viernes, 29 de enero de 2010

La membrana, estructura celular universal

Si hay una estructura que se ha mantenido básicamente constante a lo largo de la evolución de los seres vivos, indicando la importancia que tiene para su supervivencia, es la membrana plasmática. Su composición básica, su estructura y las funciones que desempeña en los organismos son, fundamentalmente, las mismas en todos los seres vivos, incluso en los que más se diferencian entre sí.

Las membranas biológicas actúan como límite de todas las células vivas. Además, constituyen también el límite de los orgánulos de los eucariotas. Pero, además de servir para delimitar la célula, las membranas desempeñan papeles fundamentales en su funcionamiento:
  • Actúan como barrera que condiciona el intercambio de sustancias entre la célula y su entorno. Pero se trata de una barrera de permeabilidad selectiva, es decir, que permite el paso de ciertas sustancias impidiendo al mismo tiempo el de otras, en función de las necesidades de la célula en cada momento.
  • Participa en los procesos de división celular, contribuyendo a la partición del citoplasma. En las bacterias, además, parece jugar un cirto papel también en la división del material genético.
  • Contribuye a la producción de energía química aprovechable por la célula, acoplando la creación de gradientes químicos a la síntesis de ATP. En estos procesos se aprovecha, precisamente, la selectividad de la membrana ante el paso de sustancias química.
  • Forman parte de los sistemas de transferencia de información: la membrana es la estructura que recibe los "mensajes químicos" o los estímulos eléctricos procedentes de otras células del organismo o del exterior.
  • Intervienen en los procesos de identificación intercelular, en particular en los organismos pluricelulares. La membrana, como superficie externa de la célula que es, incorpora elementos que permiten que las células del sistema inmunitario identifique a la célula como propia o como extraña.
  • Permiten la creación de ambientes químicamente diferenciados en el interior de la célula, compartimentalizando sus funciones, lo que permite una mayor complejidad en el funcionamiento de la célula.
Composición de las membranas biológicas

 Todas las membranas biológicas comparten, a grandes rasgos, la misma composión: aproximadamente las dos terceras partes de sus moléculas son lípidos, mientras que el tercio restante son proteínas. Los lípidos más abundantes en la membrana son de naturaleza anfipática, en particular fosfatidilglicéridos. En cuanto a las proteínas de membrana, incluyen tanto holoproteínas como gluco y lipoproteínas.

Los lípidos más abundantes en las membranas biológicas son los fosfatidilglicéridos, formados por una molécula de glicerol a la que están unidos dos ácidos grasos y un grupo polar (fosfato unido a otra molécula también polar), lo que les proporciona una naturaleza anfipática: una parte de la molécula (la cabeza formada por el glicerol, el fosfato y la otra molécula polar) es hidrófila, bien soluble en agua, mientras que la otra zona, la constituida por los ácidos grasos (cuyos enlaces son apolares) es hidrófoba, insoluble en agua. En el siguiente enlace puedes ver un modelo tridimensional de una molécula de fosfatidilcolina, uno de estos compuestos.

Los glucolípidos, en particular los esfingolípidos, también son compuestos habituales de las membranas, aunque en menor proporción. Por último, los esteroles (fundamentalmente el colesterol) juegan un papel importante en las membranas de las células animales.

Las proteínas realizan funciones diferentes en la membrana. Según su grado de integración en ella se distinguen proteínas periféricas, unidas débilmente a una de las superficies de la membrana, especialmente a la cara interna, o integrales, claramente insertadas en la membrana. Entre estas también se puede distinguir entre las proteínas que se encuentran en una de las caras (las de la cara interna son diferentes a las de la cara externa, en la que son bastante abundantes las glucoproteínas) y las transmembrana que, como su nombre indica, la atraviesan por completo.


Estructura de la membrana

Los lípidos de la membrana se disponen en ella formando una lámina cuya estructura recuerda a la de un panel de madera contrachapada: la zona central está ocupada por las partes hidrofóbicas de las moléculas, (las cadenas de ácidos grasos) que se mantienen próximas entre sí tanto gracias a las interacciones hidrofóbicas de atracción que se establecen entre ellas comoa la repulsión que ejercen las moléculas hidrófilas de su entorno. En cuanto a las zonas hidrófilas, forman  las dos superficies  externas de la lámina, que se mantienen próximas al entorno acuoso. Las proteínas se incluyen en esta estructura básica, bien adhiriéndose a una de las caras de la membrana (proteínas periféricas), bien integrándose profundamente en ella. En algunos casos, incluso, llegan a atravesar la membrana en su totalidad (proteínas transmembrana).

La primera consecuencia de esta disposición es que la membrana se comporta como una estructura estable en entornos acuosos, gracias a que sus superficies de contacto tienen naturaleza hidrófila. Pero, por otra parte, su zona central hidrófoba impide el paso de sustancias polares a su través, por lo que la membrana en su conjunto se hace impermeable al agua y a las sustancias de naturaleza similar. De este modo, las estructuras rodeadas por membrana se mantienen aisladas de su entorno, sin que (en principio) puedan producirse intercambios de sustancias entre el interior y el exterior de tales estructuras.

El modelo quese utiliza para describir la estructura de las membranas biológicas recibe el nombre de modelo de "mosaico fluido", haciendo referencia a dos de las características más determinantes de la membrana:
  • La membrana es un mosaico porque su composición no es homogénea en toda su superficie. Esto significa que ni los lípidos ni las proteinas que forman parte de la membrana se encuentran distribuidos en ella de un modo aleatorio, sino que algunos componentes son más abundantes en ciertas zonas, mientras que pueden incluso llegar a faltar en otras. Esta heterogeneidad en la distribución de los componentes celulares tiene importantes consecuencias en el funcionamiento de la membrana. En particular, las proteínas de membrana se distribuyen específicamente en las zonas de la misma en las que van a resultar útiles para la célula.
  • La membrana se encuentra en un estado que prácticamente podríamos considerar como fluido, lo que permite que sus componentes se desplacen lateralmente a lo largo de toda su extensión. De este modo, es posible que una molécula integrada en la membrana se desplace a lo largo de la misma de un punto a otro. Una visión más detallada del funcionamiento de las membranas celulares ha llevado a proponer el modelo de "balsas de membrana", según el cual hay zonas más rígidas, que actúan como "balsas" flotando en un entorno más fluido. En tales balsas suelen mantenerse fijadas ciertas proteínas que la célula necesita mantener siempre en la misma posición. En las células animales, la molécula que se ocupa de mantener cohesionadas las balsas y de forzar a que se comporten de un modo rígido es el colesterol.



Permeabilidad de membrana

La estructura de las membranas biológicas hace que éstas no sean estrictamente impermeables, sino que permitan el paso de ciertas sustancias, mientras que impiden completamente el de otras, en función de sus características químicas:
  • Los gases, las moléculas hidrófobas y las moléculas hidrófilas de pequeño tamaño (como el agua o el etanol) pueden difundirse a través de la membrana.
  • Las moléculas cargadas (como los iones) o las moléculas hidrófilas de tamaño mediano o grande (monosacáridos, aminoácidos...) no pueden atravesar la membrana.
En todo caso, el paso de sustancias a través de la membrana cumple estrictamente las leyes químicas: se produce en ambos sentidos, y el flujo neto de moléculas va desde la zona donde la concentración es mayor a donde es menor (a favor del gradiente de concentración).

Sin embargo, el hecho de que no todas las sustancias puedan atravesar la membrana libremente hace que puedan existir diferencias de concentración de esas moléculas a ambos lados de la membrana que no pueden ser eliminadas por entrada o salida de los solutos. Este desequilibrio se resuelve gracias a que el agua sí que puede difundirse a través de la membrana, por lo que, cuando una sustancia no atraviesa la membrana, el agua tiende a compensar la diferencia de concentración de dicho compuesto pasando desde la zona donde la concentración de esa sustancia es menor hacia la zona en la que es mayor (o, lo que es lo mismo, desde donde la disolución tiene más agua a la zona donde hay menos agua).

Debido a esto se producen en las células diferentes fenómenos osmóticos, según la diferencia de concentración de sustancias que no se difunden a ambos lados de la membrana:
  • Cuando el medio es hipotónico (es decir, la concentración de solutos que no pueden atravesar la membrana es menor en el exterior de la célula que en su interior) el agua tiende a igualar esa diferencia de concentración, introduciéndose en la célula para diluir el contenido de la misma.
    • En las células animales este proceso termina con la "explosión" de la célula, debido al aumento de la presión osmótica en su interior.
    • En las células vegetales, la presencia de la pared celular impide que la célula reviente, pero en todo caso su citoplasma se hincha y presiona sobre la pared, dando lugar a la "turgencia celular"

  • Cuando el medio extracelular es hipertónico (está más concentrado que el citoplasma) el proceso es exactamente el inverso: el agua tiende a salir de la célula, para igualar las concentraciones de sustancias no difusibles a ambos lados de la membrana. Tanto en las células animales como en las vegetales, la pérdida de agua hace que el citoplasma se "arrugue", llegando a sufrir "plasmolisis", es decir, rotura celular.


  •  Si el medio es isotónico, es decir, si la concentración de solutos es igual en el interior que en el exterior de la célula, no se detiene el paso de sustancias a través de la membrana, sino que entra el mismo número de moléculas que sale. La célula está en equilibrio osmótico global con su entorno, lo que no significa que no siga intercambiando sustancias con él.

El transporte a través de la membrana y el funcionamiento de la célula

El transporte de sustancias a través de la membrana celular tiene cuatro objetivos primordiales: proporcionar nutrientes a la célula, permitir el intercambio de gases con su entorno, la excreción de los residuos del metabolismo y el mantenimiento del pH y de la concentración salina intracelular. Para conseguir esto es necesario que la membrana permita el paso a su través de ciertas sustancias que, debido a su naturaleza química, no podrían atravesarla. El mecanismo a través del cual la célula consigue que dichas sustancias entren o salgan de la célula es mediante la presencia en la membrana de transportadores específicos, ciertos tipos de proteínas que permiten el paso a través de la membrana de moléculas que, por sus características químicas, no pueden atravesarla por difusión.


Los transportadores de membrana funcionan, en todo caso, de acuerdo con los principios químicos fundamentales: son bidireccionales (permiten el paso tanto en un sentido como en otro) y las moléculas los atraviesan siguiendo la dirección del gradiente de concentración, es decir, desde la zona en la que están más concentrados a la de menor concentración.

La combinación entre la naturaleza semipermeable de la membrana (que permite el paso de ciertas sustancias, pero no de otras) y la presencia en ella de transportadores específicos da lugar a una característica fundamental de las membranas biológicas: su permeabilidad selectiva. Es decir, las membranas biológicas permiten el paso a su través de aquellas sustancias que la célula debe dejar pasar para que su funcionamiento sea correcto, impidiendo la entrada o la salida de otras. Esta selectividad no es, sin embargo, perfecta, lo que explica que ciertos tóxicos puedan atravesar la membrana, llegando a dañar la célula.

Un caso particular de este tipo de transportadores son los canales iónicos, que permiten el paso de este tipo de especies químicas. Aunque algunos canales iónicos están permanentemente abiertos, la mayoría se abren o se cierran como respuesta a ciertos estímulos, como la presencia de una sustancia química (canales dependientes de ligando) o la existencia de una diferencia de potencial entre ambos lados de la membrana (canales dependientes de voltaje).

Gradientes quimiosmóticos

El carácter semipermeable de las membranas provoca que las sustancias que no pueden atravesar la membrana mediante difusión se encuentren a diferentes concentraciones a ambos lados de la misma, generando lo que se denomina un gradiente quimiosmótico (diferencia de concentración de una sustancia a través de la membrana). En cierto sentido, los gradientes químicos actúan como una "fuente de energía" química: la tendencia al equilibrio de los sistemas químicos trata de forzar el paso de las moléculas para anular el gradiente. Si ese paso es posible, el proceso se puede acoplar a otro, que necesite energía, de modo que ambos ocurren simultáneamente.

Existen varios tipos de procesos que pueden acoplarse a los gradientes quimiosmóticos. Entre ellos se cuentan:
  • El transporte de otras sustancias en contra de su propio gradiente de concentración.
  • La producción de otras formas de energía química. En concreto, la compensación de un gradiente quimiosmótico de protones es utilizada por la célula para sintetizar ATP en los procesos de fosforilación oxidativa (respiración celular) y fotofosforilación (fotosíntesis).
Transporte de sustancias en contra de gradiente

En bastantes ocasiones, el funcionamiento de la célula requiere mantener concentraciones diferentes de ciertas sustancias a ambos lados de la membrana celular. Esto es, evidentemente, opuesto a la tendencia espontánea del sistema, por lo que su mantenimiento necesita un aporte de alguna forma de energía. Una de las posibilidades que tiene la célula para llevar a cabo este proceso es acoplar el transporte contra gradiente de una sustancia al transporte simultáneo de otra sustancia a favor de gradiente de concentración. Si las dos sustancias (la que se mueve a favor de gradiente y la que lo hace en contra de gradiente) atraviesan la membrana en la misma dirección el mecanismo recibe el nombre de simporte, mientras que si lo hacen en direcciones opuestas se denomina antiporte.

Simporte:

Antiporte:
Por último, las células también pueden utilizar otra fuente de energía química, en general la hidrólisis de ATP, para bombear moléculas en contra de gradiente de concentración. En ese caso se dice que se produce un transporte activo.

miércoles, 20 de enero de 2010

Estructura celular: células procariotas

Existen dos grandes tipos de organización celular, que se diferencian significativamente entre sí. Las diferencias más importantes se recogen en la siguiente tabla:

Procariotas
Eucariotas
Genóforo
Nucleoplasma

Un solo cromosoma

Varios cromosomas

ADN de cadena doble, circular y cerrado covalentemente

ADN de cadena doble, lineal y terminado en telómeros

No existe membrana nuclear

Existe membrana nuclear
ADN no asociado a histonas
ADN asociado a histonas
Replicación del material
genético
: no ocurre mediante mitosis
Replicación del material
genético
: ocurre mediante mitosis
Organización del citoplasma
Organización del citoplasma
No tienen orgánulos formados o rodeados por membrana
Con orgánulos formados o rodeados por membrana
No tienen citoesqueleto ni corrientes citoplasmáticas
Poseen citoesqueleto y corrientes citoplasmáticas
Ribosomas 70 S
Ribosomas 80 S (y 70 S en algunos orgánulos)

Células procariotas

La organización más simple, y evolutivamente más antigua, es la de las células procariotas. Este tipo celular se encuentra presente exclusivamente en el Reino Moneras, y los organismos que las presentan son siempre unicelulares. En general presentan un tamaño bastante reducido, entre uno y unos pocos micrómetros, lo que las hace comparables a algunos orgánulos presentes en las células eucariotas.

Aunque estructuralmente estas células son bastante sencillas, existe una gran variabilidad entre ellas, de modo que algunas estructuras son comunes a todas, mientras que otras solo aparecen en ciertos grupos. En el listado que aparece a continuación, las estructuras indicadas en cursiva solo están presentes en algunos tipos bacterianos, mientras que las marcadas con letra negrita están siempre presentes. Las estructuras se ordenan desde el medio externo hacia el interior de la célula:
  • Cápsula o capa mucilaginosa, capa S paracristalina o vaina: son estructuras de protección, generalmente formadas por glucoproteínas. Son frecuentes en bacterias patógenas.
  • Botones de anclaje: permiten a las bacterias que los presentan adherirse al sustrato.
  • Pared celular: en realidad está presente en todos los grupos de bacterias, excepto en los Micoplasmas.
  • Protoplasto, que a su vez se compone de:
    • Membrana plasmática, en la que pueden presentarse (o no) invaginaciones.
    • Citoplasma, en el que se incluye
      • Genóforo, el material genético, formado por una sola molécula que recibe el nombre de cromosoma bacteriano.
        • En algunas estirpes bacterianas aparece material genético suplementario en forma de moléculas de ADN circulares, de tamaño mucho menor que el cromosoma bacteriano, llamadas plásmidos.
      • Ribosomas, con un coeficiente de sedimentación 70S
      • Inclusiones, depósitos de materiales de reserva que se acumulan en forma de gránulos cristalinos
      • Orgánulos no rodeados por membrana, que realizan funciones específicas.
      • Flagelos, que hacen posible el movimiento de la bacteria
      • Fimbrias o pelos, que pueden tener diferentes funciones.

La pared celular es la principal cubierta de protección de prácticamente todas las bacterias, con la única excepción de los Micoplasmas. Se trata de una estructura gruesa y resistente, que se encuentra hacia el exterior de la membrana plasmática, y que proporciona resistencia mecánica a la célula. Existen dos tipos de paredes, que a su vez dan lugar a dos grandes tipos de bacterias, que se comportan de modo distinto ante los antibióticos. La diferencia en composición y estructura de ambos tipos de pared se manifiesta en su comportamiento frente a una técnica de tinción muy utilizada en Microbiología, la tinción de Gram. Algunos grupos de bacterias no se tieñen cuando se utiliza este colorante, que se fija específicamente a la pared bacteriana, por lo que reciben el nombre de bacterias gram negativas, mientras que la pared de otras bacterias sí retiene el colorante, por lo que reciben el nombre de bacterias gram positivas. Ambos tipos tienen un componente común, el peptidoglucano. Se trata de un polímero complejo, formado por dos derivados de monosacáridos, la N-acetilglucosamina y el ácido N-acetilmurámico. Este compuesto está unido a un tetrapéptido en el que aparecen aminoácidos raros (como la D-alanina), llamado ácido teicoico, y los pentapéptidos se unen entre sí mediante otros péptidos. El conjunto forma un entramado tridimensional.

 
Las bacterias gram positivas tienen una pared sencilla, formada por varias capas superpuestas de peptidoglucano al que se unen moléculas de ácidos teicoicos. Por su parte, la pared celular de las gram negativas es más compleja: hacia el exterior de la membrana plasmática aparece un espacio, llamado espacio  periplásmico, rodeado de una fina capa de peptidoglucano. Por fuera del peptidoglucano aparece otra, capa la membrana externa, que tiene la misma estructura que la membrana plasmática, incluyendo la presencia de proteínas que actúan como transportadores (porinas). Algunas especies poseen también una capa proteica que rodea la membrana externa, y que recibe el nombre de capa S.


La membrana plasmática de las células procariotas tiene las mismas características que la de las eucariotas, por lo que las analizaremos conjuntamente.

El citoplasma bacteriano carece casi por completo de estructuras diferenciadas. Aparecen algunos gránulos que corresponden a acúmulos de sustancias de reserva y ribosomas, que se diferencian de los eucariotas en su coefiente de sedimentación (característica relacionada tanto con su tamaño como con su forma), pero que son similares a los que aparecen en el interior de algunos orgánulos (mitocondrias y plastos): tanto los bacterianos como los de dichos orgánulos tienen un coeficiente de sedimentación de 70S, y están formados por dos subunidades cuyos coeficientes de sedimentación son 50S y 30S, mientras que los ribosomas citoplasmáticos de los eucariotas tienen un coeficiente de sedimentación 80S, siendo sus subunidades de 60S y 40S.

El material genético bacteriano no forma un auténtico núcleo, aunque está en una zona del citoplasma más o menos diferenciada, razón por la cual recibe el nombre de nucleoide. En algunas imágenes parece estar relacionado con la membrana plasmática a través de una estructura denominada mesosoma.


En cuanto a su organización, el genoma bacteriano está formado por una única molécula de ADN de doble cadena, con la estructura típica propuesta por Watson y Crick. Dicha molécula se cierra sobre sí misma, de modo que no tiene extremos, sino que forma un círculo. La molécula está superenrollada, lo que significa que la doble hélice da varias vueltas sobre sí misma antes de cerrarse. Parece ser que la razón para que el material genético esté superenrollado es básicamente compactarlo, por lo que es necesario eliminar esta situación cuando debe ser leído (expresión génica o replicación). El superenrollamiento y la relajación de la molécula de ADN se producen por la acción de un tipo particular de enzimas, las topoisomerasas.

En muchos casos, además del cromosoma bacteriano pueden aparecer moléculas de ADN suplementarias, mucho más pequeñas que el genóforo principal,  también cerradas sobre sí mismas, que reciben el nombre de plásmidos. Los plásmidos son material genético accesorio,  que en principio no son imprescindibles para la supervivencia de la bacteria, hasta el punto de que pueden aparecer en algunas bacterias pero no en otras de la misma especie.  Sin embargo, eso no significa que no tengan importancia: muchos plásmidos incluyen genes que proporcionan a las bacterias que los presentan características ventajosas, como la resistencia a antibióticos.
Los plásmidos son transmisibles: algunas bacterias tienen capacidad para transferirlos a otras, en un proceso denominado conjugación, en el que la segunda bacteria adquiere las características de la primera, mientras que ésta las mantiene.



Además, los plásmidos pueden recombinarse entre sí, reuniendo los genes en una misma molécula. En estos procesos intervienen enzimas bacterianas capaces de cortar el ADN en secuencias específicas complementarias entre sí, y de unir los fragmentos resultantes de ese corte, llamadas restrictasas (las que cortan) y ligasa (la que une los fragmentos). El descubrimiento de estas características y de las enzimas responsables de este proceso supuso el inicio de la ingeniería genética, porque abrió la puerta a la introducción de genes extraños en estos organismos.

lunes, 18 de enero de 2010

Aproximación al estudio de la célula

Uno de las teorías fundamentales de la Biología es la Teoría Celular, cuya formulación ha requerido un proceso largo y paulatino, desde la observación de las primeras células por Leeuwenhoek en el siglo XVII hasta su generalización con el descubrimiento, por parte de Ramón y Cajal, de que las neuronas son también células individualizadas.

En su formulación actual, la Teoría Celular explica la estructura de todos los seres vivos, desde los más simples a los más complejos, a la vez que establece un nexo evolutivo entre todos los organismos que han existido a lo largo de la historia de la Tierra.

Los postulados actuales de la Teoría Celular son los siguientes:
  • Todos los seres vivos están formados por células.
  • La célula es la unidad de estructura y función de los seres vivos. Esto significa, por una parte, que la célula es la parte más pequeña común a todos los seres vivos (estructura básica), y que además es capaz de realizar por sí misma todas las funciones que caracterizan el funcionamiento de los organismos.
  • La célula es también la unidad de reproducción de los organismos, ya que es el elemento más pequeño con capacidad de reproducirse por sí mismo.
  • Todas las células proceden de otra, similar a ellas desde el punto de vista genético, estructural y funcional. La única excepción que existe a este postulado es, evidentemente, la primera célula que apareció, que se formó a partir de una estructura más sencilla.
  • La célula es también la unidad de vida independiente más sencilla, ya que existen muchos organismos formados por una única célula.
 Todas las células que existen presentan ciertas características comunes, que las relacionan evolutivamente entre sí:
  • Una membrana, que separa la célula del medio externo, seleccionando las sustancias químicas que entran y salen de la célula.
  • El citoplasma, el medio interno de la célula, que incluye todos los componentes y elementos necesarios para el funcionamiento celular.
  • La información genética, imprescindible para controlar la actividad celular, y que se encuentra siempre almacenada en una o varias moléculas de ADN.

A pesar de estas características comunes, existen grandes diferencias entre unos tipos celulares y otros. Básicamente, pueden distinguirse dos niveles de organización diferentes: las células procariotas son las más sencillas, y se encuentran exlcusivamente en los organismos del Reino Moneras. Se caracterizan porque su citoplasma no está dividido en compartimentos, ni tienen orgánulos formados por estructuras membranosas. Su material genético es simple y reducido, ya que se limita a una única molécula de ADN no asociada a histonas y que se cierra sobre sí misma formando un anillo.



El otro nivel de complejidad es el que caracteriza a las células eucariotas, que se presentan en el resto de los organismos. Aunque existen varios tipos de células eucariotas todas ellas tienen características comunes: tienen el citoplasma dividido en diferentes compartimentos separados entre sí por membrana, presentan también orgánulos especializados formados por membranas y su material genético es complejo, incluyendo siempre varias moléculas diferentes, llamadas cromosomas, en las que el ADN no se cierra sobre sí mismo y está asociado a histonas.



Métodos de estudio de la célula

El reducido tamaño de las células ha hecho difícil su estudio durante mucho tiempo. En la actualidad, gracias al avance tecnológico, se dispone de una gran variedad de métodos que permiten conocer tanto su composición como su estructura, e incluso el estudio de sus funciones in vivo. Un posible esquema de este tipo de estudios sería el siguiente:
  • Métodos analíticos: pretenden el estudio de las partes de la célula, para lo cual es necesario fraccionarla y separar los distintos elementos que resultan de ese fraccionamiento. La rotura de las células se hace mediante sonicación (aplicación de ultrasonidos), digestión con detergentes u homogenización (rotura mecánica). Los componentes celulares liberados en este proceso se separan mediante centrifugación diferencial, técnica que se basa en que las partículas subcelulares tienen diferente densidad. Si se hace girar estos componentes en un medio con un gradiente de densidad (menor en la parte superior del tubo, mayor en la inferior) a grandes velocidades se consigue que los elementos con diferentes densidades se depositen en distintas partes del tubo, separándolos entre sí.


  • Técnicas bioquímicas: una vez separados los componentes celulares permiten el estudio de las diferentes sustancias presentes en la célula. Para ello, en primer lugar se utilizan técnicas que separan los grandes grupos de compuestos en función de sus características generales, y después otras que permiten separar sustancias similares entre sí, por ejemplo la electroforesis, que se utiliza para separar sobre todo proteínas según su punto isoeléctrico, o la cromatografía en columna, que permite separar moléculas por su tamaño (filtración en gel) o por su afinidad por determinados sustratos (lo que, por ejemplo, permite separar una enzima uniéndola a su sustrato). Puedes ver el funcionamiento de algunas de esas técnicas en las siguientes animaciones:
  • La autorradiografía permite seguir ciertas moléculas durante su "ciclo de vida" en el interior de la célula. Consiste, básicamente, en marcar la molécula cuyo destino nos interesa seguir uniéndole un isótopo radiactivo, cultivar las células con la molécula marcada y detectar la radiación a intervalos regulares de tiempo.



  • Técnicas de microscopía: La microscopía resulta particularmente útil para el estudio de la estructura celular, ya que en algunos casos permite visualizar los diferentes elementos que forman parte de la célula. Básicamente, existen dos grandes tipos de técnicas microscópicas: la microscopía óptica consigue una imagen aumentada utilizando luz visible, mientras que la microscopía electrónica proporciona una imagen aumentada utilizando electrones como "fuente de iluminación", aprovechando su menor longitud de onda. Los parámetros importantes en la microscopía son el aumento, que se define como la proporción entre el tamaño aparente de la imagen y el tamaño real de la muestra, y el poder de resolución, que es la capacidad del microscopio para formar imágenes diferentes de dos puntos cercanos. El poder de resolución depende de la apertura de la lente, una característica que mide la capacidad de la lente de recoger la luz, del índice de refracción del medio y de la longitud de onda de la radiación utilizada para formar la imagen.
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      • La microscopía óptica consiste en hacer pasar la luz a través de la muestra que se desea observar y de dos lentes convergentes, que aumentan el tamaño aparente de la imagen. Además, se utilizan como complementos necesarios en el proceso una fuente de luz y un condensador, que concentra la luz sobre la muestra. En general, las muestras biológicas son prácticamente transparentes, por lo que apenas se observan en el microscopio. Suele ser necesario teñir las células utilizando diferentes sustancias, lo que, en general, supone matar la célula. Existen diferentes técnicas de microscopía óptica (campo claro, campo oscuro, contraste de fases...) que permiten observar características diferentes de la muestra. Algunas de estas técnicas permiten, incluso, la visualización de células vivas.
      • La microscopía electrónica se basa en que los electrones, como todas las partículas, se comportan en ocasiones como ondas. La longitud de esta radiación es mucho menor que la de la luz visible, lo que permite conseguir un poder de resolución mucho mayor que el que se logra con la microscopía óptica. El proceso consiste en hacer incidir sobre la muestra un haz de electrones focalizado mediante un electroiman, y recogerlos después en un sensor (una pantalla sensible o una placa fotográfica). Según el camino que sigan los electrones se distinguen dos tipos de microscopía electrónica:
        • En la microscopía electrónica de transmisión (TEM) el haz de electrones atraviesa un corte fino de la muestra. Las zonas más densas impiden el paso de los electrones, por lo que dejan una zona oscura o negra en la imagen. Posee el mayor poder de resolución de todas las técnicas de microscopía.
        • En la microscopía electrónica de barrido (SEM), en cambio, se recubre una muestra sin cortar con una fina capa metálica, que impide el paso de los electrones, haciéndolos rebotar. Los electrones reflejados son recogidos por el sensor, de forma que éste da una imagen aproximada del relieve de la muestra.
    • Cultivo celular: el estudio de la fisiología de la célula suele hacer necesario que ésta se mantenga viva, y al alcance del investigador. El mantenimiento de células en un medio artificial y controlado del que obtienen nutrientes se denomina cultivo celular. El cultivo de células procariotas o fúngicas es sencillo, hasta el punto de que se consigue hacerlo en grandes tanques de miles de litros llamados fermentadores, porque los requisitos de este tipo de organismos unicelulares también son sencillos. Los cultivos de células procedentes de organismos pluricelulares, en particular de animales, resultan más complicados, y requieren condiciones de esterilidad y un control riguroso del medio que se proporciona a las células.