La Célula Eucariota: Estructura, Orgánulos y Funciones

La célula eucariota es más grande y compleja que la célula procariota. Presenta un núcleo diferenciado en el que se encuentra el ADN en forma de varias moléculas o cromosomas lineales. Además, en el citoplasma hay más orgánulos especializados.

Tipos de Células Eucariotas

• Célula Vegetal: Posee pared celular, cloroplastos, grandes vacuolas y carece de centrosoma.
• Célula Animal: Carece de pared celular y cloroplastos, presenta pequeñas vacuolas y posee centrosoma.

La Membrana Plasmática

Es una delgada película de 7,5 nm de espesor que limita la célula. Está compuesta por un 60% de proteínas y un 40% de lípidos.

Estructura de la Membrana

Los lípidos se disponen en bicapa con las regiones hidrófilas hacia el exterior y las hidrófobas en el interior de la bicapa. Los lípidos confieren fluidez a la membrana. Las proteínas se disponen atravesando la bicapa o superficialmente. Las porciones glucídicas de glucolípidos y glucoproteínas se disponen hacia el exterior de la célula.

Propiedades de la Membrana

• Fluidez: Otorgada por los lípidos, permite que las moléculas se muevan en la membrana.
• Asimetría: Conferida por los glúcidos.

Funciones de la Membrana

Interviene en las funciones de nutrición y relación. Sus funciones principales son:

• Transporte de iones y moléculas: Incorporación de sustancias y salida de desechos.
• Marcadores moleculares: Informan al sistema inmune del tipo celular al que pertenece y de su estado de salud.
• Receptores: Algunas proteínas actúan como receptores que ponen a la célula en contacto con el medio, permitiéndole recibir estímulos.
• Actividad enzimática: Algunas proteínas son enzimas que catalizan reacciones químicas.

Función Transportadora de la Membrana

La membrana controla la entrada y salida de sustancias en la célula, interviniendo así en la nutrición. Se trata de una membrana semipermeable con permeabilidad selectiva para los solutos.

Modalidades de Transporte

Según la necesidad de gastar energía (ATP), se distinguen dos tipos de transporte:

1. Transporte Pasivo (Difusión)

Se realiza a favor del gradiente de concentración y sin gasto energético.

• Difusión Simple: Las moléculas apolares atraviesan la bicapa de lípidos, disolviéndose primero en ellos y accediendo así al interior de la célula.
• Difusión Facilitada: Las moléculas hidrosolubles no pueden atravesar la bicapa de lípidos y deben entrar a través de proteínas integrales de la membrana. Existen dos tipos de proteínas transportadoras:
  • Proteínas de canal: Dejan un estrecho conducto que comunica el interior y el exterior celular.
  • Proteínas transportadoras (Permeasas): Presentan un centro activo al que se une el ligando. La unión del ligando a la proteína provoca un cambio de conformación, introduciendo el ligando al interior celular.

2. Transporte Activo

Se realiza con gasto energético en forma de ATP. Permite el transporte de moléculas en contra del gradiente de concentración. Se lleva a cabo a través de proteínas transportadoras que obtienen la energía necesaria para el transporte de la hidrólisis del ATP.

Transporte de Macromoléculas (Endocitosis y Exocitosis)

Las macromoléculas, virus, bacterias o fragmentos celulares no pueden entrar por las proteínas debido a su tamaño. Son transportadas gracias a deformaciones de la membrana plasmática y con gasto energético.

Hacia el interior de la célula: Endocitosis

Existen dos tipos:

• Fagocitosis: Ingestión de grandes fragmentos sólidos. Las partículas son englobadas por grandes deformaciones de la membrana y citoplasma llamadas pseudópodos, incorporadas a una vacuola en la que deberán ser digeridas.
• Pinocitosis: Ingestión de macromoléculas disueltas. Se forman pequeñas invaginaciones en la membrana que se estrangulan hasta aislar pequeñas vacuolas.

En ambos casos, el material ingerido continúa aislado del hialoplasma por una membrana y será necesario digerirlo hasta moléculas pequeñas.

Hacia el exterior de la célula: Exocitosis

Es el proceso inverso a la endocitosis. Material grande situado en el interior de una vacuola se dirige hacia la periferia de la célula. Cuando la vacuola conecta con la membrana plasmática, ambas membranas se funden, liberando el contenido de la vacuola al exterior celular. Así se eliminan los residuos de la digestión, se segregan sustancias y se renueva la membrana plasmática.

Glucocálix

Es el revestimiento externo de las células animales, formado por cadenas laterales de glúcidos pertenecientes a los glucolípidos y glucoproteínas de la membrana.

Funciones del Glucocálix

• Protege contra la digestión por enzimas digestivas.
• Actúa como antígeno.
• Sirve como señal de reconocimiento celular.

En los animales pluricelulares, la matriz extracelular de tejidos conjuntivos deriva del glucocálix, por hipertrofia y secreción de agua y proteínas.

La Pared Celular

Es una estructura extracelular rígida que protege a la célula, mantiene su forma e impide la excesiva captación de agua. Es exclusiva de células vegetales, hongos y algunos protistas.

Composición y Estructura

Se compone de celulosa en una matriz de otros polisacáridos. Las moléculas de celulosa forman fibras que se sitúan en paralelo en una capa. En su estructura se distinguen tres capas:

1. Lámina Media: La más externa y la primera que se forma tras la división celular. Está formada fundamentalmente de pectina.
2. Pared Primaria: Gruesa capa de fibras de celulosa superpuestas y cementadas por hemicelulosa y pectina. Es flexible durante el crecimiento celular y se endurece tras finalizar el crecimiento.
3. Pared Secundaria: Parecida a la primaria en composición, pero con menos pectinas. Su matriz es muy consistente y sólida.

La pared presenta discontinuidades, llamadas plasmodesmos, que facilitan la comunicación entre células adyacentes. La pared celular de los hongos está formada por quitina.

Funciones de la Pared Celular

• Protección física y protección osmótica (permitiendo sobrevivir en medios hipotónicos).
• Limita la entrada de algunas sustancias.
• En organismos pluricelulares, el conjunto de paredes celulares sostiene al organismo, funcionando como esqueleto.

Citoplasma

Es el contenido celular entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear. Incluye:

• El citosol.
• El citoesqueleto.
• Los orgánulos citoplasmáticos (membranosos y no membranosos).

Citosol

Sustancia de aspecto amorfo en la que están incluidos el citoesqueleto y los orgánulos. Es una disolución coloidal formada por un 85% de agua y moléculas de muy diverso tamaño disueltas.

Funciones del Citosol

• Constituye el esqueleto proteico.
• Permite el movimiento de los orgánulos citoplasmáticos gracias a corrientes llamadas movimientos ciclóticos.
• Muchas de las reacciones del metabolismo ocurren aquí, ya que las enzimas que las catalizan son solutos del citosol.
• Regula el pH intercelular.

El Citoesqueleto

Presente en todas las células eucariotas. Es un entramado de fibras de proteínas que sostienen los orgánulos y dan forma a las células. No es una estructura rígida, sino una matriz organizada que cambia con gran rapidez y proporciona a la célula sostén y dinamismo. Es responsable de la forma, la movilidad, la división celular y el transporte de sustancias y orgánulos por las células.

Tipos de Fibras del Citoesqueleto

1. Red Microtrabecular: Finísima red de cortos filamentos proteicos distribuidos al azar que se unen a los otros componentes del citoesqueleto, dando rigidez al citoplasma.
2. Microfilamentos: Constituidos por dos cadenas de la proteína globular actina enrolladas en hélice. Contribuyen al sostén de los orgánulos y a los movimientos celulares.
3. Filamentos Intermedios: Muy variados y diferentes en cada tipo de célula.
4. Microtúbulos: Filamentos tubulares huecos cuya pared está construida con unidades de unas proteínas globulares llamadas tubulina alfa y beta. Estos microtúbulos son organizados y desorganizados a partir de la centrosfera del centrosoma en las células animales y del centro organizador de microtúbulos de las células vegetales.

Funciones de los Microtúbulos

• Forman estructuras transitorias, como el huso acromático para separar los cromosomas en la división celular.
• Forman estructuras permanentes (orgánulos).

El Centrosoma

Orgánulo citoplasmático no membranoso exclusivo de las células animales. Se sitúa en las proximidades del núcleo.

Estructura del Centrosoma

Se distinguen dos regiones:

• Diplosoma: Constituido por dos centríolos situados perpendicularmente el uno respecto al otro.
• Centrosfera: Material denso y amorfo que los rodea, con áster de microtúbulos saliendo radialmente de la centrosfera.

Cada centríolo está formado por nueve tripletes de microtúbulos que delimitan la pared de un cilindro. Los microtúbulos del triplete están adosados, compartiendo parte de la pared.

Funciones del Centrosoma

• Es el centro organizador de los microtúbulos celulares.
• De él derivan los cilios y flagelos (para formar el corpúsculo basal de cada cilio o flagelo, un centríolo debe duplicarse, alargar su longitud y escindirse por la mitad).
• Organiza los microtúbulos del huso acromático durante la división celular.

Las células vegetales carecen de centrosoma con centríolos, por ello nunca poseen cilios ni flagelos.

Cilios y Flagelos

Orgánulos que se ocupan del desplazamiento celular y del desplazamiento del fluido en el que se encuentra la célula. Son idénticos en composición química y ultraestructura; se diferencian por su longitud y abundancia en la célula.

• Cilios: Abundantes y cortos.
• Flagelos: Escasos y largos.

Son deformaciones de la membrana plasmática en cuyo interior presentan un esqueleto regular de microtúbulos organizado por un corpúsculo basal con estructura de centríolo.

Ribosomas

Orgánulos de aspecto globular y 22 nm de diámetro que se encuentran en gran número dispersos por el citosol o unidos a la membrana del retículo endoplasmático rugoso. Se componen en un 60% de varias moléculas de ARNr y un 40% de varias moléculas de proteínas. Están formados por dos subunidades, una mayor y otra menor. Presentan tres lugares de unión. A veces se alinean, recibiendo el nombre de polirribosomas.

Función de los Ribosomas: Síntesis de Proteínas

• Los dispersos por el citosol sintetizan proteínas para uso interno de la célula.
• Los unidos al retículo sintetizan las proteínas destinadas a ser segregadas fuera de la célula o colocadas en la membrana plasmática.

Las mitocondrias y cloroplastos tienen sus propios ribosomas, que son más pequeños que los del citosol, de igual tamaño que los de las células procariotas.

Orgánulos Membranosos

Retículo Endoplasmático (RE)

Orgánulo membranoso que se extiende por todo el citoplasma celular. Es un sistema de membranas que delimitan sáculos, túbulos y cisternas intercomunicadas y comunicadas también con el espacio intermembrana de la envoltura nuclear. Se distinguen dos regiones por su aspecto y funciones:

Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)

Presenta ribosomas unidos a la cara externa de la membrana por su subunidad grande.

• Síntesis de proteínas destinadas a la exportación.
• Glucosilación de esas proteínas para convertirlas en glucoproteínas.
• Síntesis de proteínas de membrana.

Retículo Endoplasmático Liso (REL)

Carece de ribosomas unidos a la membrana.

• Síntesis de lípidos.
• Glucosilaciones.
• Síntesis de la bicapa de lípidos de la membrana.
• Transporte de lípidos en el interior celular, aislados del citosol.

Aparato de Golgi

Se sitúa cerca del retículo endoplasmático y del núcleo. Está muy desarrollado en células con función secretora. Es un orgánulo muy polarizado.

Estructura del Aparato de Golgi

De la cara proximal (o cis) a la cara distal (o trans) podemos distinguir:

• Vesículas de transición.
• Dictiosoma, formado por entre cinco y diez sáculos apilados.
• Vesículas de secreción.

Biogénesis y Funciones

A partir del retículo endoplasmático se forman por evaginación las vesículas de transición. Al fusionarse, estas vesículas forman un nuevo sáculo muy fenestrado. Este es empujado hacia la cara distal por los nuevos sáculos que se van formando, se hace menos fenestrado y engruesa. Al llegar a la cara externa, el sáculo vuelve a fragmentarse, dividiéndose en vesículas de secreción.

Funciones:

• Continuar las glucosilaciones procedentes del retículo.
• Secreción de moléculas.
• Renovación de la membrana plasmática.
• Formación de otros orgánulos membranosos, como los lisosomas y algunas vacuolas.

Los Lisosomas

Vesículas membranosas globulares que proceden del aparato de Golgi y contienen enzimas digestivas. Contienen hidrolasas ácidas y están limitados por una membrana típica de 7,5 nm de espesor que impide la autodigestión del citoplasma celular.

Tipos de Lisosomas

• Lisosomas Primarios: Se forman como vesículas de secreción en el Golgi y solo contienen enzimas digestivas.
• Lisosomas Secundarios: De mayor tamaño, contienen enzimas digestivas y sustratos en vía de digestión.

Función: Digestión Celular

Digestión Extracelular

Común en hongos y muchos otros tipos celulares. Los lisosomas primarios se dirigen hacia la membrana y por exocitosis son vertidos al exterior celular. Fuera de la célula ocurre la digestión. Las sustancias simples resultantes serán absorbidas a través de la membrana.

Digestión Intracelular

Los sustratos son capturados por endocitosis, formando una vacuola de endocitosis, revestida por dentro de los glúcidos del glucocálix. Hacia ella se dirigen lisosomas primarios que fusionan su membrana con la de la vacuola, descargando los enzimas digestivos al interior. La vacuola se llama ahora vacuola digestiva. Dentro de ella ocurre la digestión de las macromoléculas. Las moléculas pequeñas resultado de la hidrólisis son absorbidas por transporte de membrana hacia el citosol, donde serán utilizadas. Los residuos no digeribles quedan dentro de la vacuola. Pueden ser almacenados dentro de la célula formando los llamados cuerpos residuales o ser expulsados por exocitosis.