Protoplasto: definición, formación y funciones de la célula sin pared

Protoplasto: definición, formación y funciones de la célula sin pared. Aprende cómo se eliminan las paredes celulares y su papel en biología vegetal, bacteriana y fúngica.

Protoplasto en la biología moderna, es lo que queda de una célula cuando se disuelve la pared celular. Queda el núcleo de la célula y los materiales protoplásmicos que la rodean.

Definición: un protoplasto es una célula vegetal, bacteriana o fúngica a la que se le ha eliminado total o parcialmente la pared celular por medios mecánicos o enzimáticos.

Dado que las paredes celulares se fabrican de forma diferente en los distintos reinos, se utilizan diferentes enzimas para eliminarlas.

Formación: métodos y enzimas

La obtención de protoplastos se realiza básicamente por tres vías:

• Enzimática: la más común para células vegetales y fúngicas. Se incuban tejidos o células en soluciones que contienen enzimas que degradan componentes de la pared (por ejemplo, cellulasa, pectinasa, hemicelulasa para plantas; glucanasa y quitinasa para hongos). Para bacterias se usa lisozima que hidroliza el peptidoglucano.
• Mecánica: ruptura física de la pared por trituración, sonicación o presión, usada cuando se requiere una extracción rápida aunque es más dañina para la membrana plasmática.
• Química: agentes que debilitan la pared (por ejemplo, EDTA, quelantes o detergentes suaves) combinados con osmoprotección para facilitar la acción enzimática o la ruptura.

Las condiciones de trabajo requieren soluciones isotónicas (con azúcares como sacarosa o manitol) para evitar la lisis osmótica, y tampón a pH y temperatura adecuados para la actividad enzimática.

Propiedades y cuidados básicos

• Un protoplasto conserva la membrana plasmática, orgánulos y el material genético, pero sin la defensa rígida que proporciona la pared celular.
• Son muy sensibles a cambios osmóticos; necesitan medio de conservación con osmoprotector (sacarosa, manitol, sorbitol).
• Requieren condiciones estériles y un manejo delicado porque la membrana es frágil y fácilmente lisable.
• En bacterias gramnegativas, la eliminación parcial de la pared produce sferoplastos, que conservan la membrana externa; en grampositivas suele obtenerse protoplasto completo tras digestión del peptidoglucano.

Funciones y aplicaciones prácticas

El estudio y uso de protoplastos es clave en investigación y biotecnología:

• Transformación genética: los protoplastos permiten introducir ADN por métodos como PEG (polietilenglicol), electroporación o lipofección, facilitando ensayos de expresión genética y edición.
• Fusión celular y hibridación: la fusión de protoplastos (mediante PEG o electrofusión) permite combinar genomas de dos células distintas, técnica importante en la obtención de híbridos somáticos en mejora vegetal.
• Regeneración de plantas: muchos protoplastos vegetales pueden sintetizar de nuevo una pared, dividirse y regenerar plantas completas, demostrando la totipotencia de células vegetales.
• Estudios fisiológicos y bioquímicos: al carecer de pared, es más fácil acceder y medir el transporte de membrana, receptores, canales iónicos y respuesta a señales.
• Producción de metabolitos: en investigación farmacéutica y metabolómica, se usan protoplastos para estudiar y producir compuestos secundarios sin interferencia de la pared.

Diferencias entre reinos: vegetales, bacterias y hongos

La composición de la pared varía entre reinos, por eso cambian los métodos:

• Vegetales: pared rica en celulosa, hemicelulosas y pectinas. Se usan cellulasa y pectinasa para obtener protoplastos de hojas, raíces o cultivos de células.
• Hongos: pared formada por quitina y glucanos; se emplean quitinasas y glucanasas específicas.
• Bacterias: la pared bacteriana (peptidoglucano) es degradada por lisozima. Las bacterias gramnegativas suelen generar sferoplastos debido a la membrana externa restante.

Procedimiento general (resumen de pasos)

• Seleccionar tejido celular o cultivo adecuado y limpiarlo de contaminantes.
• Pretratamiento (a veces con macerantes o quelantes) para facilitar la penetración enzimática.
• Incubar en solución enzimática isotónica por tiempo y temperatura adecuados.
• Separar protoplastos por filtración y centrifugación suave en medio osmoprotector.
• Lavado y chequeo de viabilidad (tintes vitales) y uso inmediato para experimentos o regeneración.

Regeneración, limitaciones y consideraciones

Muchos protoplastos vegetales pueden regenerar pared y diferenciarse, pero la eficiencia depende de la especie y de las condiciones de cultivo. Limitaciones comunes:

• Algunas especies son difíciles de regenerar a partir de protoplastos.
• Alta sensibilidad a lisis y contaminaciones.
• Necesidad de medios y condiciones específicas para cada tipo celular.

En resumen, los protoplastos son herramientas fundamentales en biología celular y biotecnología: permiten el acceso directo a la membrana y al contenido celular, facilitan la manipulación genética y la fusión entre células, y ofrecen vías para estudiar procesos celulares sin la barrera de la pared. Su correcta obtención y manejo exige conocer la composición de la pared del organismo estudiado, usar las enzimas adecuadas y mantener condiciones osmóticas y estériles para preservar la viabilidad.

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