Teoría Celular

La teoría celular es uno de los principios fundamentales de la biología. Esta teoría establece los siguientes postulados:

• La célula es la unidad anatómica o morfológica: Todos los organismos están formados por células, ya sean procariotas o eucariotas. Todas las estructuras están formadas por células.
• Es la unidad fisiológica: Todas las células realizan las tres funciones vitales y contribuyen a que el organismo del que forman parte también las realice. Todas las reacciones químicas del metabolismo necesarias para un ser vivo son llevadas a cabo por sus células.
• Es la unidad reproductiva: Toda célula proviene de otra anterior.
• Es la unidad genética: Toda célula contiene información genética sobre la síntesis de sus estructuras, la relación de sus funciones y su control. Toda célula tiene capacidad para transmitir su información genética a sus descendientes. Todas las células de un organismo poseen la misma información genética.

Teorías y Descubrimientos Clave

• Hooke: Observó las primeras células, que en realidad eran paredes celulósicas de células muertas.
• Leeuwenhoek: Utilizó un microscopio simple para observar “animáculos” (=humúnculos). Fue un defensor del preformismo (animaculista). Es importante destacar que el preformismo no es lo mismo que la epigénesis.
• Schleiden: Propuso que todos los vegetales están formados por células y que el embrión vegetal procede de la división de una célula.
• Schwann: Extendió la teoría celular a los animales.
• Virchow: Estableció que toda célula procede de otra anterior.
• Ramón y Cajal: Demostró que el sistema nervioso también está formado por células.

Origen y Evolución de la Célula

El origen de la vida y la evolución de la célula es un tema fascinante que ha sido objeto de estudio por muchos científicos a lo largo de la historia. A continuación, se presentan algunos hitos importantes:

• Redi y Harvey: Contribuyeron a refutar la generación espontánea con sus experimentos sobre los huevos.
• Pasteur: Demostró la imposibilidad de la generación espontánea utilizando matraces de cuello de cisne.
• Oparin y Haldane: Propusieron que el CH₄, el NH₃, el N₂ y el H₂, bajo ciertas condiciones, podían dar lugar a compuestos orgánicos.
• Miller y Urey: Comprobaron experimentalmente la teoría de Oparin y Haldane, sintetizando bases nitrogenadas.
• Fox: Logró la formación de polímeros de aminoácidos.
• Humeros: Estudió los fumeroles hidrotermales como posibles lugares para el origen de la vida.
• Panspermia: Teoría que propone un origen extraterrestre de la vida, transportada a la Tierra por meteoritos. También se conoce como litopanspermia, radiopanspermia y panspermia dirigida.

Se propone la siguiente secuencia en la evolución celular:

Moléculas inorgánicas > moléculas orgánicas sencillas > moléculas orgánicas complejas (a través de polimerización, que requiere deshidratación) > moléculas celulares, como los coacervados de Haldane (polisacáridos) y las microesferas de Fox (lípidos), que se forman a partir de: aislamiento del exterior, concentración de reactivos, concentración de moléculas con capacidad catalítica y aprovechamiento único de ventajas moleculares > moléculas con capacidad de autorreplicación (motor de la evolución) > ribozimas > mundo del ARN > mundo del ADN > L.U.C.A. (Last Universal Common Ancestor) > célula procariota > célula eucariota.

Teoría Endosimbiótica de Margulis: Explica el origen de las células eucariotas a partir de la simbiosis entre células procariotas. Las mitocondrias y los cloroplastos son ejemplos de orgánulos que se originaron por endosimbiosis, ya que poseen ADN y proteínas propias, capacidad de división y dos membranas. Ejemplos:

• Pelomyxa palustris: Ameba sin mitocondrias, pero en simbiosis con bacterias aerobias.
• Cyanophora paradoxa: Alga sin cloroplastos, pero en simbiosis con cianobacterias.

Organización Celular

La organización celular se puede clasificar en diferentes niveles de complejidad:

Formas acelulares (virus, viroides y priones) > Formas celulares (procariotas y eucariotas, vegetales y animales) > tejidos de animales y plantas > órganos de animales y plantas superiores > aparatos > sistemas > organismos.

Diferenciación y Especialización Celular

La diferenciación celular es el proceso por el cual las células se especializan en diferentes tipos celulares con funciones específicas. Este proceso comienza con el cigoto y continúa a través de diferentes etapas:

Cigoto > células madre embrionarias totipotentes > células madre pluripotentes > células madre multipotentes.

Orgánulos Celulares: Membrana Plasmática

Estructura de la Membrana Plasmática

La membrana plasmática se describe según el modelo del mosaico fluido. Se denomina “mosaico” porque está formada por una doble capa de lípidos, un conjunto de proteínas a ambos lados y glúcidos en la capa exterior. Se denomina “fluido” porque presenta movimientos internos de lípidos y proteínas. La fluidez se debe al desplazamiento de los fosfolípidos, que tienen una rotación sobre su eje, difusión lateral, flexión o inflexión del ácido graso insaturado y el efecto “flip-flop” entre capas. La fluidez o rigidez de la membrana plasmática viene determinada por la cantidad de colesterol y de fosfolípidos.

Componentes de la Membrana Plasmática

• Lípidos de membrana: Contribuyen a la estructura. Los fosfolípidos pueden ser de tipo polar (hidrófila), formados por glicerina, un grupo fosfato y un radical hacia fuera en contacto con el medio interior y el medio externo. La parte apolar es hidrófoba y está formada por ácidos grasos inmersos dentro de la membrana plasmática (ácidos grasos saturados o ácidos grasos insaturados). En algunos casos, son esfingolípidos. El colesterol mantiene el equilibrio entre rigidez y fluidez.

  Factores que influyen en la fluidez: Depende de la saturación y extensión de los ácidos grasos, de la temperatura y del colesterol. Es fluida si los ácidos grasos son de cadena corta e insaturados, si la temperatura es alta y si el porcentaje de colesterol es bajo. Es rígida si los ácidos grasos son saturados de cadena larga, a temperatura baja y con un porcentaje de colesterol alto.

• Proteínas de membrana: Tienen funciones biológicas en la membrana plasmática.

  Se dividen en:

  • Integrales o intrínsecas: Son proteínas hidrófobas que se encuentran fuertemente unidas a la parte apolar de los fosfolípidos.
  • Proteínas transmembrana: Tienen una parte hidrófila y una parte hidrófoba, y se encuentran a ambos lados de la membrana plasmática.
  • Periféricas: Son hidrofílicas y se encuentran unidas débilmente por un enlace iónico a la parte polar de los fosfolípidos.

  Las proteínas pueden sufrir los mismos desplazamientos que los fosfolípidos, a excepción del “flip-flop”. Pueden llamarse glucoproteínas, que se localizan en la cara externa y forman el glucocálix.

• Glúcidos de membrana: Se dividen en glucolípidos (menos importantes que las glucoproteínas, pero también forman el glucocálix).

Función de la Membrana Plasmática

La membrana plasmática tiene diversas funciones, entre las que se incluyen:

• Instalación selectiva de sustancias (transporte).
• Unión de células.
• Comunicación celular.
• Reconocimiento celular.
• Sitios de anclaje de componentes celulares.
• Transducción de señales.
• Actividad enzimática.

Transporte a través de la Membrana Plasmática

Transporte sin modificación de la membrana plasmática

• Transporte pasivo: No requiere energía ni actividad ATPasa. Se produce a favor de gradiente (de concentración, eléctrico o electroquímico).

  • Difusión simple (directamente):

    • Moléculas apolares: Gases como O₂ y N₂, hormonas esteroideas y lípidos.
    • Moléculas polares sin carga: Agua, alcohol, glicerina, urea y CO₂.

  • Difusión facilitada por proteínas transmembranales:

    • Iones: Proteínas canales o canales iónicos dependientes de ligando (hormonas neurotransmisoras) y también dependientes del voltaje (variaciones en el potencial iónico de la membrana plasmática).
    • Moléculas grandes: Permeasas, “carriers” o transportadoras (cambio conformacional reversible de solo proteínas).
    • Agua: Acuaporinas.

• Transporte activo: Requiere energía, es decir, actividad ATPasa, y se produce en contra de gradiente.

  • Bomba Na⁺/K⁺: Salen 3 Na⁺ y entran 2 K⁺.

Transporte con modificación de la membrana plasmática

Este tipo de transporte se utiliza para macromoléculas, bacterias, virus y otras sustancias.

• Endocitosis: Entrada de partículas mediante vesículas formadas por la membrana.

  • Fagocitosis: Mediante pseudópodos o fagosomas, vacuolas digestivas (partículas muy grandes, bacterias, virus o células dañadas o envejecidas).
  • Pinocitosis: Mediante caveolas, vesículas líquidas.
  • Endocitosis mediada por receptor: Mediante depresiones de la membrana plasmática cubiertas por un receptor. Son moléculas específicas, como por ejemplo el colesterol.

• Exocitosis: Salida de partículas mediante vesículas formadas por membranas procedentes del retículo endoplasmático y el aparato de Golgi. Pueden ser sustancias para regenerar la membrana plasmática y la matriz, sustancias secretoras (hormonas, neurotransmisores, enzimas digestivas) y desechos.

Uniones entre Células

Clasificación por su forma o extensión

• Zónulas: Bandas que rodean toda la célula.
• Máculas: Zonas concretas.

Clasificación por su función

• Uniones ocluyentes (zonas íntimas, uniones estrechas, uniones herméticas, uniones de oclusión): Impiden el paso de sustancias por el espacio intercelular, como en los epitelios. La unión se produce entre bandas de proteínas transmembrana, ocludinas y claudinas, y entre células adyacentes, impidiendo el paso de sustancias por el espacio interno.

• Uniones comunicantes (uniones “gap”, uniones comunicantes): Permiten el paso de sustancias entre células adyacentes, como en las células musculares y nerviosas. Se produce un intercambio de sustancias entre células adyacentes a través de conexiones formadas por conexinas, lo que permite la comunicación celular.

• Uniones de anclaje: Permiten la unión de anclaje entre células adyacentes, células y la matriz extracelular. Pueden encontrarse en epitelios y tejido conjuntivo.

  • Desmosomas: Anclaje de filamentos intermedios del citoesqueleto de células adyacentes a través de proteínas transmembrana reforzadas por una placa densa. Es una unión de anclaje de células adyacentes de tejidos sometidos a más tensión.
  • Hemidesmosomas: Anclaje de filamentos intermedios del citoesqueleto de una célula y una matriz extracelular a través de proteínas transmembrana, integrinas, reforzadas por una placa densa.
  • Zonas adherens (uniones adherentes): Anclaje de microfilamentos de actina del citoesqueleto de células adyacentes a través de proteínas transmembrana, cadherinas. No están reforzadas por una placa densa.

Matriz Extracelular

Estructura de la Matriz Extracelular

Es un complejo entramado de proteínas y polisacáridos que rodea las células en los tejidos animales. Se sintetiza en el interior de la célula y luego se secreta en la propia membrana plasmática. Es poco abundante en el tejido epitelial y muscular, y muy abundante en el tejido conectivo.

• Sustancia amorfa (sustancia fundamental):

  • Glucosaminoglucanos (ósidos > holósidos > heteropolisacáridos): Presentan carga negativa y sirven para la hidratación.
  • Ácido hialurónico: Presente en la piel.
  • Condroitina: Presente en el cartílago.
  • Proteoglucanos (glucosaminoglucano + proteínas).

• Fibras proteicas:

  • Colágeno: Proporciona resistencia.
  • Elastinas: Proporcionan elasticidad.
  • Fibronectina: Mantiene unidos los diferentes componentes de la matriz y estos a las células.
  • Integrinas: Mantienen unidas las células de la matriz.

Funciones de la Matriz Extracelular

• Aporte estructural a tejidos y células.
• Hidratación y resistencia a la compresión.
• Difusión, control y filtro de sustancias.
• Migraciones y organización de las células.
• Reserva de nutrientes, hormonas, etcétera.