Video: Célula eucariota

Las células eucariotas son las unidades de las que todos los organismos multicelulares están hechos. Desde las plantas hasta los animales, todos tenemos la misma estructura básica. Pero ¿cómo es posible que todos los organismos que comparten esta estructura celular se vean tan diferentes unos de otros? Esto se debe a que diferentes organismos tienen distintas proporciones de estructuras dentro de sus células, haciendo que algunas sean capaces de detectar la luz mientras que otras de contraerse. Recuerda que la forma de una estructura biológica siempre está relacionada con su función.

Soy Ramses de Kenhub, y hoy exploraremos la histología de una célula eucariota.

Como te decía, gran parte de la diferencia entre organismos multicelulares se debe a la diferencia en las estructuras, u orgánulos, que constituyen a las diferentes células eucariotas. Estos orgánulos aparecen en diferentes combinaciones y cantidades, sin embargo, todas las células eucariotas están constituidas de una cantidad limitada de orgánulos según su función.
Hoy nos preocuparemos principalmente de ellos.

En la especie humana existe una amplia variabilidad en la célula eucariota. Ya sabemos que existen cuatro tejidos básicos: el tejido epitelial, nervioso, muscular y conectivo. Todos estos son formados por células eucariotas, pero cada una tiene una estructura diferente basada en su función. Incluso dentro de estas clasificaciones hay numerosas especializaciones diferentes.

Los tejidos pueden estar formados de muchos tipos diferentes de células eucariotas. Estos tejidos combinados forman órganos, y todos estos órganos nos permiten mantener la homeostasis, es decir, el funcionamiento de nuestro cuerpo en un estado de balance constante. Esta homeostasis depende de que cada una de estas células realice su trabajo correctamente.

Como siempre, nuestra primera parada es darte una visión general de lo que estudiaremos el día de hoy.
Durante este tutorial, revisaremos todas las estructuras comunes de una célula eucariota. Estudiaremos la membrana plasmática que rodea la célula y el fluido dentro de ella, llamado citoplasma. Además, daremos una mirada a la organización y apariencia de los orgánulos como la mitocondria, el retículo endoplasmático y orgánulos digestivos como los lisosomas. Luego nos adentraremos en el núcleo para ver qué se encuentra dentro de la membrana nuclear para finalmente estudiar el citoesqueleto, el cual proporciona soporte y mantiene la forma de la célula.

Comencemos con la estructura más externa: la membrana plasmática.

Todas las células eucariotas poseen una membrana plasmática que envuelve al citoplasma y al núcleo, con la excepción de los eritrocitos, o glóbulos rojos, que carecen de núcleo. Esta membrana forma una importante barrera entre los medios externo e interno. La membrana plasmática está formada de una bicapa de fosfolípidos, con cabezas hidrófilas de fosfato que se orientan hacia el medio externo o interno, y cuerpos hidrófobos de lípidos que se proyectan internamente entre las cabezas. La composición única de esta membrana le proporciona permeabilidad selectiva, una característica relevante en el mantenimiento del medio ambiente interno y externo.

La bicapa de fosfolípidos es permeable solo a pequeñas moléculas que pueden atravesar directamente la membrana, como el oxígeno, el dióxido de carbono, el agua y solventes lípidos, como los esteroides. Las otras moléculas deben ser transportadas hacia el interior de la célula. Algunas sustancias son transportadas a través de un canal proteico, como este de aquí. Estas son las proteínas integrales de la membrana, llamadas así porque están incorporadas en la bicapa. Las proteínas integrales también pueden funcionar como receptores o sitios de anclaje. Otras moléculas son transportadas hacia el interior de la célula a través del mecanismo de endocitosis, es decir, mediante una invaginación de la membrana con la subsecuente formación de una vacuola.

Existen algunas proteínas más pequeñas incluidas en la membrana plasmática, como esta de aquí. Se denominan proteínas periféricas y se unen de forma transitoria a la membrana para transmitir mensajes a la célula. Pueden abrir canales proteicos o regular señales moleculares. La presencia de proteínas en la superficie celular es altamente especializada dependiendo del tipo de célula y su función.

Dependiendo de la función de la célula, la membrana puede contener estructuras especializadas. Por ejemplo, las células absorbentes, como las que puedes encontrar en el intestino, poseen una membrana cubierta por pliegues que aumentan su superficie de contacto con el exterior. Estas extensiones de la membrana plasmática que podemos ver resaltadas ahora reciben el nombre de microvellosidades.

Otro tipo de proyección de la membrana celular son los cilios. Tenemos dos tipos principales de cilios. Los cilios no móviles o primarios, que se encuentran en la mayoría de las células humanas y tienen una función sensitiva. Con frecuencia no encontrarás más de uno de estos en una célula, por lo cual reciben también el nombre de cilios solitarios. Los cilios móviles, por otra parte, existen en gran número y se mueven de manera coordinada. Los puedes encontrar en la tráquea, por ejemplo, donde se encargan de movilizar el moco a lo largo de la vía aérea.

Existe un tercer tipo de cilio llamado cilio nodal. Estos cilios se encuentran en el disco embrionario bilaminar durante la gastrulación, pero no los cubriremos en detalle hoy.

Otra proyección celular móvil son los flagelos. Son mucho más largos que los cilios y a diferencia de ellos, su función es dar movilidad a la célula y no a las sustancias de su entorno. Probablemente has visto un flagelo o una ilustración de ellos, ya que la cola de un espermatozoide es considerada un flagelo.

A continuación estudiaremos el citoesqueleto. Aquí podemos ver un gel que se denomina citosol. Forma parte del citoplasma en conjunto con agua, sales y proteínas. Dentro de la membrana plasmática y suspendidos dentro del citoplasma están todas las otras estructuras celulares. La consistencia de gel del citosol proporciona movilidad a los orgánulos celulares y les da un medio de soporte para ejecutar sus funciones propiamente.

Pero, si la célula es solo agua con algunas sales y proteínas, ¿cómo mantiene su forma? Esto es gracias al citoesqueleto. Espera, citoplasma, citoesqueleto, ¿qué son todas estas cito-cosas de las que estamos hablando? Bien, el prefijo cito proviene del término griego kytos, que significa contenedor o celda. En español, usamos el término para referirnos a una célula o algo referente o perteneciente a una.

Ahora que sabemos el significado del prefijo cito, tiene sentido que la estructura que le proporciona a la célula soporte y estructura se llame citoesqueleto. Dentro de una célula típica, el citoesqueleto está formado de tres tipos diferentes de fibras, cada una con un rol diferente.

Estas tres estructuras son filamentos proteicos que se extienden a lo largo del citoplasma. Los microfilamentos son los más delgados. Están compuestos de actina y se encuentran en las regiones periféricas de la célula. Le dan forma a la célula y están involucrados en su movimiento, por lo cual no debería sorprendernos que sean particularmente abundantes en células móviles. La morfología de la actina puede modificarse mediante proteínas que se ligan a ella. Es importante notar que la miosina es otro tipo de filamento motor, encontrado principalmente en células musculares.

El segundo tipo de filamentos del citoesqueleto son los filamentos intermedios. Estos son más delgados que los microfilamentos y están relacionados e incluidos en la membrana celular. Su función es estabilizar la forma de la célula y proporcionar un armazón al que otras estructuras puedan fijarse.

Finalmente tenemos los microtúbulos. Estos corresponden a grandes cilindros huecos hechos de la proteína tubulina. Están presentes en la mayoría de las células, pero ausentes en los eritrocitos. Su función principal es guiar los movimientos de los cromosomas durante la mitosis. También, pueden encontrarse en los cilios, las proyecciones que ayudan a movilizar contenido extracelular; y en los flagelos, aquellas prolongaciones citoplasmáticas que permiten el movimiento de la célula.

Los centríolos son estructuras tubulares presentes dentro de las células eucariotas, y particularmente dentro de las células animales. Como los microtúbulos, también están formados por tubulina. La función principal de los centríolos es organizar las fibras del huso mitótico durante la división celular. Otra función de los centríolos es la formación de microtúbulos para cilios y flagelos.

Los microtúbulos crecen a partir de un par de centríolos llamados centrosoma, que se replica a sí mismo y migra a polos opuestos de la célula antes de la mitosis. Estos juegan un rol importante guiando los cromosomas y orgánulos a las células resultantes de la división celular.

Bien, adentrémonos en los orgánulos que se encuentran dentro del citoplasma. Comenzaremos con el más grande, el núcleo.

La mayoría de las células poseen un núcleo. Sin embargo, hay algunas excepciones, como las células del músculo esquelético o cardíaco, que poseen varios. En este caso hablamos de células multinucleadas. Los eritrocitos o glóbulos rojos están del otro extremo, ya que son anucleados, es decir, carecen de núcleo.

En cierto modo, el núcleo es como una célula dentro de otra. Posee una membrana a su alrededor y contiene estructuras más pequeñas dentro de una matriz. La membrana se llama envoltura nuclear. Esta membrana consiste a su vez en una membrana interna y una membrana externa separadas entre sí mediante un espacio llamado cisterna perinuclear. La capa externa es continua con el retículo endoplasmático y está cubierta por ribosomas. La capa interna contiene sus propias proteínas integrales.

Además de la membrana nuclear interna, podemos ver aquí la lámina nuclear, que es la red de filamentos que mantiene la integridad y forma del núcleo. Cada cierta distancia en la doble membrana del núcleo, la membrana interna y externa se fusionan creando perforaciones en la envoltura, llamadas poros nucleares. Estos poros permiten el paso de metabolitos, macromoléculas y subunidades ribosomales entre el núcleo y el citoplasma.

La cromatina ocupa la mayor parte del núcleo y consiste en una masa de material genético suspendida en la matriz nuclear. En ella se encuentran almacenados de forma muy compacta el ADN, el ARN y algunas proteínas. Las proteínas más abundantes de la cromatina se llaman histonas, responsables de empacar el ADN cromosómico. Los complejos de histonas y ADN, llamados nucleosomas, se encuentran dispuestos en espirales compactos. La cromatina puede ser subclasificada como heterocromatina, en la cual se encuentran estos espirales compactos, y eucromatina, en la cual estos complejos se disponen en espirales más laxos. Durante la división celular, la cromatina está particularmente compactada, conformando los cromosomas.

Cada núcleo contiene uno o más nucléolos. El nucléolo está involucrado en la síntesis de ARN ribosomal y en la producción de ribosomas. Durante la interfase del ciclo mitótico, se ve como esta densa estructura que ves en pantalla, pero se desensambla durante otras fases de la mitosis.

Después de haber revisado algunas de las estructuras más grandes de la célula, demos una mirada a otros orgánulos que podemos encontrar dentro de los confines de la membrana plasmática. Comenzaremos con los ribosomas. Ya hemos oído que pueden encontrarse en la capa externa de la envoltura nuclear y suspendidos dentro del núcleo y del citoplasma, pero son más abundantes en la superficie del retículo endoplasmático rugoso, esta estructura de aquí. Hablaremos sobre ella en un momento.

Los ribosomas son pequeñas partículas que juegan un papel importante en la síntesis de proteínas y son más abundantes en las células que las secretan. El ribosoma está formado por dos subunidades, una más pequeña que se une a una cadena de ARN mensajero y una más grande responsable de la síntesis proteica. Su función principal es decodificar los mensajes genéticos del ARN para secuenciar los aminoácidos.

Ahora estudiemos la mitocondria, la planta de energía de la célula. Hay cantidades variables de mitocondrias en el citoplasma, proporcionando energía en la forma de ATP para los diferentes procesos y ciclos que experimenta la célula. Su número puede variar según la función y el tamaño de la célula. Por ejemplo, las células musculares cardíacas poseen alrededor de cinco mil mitocondrias cada una. Otras células con menos requerimientos energéticos, como las de la piel tienen muchas menos.

Este orgánulo de acá es el retículo endoplasmático. Una amplia red plegada de sacos, vesículas y conductos interconectados responsable de la producción y transporte de moléculas dentro de la célula. Puedes pensar en el retículo endoplasmático como el administrador de una estación de trenes indicando qué tren se dirige a qué lugar y cuántos trenes se necesitan según la demanda. De la misma manera, esta estructura envía suministros a otros orgánulos, proporcionándoles constantemente nutrientes y aminoácidos. El retículo divide el citoplasma en dos partes: el citoplasma que se ubica dentro del lumen del retículo se denomina vacuoplasma, mientras que el que se ubica fuera de él es llamado hialoplasma o citosol.

Parte del retículo endoplasmático posee ribosomas incluidos en su superficie. Es el llamado retículo endoplasmático rugoso o granular, y es continuo con la envoltura nuclear. Su lumen se continúa con el espacio perinuclear y con el retículo endoplasmático liso. Es aquí donde las proteínas son producidas mediante un proceso denominado traducción. El resto de la estructura se llama retículo endoplasmático liso. La única diferencia en su apariencia es la falta de ribosomas en su superficie. Funcionalmente, el rol principal del retículo endoplasmático liso es fabricar productos celulares como lípidos y hormonas, así como procesar las proteínas sintetizadas en el retículo endoplasmático rugoso.

La estructura que vemos ahora no es tan diferente al retículo endoplasmático. Se denomina aparato de Golgi. Es una red interconectada de membrana plegada y tubular ubicada con frecuencia cerca del núcleo. A pesar de sus semejanzas con el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi es una estructura diferente y el intercambio de sustancias entre ambas estructuras ocurre mediante vesículas. Se asocia principalmente con el transporte de moléculas hacia el medio externo o interno. Recibe productos que han sido sintetizados en el retículo endoplasmático y los envuelve en vesículas que son transportadas hacia la membrana celular para ser liberadas, digeridas por lisosomas o almacenadas dentro de la célula. Podemos ver algunas de estas vesículas emergiendo del retículo endoplasmático en la ilustración y también algunos productos siendo​ liberados por exocitosis hacia el medio externo.

Demos una mirada a los lisosomas, uno de los tipos de vesícula que proviene del aparato de Golgi. Estas estructuras son altamente variables en forma y tamaño, y almacenan enzimas hidrolíticas y digestivas. Digieren elementos no deseados, como microorganismos fagocitados, desechos celulares y orgánulos dañados.
Antiguamente, se creía que los lisosomas eran originados como orgánulos completamente funcionales a partir del aparato de Golgi; sin embargo, en la actualidad se ha evidenciado y es más aceptado que provienen de la modificación de un endosoma, que es la vesícula que contiene las partículas a digerir.​

Debido a la potencia de las hidrolasas ácidas del lisosoma, estas deben mantenerse separadas del citoplasma mediante una membrana que contiene tipos especiales de fosfolípidos. Los lisosomas abundan en células involucradas en el proceso de fagocitosis como los macrófagos y algunas células de la serie blanca.

Los peroxisomas son pequeñas estructuras vesiculares similares a los lisosomas que acabamos de mencionar, pero que contienen oxidasas en vez de enzimas digestivas. Las oxidasas son enzimas que pueden degradar varios tipos de material orgánico y sustancias tóxicas, especialmente ácidos grasos de cadena larga. Los peroxisomas abundan en las células del hígado y riñones, órganos donde tiene lugar la eliminación de la mayor parte de las sustancias tóxicas del organismo.

Con esto concluimos los componentes estructurales y funcionales de una célula eucariota.

No pensabas que te dejaría ir sin nuestra sección habitual de correlaciones clínicas ¿verdad?

Hoy hablaremos del suicidio celular. No tengas miedo, suena mucho más terrible de lo que realmente es. En otros términos, es lo que llamamos apoptosis o muerte celular programada. La apoptosis es simplemente una parte normal de la vida de una célula dentro de un organismo multicelular, y de hecho es bastante importante para asegurar el funcionamiento de dicho organismo de manera adecuada, es decir, cumplir con la homeostasis de la que hablábamos anteriormente. Además de cumplir el rol de recambio celular, la apoptosis también cumple funciones durante el desarrollo del individuo.

Por ejemplo, durante el desarrollo intrauterino, nuestros dedos están unidos por membranas que desaparecen antes del nacimiento gracias a la apoptosis. De otro modo, nuestros pies parecerían de pato..

La apoptosis puede ser estimulada tanto por factores internos como por factores externos. Por lo general, provocan el encogimiento de la célula y la fragmentación del núcleo y los cromosomas, formando cuerpos apoptóticos. Los macrófagos luego fagocitan la célula apoptótica en un proceso rápido y limpio. Si el proceso no es llevado a cabo de manera adecuada, por ejemplo por una falla en los señalizadores químicos, puede producirse cáncer, enfermedades inflamatorias o autoinmunes.

Hemos llegado al final de nuestro tutorial. Hagamos un rápido resumen de todo lo que hemos aprendido el día de hoy.

Alrededor de la célula está la membrana plasmática, una doble capa de material protector de permeabilidad selectiva a moléculas y que separa el entorno intra y extracelular. Esta membrana puede tener proyecciones como las microvellosidades, que incrementan el área de superficie. Dentro de la membrana plasmática está el citoplasma, un gel donde están suspendidos todos los componentes subcelulares. La célula además posee un armazón interno llamado citoesqueleto, formado por microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos que mantienen la forma de la célula, la fijan a células vecinas o le proporcionan movilidad.

Existen varios orgánulos dentro del citoplasma, y el mayor de ellos es el núcleo. Este presenta una envoltura nuclear que posee poros para permitir el paso de material en ambos sentidos. Continuando la envoltura nuclear se encuentra el retículo endoplasmático rugoso, dotado de ribosomas en su superficie, y el retículo endoplasmático liso, donde se producen lípidos y se procesan proteínas. Estos productos son transportados al aparato de Golgi, donde son envueltos en una vesícula y enviados hacia su destino. Entre otros orgánulos celulares tenemos los lisosomas y peroxisomas, ambos involucrados en la degradación y digestión de sustancias no deseadas.

Hemos terminado nuestro videotutorial. Hoy estudiamos los elementos de una célula eucariota genérica, pero recuerda: las células que verás en la vida real son muy diferentes a esta. Las células son altamente variables según su rol, lo cual permite a cada especie ser altamente funcional y resiliente en su medio ambiente.

Con esto cerramos nuestro tutorial. Nos vemos pronto y ¡feliz estudio!