1

TEMA 6

LA CÉLULA Y LAS ENVOLTURAS CELULARES

1. La teoría celular

Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) ve las primeras células a través de un

microscopio de una sola lente:

2

El nombre de célula proviene de su parecido con las celdillas de un panal, que Robert

Hooke (1665) observó en una lámina fina de corcho.

La célula es la unidad de vital, morfológica, funcional y genética de todos los

seres vivos.

• VITAL: El ser vivo más pequeño está formado por una célula.

• MORFOLÓGICA: Todos los seres vivos están constituidos por células.

• FISIOLÓGICA: Las células tienen todos los mecanismos necesarios para mantener su

existencia.

• GENÉTICA: Todas las células derivan de otras células preexistentes. Virchow (1858)

“Omnis cellula ex cellula”

El estudio de las células va ligado al desarrollo de la tecnología, en este caso al

microscopio óptico en un principio y posteriormente al electrónico.

El microscopio óptico posee una resolución de hasta 0,2 . Con él se pueden

observar células vivas como los glóbulos rojos o los seres unicelulares. Estos últimos pueden

colorearse con colorantes vitales, como el rojo neutro, o con el microscopio de contraste de

fases, que hace resaltar sus diferentes partes. También se observan células muertas, colocadas

en láminas finas (10 ), obtenidas mediante el microtomo, que se fijan con formol y

posteriormente se colorean y se cubren con un portaobjetos que se pega con bálsamo del

Canadá.

Otros microscopios son el de contraste de fases que permite ver estructuras en células

vivas sin manipulación y el de fluorescencia, que permite la visualización de moléculas

específicas, usando colorantes fluorescentes.

El microscopio electrónico posee una resolución de hasta 3 Å Sólo se pueden

observar células muertas en láminas muy finas obtenidas con el ultramicrotomo (0,1). Las

3

células se fijan con tetraóxido de osmio al 1%. También se puede usar el microscopio

electrónico de barrido que da una imagen tridimensional, aunque su resolución es de sólo 250

Å.

2. Los modelos de organización celular

En los seres vivos se encuentran dos tipos de células, cuyas diferencias principales

son las siguientes:

Células procariotas

(Bacterias, cianobacterias y micoplasmas)

Células eucariotas

(Animales y vegetales) No envoltura nuclear

Con envoltura nuclear

Sin orgánulos con membrana

Con orgánulos celulares de todo tipo

Su ADN es lineal (micoplasmas) o circular

ADN siempre lineal

Ribosomas pequeños 70 S

Ribosomas grandes 80 S

Enzimas respiratorios y pigmentos

fotosintéticos situados en el mesosoma de

bacterias

Enzimas respiratorios en la mitocondria y

pigmentos fotosintéticos en el cloroplasto

Siempre son seres unicelulares o colonias

Hay unicelulares y pluricelulares

Pueden realizar la quimiosíntesis

Nunca son quimiosintéticas

Algunas pueden fijar el N2 atmosférico

Nunca fijan el N2 atmosférico

Estructura de una bacteria

4

Estructura de las células eucariotas: animales y vegetales.

Diferencias exclusivas

ANIMAL VEGETAL

CLOROPLASTOS NO SI

PARED CELULAR NO SI

CENTROSOMA SI NO

3. La membrana plasmática

La membrana plasmática es una delgada lámina de 75 Å que envuelve a la célula y la

separa del medio externo. Puede variar su forma permitiendo movimientos y desplazamientos

de la célula.

Su estructura es igual en todas las

células y en todos los orgánulos

citoplasmáticos, por lo que se llama

membrana unitaria o unidad de

membrana.

Davson y Danielli propusieron una doble

capa de lípidos rodeada por dos capas de

proteínas.

Según Singer y Nicholson (1972) es una

bicapa lipídica, asociada con moléculas de

proteínas, formando la estructura de mosaico

fluido.

Esta membrana es asimétrica, ya que las glicoproteínas y glucolípidos sólo se encuentran

hacia la cara externa.

La composición química, que varía de unas células a otras es aproximadamente de un

52% de proteínas, 40% de lípidos y 8% de glúcidos.

5

Los lípidos son del tipo de los fosfolípidos, glucolípidos y colesterol (Regula la fluidez de

la membrana), caracterizados por ser anfipáticos, dando espontáneamente en medio acuoso

bicapas (autoensamblaje), que tienden a cerrarse sobre sí mismas (autosellado).

Estos lípidos presentan una serie de movimientos que dan como consecuencia la

fluidez de la membrana tales como:

• la difusión lateral

• la rotación

• flexión

• flip-flop.

El colesterol realiza la función de regular la fluidez, que se relaciona directamente con la

temperatura. Cuando aumenta, impide que aumente demasiado, y cuando disminuye impide

que se vuelva demasiado rígida.

Las proteínas pueden ser intrínsecas como las integrales y las transmembranas con una

parte incluida dentro de la bicapa lipídica, y extrínsecas o periféricas, adheridas a las

monocapa. Las glicoproteínas sólo en la parte externa, formando parte del glucocálix. Tienen

un desplazamiento más lento que los lípidos.

INTERIOR CELULAR

EXTERIOR CELULAR

La función fundamentalmente es mantener estable el medio intracelular, regulando el

paso de agua, moléculas y elementos, mantener la diferencia de potencial iónico, haciendo

que el medio interno esté cargado negativamente y realizar los procesos de endocitosis y

exocitosis.

Además, le confiere individualidad separándola del exterior, identidad a través de

los antígenos de histocompatibilidad y le permite obtener información del exterior gracias a

los receptores de membrana.

6

4. Transporte a través de la membrana

Los distintos tipos de mecanismos por los cuales las moléculas atraviesan la membrana

dependen de la naturaleza (hidrófila o hidrófoba) y el tamaño de la molécula a transportar. El

transporte de una sustancia con carga depende tanto de su gradiente de concentración como

del gradiente eléctrico. La suma de ambos gradientes se denomina gradiente electroquímico.

El transporte de pequeñas moléculas, se produce sin deformación de la

membrana y se clasifica en función de los requerimientos energéticos en:

El transporte PASIVO es un proceso de difusión de sustancias que no requiere

energía. Se produce siempre a favor del gradiente. Este transporte puede darse por:

• Difusión simple a través de la bicapa (1).

Así entran moléculas lipídicas como las hormonas esteroideas, anestésicos como el éter y

fármacos liposolubles. Y sustancias apolares como el oxígeno y el nitrógeno atmosférico.

Algunas moléculas polares de muy pequeño tamaño, como el CO2, el etanol y la glicerina,

también atraviesan la membrana por difusión simple

1 2 3

4

7

• Difusión facilitada a través de canales (2).

Se realiza mediante las denominadas proteínas

canal. Así entran iones como el Na+, K+, Ca2+, Cl-, y

el agua. La difusión del agua recibe el nombre de

ósmosis. Las proteínas de canal son proteínas con un

orificio o canal interno, cuya apertura está regulada

por ligando o por voltaje, como ocurre con

neurotransmisores u hormonas, que se unen a una

determinada región, el receptor de la proteína de

canal, que sufre una transformación estructural que

induce la apertura del canal.

• Difusión facilitada a través de permeasas (3).

Permite el transporte de pequeñas moléculas polares, como los aminoácidos,

monosacáridos, etc., que, al no poder atravesar la bicapa lipídica, requieren que proteínas

transmembranosas faciliten su paso. Estas proteínas reciben el nombre de proteínas

transportadoras o permeasas que, al unirse a la molécula a transportar sufren un cambio en

su estructura que arrastra a dicha molécula hacia el interior de la célula.

El transporte ACTIVO (4).

En este proceso también actúan proteínas de membrana, pero éstas requieren energía, en

forma de ATP, para transportar las moléculas al otro lado de la membrana. Se produce

cuando el transporte se realiza en contra del gradiente electroquímico. Son ejemplos de

transporte activo la bomba de Na/K, y la bomba de Ca.

La bomba de Na+/K+ Requiere una proteína transmembranosa que bombea Na+ hacia el

exterior de la membrana y K+ hacia el interior. Esta proteína actúa contra el gradiente gracias

a su actividad como ATP-asa, ya que rompe el ATP para obtener la energía necesaria para el

transporte. Por este mecanismo, se bombea 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior,

con la hidrólisis acoplada de ATP. El transporte activo de Na+ y K+ tiene una gran

importancia fisiológica. De hecho, todas las células animales gastan más del 30% del ATP

que producen (y las células nerviosas más del 70%) para bombear estos iones.

8

Las principales funciones de la bomba son:

• Controlar el volumen celular, ya que la expulsión de Na+ es necesaria para mantener

el balance osmótico. Si se inhibe la bomba, las células se hinchan y explotan.

• La energía eléctrica permite que las células nerviosas sean excitables.

• Impulsa el transporte activo de glucosa (en contra de su gradiente) y aminoácidos

hacia el interior de algunas células. Este transporte se acopla a la entrada de sodio (a

favor de gradiente) mediante un sistema de cotransporte simporte (dos solutos en la

misma dirección) o la salida de Calcio mediante un sistema de contratransporte

antiporte (dos solutos en distinta dirección). A estos sistemas de transporte acoplados

se les denomina transportes activos secundarios

Para ver los diferentes tipos de transporte visita el siguiente enlace:

http://www2.uah.es/biomodel/biomodel-misc/anim/memb/uniporte.html

El transporte de moléculas de elevada masa molecular se produce con

deformación de la membrana:

Para el transporte de este tipo de moléculas existen tres mecanismos principales:

endocitosis, exocitosis y transcitosis. En cualquiera de ellos es fundamental el papel que

desempeñan las llamadas vesículas revestidas. Estas vesículas se encuentran rodeadas de

filamentos proteicos de clatrina.

• Endocitosis: Es el proceso por el que la célula capta partículas del medio externo

mediante una invaginación de la membrana en la que se engloba la partícula a ingerir. Se

produce la estrangulación de la invaginación originándose una vesícula que encierra el

material ingerido. Según la naturaleza de las partículas englobadas, se distinguen diversos

tipos de endocitosis.

9

• Pinocitosis. Implica la ingestión de líquidos y partículas en disolución por pequeñas

vesículas revestidas de clatrina.

• Fagocitosis. Se forman grandes vesículas revestidas o fagosomas que ingieren

microorganismos y restos celulares.

• Endocitosis mediada por un receptor. Es un mecanismo por el que sólo entra la

sustancia para la cual existe el correspondiente receptor en la membrana.

• Exocitosis. Es el mecanismo por el cual las macromoléculas contenidas en vesículas

citoplasmáticas son transportadas desde el interior celular hasta la membrana plasmática, para

ser vertidas al medio extracelular. Esto requiere que la membrana de la vesícula y la

membrana plasmática se fusionen para que pueda ser vertido el contenido de la vesícula al

medio. Mediante este mecanismo, las células son capaces de eliminar sustancias sintetizadas

por la célula, o bien sustancias de desecho.

10

En toda célula existe un equilibrio entre la exocitosis y la endocitosis, para mantener

la membrana plasmática y que quede asegurado el mantenimiento del volumen celular.

• Transcitosis. Es el conjunto de fenómenos que permiten a una sustancia atravesar

todo el citoplasma celular desde un polo al otro de la célula. Implica el doble proceso

endocitosis-exocitosis. Es propio de células endoteliales que constituyen los capilares

sanguíneos, transportándose así las sustancias desde el medio sanguíneo hasta los tejidos que

rodean los capilares.

5. Diferenciaciones de la membrana. Uniones

En la membrana celular encontramos también una serie de especializaciones que

permiten la unión y la comunicación entre células adyacentes.

• Uniones mecánicas o de anclaje: puntos de unión a modo de remaches que

mantienen firmemente unidas las células, aumentando la resistencia y rigidez del tejido. Se

encuentran en células con fuerte tensión mecánica, como las musculares y la epidermis.

• Uniones estrechas o herméticas: sellan las dos membranas e impiden el paso de

moléculas a través de los espacios intercelulares. Se encuentran en las células

epiteliales.

.

11

• Uniones gap: canales intercelulares que permiten el paso de iones y pequeñas

moléculas. Permiten la nutrición de las células alejadas de los vasos sanguíneos, como

las del cristalino o del hueso.

• Los plamodesmos: Son canales de comunicación entre los tejidos vegetales. La

membrana de una célula se continúa con la adyacente.

6. Otras cubiertas celulares

• La matriz extracelular

Es el medio que rodea a las células animales. Es continuación del glicocáliz. Está

formado mayoritariamente por las cadenas de oligosacáridos de los glicolípidos y

glicoproteínas de la membrana; también contiene glicoproteínas, colágeno, elastina y ácido

hialurónico, que han sido segregadas y luego adsorbidas sobre la superficie celular.

En algunos tejidos se depositan además fosfatos (huesos), quitina (exoesqueleto de

artrópodos), carbonatos (moluscos), sílice (protozoos radiolarios) etc.

• La pared celular vegetal

Es una cubierta de celulosa en forma de fibrillas, proteínas y polisacáridos de forma

estable y rígida. Es característica de las células vegetales.

Está formada por tres capas:

Lámina media, de aspecto gelatinoso y formada por pectinas (polímero derivado de

la galactosa)

12

Pared primaria, muy delgada, es la primera que se forma, está formada

principalmente de celulosa en forma de red y cemento abundante de pectina, hemicelulosa

(heteropolisacárido formado por xilosa y arabinosa), agua y sales minerales. Esta pared se va

expandiendo conforme la célula aumenta de tamaño.

Pared secundaria, con varias capas de celulosa con las fibras orientadas de forma

paralela y poco cemento, posee gran resistencia y poca flexibilidad. Se forma después del

crecimiento. Sólo aparece en plantas con crecimiento secundario.

• Pared de los hongos

Formada principalmente por el homopolisacárido quitina.

• Pared bacteriana

Formada por un heterósido, el peptidoglucano

Las funciones de la matriz y las paredes son:

Protección mecánica y química

Regulación de la absorción

Unión de células para formar tejidos

Reconocimiento celular. Los oligosacáridos son los principales marcadores de

identidad.

Dar forma a las células, impidiendo su ruptura por presión osmótica. Exoesqueleto de

los vegetales.

Dependiendo de las sustancias que se depositen:

o Lignina, aumenta la rigidez y soporte de la planta, como en los tubos de

xilema.

o Minerales, como el carbonato cálcico y la sílice, que dan protección a las

células epidérmicas vegetales y a los huesos, conchas y exoesqueletos.

o Cutina y ceras, que son sustancias impermeabilizantes.

o Suberina, que forma el corcho que da protección con poco peso.