Estructura y Función de la célula

La célula consta de tres estructuras principales: membrana celular, citoplasma y núcleo.Límites celulares.

Membrana celular.

También llamada membrana plasmática, citoplasmática o fundamental, es la estructura que limita y protege a las células aislándolas del medio externo, otra de sus funciones es actuar como una barrea de permeabilidad selectiva y sensitiva entre el interior y el exterior de la célula. La membrana celular es el instrumento fundamental en el proceso de comunicación intercelular. Está formada por una delgada película, que se observa claramente con el microscopio electrónico. Todas las membranas, independientemente de su origen, están constituidas por lípidos y proteínas. La mayor parte de ellas también poseen carbohidratos unidos a las proteínas y a los lípidos. Las proporciones en que están presentes estos tres componentes en los diversos tipos de membranas varían enormemente. Los carbohidratos en general representan menos del 10% del total de la masa de la membrana.

Composición de algunas membranas biológicas (como porcentaje en peso seco) (Smith y Word, p.92). Las

proteínas que constituyen a las membranas “sirven de receptores que intervienen en procesos de reconocimiento y adhesión celular, otras actúan como transportadores hacia el interior o el exterior de la célula, otras son enzimas que catalizan reacciones asociadas con la membrana y, finalmente, otras son proteínas estructurales que, junto con los receptores, conectan la membrana plasmática con el citoesqueleto, con otra célula adyacente o con la matriz extracelular”. 

Las proteínas de la membrana se clasifican de la siguiente manera: Proteínas Integrales (Intrínsicas). Están asociadas con lípidos, son insolubles en agua (hidrofíbicas). Constituyen el 70 % de las proteinas de la membrana plamática, algunas de estas moléculas proteínicas atraviesan completamente la doble capa lipídica, sobresaliendo an ambas superficies de la membrana, siendo denomínadas proteinas transmembranosas.

Proteínas periféricas (extrínsecas). Son solubles en agua (hidrofílicas) no penetran en la zona hidrofóbica de la bicapa lipídica. (no son transmembranosas). La distribución de las proteínas en las membranas es asimétrica lo cual provoca que las superficies presenten características diferentes. “Los lípidos constituyen la estructura o matriz de la membrana y están representados básicamente por los fosfolípidos, compuestos que representan una “cabeza” hidrofílica constituida por grupos fosfato, y una “cola” hidrofóbica formada por cadenas de carbonos de naturaleza lipídica” 8 estas moléculas de lípidos dispuestas en dos capas en la membrana celular, cada una de las dos capas se forman por la acomodación de cabezas y colas. Imagínate que tienes una torta de quesillo, la tapa superior e inferior del pan representan a las cabezas y el quesillo a las colas. Existe otro tipo de lípido asociado a las membranas: el colesterol, pero sólo lo presentan las células animales.

Los carbohidratos presentes en la membrana se encuentran unidos covalentemente a proteínas (glucoproteínas) o a lípidos (glucolípidos). Están situado exclusivamente en la superficie externa de la membrana y son oligosacáridos y, en algunas membranas, polisacáridos.

ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA

El “modelo de mosaico fluido” ha sido reconocido actualmente como la estructura básica de la totalidad de las membranas (mitocondrias, cloroplastos, retículo endoplasmático, aparato de Golgi, lisosomas, peroxisomas, envoltura nuclear, membranas plasmáticas y otras). Este modelo fué desarrollado por los biólogos celulares S.J. Singer y G.L. Nicolson en 1972. Ellos proponen que las membranas están constituidas por una bicapa de fosfolípidos, con sus colas (hidrofóbicas) hacia el interior de la membrana, mientras que las cabezas (hidrofílicas) quedan orientadas hacia el medio extracelular o hacia el citoplasma, que son medios acuosos. Esta bicapa de fosfolípidos forma el “armazón” fluido y viscoso, una gran cantidad de proteínas frecuentemente se deslizan de manera lenta dentro de la bicapa.

El modelo del mosaico fluido de la membrana plasmática. De acuerdo con este modelo, la membrana plasmática es una bicapa de fosfolípidos en la que están embebidas diversas proteínas. Muchas proteínas y los lípidos tienen carbohidratos unidos a ellas que forman glucoproteínas y glucolípidos respectivamente. La amplia variedad de proteínas de membrana se pueden clasificar en tres categorías principales: proteínas de transporte, proteínas receptores y proteínas de reconocimiento. 

TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA

La célula debe adquirir del exterior moléculas para efectuar sus procesos vitales, y al mismo tiempo excretar

el material tóxico y liberar productos de secreción. Por tanto, las membranas biológicas deben ser selectivamente permeables. Para la mayoría de las sustancias existe una relación directa entre su solubilidad en los lípidos y su capacidad de penetración en las células. De un modo general, los compuestos hidrofóbicos, solubles en los lípidos, como los ácidos grasos, hormonas esteroides y anestésicos, atraviesan fácilmente la membrana. En cambio, las sustancias hidrófilas, insolubles en lípidos, penetran en las células con mayor dificultad, dependiendo del tamaño de la molécula y de sus características químicas. El transporte celular puede ser pasivo o activo. El primero se presenta cuando las sustancias atraviesan la membrana sin requerir para ello de un gasto adicional de energía pues su propia naturaleza y energía cinética les permiten el tránsito, tal es el caso de algunos iones, átomos y moléculas pequeñas. El transporte activo es el movimiento de materiales a través de la membrana con un gasto energético adicional.

Pared celular:

Algunas células presentan un límite hacia el exterior de la membrana plasmática, esta envoltura dura no viviente llamada pared celular, está presente en bacterias, plantas, hongos y algunos protistas. La pared celular es mucho más gruesa que la membrana plasmática y está formada de diferentes sustancias según el organismo. Cuando Robert Hook descubrió las células, lo que observó fue la pared celular, las paredes celulares de las plantas están compuestas por celulosa y otros polisacáridos, mientras que las paredes celulares de los hongos están compuestas del polisacárido modificado llamado quitina. Las paredes celulares bacterianas tienen un armazón parecido a la quitina al que están unidas cadenas cortas de aminoácidos y otras moléculas. Las paredes celulares sostienen y protegen a las células, por ejemplo permiten que las plantas y los hongos resistan las fuerzas de la gravedad, el viento y que permanezcan erectas sobre la tierra. La pared celular es porosa, lo que permite el paso fácil de pequeñas moléculas, como los minerales,  el agua, el oxígeno, el bióxido de carbono, los aminoácidos y azúcares. Sin embargo la estructura que realmente rige las interacciones entre una célula y su ambiente externo es la membrana plasmática.

CITOPLASMA

Se localiza entre la membrana celular y la membrana nuclear, constituido por un sistema coloidal que le permite presentar “movimientos continuos, que le facilita transportar todas las estructuras de la célula; así mismo, el citoplasma regula la entrada y salida de agua y otros materiales a la célula, de acuerdo a su composición química y a su gran capacidad de absorción, además alberga a todos los organelos celulares. 

Presenta características muy particulares en aquellas células especializadas; por ejemplo, en las células de tejido óseo, el citoplasma acumula gran cantidad de sales de calcio para proporcionar una consistencia muy dura a la célula”. El citoplasma de las células eucariontes, se encuentra soportado por una estructura proteínica denominada/citoesqueleto. CITOESQUELETO. Desempeña funciones relacionadas con el movimiento y el sostén de las células; consta de tres tipos diferentes de proteínas que dan origen a su vez a tres estructuras distintas: los microfilamentos, los filamentos intermedios y los microtúbulos.

Microfilamentos. Tienen un diámetro de 7nm. Están formados por la proteína activa, son el constituyente dinámico más importante, ya que le permite a las células moverse y cambiar de forma. En combinación con la proteína miosina forman los filamentos deslizantes que intervienen en la contracción muscular.

Filamentos Intermedios. Su diámetro es de 8 a 11nm, y se llaman así simplemente porque tienen un diámetro “intermedio” en comparación con el de los otros dos.

Microtúbulos. Son fibras únicas de alrededor de 25nm de diámetro. Están compuestos por la proteína tubulina y sus funciones principales están relacionadas con el sostén, la forma, la estructura, división celular y la movilidad celular, ésta última a través de los llamados cilios y flagelos.

Cilios. “Son estructuras con aspecto de pequeños vellos, constituidos por un haz de microtúbulos dispuestos paralelamente y envueltos por una membrana. Los cilios son cortos, múltiples y en los epitelios, se ubican siempre en la superficie apical de las células.

Flagelos. Son generalmente únicos y largos, en el cuerpo humano, se encuentran solamente en los espermatozoides. Tanto en cilios como en flagelos, los microtúbulos están organizados en nueve pares”10 de microtúbulos dispuestos en círculo alrededor de un par central, esta distribución es llamada 9+2.

Centriolos. Constituye una de las formaciones especializadas de los microtúbulos es un componente de todas las células animales y de algunos vegetales inferiores. Guarda relación con la división celular y la formación de cilios y flagelos, normalmente se encuentran en pares están situados cerca del núcleo y compuestos de un grupo de 9 túbulos dispuestos para formar un círculo, esta distribución es la llamada

9+0.

ORGANELOS

Son estructuras celulares, con función específica que se encuentran contenidas dentro del citoplasma. 

Estructuras para el ensamblaje y transporte de proteínas:

Uno de los sistemas membranosos citoplasmáticos más extensos es el RETÍCULO ENDOPLÁSMICO (RE) fue descubierto y descrito en la década de 1950, después de la introducción de los métodos de microscopía electrónica. Observándose que se trata de un complejo sistema de membranas que se proyecta en casi todo el interior de la célula y forma grandes bolsas o cisternas aplastadas que se conectan unas con otras a través de tubos y con el aparato de Golgi. La cantidad de (RE) varía entre los diferentes tipos de células y en diferentes momentos de desarrollo. Las células animales suelen tener más (RE) que protistas, algas, hongo o plantas superiores. “En muchas partes de la célula, el retículo endoplásmico está asociado con unos pequeños gránulos densos situados a lo largo del borde exterior de su membrana. Estas estructuras se denominan ribosomas y le dan aspecto rugoso a ciertas regiones del retículo, por lo que éste se conoce como retículo endoplásmico rugoso (RER); estas regiones están frecuentemente asociadas con actividad de síntesis proteínica. El retículo endoplásmico liso (REL) no contiene ribosomas y se observa en regiones celulares que participan en la síntesis y el transporte de lípidos o en la destoxificación de una variedad de venenos”. En algunas células (REL) también sintetiza otros tipos de lípidos, hormonas, esteroides, testosterona y estrógenos producidos en los órganos reproductores de los mamíferos. Todas las membranas celulares están compuestas por lípidos y proteínas que se sintetizan en el retículo endoplásmico.