Estructura y Función Celular: Procariotas y Eucariotas

Las células se dividen en dos grandes grupos:

• Eucariotas: Poseen su material genético dentro de un núcleo, separado del citoplasma por una doble membrana. Contienen orgánulos, la mayoría membranosos. Incluyen células animales, vegetales, de hongos y protistas.
• Procariotas: Carecen de núcleo y de la mayoría de orgánulos (excepto ribosomas). Su material genético se encuentra disperso en el citoplasma. Son las células de las bacterias, y son mucho más pequeñas que las eucariotas.

Diferencias entre Célula Animal y Vegetal

Las células vegetales y animales presentan diferencias significativas:

• Pared celular: La célula vegetal tiene una pared celular rígida de celulosa que le da forma y soporte. La célula animal carece de pared celular, solo posee una membrana plasmática flexible.
• Cloroplastos: La célula vegetal contiene cloroplastos, orgánulos responsables de la fotosíntesis. La célula animal no los posee.
• Vacuolas: Las células vegetales poseen una gran vacuola central que almacena agua, nutrientes y desechos. Las células animales tienen vacuolas pequeñas o pueden carecer de ellas.
• Centriolos: Las células animales tienen centriolos, importantes para la división celular. Las células vegetales no los poseen y utilizan otros mecanismos para dividirse.
• Almacenamiento de energía: Las células vegetales almacenan energía en forma de almidón, mientras que las células animales lo hacen en forma de glucógeno.

Célula Procariota: Estructura y Componentes

Membrana Plasmática

La membrana plasmática de las células procariotas se compone de una bicapa de fosfolípidos, con cabezas hidrofílicas (hacia afuera) y colas hidrofóbicas (hacia adentro). Esta disposición le confiere semipermeabilidad, permitiendo el paso selectivo de sustancias. Contiene colesterol para mayor estabilidad y fluidez, así como proteínas integrales (transmembrana) y periféricas (adheridas). También presenta glúcidos en la cara externa, formando el glucocálix.

La estructura de la membrana sigue el modelo de mosaico fluido, donde fosfolípidos y proteínas se mueven libremente, proporcionando flexibilidad y adaptabilidad.

Funciones:

• Regula el intercambio de sustancias.
• Actúa como barrera osmótica.
• Anclaje para flagelos.
• Interviene en la duplicación del ADN.
• Realiza la respiración celular, fotosíntesis y fijación de nitrógeno (en bacterias).

Pared Celular Bacteriana

Funciones:

• Da forma a la célula.
• Confiere resistencia.
• Mantiene la estabilidad celular en diferentes concentraciones.

Se compone de peptidoglucano (tetrapéptido y derivados de azúcares N-acetilglucosamina y N-acetilmurámico).

La tinción de Gram clasifica las bacterias según la composición de su pared:

• Gram positivas (Gram +): Se tiñen de azul. Poseen una capa gruesa de peptidoglucano con proteínas, polisacáridos y ácidos teicoicos. Contienen pocos lípidos.
• Gram negativas (Gram -): Se tiñen de rojo. Poseen una capa delgada de peptidoglucano y una segunda capa externa (a modo de “membrana externa”) con proteínas, lipoproteínas, lipopolisacáridos y fosfolípidos.

Cápsula Bacteriana

Capa gruesa, gelatinosa y bien definida que envuelve la célula. Se compone de polisacáridos. Permite la adhesión a superficies y aumenta la resistencia en el entorno.

Estructuras Externas a la Pared Bacteriana

1. Fimbrias: Estructuras cortas y numerosas para la adhesión a superficies, tejidos y otras bacterias, facilitando la colonización y formación de biopelículas.
2. Flagelos: Filamentos largos para el movimiento bacteriano (motilidad).
3. Pili (pelos sexuales): Estructuras más largas que las fimbrias, para el intercambio de material genético (conjugación).

Citoplasma

Citosol

Líquido interno de la célula que rodea las estructuras internas. Compuesto principalmente por agua (85%), enzimas, azúcares, aminoácidos, nucleótidos y sales minerales, formando una mezcla similar a un gel. Es el lugar donde ocurren la mayoría de las reacciones químicas y la síntesis/descomposición de proteínas.

Ribosomas

Orgánulos sin membrana compuestos por ARN ribosómico (50%) y proteínas (50%). Constituidos por dos subunidades (grande y pequeña). Realizan la síntesis de proteínas (traducción), leyendo el ARNm.

Inclusiones

Acumulaciones de sustancias (lípidos, glucógeno, proteínas, pigmentos). Almacenan nutrientes o compuestos de reserva.

Vesículas

Estructuras rodeadas por una membrana lipídica. Almacenan, transportan y digieren sustancias.

Plásmidos

Moléculas circulares de ADN extracromosómico. Contienen genes que otorgan ventajas (resistencia a antibióticos, metabolismo de nuevas sustancias).

Célula Eucariota: Estructura y Componentes

Membranas Celulares

Láminas fluidas que separan el interior celular del entorno y definen los orgánulos. Composición similar a la membrana plasmática procariota (bicapa de fosfolípidos, colesterol, proteínas integrales y periféricas, glucocálix).

Siguen el modelo de mosaico fluido propuesto por Singer y Nicholson (1972): estructura fluida con lípidos y proteínas en mosaico, con movimiento lateral.

El glucocálix es una capa externa de carbohidratos que participa en el reconocimiento celular y la protección. Está formado por oligosacáridos unidos a lípidos (glucolípidos) y proteínas (glucoproteínas) de la membrana. Sus funciones incluyen:

• Conferir viscosidad a la superficie celular.
• Propiedades inmunitarias (antígenos de grupos sanguíneos).
• Reconocimiento celular (desarrollo embrionario, fecundación).
• Protección contra lesiones.

La permeabilidad selectiva controla el paso de sustancias. El transporte puede ser:

• Pasivo (sin gasto de energía):
  • Difusión simple: Moléculas pequeñas (O₂, CO₂) a favor de gradiente.
  • Difusión facilitada: Proteínas transportadoras (permeasas) o canales iónicos para moléculas más grandes o cargadas.
• Activo (con gasto de energía): Mueve sustancias contra gradiente con proteínas y ATP (ej: bomba de sodio-potasio).
• Transporte de macromoléculas y partículas:
  • Endocitosis: Introducción de sustancias en vesículas (fagocitosis: partículas sólidas; pinocitosis: líquidos y moléculas disueltas).
  • Exocitosis: Expulsión de sustancias mediante vesículas.

Pared Celular (Vegetales)

Capa externa a la membrana de las células vegetales. Se compone de celulosa (polímero de glucosa), hemicelulosa, pectinas, agua y sales minerales. La celulosa se organiza en micelas, microfibrillas y fibras.

En células diferenciadas, la pared presenta varias capas:

• Lámina media: La más externa, compartida por células contiguas. Formada por proteínas y pectinas.
• Pared primaria: Delgada, flexible y elástica (células en crecimiento). Fibras de celulosa, hemicelulosa, pectinas y glucoproteínas.
• Pared secundaria: Se forma al cesar el crecimiento (célula madura). Gruesa y rígida, con capas de fibras de celulosa paralelas.

Funciones:

• Soporte mecánico (“esqueleto”).
• Mantiene la forma celular.
• Permite la turgencia en medios hipotónicos.
• Comunicación intercelular.
• Protección contra daños físicos y bióticos.

Hialoplasma (Citosol)

Medio interno líquido del citoplasma. Contiene orgánulos, ribosomas, núcleo, enzimas, inclusiones y citoesqueleto. Compuesto por agua (85%), enzimas, monosacáridos, aminoácidos, nucleótidos, sales minerales, etc. (dispersión coloidal). Es el lugar donde ocurren muchas reacciones metabólicas y la síntesis/degradación de proteínas.

Citoesqueleto

Conjunto de filamentos proteicos en el citoplasma de células eucariotas. Mantiene la forma celular, la posición de orgánulos y el movimiento celular. Compuesto por:

• Microfilamentos de actina: Cadenas de actina enrolladas.
• Filamentos intermedios: Proteínas fibrosas resistentes (células musculares y nerviosas).
• Microtúbulos de tubulina: Filamentos huecos de tubulina. Forman el centrosoma, cilios, flagelos y huso mitótico.

Ribosomas

Complejos de ARNr (sintetizado en el nucléolo) y proteínas (sintetizadas en el citoplasma). Ensamblaje en el nucléolo. No son orgánulos membranosos. Dos subunidades (mayor y menor). Función: síntesis de proteínas (traducción). Se encuentran libres (hialoplasma), formando polisomas, adosados al RER y en la envoltura nuclear.

Retículo Endoplasmático (RE)

Sistema de membranas que forma tubos y sacos aplanados (cisternas) conectados, formando una red continua con un espacio interno (lumen). Dos tipos:

• Retículo endoplasmático rugoso (RER): Sacos aplanados con ribosomas adheridos. Síntesis de proteínas.
• Retículo endoplasmático liso (REL): Túbulos membranosos sin ribosomas. Síntesis de lípidos, transporte de lípidos (vesículas), detoxificación (hepatocitos), regulación del calcio intracelular, liberación de glucosa a partir de glucógeno.

Aparato de Golgi

Conjunto de sacos membranosos aplanados (cisternas) organizados en pilas (dictiosomas). Polaridad funcional:

• Cara cis (formación): Recibe vesículas del RE.
• Región media: Procesamiento y modificación de biomoléculas.
• Cara trans (maduración): Genera vesículas de secreción o lisosomas.

Funciones:

• Empaquetamiento, secreción, distribución y exportación de productos del RE.
• Modificaciones de proteínas (fosforilación, glicosilación, proteólisis).
• Formación de lisosomas.
• Formación de componentes de la pared celular vegetal (hemicelulosas, pectinas) y fragmoplasto.
• Formación de proteoglucanos y glucosaminoglucanos de la matriz extracelular.
• Biogénesis de membrana.

Lisosomas

Vesículas del aparato de Golgi con enzimas digestivas. Membrana con proteínas internas muy glucosiladas. Se forman en la cara trans del Golgi. Función: digestión intracelular.

Tipos de digestión:

• Heterofagia: Digestión de material externo.
  • Fagocitosis: Partículas grandes (bacterias).
  • Pinocitosis: Líquidos y moléculas disueltas.

  El material ingerido se encierra en un endosoma/fagosoma, que se fusiona con un lisosoma primario (con enzimas), formando un lisosoma secundario/fagolisosoma. Las enzimas descomponen la sustancia. Los productos se reutilizan o forman cuerpos residuales (eliminados por defecación celular o acumulados).

• Autofagia: Digestión de material interno (orgánulos defectuosos). El orgánulo se rodea de membranas del RE (autofagosoma), que se fusiona con un lisosoma primario (autofagolisosoma). Relacionada con el recambio celular, destrucción de tejidos (metamorfosis), nutrición en ayuno.

Los lisosomas también participan en la digestión extracelular (exocitosis de enzimas) en células del hueso, cartílago y hongos.

Vacuola Vegetal

Vacuolas grandes (una o dos por célula). Ocupan gran parte del volumen celular (50-90%). El conjunto de vacuolas se llama vacuoma. Composición: agua, sales, azúcares, proteínas. Pueden contener cristales (oxalato cálcico) o aceites y esencias.

Funciones:

• Almacenamiento de agua.
• Almacén de sustancias (reservas, productos de desecho).
• Actividad digestiva (enzimas hidrolíticas).
• Degradación de macromoléculas y reciclaje de componentes.
• Relacionadas estructural y funcionalmente con los lisosomas.

Núcleo Interfásico

Estado habitual del núcleo (célula no en división). Componentes:

• Envoltura nuclear: Doble membrana con poros nucleares que comunican el interior con el citoplasma.
• Nucleoplasma: Medio interno donde se encuentra la cromatina (ADN + histonas) y el nucléolo.
• Nucléolo/s: Estructura esférica y densa con gran cantidad de ARN (síntesis de ARNr).

Envoltura Nuclear

Rodea el núcleo y lo separa del citoplasma. Barrera protectora del ADN y reguladora del intercambio de sustancias. Compuesta por:

• Membrana nuclear externa: Con ribosomas adheridos, conectada al RER.
• Membrana nuclear interna: En contacto con el interior del núcleo. Contiene la lámina nuclear (mantiene la forma, ancla la cromatina, participa en la mitosis).
• Espacio perinuclear: Entre ambas membranas, conectado al lumen del RER.
• Poros nucleares: “Puertas” selectivas para el paso de sustancias (ARNm, proteínas). Complejo de proteínas en forma de anillo con proteínas transportadoras.

El número de poros varía según la actividad celular (más poros en células con alta actividad).

Nucleoplasma

Medio interno acuoso del núcleo (dispersión coloidal). Contiene sales minerales, nucleótidos, ARN, proteínas (enzimas para el metabolismo del ADN y ARN). Lugar de replicación del ADN y síntesis de ARN (transcripción). Contiene la cromatina y el nucléolo.

Nucléolo

Estructura dentro del núcleo. Función: producción de ribosomas. Puede haber uno o varios. Tamaño relacionado con la actividad celular (más grande en células que fabrican muchas proteínas).

Compuesto por proteínas y ácidos nucleicos (ADN y ARN). Se origina a partir de los organizadores nucleolares (regiones del ADN con genes para ARN nucleolar). El ARN nucleolar se fragmenta y da origen a los ARNr.

El ARNr madura y se ensambla con proteínas ribosómicas (importadas del citoplasma), formando las subunidades ribosómicas (grande y pequeña). Las subunidades salen del núcleo y se unen al ARNm para la síntesis de proteínas.

Estructura (microscopio electrónico):

• Zona fibrilar: Transcripción de genes de organizadores nucleolares (formación de ARN nucleolar).
• Zona granular: Combinación de ARNr con proteínas ribosómicas (formación de subunidades).
• Nucleoloplasma: Región amorfa (más clara).