La célula (página 2)

Las enzimas, un tipo
de proteínas
implicadas en el metabolismo
celular.

Las células
vivas son un sistema
bioquímico complejo. Las características que
permiten diferenciar las células de los sistemas
químicos no vivos son:

·   Nutrición: Las
células toman sustancias del medio, las transforman de una
forma a otra, liberan energía y eliminan productos de
desecho, mediante el metabolismo.

·   Crecimiento y multiplicación. Las
células son capaces de dirigir su propia síntesis.
A consecuencia de los procesos
nutricionales, una célula
crece y se divide, formando dos células, en una
célula idéntica a la célula
original, mediante la división celular.

·   Diferenciación:
Muchas células pueden sufrir cambios de forma o función en
un proceso
llamado diferenciación celular. Cuando una célula
se diferencia, se forman algunas sustancias o estructuras
que no estaban previamente formadas y otras que lo estaban dejan
de formarse. La diferenciación es a menudo parte del ciclo
celular en que las células forman estructuras
especializadas relacionadas con la reproducción, la dispersión o la
supervivencia.

·   Señalización:
Las células responden a estímulos químicos y
físicos tanto del medio externo como de su interior y, en
el caso de células móviles, hacia determinados
estímulos ambientales o en dirección opuesta mediante un proceso que
se denomina síntesis. Además, frecuentemente las
células pueden interaccionar o comunicar con otras
células, generalmente por medio de señales
o mensajeros químicos, como hormonas,
neurotransmisores, factores de crecimiento… en seres
pluricelulares en complicados procesos de comunicación celular y transducción
de señales.

·   Evolución: A
diferencia de las estructuras inanimadas, los organismos
unicelulares y pluricelulares evolucionan. Esto significa que hay
cambios hereditarios (que ocurren a baja frecuencia en todas las
células de modo regular) que pueden influir en la
adaptación global de

·   la célula o del organismo superior
de modo positivo o negativo. El resultado de la evolución es la selección
de aquellos organismos mejor adaptados a vivir en un medio
particular.

Las propiedades celulares no tienen por qué ser
constantes a lo largo del desarrollo de
un organismo: evidentemente, el patrón de expresión
de los genes varía en respuesta a estímulos
externos, además de factores endógenos. Un aspecto
importante a controlar es la pluripotencialidad,
característica de algunas células que les permite
dirigir su desarrollo hacia un abanico de posibles tipos
celulares. En metazoos, la genética
subyacente a la determinación del destino de una
célula consiste en la expresión de determinados
factores de transcripción específicos del linaje
celular al cual va a pertenecer, así como a modificaciones
epigenéticas. Además, la introducción de otro tipo de factores de
transcripción mediante ingeniería
genética en células somáticas basta para
inducir la mencionada pluripotencialidad, luego éste es
uno de sus fundamentos moleculares.

Tamaño, forma y
función

El tamaño y la forma de las células depende de
sus elementos más periféricos (por ejemplo, la pared, si la
hubiere) y de su andamiaje interno (es decir, el citoesqueleto).
Además, la competencia por
el espacio tisular provoca una morfología
característica: por ejemplo, las células vegetales,
poliédricas in vivo, tienden a ser esféricas
in vitro. Incluso pueden existir parámetros
químicos sencillos, como los gradientes de
concentración de una sal, que determinen la
aparición de una forma compleja.

En cuanto al tamaño, la mayoría de las
células son microscópicas, es decir, no son
observables a simple vista. A pesar de ser muy pequeñas
(un milímetro cúbico de sangre puede
contener unos cinco millones de células), el tamaño
de las células es extremadamente variable. La
célula más pequeña observada, en condiciones
normales, corresponde a Mycoplasma genitalium, de 0,2
μm, encontrándose cerca del límite
teórico de 0,17 μm. Existen bacterias con
1 y 2 μm de longitud. Las células humanas son muy
variables:
hematíes de 7 micras, hepatocitos con 20 micras,
espermatozoides de 53 μm, óvulos de 150 μm e,
incluso, algunas neuronas de en torno a un metro.
En las células vegetales los granos de polen pueden llegar
a medir de 200 a 300 μm y algunos huevos de aves pueden
alcanzar entre 1 (codorniz) y 7 cm (avestruz) de diámetro.
Para la viabilidad de la célula y su correcto
funcionamiento siempre se debe tener en cuenta la relación
superficie-volumen. Puede
aumentar considerablemente el volumen de la célula y no
así su superficie de intercambio de membrana lo que
dificultaría el nivel y regulación de los
intercambios de sustancias vitales para la célula.

Respecto de su forma, las células presentan una gran
variabilidad, e, incluso, algunas no la poseen bien definida o
permanente. Pueden ser: fusiformes (forma de huso), estrelladas,
prismáticas, aplanadas, elípticas, globosas o
redondeadas, etc. Algunas tienen una pared rígida y otras
no, lo que les permite deformar la membrana y emitir
prolongaciones citoplasmáticas (pseudópodos) para
desplazarse o conseguir alimento. Hay células libres que
no muestran esas estructuras de desplazamiento pero poseen cilios
o flagelos, que son estructuras derivadas de un
orgánulo celular (el centrosoma) que dota a estas
células de movimiento. De
este modo, existen multitud de tipos celulares, relacionados con
la función que desempeñan; por ejemplo:

·   Células contráctiles que
suelen ser alargadas, como las fibras musculares.

·   Células con finas prolongaciones,
como las neuronas que transmiten el impulso nervioso.

·   Células con microvellosidades o
con pliegues, como las del intestino para ampliar la superficie
de contacto y de intercambio de sustancias.

·   Células cúbicas,
prismáticas o aplanadas como las epiteliales que recubren
superficies como las losas de un pavimento.

La célula
procariota

Las células procariotas:son
pequeñas y menos complejas que las eucariotas. Contienen
ribosomas pero carecen de sistemas de endomembranas (esto es,
orgánulos delimitados por membranas biológicas,
como puede ser el núcleo celular). Por ello poseen el
material genético en el citosol. Sin embargo, existen
excepciones: algunas bacterias fotosintéticas poseen
sistemas de membranas internos. También en el Filo
Planctomycetes existen organismos como Pirellula
que rodean su material genético mediante una membrana
intracitoplasmática y Gemmata obscuriglobus que lo
rodea con doble membrana. ésta última posee
además otros compartimentos internos de membrana,
posiblemente conectados con la membrana externa del nucleoide y
con la membrana nuclear, que no posee peptidoglucano.

Por lo general podría decirse que los procariotas
carecen de citoesqueleto. Sin embargo se ha observado que algunas
bacterias, como Bacillus subtilis, poseen proteínas
tales como MreB y mbl que actúan de un modo similar a la
actina y son importantes en la morfología celular.
Fusinita van den Ent, en Nature, va más allá,
afirmando que los citoesqueletos de actina y tubulina tienen
origen procariótico.

De gran diversidad,los procariotas sustentan un metabolismo
extraordinariamente complejo, en algunos casos exclusivo de
ciertos taxa, como algunos grupos de
bacterias, lo que incide en su versatilidad ecológica. Los
procariotas se clasifican, según Carl Woese, en arqueas y
bacterias.

Arqueas

Estructura bioquímica
de la membrana de arqueas (arriba) comparada con la de bacterias
y eucariotas (en medio): nótese la presencia de enlaces
éter (2) en sustitución de los tipo éster
(6) en los fosfolípidos.

Las arqueas poseen un diámetro celular comprendido
entre 0,1 y 15 μm, aunque las formas filamentosas pueden ser
mayores por agregación de células. Presentan
multitud de formas distintas: incluso las hay descritas cuadradas
y planas. Algunas arqueas tienen flagelos y son
móviles.

Las arqueas, al igual que las bacterias, no tienen membranas
internas que delimiten orgánulos. Como todos los
organismos presentan ribosomas, pero a diferencia de los
encontrados en las bacterias que son sensibles a ciertos agentes
antimicrobianos, los de las arqueas, más cercanos a los
eucariotas, no lo son. La membrama celular tiene una estructura
similar a la de las demás células, pero su
composición química es
única, con enlaces tipo éter en sus lípidos.
Casi todas las arqueas poseen una pared celular (algunos
Thermoplasma son la excepción) de
composición característica, por ejemplo, no
contienen peptidoglicano (mureína), propio de bacterias.
No obstante pueden clasificarse bajo la tinción de Gram,
de vital importancia en la taxonomía
de bacterias; sin embargo, en arqueas, poseedoras de una
estructura de pared en absoluto común a la bacteriana,
dicha tinción es aplicable pero carece de valor
taxonómico. El orden Methanobacteriales tiene una capa de
pseudomureína, que provoca que dichas arqueas respondan
como positivas a la tinción de Gram.

Como en casi todos los procariotas, las células de las
arqueas carecen de núcleo, y presentan un sólo
cromosoma circular. Existen elementos extracromosómicos,
tales como plásmidos. Sus genomas son de pequeño
tamaño, sobre 2-4 millones de pares de bases.
También es característica la presencia de ARN
polimerasas de constitución compleja y un gran
número de nucleótidos modificados en los ácidos
ribonucleicos ribosomales. Por otra parte, su ADN se empaqueta
en forma de nucleosomas, como en los eucariotas, gracias a
proteínas semejantes a las histonas y algunos genes poseen
intrones. Pueden reproducirse por fisión binaria o
múltiple, fragmentación o gemación.

La célula
eucariota

Las células eucariotas: son el exponente
de la complejidad celular actual. Presentan una estructura
básica relativamente estable caracterizada por la
presencia de distintos tipos de orgánulos
intracitoplasmáticos especializados, entre los cuales
destaca el núcleo, que alberga el material
genético. Especialmente en los organismos pluricelulares,
las células pueden alcanzar un alto grado de
especialización. Dicha especialización o
diferenciación es tal que, en algunos casos, compromete la
propia viabilidad del tipo celular en aislamiento. Asi, por
ejemplo, las neuronas dependen para su supervivencia de las
células gliales. Por otro lado, la estructura de la
célula varía dependiendo de la situación
taxonómica del ser vivo: de este modo, las células
vegetales difieren de las animales,
así como de las de los hongos. Por
ejemplo, las células animales carecen de pared celular,
son muy variables, no tiene plastos, puede tener vacuolas pero no
son muy grandes y presentan centríolos (que son agregados de
microtúbulos cilíndricos que contribuyen a la
formación de los cilios y los flagelos y facilitan la
división celular). Las células de los vegetales,
por su lado, presentan una pared celular compuesta principalmente
de celulosa),
disponen de plastos como cloroplastos (orgánulo capaz de
realizar la fotosíntesis), cromoplastos
(orgánulos que acumulan pigmentos) o leucoplastos
(orgánulos que acumulan el almidón fabricado en la
fotosíntesis), poseen vacuolas de gran
tamaño que acumulan sustancias de reserva o de desecho
producidas por la célula y finalmente cuentan
también con plasmodesmos, que son conexiones
citoplasmáticas que permiten la circulación directa
de las sustancias del citoplasma de una célula a otra, con
continuidad de sus membranas plasmáticas.

[]

Diagrama de una célula
animal, a la izquierda (1. Nucleolo, 2. Núcleo, 3.
Ribosoma, 4. Vesícula, 5. Retículo
endoplasmático rugoso, 6. Aparato de Golgi, 7.
Citoesqueleto (microtúbulos), 8. Retículo
endoplasmático liso, 9. Mitocondria, 10. Vacuola, 11.
Citoplasma, 12. Lisosoma. 13. Centríolos.); y de una
célula
vegetal, a la derecha.

Membrana plasmática
y superficie celular

La composición de la membrana plasmática
varía entre células dependiendo de la
función o del tejido en la que se encuentre, pero posee
elementos comunes. Está compuesta por una doble capa de
fosfolípidos, por proteínas unidas no
covalentemente a esa bicapa, y por glúcidos unidos
covalentemente a lípidos o proteínas. Generalmente,
las moléculas más numerosas son las de
lípidos; sin embargo, la proteínas, debido a su
mayor masa molecular, representan aproximadamente el 50% de la
masa de la membrana.

Un modelo que
explica el funcionamiento de la membrana plasmática es el
modelo del mosaico fluido, de J. S. Singer y Garth Nicolson
(1972), que desarrolla un concepto de
unidad termodinámica basada en las interacciones
hidrófobas entre moléculas y otro tipo de enlaces
no covalentes.

Esquema de una membrana celular. Se observa la bicapa de
fosfolípidos, las proteínas y otras
moléculas asociadas que permiten las funciones
inherentes a esta organela.

Dicha estructura de membrana sustenta un complejo mecanismo de
transporte,
que posibilita un fluido intercambio de masa y energía
entre el entorno intracelular y el externo. Además, la
posibilidad de transporte e interacción entre moléculas de
células aledañas o de una célula con su
entorno faculta a éstas poder
comunicarse químicamente, esto es, permite la
señalización celular. Neurotransmisores, hormonas,
mediadores químicos locales afectan a células
concretas modificando el patrón de expresión
génica mediante mecanismos de transducción de
señal.[39]

Sobre la bicapa lipídica, independientemente de la
presencia o no de una pared celular, existe una matriz que
puede variar, de poco conspicua, como en los epitelios, a muy
extensa, como en el tejido conjuntivo. Dicha matriz, denominada
glucocalix (glicocáliz), rica en líquido
tisular, glucoproteínas, proteoglicanos y fibras,
también interviene en la generación de estructuras
y funciones emergentes, derivadas de las interacciones
célula-célula.

Imagen de un núcleo, el retículo
endoplasmático y el aparato de Golgi; 1, Núcleo. 2,
Poro nuclear.3, Retículo endoplasmático rugoso
(REr).4, Retículo endoplasmático liso (REl). 5,
Ribosoma en el RE rugoso. 6, Proteínas siendo
transportadas.7, Vesícula (transporte). 8, Aparato de
Golgi. 9, Lado cis del aparato de Golgi.10, Lado
trans del aparato de Golgi.11, Cisternas del aparato de
Golgi.

·   Ribosoma: Los ribosomas,
visibles al microscopio
electrónico como partículas esféricas, son
complejos supramoleculares encargados de ensamblar
proteínas a partir de la información genética que les llega
del ADN transcrita en forma de ARN mensajero. Elaborados en el
núcleo, desempeñan su función de
síntesis de proteínas en el citoplasma.
Están formados por ARN ribosómico y por diversos
tipos de proteínas. Estructuralmente, tienen dos
subunidades. En las células, estos orgánulos
aparecen en diferentes estados de disociación. Cuando
están completos, pueden estar aislados o formando grupos
(polisomas). También pueden aparecer asociados al
retículo endoplasmático rugoso o a la envoltura
nuclear.

·   Retículo endoplasmático: El
retículo endoplasmático es orgánulo
vesicular interconectado que forma cisternas, tubos aplanados y
sáculos comunicados entre sí. Intervienenen
funciones relacionadas con la síntesis proteica,
glicosilación de proteínas, metabolismo de
lípidos y algunos esteroides, detoxificación,
así como el tráfico de vesículas. En
células especializadas, como las miofibrillas o
células musculares, se diferencia en el retículo
sarcoplásmico, orgánulo decisivo para que se
produzca la contracción muscular.

·   Aparato de Golgi: El
aparato de Golgi es un orgánulo formado por apilamientos
de sáculos denominados dictiosomas, si bien, como ente
dinámico, éstos pueden interpretarse como
estructuras puntuales fruto de la coalescencia de
vesículas. Recibe las vesículas del retículo
endoplasmático rugoso que han de seguir siendo procesadas.
Dentro de las funciones que posee el aparato de Golgi se
encuentran la glicosilación de proteínas,
selección, destinación, glicosilación de
lípidos y la síntesis de polisacáridos de la
matriz extracelular. Posee tres compartimientos; uno proximal al
retículo endoplasmático, denominado
«compartimento cis», donde se produce la
fosforilación de las manosas de las enzimas que han de
dirigirse al lisosoma; el «compartimento intermedio»,
con abundantes manosidasas y N-acetil-glucosamina transferasas; y
el «compartimento o red trans», el
más distal, donde se transfieren residuos de galactosa y
ácido siálico, y del que emergen las
vesículas con los diversos destinos celulares.

·   Lisosoma: Los lisosomas son
orgánulos que albergan multitud de enzimas
hidrolíticas. De morfología muy variable, no se ha
demostrado su existencia en células vegetales.[ Una
característica que agrupa a todos los lisosomas es la
posesión de hidrolasas ácidas: proteasas,
nucleasas, glucosidasas, lisozima, arilsulfatasas, lipasas,
fosfolipasas y fosfatasas. Procede de la fusión
de vesículas procedentes del aparato de Golgi, que, a su
vez, se fusionan en un tipo de orgánulo denominado
endosoma temprano, el cual, al acidificarse y ganar en enzimas
hidrolíticos, pasa a convertirse en el lisosoma funcional.
Sus funciones abarcan desde la degradación de
macromoléculas endógenas o procedentes de la
fagocitosis a la intervención en procesos de
apoptosis.

La vacuola regula el estado de
turgencia de la célula vegetal.

·   Vacuola vegetal: Las
vacuolas vegetales, numerosas y pequeñas en células
meristemáticas y escasas y grandes en células
diferenciadas, son orgánulos exclusivos de los
representantes del mundo vegetal. Inmersas en el citosol,
están delimitadas por el tonoplasto, una membrana
lipídica. Sus funciones son: facilitar el intercambio con
el medio externo, mantener la turgencia celular, la
digestión celular y la acumulación de sustancias de
reserva y subproductos del metabolismo.

·   Inclusión
citoplasmática: Las inclusiones son
acúmulos nunca delimitados por membrana de sustancias de
diversa índole, tanto en células vegetales como
animales. Típicamente se trata de sustancias de reserva
que se conservan como acervo metabólico: almidón,
glucógeno, triglicéridos, proteínas…
aunque también existen de pigmentos.

Conversión
energética

El metabolismo celular está basado en la
transformación de unas sustancias químicas,
denominadas metabolitos, en otras; dichas reacciones
químicas transcurren catalizadas mediante enzimas. Si
bien buena parte del metabolismo sucede en el citosol, como la
glucolisis, existen procesos específicos de
orgánulos.

Modelo de una mitocondria: 1, membrana interna; 2, membrana
externa; 3, cresta mitocondrial; 4, matriz mitocondrial.

·   Mitocondria: Las
mitocondrias son orgánulos de aspecto, número y
tamaño variable que intervienen en el ciclo de Krebs,
fosforilación oxidativa y en la cadena de transporte de
electrones de la respiración. Presentan una doble membrana,
externa e interna, que dejan entre ellas un espacio
perimitocondrial; la membrana interna, plegada en crestas hacia
el interior de la matriz mitocondrial, posee una gran superficie.
En su interior posee generalmente una sóla molécula
de ADN, el genoma mitocondrial, típicamente circular,
así como ribosomas más semejantes a los bacterianos
que a los eucariotas.[Según la teoría
endosimbiótica, se asume que la primera protomitocondria
era un tipo de proteobacteria.

Estructura de un cloroplasto.

·   Cloroplasto: Los
cloroplastos son los orgánulos celulares que en los
organismos eucariotas fotosintéticos se ocupan de la
fotosíntesis. Están limitados por
una envoltura formada por dos membranas concéntricas y
contienen vesículas, los tilacoides, donde se encuentran
organizados los pigmentos y demás moléculas
implicadas en la conversión de la energía luminosa
en energía química. Además de esta
función, los plastidios intervienen en el metabolismo
intermedio, produciendo energía y poder reductor,
sintetizando bases púricas y pirimidínicas, algunos
aminoácidos y todos los ácidos grasos.
Además, en su interior es común la
acumulación de sustancias de reserva, como el
almidón. Se considera que poseen analogía con las
cianobacterias.

Modelo de la estructura de un peroxisoma.

·   Peroxisoma: Los peroxisomas
son orgánulos muy comunes en forma de vesículas que
contienen abundantes enzimas de tipo oxidasa y catalasa; de tan
abundantes, es común que cristalicen en su interior. Estas
enzimas cumplen funciones de detoxificación celular. Otras
funciones de los peroxisomas son: las oxidaciones
flavínicas generales, el catabolismo de las purinas, la
beta-oxidación de los ácidos grasos, el ciclo del
glioxilato, el metabolismo del ácido glicólico y la
detoxificación en general.[ Se forman de vesículas
procedentes del retículo endoplasmático.

Citoesqueleto

Las células poseen un andamiaje que permite el mantenimiento
de su forma y estructura, pero más aún, éste
es un sistema dinámico que interactúa con el resto
de componentes celulares generando un alto grado de orden
interno. Dicho andamiaje está formado por una serie de
proteínas que se agrupan dando lugar a estructuras
filamentosas que, mediante otras proteínas,
interactúan entre ellas dando lugar a una especie de
retículo. El mencionado andamiaje recibe el nombre de
citoesqueleto, y sus elementos mayoritarios son: los
microtúbulos, los microfilamentos y los filamentos
intermedios.

·   Microfilamentos: Los
microfilamentos o filamentos de actina están formados por
una proteína globular, la actina, que puede polimerizar
dando lugar a estructuras filiformes. Dicha actina se expresa en
todas las células del cuerpo y especialmente en las
musculares ya que está implicada en la contracción
muscular, por interacción con la miosina. Además,
posee lugares de unión a ATP, lo que dota a sus filamentos
de polaridad. Puede encontrarse en forma libre o polimerizarse en
microfilamentos, que son esenciales para funciones celulares tan
importantes como la movilidad y la contracción de la
célula durante la división celular.

Citoesqueleto eucariota: microfilamentos en
rojo, microtúbulos en verde y núcleo en azul.

·   Microtúbulos: Los
microtúbulos son estructuras tubulares de 25 nm de
diámetro exterior y unos 12 nm de diámetro
interior, con longitudes que varían entre unos pocos
nanómetros a micrómetros, que se originan en los
centros organizadores de microtúbulos y que se extienden a
lo largo de todo el citoplasma. Se hallan en las células
eucariotas y están formadas por la polimerización
de un dímero de dos proteínas globulares, la alfa y
la beta tubulina. Las tubulinas poseen capacidad de unir GTP. Los
microtúbulos intervienen en diversos procesos celulares
que involucran desplazamiento de vesículas de
secreción, movimiento de orgánulos, transporte
intracelular de sustancias, así como en la división
celular (mitosis y
meiosis) y
que, junto con los microfilamentos y los filamentos intermedios,
forman el citoesqueleto. Además, constituyen la estructura
interna de los cilios y los flagelos.

·   Filamentos intermedios: Los
filamentos intermedios son componentes del citoesqueleto.
Formados por agrupaciones de proteínas fibrosas, su nombre
deriva de su diámetro, de 10 nm, menor que el de los
microtúbulos, de 24 nm, pero mayor que el de los
microfilamentos, de 7 nm. Son ubicuos en las células
animales, y no existen en plantas ni
hongos. Forman un grupo
heterogéneo, clasificado en cinco familias: las
queratinas, en células epiteliales; los neurofilamentos,
en neuronas; los gliofilamentos, en células gliales; la
desmina, en músculo liso y estriado; y la vimentina, en
células derivadas del mesénquima.

·   Centríolos: Los
centríolos son una pareja de estructuras que forman parte
del citoesqueleto de células animales. Semejantes a
cilindros huecos, están rodeados de un material proteico
denso llamado material pericentriolar; todos ellos forman el
centrosoma o centro organizador de microtúbulos que
permiten la polimerización de microtúbulos de
dímeros de tubulina que forman parte del citoesqueleto.
Los centríolos se posicionan perpendicularmente entre
sí. Sus funciones son participar en la mitosis, durante la
cual generan el huso acromático, y en la citocinesis,[51]
así como, se postula, intervenir en la nucleación
de microtúbulos.

·   Cilios y flagelos: Se trata
de especializaciones de la superfice celular con motilidad; con
una estructura basada en agrupaciones de microtúbulos,
ambos se diferencian en la mayor longitud y menor número
de los flagelos, y en la mayor variabilidad de la estructura
molecular de estos últimos.

Ciclo vital
Diagrama del ciclo celular

La intefase, en naranja, alberga a las fases G0, S y G1; la
fase M, en cambio,
únicamente consta de la mitosis y citocinesis, si la
hubiere.

El ciclo celular es el proceso ordenado y repetitivo en el
tiempo
mediante el cual una célula madre crece y se divide en dos
células hijas. Las células que no se están
dividiendo se encuentran en una fase conocida como G0, paralela
al ciclo. La regulación del ciclo celular es esencial para
el correcto funcionamiento de las células sanas,
está claramente estructurado en fases

Conclusión

La célula es más compleja de lo que muchos
creemos por la carencia de algunas características en unas
y las diferencias que podemos encontrar, que la correcta
preparación de estos es muy importante para su debida
observación, también la debida
limpieza del portaobjetos y el cubreobjetos y es necesario saber
también dónde podemos encontrar un tipo de
célula y estructura.

Autor:

Brian Gorena