Estructura celular y sus orgánulos
La célula eucariota consta de cuatro componentes principales: la membrana, que cumple una función de barrera y consiste en una bicapa fosfolipídica con proteínas integrales; el citoplasma, que incluye el citosol y los orgánulos; el núcleo, que almacena la información hereditaria; y el sistema de orgánulos que aseguran los procesos bioquímicos.
- Los ribosomas son orgánulos no membranosos responsables de la traducción.
- Las mitocondrias son orgánulos de doble membrana que llevan a cabo la síntesis de ATP.
- El aparato de Golgi es un orgánulo de membrana simple encargado del transporte y la modificación de proteínas, así como de la síntesis de lisosomas.
- El retículo endoplásmico: rugoso (síntesis de proteínas) y liso (síntesis de lípidos, desintoxicación, regulación del calcio).
- El citoesqueleto consta de microfilamentos y microtúbulos que mantienen la forma celular.
La célula vegetal contiene adicionalmente vacuolas, plastos y una pared celular de celulosa. La célula animal posee un centriolo (o centro celular) y lisosomas. Las células procariotas carecen de orgánulos membranosos; su ADN está representado por un nucleoide circular.
Transporte de membrana
El transporte pasivo se produce a lo largo del gradiente de concentración sin gasto de energía: difusión simple (O₂, CO₂ a través de la bicapa lipídica), ósmosis (agua a través de una membrana semipermeable) y difusión facilitada a través de proteínas transportadoras (glucosa).
El transporte activo requiere ATP y se realiza en contra del gradiente de concentración. Ejemplos: la bomba de sodio-potasio, la exocitosis y la endocitosis. Según la dirección del transporte, se distinguen el uniporte, el sínporte y el antiporte.
Ciclo celular, mitosis y meiosis
El ciclo celular consta de la interfase (G1: crecimiento, S: replicación del ADN, G2: preparación para la división) y la división propiamente dicha. Los puntos de control G1/S, G2/M y el del huso mitótico garantizan la integridad del ADN y la correcta orientación de los cromosomas. En la fase G0, la célula se encuentra en reposo.
La mitosis es la división de las células somáticas con la formación de dos células hijas idénticas. Fases: profase (condensación de la cromatina), metafase (formación de la placa metafásica), anafase (separación de las cromátidas hermanas), telofase con citocinesis.
La meiosis produce cuatro células haploides y asegura la variabilidad genética combinatoria. La profase I incluye cinco etapas: leptoteno, cigoteno, paquiteno (con entrecruzamiento o *crossing-over*), diploteno (se hacen visibles los quiasmas) y diacinesis. La segunda división meiótica es similar a la mitosis.
Ácidos nucleicos y compactación del ADN
El ADN almacena la información genética, mientras que el ARN participa en su expresión. Un nucleótido consta de una base nitrogenada (A, G, C, T/U), un azúcar de cinco carbonos (desoxirribosa o ribosa) y un grupo fosfato. El ADN forma una doble hélice antiparalela (5′→3′ de forma complementaria a 3′→5′).
Tipos de ARN: ARNm (matriz para la síntesis de proteínas), ARNt (transporte de aminoácidos), ARNr (estructural y catalítico en los ribosomas), microARN y pequeños ARN de interferencia (regulación de la expresión), y ARN largos no codificantes.
Niveles de compactación del ADN: nucleosoma (ADN enrollado en un octámero de histonas), solenoide de 30 nm (estabilizado por la histona H1), estructura en bucles (cohesinas) y cromosoma condensado.
Replicación, transcripción, traducción
La replicación es semiconservativa, antiparalela y requiere un cebador. Etapas: iniciación (desenrollamiento de la hélice por helicasas, formación de la horquilla de replicación), elongación (síntesis de ADN por la ADN polimerasa en dirección 5′→3′), terminación. En procariotas hay un solo origen en el cromosoma circular; en eucariotas hay múltiples puntos de iniciación y un complejo ORC.
La transscripción: la ARN polimerasa se une al promotor, sintetiza el ARNm y finaliza al alcanzar el terminador. En eucariotas le sigue el procesamiento: adición de la caperuza (capping), poliadenilación y splice (o corte y empalme) con eliminación de intrones; en procariotas, la transcripción y la traducción ocurren simultáneamente en el citoplasma.
La traducción tiene lugar en el ribosoma con los sitios A, P y E. El ARNt transporta los aminoácidos, entre los cuales se forman enlaces peptídicos. La terminación ocurre en los codones de parada UAA, UAG, UGA.
Código genético y expresión génica
El código genético incluye 64 codones, de los cuales 3 son codones de parada. Propiedades: tripletes, universalidad, no solapamiento, especificidad y redundancia (degeneración).
En los eucariotas, la expresión está regulada por promotores y potenciadores (enhancers), activadores y represores, corte y empalme (splicing) alternativo, modificaciones epigenéticas (metilación del ADN, acetilación de histonas) y microARN. En los procariotas opera el sistema de operones: un ejemplo clásico es el operón lactosa, donde la presencia de lactosa inactiva al represor y desencadena la síntesis de lactasa.
Mutaciones y reparación del ADN
Las mutaciones se dividen en génicas, cromosómicas (inserciones, deleciones, inversiones) y genómicas (alteración en el número de cromosomas, por ejemplo, la trisomía 21).
En procariotas se distinguen los sistemas de reparación fotorreactiva (fotoliasa), por escisión, post-replicativa, propensa a errores (error-prone) y SOS. En eucariotas los mecanismos son similares pero más precisos; adicionalmente operan la reparación de apareamientos erróneos (mismatch repair) y la reparación de roturas de una y dos cadenas mediante unión de extremos homólogos o no homólogos.
Bases bioquímicas: proteínas, lípidos, carbohidratos
Las proteínas están formadas por aminoácidos y cumplen funciones catalíticas, de transporte, estructurales, defensivas, regulatorias, energéticas, de reserva y receptoras. Niveles estructurales: primaria (secuencia), secundaria (hélices α, láminas β), terciaria (globular) y cuaternaria (por ejemplo, la hemoglobina).
Los lípidos son una fuente concentrada de energía, la base de las membranas, precursores de hormonas esteroideas y vitamina D, y aseguran la absorción de las vitaminas liposolubles A, D, E y K. Se dividen en saturados e insaturados. Se descomponen en glicerol y ácidos grasos.
Los carbohidratos son la principal fuente de energía y se almacenan en forma de glucógeno. Los simples (glucosa, fructosa) se absorben rápidamente; los complejos (almidón, celulosa) lo hacen de forma lenta. El metabolismo celular se compone de anabolismo (síntesis con gasto de energía) y catabolismo (degradación con liberación de energía).
Puntos clave
- La célula eucariota posee orgánulos membranosos; la procariota está limitada por el nucleoide y los ribosomas.
- El transporte a través de la membrana puede ser pasivo (difusión, ósmosis) y activo (bomba de Na⁺/K⁺, endo y exocitosis).
- La mitosis da lugar a células hijas idénticas; la meiosis genera células germinales haploides y variabilidad genética combinatoria.
- El ADN se compacta a través de nucleosomas, solenoides, bucles y cromosomas.
- La replicación es semiconservativa y antiparalela; la síntesis siempre se produce en dirección 5′→3′.
- En las células eucariotas, el ARNm experimenta capping, poliadenilación y splicing antes de salir al citoplasma.
- El código genético es en tripletes, universal, degenerado y unívoco.
- El metabolismo integra procesos anabólicos y catabólicos, garantizando el balance energético de la célula.