Organización de las células
Procariotas y eucariotas son los dos grandes grupos de células.
- Los procariotas, bacterias y cianobacterias, son seres unicelulares carentes de membrana nuclear. Poseen una sola cadena de ADN y sus únicas estructuras presentes en su interior son los ribosomas. Presentan una envoltura celular compleja.
- Los eucariotas, protoctistas, hongos, vegetales y animales, son en su mayoría pluricelulares, con moléculas de ADN muy largas, organizado en cromosomas rodeados por una membrana nuclear. Poseen, gran abundancia de compartimientos internos, rodeados por membranas, donde se lleva a cabo gran diversidad de funciones.
Citosol.
Está constituido por agua y solutos de diferente naturaleza.
Citoplasma.
Incluye el citosol y a todos los orgánulos celulares. Comprende todo el contenido celular a excepción del núcleo.
Estructura de la membrana plasmática.
La membrana plasmática es una bicapa en mosaico fluido.
Bicapa lipídica:
Tiene un espesor de 7,5 nm. Es visible al MET (microscopio electrónico de transmisión).
Las moléculas que constituyen la membrana plasmática presentan una disposición que recibe el nombre de mosaico.
La estructura básica está constituida por una bicapa de lípidos (fosfolípidos, esfingolípidos y colesterol), entre la que se intercalan moléculas de proteínas, algunas de las cuales atraviesan completamente las dos capas de lípidos, mientras que otras ocupan el espacio equivalente a una de ellas, generalmente la anterior. Unas y otras reciben el nombre de proteínas integrales. Las proteínas periféricas se encuentran en las superficies exterior e interior de la membrana, unidas a las proteínas integrales o a otras moléculas.
En el exterior de la membrana se disponen moléculas de oligosacáridos, unidas a los componentes proteicos o lipídicos, que constituyen el glicocálix (en la célula animal)
La membrana plasmática está constituida por moléculas de lípidos, proteínas y glúcidos.
Lípidos
Los fosfolípidos son los lípidos más abundantes de la membrana plasmática. Son fosfodiglicéridos, formados por una molécula de glicerol unida a dos moléculas de ácidos grasos y una molécula de fosfato. Y además suele estar unido a otro radical que puede ser colina, serina, etanolamina.
Si está formado por glicerol, ácidos grasos y fosfato se denomina ácido fosfatídico. Cuando el fosfato está esterificado con otros radicales se denomina: fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina, fosfatidilcolina.
- Se distribuye de forma asimétrica: la capa exterior tiene etanolamina y colina, mientras que las de la capa interna poseen serina.
- Son moléculas anfipáticas, puesto que la parte de los ácidos grasos es apolar (hidrófoba), el resto de la molécula es polar (hidrofílica). Y su estructura bicapa, forma la estructura básica de a membrana plasmática.
Los esfingolípidos derivados de la esfingosina, es un aminoalcohol de cadena larga. Son moléculas anfipáticas.
El colesterol se encuentra únicamente en las membranas de las células animales; no existe en vegetales ni en procariotas. Interviene en la fluidez de la membrana plasmática (endurece la bicapa, la hace menos fluida, y esto le proporciona estabilidad mecánica).
Hemimembrana:
Cada una de las dos capas bimoleculares que presentan las membranas, constituidas por lípidos anfóteros, proteínas asociadas a estos lípidos y glucopolisacáridos.
Proteínas
Se encuentran intercaladas en la bicapa lipídica, a lo largo de la cual pueden desplazarse. Representan más del 50% del peso de la membrana. Se agrupan en dos clases: proteínas integrales y proteínas periféricas.
- Las proteínas integrales pueden atravesar por completo la membrana o encontrarse ocupando una hemimembrana. La mayoría son alfa-hélices y algunas son láminas beta.
La mayoría se encuentra unidas a los fosfolípidos mediante interacciones no covalentes.
- Las proteínas periféricas asociadas a la hemimembrana interna y externa mediante uniones:
- Uniones covalentes con ácidos grasos o con oligosacáridos
- Interacciones no covalentes con proteínas integrales.
Las proteínas desempeñan la mayor parte de las funciones de la membrana plasmática. Son:
- Receptores. Existen proteínas que poseen centros específicos, los cuales se unen exclusivamente a moléculas concretas. En esto se basa su capacidad de reconocimiento de las mismas.
- Transportadores. Facilitan o realizan el tránsito de sustancias hacia el interior o el exterior celular.
- Las enzimas. Catalizan reacciones asociadas a la membrana.
- Estructurales. Conectan la membrana celular con otras células adyacentes, con el citoesqueleto y con la matriz celular.
Citoesqueleto:
Conjunto de filamentos proteicos distribuidos por el interior de la célula, encargados del mantenimiento de la forma celular, de sus movimientos y del desplazamiento de sus orgánulos.
Glúcidos
Se encuentran en la parte externa de la misma y constituyen el glicocálix. (Que le da asimetría a la membrana)
Se unen mediante enlaces covalentes a los lípidos y a las proteínas de la membrana, constituyendo glucolípidos y glicoproteínas.
Intervienen en las siguientes funciones:
- Protección de lesiones mecánicas y químicas.
- Selección de sustancias que se van a incorporar a la célula.
- Reconocimiento. La composición del glicocálix es utilizada por las células para establecer uniones intercelulares, le confiere propiedades inmunitarias
Transporte a través de la membrana plasmática
La bicapa lipídica permite que moléculas pequeñas puedan atravesarla en ambos sentidos. Su carácter hidrofóbico dificulta el paso de las moléculas con carga.
El transporte de moléculas presenta dos modalidades:
- Transporte pasivo
- Transporte activo
El transporte pasivo se realiza sin gasto de energía.
Comprende una serie de fenómenos en los cuales las moléculas se transportan a favor de los gradientes de concentración.
Características de la difusión simple:
- La difusión simple consiste en el paso de pequeñas moléculas a través de la bicapa a favor de gradiente de concentración.
- Por este procedimiento pasan moléculas no polares, como O2, N2 y CO2, y moléculas polares sin carga como H2O, etanol o glicerol
- No pueden pasar mediante este mecanismo las moléculas polares grandes como Na+, K+, H+.
Características difusión a través de proteínas de canal
- Las proteínas de canal poseen una estructura tubular ocupada por agua, que atraviesa la bicapa. Constituyen conductos acuosos que permiten el paso de moléculas polares e iones a favor de gradiente.
Poseen sistemas capaces de regular la apertura y el cierre del canal mediante diferentes estímulos.
- Reguladas por medio de ligandos. Se estimulan por la unión con una molécula que provoca apertura.
- Reguladas por voltaje. Despolarización producida por un estímulo nervioso.
- Reguladas por estrés. El estímulo es mecánico
Difusión facilitada
Las proteínas transportadoras o permeasas permiten el paso selectivo de determinadas moléculas a favor de los gradientes de concentración y electronegativo.
El transporte activo se realiza con gasto de energía
Realizan el traslado de moléculas e iones contra los gradientes de concentración y electroquímico. Estos procesos consumen energía.
Existen 3 formas en las que las células realizan el transporte activo, que se denominan bombas (pasar moléculas de un sitio a otro).
- Sistemas (bombas) de transportadores acoplados. La transportadora combina (acopla) el transporte de una molécula a favor del gradiente electroquímico con el de otra en contra del mismo.
- Bombas impulsadas por ATP. La energía desprendida de la hidrólisis del ATP es utilizada para transportar moléculas en contra de gradiente electroquímico.
- Bombas impulsadas por la luz. Se utiliza energía luminosa para realizar el transporte
La bomba de Na+-K+
Transportadores activos. Se trata de una enzima presente en las membranas de las células animales. Funciones que realiza: primero, regulación del volumen celular; en segundo lugar, la conducción de azúcares y aminoácidos hacia el interior de la célula, y, el restablecimiento de la polaridad de la membrana durante la transmisión del impulso nervioso.
La bomba de Na+ K+ mantiene una concentración de K+ de 10 a 20 veces más alta en el interior que en el exterior; esto hace que la concentración del Na+ sea más alta en el exterior que en el interior.
- La concentración de Na+ es más elevada en el exterior de la célula y el interior de la membrana es negativo, este entra libremente en la célula a favor de gradiente, a través de las proteínas de canal. (dibujo1)
- Una vez, dentro se une a un centro que presenta la bomba, lo que activa la ATPasa. (dibujo2)
- El ATP se hidroliza y el fosfato se une a la proteína mediante un enlace rico en energía. (dibujo3)
- La fosforilación provoca un cambio en la configuración de la proteína, que utiliza la energía que le aporta el enlace con el fosfato para que el Na+ se libere al exterior. (dibujo3)
- Este cambio en la configuración de la proteína da lugar a la exposición de un centro específico para el K+, produciéndose su unión con el mismo. (dibujo4)
- Como consecuencia de esta unión desprende el fosfato y la proteína recobra su configuración inicial. El tiempo que el K+ se introduce en el interior celular. En este punto termina el ciclo, que volverá a iniciarse inmediatamente. (dibujo5 y 6).
Mediante la endocitosis entran en la célula partículas o moléculas de gran tamaño.
La endocitosis es un mecanismo de transporte por medio del cual se introducen en la célula partículas o moléculas que, por su gran tamaño, no pueden atravesar la membrana plasmática mediante los sistemas de proteínas transportadoras. Rodea dichas moléculas o partículas con una capa de membrana, se repliega hacia el interior (se invagina) y se separa del resto. Una vesícula de membrana, dentro se encuentra la partícula. La endocitosis es un sistema de transporte activo, puesto que se desarrolla con gasto de energía, que procede de la hidrólisis del ATP.
Dependiendo del tamaño de las partículas ingeridas la absorción de vesiculación presenta dos variantes.
- Fagocitosis. La célula visibles al microscopio óptico
- Pinocitosis. Solo visibles en el microscopio electrónico o son líquidos con sustancias disueltas.
El proceso por el que la membrana celular forma estas vesículas se debe a la existencia de depresiones recubiertas internamente por clatrina.
Existen dos modalidades de endocitosis:
- Endocitosis inespecífica, atrapa cualquier molécula presente en el exterior de la célula
- Endocitosis específica o mediada por receptores, selecciona la moléculas que serán capturadas
La exocitosis consiste en la salida de materiales de la célula, utilizando un proceso inverso. Con la finalidad de que:
- Eliminación de residuos
- Secreción de proteínas
- Renovación de lípidos y proteínas que la membrana plasmática pierde como consecuencia de la endocitosis o para permitir el incremento de la membrana cuando la célula aumenta de tamaño después de dividirse.
La pared celular vegetal
Las células vegetales, poseen membrana plasmática y un complejo sistema de cubiertas exteriores a ella; su conjunto forma la pared celular vegetal.
La celulosa es el principal componente de la pared vegetal.
Está constituida por celulosa y se encuentra altamente hidratada.
Es una estructura segregada por la célula.
De fuera adentro presenta esta estructura:
Lámina media: es muy fina; y es compartida por dos células. Está constituida por pectinas y proteínas.
Membrana primaria: es la primera en formarse. Constituida por microfibrillas de celulosa, en forma de malla poco densa, que facilita el crecimiento de la célula.
Entre las microfibrillas hay hemicelulosa y pectinas (moléculas)
En algunas células es la única capa que existe. Varía de grosor y puede impregnarse de lignina (consistencia de madera)
Membrana secundaria: capa de mayor grosor. Formada por microfibrillas de celulosa más largas y gruesas que las de la membrana primaria.
Construida por 3 capas (mallas entrecruzadas). Se disponen formando planos en los que son paralelos, pero en diferente dirección
Suelen contener lignina, cutina, suberina (constituye corcho), sales minerales y ceras.
Los plasmodesmos y las punteaduras son canales de comunicación entre células.
Los plasmodesmos son conductos tubulares que atraviesan las paredes de dos células vivas (sin pared secundaria) contiguas, a través de los cuales se comunican los citoplasmas de ambas.
Las zonas de la pared células en las que existe una gran concentración de plasmodesmos, campos de poros.
Las punteaduras son estructuras que están presentes en aquellas células con gruesas paredes secundarias y que hacen posible la comunicación intercelular. Se organizan en torno a un campo de poros.
El transporte entre células vegetales se hace a través de la pared, los plasmodesmos y las punteaduras.
Debido al elevado contenido en agua de la pared vegetal, los gases y las pequeñas moléculas hidrofílicas se difunden libremente a través de ella. Para introducirse en la célula deberán franquear la membrana plasmática, utilizando los diferentes sistemas de transporte. En muchos casos es frecuente observar vesículas de pinocitosis (endocitosis)
En algunas células, la pared secundaria posee un gran espesor y contiene sustancias que la impermeabilizan, lo que la convierte en una estructura que aísla completamente a la célula y provoca su muerte.
La envoltura celular bacteriana.
Las bacterias poseen una membrana plasmática recubierta por otra capa, pared celular, mucho más gruesa que la primera
Existen dos modelos de pared celular bacteriana, los tipos de bacterias son Gram+ y Gram –
La envoltura de las bacterias Gram+ está constituida por estos elementos:
- Membrana plasmática
- Pared celular, formada por polisacáridos y proteoglicanos (mureína), peptidoglicanos.
Las bacterias Gram- poseen una cubierta que presenta, de dentro afuera, las siguientes capas:
- Membrana interna. Se trata de la membrana plasmática
- Pared celular, constituida por 3 elementos:
- Espacio periplásmico. Formado por oligosacáridos y peptidoglicanos (mureína)
- Membrana externa. Bicapa lipídica con estructura análoga a la membrana plasmática, tiene diferentes proteínas
- Cápsula. Constituida por fosfolípidos y glucolípidos.