Estructura y función de la célula

Introducción

La célula es la unidad anatómica, estructural y funcional del organismo. En una célula eucariota se distinguen como partes principales la membrana plasmática, el citoplasma (con organelos) y el núcleo.

Membrana plasmática

Es una barrera flexible y resistente formada por proteínas y lípidos en proporción 50:50 (por peso), mantenidos por fuerzas no covalentes. Se describe mediante el modelo de mosaico fluido: un “mar” de lípidos en movimiento con proteínas móviles o fijas en sitios específicos.

Bicapa lipídica

El marco estructural básico es una bicapa compuesta por fosfolípidos, colesterol y glucolípidos. La bicapa se forma porque los lípidos son anfipáticos (con partes polares y no polares).

• Fosfolípidos: cabeza hidrófila (fosfato) y dos colas hidrófobas de ácidos grasos.
• Colesterol: débilmente anfipático, se dispone entre los lípidos en ambas capas.
• Glucolípidos: cabeza polar con hidratos de carbono y colas no polares.

Proteínas de membrana y glucocáliz

Las proteínas se clasifican en integrales y periféricas. Muchas integrales son transmembrana (atraviesan toda la bicapa y protruyen hacia citosol y líquido extracelular). Las periféricas se asocian de forma más laxa a las cabezas polares de los lípidos o a proteínas integrales.

Muchas transmembrana son glucoproteínas con un carbohidrato orientado hacia el líquido extracelular. Los carbohidratos de glucolípidos y glucoproteínas forman el glucocáliz, que actúa como “rúbrica” molecular para el reconocimiento celular; por ejemplo, ayuda a que glóbulos blancos detecten un glucocáliz “extraño” en la respuesta inmune.

Funciones de la membrana plasmática

Su cometido principal es mantener estable el medio intracelular regulando el paso de agua, moléculas y elementos. Sus funciones incluyen selectividad (según tamaño y carga de moléculas) y permeabilidad selectiva.

• Ósmosis: movimiento neto de agua a través de una membrana permeable desde menor a mayor concentración.
• Difusión: movimiento de moléculas desde mayor a menor concentración de solutos.
• Difusión facilitada: difusión con ayuda de proteínas de transporte transmembrana.
• Transporte activo: movimiento contra gradiente usando energía química del ATP.

Transporte vesicular

Incluye endocitosis y exocitosis.

• Endocitosis: entrada de sustancias en vesículas. La mediada por receptores capta selectivamente ligandos que se fijan a receptores específicos.
• Fagocitosis: ingestión de partículas sólidas; algunos leucocitos la usan para destruir bacterias.
• Pinocitosis: ingestión de líquidos del medio externo.
• Exocitosis: salida de sustancias en vesículas secretoras que se fusionan con la membrana y liberan contenido al líquido extracelular.

Citoplasma

Se divide en citosol y organelos. El citosol (líquido intracelular) rodea a los orgánulos y constituye alrededor del 55% del volumen celular; contiene 70–95% de agua y diversos solutos (iones, glucosa, aminoácidos, ácidos grasos, proteínas, lípidos, ATP y desechos). Allí ocurren muchas reacciones químicas necesarias para la vida celular.

Los organelos son estructuras especializadas con funciones específicas. Algunos no son membranosos (citoesqueleto, centrosoma, cilios, flagelos, ribosomas) y otros sí lo son (retículo endoplásmico, complejo de Golgi, mitocondrias, lisosomas, peroxisomas).

Citoesqueleto y estructuras asociadas

Es una red de filamentos proteicos: microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos.

• Microfilamentos: de actina; abundan en la periferia; participan en movimiento (contracción muscular, división y locomoción celular) y soporte (microvellosidades).
• Filamentos intermedios: muy fuertes; en zonas con estrés mecánico; estabilizan orgánulos (como el núcleo) y ayudan a la adhesión celular.
• Microtúbulos: tubos huecos de tubulina; se ensamblan desde el centrosoma; dan forma celular y participan en movimiento de vesículas, cromosomas, cilios y flagelos.

Centrosoma y centríolos

El centrosoma está cerca del núcleo y contiene un par de centríolos y material pericentriolar. Cada centríolo es cilíndrico con nueve tripletes de microtúbulos dispuestos en círculo; durante la división celular los centrosomas se replican.

Cilios y flagelos

Son proyecciones móviles con microtúbulos. Los cilios son numerosos y cortos; cada uno posee un núcleo con distribución 9 + 2 y está unido a un cuerpo basal. Realizan un movimiento tipo remo; en el tracto respiratorio ayudan a barrer partículas atrapadas en moco. Los flagelos son más largos y pueden mover una célula completa; en humanos, el ejemplo es la cola del espermatozoide.

Organelos principales

• Ribosomas: sitios de síntesis proteica; poseen ARNr y proteínas; tienen subunidad mayor y menor formadas en el nucléolo y luego se unen en el citoplasma. Los adheridos al retículo sintetizan proteínas para organelos, membrana o secreción; los libres sintetizan proteínas para el citosol; también existen en mitocondrias.
• Retículo endoplásmico (RE): red de sacos o túbulos conectada con la envoltura nuclear. El RER tiene ribosomas y procesa/distribuye proteínas, incluyendo formación de glucoproteínas y unión a fosfolípidos. El REL no tiene ribosomas y posee enzimas para sintetizar ácidos grasos y esteroides; en hígado facilita liberación de glucosa y detoxificación de sustancias liposolubles.
• Complejo de Golgi: conjunto de cisternas; la cara cis recibe del RER y la cara trans orienta hacia la membrana plasmática. Modifica, selecciona y empaqueta moléculas; produce vesículas de transporte (por ejemplo, con enzimas digestivas hacia lisosomas).
• Lisosomas: vesículas formadas en Golgi con numerosas enzimas digestivas/hidrolíticas; digieren moléculas tras fusionarse con vesículas de endocitosis.
• Peroxisomas: contienen oxidasas que oxidan sustancias orgánicas y toxinas (como alcohol); abundan en hígado por la detoxificación.
• Proteasomas: estructuras con forma de tonel que degradan proteínas citosólicas no necesarias, dañadas o defectuosas.
• Mitocondrias: generan la mayor parte del ATP mediante respiración aeróbica; poseen membrana externa e interna, crestas en la interna y matriz central; se autorreplican y tienen su propio ADN.