Componentes y Funciones Celulares: Transporte, Estructura y Organelos

Transporte Activo y Pasivo

El transporte activo desempeña tres roles fundamentales:

1. Permite la introducción de nutrientes, incluso cuando se encuentran en baja concentración en el citoplasma.
2. Asegura la expulsión de productos de secreción y desecho hacia el medio extracelular.
3. Contribuye al mantenimiento de la concentración de iones como Na⁺, K⁺ y Ca²⁺.

El transporte puede clasificarse en:

• Uniporte: Una sustancia se transporta desde adentro hacia afuera o viceversa.
• Simporte: Dos sustancias se transportan simultáneamente en la misma dirección.
• Antiporte: Dos sustancias se transportan en direcciones opuestas.

Componentes de la Membrana Celular

La membrana celular, también conocida como membrana plasmática, está compuesta por:

• Lípidos
• Proteínas
• Carbohidratos: Proporcionan energía y participan en el reconocimiento celular.

Sus funciones principales son:

• Reconocimiento celular
• Transporte de sustancias

Proteínas de la Membrana Celular

Las proteínas de la membrana cumplen funciones específicas:

• Proteína Filamentosa: Facilita la comunicación intercelular.
• Hélice Alfa: Actúa como neurotransmisora.
• Proteína Periférica: Se ubica en la bicapa lipídica y se puede separar de ella.
• Proteína Integral: Se encuentra insertada total o parcialmente en la membrana, atravesándola completamente.
• Proteínas Transportadoras o Acarreadoras: Permiten el paso de sustancias como aminoácidos y azúcares. A través de sus canales, facilitan el transporte de iones como Na⁺, K⁺ y Ca²⁺. El Na⁺, al ingresar, puede transformarse en glucosa en contra del gradiente de concentración. Estos iones son transportados por bombas de ATP-ATPasas.
• Proteína Globular: Cataliza nutrientes, absorbiendo y eliminando lo que la célula no necesita.

Tipos de Transporte a través de la Membrana

Existen tres tipos principales de transporte:

• Difusión Simple
• Difusión Facilitada
• Transporte Activo

La difusión simple y la facilitada constituyen el transporte pasivo, que no requiere energía. El transporte activo, en cambio, requiere energía en forma de ATP y permite el transporte de sustancias a favor de un gradiente de concentración, como la introducción de glucosa y aminoácidos.

Nota: Las proteínas involucradas en el transporte activo indirecto no utilizan ATP.

El transporte activo requiere bombas de ATP-ATPasas. Las ATPasas, como las bombas de Na⁺ y K⁺, se encuentran en todas las células eucariotas. El ATP impulsa el movimiento de iones Na⁺, K⁺ y Ca²⁺ en contra del gradiente de concentración. Las H⁺-ATPasas son responsables de la acidificación gástrica.

Citoplasma y Citoesqueleto

Citoplasma

El citoplasma ocupa todo el volumen celular, excepto el núcleo. Está constituido por una masa gelatinosa llamada citosol, que representa el 30% del peso de la célula.

Composición del Citosol

• Aminoácidos: Histidina, valina, lisina, leucina, isoleucina, metionina, treonina, triptófano y fenilalanina.
• Vitaminas:
  • Liposolubles: A, D, E y K.
  • Hidrosolubles: Complejo B.
• Iones: Na⁺, K⁺ y Ca²⁺.
• Moléculas de azúcares: ATP.

Citoesqueleto

El citoesqueleto es una red de fibras proteicas que da forma y estructura a los organelos dentro del citoplasma.

Componentes del Citoesqueleto

• Macrotúbulos:
  • Forman parte del huso acromático durante la mitosis y la meiosis.
  • Polimerizan proteínas globulares.
  • Producen Beta (β) Tubulinas.
  • Miden 24 nm.
  • Contienen microfilamentos activos de 7-8 nm.
• Microtúbulos:
  • Producen proteínas específicas.
  • Miden 10 nm.
• Filamentos Intermedios:
  • Intervienen en la locomoción.
  • Presentes en cilios/pilis (óvulo) y flagelos (espermatozoide).
  • Estructura organizada.
  • Contienen proteína miosina, que se activa con ATP para producir energía.

Membrana Nuclear y Núcleo Celular

Membrana Nuclear

La membrana nuclear rodea al núcleo y está compuesta por dos membranas concéntricas: una interna y otra externa. Está delimitada externamente por poros nucleares e internamente por una lámina nuclear. Se encuentra en contacto con el citosol y el citoplasma. Los poros, separados por una distancia de 50-10 nm, están presentes en la membrana interna, y los ribosomas se encuentran adheridos a ella.

Poros de la Membrana Externa

Actúan como compuertas selectivas, permitiendo el paso de sustancias hacia el interior del núcleo.

Lámina Nuclear

• Tiene un grosor de 10 a 15 nm.
• Los cromosomas se adhieren a ella.
• Se desintegra para permitir la división celular.
• Se conoce como"núcleo-nucleolo interfásic".
• Posee sus propias proteínas integrales.

Fases de la Mitosis

• Profase
• Metafase
• Anafase
• Telofase
• Citocinesis

Cilios/Pilis: Estructuras móviles que contienen proteínas ATPasas, las cuales activan la miosina.

Ribosomas

• Confieren estabilidad mecánica a la lámina nuclear.
• Su desorganización tridimensional se denomina"núcleo interfásic".

Núcleo Celular

En el núcleo se llevan a cabo procesos vitales como:

1. Reproducción celular
2. Metabolismo celular
3. Herencia

Componentes del Núcleo

a) Nucléolo: Cuerpo esférico u ovalado, puede ser único o múltiple. Su función principal es la producción de ribosomas.

b) Cromatina: Compuesta por hilos delgados de ADN. Se divide en:

c) Eucromatina: Forma activa donde el ADN copia el ARN.

d) Heterocromatina: Forma inactiva donde los genes no se pueden copiar.

e) Histonas: Proteínas del núcleo. H1 está fuertemente unida a la cromatina, H2A y H2B son ricas en lisina, y H3 y H4 son ricas en arginina.

f) Cromosomas: Representan el material genético (ADN) en una célula haploide (n=23). Existen diferentes tipos: metacéntrico (X), submetacéntrico (X), acrocéntrico y telocéntrico (X), donde la parte superior de la X se va acortando progresivamente.

Retículo Endoplasmático (RE), Aparato de Golgi y Otros Organelos

Retículo Endoplasmático (RE)

El RE es una red de sacos aplanados o cisternas, túbulos y vesículas, delimitada por una membrana continua que forma un espacio denominado lumen.

Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)

• Lugar de plegamiento y ensamblaje de proteínas cuaternarias.
• Inicia la adición de carbohidratos (glicosilación).
• Elimina proteínas no traducidas.
• Caracterizado por ribosomas adheridos y continuidad con la membrana nuclear.

Retículo Endoplasmático Liso (REL)

• Abundante en células que sintetizan lípidos.
• Carece de ribosomas.
• Funciones:
  • Síntesis de casi todos los lípidos.
  • Absorción y liberación de calcio.
  • Desintoxicación de drogas.
  • Metabolismo de carbohidratos: Los hepatocitos almacenan glucosa en el hígado en forma de glucógeno.
  • Almacenamiento de calcio.

Aparato de Golgi

• Continúa la glicosilación iniciada en el RE, formando glicoproteínas y oligosacáridos.
• Secreción de proteínas producidas en el RER a través de tres vías:
  • Lisosomas: Delimitados por una membrana. Participan en la digestión intracelular, eliminan organelos y degradan sustancias que entran por endocitosis.
  • Entrada cis.
  • Salida trans (entre cis y trans se procesan las proteínas).

Peroxisomas

• Reducen el nivel de oxígeno en células primitivas.
• Participan en el metabolismo de lípidos.
• Síntesis de plasmalógenos.

Exocitosis y Endocitosis

• Transporte de sustancias a través de canales proteicos mediante difusión simple.

Fagocitosis

• Implica la actividad del citoesqueleto.

Microtúbulos

• Componentes del citoesqueleto.

Centriolos y Centrosomas

• Intervienen en la división celular.

Vesícula Pinocítica

• Engloba y absorbe agua.

Pinocitosis

• Transporte de sustancias en medio líquido.

Glioxisomas

• Transforman lípidos en carbohidratos.

Vacuolas

• Absorben agua.

Endosomas Primarios

• Se transforman en endosomas secundarios para producir la digestión celular a través de los lisosomas.

Cloroplastos

• Participan en la fotosíntesis.

Invaginación de la Membrana Celular

• Permite el paso de sustancias.

Mitocondria

• Producen la energía necesaria para las funciones celulares.
• Componentes:
  • Crestas: Plegamientos que aumentan la superficie para la actividad celular.
  • Membrana interna.
  • Membrana externa: Contiene iones y proteínas porinas.
  • Matriz celular: Contiene ADN y ARN circular.
  • Ribosomas.

Lisosomas

• Participan en la digestión intracelular.
• Eliminan organelos.
• Degradan sustancias que entran por endocitosis.

Fagocitos

• Generan la actividad del citoesqueleto.

El proceso de exo-endocitosis también está relacionado con el movimiento de sustancias que, además de realizarse mediante proteínas acarreadoras, canales proteicos o por simple difusión, se produce a menudo por invaginación o fusión de las membranas. Durante la fagocitosis, la adhesión de la partícula a la membrana del fagocito desencadena la actividad del citoesqueleto para formar seudópodos, que rodean el cuerpo ingerido hasta formar grandes vesículas denominadas fagosomas. En la pinocitosis, las células forman continuamente pequeñas invaginaciones de membrana que toman indiscriminadamente líquido y moléculas disueltas del medio. Existe otro tipo de endocitosis que requiere un receptor específico para una molécula determinada.

Modelo de Singer y Nicholson

Singer y Nicholson reconocen dos tipos de proteínas de membrana:

• Periféricas: Se separan fácilmente de los fosfolípidos.
• Integrales: Integradas total o parcialmente en la bicapa lipídica.