La Célula como Sistema de Membranas

La célula procariota posee un único compartimiento, el citosol o citoplasma, limitado por una membrana celular. En el transcurso de la evolución, una célula ancestral habría desarrollado una compartimentación superior, dando lugar a la célula eucariótica. Esta célula se caracteriza por la presencia de un núcleo verdadero y orgánulos citoplasmáticos limitados por membranas intracelulares.

Compartimentación Celular

Este conjunto de membranas limitantes explica la compartimentación total de la célula, permitiendo la especialización funcional de los orgánulos. La asociación de los diferentes compartimentos es esencial para el funcionamiento integrado de toda la célula. En todos ellos se realizan simultáneamente complejos procesos metabólicos (catalizados por enzimas), que no podrían realizarse en el mismo espacio por ser incompatibles entre sí.

Tipos de Compartimentación

En cualquier célula eucariótica se pueden distinguir dos formas de compartimentación:

• Sistemas internos de membrana: Formados por el retículo endoplasmático y el complejo o aparato de Golgi.
• Orgánulos membranosos: El núcleo, las mitocondrias, los plastos, los peroxisomas, los lisosomas y las vacuolas.

Evolución de la Compartimentación

La compartimentación supuso un importante paso evolutivo. La célula ancestral poseía una única membrana encargada de realizar todas las funciones asociadas a las actuales estructuras membranosas, como la obtención de energía. La evolución de estos sistemas se pudo realizar de dos maneras:

• A partir de invaginaciones de la membrana celular.
• A partir de relaciones de simbiosis entre las primitivas células eucarióticas y bacterias que fueron ingeridas (endocitadas).

La Membrana Plasmática

Composición Química

La membrana plasmática, citoplasmática o plasmalema representa el límite entre el medio extracelular y el intracelular. Solo se observa con el microscopio electrónico. Está compuesta por:

• Lípidos: Fosfolípidos, glucolípidos y esteroles (como el colesterol). Todos tienen carácter anfipático, es decir, cuando se encuentran en un medio acuoso se orientan formando micelas esféricas o bicapas lipídicas.
• Proteínas: Confieren a la membrana sus funciones específicas y son características de cada especie. Se clasifican en:
  • Proteínas transmembranales o intrínsecas: Atraviesan totalmente la membrana y sobresalen a ambos lados de la misma.
  • Proteínas periféricas o extrínsecas: No atraviesan la bicapa lipídica.
• Glúcidos: Representados por oligosacáridos unidos a proteínas y lípidos, formando glucoproteínas y glucolípidos. Se localizan en la cara externa y constituyen el glucocálix.

Estructura de la Membrana

El modelo más aceptado es el modelo del mosaico fluido, que considera a la membrana como un mosaico fluido en el que la capa lipídica es una red cementante y las proteínas están embebidas en ella, interaccionando entre sí y con los lípidos.

Fisiología de la Membrana

La membrana actúa como un filtro selectivo bidireccional. Debido a su interior hidrofóbico, impide el paso de la mayoría de las moléculas solubles en agua. Su permeabilidad selectiva permite la salida de catabolitos y la entrada de sustancias necesarias para el funcionamiento celular.

Funciones de las Membranas Biológicas

• Intercambio de sustancias: Transporte iónico, molecular y macromolecular.
• Reconocimiento de información extracelular y transmisión.
• Reconocimiento y adhesión celular.

Receptores de Membrana

Las células responden a estímulos externos gracias a los receptores de membrana, moléculas (generalmente proteínas) que reconocen de forma específica a una determinada molécula-mensaje (hormonas, neurotransmisores).

Transporte de Moléculas

Transporte Pasivo

Se efectúa a favor de gradiente y sin consumo de energía:

• Difusión simple: Sustancias solubles en la membrana se deslizan entre los fosfolípidos.
• Difusión facilitada: Moléculas polares (glúcidos, aminoácidos) se transportan a favor de gradiente a través de proteínas transportadoras.

Transporte Activo

Se realiza en contra de gradiente e implica consumo de energía. Un ejemplo es la bomba sodio-potasio, que bombea iones Na+ hacia el exterior y K+ hacia el interior de la célula.

Transporte de Macromoléculas

Endocitosis

Proceso por el que la célula capta partículas del medio externo mediante una invaginación de la membrana. Tipos de endocitosis:

• Pinocitosis
• Fagocitosis
• Endocitosis mediada por receptor

Exocitosis

Mecanismo por el que las macromoléculas contenidas en vesículas citoplasmáticas son transportadas al exterior de la célula.

Transcitosis

Conjunto de fenómenos que permite a una sustancia atravesar todo el citoplasma celular (endocitosis-exocitosis).

Interacción Célula-Célula

Las células se unen entre sí mediante uniones intercelulares. Tipos de uniones:

• Uniones comunicantes
• Uniones estrechas
• Uniones adherentes o desmosomas

El Retículo Endoplasmático

Sistema membranoso intracelular que se extiende entre las membranas plasmática y nuclear. Se divide en:

Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)

Lleva ribosomas adheridos y está involucrado en la síntesis y almacenamiento de proteínas.

Retículo Endoplasmático Liso (REL)

Carece de ribosomas y participa en la síntesis de lípidos, detoxificación y liberación de glucosa.

El Aparato de Golgi

Forma parte del sistema de endomembranas y tiene las siguientes funciones:

• Transporte de proteínas
• Glucosilación de lípidos y proteínas
• Formación de lisosomas, peroxisomas y vacuolas

Lisosomas, Peroxisomas y Vacuolas

Lisosomas

Orgánulos que contienen enzimas hidrolíticas para degradar material intracelular y extracelular.

Peroxisomas

Orgánulos con enzimas implicadas en la oxidación de ácidos grasos y detoxificación.

Vacuolas

Orgánulos que mantienen la turgencia celular, participan en la digestión y almacenan sustancias.

Mitocondrias

Orgánulos que realizan la respiración celular y producen la mayor parte del ATP de la célula.

Estructura

Las mitocondrias tienen dos membranas (externa e interna), crestas mitocondriales, matriz mitocondrial y espacio intermembrana.

Funciones

• Ciclo de Krebs
• Cadena respiratoria
• Fosforilación oxidativa
• B-oxidación de ácidos grasos

Plastos

Orgánulos exclusivos de las células vegetales que se clasifican en:

• Leucoplastos
• Cromoplastos
• Cloroplastos

Cloroplastos

Contienen clorofila y realizan la fotosíntesis.

Estructura

Los cloroplastos tienen una doble membrana, tilacoides, grana, estroma y plastorribosomas.

Funciones

• Fotosíntesis
• Biosíntesis de ácidos grasos
• Reducción de nitratos

Hialoplasma o Citosol

Solución líquida que contiene agua, iones y moléculas orgánicas. Es el lugar donde se realizan la mayoría de las reacciones metabólicas.

Citoesqueleto

Conjunto de filamentos proteicos que contribuyen a la morfología celular, organización interna y movimiento. Está formado por:

• Microfilamentos de actina
• Microtúbulos
• Filamentos intermedios

Centrosoma

Presente en células animales y contiene dos centríolos. Es el centro organizador de los microtúbulos.

Cilios y Flagelos

Expansiones citoplasmáticas móviles que permiten el movimiento celular o el movimiento de fluidos.

Ribosomas

Partículas sin membrana que intervienen en la síntesis de proteínas.

Inclusiones Citoplasmáticas

Gránulos de almacenamiento de sustancias como almidón y glucógeno.

La Pared Celular

Cubierta externa rígida que protege y da forma a la célula. Está compuesta principalmente por celulosa en células vegetales.

Matriz Extracelular

Medio que rodea a las células en los tejidos animales. Está compuesta por proteínas fibrosas, proteoglucanos y glucoproteínas estructurales.

Funciones de la Matriz Extracelular

• Mantener unidas las células
• Proporcionar elasticidad y resistencia
• Servir como vía de comunicación