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LA CÉLULA

Apuntes complementarios de clasesDra. Guérnica García Gorigoitía

Las células son estructuras altamente organizadas en su interior, constituidas pordiferentes organelos implicados, cada uno de ellos en diferentes funciones.

Sin embargo, todas las células eucariotas, que son las de todos los seres vivoscon la excepción de las bacterias cuyas células son mucho más sencillas,comparten un plan general de organización:

1. Una membrana celular que determina su individualidad

2. Un núcleo que contiene el material genético y ejerce el control de la célula.

3. Un citoplasma que contiene los organelos intracitoplasmáticosmembranosos y no membranosos, dónde se ejecutan prácticamente todaslas funciones.

La figura muestra un dibujo esquemático de una célula típica con diversosorganelos en su interior.

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MEMBRANA PLASMÁTICA O CELULAR:

La célula está rodeada por una envoltura, denominada membrana plasmática. Lamembrana delimita el territorio de la célula y controla el contenido químico de lacélula. La membrana plasmática representa el límite entre el medio extracelular yel intracelular. Es de gran importancia para los organismos, ya que a través de ellase transmiten mensajes que permiten a las células realizar numerosas funciones.

Esta estructura posee un grosor de 10 nm, razón por la cual no se puedeobservar con el microscopio óptico, siendo sólo visible con el microscopioelectrónico.

Presenta las siguientes características:· Es una estructura continua que rodea a la célula. Por un lado está en contacto

con el citoplasma (medio interno) y, por el otro, con el medio extracelular querepresenta el medio externo.

· Contiene receptores específicos que permiten a la célula interaccionar conmensajeros químicos y emitir la respuesta adecuada.

En la composición química de la membrana citoplasmática, se encuentran lípidos,proteínas y glúcidos en proporciones aproximadas al 40%, 50% y 10%,respectivamente.

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a) Lípidos:

En la membrana citoplasmática encontramos tres tipos de lípidos:

· Fosfolípidos.· Glicolípidos.· Colesterol.

Todos tienen carácter anfipático; es decir que tienen un doble comportamiento,parte de la molécula es hidrófila y parte de la molécula es hidrófoba por lo quecuando se encuentran en un medio acuoso se orientan formando una bicapalipídica.

La membrana plasmática no es una estructura estática, sus componentes tienenposibilidades de movimiento, lo que le proporciona una cierta fluidez. Esta fluideztiene relación con la capacidad de la membrana para ser permeable oimpermeable, por lo que constituye una de las características más importantes delas membranas.

· Movimiento de rotación: es el giro de la molécula en torno a su eje. Es muyfrecuente y el responsable en parte de los otros movimientos.

· Movimiento de difusión lateral: las moléculas se difunden de manera lateraldentro de la misma capa. Es el movimiento más frecuente.

· Movimiento de flip-flop: es el movimiento de la molécula lipídica de unamonocapa a la otra, gracias a la acción de enzimas llamadas flipasas. Es elmovimiento menos frecuente, por ser energéticamente más desfavorable.

· Movimiento de flexión: son aquellos producidos por las colas hidrófobas de losfosfolípidos.

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La fluidez también depende de factores como:

La temperatura, la fluidez aumenta al aumentar la temperatura.La naturaleza de los lípidos, la presencia de lípidos insaturados y de cadenacorta favorecen el aumento de fluidez; la presencia de colesterol endurece lasmembranas, reduciendo su fluidez y permeabilidad.

b) Proteínas:

Son los componentes de la membrana que desempeñan las funciones específicas(transporte, comunicación, etc). Al igual que en el caso de los lípidos, las proteínaspueden girar alrededor de su eje y muchas de ellas pueden desplazarselateralmente (difusión lateral) por la membrana. Las proteínas de membrana seclasifican en:

· Proteínas integrales: Están unidas a los lípidos íntimamente, suelen atravesarla bicapa lipídica una o varias veces, por esta razón se les denomina proteínastransmembrana.

· Proteínas periféricas: Se localizan a un lado u otro de la bicapa lipídica yestán unidas débilmente a las cabezas polares de los lípidos de la membrana ua otras proteínas integrales por enlaces de puentes de hidrógeno.

c) Hidratos de carbono:

Se sitúan sólo en la superficie externa de las células, por lo que contribuyen agenerar una asimetría de la membrana. Estos glúcidos son oligosacáridos unidosa los lípidos (glicolípidos), o a las proteínas (glicoproteinas).

Proteínaintegral

Fosfolípido

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Esta cubierta de hidratos de carbono, constituye la cubierta celular o glicocálix, ala que se atribuyen funciones fundamentales:

· Protege la superficie de las células de posibles lesiones.

· Confiere viscosidad a las superficies celulares, permitiendo el deslizamiento decélulas en movimiento, como por ejemplo, las sanguíneas.

· Presenta propiedades inmunitarias, por ejemplo los glúcidos del glicocálix delos glóbulos rojos representan los antígenos propios de los grupos sanguíneosdel sistema ABO.

· Interviene en los fenómenos de reconocimiento celular, particularmenteimportantes durante el desarrollo embrionario.

· Interviene en los procesos de adhesión entre óvulo y espermatozoide.

Con los datos obtenidos por la microscopía electrónica y los análisis bioquímicosse han elaborado varios modelos de membrana.

En la actualidad el modelo más aceptado es el propuesto por Singer y Nicholson(1972), denominado modelo de mosaico fluido, que presenta las siguientescaracterísticas:

· Considera que la membrana es como un mosaico fluido en el que la bicapalipídica es la red cementante y las proteínas embebidas en ella, interaccionanunas con otras y con los lípidos. Tanto las proteínas como los lípidos puedendesplazarse lateralmente.

Glicocaliz, compuesto por: Glicoproteínas y

Glicolípidos.

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· Los lípidos y las proteínas integrales se hallan dispuestos en mosaico.· Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución

fundamentalmente de los hidratos de carbono, que sólo se encuentran en sucara externa.

Las funciones más importantes de la membrana, podrían resumirse entransporte, ya que regula el intercambio de materia entre el interior de la célula ysu ambiente externo y el reconocimiento y comunicación, gracias a moléculassituadas en la parte externa de la membrana, que actúan como receptores desustancias químicas y biológicas.

NÚCLEO

El núcleo es una estructura característica de las células eucariotas. El materialgenético de la célula se encuentra dentro del núcleo en forma de cromatina.

El núcleo dirige las actividades de la célula y en él tienen lugar procesos tanimportantes como la autoduplicación del ADN o replicación, antes de comenzar ladivisión celular y la transcripción o producción de los distintos tipos de ARN, queservirán para la síntesis de proteínas.

El núcleo cambia de aspecto durante el ciclo celular y llega a desaparecer comotal. Por ello se describe el núcleo en interfase durante el cual se puede apreciarlas siguientes partes en su estructura:

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La envoltura nuclear: formada por dos membranas concéntricas perforadas porporos nucleares. A través de éstos se produce el transporte de moléculas entre elnúcleo y el citoplasma.

El nucleoplasma, que es el medio interno del núcleo donde se encuentran elresto de los componentes nucleares.

El nucléolo (único o doble) es una masa densa y esférica, formada por doszonas: una fibrilar y otra granular. La fibrilar es interna y contiene ADN, la zonagranular rodea a la anterior y contiene ARN y proteínas.

La cromatina, constituida por ADN y proteínas, aparece durante la interfase; perocuando la célula entra en división la cromatina se organiza en estructurasindividuales que son los cromosomas.

Cromatina y cromosomas:Un cromosoma es una molécula de ADN larga que contiene una serie de genes.Un cromosoma metafásico está formado por dos cromátidas idénticas en sentidolongitudinal. En cada una de ellas hay un nucleofilamento de ADN replegado,idéntico en ambas cromátidas.

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Están unidas a través del centrómero. En las cromátidas se aprecia también uncinetócoro, centro organizador de microtúbulos, que se forman durante lamitosis y que ayudan a unir los cromosomas con el huso mitótico.

Por lo tanto es posible decir que los términos cromatina y cromosomas significanlo mismo, y el cromosoma corresponde a un paquete de cromatina muy compacto.

El total de la información genética contenida en los cromosomas de unorganismo, constituye el genoma.

ORGANELOS MEMBRANOSOS

Retículo endoplasmático

Es un canal formado por un sistema complejo de membranas, constituidobioquímicamente por una estructura lipoprotéica similar a la de la membranacitoplasmática.

Se localiza en el interior de la célula, comunicando al núcleo con el exterior.

Participa en el proceso de síntesis de proteínas o de lípidos. A través del retículofluyen sustancias metabólicas o catabólicas hacia el aparato de Golgi.

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Se pueden distinguir dos tipos de retículo:

1. El retículo endoplasmatico rugoso (RER), el que presenta ribosomas unidosa su membrana. En el se realiza la síntesis protéica. Las proteínas sintetizadas porlos ribosomas, pasan al lumen del retículo y aquí maduran hasta ser exportadas asu destino definitivo.

2. El retículo endoplasmático liso (REL), no se asocia a ribosomas y estaformado por túbulos ramificados y pequeñas vesículas esféricas. En esteretículo se realiza la síntesis de lípidos.

En el retículo de las células del hígado tiene lugar la detoxificación yconjugación de sustancias nocivas, que consiste en transformar a una droga ometabolito insoluble en agua, en una sustancia soluble en agua, para así permitirsu eliminación de dicha sustancia por la orina.

Aparato de golgi

Descubierto por Camilo Golgi en 1898, consiste en un conjunto de estructuras demembrana, que forma parte del elaborado sistema de membranas interno de lascélulas. Se encuentra más desarrollado cuanto mayor es la actividad celular.

La unidad básica del orgánulo es el sáculo, que consiste en una vesícula ocisterna aplanada. Además, pueden observarse una serie de vesículas más omenos esféricas a ambos lados y entre los sáculos.

Retículo endoplasmático rugoso

Retículo endoplasmático liso

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El conjunto de todos los sáculos y vesículas, constituye el aparato de Golgi.

El aparato de Golgi se encuentra en íntima relación con el retículoendoplásmico, lo que permite diferenciar dos caras: la cara cis, convexa y máspróxima al retículo endoplásmatico rugoso, y la cara trans, más alejada yorientada hacia la membrana plasmática. Existe por lo tanto una polarizaciónmorfológica y funcional.

En la cara cis se encuentran las vesículas de transición, mientras que en la caratrans, se localizan las vesículas de secreción.

Funciones del aparato de Golgi:

· Maduración de proteínas provenientes del retículo rugoso y adosamiento a estasde oligosacáridos (carbohidratos).

· Interviene en los procesos de secreción, almacenamiento, transporte ytransferencia de glucoproteínas.

· Formación de membranas: plasmática, del retículo, nuclear.· Intervienen también en la formación de los lisosomas, modificando, distribuyendo y

empaquetando las enzimas que los constituyen.· Concentración por deshidratación del contenido de los gránulos de secreción

producidos por la célula.

Cara Trans

Cara Cis

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Mitocondrias

Las mitocondrias son los organelos celulares encargados de suministrar la mayorparte de la energía necesaria para la actividad celular, actúan como centralesenergéticas de la célula y sintetizan ATP a expensas de metabolitos comoglucosa, ácidos grasos y aminoácidos.

Las mitocondrias son organelos limitados por membranas que presentan unamembrana externa lisa de 6 a 7 nm de espesor y una membrana interna masplegada y delgada.

El espacio que existe entre ambas membranas se denomina compartimientoexterno. La membrana interna se pliega y origina las crestas que se proyectanhacia la matriz, constituyendo el compartimiento interno del organelo.

La ultraestructura mitocondrial está en relación con las funciones que desempeña:en la matriz se localizan los enzimas responsables de la oxidación de los ácidosgrasos, los aminoácidos, el ácido pirúvico y el ciclo de Krebs.

En la membrana interna están los sistemas dedicados al transporte de loselectrones, que se desprenden en las oxidaciones anteriores y un conjunto deproteínas encargadas de acoplar la energía liberada del transporte electrónico conla síntesis de ATP. Estas proteínas le dan un aspecto granuloso a la cara internade la membrana mitocondrial.

También se encuentran dispersas en la matriz una molécula de ADN circular yunos pequeños ribosomas implicados en la síntesis de un pequeño número deproteínas mitocondriales.

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Una característica particular de las mitocondrias, es que son exclusivamente deorigen materno, ya que sólo el óvulo las aporta a la célula original, y cómo lamitocondria posee ADN, esta información va pasando a las generacionesexclusivamente a través de las mujeres.Estos organelos se presentan en mayor cantidad en aquellas células con mayoractividad metabólica (de secreción, de síntesis y musculares).

Lisosomas

El sistema de membranas, constituye la respuesta de las células a la necesidad deregular sus comunicaciones con el ambiente en el intercambio demacromoléculas.

Para ello, se han desarrollado dos mecanismos en los que el los lisosomas y elaparato de Golgi están involucrados:

La adquisición de sustancias se lleva a cabo por endocitosis, mecanismo queconsiste en englobar sustancias con la membrana plasmática para su posteriorinternalización.

La expulsión de sustancias se realiza por exocitosis , mecanismo que, en últimotérmino, consiste en la fusión con la membrana celular de las vesículas quecontienen la sustancia a eliminar hacia el exterior de la célula.

Los lisosomas son los organelos digestivos de la célula y sólo pueden serreconocidos mediante el empleo de procedimientos de inmunocitoquímica, parademostrar la presencia de enzimas lisosomales.

Se forman en el aparato de golgi, desde donde se desprenden constituyendo ellisosoma primario, que contiene todas las enzimas empleadas en la digestióncelular.

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Estos organelos participan en la digestión de sustancias extracelularesincorporadas a la célula por endocitosis, y en la digestión de componentesintracelulares (autofagia).

Los lisosomas primarios se fusionan con la membrana de la estructura quecontiene el material a degradar y liberan sus enzimas, dando origen a un lisosomasecundario, también llamados fagosomas, vacuolas digestivas o autofágicasdependiendo del origen del material que se digiere.

1.- Formación de la proteína enzimática en el RER (6)2.- Formación de la membrana que recubre al lisosoma, en el aparato de Golgi.3.- Digestión de un componente intracelular: formación de una vacuola autofágica.4 y 5.- Digestión de material extracelular incorporado por endocitosis: formación de una

vacuola heterofágica.