Niveles de organización celular y procesos de endocitosis y exocitosis en biología

2 Niveles de organización celular

La célula es la unidad básica de los seres vivos. Presenta una membrana plasmática que separa la célula del medio o de otras células y constituye la principal barrera selectiva para el intercambio de sustancias con el exterior. Su medio acuoso interno o citoplasma tiene inclusiones u orgánulos necesarios para que se lleven a cabo todas las funciones celulares. Contienen la información genética en una macromolécula esencial (ADN) que tiene una organización precisa. El ADN forma las proteínas a través del ARN.

La complejidad celular está relacionada con la evolución celular. Las células procariotas fueron las primeras células vivas y surgieron por algún tipo de asociación entre moléculas fundamentales como ADN y proteínas libres que se rodearon de una membrana protectora. Por simbiosis, algunas células procariotas originaron las primeras células eucariotas, cuya novedad era que tenían orgánulos o compartimentos internos.

Célula procariota

Son estructuralmente más simples que las células eucariotas y se sitúan en la base evolutiva de los seres vivos. La estructura característica y exclusiva de las bacterias constituye el reino Moneras. La mayoría tiene un tamaño pequeño. Presentan:

• Membrana plasmática que delimita el citoplasma celular.
• Pared celular rígida que rodea la membrana y mantiene la forma de la célula. La composición y estructura de la pared varía entre los principales grupos bacterianos; está presente en todos ellos excepto en los micoplasmas, que son las únicas células procariotas desprovistas de pared celular.

El citoplasma tiene aspecto granuloso con ribosomas 70S y diversas inclusiones rodeadas o no de membrana. El nucleoide es una zona situada en el centro de la célula donde se halla el material genético, no rodeado de membrana; no presentan núcleo verdadero. El nucleoide tiene aspecto fibrilar, alberga un cromosoma principal y plásmidos, ambos constituidos por ADN bicatenario circular que se encuentra empaquetado.

Las células procariotas pueden presentar flagelos y otros apéndices externos (pelos y fimbrias), cápsulas y capas mucosas, y algunos sistemas internos de membrana.

Se diferencia de la eucariota: no tiene núcleo, tiene el material disuelto, tiene pocos orgánulos membranosos y tiene ribosomas 70S en vez de 80S.

Tienen en común: membrana plasmática, citoplasma y material genético.

Célula vegetal

Tiene cloroplastos, una vacuola grande y pared celular (de celulosa), y no tiene centriolos (centrosoma).

Célula animal

No tiene cloroplastos, tiene numerosas y pequeñas vacuolas, no tiene pared celular y tiene centriolos (centrosomas).

Célula eucariota

Estructuralmente más compleja que la procariota, tiene diferentes compartimentos delimitados por membranas. Su estructura:

• La membrana plasmática está rodeada en ocasiones de una pared celular rígida (de celulosa en vegetales y de quitina en hongos) o de glucocálix (que en las células animales ayuda a la cohesión de los tejidos).
• El citoplasma celular contiene diversos orgánulos celulares y ribosomas 80S.

Orgánulos celulares con diferentes estructuras y funciones:

• El retículo endoplasmático y el complejo de Golgi están relacionados con la biosíntesis de moléculas y su distribución dentro de la célula, además de con la secreción de sustancias al exterior.
• Las mitocondrias y los cloroplastos están relacionados con la obtención de energía.
• Las vacuolas, lisosomas y diversas inclusiones de reserva.
• El citoesqueleto, constituido por un entramado de filamentos proteicos, implicado en la formación de cilios y flagelos, movimientos intracelulares y división celular.
• El núcleo, delimitado por doble membrana, que contiene la cromatina constituida por ADN asociado a histonas y cuya unidad estructural es el nucleosoma.

Niveles de complejidad de los seres vivos

• Organización acelular: representada por los virus. No presentan organización celular; están formados por proteína y un tipo de ácido nucleico.
• Organización celular:
  • Organismos con organización unicelular: constituidos por una única célula o por agrupaciones celulares cuyas células no presentan diferenciación estructural ni funcional y forman colonias, filamentos, etc. En esta categoría están las bacterias, protistas, levaduras, etc.
  • Organismos con organización pluricelular: son plantas y animales, constituidos por un número elevado de células que se especializan y forman diferentes tejidos. Los hongos filamentosos presentan un micelio multicelular con algunas estructuras especializadas.

14. Proceso de endocitosis

En este proceso la membrana plasmática de la célula se invagina y engloba partículas del exterior formando una vesícula que pasa al interior celular. Dentro de las vesículas de endocitosis pueden seguir dos caminos:

• Digestión intracelular: algunas vesículas de endocitosis se fusionan con lisosomas primarios para formar vacuolas digestivas, en las que las enzimas hidrolíticas del lisosoma permiten la digestión del material ingerido y dan lugar a una serie de productos que se incorporan al metabolismo celular y son aprovechados como fuente de nutrientes y energía. La digestión implica la degradación del material de desecho de la célula.
• Tránsito intracelular: algunas vesículas de endocitosis tienen como función el transporte del material que contienen desde un punto a otro de la célula. Algunas macromoléculas especialmente importantes para el organismo son transportadas hacia el interior por unión a receptores específicos situados en la membrana plasmática (endocitosis mediada por receptor). Los receptores están en la cara externa de la membrana, mientras que en la cara interna está la clatrina, proteína que, asociada a otros polipéptidos, forma una red que recubre estas vesículas de endocitosis. Las vesículas se llaman vesículas revestidas. Una vez que se internaliza la vesícula, se pierde el revestimiento de clatrina.

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

• Pinocitosis: ingestión de líquidos o partículas muy pequeñas mediante la formación de vesículas muy pequeñas, solo visibles al microscopio electrónico. Se da en todo tipo de células.
• Fagocitosis: ingestión de partículas de gran tamaño, organismos vivos o restos celulares, que forman grandes vesículas visibles incluso al microscopio óptico (vesículas o vacuolas de fagocitosis, fagosomas).

Proceso de exocitosis

Es la secreción de macromoléculas y partículas hacia el medio externo de la célula. Implica la fusión con la membrana plasmática. En este caso se trata de vesículas procedentes del citoplasma celular. Las vesículas de secreción son transportadas intracelularmente con la participación de elementos microtubulares y después se produce la unión a la membrana a través de la interacción con microfilamentos de actina. Los fenómenos de exocitosis desempeñan un papel importante en funciones celulares estructurales, de relación y excreción.

• Función estructural: secreción de sustancias sintetizadas en el interior de la célula cuyo destino final es la formación del glucocálix, la matriz extracelular o la pared celular vegetal, por ejemplo.
• Función de relación: intercambio de metabolitos o señales con otras células o con el medio.
• Función de excreción: secreción de los productos de desecho que se producen tras la digestión celular de partículas ingeridas por fagocitosis. Este proceso es común en protistas y macrófagos.

La secreción puede ser:

• Constitutiva: se realiza de manera continua a partir de vesículas originadas en el sistema retículo endoplasmático-Golgi y se lleva a cabo con sustancias con función estructural, como en la renovación de la membrana o del glucocálix.
• Regulada: se produce en lugares localizados de la célula ante determinados estímulos externos. Típica de células secretoras de las glándulas exocrinas (secreción de enzimas digestivas) o endocrinas (secreción de hormonas); también está implicada en la liberación neuronal de neurotransmisores. Las vesículas también se encuentran revestidas de clatrina.