Biología Celular: Membrana Plasmática

Tema 1: Evolución y organización estructural de la célula

• La biología se centra en la pregunta fundamental de ¿qué significa estar vivo?
• Las propiedades que distinguen a los seres vivos de la materia inerte son la capacidad de crecer, reproducirse, procesar información, comunicarse, responder a estímulos y llevar a cabo una gran variedad de reacciones químicas.
• Todos los organismos vivos están formados por células (al menos una célula)
• La célula es la unidad fundamental en la organización y funcionamiento del cuerpo, de la vida (estructural, funcional y genética).
• La biología es el estudio de la materia viva. La biología abarca desde estudios descriptivos (estructura de los seres vivos) hasta estudios funcionales (procesos vitales de los organismos).

Teoría Celular

• La pregunta fundamental en biología es: ¿qué significa estar vivo?
• ¿Cuáles son las propiedades que caracterizan a todos los seres vivos y los distinguen de la materia inerte?
• La teoría celular responde a estas preguntas.
• Los seres vivos están constituidos por células y sus productos de secreción.
• La célula es la unidad estructural y funcional de la materia viva.
• Toda célula proviene de otra célula preexistente
• El conjunto de estructuras interrelacionadas morfológica y fisiológicamente integran la menor unidad viva con la garantía de supervivencia en el medio ambiente, conteniendo la información necesaria para su control del ciclo y desarrollo, así como para la transmisión de la información a la siguiente generación celular.

La continua proliferación celular y su posterior diferenciación

• La continua proliferación celular y su posterior diferenciación en diferentes tipos de células dan lugar a cada tejido de nuestro cuerpo.
• Una célula inicial resultante de la fecundación genera cientos de diversas clases de células, que difieren en contenido, forma, tamaño, color, movilidad y composición de la superficie.
• Las células deben organizarse para formar Tejidos > Órganos > Aparatos/Sistemas.

Niveles de organización

• Nivel químico → Átomos y moléculas
• Nivel celular → Células (ejemplo, célula muscular lisa)
• Nivel tisular → Tejidos (ejemplo, tejido muscular liso)
• Nivel orgánico → Órganos (ejemplo, el corazón)
• Nivel del sistema orgánico → Sistemas orgánicos (ej. sistema cardiovascular)
• Nivel del organismo → Un ser vivo completo

La célula: Estructura y Función

• Las células son de tamaño muy variable y presentan múltiples formas.
• Las células pueden ser: animales o vegetales.
• La clasificación más sencilla de las células es según su complejidad: procariotas y eucariotas.

Comparación entre procariotas y eucariotas

Células animales vs. vegetales

Origen y evolución de la célula

• ¿Cuál es el origen de la vida y cuándo sucedió?
• ¿Cómo surgió la célula eucariota?
• La formación de moléculas orgánicas primarias fue, según Oparin y Haldane, un fenómeno físico - químico.
• El origen de la vida fue un fenómeno físico-químico, postulado por Oparin y Haldane. La hipótesis de Miller y Urey apoyó esta idea mediante la demostración experimental de la formación de moléculas orgánicas a partir de sustancias inorgánicas en un ambiente de condiciones primigenias.
• La célula es la unidad fundamental de la vida. El origen de las células sigue generando debate y diferentes teorías.
• La formación de la membrana celular fue un paso clave en la evolución de la vida. La membrana sirve de separación y permite la evolución de la complejidad celular y la vida misma.
• Todas las células surgen de las células procariontes y la presencia de un código genético universal como base fundamental de la vida.

Citosol -Medio interno

• El citosol o medio interno celular contiene un entramado de moléculas interrelacionadas, sintetizadas y secretadas por las células.
• La célula es altamente dependiente de la presencia, composición y estabilidad de esa matriz.
• Líquido extracelular (LEC): entorno acuoso que rodea las células. Compuesto principalmente de agua. Necesario para la vida celular y el mantenimiento del pH, temperatura y osmolaridad.
• El medio extracelular contiene células y líquidos extracelulares, conformando el medio interno.
• Líquido intracelular (LIC): fluido acuoso dentro de las células (citosol)

Citosol -Medio interno (continuación)

• El LEC está compuesto por un gran porcentaje de agua y otras sustancias disueltas como sales, iones, proteínas y glucosa.
• El LIC es el medio acuoso dentro de las células.
• La composición iónica del LEC es diferente de la del LIC y esto es vital para el funcionamiento del organismo.
• El agua es el componente principal del cuerpo. El agua tiene propiedades físico-químicas especiales que son necesarias para la vida. El agua es un excelente disolvente.
• El equilibrio iónico del medio interno es esencial para muchas funciones (por ejemplo, la contracción muscular y la transmisión de impulsos nerviosos).
• El pH del medio interno debe mantenerse dentro de un rango estrecho para obtener un correcto funcionamiento de las células.
• Las moléculas tampón son responsables del mantenimiento del pH en un rango estrecho en el organismo

Membrana plasmática: Generalidades

• La membrana plasmática delimita las células y especifica el espacio interno celular diferenciado del exterior.
• La membrana plasmática tiene una estructura trilaminar.
• Está compuesta por Lípidos, Proteínas e Hidratos de carbono.
• Las proteínas, lípidos y carbohidratos que conforman la membrana plasmática, se disponen de manera asimétrica y funcional.

Membrana plasmática: Funciones

• Compartimentalización: aislar los compartimentos
• Andamiaje biológico: soporte físico para las reacciones
• Barrera de permeabilidad: controla el paso de sustancias
• Transporte de moléculas
• Interacción intercelular
• Respuesta a las señales

Membrana plasmática: Componentes

• Lípidos: Forman la bicapa lipídica.
• Proteínas: Funcionan como transportadoras, canales y receptores de otras moléculas.
• Hidratos de carbono: Unidos a lípidos o proteínas en la cara externa para dar señales de identificación celular.

Membrana plasmática: Componentes (más detallado)

• Fosfolípidos: Son lípidos anfipáticos con una cabeza hidrofílica y dos colas hidrofóbicas
• Colesterol: Lípido que regula la fluidez de la membrana.
• Glucolípidos: lípidos con grupos de carbohidratos adheridos, en su mayoría en la superficie exterior de la membrana.
• Balsas lipídicas (Lipid Rafts): Microdominios con menor fluidez, que tienen una composición diferente y funciones especializadas.
• Proteínas integrales: Atraviesan la bicapa lipídica, a menudo con canales o transportadores.
• Proteínas periféricas: Se asocian a la superficie de la bicapa lipídica o a otras proteínas integrales, con funciones de señalización y/o enlace con otros componentes.
• Hidratos de carbono: Se presentan en la membrana como parte de los glucolípidos y glicoproteínas, con función de identificación celular y de reconocimiento de moléculas específicas.

Membrana plasmática: Transporte

• Transporte Pasivo: Se realiza a favor del gradiente de concentración.
• Difusión simple: Paso directo de moléculas pequeñas a través de la membrana.
• Difusión facilitada: Apoyado por proteínas transportadoras.
• Transporte activo: Se realiza en contra del gradiente y requiere energía.
• Bomba Na+/K+: Ejemplo de transporte activo importante para el equilibrio electrolítico en las células.

Membrana plasmática: Transporte activo

• Transporte primario: El transporte se realiza de forma directa utilizando la energía obtenida de la hidrólisis del ATP. Es decir, depende del ATP.
• Transporte secundario (cotransporte): El transporte se realiza de forma indirecta utilizando la energía almacenada como resultado del transporte primario. En este tipo de transporte, el movimiento de una sustancia a favor de su gradiente proporciona la energía para el transporte de otra sustancia en contra de su gradiente.

Membrana plasmática: Transporte activo (tipos de transporte)

• Uniporte: Movimiento de una molécula a través de la membrana en una sola dirección.
• Simporte: Movimiento de dos moléculas en la misma dirección.
• Antiporte: Movimiento de dos moléculas en direcciones opuestas.

Membrana plasmática: Endocitosis y Exocitosis

• Endocitosis: Proceso de entrada de material en la célula en el que se forman vesículas. Existen diferentes tipos (fagocitosis, pinocitosis, endocitosis mediada por receptor).
• Exocitosis: Proceso de salida de material de la célula, en el que una vesícula se fusiona con la membrana plasmática.

Membrana plasmática: Receptores

• Las moléculas de señalización pueden ser:
• Hidrofóbicas: Atraviesan la membrana y tienen receptores intracelulares.
• Hidrofílicas: Requieren receptores en la membrana plasmática, para la activación de cascadas de señales en el interior de la célula.

Membrana plasmática: Comunicaciones intercelulares (Tipos de comunicación)

• Comunicación por contacto directo: Se da gracias a uniones comunicantes o proteínas de adhesión que permite un contacto físico directo entre células.
• Comunicación Paracrina: La célula emisora libera una señal (molécula) que afecta a las células diana cercanas.
• Comunicación endocrina: Las células emisoras (endocrinas) liberan una molécula (hormona) que viaja por la corriente sanguínea para afectar a las células diana en otro lugar del organismo.
• Comunicación sináptica: Un tipo de señalización paracrina en la cual la célula emisora (neurona) transmite un mensaje eléctrico a través de una sinapsis química a una célula diana (otra neurona o célula efectora).
• Comunicación autocrina: La señal es liberada en la misma célula que la produce, y afecta a su funcionamiento.

Membrana plasmática: Especializaciones

• Microvellosidades: Aumentan la superficie de absorción o secreción.
• Interdigitaciones: Superficies celulares se adhieren firmemente.
• Estereocilios: Prolongaciones finas y largas que cumplen funciones sensoriales.

Matriz extracelular

• Es el entorno de base acuosa donde las células que forman los tejidos están ubicadas y contiene proteínas, hidratos de carbono y otras moléculas que están en continua renovación.
• Los componentes están formados por:
  • Sustancia fundamental: agua, proteínas y otros compuestos.
  • Fibras: colágenas, reticulares, elásticas.
  • Proteoglicanos: complejos de polisacáridos y proteínas.
  • Glucoproteínas: tienen lugares de unión para otras moléculas.

Filamentos intermedios

• Son los filamentos estables y resistentes de estructura común.
• Función: soporte y resistencia mecánica celular, principalmente en los epitelios.
• Diversos tipos: queratinas, vimentina, desmina, neurofilamentos, lamininas.

Microtúbulos

• Son los filamentos más gruesos y dinámicos del citoesqueleto.
• Formados por la proteína tubulina y se organizan a partir de un MTOC (Centro Organizador de Microtúbulos).
• Funciones: tráfico intracelular, división celular y formación de estructuras especializadas como cilios y flagelos.

Centrosomas

• Los centrosomas son estructuras celulares que contienen los centriolos.
• Esta estructura es importante en la división celular (mitotica y meiotica), y formadores de los cuerpos basales.