Biología celular

Pared celular: qué es, características, funciones, estructura


¿Qué es la pared celular?

La pared celular es una estructura que rodea y protege a ciertos tipos de células en la naturaleza, como a las vegetales, a las fúngicas (de los hongos) y a las bacterianas. Algunos autores consideran que la pared celular es una matriz extracelular especializada, pues está alrededor de toda la membrana plasmática; mientras que otros la contemplan como un orgánulo más, con tareas o funciones muy particulares.

La pared celular es uno de los caracteres más utilizados para distinguir entre tipos de células, principalmente entre células animales -que no tienen pared celular- y células vegetales.

En todas las células que la poseen, la pared celular suele ser una estructura dinámica, relativamente flexible y plástica, pues se adapta frente a los cambios de tamaño que tienen lugar durante el crecimiento celular.

La síntesis de la pared celular es un proceso fundamental y está sumamente regulado en todos los tipos de células.

Entre algunas de las funciones principales de la pared celular destacan la viabilidad celular, la morfogénesis y, cuando es el caso, la patogénesis (como para algunos hongos y bacterias, por ejemplo).

Características de la pared celular

– Es una estructura que se encuentra alrededor de la membrana plasmática, recubriendo la célula.

– Se encuentra en las células de ciertos organismos: vegetales (algas y plantas superiores), hongos y bacterias (también en las arqueas).

– Es una capa gruesa, generalmente formada por una red compleja de polisacáridos y proteínas.

– Participa principalmente en el soporte estructural y la protección frente a la presión osmótica.

– Suele ser muy fuerte, pero al mismo tiempo tiene una flexibilidad que es fundamental para las células que la poseen.

– Es crucial para la viabilidad celular y está muy relacionada con su fisiología y homeostasis interna.

– El conocimiento de su composición suele ser relevante para la descripción del tipo de organismo que la presenta (quitina para las células fúngicas, celulosa para las células vegetales y peptidoglicano para las células bacterianas, por ejemplo).

Funciones de la pared celular

Integridad estructural y forma

La pared celular representa un importante soporte estructural para las células que la poseen, especialmente cuando nos referimos a las células vegetales.

En estos organismos, la pared celular participa en el crecimiento y ayuda a mantener la estructura de los tejidos que crecen erguidos en contra de la fuerza de la gravedad, principalmente debido a que ayuda a resistir la presión hidrostática interna.

Por otra parte, la pared celular es fundamental para la determinación de la forma celular, que es relevante tanto para los organismos unicelulares como las levaduras y las bacterias, como para las células que participan en la formación de tejidos.

Protección y defensa

La pared celular es la primera línea de defensa que tienen las células vegetales (de algas y plantas superiores), bacterianas y fúngicas; especialmente cuando nos referimos a ataques frente a patógenos celulares.

Además, esta estructura protege al interior celular de algunas condiciones ambientales adversas como la deshidratación, los cambios de salinidad y pH, la presencia de toxinas, entre otros.

Esto último es fundamental para las células vegetales porque forman parte de los tejidos de organismos sésiles -que no pueden desplazarse de un lugar a otro- los cuales deben poder adaptarse a distintas clases de estrés medioambiental para poder sobrevivir.

La pared celular también protege a las células de los cambios de presión osmótica a su alrededor, previniendo así que las mismas se hinchen y estallen.

Comunicación

La pared celular es, para muchas células, la primera línea de contacto con “el mundo exterior” o el medio extracelular, razón por la cual funciona activamente en la transmisión de la información entre el interior y el exterior celular, en ambos sentidos.

La mayor parte de las células que tienen pared celular contiene, en esta, un amplio abanico de receptores, canales y poros que permiten el acceso o la salida de diferentes moléculas: proteínas, azúcares, sales e iones, agua, ácidos nucleicos, complejos químicos (hormonas, por ejemplo), etc.

Estos receptores permiten no solo la comunicación con el medio exterior, sino el intercambio de información entre una célula y sus vecinas (particularmente cuando se trata de un tejido).

Estructura de la pared celular

Aunque sus funciones son equivalentes, la estructura de las paredes celulares de plantas, bacterias y hongos son muy diferentes entre sí, por lo que las describiremos por separado.

Pared de las células vegetales

Las células vegetales tienen paredes celulares compuestas de celulosa, que es un polisacárido formado por residuos de glucosa unidos entre sí a través de enlaces glucosídicos de tipo β-1,4.

La celulosa es el polímero más abundante sobre la tierra y cada cadena puede contener más de 10.000 residuos de glucosa.

Las cadenas lineales de celulosa forman unas microfibrillas de 3 nanómetros de diámetro al agruparse paralelamente en grupos de 36 cadenas, las cuales se forman en el medio extracelular (matriz extracelular). Estas microfibrillas tienen longitudes variables.

En la matriz extracelular, las microfibrillas de celulosa se ensamblan para formar una compleja red con otros dos polisacáridos llamados hemicelulosa y pectina.

Existen diferentes tipos de hemicelulosas, pero generalmente son polisacáridos muy ramificados que se unen por puentes de hidrógeno a las microfibrillas de celulosa, estabilizándolas para formar fibras más gruesas que son más resistentes desde el punto de vista mecánico.

Las pectinas forman una matriz con aspecto gelatinoso, también compuesto por polisacáridos ramificados formados por residuos cargados negativamente (como el ácido glucurónico).

Las paredes vegetales también están estabilizadas y en constante interacción con gran cantidad de glicoproteínas.

Además, los componentes de la pared interactúan con distintos componentes del citoesqueleto, principalmente con los microtúbulos subyacentes, que determinan la dirección del crecimiento de la pared durante el desarrollo celular.

Pared de las células fúngicas

Las células fúngicas, como las de la levadura unicelular Saccharomyces cerevisiae, tienen paredes celulares compuestas de polisacáridos, pero a diferencia de las plantas, el polisacárido de los hongos se conoce como quitina.

La quitina consiste en cadenas lineales de residuos de N-acetilglucosamina unidos también por enlaces glucosídicos de tipo β-1,4. Este polisacárido también es el que forma los exoesqueletos que protegen a algunos animales invertebrados como los insectos y crustáceos (cangrejos y camarones, por ejemplo).

También contiene glucanos unidos por enlaces de tipo β-1,3 y una gran cantidad de glicoproteínas asociadas.

Pared de las células bacterianas

La pared celular bacteriana está formada principalmente por un complejo molecular llamado peptidoglicano.

El peptidoglicano está compuesto de cadenas lineales de polisacáridos unidos covalentemente entre sí a través de “puentes” de fragmentos peptídicos (de aminoácidos) cortos.

Las cadenas de polisacáridos en el peptidoglicano están hechas de residuos alternados de N-acetilglucosamina (NAG, del inglés N-acetylglucosamine) y ácido N-acetilmurámico (NAM, del inglés N-acetylmuramic acid), los cuales están unidos entre sí por enlaces glucosídicos de tipo β-1,4.

Los péptidos que unen y estabilizan las cadenas de polisacáridos generalmente están formados por 4 aminoácidos (son tetrapéptidos) cuya identidad varía de una especie bacteriana a otra.

Bacterias Gram negativas y Gram positivas

Las características de la pared celular bacteriana han resultado útiles para diferenciar entre algunos tipos de bacterias, y la tinción de Gram es la técnica que tradicionalmente se ha empleado para ello.

De acuerdo con este método de tinción, existen dos tipos de bacterias con paredes celulares estructuralmente diferentes: las bacterias Gram positivas y las Gram negativas.

La pared celular de las bacterias Gram positivas consiste en una gruesa capa de peptidoglicano alrededor de la membrana plasmática, mientras que la pared de las Gram negativas está compuesta por una delgada capa de peptidoglicano recubierta por una capa lipídica o membrana externa.