Componentes extracelulares

La membrana plasmática se considera a menudo como el límite de la célula viva, pero la mayoría de las células sintetizan y secretan materiales de una clase o de otra que son exteriores a la membrana plasmática. Aunque se encuentran fuera de la célula, el estudio de estas estructuras extracelulares es esencial para la biología porque participan en muchas funciones celulares.

La pared celular de las plantas

La pared celular es una estructura extracelular de las células vegetales que las diferencia de las células animales. Ésta protege a la célula vegetal, mantiene su forma e impide la excesiva captación de agua. A nivel de la planta entera, las fuertes paredes de células especializadas sostienen a la planta contra la fuerza de la gravedad. Los procariontes, los hongos y algunos protistas tienen también paredes celulares.

Las paredes celulares de las plantas son mucho más gruesas que la membrana plasmática, con un rango que se extiende desde 0,1 um hasta varios micrómetros. La composición química exacta de la pared varía de una especie a la otra, e incluso de un tipo de célula a otro dentro de la misma planta, pero el diseño básico de la planta es uniforme. Las microfibrillas constituidas por el polisacárido celulosa están embebidas en una matriz de otros polisacáridos y proteínas. Esta combinación de materiales, fibras resistentes en una “sustancia basal” (matriz), es el mismo diseño básico arquitectónico que se encuentra en el hormigón reforzado por acero (hormigón armado) y en la fibra de vidrio.

Una célula vegetal joven secreta en primer lugar una pared delgada y flexible denominada pared celular primaria. Entre las paredes primarias de células adyacentes se encuentra la lámina media, una delgada capa rica en polisacáridos adherentes llamados pectinas. La lámina media pega entre sí a las células adyacentes (la pectina se utiliza como espesantes en mermeladas y gelatinas). Cuando la célula madura y detiene su crecimiento, fortalece su pared.

Algunas células vegetales realizan esto simplemente secretando sustancias endurecedoras dentro de la pared primaria. Otras células añaden una pared celular secundaria entre la membrana plasmática y la pared primaria. La pared secundaria, frecuentemente depositada en varias capas laminadas, tiene una matriz fuerte y duradera que proporciona la protección y el sostén de la célula. La madera, por ejemplo, se compone sobre todo de paredes secundarias. Las paredes celulares de las plantas están generalmente perforadas por canales entre las células adyacentes que se denominan plasmodesmas.

La matriz extracelular (MEC) de las células animales

Aunque las células animales carecen de paredes semejantes a las de las células vegetales, tienen una elaborada matriz extracelular (MEC). Los principales ingredientes de la MEC son glucoproteínas secretadas por las células (las glucoproteínas son proteínas unidos por enlaces covalentes a hidratos de carbono, generalmente de cadenas cortas). La más abundante de las glucoproteínas en la MEC de mayoría de las células animales es el colágeno, que forma fibras fuertes fuera de las células.

De hecho, el colágeno constituye cerca de la mitad del total de proteínas del cuerpo humano. Las fibras de colágeno están embebidas en una trama reticulada de proteoglucanos, que son otro tipo de glucoproteínas. Una molécula de proteoglucano se compone de un pequeño núcleo central de proteína con muchas cadenas de hidratos de carboni unidas por enlaces covalentes, de manera que puede tener hasta un 95% de hidratos de carbono. Grandes complejos de proteoglucanos pueden formarse cuando cientos de proteoglucanos se unen por enlaces no covalentes a una única y larga molécula de polisacárido.

Algunas células están adheridas a la MEC por otras glucoproteínas de la MEC, entre ellas, la fibronectina. La fibronectina y otras proteínas de la MEC se unen a proteínas receptoras de la superficie de la célula, llamadas integrinas, que están incorporadas a la membrana celular. Las integrinas atraviesan la membrana y por su cara citoplasmática se unen a proteínas asociadas adheridas a los microfilamentos del citoesqueleto. El nombre integrina se basa en la palabra integrar: las integrinas se encuentran en una posición donde pueden transmitir los cambios entre la MEC y el citoesqueleto y, por esa razón, integran las modificaciones que se producen dentro y fuera de la célula.

Las investigaciones actuales sobre la fibronectina, otras moléculas de la MEC y las integrinas han revelado el papel importante de la matriz extracelular en la vida de las células. Al comunicarse con una célula mediante las integrinas, la MEC puede regular el comportamiento de una célula. Por ejemplo, ciertas células en un embrión en desarrollo migran a lo largo de vías específicas, ajustando la orientación de sus microfilamentos a la “textura” de las fibras de la matriz extracelular. Los investigadores también están descubriendo que la matriz extracelular alrededor de una célula puede influir en la actividad de los genes en el núcleo.

La información acerca de la MEC llega hasta el núcleo por una combinación de vías de señalización mecánicas y químicas. Las señales mecánicas implican a la fibronectina, las integrinas y los microfilamentos del citoesqueleto. Los cambios en el citoesqueleto pueden, a su vez, desencadenar señales químicas dentro de la célula, que producen cambios en el conjunto de proteínas que fabrica la célula y, en consecuencia, cambios en la función de la célula. De esta manera, la matriz extracelular de un tejido particular puede contribuir a coordinar el comportamiento de todas las células de este tejido. Las conexiones directas entre las células también participan en esta coordinación.

Uniones intercelulares

Las células de un animal o una planta están organizadas en tejidos, órganos y sistemas orgánicos. Las células vecinas con frecuencia se adhieren, interactúan y se comunican a través de regiones especiales de contacto físico directo.

Plantas: plasmodesmas

Parecería que las paredes no vivientes de las células de las plantas aíslan a las células unas de otras. Pero, en realidad, las paredes de las células vegetales están perforadas por canales denominados plasmodesmas. El citosol pasa a través de los plasmodesmas y comunica los ambientes químicos de células adyacentes. Estas conexiones unifican la mayor parte de la planta en una continuidad viviente. Las membranas plasmáticas de las células adyacentes revisten el canal de cada plasmodesma y, de esa manera, se continúa una con la otra. El agua y los pequeños solutos pueden atravesar libremente de célula a célula. Las macromoléculas que son transportadas a las células vecinas llegarían hasta los plasmodesmas desplazándose a lo largo de las fibras del citoesqueleto.

Animales: uniones estrechas, desmosomas y uniones en hendidura

En los animales hay tres tipos principales de uniones intercelulares: las uniones estrechas, los desmosomas y las uniones en hendidura o comunicantes (que son las más parecidas a los plasmodesmas de las plantas). Los tres tipos son especialmente frecuentes en el tejido epitelial, que reviste las superficies internas del cuerpo.