La Célula: Estructura y Funciones de la Membrana y Pared Celular

1. Pared Celular

1.1. Pared Celular de Vegetales

Formada por una red de fibras de celulosa como componente principal.

Además, contiene otras sustancias:

• Agua
• Otros polisacáridos: pectina, hemicelulosa…

En algunos tejidos, además contienen:

• Suberina (en corteza de árboles).
• Lignina (produce endurecimiento del tronco, al añadirse en tejidos conductores).

Funciones:

• Da forma y rigidez a las células.
• Contrarresta la presión osmótica debido a la mayor concentración de solutos en el citoplasma celular.
• Permite el paso de sustancias entre células vecinas.
• En conjunto, sirve como estructura de sostenimiento para las plantas, al no disponer de otros tipos de “esqueleto”.

Estructurada en varias capas:

Lámina media:

• La más externa. Es la primera capa de la pared que produce la célula.
• Queda situada entre dos células adyacentes. Contiene pectina.

Pared primaria:

• La célula la produce con posterioridad a la lámina media.
• Capa delgada y flexible, por lo que permite el crecimiento de la célula. Delimita la célula.

Pared secundaria:

• Última capa producida por la célula, una vez la célula deja de crecer.
• Más gruesa y rígida que las anteriores. Perdura tras la muerte celular.
• Sirve de estructura de sostén para la planta (árboles, por ejemplo).

La pared celular posee plasmodesmos: Agujeros que permiten la comunicación entre citoplasmas de células vecinas para el intercambio de sustancias.

1.2. Pared Celular de Hongos

Compuesto mayoritariamente por fibras de quitina (polisacárido).

Además, poseen algunas proteínas y otros tipos de polisacáridos.

Sus funciones principales son la protección de la célula, contrarrestar la presión osmótica…

1.3. Pared Celular de Bacterias

Formada por mureína, un peptidoglucano que contiene N-acetilglucosamina (monosacárido derivado) y el Ácido N-Acetilmurámico, enlazados con pequeños péptidos.

Algunas bacterias (micoplasmas) carecen de pared bacteriana.

El resto se diferencia en dos grandes grupos, en función de la distinta estructura de su pared:

• Bacterias Gram + : Poseen una única capa de pared gruesa formada por mureína.
• Bacterias Gram - : Poseen una capa fina de mureína, y sobre ella una segunda capa: una membrana externa parecida a la plasmática.

La distinción se descubrió gracias a la diferente coloración en que quedan teñidas unas y otras al ser tratadas con la “tinción de Gram”. Se trata de una combinación de tinciones que provoca que las bacterias Gram + queden teñidas de color azul, mientras que las Gram – quedan teñidas de color rojo.

La penicilina es un antibiótico producido por algunas especies de hongos, concretamente mohos del género Penicillium, cuya acción reside en bloquear la formación de la red de mureína de la pared bacteriana, impidiendo así la viabilidad de la bacteria.

2. Membrana Plasmática

Envoltura de 75 Amstrongs de espesor que rodea las células, separándolas del medio externo.

2.1. Estructura: Modelo del Mosaico Fluido

Estructura básica formada por bicapa lipídica. Contiene:

a) Fosfolípidos y glucolípidos (lípidos de membrana) que, siendo anfipáticas, forman dos capas con zonas apolares enfrentadas entre sí, y zonas polares orientadas hacia el exterior (medio externo y medio citoplasmático, acuosos ambos). Suelen poseer un ácido graso saturado (recto) y uno insaturado (curvado), afectando a la permeabilidad de la bicapa (la estructura no es perfecta).

Tienen capacidad de movimiento, lo que provoca fluidez de la membrana.

Tipos de movimientos de los lípidos de membrana:

• Rotación (girando sobre sí mismas).
• Difusión lateral (a lo largo de la capa en la que se encuentra).
• Flip-flop (Pasando de una capa a la otra).
• Flexión.

La fluidez de la bicapa también depende de la temperatura (a mayor temperatura, mayor fluidez). Los lípidos de membrana se sitúan en las capas asimétricamente:

• Los glucolípidos se sitúan en la cara externa.
• Fosfatidil-colina y la esfingomielina también se encuentran en mayor proporción en la cara exterior (grupos sustituyentes cargados positivamente).
• Una proporción mayor de fosfolípidos cargados negativamente se sitúan en la cara interior (fosfatidilserina y fosfatidiletanolamina).

b) Colesterol: Se sitúa entre los huecos que forman las cadenas hidrocarbonadas de los ácidos grasos de los lípidos de membrana, a modo de cuña. De esta manera mantiene la estabilidad de la membrana, impidiendo que la bicapa sea excesivamente fluida.

c) La membrana plasmática contiene además proteínas:

• Proteínas integrales (intrínsecas): total o parcialmente incrustadas en la bicapa lipídica. Las que atraviesan totalmente la bicapa se llaman proteínas transmembrana.
• Proteínas periféricas (extrínsecas): Adosadas a las partes externas de la bicapa.

d) La membrana plasmática contiene también glúcidos, habitualmente unidos a proteínas o a lípidos de la membrana en su cara externa (glucoproteínas o glucolípidos).

• Actúan como receptores de membrana.
• Forman el glucocálix (capa glucídica en el exterior de la célula).

Por lo tanto, la estructura general de la membrana es asimétrica: glucocálix en el lado no citoplasmático. Además, la estructura de la membrana es dinámica: los componentes se pueden mover o desplazar.

2.2. Funciones de la Membrana Plasmática

• Separa un medio interno celular del medio externo.
• Es una barrera permeable selectiva, de esta manera, consigue que la composición del interior y del exterior celular sean diferentes.
• Regula el intercambio de sustancias de un medio a otro:
  • Entrada de nutrientes y salida de productos metabólicos o de desecho.
  • Entrada y salida de iones, etc.
• Tiene funciones de reconocimiento celular (por medio de receptores de membrana específicos).
• Realiza algunas actividades enzimáticas (debido a la presencia de algunas enzimas en las membranas).
• Además, realiza funciones más específicas que dependen de las proteínas que haya:
  • Transmisión de señales (hormona a 2º mensajero interno).
  • Forma uniones entre membranas de células contiguas.
  • Forma parte de muchos orgánulos celulares.

3. Transporte a través de la Membrana

3.1. Transporte Pasivo

Difusión (transporte o paso) de moléculas a través de la membrana sin gasto energético, a favor de gradiente:

• Químico (por diferencia de concentraciones).
• Eléctrico (por diferencia de cargas a un lado y otro de la membrana).
• Electroquímico (ambas a la vez).

Puede ser:

Difusión simple:

• Moléculas pequeñas pasan a través de la bicapa lipídica: (O₂, N₂, CO₂).
• H₂O puede pasar, pero lentamente, por su polaridad).

Difusión facilitada:

Las moléculas no atraviesan la bicapa, sino que su paso es facilitado por proteínas de la membrana:

Proteínas canal:

Los iones pasan a través de proteínas transmembrana, ya que son muy polares y no podrían hacerlo a través de la bicapa. Estas proteínas se abren o cierran dependiendo de diferencias de cargas a ambos lados de la membrana, o por moléculas (como las hormonas) que se unen a la proteína, cambian su conformación y permiten que se abra o cierre el canal. En el caso del agua, la célula puede controlar su paso a través de proteínas canal especiales (acuaporinas).

Proteínas transportadoras:

Las moléculas entran a través de proteínas transmembrana (permeasas). Estas cambian su forma tridimensional para permitir el paso de las moléculas. Permite el paso de moléculas orgánicas pequeñas (glucosa, aminoácidos…)

3.2. Transporte Activo

Lo llevan a cabo determinadas proteínas de la membrana (bombas). Supone un gasto de energía (gasto de moléculas de ATP). Permite transportar sustancias en contra de gradiente (de zonas de menor concentración a zonas de mayor concentración). Las proteínas que lo realizan se llaman bombas. Ejemplo: Bomba de sodio-potasio:

• Con el gasto de una molécula de ATP, la bomba Na⁺/K⁺ consigue transportar:
  • 3 Na⁺ al exterior celular.
  • 2 K⁺ al interior celular.
• Así, el exterior queda cargado positivamente respecto a la carga en el interior (se crea un potencial de membrana).

4. Endocitosis y Exocitosis

Algunas estructuras no pueden transportarse de un lado a otro de la membrana atravesándola, debido a su gran tamaño. En estos casos, la célula utiliza otros sistemas, basados en la formación de vesículas (bolsas).

4.1. Endocitosis

Procesos de entrada de grandes moléculas o partículas desde el exterior al citoplasma. En estos procesos, la célula forma una red de Clatrina (proteínas filamentosas) en una zona concreta de la cara citoplasmática de la membrana para generar la vesícula.

Fagocitosis (para captar partículas de gran tamaño):

• La célula emite pseudópodos (prolongaciones de la membrana plasmática) que envuelven la partícula a introducir.
• Los pseudópodos se fusionan formando una vesícula (fagocito o fagosoma) en el interior del citoplasma.
• Posteriormente el fagosoma se fusionará con una vesícula digestiva o lisosoma primario cuyas enzimas digestivas digerirán la partícula fagocitada.

Pinocitosis (para captar sustancias disueltas en el medio externo):

• Se forma una invaginación (oquedad) hacia el interior citoplasmático, con lo que la célula “absorbe” líquido con moléculas disueltas del exterior.
• La membrana se fusiona formando en este caso una vesícula pinocítica.

Endocitosis mediada por receptor (para captar sustancias de manera selectiva):

Algunas estructuras (lipoproteínas, etc…) se unen a receptores específicos de la membrana e inducen la formación de la vesícula que engloba la partícula para transportarla al interior celular.

4.2. Exocitosis

Es el proceso inverso: la célula produce sustancias que han de ser transportadas al exterior. Para ello, las incluye en vesículas formadas en el Aparato de Golgi, por ejemplo, y después, la membrana de estas vesículas se fusiona con la membrana plasmática, liberando las sustancias en el exterior celular. Los procesos de endocitosis y exocitosis permiten renovar continuamente la membrana plasmática de la célula.

5. Uniones Intercelulares

En los animales, las células que forman un determinado tejido están fuertemente unidas entre sí. Hay diferentes tipos de uniones entre membranas plasmáticas de células contiguas:

a) Uniones estrechas o de oclusión:

• Participan proteínas transmembrana formando filas que sellan una determinada zona. Estas proteínas se unen a su vez a proteínas filamentosas del citoplasma celular.
• No dejan espacio entre células, por lo que las sustancias no pueden pasar entre ellas.
• Ejemplo: células epiteliales del intestino.

b) Desmosomas:

• Las proteínas transmembrana unen membranas pero sin cerrar completamente el espacio, por lo que no impiden el paso de sustancias.
• Las proteínas se unen a dos placas (una en cada célula), unido a su vez a fibras de queratina.
• Suelen formar bandas o disponerse puntualmente.
• Habitual también en células musculares, epiteliales.

c) Uniones de tipo gap:

• En este caso, las proteínas transmembrana cierran completamente el espacio extranuclear, pero forman pequeños canales que permiten el paso de sustancias entre los citoplasmas de ambas células.