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Célula eucariota

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Una célula es la unidad funcional más pequeña de un organismo, la cual funciona de forma independiente. Consta de varios tipos de orgánulos (también conocidos como organelos) que le permiten funcionar y reproducirse. Existen dos tipos generales de células: las células simples autosuficientes, conocidas como células procariotas (bacterias y arqueas) y las células más complejas y dependientes, conocidas como eucariotas. Las células eucariotas suelen encontrarse en los animales, plantas, algas y hongos. En este artículo nos enfocaremos en la estructura e histología de la célula eucariota animal, pero también mencionaremos las diferencias principales con la célula eucariota vegetal.

Los componentes fundamentales de la célula eucariota y procariota son sus orgánulos. Estos orgánulos constan de unas series de combinaciones variadas de átomos y moléculas. Los orgánulos llevan a cabo diferentes funciones de la célula, desde el metabolismo hasta la producción de energía y subsecuentemente la reproducción. Las células con las mismas funciones se unen para formar los órganos (por ejemplo el parénquima pulmonar). Los órganos con funciones relacionadas funcionan en conjunto para formar un sistema (por ejemplo el sistema respiratorio). Estos sistemas, aunque con funciones diferentes, trabajan en equipo para permitir que el organismo (como los humanos) sobreviva. Cada aspecto de la célula es importante para su supervivencia.

En este artículo aprenderemos los aspectos histológicos de las células eucariotas.

Puntos clave sobre las células eucariotas
Definición de la célula Unidad funcional más pequeña en un organismo vivo, que puede funcionar de manera independiente
Tipos de células Procariotas (bacterias y arqueas) y eucariotas (encontradas en animales, plantas, algas y hongos)
Membrana plasmática Bicapa lipídica (anfipática, permeabilidad selectiva), colesterol, proteínas (canales, transportadores, receptores)
Endocitosis Fagocitosis (consumo de sólidos), pinocitosis (consumo de líquidos), endocitosis mediada por receptor (consumo controlado por los receptores de la membrana celular)
Citoplasma Medio semisólido que mantiene a los orgánulos flotando y a los nutrientes disueltos dentro del entorno intracelular
Citoesqueleto Responsable de la forma y soporte, consta de microtúbulos, microfilamentos, filamentos intermedios, cilios y flagelos
Ribosomas Síntesis de proteínas, compuestos por una subunidad mayor y una menor
Retículo endoplasmático Rugoso: tiene ribosomas unidos a su superficie, almacena proteínas y es la extensión de la membrana nuclear
Liso:
no tiene ribosomas, es una colección de sacos independientes o una continuación del retículo endoplasmático rugoso; sintetiza lípidos, esteroides y fosfolípidos
Aparato de Golgi Centro de almacenamiento proteico, se divide en los componentes cis y trans
Vesículas Exocitóticas (para contenidos que serán expulsados), lisosómicas (digestión proteica y defensa), secretoras (para la expulsión regulada de contenidos en respuesta a un estímulo)
Mitocondria Producción de energía (ATP), consta de una membrana externa, una membrana interna y un espacio intermembranoso
Núcleo Consta de cromatina (heterocromatina, eucromatina) la cual se compone de ADN envuelto alrededor de las proteínas de histona.
Envoltura nuclear Bicapa lipídica que rodea el núcleo y tiene poros nucleares
Células animales vs células vegetales Forma: las células animales son irregulares, las células vegetales son rectangulares
Celulasa:
ausente en células animales, rodea la membrana plasmática en las células vegetales
Producción de ATP:
la mitocondria en las células animales, los cloroplastos en las células vegetales
Cilios:
presentes en las células animales, ausentes en las células vegetales
Correlaciones clínicas Apoptosis, hiperplasia, hipertrofia, metaplasia, displasia
Contenidos
  1. Membrana plasmática
    1. Componente de fosfolípidos
    2. Componente protéico
    3. Absorción de sustancias
  2. Citoplasma
  3. Orgánulos
    1. Ribosomas
    2. Retículo endoplasmático
    3. Aparato de Golgi
    4. Vesículas y lisosomas
    5. Mitocondria
  4. Núcleo
    1. Envoltura nuclear
  5. Diferencias entre células animales y vegetales
  6. Correlación clínica
    1. Muerte celular
    2. Cambios celulares
  7. Bibliografía
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Membrana plasmática

Componente de fosfolípidos

La membrana plasmática es la capa más externa de la célula. Su función principal es proteger la célula de su entorno. Por lo general se hace referencia a ella como un modelo de mosaico fluido con una bicapa de fosfolípidos que es hidrofílica externa e internamente, pero hidrofóbica en el centro. La propiedad hidrofílica surge de las moléculas de fosfato cargadas, que forman la cabeza del fosfolípido; mientras que su naturaleza hidrofóbica viene de las dos colas de lípidos que forman el centro. Esta característica permite la permeabilidad selectiva de la membrana. Por ejemplo, las partículas que son hidrofílicas, como los iones, no son capaces de atravesar el centro hidrofóbico; y las hidrofóbicas, como las grasas, son rechazadas por su superficie externa. Esto resulta en que la célula es capaz de aislar su entorno intracelular del entorno extracelular.

Membrana celular

Algunas de las estructuras de fosfolípidos se encuentran unidas a moléculas de colesterol las cuales mantienen la consistencia de la membrana plasmática. Cabe mencionar que nuevos estudios exploran su papel en el soporte del sistema inmune.

Componente protéico

Como cualquier organismo vivo, la célula no es completamente autosuficiente y en consecuencia requerirá los nutrientes del entorno y también exportará sus productos hacia él. El movimiento controlado de las sustancias se lleva a cabo por canales de proteínas y proteínas transportadoras que se encuentran ancladas a la membrana plasmática, las cuales de forma general o selectivamente permiten el paso bidireccional de ciertas partículas hacia y desde la célula.

Algunas moléculas proteicas están relacionadas con cadenas de glicógeno (i.e. glicoproteínas) los cuales funcionan como canales receptores que inician procesos celulares. Otras proteínas se restringen ya sea al citosol (proteínas intracelular) o a la cara extracelular (proteína extracelular) de la membrana, mientras que otras abarcan la totalidad de la membrana (proteínas transmembrana). Esta es la razón detrás del término “mosaico fluido”, ya que se refiere al hecho de que las proteínas ubicadas dentro o sobre la membrana se mueven libremente por toda la bicapa lipídica.

Absorción de sustancias

En el caso de las sustancias que no pueden atravesar la membrana ni tampoco usar los canales de membrana; la membrana plasmática tiene la capacidad de engullirlas mediante un proceso denominado endocitosis. Este proceso incluye el reconocimiento de microorganismos o sustancias nativas por receptores sobre la membrana celular y el subsecuente doblamiento de esa región de la membrana alrededor de la estructura que se pretende transportar hacia el citoplasma. La endocitosis puede subdividirse en tres tipos.

La fagocitosis incluye la entrada de sustancias inespecíficas (usualmente sólidas) hacia la célula. La pinocitosis incluye la entrada de sustancias específicas (usualmente fluido extracelular) hacia la célula. La endocitosis mediada por receptores incluye la entrada específica de ciertas macromoléculas, la cual es controlada por receptores de superficie celular.

Citoplasma

El medio semisólido que mantiene a los orgánulos flotando y a los nutrientes disueltos dentro del entorno intracelular es el citoplasma. Además de contener orgánulos, en el citoplasma también podemos encontrar microfilamentos, microtúbulos y gránulos secretores. Los microfilamentos y los microtúbulos son una parte de la arquitectura celular que ayuda a darle estructura (citoesqueleto) a la célula y juega un papel importante en la replicación celular. Además, contribuyen a la formación de cilios y flagelos en algunas líneas celulares que requieren motilidad (como los espermatozoides).

Orgánulos

Ribosomas

Para que las células puedan crecer y replicarse, primero deben producir los elementos necesarios para llevar a cabo esta tarea. Además, algunas células, como las células β del páncreas, producen hormonas proteicas que ayudan a mantener la homeostasis. Estos procesos se logran gracias a los ribosomas. Los ribosomas son moléculas a base de ácidos ribonucleicos complejos (por ejemplo el ácido ribonucleico ribosomal; ARNr) que son responsables de traducir las secuencias codificadas de los ARN mensajeros (ARNm) a proteínas. Constan de una subunidad menor y una mayor, las cuales se coordinan entre sí para traducir las hebras de ARNm. Algunos ribosomas están unidos a la membrana, mientras otros se encuentran flotando libremente en el citoplasma. Mientras que los ribosomas libres sintetizan proteínas que van a ser utilizadas dentro de la célula, las proteínas producidas por los ribosomas unidos a la membrana son exportadas.

Retículo endoplasmático

Dentro del citoplasma existen racimos de sacos y vesículas que forman cisternas (túbulos). Estas estructuras forman el retículo endoplasmático. Hay dos tipos de retículos endoplasmáticos: uno que tiene ribosomas unidos a su membrana, el retículo endoplasmático rugoso (RER), y otro que no tiene ribosomas, el retículo endoplasmático liso (REL).

Otra característica que diferencia al retículo endoplasmático rugoso del liso, es que el rugoso es una extensión de la membrana nuclear, mientras que el REL puede ser un grupo de sacos independiente, o una continuación del RER. Como mencionamos antes, el RER almacena proteínas que fueron sintetizadas por los ribosomas de su membrana. En comparación con el REL, que sintetiza fosfolípidos, esteroides y lípidos que son subsecuentemente usados en la síntesis de hormonas esteroideas.

Aparato de Golgi

Nombrado en honor al científico italiano Camillo Golgi, quien lo descubrió en 1898, el aparato de Golgi existe dentro del citoplasma como centro de almacenamiento de proteínas que serán distribuidas a otros lugares. El aparato de Golgi (también conocido como complejo o cuerpo de Golgi) se subdivide estructuralmente en componentes cis y trans. El primero representa las vesículas que vienen desde el retículo endoplasmático y se fusionan para formar cisternas. El aspecto trans de la estructura es la región desde la cual las vesículas salen para unirse a otras vesículas, lisosomas o membrana celular (en la exocitosis).

Vesículas y lisosomas

Algunas proteínas sintetizadas dentro de la célula son utilizadas por la propia célula, mientras que otras son destinadas hacia otras áreas del cuerpo. Para prevenir la activación e interacción de estos productos involuntariamente dentro de la célula de origen, son almacenadas en unos sacos de membrana llamados vesículas. Hay tres tipos generales de vesículas; exocíticas, lisosomales y secretoras. Las vesículas exocíticas contienen proteínas que serán expulsadas de las células por medio de la exocitosis. Esto ocurre cuando las vesículas se fusionan con la membrana citoplasmática y expulsan su contenido hacia el espacio extracelular. Por ejemplo, la liberación de anticuerpos de las células B activadas durante una respuesta inmune humoral.

Las proteínas que se encuentran en las vesículas secretoras también son para liberación extracelular pero estas requieren de un estímulo; la secreción del neurotransmisor acetilcolina (Ach) de la arborización terminal del axón (telodendrón) de las neuronas hacia la hendidura sináptica al ser estimuladas por un potencial de acción.

Por otro lado, las proteasas son enzimas diseñadas para digerir proteínas. Estas son proteínas especiales involucradas en la degradación celular por medio de la apoptosis (muerte celular programada), o como parte del mecanismo de defensa contra los patógenos invasores. En cualquier caso, estas enzimas son almacenadas en los lisosomas para su liberación subsecuente. Cuando hay un orgánulo, célula o microorganismo que tiene que ser digerido, una vesícula se forma alrededor de la sustancia que va a ser disuelta para luego fusionarse con el lisosoma. Se hace de esta forma para prevenir el daño accidental de las demás estructuras citoplasmáticas.

Mitocondria

Las mitocondrias son conocidas como las “centrales energéticas” de la célula, son alargadas, con una estructura de doble membrana y numerosas crestas dentro de su membrana interna. Además de las proteínas ATP sintasas unidas a su membrana que facilitan la producción de ATP, la mitocondria es el único orgánulo que tiene su propio material genético y, por ende, es capaz de replicarse.

La membrana externa que envuelve a la totalidad del orgánulo es equipada con proteínas priónicas (PrNp) que permiten la toma selectiva de algunas sustancias. La membrana interna también tiene proteínas específicas tales como la ATP sintasa (crea ATP), el citocromo c (lleva a cabo reacciones de oxidación-reducción). Los componentes del espacio intermembrana (entre la membrana interna y externa) son muy similares a aquellos del citoplasma celular.

La matriz es el sitio donde ocurre el ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs - proceso en la formación del ATP). El número de mitocondrias encontradas dentro de una célula en particular depende de su función. Por ejemplo, los miocitos cardíacos contienen más mitocondrias que las células epiteliales de la piel, ya que los primeros requieren más ATP para hacerlos resistentes a la fatiga.

Núcleo

Esta es la estructura más grande dentro de la célula. Está circunscrita por la envoltura nuclear y contiene un nucléolo, una matriz, y lo más importante, el material genético hereditario conocido como ácido desoxirribonucleico (ADN). Existen aproximadamente dos metros de material genético microscópico en cada célula. Este inmenso volumen de ADN es capaz de mantenerse dentro de la célula enrollándose estrechamente alrededor de las histonas (estructura proteica) que son subsecuentemente organizadas como cromosomas. Sin embargo, el ADN sólo existe como cromosomas durante las fases activas de la división celular. Cuando la célula se encuentra en fase de crecimiento, el ADN está en forma de eucromatina y heterocromatina. El ADN en forma de eucromatina suele transcribirse y expresarse más por parte de la célula.

Dentro del núcleo existe una región única conocida como nucléolo. Esta es un área donde se encuentran el ADN que codifica para el ARN ribosomal (o repeticiones en tándem). La función principal es hacer y asimilar el ARNr que será llevado al citoplasma para traducir el ARNm.

Envoltura nuclear

Hay otra membrana con permeabilidad selectiva que separa el citoplasma de la matriz nuclear. Esta estructura es la envoltura nuclear; al igual que la membrana plasmática, también consta de una bicapa lipídica. Es una estructura de dos capas que rodea al nucléolo y a la cromatina dentro de la matriz nuclear. La envoltura nuclear es continua con el retículo endoplasmático rugoso.

Ahora que hemos terminado de aprender sobre la estructura de la célula, ¡usa nuestros diagramas y cuestionarios para consolidar tu conocimiento!

En algunas áreas de la envoltura, la capa interna y externa se unen formando aberturas conocidas como poros nucleares. Los poros nucleares no solo permiten el ingreso de los nucleótidos y otras sustancias al núcleo, sino que también permiten que el ARNm salga del núcleo para hacer su trabajo (traducir) en el citoplasma.

Diferencias entre células animales y vegetales

Para completar, se debe tener en cuenta que las células animales no son las únicas células de tipo eucariota que podemos encontrar. Las células vegetales también lo son y tienen componentes similares a aquellos que se encuentran en las células animales, sin embargo, tienen algunas diferencias. Mientras que las células animales son de forma más irregular, las células vegetales son de forma rectangular. Esta forma se da gracias a la pared celular de celulosa rígida que rodea a la membrana plasmática de la célula vegetal; la cual se encuentra ausente en las células animales.

Además de tener mitocondria para producir ATP, las células vegetales también contienen cloroplastos. Estas estructuras permiten a las plantas utilizar la energía ultravioleta y destinarla a un proceso llamado fotosíntesis, para producir su propio alimento. Finalmente, mientras que una gran variedad de células animales pueden estar equipadas con cilios, estas estructuras no se suelen ver en la mayoría de células vegetales.

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Kim Bengochea, Universidad Regis, Denver
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