Estructura de la célula (La célula y sus funciones)

 (La UPEA). Temas de medicina: La célula y sus funciones (Parte 2)

Ver Parte 1

La célula (v. fig. 2-1) no es una simple bolsa de líquido y sustancias químicas, también contiene estructuras físicas muy bien organizadas que se denominan orgánulos. Algunos de los principales orgánulos de la célula son la membrana celular, la membrana nuclear, el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi, las mitocondrias, los lisosomas y los centríolos.

La célula y sus orgánulos están rodeados por membranas formadas por lípidos y proteínas

Las membranas que rodean a la célula y sus orgánulos son la membrana celular, la membrana nuclear y las membranas del retículo endoplásmico, de las mitocondrias, de los lisosomas y del aparato de Golgi. Todas ellas forman barreras que impiden el libre movimiento de agua y sustancias hidrosolubles desde un compartimiento celular a otro. Las proteínas de la membrana suelen atravesar la membrana proporcionando vías (canales) que permiten el movimiento de sustancias específicas a través de las membranas.

La membrana celular es una bicapa lipídica con proteínas intercaladas

La bicapa lipídica está formada casi totalmente por fosfolípidos, esfingolípidos y colesterol. Los fosfolípidos son los más abundantes de los lípidos celulares y poseen una porción hidrosoluble (hidrófila) y una porción que es soluble únicamente en grasas (hidrófoba). Las porciones hidrófobas de los fosfolípidos se sitúan mirándose entre sí, mientras que las partes hidrófilas se sitúan mirando a las dos superficies de la membrana que están en contacto con el líquido intersticial y el citoplasma celular circundantes.

La membrana formada por la bicapa lipídica es muy permeable a las sustancias liposolubles como el oxígeno, el dióxido de carbono y el alcohol, pero actúa como una barrera sólida ante las sustancias hidrosolubles como los iones y la glucosa. Flotando en esa bicapa lipídica nos encontramos proteínas, la mayor parte de las cuales son glucoproteínas (proteínas combinadas con hidratos de carbono).

Hay dos tipos de proteínas de membrana: las proteínas integrales, que protruyen a través de la membrana, y las proteínas periféricas, que se insertan en la superficie interna de la membrana y no la penetran. Muchas de las proteínas integrales proporcionan canales estructurales (poros) a través de los cuales pueden difundir las sustancias hidrosolubles, especialmente los iones. Otras proteínas integrales actúan como proteínas transportadoras de varias sustancias, en ocasiones en contra de sus gradientes de difusión.

Las proteínas integrales también actúan como receptores de sustancias, como las hormonas peptídicas, que no penetran con facilidad en la membrana celular.

Las proteínas periféricas se insertan con frecuencia en una de las proteínas integrales y, normalmente, funcionan como enzimas que catalizan las reacciones químicas de la célula.

Los hidratos de carbono de la membrana se presentan, casi invariablemente, en combinación con proteínas y lípidos en forma de glucoproteínas y glucolípidos. Las porciones «gluco» de dichas moléculas protruyen hacia el exterior de la célula. Muchos otros compuestos de hidratos de carbono, denominados proteoglucanos y que son principalmente hidratos de carbono unidos a pequeños núcleos proteicos, están insertados laxamente sobre la superficie externa. Así, toda la superficie externa de la célula presenta a menudo un recubrimiento débil de hidratos de carbono que se denomina glucocáliz.

Los hidratos de carbono de la superficie externa de la célula tienen varias funciones: 1) muchas de ellas tienen una carga negativa y, por tanto, repelen otras moléculas de carga negativa; 2) el glucocáliz de las células puede unirse al de otras células y, por tanto, las células se unirán entre sí; 3) parte de los hidratos de carbono actúan como receptores para la unión de hormonas, y 4) algunas estructuras de los hidratos de carbono participan en reacciones inmunitarias, como se comenta en el capítulo 35.

El retículo endoplásmico sintetiza varias sustancias en la célula

Una extensa red de túbulos y vesículas, que se conoce como retículo endoplásmico (RE), penetra prácticamente en todos los rincones del citoplasma. La membrana del RE proporciona una extensa superficie para la fabricación de muchas sustancias utilizadas dentro de las células y que después son liberadas desde algunas de ellas. Entre ellas, se encuentran proteínas, hidratos de carbono, lípidos y otras estructuras como lisosomas, peroxisomas y gránulos secretores.

Los lípidos se sintetizan dentro de la pared del RE. Para la síntesis de proteínas los ribosomas se unen a la superficie externa del RE granular o rugoso y actúan en colaboración con el ácido ribonucleico mensajero (ARNm) para sintetizar muchas proteínas que entran en el aparato de Golgi, donde las moléculas son de nuevo modificadas antes de ser liberadas o utilizadas en la célula. Parte del RE no contiene ribosomas unidos y se denomina RE agranular o liso. El RE liso participa en la síntesis de sustancias lipídicas y en otros procesos celulares promovidos por las enzimas intrarreticulares.

El aparato de Golgi funciona en colaboración con el retículo endoplásmico

El aparato de Golgi posee unas membranas similares a las del RE liso, es abundante en las células secretoras y se localiza en el lado de la célula desde el que las sustancias sintetizadas son secretadas. Las pequeñas vesículas de transporte, también denominadas vesículas del RE, se desprenden continuamente del RE y se fusionan con el aparato de Golgi. De esta forma, las sustancias atrapadas en las vesículas de RE se transportan desde el RE al aparato de Golgi, donde son procesadas para formar lisosomas, vesículas secretoras y otros componentes del citoplasma.

Los lisosomas constituyen un sistema digestivo intracelular

Los lisosomas, que se encuentran en grandes cantidades en muchas células, son pequeñas vesículas esféricas rodeadas por una membrana que contiene enzimas digestivas. Dichas enzimas permiten a los lisosomas degradar las sustancias intracelulares en sus componentes, especialmente las estructuras celulares dañadas, las partículas alimentarias que han sido ingeridas por la célula y los materiales no deseados, como las bacterias.

Las membranas que rodean los lisosomas normalmente impiden que las enzimas encerradas en ellos entren en contacto con otras sustancias de la célula y, por tanto, impiden su acción digestiva. Cuando esas membranas sufren daños, las enzimas son liberadas y degradan las sustancias orgánicas con las que entran en contacto, formando sustancias de muy fácil difusión como aminoácidos y glucosa.

Las mitocondrias liberan energía en la célula

Las mitocondrias son las «centrales energéticas» de la célula y proporcionan un aporte adecuado de energía para llevar a cabo las reacciones químicas de la célula. Esta energía se consigue, principalmente, de las reacciones químicas del oxígeno con los tres tipos de nutrientes: la glucosa derivada de los hidratos de carbono, los ácidos grasos derivados de las grasas y los aminoácidos procedentes de las proteínas. Después de entrar en la célula, los alimentos se dividen en moléculas más pequeñas que, a su vez, entran en las mitocondrias, donde otras enzimas eliminan dióxido de carbono e iones hidrógeno en un proceso conocido como ciclo del ácido cítrico. Un sistema enzimático oxidativo, que también reside en las mitocondrias, provoca la oxidación progresiva de los átomos de hidrógeno. Los productos finales de las reacciones de las mitocondrias son agua y dióxido de carbono. La energía liberada es utilizada por las mitocondrias para sintetizar otra sustancia de «alta energía», el trifosfato de adenosina (ATP), un compuesto químico altamente reactivo que puede difundir a través de la célula para liberar su energía allí donde sea necesaria para la realización de las funciones celulares.

Las mitocondrias también son estructuras que se reproducen por sí mismas, lo que significa que una mitocondria puede formar una segunda, una tercera, y así sucesivamente, cuando sea necesario que la célula disponga de mayores cantidades de ATP.

Hay muchas estructuras y orgánulos en el citoplasma

Hay cientos de tipos de células en el organismo y cada una de ellas posee una estructura especial. Por ejemplo, algunas células son rígidas y poseen un gran número de filamentos o estructuras tubulares formadas por proteínas fibrilares. Una de las funciones principales de dichas estructuras tubulares es actuar como un citoesqueleto, proporcionando estructuras físicas rígidas a algunas partes de las células. Algunas de estas estructuras tubulares, denominadas microtúbulos, pueden transportar sustancias desde una zona de la célula a otra.

Una de las principales funciones de muchas células es la secreción de sustancias especiales, como las enzimas digestivas. Casi todas las sustancias se forman en el sistema RE-aparato de Golgi y se liberan en el citoplasma dentro de vesículas de almacenamiento denominadas vesículas secretoras. Después de un período de almacenamiento en la célula son expulsadas a través de la membrana celular para ser utilizadas en otras partes del cuerpo.

El núcleo es el centro de control de la célula y contiene grandes cantidades de ácido desoxirribonucleico (genes) (p. 20)

Los genes determinan las características de las proteínas de la célula, incluidas las enzimas del citoplasma. También controlan la reproducción. Primero se reproducen a sí mismos a través de un proceso de mitosis en el que se forman dos células hijas, cada una de las cuales recibe uno de los dos juegos de genes.

La membrana nuclear, también denominada envoltura nuclear, separa el núcleo del citoplasma. Esta estructura está formada por dos membranas. La membrana externa es una continuación del RE y el espacio que queda entre las dos membranas nucleares también es una continuación con el espacio que queda en el interior del RE. Ambas capas de la membrana son atravesadas por varios miles de poros nucleares, que consisten en grandes complejos de proteínas, de casi 100 nm de diámetro. Aunque el diámetro del conducto central del poro mide solo unos 9 nm, este tamaño es suficientemente grande para permitir que moléculas de hasta un peso molecular de 44.000 Da lo atraviesen con razonable facilidad.

Los núcleos de la mayoría de las células contienen una o más estructuras denominadas nucléolos que, a diferencia de muchos de los orgánulos, no poseen una membrana circundante. Los nucléolos contienen grandes cantidades de ARN y proteínas de los tipos encontrados en los ribosomas. El nucléolo aumenta de tamaño cuando la célula se encuentra sintetizando proteínas activamente. El ARN ribosómico se almacena en el nucléolo y se transporta a través de los poros de la membrana nuclear hacia el citoplasma, donde se usa para producir ribosomas maduros, que desempeñan un importante papel en la formación de proteínas.//

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