Fisiopatología General: Funciones y Estructura de la Célula Humana

UNIDAD DE TRABAJO 2: EL NIVEL CELULAR

FUNCIONES DE LA CÉLULA HUMANA

Los seres humanos somos organismos pluricelulares constituidos por células eucariotas animales, que junto con diferentes sustancias que se encuentran a nivel extracelular se organizan en tejidos, con una función determinada. La célula es la porción más pequeña de materia viva con vida propia, y es capaz de realizar las siguientes funciones:

Nutrición: Es la capacidad para obtener energía y sintetizar las biomoléculas propias de la célula a partir de diferentes agentes externos que se denominan nutrientes celulares. Estos nutrientes le llegan a la célula a través de la sangre y son de varios tipos:

• Glúcidos sencillos: principalmente la glucosa, pero también la fructosa y galactosa entre otros
• Lípidos: ácidos grasos libres, colesterol, fosfolípidos, triglicéridos ...
• Aminoácidos
• Vitaminas
• Minerales: sodio, potasio, calcio, cloro, bicarbonato, hierro, zinc, etc.
• Agua

Además, la célula también necesita oxígeno, que le llega a través de la sangre; concretamente a través de unas células que lo transportan por ella denominados hematíes o eritrocitos (glóbulos rojos)

Crecimiento

Relación: Es la capacidad de las células para interaccionar con el medio externo o entre ellas y producir una respuesta frente a estos estímulos. Ejemplo: movimiento de las células atraídas por un estímulo externo (Ejemplo: algunos leucocitos de la sangre). También incluye la función de movimiento (Ejemplo: los espermatozoides)

Reproducción: Es la capacidad de las células de generar otras células. Según la teoría celular, toda célula proviene siempre de otra célula. Dependiendo des tipo de reproducción de las células podemos hablar de:

• Mitosis: Se obtienen dos células hijas con el mismo contenido genético que la progenitora.

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• Meiosis: Se obtienen cuatro células hijas con la mitad de cromosomas que la progenitora, y cuyo material genético es diferente al de la célula progenitora. La meiosis en el organismo humano solamente se produce en las células progenitoras de los gametos sexuales, es decir aquellas que van a generar espermatozoides (en el hombre) y ovocitos (en la mujer)

ESTRUCTURA DE LA CÉLULA HUMANA

La célula humana está formada por la combinación e interacción de diferentes tipos de biomoléculas. A nivel estructural podemos decir que en ella encontramos las siguientes partes:

MEMBRANA PLASMÁTICA

Composición La membrana plasmática de las células está formada por la combinación de lípidos, proteínas e hidratos de carbono constituyendo una disposición estructural de mosaico fluido, donde los lípidos forman una bicapa con proteínas más o menos embebidas en ella. Los hidratos de carbono son cadenas de oligosacáridos que están unidas a algunos lípidos (formando glucolípidos) y a algunas proteínas (formando glicoproteínas) por la cara externa de la membrana plasmática. Este modelo estructural proporciona una movilidad determinada a la membrana, lo que permite que ésta pueda realizar sus funciones características.

• Lípidos: La bicapa lipídica está formada por fosfolípidos, que presentan una zona hidrófila o polar orientada hacia el exterior, y una zona hidrófoba o apolar orientada hacia el interior. El colesterol es otro lípido que también forma parte de esta bicapa, proporcionando fluidez en la membrana. En la cara externa de la bicapa algunos lípidos están unidos a cadenas pequeñas de glúcidos (formándose glucolípidos)
• Proteínas: Se clasifican en:

• Integrales: Presentan regiones hidrófobas por las que se asocian al interior de la membrana, y regiones hidrófilas situadas en exterior. Estas proteínas están más o menos integradas en la membrana. Las proteínas transmembranales ocupan todo el espesor de la membrana.

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• Periféricas: No están integradas en el interior de la bicapa lipídica, sino que están asociadas a su superficie tanto externa como interna.

Las funciones de las proteínas de membrana son:

• Función de transporte de sustancias: muchas de ellas forman canales o son moléculas transportadoras.
• Función receptora: son proteínas integrales que reconocen determinadas moléculas a las que se unen (normalmente, hormonas) y con las que interaccionan provocando una respuesta específica en la célula.
• Función enzimática: catalizan reacciones bioquímicas en la superficie de la membrana
• Función estructural: son proteínas que se unen a los elementos del citoesqueleto.

• Glúcidos: Son normalmente oligosacáridos, que se encuentran en el exterior de la membrana en contacto con el medio extracelular. Están asociadas a lípidos y a proteínas, formando glicolípidos y glicoproteínas. Constituyen el denominado glicocalix, cuyas funciones son: favorecer la adhesión de las células (en aquellas células que necesitan este proceso para realizar sus funciones como es el caso de las plaquetas) y participar en el reconocimiento celular por parte del sistema inmunitario (el sistema inmunitario es capaz de reconocer las células propias y crear una respuesta de defensa frente a las células ajenas o extrañas).

Funciones de la membrana plasmática

• Separar el medio extracelular del intracelular.
• Transporte selectivo de sustancias entre el citoplasma y el exterior.
• Reconocimiento celular mediante el glicocalix.
• Recepción de señales que provienen del exterior (por ejemplo: hormonas) y generación de una respuesta adecuada según el tipo de señal de que se trate.
• Mantenimiento de potenciales de acción al permitir que haya una diferencia relativa de carga entre ambos extremos de la membrana. Esto permite que por ejemplo la membrana plasmática de las neuronas se pueda estimular y conducir este estímulo a lo largo de toda la célula.

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Transporte de sustancias a través de la membrana plasmática

La estructura de la membrana plasmática permite que se pueda realizar un transporte selectivo de sustancias a través de ella. Según el tipo de sustancia de que se trate, la membrana plasmática favorece o restringe su paso desde el exterior de la célula al interior o bien en sentido contrario.

Se han descrito diferentes tipos de transporte de sustancia a través de la membrana plasmática:

• Para moléculas de baja masa molecular:

Transporte pasivo: Es el transporte de sustancias a favor de gradiente (es decir desde donde hay mayor concentración hasta donde hay menor concentración de esa sustancia). Este tipo de transporte no requiere aporte energético. Se puede realizar mediante diferentes sistemas:

• Difusión simple: las moléculas atraviesan directamente la membrana. Esto sucede por ejemplo con sustancias pequeñas como por ejemplo la urea, vitaminas liposolubles ... y gases como el oxígeno y el dióxido de carbono.
• Ósmosis: debido a que la membrana plasmática constituye una barrera semipermeable, en caso de que haya una diferencia de concentraciones entre los solutos a ambos lados de la membrana, el agua (disolvente) atraviesa esta membrana con el fin de que se produzca la igualdad entre estas concentraciones. La fuerza natural que permite este movimiento de disolvente (agua en este caso) en las barreras semipermeables se denomina presión osmótica. En el caso de que el agua se transporte gracias no a una diferencia de solutos a ambos lados de la membrana, sino a una diferencia en la concentración de proteínas, en lugar de hablar de presión osmótica se habla de presión oncótica.
• Difusión facilitada: en este caso las moléculas atraviesan la membrana plasmática porque se unen a unas proteínas transportadoras o bien porque lo hacen a través de un canal (de composición proteica) creado en la estructura de la membrana. En el caso de los canales, estos pueden estar constantemente abiertos o bien abrirse y cerrarse en respuesta a la interacción de sustancias químicas (generalmente hormonas) o bien por una

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onda eléctrica despolarizada que se transporta a lo largo de la membrana plasmática (en el caso de las neuronas, por ejemplo).

Transporte activo: Es el transporte de sustancias en contra de gradiente, para lo cual se requiere aporte energético. Así por ejemplo, la bomba de Na+/Ka+ es un sistema de transporte de Na+ del medio intracelular al extracelular, acoplado a un transporte de K+ del medio extracelular al intracelular, para lo que utilizan la misma proteína transportadora, la ATP sintetasa. Por cada 3 iones Na+ que salen al medio extracelular entran dos iones K+. Esto permite que haya siempre una mayor concentración de Na+ en el medio extracelular y una mayor concentración de K+ en el medio intracelular y contribuye a que haya una diferencia de potencial a ambos lados de la membrana plasmática (el exterior de la célula está cargado positivamente respecto al interior de la célula)

• Para moléculas de alta masa molecular:

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. Cuando estas partículas son sólidas, se denomina fagocitosis, y cuando son líquidas o están en disolución, se trata de una pinocitosis.

Exocitosis: Es la secreción de macromoléculas y partículas hacia el medio externo de la célula, mediante la fusión con la membrana plasmática de vesículas procedentes del citoplasma.

Movimientos de membranas en la locomoción celular

Algunas células utilizan para sus desplazamientos la membrana celular. Estos desplazamientos se pueden realizar de tres maneras:

• Movimientos por pseudópodos. La célula desplaza una parte de su citoplasma, escaso en orgánulos, hacia el lugar de la marcha; a continuación, todo el citoplasma se desplaza dentro del pseudópodo, gracias a los microfilamentos.
• Movimiento por membranas ondulantes. Es el movimiento más frecuente de las células de los tejidos (fibroblastos, histiocitos, etc.). Las células emiten unas prolongaciones a modo de velo.

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