Teoría Celular y Componentes Esenciales

TEORÍA CELULAR Según Hipócrates en el siglo VI a.C., los seres vivos se componen de una serie de jugos o humores llamados “crasis”. En el siglo IV a.C., Aristóteles y Paracelso dicen que todos los seres vivos se componen de unas unidades elementales comunes a todos ellos, cuya influencia se mantiene por 20 siglos. En el siglo XVII, Hooke y Leeuwenhoek proponen el nombre de célula después de haber observado a microscopio óptico muy rudimentario corcho y vegetales. Realmente lo que vio fue solamente las paredes celulares. A mediados de ese siglo, Leeuwenhoek consiguió ver células vivas a partir de líquidos celulares, a lo que llamó animálculos. En el siglo XIX, Schleiden y Schwann, trabajando por separado (el primero con vegetales y el segundo con animales) y al comparar sus trabajos postulan que ambos tejidos están formados por una o más células. Unos 20 años más tarde, Virchow establece que toda célula proviene de otra preexistente.

Actualmente y recogiendo todos los conocimientos que se tienen, se enuncia la teoría celular con 4 postulados o ideas principales:

• Todos los seres vivos están formados por células.
• La célula es la unidad estructural y fisiológica del ser vivo.
• Toda célula proviene de otra preexistente y es idéntica a ella; genética, estructural y funcionalmente.
• La célula es la unidad de vida más pequeña que existe.

Lípidos en la Membrana Celular

LÍPIDOS:

• FOSFOLÍPIDOS: Lípidos más abundantes dentro de la membrana. Tienen una zona hidrófila en contacto con el agua (cabezas polares), y otra hidrófoba que tiende a no estar en contacto con el agua (colas apolares). Estos fosfolípidos forman la bicapa lipídica. Estos pueden girar sobre sí mismos, de lugar o de externo a interno (flip-flop). Cuantas más insaturaciones, más difícil será de separar sus enlaces y cambiarlo de lugar.

• GLUCOLÍPIDOS: Lípidos muy parecidos a los fosfolípidos que en algún punto de su molécula presentan un glúcido. Solo aparecen en la capa externa de la membrana plasmática.

• ESTEROLES: Lípidos no saponificables del grupo de los esteroides. El más abundante es el colesterol. Los esteroles son moléculas muy rígidas que dan estabilidad a la membrana plasmática. Están unidos siempre a los fosfolípidos. Cuanto mayor sea la proporción de esteroles, mayor será la rigidez de la membrana.

Endocitosis: Transporte Celular Interno

ENDOCITOSIS: Mediante endocitosis se realiza el tránsito de macromoléculas o de partículas de gran tamaño a través de la membrana plasmática. Este proceso provoca un gran gasto energético. En este proceso, la membrana plasmática se invagina (se repliega hacia el interior) para englobar partículas que están en el exterior creando unas vesículas llamadas vesículas de endocitosis. Hay 2 tipos de endocitosis:

1. ENDOCITOSIS SIMPLE: Las partículas son captadas en cualquier punto de la membrana plasmática, que rodea a dichas partículas y las introduce dentro de la célula con una vesícula de endocitosis. Una vez están en el interior, pueden seguir 2 caminos distintos que ambos comienzan igual. La vesícula de endocitosis sufre variaciones y se convierte en un endosoma, que puede hacer esos 2 caminos distintos:

   1. Unirse a un lisosoma y formar una vacuola digestiva. Las enzimas hidrolíticas que tiene el lisosoma digieren estas partículas alimenticias produciendo tanto nutrientes como productos de desecho, es decir, comienzan los procesos digestivos.
   2. El endosoma se une a determinados órganos membranosos y esas partículas que hemos ingerido van a viajar de un punto a otro del organismo gracias a esos orgánulos. A este proceso se le llama “tránsito celular”.

2. ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTOR: Algunas macromoléculas especialmente importantes para los microorganismos entran a la célula por endocitosis mediante uniones a receptores específicos que están situados en puntos concretos de la membrana. En la parte interna de la membrana que presenta dichos receptores encontramos una proteína llamada “clatrina”.

   Se produce la endocitosis y se producen las vesículas de endocitosis, que en este caso están revestidas de clatrina. Posteriormente, esas vesículas de endocitosis revestidas por clatrina, pierden su revestimiento y se convierten en endosomas que pueden seguir cualquiera de los 2 caminos que hemos visto en la endocitosis simple.

Atendiendo a un criterio distinto al de la forma de entrada, la endocitosis también se divide en:

• PINOCITOSIS: Cuando las partículas ingeridas están en estado líquido o son partículas de pequeño tamaño. En esta, las partículas de endocitosis solo pueden verse al microscopio electrónico. Todas las células hacen pinocitosis.

• FAGOCITOSIS: Las partículas ingeridas son de gran tamaño, restos celulares o microorganismos vivos. Las vesículas de endocitosis se ven incluso al microscopio óptico. Las células que hacen fagocitosis suelen formar parte de nuestro sistema inmunitario o son células que intervienen en la nutrición en organismos poco desarrollados como protozoos.

Exocitosis: Transporte Celular Externo

EXOCITOSIS: Proceso de transporte a través de la membrana mediante el cual sacamos partículas de la célula al exterior, aunque alguna vez, estas partículas puedan quedarse en la membrana. Este proceso también implica un gran gasto energético. Hay 2 tipos de exocitosis.

• CONSTITUTIVA: Se realiza de forma continua y, a partir de vesículas originadas en el aparato de Golgi / retículo endoplasmático, se crean componentes estructurales que serán transportados a la membrana plasmática o a la pared celular para que se produzca su crecimiento o renovación.

• REGULADA: Se produce únicamente cuando llegan estímulos externos. Ocurre en células secretoras. El ejemplo más típico son las células de las glándulas exocrinas que segregan enzimas, o en células de glándulas endocrinas que secretan hormonas. En la exocitosis regulada, las vesículas están revestidas de clatrina. Este revestimiento se perderá cuando dichas vesículas lleguen a la membrana, se fusionen con la propia membrana plasmática, y las sustancias que contenían salgan al exterior de la célula.

Funciones Celulares Mediante Exocitosis

• FUNCIONES ESTRUCTURALES: Mediante exocitosis se segregan sustancias sintetizadas en el interior de la célula que van a formar parte de estructuras externas a la célula como la pared celular o el glicocálix. También se segregan sustancias que intervienen en la formación de escamas, caparazones y otras envueltas externas.

• FUNCIÓN DE RELACIÓN: Mediante exocitosis se expulsan sustancias que van a emitir señales a otras células o que van a ser intercambiadas con otras células.

• FUNCIÓN DE EXCRECIÓN: Los productos de desecho que se crean en el interior celular tras la fagocitosis o tras la digestión realizada por los lisosomas son excretados mediante exocitosis.

Diferenciaciones de la Membrana Plasmática

DIFERENCIACIONES DE LA MEMBRANA: En algunos tipos de células encontramos modificaciones de la membrana plasmática que supone una especialización de la misma para realizar una función concreta.

• MICROVELLOSIDADES: Prolongaciones membranosas digitiformes formadas por filamentos de actina y de otras proteínas del citoesqueleto que las conectan con la membrana plasmática. Las microvellosidades aumentan la superficie de contacto de las células con el exterior. Ej. Células del epitelio intestinal.

• ESTEREOCILIOS: Son microvellosidades de gran tamaño, con misma composición que las microvellosidades. Se localizan en la cóclea y en el oído interno, y su función es transmitir las vibraciones del sonido al cerebro. Intervienen en la audición.

• INVAGINACIONES: Repliegues hacia el interior de la membrana plasmática. Son típicas de células epiteliales y del túbulo contorneado proximal de la nefrona.

• UNIONES INTERCELULARES: Modificaciones de la membrana que hacen que 2 células estén unidas de forma muy estrecha.

Disoluciones y Dispersiones Celulares

DISOLUCIONES Y DISPERSIONES: En el interior de las células encontramos gran cantidad de moléculas disueltas en el medio acuoso que se denominan disoluciones. Hay 2 tipos:

• VERDADERAS: Son aquellas en las que las partículas de soluto son muy pequeñas y el aspecto de la disolución es el mismo que el del disolvente. Todas presentan cualidades coligativas (variación de temperatura de ebullición, presión osmótica…) que van variando según la cantidad de soluto que contengan. Son ejemplo de disoluciones verdaderas las que forman las sales minerales en agua o moléculas orgánicas pequeñas como monosacáridos o aminoácidos en agua.

• COLOIDALES: El tamaño de las moléculas de soluto es muy grande. Son fácilmente distinguibles al mirar la disolución. En las células encontramos de ellas formadas por polisacáridos, proteínas y ácidos nucléicos. El ejemplo más claro es el citoplasma (dispersión coloidal a partir de proteínas). Estas disoluciones coloidales presentan a la vez 2 estados:

  • SOL: Cuando la cantidad de agua es muy abundante, está en estado sol.
  • GEL: Cuando la cantidad de agua es menor, está en estado de gel.

Funciones Biológicas y Bioquímicas de las Disoluciones

• FUNCIONES BIOLÓGICAS Y BIOQUÍMICAS: Aquellas realizadas por aniones o cationes que forman parte de dichas sales.

  • Na+: Transmisión del impulso nervioso.
  • K+: Contracción muscular.
  • Ca2+: Contracción muscular y formación de estructuras esqueléticas.
  • Mg2+: Forma parte de los ribosomas.

• MANTENIMIENTO DE LA PRESIÓN OSMÓTICA: La ósmosis es el fenómeno físico similar a la difusión que consiste en el paso de agua de la disolución con menor concentración salina a la de mayor disponiéndolas con una membrana permeable entre ellas para equilibrar la concentración de ambas disoluciones. La presión osmótica es la que hay que hacer sobre la membrana para evitar que el agua pase de la de menor a la de mayor concentración. Si hablamos de una célula bañada por líquido intersticial, al incrementar su concentración en el medio, el agua tenderá a salir de la célula, produciéndose la plasmolisis. Pero, si ocurre el proceso contrario y el medio disminuye su concentración, el medio tenderá a introducir agua produciendo turgencia.

• DIÁLISIS: Mecanismo utilizado para variar la concentración de una disolución poniéndola en contacto con otra de distinta concentración salina a través de una membrana semipermeable que permite el paso del agua y principalmente solutos de bajo peso molecular. Los solutos pasarán de la disolución más concentrada a la menos concentrada.

• FORMAR PARTE DE ESTRUCTURAS DE PROTECCIÓN Y SOSTÉN: Las sales minerales precipitadas (sin disolver) forman conchas, caparazones, espículas…

• MANTENIMIENTO DEL PH: Es un indicador de la acidez de una disolución en función de la concentración de iones hidrógeno en una disolución. El pH varía entre 10^-1 y 10^-14. La fórmula para calcularlo es pH=-log[H⁺] siendo 1 la máxima acidez y 14 la máxima basicidad. Varía entre estos valores porque la concentración de [OH^–]x[H⁺]=10^-14. Cada célula o tejido presenta un pH que hace que funcione de manera óptima. El pH habitual de los humanos está entre 5,5 y 7,5. Al ingerir alimentos con diferentes pH, varía nuestro pH corporal.

Estereoisomería

La estereoisomería consiste en la existencia de moléculas con la misma fórmula plana pero distinta fórmula espacial. Para que esto suceda, deben tener un C asimétrico (un C cuyos 4 enlaces sean distintos).

N.º estereoisómeros=2ⁿ Donde n= n.º C asimétricos

Cuando los 2 son imágenes especulares, se les llama enantiómeros y cuando no lo son, son epímeros. Para poner la D o L, se mira el C asimétrico más alejado de su grupo funcional. D es a la derecha y L es a la izquierda.

Además, los monosacáridos tienen isomería óptica (capacidad de desviar rayos de luz) que se demostró con el siguiente experimento:

Tenemos una disolución con un monosacárido como soluto, que es atravesado por un rayo de luz polarizado. Al entrar en la disolución, el rayo se desviará hacia izquierda (levógiro) y derecha (dextrógiro).