Teoría Celular: Organización, Estructura y Funciones

La Teoría Celular

En el siglo XVII, Leeuwenhoek observó microorganismos del agua, así como células de la sangre y el esperma, a los que llamaba "animáculos". Robert Hooke (1665) observó láminas de corcho formadas por cavidades poliédricas que le recordaban a las celdas de los panales de abeja, por lo que las llamó células, siendo el autor de esta palabra. En el siglo XIX, en 1831, Brown descubrió el núcleo. Entre 1838 y 1839, Schleiden y Schwann, apoyándose en estudios anteriores, enunciaron la teoría celular:

• Todos los seres vivos están formados por una o varias células.
• La célula es la unidad morfológica y fisiológica de los seres vivos.
• La célula es la forma más elemental de vida.

En 1855, Virchow enunció un postulado que hoy se añade a la teoría celular: "Toda célula procede de otra preexistente", lo que significa que la célula es la unidad mínima de reproducción.

Tipos de Seres Vivos Según el Número de Células

• Unicelulares: Formados por una sola célula que realiza todas las funciones vitales.
• Pluricelulares: Proceden de una célula que, por sucesivas divisiones y diferenciaciones, origina un organismo pluricelular. Las células de los organismos pluricelulares pueden aislarse, cultivarse y vivir aisladamente.

Podemos definir la célula como la unidad de los seres vivos que realiza las tres funciones vitales.

Modelos de Organización Celular

Procariota

Son células de pequeño tamaño, características de las bacterias, y pertenecen al reino Monera. Su estructura básica está formada por:

• Membrana plasmática
• Pared celular rígida que rodea, protege y da forma a la célula
• Citoplasma con ribosomas 70S e inclusiones
• Nucleoide (zona no rodeada de membrana donde se encuentra el ADN bicatenario circular y plásmidos)
• Flagelos, fimbrias, cápsulas y mesosomas (opcionales)

Eucariota

Son células con núcleo definido, más complejas y de mayor tamaño que las procariotas. Su estructura típica está formada por:

• Membrana plasmática (rodeada de pared celular de celulosa en células vegetales y de quitina en hongos)
• Citoplasma con orgánulos celulares y ribosomas 80S
• Citoesqueleto formado por filamentos proteicos
• Núcleo delimitado por una doble membrana que contiene la cromatina (ADN + histonas)

Pared Celular Vegetal

Las células vegetales poseen una pared celular rígida externa a la membrana, cuyas funciones son:

• Confiere rigidez y mantiene la forma celular
• Une células adyacentes
• Permite el intercambio de fluidos y la comunicación intercelular
• Permite a las células vegetales vivir en medios hipotónicos
• Impermeabiliza la superficie
• Protege contra agentes patógenos

La pared celular está compuesta por fibras de celulosa en un entramado de polisacáridos (pectinas y hemicelulosa) y glucoproteínas. En algunos tejidos, como el leñoso, las ligninas confieren mayor rigidez.

En células diferenciadas, la pared celular se compone de:

• Lámina media: Capa más externa, formada por pectinas y proteínas unidas a iones Ca²⁺.
• Pared primaria: Capa gruesa con estructura fibrilar, situada debajo de la lámina media, constituida por fibras de celulosa cohesionadas por hemicelulosa, pectinas y glucoproteínas.
• Pared secundaria: Capa más interna, presente en algunos tipos celulares, con mayor proporción de celulosa y sin pectina.

La pared celular presenta plasmodesmos, canales que permiten la comunicación e intercambio de sustancias entre células adyacentes. Los plasmodesmos pueden encontrarse en depresiones de la pared primaria llamadas punteaduras.

Membrana Celular: Composición Química y Estructura

Tiene un espesor de 7.5 nm y una estructura trilaminar (membrana unitaria) correspondiente a una bicapa lipídica. Los lípidos se disponen con las zonas hidrófilas (cabezas polares) hacia el exterior y las zonas hidrófobas (ácidos grasos) hacia el interior. La membrana presenta dos caras: externa e interna (en contacto con el citoplasma).

Composición: 40% lípidos y 60% proteínas.

Transporte Pasivo (sin gasto de energía)

Transporte de sustancias a favor de gradiente.

• Difusión simple: Las moléculas atraviesan directamente la membrana.
• Difusión facilitada: Moléculas de mayor tamaño o iones pasan a través de proteínas transmembranales. Puede ser uniporte (una sustancia) o cotransporte (dos sustancias). El cotransporte puede ser simporte (mismo sentido) o antiporte (sentidos opuestos).

Transporte Activo (con gasto de energía)

Transporte en contra de gradiente electroquímico.

• Transporte activo directo: Proteína transportadora acoplada a una ATPasa.
• Transporte activo indirecto: Transporta una molécula en contra de gradiente y otra a favor.

Exocitosis

Transporte al exterior de sustancias en vesículas que se fusionan con la membrana.

Endocitosis

Ingestión de macromoléculas y partículas. Según el material capturado:

• Pinocitosis: Ingestión de líquidos o partículas pequeñas.
• Fagocitosis: Ingestión de grandes partículas (solo células especializadas).

La exocitosis aumenta la superficie celular y la endocitosis la disminuye. El equilibrio entre ambos mantiene el volumen celular.

Citoesqueleto Celular

Conjunto de filamentos proteicos responsables de la forma celular, posicionamiento de orgánulos, movimiento y división celular.

Ribosomas

Orgánulos intracitoplasmáticos compuestos por ARN y proteínas, que participan en la síntesis proteica. No están rodeados de membrana y constan de dos subunidades: grande y pequeña. Se encuentran libres en el citoplasma (polirribosomas) o asociados al RER o membrana nuclear.

Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)

Sistema de cisternas con ribosomas. Funciones:

• Síntesis y modificación de proteínas
• Almacenamiento de proteínas

Retículo Endoplasmático Liso (REL)

Sistema de túbulos sin ribosomas. Funciones:

• Síntesis de lípidos y derivados lipídicos
• Detoxificación
• Almacenamiento de calcio
• Metabolismo de carbohidratos

Aparato de Golgi

Conjunto de sáculos o cisternas apiladas (dictiosomas) rodeados de vesículas. Presenta dos caras: de formación (conectada al RER) y de maduración (orientada a la membrana plasmática). Funciones:

• Modificación de proteínas
• Transporte y secreción de proteínas y lípidos

Lisosomas

Vesículas con enzimas hidrolíticas para la digestión celular. Tipos:

• Primarios: Proceden del Golgi.
• Secundarios: Fusión de primarios con vesículas de endocitosis o fagocitosis.

Funciones:

• Fagolisosomas: Digestión de partículas alimenticias.
• Autofagolisosomas: Eliminación de restos celulares.
• Cuerpos multivesiculares: Contienen numerosas vesículas.

Vacuolas

Vacuola Vegetal

Orgánulo de gran tamaño con membrana (tonoplasto). Funciones: turgencia, almacenamiento.

Vacuola Contráctil

Presente en protistas. Función: regulación osmótica.

Mitocondrias

Orgánulos donde se realiza la respiración aerobia. Constan de membrana mitocondrial, espacio intermembranoso, membrana mitocondrial interna (con crestas) y matriz mitocondrial (con ADN, ARN y ribosomas 70S).

Cloroplastos

Plastos de color verde o pardo para la fotosíntesis oxigénica. Tipos: cloroplastos, cromoplastos (pigmentos carotenoides), leucoplastos (almacenan sustancias). Estructura: envoltura, estroma, tilacoides y grana.

Fases de la fotosíntesis:

• Fase lumínica: Conversión de energía lumínica en energía química en la membrana tilacoidal.
• Fase oscura (Ciclo de Calvin): Fijación del CO₂ en el estroma.

Centrosomas

Contienen centriolos (nueve tripletes de microtúbulos). Funciones: forma celular, transporte de orgánulos, huso mitótico, cilios y flagelos.

Cilios y Flagelos

Elementos:

• Axonema (eje citoesquelético)
• Corpúsculo basal
• Zona de transición

Núcleo Celular

Envoltura Nuclear

Doble membrana (externa e interna) con espacio perinuclear y poros nucleares para el transporte de moléculas. Contiene la lámina nuclear con función de soporte.

Nucleoplasma

Medio interno acuoso con enzimas, elementos citoesqueléticos. Síntesis de ARN y replicación del ADN.

Nucléolo

Estructura esférica para la síntesis de subunidades ribosómicas. Contiene proteínas, ADN y ARN.

Cromatina

ADN asociado a histonas.

Ciclo Celular

Etapas:

• División: Mitosis (división nuclear) y citocinesis (división del citoplasma).
• Interfase: Fases G1 (crecimiento), S (síntesis de ADN), G2 (preparación para la división).

Mitosis

Fases:

• Profase
• Prometafase
• Metafase
• Anafase
• Telofase

Citocinesis

Diferencias entre Célula Animal y Vegetal

En células animales, se forma un surco de división por constricción. En células vegetales, se acumulan vesículas del Golgi en la zona media para formar el fragmoplasto.

Meiosis

Fases de la primera división meiótica:

• Leptoteno
• Zigoteno
• Paquiteno
• Diploteno
• Diacinesis

Prometafase I, Metafase I, Anafase I, Telofase I

La meiosis genera variabilidad genética por la segregación de cromosomas y la recombinación genética.

Ciclos Biológicos

• Ciclo diplonte
• Ciclo haplonte
• Ciclo haplo-diplonte

Catabolismo

Reacciones de degradación de moléculas orgánicas para obtener energía (ATP), poder reductor (NADH, NADPH, FADH2) y precursores metabólicos.

Catabolismo de Glúcidos: Glucólisis

Etapas:

• Fosforilación (requiere energía)
• Oxidación (produce energía y poder reductor)

Fermentación

Oxidación incompleta de compuestos orgánicos en ausencia de oxígeno. Síntesis de ATP por fosforilación a nivel de sustrato.

Fermentación Láctica

Fermentación Alcohólica

Respiración Aerobia

Etapas:

1. Formación del acetil-CoA
2. Ciclo de Krebs
3. Fosforilación oxidativa

Ciclo de Krebs

Fosforilación Oxidativa

Síntesis de ATP en la membrana mitocondrial interna. Etapas:

1. Transporte electrónico
2. Formación del gradiente quimiosmótico
3. Síntesis de ATP

Fotosíntesis

Proceso anabólico que transforma la energía de la luz en energía química. Tipos: oxigénica (libera O₂) y anoxigénica.

Fase Lumínica

Procesos:

1. Captación de energía luminosa (clorofilas y carotenoides)
2. Transporte electrónico dependiente de la luz (fotosistemas I y II)
3. Síntesis de ATP o fotofosforilación (no cíclica y cíclica)

Fase Oscura (Ciclo de Calvin)

Fases:

1. Fijación del CO₂
2. Reducción del carbono
3. Regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato

Quimiosíntesis

Metabolismo exclusivo de bacterias quimiolitotrofas. Tipos: bacterias nitrificantes, sulfooxidantes, ferrooxidantes, oxidantes del hidrógeno.