La biología celular es el estudio de la estructura, función y comportamiento de las células. Todos los organismos vivos están compuestos por células, que pueden dividirse ampliamente en procariotas (bacterias y arqueas) y eucariotas (protistas, hongos, plantas y animales).

Estructura de la Célula Procariota

El nucleoide es una región dentro del citoplasma que contiene un cromosoma circular único (dsDNA) superenrollado por topoisomerasas; a diferencia de los eucariotas, no hay membrana nuclear. Los ribosomas son 70S (subunidades 50S + 30S) compuestos de ARNr y proteínas, responsables de la síntesis proteica, y su tamaño 70S los distingue de los ribosomas eucariotas 80S. La membrana citoplasmática es una bicapa de fosfolípidos con proteínas integradas que funciona como barrera de permeabilidad selectiva, sitio de transporte de electrones y síntesis de ATP (fosforilación oxidativa) y aparato de secreción. La pared celular es una capa de peptidoglicano (Gram-positiva o Gram-negativa) que mantiene la forma celular y resiste la presión osmótica. Los flagelos proporcionan motilidad mediante un motor rotatorio, mientras que los pili (fimbrias) median la adhesión a superficies y otras células.

Estructura de la Célula Eucariota

La membrana plasmática es una bicapa de fosfolípidos con colesterol (ausente en procariotas) que contiene proteínas integradas para transporte, señalización y reconocimiento célula-célula; el modelo de mosaico fluido describe su naturaleza dinámica. El núcleo está encerrado por una doble membrana nuclear (envoltura) con poros nucleares que regulan el tráfico molecular y contiene cromatina (ADN + histonas), el nucléolo (síntesis de ARNr) y nucleoplasma.

Sistema Endomembranoso

El retículo endoplasmático existe en dos formas: RE rugoso (con ribosomas) para síntesis y plegamiento de proteínas, y RE liso para síntesis de lípidos, metabolismo de carbohidratos y almacenamiento de calcio. El aparato de Golgi es una pila de cisternas aplanadas que modifica, clasifica y empaqueta proteínas para secreción (constitutiva o regulada) o entrega a otros orgánulos. Los lisosomas son vesículas limitadas por membrana que contienen enzimas hidrolíticas (hidrolasas ácidas, pH óptimo ~5) para la degradación de macromoléculas, patógenos y orgánulos dañados mediante autofagia.

Orgánulos Productores de Energía

Las mitocondrias son orgánulos de doble membrana con la membrana interna plegada en crestas; son el sitio de la fosforilación oxidativa, generando ATP mediante la cadena de transporte de electrones y el acoplamiento quimiosmótico. Contienen su propio ADN circular (ADNmt) y ribosomas 70S, evidencia de su origen endosimbiótico. Los cloroplastos (en algas y plantas) son también orgánulos de doble membrana con pilas de tilacoides (grana) para la fotosíntesis y contienen su propio ADN y ribosomas.

Citoesqueleto

Los microfilamentos (actina) tienen 7 nm de diámetro, implicados en el movimiento celular, citocinesis y mantenimiento de la forma celular, polimerizando a partir de monómeros de ATP-actina. Los microtúbulos son tubos huecos de 25 nm de diámetro compuestos por dímeros de α/β-tubulina que forman el huso mitótico, cilios y flagelos (disposición 9+2), y sirven como pistas para el transporte intracelular mediante motores de kinesina y dineína. Los filamentos intermedios tienen 10 nm de diámetro y comprenden diversas proteínas (queratina, vimentina, lamina) que proporcionan resistencia mecánica y soporte estructural nuclear.

División Celular

La mitosis es la división nuclear que produce dos células hijas genéticamente idénticas (profase, metafase, anafase, telofase) y se utiliza para el crecimiento y la reparación de tejidos. La meiosis implica dos rondas de división (meiosis I y II) que producen cuatro gametos haploides no idénticos con variación genética del entrecruzamiento y la distribución independiente. La citocinesis es la división del citoplasma, realizada por un anillo contráctil de actina-miosina en células animales o un tabique celular en células vegetales.