La célula

LA CÉLULA EUCARIOTA: ENVOLTURAS CELULARES, EL CITOPLASMA Y ORGÁNULOS NO MEMBRANOSOS

1. La membrana plasmática

1.1 Composición de la membrana plasmática

1.2 Estructura de la membrana plasmática

1.3 Funciones de la membrana plasmática

1.4 Transporte a través de la membrana

1.5 Diferenciaciones de la membrana plasmática

2. Envueltas externas

2.1 Pared celular en células vegetales

2.2 Matriz extracelular en células animales

3. Citoplasma

3.1 Citosol o hialoplasma

3.2 Citoesqueleto

3.3 Orgánulos no membranosos

LA MEMBRANA PLASMÁTICA

La membrana plasmática es la envoltura que rodea a la célula y que permite el intercambio de energía y materia entre la célula y el exterior. Debido a su pequeño grosor (unos 75 Ǻ), sólo es observable con el microscopio electrónico.

COMPOSICIÓN DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA.

La membrana está compuesta de lípidos (40%), proteínas (52%) y en menor cantidad glúcidos (8%).

- LÍPIDOS.

Los lípidos de la membrana son de tres tipos: fosfolípidos, glucolípidos y esteroles (entre los que se encuentra el colesterol).

• Fosfolípidos. Son los lípidos más abundantes en las membranas biológicas. Presentan una zona hidrófila, que constituyen las denominadas cabezas polares, y una zona hidrófoba, que forma las colas apolares. Los fosfolípidos poseen, por tanto, carácter anfipático y, cuando se encuentran en un medio acuoso se orientan formando bicapas lipídicas.

• Glucolípidos. Son semejantes a los fosfolípidos, pero contienen oligosacáridos. Sólo aparecen en la cara externa de la membrana plasmática.

• Esteroles. Presentes en la membrana plasmática de las células eucariotas, son más abundantes, por lo general, en las células animales.

Los fosfolípidos y glucolípidos de la bicapa tienen tendencia a girar sobre si mismos (rotar) y a desplazarse lateralmente por su monocapa. Sólo ocasionalmente pueden cambiar de una monocapa a otra. Esta movilidad de las moléculas da fluidez a la membrana. Sin embargo el colesterol reduce esta fluidez.

- PROTEÍNAS.

Según el grado de asociación a la membrana se clasifican en dos grupos:

• Proteínas integrales o intrínsecas. Se encuentran total o parcialmente englobadas en la bicapa (sólo pueden separarse de la membrana si se destruye la bicapa). Dentro de este grupo existen proteínas transmembranales, si atraviesan la bicapa y sobresalen a ambos lados de la misma, y proteínas asociadas a la cara externa o a la cara interna de la membrana.

Algunas proteínas presentan hidratos de carbono unidos a ellas covalentemente (glucoproteínas) y se disponen siempre en el lado externo de la membrana, como los glucolípidos.

• Proteínas periféricas o extrínsecas. Se sitúan adosadas a la bicapa tanto en el exterior como en el interior y se separan de ella con facilidad (por ejemplo, con soluciones salinas, que mantienen intacta la bicapa). Estas proteínas se unen a los lípidos de la membrana o a las proteínas integrales.

Las proteínas de la membrana al igual que los lípidos, también pueden desplazarse lateralmente por ella (difusión lateral).

A medida que la temperatura desciende, la bicapa se hace más viscosa y la movilidad de los lípidos y las proteínas disminuye.

- GLÚCIDOS.

La mayoría son oligosacáridos unidos covalentemente a proteínas y a lípidos, formando glucoproteínas y glucolípidos. Su distribución es asimétrica, sólo se localizan en la cara externa de la membrana plasmática de las células animales. Constituyen la cubierta celular o glucocálix.

1.2 ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA.

Al observar la membrana plasmática con el microscopio electrónico se distinguen dos bandas oscuras separadas por una capa clara. Esta estructura es la misma en todas las células y en todos los orgánulos citoplasmáticos (mitocondrias, retículo endoplasmático, aparato de Golgi, vacuolas, ...), por lo que se denomina membrana unitaria o unidad de membrana.

Con la imagen al microscopio electrónico y los análisis bioquímicos de la membrana se han ido elaborando varios modelos sobre la estructura de la membrana celular. En la actualidad, el modelo más aceptado es el propuesto por Singer y Nicholson (1.972), denominado modelo del mosaico fluido. Según este modelo, la membrana plasmática está formada por un mosaico fluido de proteínas inmersas en una bicapa lipídica formada por fosfolípidos, colesterol y glucolípidos. La membrana es fluida, ya que tanto los lípidos como las proteínas pueden desplazarse lateralmente.

Este modelo sostiene además que las membranas son asimétricas en cuanto a la distribución de sus componentes químicos. Así, los glucolípidos sólo forman parte de la capa externa, a ella también asoman las partes glucídicas de las glucoproteínas.

1.3 FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA.

• La función principal consiste en delimitar la célula y, por tanto, en separar el citoplasma y sus orgánulos del medio que los rodea.

• Controlar el intercambio y transporte de sustancias, actuando como una barrera selectiva.

• Realizar procesos de endocitosis (captación de partículas de gran tamaño) y exocitosis (secreción de sustancias al exterior).

• El glucocálix realiza varias funciones, entre las que destaca el reconocimiento celular. Por ejemplo, en los transplantes.

1.4 TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA.

Las membranas celulares presentan una permeabilidad selectiva, ya que permiten el paso de determinadas moléculas o iones y restringen el de otros.

A) Transporte de moléculas pequeñas.

- TRANSPORTE PASIVO.

Consiste en el transporte de sustancias a favor de gradiente, ya sea gradiente de concentración o de carga, y sin consumo de energía.

Por lo tanto, no es más que un proceso de difusión a través de la membrana, y puede ser de dos tipos:

 DIFUSIÓN SIMPLE.

Las moléculas apolares (como el oxígeno o el nitrógeno) y algunas polares con poca o con ninguna carga eléctrica (como el agua, CO2, urea, etanol, ...) atraviesan directamente la bicapa lipídica.

La difusión simple también puede realizarse a través las denominadas proteínas de canal, que forman "canales acuosos" que permiten el paso de sustancias con carga eléctrica, como pequeños iones (Na+, K+...).

 DIFUSIÓN FACILITADA.

Permite el transporte de pequeñas moléculas polares (como aminoácidos, azúcares, nucleótidos, etc) o iones. Pero necesita la presencia de unas proteínas, específicas para cada sustrato, llamadas proteínas transportadoras o permeasas, las cuales, al unirse a la molécula a transportar, sufren un cambio en su configuración que arrastra a dichas moléculas hacia el interior de la célula.

- TRANSPORTE ACTIVO.

Se realiza en contra del gradiente electroquímico (de concentración y de carga eléctrica) y requiere un gasto de energía, suministrada generalmente, por la hidrólisis del ATP.

El ejemplo más característico es la bomba de sodio-potasio. Está formada por una proteína transmembranosa que bombea hacia el interior de la célula dos iones K+ por cada tres iones Na+ que saca, lo cual genera una diferencia de cargas entre el interior (negativo) y el exterior (positivo), llamado potencial de membrana.

B) Transporte de macromoléculas.

La entrada de grandes moléculas o de partículas complejas (virus, bacterias, ...) en el interior de la célula se lleva a cabo mediante procesos de endocitosis.

Por el contrario, la expulsión de macromoléculas transportadas por vesículas al medio externo recibe el nombre de exocitosis.

- ENDOCITOSIS.

Es el proceso por el cual la membrana plasmática de la célula se invagina englobando las partículas del medio y formando una vesícula.

Una vez en el interior de la célula las vesículas de endocitosis se fusionan con lisosomas para que el material ingerido sea degradado y utilizado posteriormente por la célula. Aunque algunas vesículas de endocitosis simplemente transportan su contenido desde un punto a otro de la célula. Por ejemplo, en las células que revisten los vasos sanguíneos se transportan sustancias desde la sangre hasta los tejidos que rodean a los capilares (endo y exocitosis).

Algunos procesos de endocitosis (endocitosis mediada por receptor) incorporan macromoléculas específicas (colesterol, insulina). En este caso las macromoléculas se unen a receptores específicos situados en la cara externa de la membrana, mientras que la cara interna está asociada a una proteína filamentosa (la clatrina). Las vesículas así formadas se denominan vesículas revestidas. Posteriormente, el revestimiento de clatrina abandona la vesícula y vuelve a la membrana.

Según la naturaleza y el tamaño de las partículas ingeridas, la endocitosis puede ser de dos tipos:

 PINOCITOSIS.

Es la ingestión de líquidos o de pequeñas partículas, mediante la formación de vesículas muy pequeñas, sólo visibles al microscopio electrónico.

 FAGOCITOSIS.

Consiste

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