Teoría Celular: Postulados y Orígenes

La teoría celular es uno de los pilares fundamentales de la biología. Su desarrollo histórico involucra contribuciones de varios científicos a lo largo de los siglos:

Desarrollo Histórico de la Teoría Celular

• Siglo VI a.C. (Hipócrates): Propuso que los seres vivos se componen de «crasis» (jugos o humores).
• Siglo IV a.C. (Aristóteles) y Paracelso: Sugirieron que los seres vivos están formados por unidades elementales comunes. Esta idea persistió durante 20 siglos.
• Siglo XVII (Hooke y Leeuwenhoek): Acuñaron el término «célula» tras observar corcho y vegetales con microscopios rudimentarios. Hooke, en realidad, observó las paredes celulares, no células vivas completas.
• Mediados del Siglo XVII (Leeuwenhoek): Logró observar células vivas en líquidos celulares, a las que denominó «animálculos».
• Siglo XIX (Schleiden y Schwann): Trabajando independientemente con tejidos vegetales y animales, respectivamente, postularon que ambos tipos de tejidos están compuestos por células.
• Virchow (aproximadamente 20 años después de Schleiden y Schwann): Estableció que toda célula proviene de otra célula preexistente.

Postulados Actuales de la Teoría Celular

La teoría celular moderna se resume en cuatro postulados principales:

1. Todos los seres vivos están formados por células.
2. La célula es la unidad estructural y fisiológica de los seres vivos.
3. Toda célula proviene de otra célula preexistente y es idéntica a ella en términos genéticos, estructurales y funcionales.
4. La célula es la unidad de vida más pequeña que existe.

Lípidos de Membrana: Estructura y Función

Los lípidos son componentes esenciales de las membranas celulares. Los principales tipos son:

Fosfolípidos

Son los lípidos más abundantes en la membrana. Poseen:

• Una zona hidrófila (cabeza polar) que interactúa con el agua.
• Una zona hidrófoba (colas apolares) que evita el contacto con el agua.

Los fosfolípidos forman una bicapa lipídica, la estructura básica de la membrana. Pueden realizar movimientos como rotación, difusión lateral y «flip-flop» (movimiento de una capa a la otra). La presencia de insaturaciones (dobles enlaces) en las colas hidrocarbonadas aumenta la fluidez de la membrana.

Glucolípidos

Son similares a los fosfolípidos, pero contienen un glúcido en su estructura. Se encuentran exclusivamente en la cara externa de la membrana plasmática.

Esteroles

Son lípidos no saponificables del grupo de los esteroides. El colesterol es el esterol más abundante en las membranas de células animales. Los esteroles aportan rigidez a la membrana. Su proporción está directamente relacionada con la estabilidad de la membrana.

Endocitosis: Mecanismos de Transporte Celular

La endocitosis es un proceso que permite la entrada de macromoléculas y partículas grandes a la célula, con un considerable gasto energético. La membrana plasmática se invagina, formando vesículas de endocitosis.

Tipos de Endocitosis

1. Endocitosis Simple:
   • Captación de partículas en cualquier punto de la membrana.
   • Formación de una vesícula de endocitosis.
   • La vesícula se transforma en un endosoma, que puede seguir dos rutas:
     1. Unirse a un lisosoma para formar una vacuola digestiva, donde las enzimas hidrolíticas digieren el contenido.
     2. Unirse a otros orgánulos membranosos para el tránsito celular de las partículas ingeridas.
2. Endocitosis Mediada por Receptor:
   • Macromoléculas específicas se unen a receptores en la membrana.
   • Presencia de clatrina, una proteína, en la cara interna de la membrana en la zona de los receptores.
   • Formación de vesículas de endocitosis revestidas de clatrina.
   • Pérdida del revestimiento de clatrina y transformación en endosomas, que siguen las mismas rutas que en la endocitosis simple.

Clasificación Funcional de la Endocitosis

• Pinocitosis: Ingestión de líquidos o partículas pequeñas. Las vesículas solo son visibles al microscopio electrónico. Todas las células realizan pinocitosis.
• Fagocitosis: Ingestión de partículas grandes, restos celulares o microorganismos. Las vesículas son visibles al microscopio óptico. Realizada por células del sistema inmunitario o células implicadas en la nutrición de organismos simples (como protozoos).

Exocitosis: Liberación de Sustancias y Funciones Celulares

La exocitosis es el proceso opuesto a la endocitosis, mediante el cual se liberan sustancias al exterior de la célula, también con gasto energético. Algunas sustancias pueden quedar retenidas en la membrana.

Tipos de Exocitosis

• Constitutiva: Continua y mediada por vesículas del aparato de Golgi/retículo endoplasmático. Libera componentes para el crecimiento o renovación de la membrana plasmática o la pared celular.
• Regulada: Ocurre en respuesta a estímulos externos. Típica de células secretoras (glándulas exocrinas que secretan enzimas, o glándulas endocrinas que secretan hormonas). Las vesículas están revestidas de clatrina, que se pierde al fusionarse con la membrana plasmática.

Funciones Celulares Mediante Exocitosis

• Función Estructural: Secreción de sustancias para formar estructuras externas (pared celular, glicocálix, escamas, caparazones).
• Función de Relación: Expulsión de sustancias para señalización o intercambio con otras células.
• Función de Excreción: Eliminación de productos de desecho resultantes de la fagocitosis o la digestión lisosomal.

Diferenciaciones de la Membrana Plasmática

Algunas células presentan modificaciones especializadas de la membrana plasmática:

• Microvellosidades: Prolongaciones digitiformes con filamentos de actina y proteínas del citoesqueleto. Aumentan la superficie de contacto (ej., células del epitelio intestinal).
• Estereocilios: Microvellosidades grandes. Presentes en la cóclea y el oído interno, transmiten vibraciones sonoras al cerebro (audición).
• Invaginaciones: Repliegues hacia el interior de la membrana. Comunes en células epiteliales y el túbulo contorneado proximal de la nefrona.
• Uniones Intercelulares: Modificaciones que unen estrechamente dos células.

Disoluciones y Dispersiones Coloidales en la Célula

El interior celular contiene numerosas moléculas disueltas en un medio acuoso, formando disoluciones.

Tipos de Disoluciones

• Disoluciones Verdaderas: Soluto de tamaño pequeño, aspecto homogéneo. Presentan propiedades coligativas (variación del punto de ebullición, presión osmótica, etc.) dependientes de la concentración del soluto. Ejemplos: sales minerales en agua, monosacáridos o aminoácidos en agua.
• Disoluciones Coloidales: Soluto de gran tamaño, aspecto heterogéneo. Formadas por polisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos. El citoplasma es un ejemplo (dispersión coloidal de proteínas). Pueden existir en dos estados:
  • Sol: Alta proporción de agua.
  • Gel: Baja proporción de agua.

Funciones de las Sales Minerales y el pH

Funciones Biológicas y Bioquímicas de las Sales Minerales

• Aniones y cationes: Participan en diversas funciones:
  • Na⁺: Transmisión del impulso nervioso.
  • K⁺: Contracción muscular.
  • Ca²⁺: Contracción muscular, formación de estructuras esqueléticas.
  • Mg²⁺: Componente de los ribosomas.
• Mantenimiento de la presión osmótica: La ósmosis es el paso de agua desde una disolución de menor concentración a una de mayor concentración a través de una membrana semipermeable. La presión osmótica es la presión necesaria para evitar este paso. En una célula, el desequilibrio osmótico puede causar:
  • Plasmólisis: Salida de agua de la célula debido a una mayor concentración externa.
  • Turgencia: Entrada de agua a la célula debido a una menor concentración externa.
• Diálisis: Proceso para modificar la concentración de una disolución mediante el contacto con otra de diferente concentración a través de una membrana semipermeable, permitiendo el paso de agua y solutos de bajo peso molecular.
• Formación de estructuras de protección y sostén: Sales minerales precipitadas forman conchas, caparazones, espículas, etc.
• Mantenimiento del pH: El pH indica la acidez de una disolución, variando entre 1 (máxima acidez) y 14 (máxima basicidad). Se calcula como pH = -log[H⁺]. Cada célula o tejido tiene un pH óptimo para su funcionamiento.

Estereoisomería en Monosacáridos

La estereoisomería se refiere a moléculas con la misma fórmula molecular plana pero diferente disposición espacial. Requiere la presencia de un carbono asimétrico (unido a cuatro grupos diferentes).

• Número de estereoisómeros = 2ⁿ (donde n = número de carbonos asimétricos).
• Enantiómeros: Imágenes especulares entre sí.
• Epímeros: No son imágenes especulares.
• Nomenclatura D y L: Se observa el carbono asimétrico más alejado del grupo funcional. D (derecha), L (izquierda).
• Isomería óptica: Capacidad de desviar la luz polarizada. Dextrógiro (desviación a la derecha), levógiro (desviación a la izquierda).