lunes, 25 de septiembre de 2017

La Célula Eucariota

Las células eucariotas son más evolucinadas (han aparecido mucho más tarde en la historia de la Tierra) y morfológicamente más complejas que las células procariotas. 
Analicemos primero las diferencias más importantes entre las células eucariotas y procariotas:
  • Las células eucariotas son, en general, de mayor tamaño que las procariotas.
  • Las células eucariotas no tienen pared celular, o poseen una pared celular de celulosa o quitina, pero nunca poseen la pared celular hecha de proteínas típica de los procariotas.
  • Las células eucariotas tienen orgánulos complejos dentro del citoplasma, muchos de ellos recubiertos por membranas biológicas y denominados sistemas de endomembrana. Las células procariotas nunca tienen orgánulos complejos ni sistemas de endomembrana.
  • Las células eucariotas tienen su material genético (ADN) encerrado en un núcleo y rodeado por una doble membrana biológica. Las células procariotas nunca presentan núcleo real, su material genético se encuentra disperso en el citoplasma.
  • Los organismos procariotas nunca forman sistemas pliricelulares. Todos los procariotas son unicelulares o, a lo sumo, coloniales (grupos de células independientes que viven juntas). Los organismos eucariotas pueden ser unicelulares (como por ejemplo las levaduras) o pluricelulares (como los animales y las plantas).
Tipos de Células Eucariotas
Las células eucariotas suelen dividirse, de forma genérica, en dos grandes grupos: células animales y células vegetales.
Las células animales son, como su nombre indica, propias de los animales; pero también de algunos seres vivos no vegetales, com los protozoos (protistas heterótrofos, es decir, organismos eucariotas unicelulares sin capacidad de realizar la fotosíntesis) y los hongos (que forman el reino Fungi).
Las células vegetales son propias de las plantas y de las algas (protistas autótrofos, es decir, organismos eucaritoas unicelulares o pluricelulares cuyas células no forman tejidos reales, pero que son capaces de realizar la fotosíntesis).
Comenzaremos analizando las células animales, para después centrarnos en las células vegetales estudiando sus características diferenciales.
Célula Animal
Analizaremos las células animales estudiando por separado sus principales partes: membrana, citoplasma y núcleo.

Membrana celular
La membrana celular es la envoltura que rodea la célula y que separa el medio interno (o citoplasma) del medio externo.
Posee dos componentes principales: fosfolípidos y proteínas.
Los fosfolípidos son el componente más abundante. Cada fosfolípido está compuesto por dos ácidos grasos unidos a una estructura molecular con una cierta afinidad al agua. 

Esto provoca que la molécula tenga dos partes muy diferenciadas: por un lado, los ácidos grasos que son hidrófobos, es decir, no tienen ninguna tendencia a disolverse al agua y por otro lado una estructura molecular con afinidad por el agua. 

Al encontrarse en un medio acuoso, los ácidos grasos del fosfolípido tenderán a aislarse del agua, mientras que la parte con afinidad por el agua (llamada hidrófila), tenderá a unirse al agua. Por eso tenderán a formar estructuras conocidas como bicapas lipídicas: se trata de una estructura en la cual los ácidos grasos no entran en contacto con el agua, mientras que las partes hidrófilas sí se unen al agua. 

Las bicapas lipídicas son las estructuras básicas que conforman las membranas biológicas. Forman una envoltura que recubre las células o forma estructuras cerradas (como ocurre con muchos orgánulos celulares). Actúan como una membrana aislante, ya que la mayor parte de las sustancias químicas, sobre todo las solubles en agua, no pueden atravesar esta capa (debido a que no pueden atravesar los ácidos grasos de la zona intermedia de la membrana).
En la membrana también encontramos las proteínas de membrana. Dependiendo de su posición dentro de la membrana encontramos proteínas periféricas, cuando están localizadas en el exterior de la membrana, ancladas a su superficie, y proteínas integrales, cuando se encuentran dentro de la membrana, generalmente atravesándola. 

Cumplen funciones muy importantes. Por una parte, hay proteínas transportadoras, que mueven sustancias de dentro hacia afuera y de afuera hacia adentro de de la célula. Otras proteínas de membrana se encargan de recibir estímulos del exterior de la célula, como por ejemplo la presencia de sustancias químicas y de transmitir este estímulo al interior. Se denominan proteínas receptoras. También hay proteínas de marcaje e identificación celular, que sirven para señalizar la célula.
Muchas proteínas de membrana y fosfolípidos llevan anclados árboles de azúcares, que suelen servir como sistemas de identificación celular, es decir, son una especie de marca o señal que la célula expone al exterior para identificarse frente a otras células. 

Citoplasma
El citoplasma es la zona interior de la célula. Posee dos partes fundamentales, la parte líquida, compuesta por agua y sustancias disueltas y que se denomina citosol, y los orgánulos celulares, que son estructuras especializadas y que tienen funciones concretas.
Es decir, en las células eucariotas las funciones celulares no tienen lugar de manera dispersa y desordenada dentro del citoplasma, sino que, en la mayor parte de los casos, ocurren en el interior de órganos celulares específicos.
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Veamos los orgánulos celulares más importantes:
Ribosomas
Son el único órgano celular común a eucariotas y procariotas (recordemos que los procariotas carecen de orgánulos complejos). Al igual que ocurre en procariotas, son orgánicos ligeramente esféricos, de muy pequeño tamaño, pero extraordinariamente abundantes. Están compuestos por un ácido nucleico especial, denominado ARN ribosoma (ARNr) y una serie de proteínas.
Su función también es la misma: fabricación de proteínas. Todas las proteínas de la célula son fabricadas en estos orgánulos que pueden aparecer libres o, como veremos a continuación, asociados a otro orgánulo celular denominado retículo endoplásmico.
Retículo Endoplásmico
Se trata de uno de los sistemas de endomembrana de la célula, es decir, uno de los orgánulos formados por membranas biológicas formando estructuras dentro de la célula. En este caso, es una red de tubos y sacos aplanados interconectados entre ellos.
Existen dos grandes tipos de retículo endoplásmico, dependiendo de su morfología y función: el retículo endoplásmico rugoso y el liso.
Retículo Endoplásmico Rugoso
Está constituido una serie de sacos aplanados denominados cisternas. Recibe el nombre de rugoso debido a la apariencia rugosa de sus superficie. La apariencia rugosa deriva de que toda su superficie se encuentra recubierta de ribosomas adheridos a ella.
La función del retículo endoplásmico rugoso está relacionada con los ribosomas de su superficie: estos fabrican proteínas que pasan al interior del retículo. Una vez dentro, estas proteínas maduran y son enviadas al aparato de Golgi, donde se reenviarán bien a la membrana, bien al exterior, bien a otros órganos celulares internos, fundamentalmente el lisosoma.

En resumen, el retículo endoplásmico rugoso fabrica proteínas que cumplirán su función en la membrana celular, en el exterior de la célula o en los lisosomas.
Retículo Endoplásmico Liso
Aunque se encuentra interconectado con el rugoso, su función y morfología difieren notablemente. En este caso, está constituido por tubos de sección circular y no tiene ribosomas adheridos as su superficie. Su función, por lo tanto, no está relacionada con la fabricación de proteínas.
Este orgánulo se encarga, fundamentalmente, del metabolismo de lípidos. Es el lugar donde se fabrican los fosfolípidos que posteriormente formarán la membrana celular y el resto de orgánulos celulares.
También es el encargado de transformar algunas sustancias químicas tóxicas dentro de la célula para su eliminación, es decir, se encarga de labores de detoxificación.
Aparato de Golgi
El aparato de Golgi está formado por una serie de sacos aplanados, generalmente entre cinco y ocho, ligeramente curvados y dispuestos paralelamente, aunque sin conexión directa entre ellos.
Este órgano celular es el encargado de completar la maduración de las proteínas fabricadas en el retículo endoplásmico rugoso y decidir el lugar a donde deben ser enviadas. 

Las proteínas fabricadas en el retículo rugoso salen de éste y viajan encerradas en pequeñas esferas (formadas por membrana) denominadas vesículas, hasta alcanzar el aparato de Golgi. Normalmente las proteínas se fabrican inmaduras y completan su maduración en los distintos sacos del aparato de Golgi. Esto es importante, ya que la proteína no acaba de madurar y por lo tanto no empieza a trabajar hasta el momento en que es enviada al lugar donde debe cumplir su función.
En el aparato de Golgi se decide si las proteínas fabricadas en el retículo deben ser enviadas al exterior, a la membrana o a los lisosomas. Por eso se denomina orgánulo direccionador. 

Lisosoma
Se trata de un orgánulo de morfología esférica, similar a las vesículas pero de mayor tamaño. Su interior suele ser, además, de aspecto denso.
Se trata del órgano encargado de la digestión celular. Es decir, destruye o digiere estructuras de las que la célula desea deshacerse. Estas pueden ser desde otros órganos celulares que se han deteriorado o se han quedado obsoletos, hasta estructuras o incluso microorganismos que la célula ha capturado del exterior, ha introducido en el citoplasma y ahora desea destruir (esto es algo muy común en las células defensivas del cuerpo, como los leucocitos o glóbulos blancos).
Las proteínas encargadas de destruir las estructuras encerradas en el lisosoma, denominadas enzimas digestivas o lisozimas, son fabricadas en el retículo endoplásmico rugoso y enviadas al lisosoma a través del aparato de Golgi.
Peroxisoma
Morfológicamente es casi indistinguible de los lisosomas salvo cuando aparece en el centro del mismo una estructura muy densa de forma generalmente hexagonal, correspondiente a la cristalización del principal enzima de este orgánulo: la peroxidasa. Pero esto es algo que no siempre sucede.
Es decir, se trata también de un órgano de morfología esférica y contenido denso. Su función, en cambio, es totalmente diferente. Es el encargado de destruir sustancias químicas tóxicas oxidantes que, debido a las reacciones metabólicas que tienen lugar en el citoplasma, tienden a acumularse en este.
La más habitual es el peróxido de hidrógeno (también conocido como agua oxigenada), un compuesto químico que, de permanecer en el citoplasma, causaría graves daños a otras moléculas o a otros órganos celulares debido a su elevado poder oxidante. El peroxisoma captura el peróxido de hidrógeno y lo transforma en agua y oxígeno, evitando así que provoque problemas graves.
Los peroxisomas son orgánulos semi independientes. No se fabrican a través del retículo y son capaces de dividirse de forma autónoma.
Mitocondria
La mitocondria es un orgánulo de tamaño considerable (generalmente más grande que lisosoma, retículo o aparato de Golgi) y se encuentra rodeado por dos membranas, una membrana interna y otra externa.
Exteriormente tiene forma alargada. La membrana externa es más o menos lisa. La membrana interna posee una serie de pliegues, entrantes y salientes, denominados crestas mitocondriales. Al espacio que queda entre la membrana interna y externa se le denomina espacio intermembrana. Y al interior de la membrana interna, matriz mitocondrial.
La mitocondria es el orgánulo encargado de la respiración celular. Es decir, usa la glucosa para oxidarla químicamente y transformarla en agua, dióxido de carbono, obteniendo energía química en este proceso.

La energía química desprendida en las reacciones químicas que tienen lugar durante la respiración se acumula en una molécula especial denominada ATP (acrónimo de adenosin trifosfato). Esta molécula se encarga del intercambio de energía dentro de la célula. Es decir, si otra parte de la célula necesita usar energía (un ribosoma, por ejemplo, para fabricar una proteína) consume este ATP, transformándolo en una molécula menos energética denominada AMP (acrónimo de adenosin mono fosfato). El AMP vuelve a la mitocondria donde será de nuevo transformado en ATP a través del proceso de la respiración. 
La respiración celular tiene lugar en la membrana interna de la mitocondria, gracias a una serie de proteínas de membrana, y en el espacio interior de esta membrana.
La mitocondria es un órgano independiente dentro de la célula. Tiene su propio material genético (denominado ADN mitocondrial) y sus propios ribosomas que fabrican proteínas mitocondriales. Además controla su propia división. Se piensa que en la transformación de células procariotas a eucariotas, las mitocondrias eran inicialmente organismos independientes que los primeros eucariotas captaron del exterior, adaptándose posteriormente a vivir en simbiosis dentro la célula huesped. Es decir, las mitocondrias de las células eucariotas derivan de organismos procariotas que se adaptaron a vivir en su interior, aportando energía a la célula hospedadora a cambio de protección. A esta teoría se le conoce como teoría del endosimbionte. Cabe la posibilidad de que también los peroxisomas (además de los cloroplastos, como veremos al estudiar la célula vegetal) provengan de organismos independientes.
Citoesqueleto
El citoesqueleto no es un órgano formado por membranas biológicas, sino por proteínas que forman un sistema de fibras internas. Este sistema de fibras constituye el esqueleto interno de la célula.
Existen tres grandes tipos de filamentos que conforman el citoesqueleto:
  • Microfilamentos, formados por una proteína fibrilar conocida como actina.
  • Microtúbulos, formas por una proteína fibrilar conocida como tubulina.
  • Filamentos intermedios, formados por una gran variedad de proteínas fibrilares, diferentes en diferentes tipos de células.
El citoesqueleto no solo se encarga de dar dureza, consistencia y aportar la forma interna, también colabora en los cambios de forma de la célula y es el encargado de controlar todos los movimientos celulares, tanto los internos, es decir, movimiento de orgánulos celulares dentro de la célula, por ejemplo, como externo. 
Los movimientos externos se controlan bien modificando la forma de la célula para que emita prolongaciones denominadas pseudópodos, bien mediante el movimiento de estructuras celulares específicas para el movimiento, denominados cilios y flagelos.
Los cilios son prolongaciones en forma de una especie de pelos de pequeño tamaño y en general muy abundantes que permiten bien a la célula desplazarse por el medio, bien mover el medio externo que rodea la célula cuando la célula permanece inmóvil. Muchas células de nuestro tracto respiratorio, por ejemplo,  poseen cilios que hacen que la mucosidad tienda a ascender desde el la parte inferior del sistema respiratorio a la faringe, para que pueda ser expulsada al exterior.
Los flagelos son menos abundantes, generalmente uno o dos por célula. Pero son mucho más largos. Se mueven rápidamente y hacen que las células se desplacen por el medio a gran velocidad. En nuestro cuerpo, las únicas células flageladas son los espermatozoides, que usan el movimiento del flagelo para desplazarse en dirección al óvulo.
Centrosoma 
El centrosoma es un pequeño orgánulo formado por dos sistemas tubulares, de forma cilíndrica y dispuestos de forma perpendicular, denominados centriolos, que están rodeados de una sustancia densa formada por proteínas y una red de filamentos del citoesqueleto.

La función del centrosoma es controlar al citoesqueleto durante la división celular, ya que en este proceso el citoesqueleto es el encargado de distribuir uniformemente entre las dos células el material genético.
También podemos encontrar centriolos en los cilios y flagelos controlando el citoesqueleto para permitir el movimiento del apéndice celular.
Núcleo
El núcleo es es espacio celular donde se encuentra almacenado el material genético, es decir, el ADN. Se trata de un espacio cerrado, rodeado por una doble membrana, conocida como membrana nuclear y que se continúa con las cisternas de retículo endoplásmico rugoso.
El ADN es la molécula donde se encuentra codificado el funcionamiento de la célula. Se trata de la macromolécula más importante de la célula y por eso se encuentra aislada dentro de un compartimento cerrado. El ADN solo abandona este compartimento durante la división celular. 
El ADN es una molécula de gran tamaño. No en vano, tiene codificada la información sobre cómo y cuando fabricar todas las proteínas del ser vivo. En condiciones normales, se encuentra dispersa dentro del núcleo formando una estructura que se llama cromatina. Cuando la célula necesita fabricar una proteína en concreto, selecciona la parte del ADN que codifica para esa proteína y obtiene una copia de la misma en forma de otra molécula denominada ARN mensajero. El ARN mensajero sale del núcleo y se dirige a los ribosomas, que son los órganos celulares encargados de fabricar las proteínas.

La membrana nuclear, por lo tanto, debe permitir la entrada y salida de moléculas desde el citoplasma al núcleo y desde el núcleo al citoplasma. Esto se consigue gracias a unos huecos que aparecen en esta membrana y que se denominan poros nucleares.

Dependiendo de su densidad, encontramos dos tipos de cromatina: la cromatina laxa y la cromatina densa. La densidad de la cromatina depende de cómo esté empaquetada y del uso que la célula está dando a esa zona de ADN.
Dentro del núcleo suele aparecer una estructura, de forma circular, correspondiente a una zona de cromatina especialmente densa y que se denomina nucleolo. El nucleolo es la zona del núcleo donde se encuentra la porción de ADN que codifica para la fabricación de las proteínas del ribosoma y su ARN ribosomal. Dado que se trata de orgánulos muy abundantes y que deben ser fabricados continuamente, esta zona de ADN aparece mucho más densa que el resto. 
Célula Vegetal
La estructura general de las células vegetales es relativamente similar a la de las células animales (no en vano, ambas son células eucariotas). Analizaremos, por lo tanto, las principales diferencias entre ambos tipos celulares.
Pared Celular
Las células vegetales poseen una pared celular que rodea a la membrana celular. La pared es una estructura rígida, dura, que protege a la célula y condiciona su morfología: la célula se encuentra atrapada dentro de la pared celular, por lo que la forma final de la célula depende de la forma de su pared.
La pared celular está formada por una serie de capas fibrosas. Los principales componentes de estas fibras son celulosas y pectinas. Se trata de polímeros cuyos principales componentes son cadenas lineales o ramificadas de azúcares. 

Dependiendo del tipo de célula vegetal, esta puede estar recubierta por una sola pared celular de pequeño grosor, que se denomina pared primaria o por dos capas, la pared primaria y otra pared de mayor grosor rodeando la pared primaria denominada pared secundaria. La pared secundaria puede llegar a ser muy gruesa y presentar componentes muy aislantes como la lignina.
Membrana Celular
La membrana celular de las células vegetales no difiere en gran medida de la de las células animales. Se encuentra íntimamente pegada a la pared primaria.
Citoplasma
En el citoplasma de la célula vegetal encontramos algunas diferencias importantes con respecto al de las células animales. Fundamentalmente, aparecen orgánicos y estructuras exclusivas, que pasamos a describir a continuación.
Vacuolas
Hemos visto que las células animales poseen vesículas, estructuras esféricas que transportan sustancias de una parte a otra de la célula. Estas también aparecen en las células vegetales. Las vacuolas son similares a las vesículas: poseen forma esférica y acumulan sustancias en su interior. Pero, en general, poseen un tamaño mucho mayor que las vesículas. En muchas ocasiones, ocupan la mayor parte del citoplasma, dejando muy poco para el resto de componentes celulares. Su función es, en la mayor parte de los casos, acumular sustancias (generalmente sustancias de reserva).

Cloroplastos
Los cloroplastos son orgánulos exclusivos de las células vegetales. Tienen ciertas similitudes con las mitocondrias: tienen una forma alargada y están formados por dos membranas, una externa y una interna. Ambos órganos celulares controlan su propia división, tienen sus propios ribosomas, su propio material genético y proteínas. Su origen también tiene similitudes: al igual que ocurre con las mitocondrias, se supone que los cloroplastos eran organismos procariotas independientes (en este caso autótrofos) que, en un momento dado, pasaron a vivir en el interior de otras células eucariotas formando una simbiosis (teoría del endosimbionte).
La zona interior del cloroplasto, que se encuentra rodeado por la membrana interna, se denomina estroma. La membrana interna del cloroplasto forma una serie estructuras cerradas, con forma circular y aplanada, que se denominan tilacoides. Los tilacoides tienden a acumularse en pilas y se denominan grana. Existen además estructuras membranas que comunican diferentes grana y que se denominan lamelas.
Dentro del cloroplasto, concretamente en el interior de los tilacoides y en su membrana, tiene lugar la fotosíntesis. Es decir, en este órgano celular el dióxido de carbono y el agua se combinan y aprovechando la energía aportada por la luz solar, son transformados en glucosa (el principal combustible celular) y oxígeno (que es expulsado al exterior).
Para realizar este proceso, los cloroplastos acumulan una molécula fundamental, denominada clorofila, encargada de captar la luz solar y transmitir su energía a las proteínas encargadas de realizar la fotosíntesis. 

 Otros plastos
En muchas células vegetales aparecen estructuras similares a los cloroplastos, pero sin el característico color verde que aporta la clorofila.
Se denominan plastos y poseen funciones variadas, como por ejemplo acumular sustancias de reserva dentro de la célula. Un ejemplo son los amiloplastos, encargados de acumular un polisacárido de reserva de energía denominado almidón.
Núcleo
El núcleo de las células vegetales es muy similar al núcleo de las células animales. Encontraremos ciertas diferencias en lo referido al ciclo celular y a la división celular, que estudiaremos en el tema correspondiente.
En algunos tejidos vegetales, sobre todo en los más endurecidos y responsables de aportar dureza y consistencia a la planta, la pared celular se engruesa tanto que provoca que la célula muera, desapareciendo del citoplasma tanto los orgánulos celulares como el núcleo. 

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