Diferencias entre procariotas y eucariotas
Las células procariotas suelen ser muy pequeñas y poseen una membrana plasmática y, generalmente, una pared celular; a veces puede existir una cápsula. El citoplasma tiene dos regiones bien diferenciadas: el material genético denominado nucleoide y el citoplasma restante, donde destacan los ribosomas. La diversidad morfológica que presentan, según su forma, permite distinguir entre bacilos, cocos, etc.
Las células eucariotas son mucho más complejas que las procariotas, tanto estructuralmente como funcionalmente. Al igual que las procariotas, tienen membrana plasmática y ribosomas, pero se diferencian por la presencia de núcleo, orgánulos citoplasmáticos y citoesqueleto. La presencia de orgánulos citoplasmáticos provoca una compartimentación del territorio celular, lo que les permite desarrollar diferentes funciones al mismo tiempo.
Diferencias entre célula animal y vegetal
Tanto la célula animal como la vegetal poseen mitocondrias, que llevan a cabo el metabolismo oxidativo durante el cual se forma la mayoría de las moléculas de ATP. También disponen de lisosomas y peroxisomas, especializados en la digestión y en la oxidación de ciertas macromoléculas; y de núcleo, que alberga en su interior la información genética en forma de ADN. El retículo endoplasmático y el aparato de Golgi están especializados en la síntesis y el transporte de proteínas y en la síntesis de lípidos.
El citoesqueleto es fundamental en la estructura y función de la célula animal: se trata de una red de filamentos y proteínas que se extienden por todo el citoplasma, responsables de la forma de la célula, de la distribución de los orgánulos y de los movimientos celulares.
Los cloroplastos son orgánulos que realizan la fotosíntesis. La pared celular actúa como un exoesqueleto. Las vacuolas almacenan nutrientes o sustancias de desecho. Estos orgánulos y estructuras solo se encuentran en la célula vegetal.
El centrosoma es una estructura sin membrana presente solo en animales.
Cromatina
La cromatina está formada por ADN y histonas (proteínas muy básicas). Las no-histonas son enzimas implicadas en la replicación, transcripción y regulación del ADN.
Ultraestructura
La cromatina está constituida por fibras que reciben el nombre de fibras cromatínicas. Cada fibra aislada presenta el aspecto de un collar de cuentas formado por una doble hélice de ADN envuelta alrededor de núcleos proteicos. Cada nucleosoma consta de un núcleo proteico —un octámero de histonas— y de un tramo de filamento de ADN que lo rodea. La histona H1 no forma parte del núcleo proteico del nucleosoma, sino que se asocia al ADN enlazador.
La fibra de cromatina tiene una estructura plegada con distintos grados de espiralización: de primero grado (diámetro ~30 nm) y de segundo grado (superespiralización), que se intensifica al iniciarse la mitosis.
Replicación en procariotas
Iniciación
La iniciación implica el desenrollamiento y apertura de la doble hélice. Múltiples copias de una proteína específica llamada DnaA se unen a zonas concretas del origen de la replicación. Su función es reconocer el origen de la replicación, provocar la apertura de la burbuja y facilitar la entrada del resto de las proteínas que intervienen en este proceso. La helicasa es una enzima que rompe los enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas y provoca que se abra la doble hélice como una cremallera.
Cuando la doble hélice se abre se produce el desenrollamiento en esa zona, creando tensiones en las áreas próximas que, mediante la acción de otras enzimas como las topoisomerasas, se evitan dichas tensiones rompiendo y religando la hélice de ADN. Las proteínas SSB (single-strand binding proteins) impiden que las hebras sencillas se vuelvan a enrollar, formando una burbuja de replicación en la que hay dos zonas con forma de Y denominadas horquillas de replicación. La replicación en procariotas es bidireccional.
Elongación
Durante la elongación se sintetiza una nueva hebra de ADN sobre cada hebra molde de la doble hélice. Intervienen las ADN polimerasas (en procariotas: principales polimerasas numeradas 1, 2 y 3). La actividad polimerasa une entre sí los nucleótidos que forman el ADN según la secuencia de la hebra molde. La actividad exonucleasa elimina nucleótidos cuyos pares de bases están mal apareados, así como fragmentos de ARN cebador.
Terminación
La terminación se produce en zonas denominadas Ter, formadas por secuencias de nucleótidos a las que se fija una proteína específica. El complejo formado por la proteína Tus y la secuencia Ter bloquea el avance de las helicasas y la replicación termina.
Replicación en eucariotas
La replicación del ADN de los organismos eucarióticos es muy parecida a la de los procariotas, salvo por diferencias derivadas de la mayor complejidad del material genético en eucariotas. Las moléculas de ADN son muy largas y los cromosomas presentan múltiples orígenes de replicación. Existen varios tipos de ADN polimerasa (cinco tipos principales en eucariotas). En los eucariotas, la replicación está coordinada con la síntesis de histonas necesarias para empaquetar el ADN replicado. La velocidad de elongación es, generalmente, más lenta que en procariotas.
Composición y estructura de la membrana plasmática
Las membranas plasmáticas están compuestas por lípidos —principalmente fosfolípidos y esteroles— que poseen carácter anfipático y forman bicapas lipídicas. La membrana plasmática no es una estructura estática: los lípidos pueden moverse, lo que confiere una determinada fluidez o viscosidad. La fluidez es una de las características más importantes de las membranas y depende de factores como la temperatura y la naturaleza de los lípidos.
Proteínas
Las proteínas configuran las funciones específicas de la membrana y son características de cada célula. Presentan movimiento de difusión lateral y se pueden clasificar según el lugar que ocupan en la membrana (proteínas integrales o periféricas).
Glúcidos
Los glúcidos están representados en su mayoría por oligosacáridos unidos covalentemente a los dominios extracelulares de las proteínas. Su distribución es asimétrica: solo se localizan en la cara externa de la membrana plasmática de las células eucariotas.
Estructura
El modelo que describe la membrana es el modelo de mosaico fluido. En él se considera la membrana como un mosaico fluido en el que la bicapa lipídica es la matriz y las proteínas están embebidas en ella. Tanto los lípidos como las proteínas se pueden desplazar lateralmente. Los lípidos y las proteínas integrales están dispuestos en mosaico y las glicoproteínas se encuentran en la cara externa formando glucoconjugados.
Función
La membrana actúa como una barrera semipermeable que permite el paso de determinadas sustancias a favor o en contra de gradientes osmóticos o eléctricos. Entre sus funciones destacan:
- Intercambio de sustancias.
- Reconocimiento de señales extracelulares y transmisión al interior celular.
- Adhesión y comunicación entre células y unión con la matriz extracelular.
Retículo endoplasmático rugoso
Se llama así porque lleva ribosomas adheridos a la cara citosólica. Su función es la síntesis y el almacenamiento de proteínas: las proteínas pueden quedarse en la membrana o pasar al lumen para ser exportadas a otros destinos. La glucosilación de las proteínas se inicia en el retículo endoplasmático rugoso (RER); la mayor parte de las proteínas sintetizadas y almacenadas en el RER deben ser glicosiladas para convertirse en glicoproteínas. Este proceso se realiza en el lumen.
Retículo endoplasmático liso
Es una red tubular constituida por finos túbulos interconectados. Su función es la síntesis de lípidos, la participación en la contracción muscular (mediante almacenamiento y liberación de Ca2+) y la liberación de glucosa a partir de glucógeno en hepatocitos. Interviene en la producción y metabolismo de lípidos.
Aparato de Golgi
Está formado por la agrupación de varios sacos aplanados y vesículas asociadas. Su función es el transporte y procesamiento de proteínas y lípidos. Las proteínas son exportadas por el RER y englobadas en vesículas que se fusionan con la región cis del Golgi. Se desplazan de una cisterna a otra hasta llegar a las situadas en la cara trans, gracias a vesículas de transporte.
En el Golgi tienen lugar la modificación de lípidos y proteínas, el ensamblaje de oligosacáridos a lípidos y proteínas para formar glicolípidos y glicoproteínas, y la formación del tabique telofásico en células vegetales.
Formación de los lisosomas primarios: el aparato de Golgi participa en la formación de lisosomas primarios y en su maduración. (Ejemplo: formación relacionada con la diferenciación de ciertas células, como el espermatozoide.)
Lisosomas
Los lisosomas contienen enzimas hidrolíticas capaces de degradar todo tipo de polímeros biológicos, actuando como un sistema digestivo celular: degradan material captado del exterior y digieren por autofagia material de la propia célula.
Peroxisomas
Los peroxisomas contienen enzimas oxidativas, llamadas oxidasas, que generan peróxido de hidrógeno (H2O2), una sustancia potencialmente tóxica para la célula que se elimina gracias a la catalasa presente en los peroxisomas. Los peroxisomas pueden oxidar ácidos grasos y algunos aminoácidos.
Vacuolas
Las vacuolas son cisternas membranosas características de las células vegetales; constan de una membrana y de jugo vacuolar, cuyo principal componente es el agua. Sus funciones incluyen el mantenimiento de la turgencia celular por ósmosis, la digestión celular mediante hidrolasas ácidas y el almacenamiento de diversas sustancias, como reservas y compuestos tóxicos.
Mitocondrias
Las mitocondrias participan en el metabolismo energético: el ciclo de Krebs forma parte del catabolismo celular. La cadena respiratoria, transportadora de electrones, se localiza en la membrana interna mitocondrial. También intervienen en la oxidación de ácidos grasos y en la concentración de sustancias en la matriz interna. La fosforilación oxidativa se lleva a cabo en partículas elementales (factor F) situadas sobre las crestas mitocondriales.
Plastos
Los plastos, como los cloroplastos, realizan la fotosíntesis. En este proceso se desarrollan reacciones dependientes de la luz —por ejemplo, la producción de ATP y NADPH— y reacciones independientes de la luz, como la fijación de CO2 y la formación de glúcidos.