La Célula: Unidad Fundamental de la Vida

La célula es la unidad anatómica y fisiológica de todos los seres vivos. Se define como un conjunto organizado de moléculas capaz de realizar las actividades asociadas a la vida: nutrición, relación y reproducción. Para llevar a cabo estas funciones, necesita energía. Las células autótrofas (como las de las plantas y algunas bacterias) obtienen energía principalmente de la luz solar (fotosíntesis) o de reacciones químicas inorgánicas (quimiosíntesis), mientras que las heterótrofas (como las animales y fúngicas) la obtienen de sustancias orgánicas consumidas del exterior.

Las células tienen un tamaño limitado. A medida que aumenta el volumen de una célula, su superficie también aumenta, pero en menor proporción. Esto limita la eficiencia del intercambio de sustancias con el medio, estableciendo un límite superior para el tamaño celular.

La Teoría Celular

La Teoría Celular es uno de los pilares fundamentales de la Biología y establece que:

• Todos los organismos vivos están formados por una o más células y por productos derivados de ellas.
• Existen organismos formados por una sola célula, dotada de todas las capacidades para la vida independiente (organismos unicelulares).
• Otros organismos están constituidos por múltiples células que se especializan y diferencian en su forma y función, colaborando entre sí (organismos pluricelulares).
• Se llegó a la conclusión fundamental de que toda célula proviene necesariamente de la división de otra célula preexistente (Omnis cellula e cellula).

Tipos de Células

Células Eucariotas

Las células de hongos, plantas y animales son eucariotas. Su característica distintiva es la presencia de un núcleo verdadero, donde el material genético (ADN) está rodeado por una doble membrana (envoltura nuclear) que lo aísla del citoplasma. Son estructuralmente más complejas que las células procariotas y evolutivamente aparecieron después que estas.

Variabilidad Genética

En muchos organismos eucariotas, la variabilidad genética se promueve mediante el intercambio de material hereditario entre células, típicamente durante la reproducción sexual.

Comparación entre Célula Vegetal y Animal

Aunque ambas son eucariotas, presentan diferencias notables:

• Pared Celular: La célula vegetal posee una pared celular rígida externa a la membrana plasmática (compuesta principalmente de celulosa), que le confiere forma y protección. La célula animal carece de ella.
• Centriolos: La célula animal típicamente posee centriolos, implicados en la división celular y formación de cilios/flagelos. Las células de plantas superiores generalmente carecen de ellos.
• Vacuolas: La célula vegetal suele tener una gran vacuola central que almacena agua, nutrientes y desechos, contribuyendo a la turgencia. Las células animales pueden tener vacuolas, pero son generalmente más pequeñas y numerosas, con funciones diversas.
• Cloroplastos: Presentes solo en células vegetales fotosintéticas, son los orgánulos donde ocurre la fotosíntesis. Ausentes en células animales y fúngicas.

Componentes Celulares Eucariotas

Citoplasma

Es el contenido celular comprendido entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear. Incluye:

• Citosol (o Hialoplasma): Es la parte acuosa, semifluida, del citoplasma en la que están disueltas numerosas sustancias y suspendidos los orgánulos.
• Orgánulos Celulares: Estructuras subcelulares con funciones específicas (mitocondrias, cloroplastos, retículo endoplasmático, etc.).
• Citoesqueleto: Una red de filamentos proteicos que da soporte estructural y forma a la célula, participa en el movimiento celular y en el transporte intracelular.

Citoesqueleto

Está formado por una compleja red de filamentos proteicos:

• Filamentos Intermedios: Fibras resistentes, de aspecto cilíndrico. Algunos se extienden por el citoplasma proporcionando resistencia mecánica a la tensión, mientras que otros forman la lámina nuclear, que da soporte a la envoltura nuclear.
• Microtúbulos: Tubos huecos y rígidos, formados por la proteína tubulina. Son los principales organizadores del citoesqueleto, forman el huso mitótico durante la división celular y son componentes estructurales de cilios y flagelos.
• Filamentos de Actina (o Microfilamentos): Estructuras lineales y flexibles, formadas por la proteína actina. Abundan bajo la membrana plasmática, participando en la forma celular, formación de protrusiones (como microvellosidades o pseudópodos) y en la citocinesis (división del citoplasma).

Orgánulos Membranosos

Cloroplastos

Presentes en células vegetales y algas, son los orgánulos responsables de la fotosíntesis. Están envueltos por dos membranas (externa e interna) y contienen un sistema interno de membranas (tilacoides) donde se localiza la clorofila. La fotosíntesis ocurre en dos fases principales:

1. Fase Luminosa (o Fotoquímica): Ocurre en los tilacoides. Requiere clorofila y energía lumínica para oxidar el agua (liberando O₂ y electrones) y generar ATP y NADPH (poder reductor).
2. Fase Sintética (o Ciclo de Calvin / Fase Oscura): Se lleva a cabo en el estroma (espacio interno del cloroplasto). No requiere luz directamente, pero utiliza el ATP y NADPH de la fase luminosa para fijar el CO₂ atmosférico y sintetizar compuestos orgánicos complejos (glúcidos).

Los cloroplastos son esenciales, ya que la mayoría de los seres vivos dependen, directa o indirectamente, de la materia orgánica producida por la fotosíntesis.

Mitocondrias

Consideradas las «centrales energéticas» de la célula, son responsables de la respiración celular aerobia, proceso mediante el cual se extrae la energía de las moléculas orgánicas (glucosa, ácidos grasos) y se almacena en forma de ATP. Contienen su propio ADN circular y ribosomas, lo que les permite sintetizar algunas de sus proteínas y reproducirse por división. En algunas células son móviles y pueden cambiar de forma o fusionarse, mientras que en otras ocupan posiciones fijas. Estructuralmente, están envueltas por dos membranas:

• Membrana Externa: Lisa y permeable a moléculas pequeñas, en contacto con el citosol.
• Membrana Interna: Presenta numerosos plegamientos hacia el interior llamados crestas mitocondriales, que aumentan su superficie. Es semipermeable, permitiendo el paso selectivo de iones y moléculas. Contiene las proteínas de la cadena de transporte de electrones y la ATP sintasa.
• Espacio Intermembranal: Región entre las dos membranas.
• Matriz Mitocondrial: Espacio interno delimitado por la membrana interna. Contiene ADN mitocondrial, ribosomas, enzimas (como las del ciclo de Krebs) y otras moléculas.

Lisosomas

Son vesículas (pequeñas «bolsas») membranosas que contienen una variedad de enzimas hidrolíticas (digestivas) capaces de degradar macromoléculas, orgánulos envejecidos o dañados (autofagia) y material fagocitado del exterior (heterofagia). Se originan a partir del aparato de Golgi.

Aparato de Golgi

Es un orgánulo formado por un conjunto de sacos membranosos aplanados y apilados, llamados cisternas, junto con una red de túbulos y vesículas asociadas. Cada pila de cisternas se denomina dictiosoma (típicamente 5-6 cisternas por dictiosoma). Su función principal es procesar, modificar, clasificar y empaquetar las proteínas y lípidos sintetizados en el retículo endoplasmático para su secreción o envío a otros destinos celulares (como los lisosomas o la membrana plasmática). Recibe vesículas de transporte del RE en su cara cis (de entrada), procesa las moléculas a medida que avanzan por las cisternas y las libera en nuevas vesículas desde su cara trans (de salida).

Retículo Endoplasmático (RE)

Es una extensa red de membranas interconectadas que forman sáculos y túbulos aplanados, extendiéndose por gran parte del citoplasma. Se diferencia en dos regiones interconectadas pero funcionalmente distintas:

• Retículo Endoplasmático Rugoso (RER): Presenta ribosomas adheridos a su superficie externa. Su función principal es la síntesis y modificación inicial de proteínas destinadas a la secreción, a la inserción en membranas o al interior de ciertos orgánulos (como lisosomas).
• Retículo Endoplasmático Liso (REL): Carece de ribosomas. Participa en diversas funciones metabólicas, incluyendo la síntesis de lípidos (fosfolípidos, colesterol, hormonas esteroides), la detoxificación de fármacos y sustancias nocivas, y el almacenamiento de iones de calcio (Ca²⁺).

El RE actúa como un sistema de transporte intracelular, participa en el almacenamiento de sustancias y es crucial para la síntesis de componentes de membrana y hormonas lipídicas. El RER, en particular, prepara, concentra y modifica las proteínas sintetizadas en sus ribosomas antes de exportarlas.

Vacuolas

Son orgánulos membranosos en forma de saco. En células vegetales, suele haber una gran vacuola central que ocupa gran parte del volumen celular y almacena agua, iones, nutrientes, pigmentos y productos de desecho, además de mantener la presión de turgencia. En células animales, si existen, son más pequeñas y numerosas, con funciones como el almacenamiento temporal o el transporte.

Cubierta Celular

Es la capa más externa que rodea a la célula, por fuera de la membrana plasmática.

• Pared Celular: Presente en células de bacterias, arqueas, hongos y plantas. Es una capa rígida o semirrígida compuesta principalmente por polisacáridos (como celulosa en plantas, quitina en hongos, peptidoglicano en bacterias) y a veces proteínas. Protege a la célula de daños mecánicos y de la lisis osmótica, además de definir su forma.
• Matriz Extracelular (MEC): Presente en células animales. Es una red compleja de macromoléculas (principalmente proteínas como el colágeno y la elastina, y proteoglicanos) que ocupa los espacios intercelulares. Proporciona soporte estructural a los tejidos, participa en la adhesión celular, la comunicación y la migración celular.

Membrana Plasmática (Membrana Celular)

Es una estructura fundamental que delimita todas las células, separando el medio interno (citoplasma) del externo. Es una bicapa lipídica muy fina y fluida, compuesta principalmente por:

• Fosfolípidos: Son las moléculas más abundantes. Son anfipáticas, es decir, tienen una cabeza hidrófila (polar, afín al agua) orientada hacia el exterior e interior acuoso de la célula, y dos colas hidrófobas (no polares, repelen el agua) orientadas hacia el interior de la bicapa.
• Proteínas: Se insertan o asocian a la bicapa lipídica. Cumplen funciones muy diversas: transporte de moléculas a través de la membrana, recepción de señales químicas (receptores), catálisis enzimática, adhesión celular, etc.
• Colesterol: Un lípido esteroide que se intercala entre los fosfolípidos en las membranas de células animales, regulando su fluidez.
• Glucolípidos y Glucoproteínas: Lípidos y proteínas con cadenas de carbohidratos unidas, generalmente orientadas hacia el exterior celular, formando el glucocálix. Participan en el reconocimiento celular y la protección.

Las membranas biológicas actúan como barreras semipermeables o selectivamente permeables. Impiden el paso libre de la mayoría de las moléculas solubles en agua (polares e iones), manteniendo así diferentes concentraciones de sustancias entre el interior celular y el exterior, o entre los distintos compartimentos de los orgánulos.

• Las moléculas pequeñas y no polares (como O₂, CO₂) se difunden fácilmente a través de la bicapa lipídica.
• Las moléculas polares pequeñas sin carga (como H₂O, etanol) también pueden difundirse, aunque más lentamente.
• Las moléculas polares más grandes (como la glucosa) y los iones (como Na⁺, K⁺, Cl^–) requieren proteínas de transporte específicas (canales o transportadores) para cruzar la membrana.

Funciones de las Membranas:

• Membrana Plasmática (Externa): Aísla el citoplasma del medio externo, regula el flujo selectivo de sustancias hacia dentro y fuera de la célula (transporte), y participa en la comunicación intercelular y la recepción de señales.
• Membranas Internas (de los orgánulos): Delimitan compartimentos intracelulares, manteniendo diferencias en composición y ambiente químico entre el interior de los orgánulos y el citosol. También poseen sistemas de transporte selectivo para regular el paso de iones y moléculas específicas a través de ellas.