La Célula Eucariota: Estructura y Funciones Vitales
El cuerpo humano está formado por células eucariotas, las cuales se caracterizan por poseer un núcleo rodeado por una membrana nuclear y diversos orgánulos citoplasmáticos. Estos componentes están separados del medio exterior por la membrana citoplasmática. Las células eucariotas realizan procesos esenciales como la respiración celular, el intercambio de moléculas con el medio y la reproducción.
La Membrana Plasmática
La membrana plasmática es una barrera selectiva que regula el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior de la célula. Está formada por una doble capa de lípidos (fosfolípidos, colesterol y glucolípidos) y proteínas. Sigue el modelo del mosaico fluido, donde los lípidos y las proteínas están en constante movimiento.
Tipos de Proteínas de Membrana
- Periféricas: Se encuentran en la superficie interna o externa.
- Integrales: Atraviesan toda la membrana (proteínas transmembrana).
Funciones Principales de la Membrana
- Transporte de sustancias (proteínas transportadoras).
- Recepción de señales (proteínas receptoras).
- Identificación celular (marcadores de identidad).
Citoplasma y Orgánulos Celulares
El citoplasma está formado por una sustancia acuosa llamada citosol o hialoplasma, donde se encuentran suspendidos los orgánulos. Contiene una red de filamentos conocida como citoesqueleto.
Orgánulos Principales
- Retículo Endoplasmático (RE):
- Rugoso (RER): Contiene ribosomas y sintetiza proteínas.
- Liso (REL): Carece de ribosomas, sintetiza lípidos y participa en la detoxificación.
- Ribosomas: Forman proteínas a partir del ARN ribosómico.
- Aparato de Golgi: Modifica, almacena y transporta proteínas y lípidos procedentes del RER.
- Lisosomas: Vesículas con enzimas que degradan sustancias.
- Mitocondrias: Poseen doble membrana; realizan la respiración celular y producen ATP (energía).
- Centrosoma: Contiene centriolos e interviene en la división celular.
El Núcleo Celular
El núcleo tiene forma esférica u ovalada y está rodeado por la membrana nuclear (una doble capa con poros). Contiene ADN (material genético) y cromatina. Dentro del núcleo se encuentra el nucléolo, que produce ribosomas. Durante la división celular, la cromatina se condensa formando cromosomas. Normalmente, hay un solo núcleo por célula.
Homeostasis: Mantenimiento del Equilibrio Interno
La homeostasis es el proceso de mantenimiento del equilibrio interno del organismo (temperatura, pH, presión, concentración de sales, glucosa, etc.) a pesar de los cambios externos. Es esencial para el funcionamiento correcto de las células y órganos.
La homeostasis es un equilibrio dinámico: los factores externos alteran las condiciones, pero el cuerpo activa mecanismos de autorregulación para compensarlas.
Variables Reguladas por la Homeostasis
- Temperatura corporal.
- Distribución del agua y concentración de iones, gases y metabolitos (como la glucosa).
- pH y osmolaridad de los líquidos corporales.
Distribución del Agua en el Organismo
El cuerpo humano contiene agua distribuida en dos compartimentos principales:
1. Líquido Intracelular (LIC)
- Se encuentra dentro de las células.
- Mantiene la forma celular y permite el intercambio metabólico.
- Catión principal: Potasio (K⁺).
- Anión principal: Fosfato (HPO₄²⁻).
2. Líquido Extracelular (LEC)
Rodea las células y constituye el medio interno.
- Catión principal: Sodio (Na⁺).
- Anión principal: Cloruro (Cl⁻).
Divisiones del Líquido Extracelular
- Plasma: Parte líquida de la sangre.
- Líquido Intersticial: Se encuentra entre las células de los tejidos.
- Líquido Transcelular: Secreciones (digestivas, sinovial, etc.).
- Linfa: Circula por el sistema linfático.
Regulación de la Osmolaridad
La osmolaridad es la concentración de sustancias osmóticamente activas (iones, proteínas, glucosa) en los líquidos corporales. Estas sustancias provocan que el agua se desplace a través de membranas semipermeables desde la zona menos concentrada hacia la más concentrada, buscando igualar las concentraciones. Si el líquido intersticial tiene mayor osmolaridad que el intracelular, el agua sale de la célula.
Principales Solutos Osmóticamente Activos
- Líquido Extracelular (LEC): Na⁺, Cl⁻, HCO₃⁻.
- Líquido Intracelular (LIC): K⁺, HCO₃⁻, fosfatos orgánicos.
El equilibrio osmótico mantiene la correcta distribución de agua y solutos entre los compartimentos intra y extracelular, gracias a la membrana plasmática, que actúa como barrera selectiva regulando el paso de sustancias.
Mecanismos de Regulación de la Osmolaridad
El cuerpo también regula la osmolaridad mediante:
- ADH (Hormona Antidiurética): Reduce la pérdida de agua por la orina.
- Centro de la Sed: Estimula la ingesta de agua.
- Aldosterona: Favorece la retención de sodio y agua.
Regulación del pH Corporal
El pH mide la acidez o alcalinidad de un líquido en una escala de 0 a 14.
- pH 7: Neutro.
- Menor que 7: Ácido (mayor concentración de iones H⁺).
- Mayor que 7: Básico o alcalino (mayor concentración de iones OH⁻).
En el cuerpo, mantener el equilibrio entre ácidos y bases es esencial para la homeostasis.
- Ácidos: Liberan iones H⁺ en el agua.
- Bases: Captan H⁺ o liberan OH⁻ al disolverse.
Alteraciones del pH Sanguíneo
El pH corporal debe mantenerse estable (por ejemplo, la sangre: 7,35–7,45).
- Menor de 7,35: Acidosis.
- Mayor de 7,45: Alcalosis.
Ambas alteraciones pueden tener consecuencias graves.
Sistemas de Control del pH
Existen dos tipos de sistemas de control del pH:
- Sistemas Químicos (Tampones o Amortiguadores):
- Actúan de forma inmediata.
- Transforman ácidos y bases fuertes (que alteran mucho el pH) en ácidos y bases débiles (que lo alteran poco).
- Ejemplo: Sistema ácido carbónico–bicarbonato.
- Los productos se eliminan después por los sistemas fisiológicos.
- Sistemas Fisiológicos: Actúan cuando los químicos no son suficientes.
- Sistema Respiratorio: Responde en 1–2 minutos, regulando el CO₂ (más respiración → baja el CO₂ → sube el pH).
- Sistema Renal: Actúa en aproximadamente 24 horas, eliminando o reteniendo H⁺ y bicarbonato (HCO₃⁻) según sea necesario. Es más lento, pero más eficaz y duradero.
Mecanismos de Regulación Neuroendocrina
La homeostasis se mantiene gracias a sistemas de regulación neuroendocrina, donde actúan el sistema nervioso y el endocrino, ya sea por separado o juntos, mediante mecanismos de retroalimentación. Estos sistemas tienen tres componentes principales:
- Receptor: Detecta cambios en un parámetro del cuerpo y envía la información al centro de control (por impulsos nerviosos o señales químicas).
- Centro de Control: Analiza la información y envía una orden al efector:
- Si la regulación es nerviosa, la respuesta es rápida (impulsos nerviosos).
- Si es endocrina, la respuesta es lenta (hormonas).
- Efector: Ejecuta la respuesta necesaria para restablecer el equilibrio del parámetro alterado.
Transporte de Sustancias a Través de la Membrana
Mecanismos Pasivos (Sin Gasto de Energía)
Ocurren a favor del gradiente de concentración o eléctrico.
- Difusión Simple: Paso directo de moléculas pequeñas (O₂, CO₂, ácidos grasos).
- Difusión Facilitada: Usa proteínas de membrana (canales o transportadores) para mover sustancias como iones K⁺, Cl⁻, glucosa o fructosa.
- Ósmosis: Paso de agua desde el medio menos concentrado al más concentrado, a través de la membrana o de las aquaporinas.
Mecanismos Activos (Con Gasto de Energía)
Ocurren en contra del gradiente.
- Transporte Activo Primario: Usa ATP directamente, como la bomba Na⁺/K⁺-ATPasa.
- Transporte Activo Secundario: Utiliza la energía del gradiente generado por el transporte primario.
- Simporte: Ambas moléculas van en el mismo sentido.
- Antiporte: Se mueven en sentidos opuestos.
Transporte en Vesículas
- Endocitosis: Entrada de sustancias.
- Pinocitosis: Líquidos.
- Fagocitosis: Partículas grandes (bacterias, restos celulares).
- Exocitosis: Salida de sustancias de la célula.