BIOLOGIA CELULAR (guía resumen)
La célula , es la unidad estructural y funcional fundamental de todos los seres vivos . Las células , se clasifican en procariontes y eucariontes ; esta división viene dada por la ausencia o presencia respectivamente , del núcleo como carácter distintivo.
Con fines didácticos , la célula puede dividirse en tres partes principales:
A) membrana plasmática
B) citoplasma
C) núcleo
La membrana plasmática , corresponde a una interfase entre el medio externo y el citoplasma . A través de esta membrana , pasan todos los nutrientes hacia la célula y todas las moléculas que deben ser excretadas abandonan la célula a través de ella. Este comportamiento es altamente selectivo dependiendo de las condiciones en las cuales la célula se encuentre.
La membrana plasmática , también desempeña un rol clave en la comunicación entre las diferentes células , y entre las células y el ambiente externo.
El citoplasma , corresponde al contenido de la célula que se ubica entre la membrana plasmática y el núcleo ; se subdivide a su vez en citosol y organelos . El citosol es la porción líquida formada principalmente por agua y partículas disueltas . Los organelos son las estructuras de la célula muy especializadas y que tienen una forma y función específica ( citoesqueleto , complejo de Golgi , lisosomas, peroxisomas , retículo endoplásmico , mitocondrias ).
El núcleo es a su vez un organelo , pero por sus importantes funciones se analiza frecuentemente por separado . En el encontramos los genes , que controlan desde la estructura celular hasta la gran mayoría de las funciones de la célula
MEMBRANA PLASMÁTICA
Corresponde a una barrera flexible y resistente que envuelve y contiene al citoplasma . Su estructura está descrita gracias al Modelo de Mosaico Fluido de Singer y Nicolson . Este modelo señala que la membrana es una doble capa de lípidos , que se asemeja a un océano donde están contenidas una serie de proteínas de distinta naturaleza .
Los lípidos son de tres tipos diferentes ( fosfolípidos , colesterol y glicolípidos ) . La bicapa lipídica tiene una porción central hidrofóbica ( que repele el agua ) , que esta formada por las colas de los lípidos y una porción hidrofílica ( que puede contactarse con el agua del intra y el extracelular ) , que está formada por las cabezas de los lípidos .
De estos tres tipos de lípidos , los glicolípidos están solamente en la capa externa que se contacta con el medio extracelular ; esta capa de glicolípidos se conoce como Glicocalix y es una especie de carnet de identidad de cada célula y que diferencia a una célula de otra ( por ejemplo determina los grupos sanguíneos ) .
Las proteínas , son los componentes de la membrana que desempeñan las funciones específicas (transporte, comunicación, etc). Al igual que en el caso de los lípidos , las proteinas pueden girar alrededor de su eje y muchas de ellas pueden desplazarse lateralmente (difusión lateral) por la membrana. Las proteinas de membrana se clasifican en:
Proteinas integrales: Están unidas a los lípidos intímamente, suelen atravesar la bicapa lípidica una o varias veces, por esta razón se les llama proteinas transmembrana.
Proteinas periféricas: Se localizan a un lado u otro de la bicapa lipídica y están unidas debilmente a las cabezas polares de los lípidos de la membrana u a otras proteinas integrales por enlaces de hidrógeno.
CITOPLASMA
El citoplasma se divide en : A) citosol y B) organelos
El citosol , corresponde a la parte líquida que rodea a los organelos , está compuesto mayoritariamente por agua ( 75 a 90% ) y otros componentes como glucosa , iones , aminoácidos , acidos grasos , proteínas , lípidos y ATP .En el citosol ocurren reacciones químicas fundamentales para la vida de la célula .
Los Organelos , son estructuras especializadas de forma y funciones características especializadas , entre las cuales destacan : crecimiento celular, mantenimiento y reproducción .Esta formado por el citoesqueleto , complejo de Golgi , lisosomas, peroxisomas , retículo endoplásmico , mitocondrias
Citoesqueleto : La capacidad de las células eucarióticas para adoptar una variedad de formas y para realizar movimientos coordinados depende del Citoesqueleto. El citoequeleto es único a las células eucarióticas. Es una estructura tridimensional dinámica que llena el citoplasma. Esta estructura actúa como un músculo y como un esqueleto para el movimiento y la estabilidad. Las fibras largas del citoesqueleto son polímeros de subunidades. El tipo primario de fibras que componen el citoesqueleto son microfilamentos, microtubulos y filamentos intermedios
Las diversas actividades del citoesqueleto dependen de 3 tipos de filamentos proteicos :
a) Microfilamentos : Los microfilamentos son finas fibras de proteínas como un hilo de 3-6 nm de diámetro. Están compuestos predominantemente de un tipo de proteína contráctil llamada actina, la cual es la proteína celular más abundante. La asociación de los microfilamentos con la proteína miosina es la responsable por la contracción muscular. Los microfilamentos también pueden llevar a cabo movimientos celulares, incluyendo desplazamiento, contracción y citocinesis.
b) Filamentos intermedios : Los filamentos intermedios tienen cerca de 10 nm en diámetro y proveen fuerza de tensión a la célula.
c) Microtúbulos : Los microtubulos son tubos cilíndricos de 20-25 nm en diámetro. Están compuestos de subunidades de la proteína tubulina, estas subunidades se llaman alfa y beta. Los microtubulos actúan como un andamio para determinar la forma celular, y proveen un conjunto de pistas para que se muevan las organelas y vesículas. Los microtubulos también forman las fibras del huso para separar los cromosomas durante la mitosis. Cuando se disponen en forma geométrica dentro de flagelos y cilias, son usados para la locomoción.
RETICULO ENDOPLASMICO (RE)
Es un sistema continuo de membranas organizadas en una compleja red interconectada con un espacio central delimitado por membranas , que se extiende a través del citoplasma . El espacio central se denomina lumen o cisterna del RE.
Cumple un papel importante en la biosíntesis celular . Las proteínas transmembranas y lípidos del RE , complejo de Golgi ,lisosomas y membrana plasmática inician su síntesis en asociación con las membranas del RE.
El RE , es de dos tipos : RUGOSO (RER) o LISO (REL) , esto viene dado de acuerdo a si presenta o no presenta ribosomas unido a su superficie citoplasmática ( los ribosomas son el sitio de fabricación de proteínas ) .
Mitocondrias : constituyen la fuente energética de las células, ya que mediante el proceso de fosforilación oxidativa producen trifosfato de adenosina (ATP), que es la forma estable de almacenamiento de energía que puede utilizar la célula para llevar a cabo las actividades que la requieren.
La mitocondria posee dos membranas , una externa lisa y una interna plegada formando las crestas mitocondriales .
Se trata de organelos flexibles cuya morfología varía de unas células a otras: en las que tienen un elevado nivel de metabolismo oxidativo suelen ser grandes y serpenteantes, en forma de bastoncillo; en otras tienen un aspecto más redondeado. Una célula eucariótica típica puede contener del orden de unas 2000 mitocondrias, ocupando en torno a un 20% de todo el volúmen celular.
Son funciones de la mitocondria :
a) fabricación de ATP , la fuente de energía de la célula
b) producción de precursores de diferentes sustancias
c) síntesis de proteínas
Complejo de Golgi : El Golgi es un organelo que interviene tanto en la síntesis de azúcares (especialmente polisacáridos) como en la ordenación de las proteínas elaboradas en el retículo endoplásmico rugoso
Las funciones más importantes del Golgi son :
-Procesamiento de macromoléculas sintetizadas en el RER
-Distribución intracelular de macromoléculas que llegan al Golgi
-Concentración de material de secreción
-Formación de gránulos de secreción
-Formación de prelisosomas
-Aumento de superficie celular
-Participa en procesos particulares en ciertos tipos celulares ( por ejemplo Formación del acrosoma del espermatozoide )
Lisosomas : Se trata de organelas especializadas de forma redondeada o polimorfa que contienen diferentes tipos de enzimas del tipo de hidrolasas ácidas (lipasas, nucleasas, proteasas, sulfatasas...).
Como todas estas enzimas necesitan de un ambiente ácido para su funcionamiento óptimo, las membranas de los lisosomas disponen de bombas de protones que transportan de manera activa H+ hacia el lisosoma, manteniendo así un pH de 5. Los lisosomas no sólo intervienen en la digestión de macromoléculas, microorganismos fagocitados, desechos celulares y células, sino que también digieren organelas en exceso o envejecidas como mitocondrias o restos de RER.
Peroxisomas : Organelos rodeados por solo una simple membrana , ellos no contienen DNA o ribosomas. Miden de 0.15 a 0.25 um . Se encuentran en grupos, adyacentes a las membranas del RE . Por ello todas las proteínas peroxisomales son codificadas por DNA nuclear sintetizadas en ribosomas libres en el citoplasma.
En células de hígado , son la fuente de 3 enzimas oxidativas:
D-aminooxidasa
Urato oxidasa
Catalasa
Las reacciones oxidativas que ocurren en los peroxisomas hacen de ellos importanteselementos de detoxificación dentro de la célula.Los peroxisomas contienen enzimas que utilizan el oxígeno para remover átomos de oxígeno
RH2 +O2 ---------> R + H2O2
Como el H2O2 es de alto riesgo para la integridad celular , debe existir un sistema eficiente de degradación de peroxido . Este proceso es catalizado por la enzima catalasa , con ello se evita la salida de H2O2 al citoplasma.
Núcleo : Generalmente es único y esférico , ocupa una posición central . Al interior de este compartimento se encuentran contenidos el material hereditario (cromatina) , ribonucleoproteínas , uno o más nucleolos , múltiples proteínas-enzimas , agua y una matriz nuclear .
Envoltura nuclear : Encierra al DNA y define el compartimento nuclear .
Está formado por 2 membranas , una externa y una interna , separadas por un espacio llamado espacio perinuclear
La membrana externa tiene continuidad con las membranas del retículo endoplásmico rugoso (RER) , y al igual que este , tiene ribosomas pegados en su superficie , donde se fabrican proteínas , las que luego se trasladan a través del sistema de membranas de la célula.
En la cara interna de la membrana interna , se encuentra una gruesa agrupación de proteínas conocida como lámina nuclear . En los mamíferos , la lámina es compuesta por tres proteínas lámina de diferente naturaleza ( láminas A , B y C ).
Esta lámina participa en la forma nuclear , en la unión de la cromatina a la envoltura nuclear y en el desensamble y reorganización del núcleo durante la mitosis..
Complejo de poro: Conocido también como poro nuclear . Estas estructuras se encuentran en toda la superficie del núcleo , donde se encuentra en una cantidad entre 3.000 a 4.000 .
En el se puede reconocer :
una apertura de aprox. 70 nm , que se origina por la unión de la membrana externa con la membrana interna de la envoltura nuclear y que es el PORO NUCLEAR y un conjunto de proteínas que se distribuyen en todo el rededor del poro , y que dejan un canal central de 10 nm.
Nucleolo : Sitios de síntesis , acumulación , procesamiento y maduración del RNA ribosomal. Por ello entonces , están constituídos por RNAr y proteínas y obviamente por el DNA molde necesario para sintetizar RNAr. Se les observa en una ubicación central en el núcleo y estarían compuestos por fibrillas y gránulos de RNP , cromatina descondesada que contiene rDNA y todo rodeado por cromatina condensada .
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
•Alberts, B. Molecular Biology of the Cell . Second edition
Garland Publishing 1989
•Avers , Ch. Biología Celular. Editorial Iberoamericana 1983
•Spotorno, A. Elementos de Biología Celular y genética .
Segunda edición. Departamento Biología Celular
y genética . U.de Chile . 1983
• Darnell , J. Molecular Cell Biology . Second edition
Scientific American Books .1990
•Tortora, G., Grabowsky, S. Principios de Anatomía y Fisiologia. 7ª edición
Harcourt . 2000
Evans, W.H. Graham , J. Membrane structure and function
IRL Press , Oxford 1989
