacia el interior, en contra del gradiente de concentración.
La bomba está constituida por un tetrámero que consta de dos subunidades.
La bomba es responsable del mantenimiento del potencial de membrana. El exterior de la membrana es positivo, el interior, negativo. También regula el volumen e interviene en otros sistemas de transporte.

5. Transporte de Moléculas de Elevada Masa Molecular

Endocitosis

Es el proceso por el que la célula capta partículas del medio externo mediante una invaginación de la membrana en la que se engloba la partícula para ingerir y se produce la estrangulación de la invaginación, originándose una vesícula que encierra el material ingerido. Los lisosomas se unen a las vesículas para que el material ingerido sea degradado y utilizado posteriormente por la célula. Tipos de endocitosis:

• Pinocitosis o endocitosis de fase fluida (entran cosas pequeñas): Implica la ingestión de líquidos y partículas en disolución por pequeñas vesículas revestidas de clatrina.
• Fagocitosis o endocitosis de fase sólida (entran cosas grandes): Se forman grandes vesículas revestidas o fagosomas que ingieren microorganismos y restos celulares.
• Endocitosis mediada por receptor: Es un mecanismo en el que solo se endocita la sustancia para la cual existe el correspondiente receptor en la membrana. Una vez formado el complejo ligando-receptor, se forma la correspondiente vesícula endocítica revestida, que sufrirá diversos procesos en el interior celular.

Exocitosis

Es el mecanismo por el que las macromoléculas contenidas en vesículas citoplasmáticas son transportadas desde el interior celular hasta la membrana plasmática para ser vertidas al medio extracelular.

Mecanismo de la Exocitosis

Mediante este mecanismo las células son capaces de eliminar sustancias sintetizadas por la célula o sustancias de desecho.

Transcitosis

Es el conjunto de fenómenos que permite a una sustancia atravesar todo el citoplasma celular desde un polo al otro de la célula. Implica el doble proceso endocitosis-exocitosis. Es típico de las células endoteliales transportándose así las sustancias desde el medio sanguíneo hasta los tejidos que rodean a los capilares.