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TEMA 6
LA CÉLULA Y LAS ENVOLTURAS CELULARES
1. La teoría celular
Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) ve las primeras células a través de un
microscopio de una sola lente:
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El nombre de célula proviene de su parecido con las celdillas de un panal, que Robert
Hooke (1665) observó en una lámina fina de corcho.
La célula es la unidad de vital, morfológica, funcional y genética de todos los
seres vivos.
• VITAL: El ser vivo más pequeño está formado por una célula.
• MORFOLÓGICA: Todos los seres vivos están constituidos por células.
• FISIOLÓGICA: Las células tienen todos los mecanismos necesarios para mantener su
existencia.
• GENÉTICA: Todas las células derivan de otras células preexistentes. Virchow (1858)
“Omnis cellula ex cellula”
El estudio de las células va ligado al desarrollo de la tecnología, en este caso al
microscopio óptico en un principio y posteriormente al electrónico.
El microscopio óptico posee una resolución de hasta 0,2 . Con él se pueden
observar células vivas como los glóbulos rojos o los seres unicelulares. Estos últimos pueden
colorearse con colorantes vitales, como el rojo neutro, o con el microscopio de contraste de
fases, que hace resaltar sus diferentes partes. También se observan células muertas, colocadas
en láminas finas (10 ), obtenidas mediante el microtomo, que se fijan con formol y
posteriormente se colorean y se cubren con un portaobjetos que se pega con bálsamo del
Canadá.
Otros microscopios son el de contraste de fases que permite ver estructuras en células
vivas sin manipulación y el de fluorescencia, que permite la visualización de moléculas
específicas, usando colorantes fluorescentes.
El microscopio electrónico posee una resolución de hasta 3 Å Sólo se pueden
observar células muertas en láminas muy finas obtenidas con el ultramicrotomo (0,1). Las
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células se fijan con tetraóxido de osmio al 1%. También se puede usar el microscopio
electrónico de barrido que da una imagen tridimensional, aunque su resolución es de sólo 250
Å.
2. Los modelos de organización celular
En los seres vivos se encuentran dos tipos de células, cuyas diferencias principales
son las siguientes:
Células procariotas
(Bacterias, cianobacterias y micoplasmas)
Células eucariotas
(Animales y vegetales) No envoltura nuclear
Con envoltura nuclear
Sin orgánulos con membrana
Con orgánulos celulares de todo tipo
Su ADN es lineal (micoplasmas) o circular
ADN siempre lineal
Ribosomas pequeños 70 S
Ribosomas grandes 80 S
Enzimas respiratorios y pigmentos
fotosintéticos situados en el mesosoma de
bacterias
Enzimas respiratorios en la mitocondria y
pigmentos fotosintéticos en el cloroplasto
Siempre son seres unicelulares o colonias
Hay unicelulares y pluricelulares
Pueden realizar la quimiosíntesis
Nunca son quimiosintéticas
Algunas pueden fijar el N2 atmosférico
Nunca fijan el N2 atmosférico
Estructura de una bacteria
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Estructura de las células eucariotas: animales y vegetales.
Diferencias exclusivas
ANIMAL VEGETAL
CLOROPLASTOS NO SI
PARED CELULAR NO SI
CENTROSOMA SI NO
3. La membrana plasmática
La membrana plasmática es una delgada lámina de 75 Å que envuelve a la célula y la
separa del medio externo. Puede variar su forma permitiendo movimientos y desplazamientos
de la célula.
Su estructura es igual en todas las
células y en todos los orgánulos
citoplasmáticos, por lo que se llama
membrana unitaria o unidad de
membrana.
Davson y Danielli propusieron una doble
capa de lípidos rodeada por dos capas de
proteínas.
Según Singer y Nicholson (1972) es una
bicapa lipídica, asociada con moléculas de
proteínas, formando la estructura de mosaico
fluido.
Esta membrana es asimétrica, ya que las glicoproteínas y glucolípidos sólo se encuentran
hacia la cara externa.
La composición química, que varía de unas células a otras es aproximadamente de un
52% de proteínas, 40% de lípidos y 8% de glúcidos.
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Los lípidos son del tipo de los fosfolípidos, glucolípidos y colesterol (Regula la fluidez de
la membrana), caracterizados por ser anfipáticos, dando espontáneamente en medio acuoso
bicapas (autoensamblaje), que tienden a cerrarse sobre sí mismas (autosellado).
Estos lípidos presentan una serie de movimientos que dan como consecuencia la
fluidez de la membrana tales como:
• la difusión lateral
• la rotación
• flexión
• flip-flop.
El colesterol realiza la función de regular la fluidez, que se relaciona directamente con la
temperatura. Cuando aumenta, impide que aumente demasiado, y cuando disminuye impide
que se vuelva demasiado rígida.
Las proteínas pueden ser intrínsecas como las integrales y las transmembranas con una
parte incluida dentro de la bicapa lipídica, y extrínsecas o periféricas, adheridas a las
monocapa. Las glicoproteínas sólo en la parte externa, formando parte del glucocálix. Tienen
un desplazamiento más lento que los lípidos.
INTERIOR CELULAR
EXTERIOR CELULAR
La función fundamentalmente es mantener estable el medio intracelular, regulando el
paso de agua, moléculas y elementos, mantener la diferencia de potencial iónico, haciendo
que el medio interno esté cargado negativamente y realizar los procesos de endocitosis y
exocitosis.
Además, le confiere individualidad separándola del exterior, identidad a través de
los antígenos de histocompatibilidad y le permite obtener información del exterior gracias a
los receptores de membrana.
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4. Transporte a través de la membrana
Los distintos tipos de mecanismos por los cuales las moléculas atraviesan la membrana
dependen de la naturaleza (hidrófila o hidrófoba) y el tamaño de la molécula a transportar. El
transporte de una sustancia con carga depende tanto de su gradiente de concentración como
del gradiente eléctrico. La suma de ambos gradientes se denomina gradiente electroquímico.
El transporte de pequeñas moléculas, se produce sin deformación de la
membrana y se clasifica en función de los requerimientos energéticos en:
El transporte PASIVO es un proceso de difusión de sustancias que no requiere
energía. Se produce siempre a favor del gradiente. Este transporte puede darse por:
• Difusión simple a través de la bicapa (1).
Así entran moléculas lipídicas como las hormonas esteroideas, anestésicos como el éter y
fármacos liposolubles. Y sustancias apolares como el oxígeno y el nitrógeno atmosférico.
Algunas moléculas polares de muy pequeño tamaño, como el CO2, el etanol y la glicerina,
también atraviesan la membrana por difusión simple
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• Difusión facilitada a través de canales (2).
Se realiza mediante las denominadas proteínas
canal. Así entran iones como el Na+, K+, Ca2+, Cl-, y
el agua. La difusión del agua recibe el nombre de
ósmosis. Las proteínas de canal son proteínas con un
orificio o canal interno, cuya apertura está regulada
por ligando o por voltaje, como ocurre con
neurotransmisores u hormonas, que se unen a una
determinada región, el receptor de la proteína de
canal, que sufre una transformación estructural que
induce la apertura del canal.
• Difusión facilitada a través de permeasas (3).
Permite el transporte de pequeñas moléculas polares, como los aminoácidos,
monosacáridos, etc., que, al no poder atravesar la bicapa lipídica, requieren que proteínas
transmembranosas faciliten su paso. Estas proteínas reciben el nombre de proteínas
transportadoras o permeasas que, al unirse a la molécula a transportar sufren un cambio en
su estructura que arrastra a dicha molécula hacia el interior de la célula.
El transporte ACTIVO (4).
En este proceso también actúan proteínas de membrana, pero éstas requieren energía, en
forma de ATP, para transportar las moléculas al otro lado de la membrana. Se produce
cuando el transporte se realiza en contra del gradiente electroquímico. Son ejemplos de
transporte activo la bomba de Na/K, y la bomba de Ca.
La bomba de Na+/K+ Requiere una proteína transmembranosa que bombea Na+ hacia el
exterior de la membrana y K+ hacia el interior. Esta proteína actúa contra el gradiente gracias
a su actividad como ATP-asa, ya que rompe el ATP para obtener la energía necesaria para el
transporte. Por este mecanismo, se bombea 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior,
con la hidrólisis acoplada de ATP. El transporte activo de Na+ y K+ tiene una gran
importancia fisiológica. De hecho, todas las células animales gastan más del 30% del ATP
que producen (y las células nerviosas más del 70%) para bombear estos iones.
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Las principales funciones de la bomba son:
• Controlar el volumen celular, ya que la expulsión de Na+ es necesaria para mantener
el balance osmótico. Si se inhibe la bomba, las células se hinchan y explotan.
• La energía eléctrica permite que las células nerviosas sean excitables.
• Impulsa el transporte activo de glucosa (en contra de su gradiente) y aminoácidos
hacia el interior de algunas células. Este transporte se acopla a la entrada de sodio (a
favor de gradiente) mediante un sistema de cotransporte simporte (dos solutos en la
misma dirección) o la salida de Calcio mediante un sistema de contratransporte
antiporte (dos solutos en distinta dirección). A estos sistemas de transporte acoplados
se les denomina transportes activos secundarios
Para ver los diferentes tipos de transporte visita el siguiente enlace:
http://www2.uah.es/biomodel/biomodel-misc/anim/memb/uniporte.html
El transporte de moléculas de elevada masa molecular se produce con
deformación de la membrana:
Para el transporte de este tipo de moléculas existen tres mecanismos principales:
endocitosis, exocitosis y transcitosis. En cualquiera de ellos es fundamental el papel que
desempeñan las llamadas vesículas revestidas. Estas vesículas se encuentran rodeadas de
filamentos proteicos de clatrina.
• 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 a ingerir. Se
produce la estrangulación de la invaginación originándose una vesícula que encierra el
material ingerido. Según la naturaleza de las partículas englobadas, se distinguen diversos
tipos de endocitosis.
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• Pinocitosis. Implica la ingestión de líquidos y partículas en disolución por pequeñas
vesículas revestidas de clatrina.
• Fagocitosis. Se forman grandes vesículas revestidas o fagosomas que ingieren
microorganismos y restos celulares.
• Endocitosis mediada por un receptor. Es un mecanismo por el que sólo entra la
sustancia para la cual existe el correspondiente receptor en la membrana.
• Exocitosis. Es el mecanismo por el cual las macromoléculas contenidas en vesículas
citoplasmáticas son transportadas desde el interior celular hasta la membrana plasmática, para
ser vertidas al medio extracelular. Esto requiere que la membrana de la vesícula y la
membrana plasmática se fusionen para que pueda ser vertido el contenido de la vesícula al
medio. Mediante este mecanismo, las células son capaces de eliminar sustancias sintetizadas
por la célula, o bien sustancias de desecho.
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En toda célula existe un equilibrio entre la exocitosis y la endocitosis, para mantener
la membrana plasmática y que quede asegurado el mantenimiento del volumen celular.
• Transcitosis. Es el conjunto de fenómenos que permiten a una sustancia atravesar
todo el citoplasma celular desde un polo al otro de la célula. Implica el doble proceso
endocitosis-exocitosis. Es propio de células endoteliales que constituyen los capilares
sanguíneos, transportándose así las sustancias desde el medio sanguíneo hasta los tejidos que
rodean los capilares.
5. Diferenciaciones de la membrana. Uniones
En la membrana celular encontramos también una serie de especializaciones que
permiten la unión y la comunicación entre células adyacentes.
• Uniones mecánicas o de anclaje: puntos de unión a modo de remaches que
mantienen firmemente unidas las células, aumentando la resistencia y rigidez del tejido. Se
encuentran en células con fuerte tensión mecánica, como las musculares y la epidermis.
• Uniones estrechas o herméticas: sellan las dos membranas e impiden el paso de
moléculas a través de los espacios intercelulares. Se encuentran en las células
epiteliales.
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• Uniones gap: canales intercelulares que permiten el paso de iones y pequeñas
moléculas. Permiten la nutrición de las células alejadas de los vasos sanguíneos, como
las del cristalino o del hueso.
• Los plamodesmos: Son canales de comunicación entre los tejidos vegetales. La
membrana de una célula se continúa con la adyacente.
6. Otras cubiertas celulares
• La matriz extracelular
Es el medio que rodea a las células animales. Es continuación del glicocáliz. Está
formado mayoritariamente por las cadenas de oligosacáridos de los glicolípidos y
glicoproteínas de la membrana; también contiene glicoproteínas, colágeno, elastina y ácido
hialurónico, que han sido segregadas y luego adsorbidas sobre la superficie celular.
En algunos tejidos se depositan además fosfatos (huesos), quitina (exoesqueleto de
artrópodos), carbonatos (moluscos), sílice (protozoos radiolarios) etc.
• La pared celular vegetal
Es una cubierta de celulosa en forma de fibrillas, proteínas y polisacáridos de forma
estable y rígida. Es característica de las células vegetales.
Está formada por tres capas:
Lámina media, de aspecto gelatinoso y formada por pectinas (polímero derivado de
la galactosa)
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Pared primaria, muy delgada, es la primera que se forma, está formada
principalmente de celulosa en forma de red y cemento abundante de pectina, hemicelulosa
(heteropolisacárido formado por xilosa y arabinosa), agua y sales minerales. Esta pared se va
expandiendo conforme la célula aumenta de tamaño.
Pared secundaria, con varias capas de celulosa con las fibras orientadas de forma
paralela y poco cemento, posee gran resistencia y poca flexibilidad. Se forma después del
crecimiento. Sólo aparece en plantas con crecimiento secundario.
• Pared de los hongos
Formada principalmente por el homopolisacárido quitina.
• Pared bacteriana
Formada por un heterósido, el peptidoglucano
Las funciones de la matriz y las paredes son:
Protección mecánica y química
Regulación de la absorción
Unión de células para formar tejidos
Reconocimiento celular. Los oligosacáridos son los principales marcadores de
identidad.
Dar forma a las células, impidiendo su ruptura por presión osmótica. Exoesqueleto de
los vegetales.
Dependiendo de las sustancias que se depositen:
o Lignina, aumenta la rigidez y soporte de la planta, como en los tubos de
xilema.
o Minerales, como el carbonato cálcico y la sílice, que dan protección a las
células epidérmicas vegetales y a los huesos, conchas y exoesqueletos.
o Cutina y ceras, que son sustancias impermeabilizantes.
o Suberina, que forma el corcho que da protección con poco peso.
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