LOS ORGÁNULOS CELULARES

Las células eucariotas, ya sean animales o vegetales, tiene un citoesqueleto y una gran variedad de orgánulos con distintas funciones, todas ellas de vital importancia para el desarrollo de la estructura y funcionalidad de las células. Estos orgánulos son los siguientes:

  • APARATO DE GOLGI. En las células epiteliales de animales se encuentra situado entre el núcleo y el ápice de vertido de secreciones, que son diferentes según el lado (polarización). Está compuesto por dictiosomas del Golgi, que son unidades interconectadas formadas por sáculos apilados rodeados de vesículas por todos los lados.  Presenta una región Cis, proximal o de formación que está más próximo al RER y que es la encargada de la recepción de     vesículas de transición que se desprenden por gemación del RER y que se fusionan con la 1º cisterna de esta región; una región medial que es la encargada de la transformación; y una región Trans, distal o de maduración próxima a al memb. plasmática donde se generan vesículas de secreción y lisosomas. Las vesículas pueden ser vacuolas de condensación, gránulos de secreción o de zimógeno. Podemos encontramos con un trafico anterógrado (secreción) o retrógrado (transporte al RE). Todo el tráfico esta guiado por microtúbulos (citoesqueleto). FUNCIONES: Modificación de glúcidos (reorganización), tráfico anterógrado (exocitosis): secreción de proteínas glicosiladas, secreción de lipoproteínas, crecimiento de la membrana plasmática, secreción de componentes de la pared celular vegetal; biogénesis de lisosomas y procesamiento de lipoproteínas (transporte retrógrado).

APARATO DE GOLGI

  • MITOCONDRIA. Presenta una forma redondeada o de bastoncillo. Se desplazan gracias al citoesqueleto y están concetradas en lugares donde se necesitan altos niveles de energía. Tiene una doble membrana: la externa (memb. original de la célula que la engulle) esta formada por un 60% de proteínas, la mayoría de ellas porinas que forman grandes canales, por lo que esta membrana es muy permeable; la interna (memb de la bacteria original) está replegada en numerosas crestas que incrementan notablemente su superficie, está formada por un 80% de proteínas que corresponden con las de la cadena transportadora de e- (citocromos que llevan metales, grupos orgánicos) y también presenta partículas F (de gran tamaño) que son las ATP sintetasas. El interior de la membrana interna se llama matriz y está formada por ribosomas propios y distintos a los del citosol y el núcleo, y ADN doble y circular,  lo que les da la capacidad de autorreplicarse de forma independiente, lo que les permite sintetizar proteínas propias. Contiene también enzimas de oxidación de ácidos grasos y del Ciclo de Krebs, la mayor parte sitentizadas en el citosol. Presenta el espacio intermembranal, situado entre las dos membranas, de composición similar a la del citosol debido a la permeabilidad de la membrana externa. Este espacio tiene una elevada [H+] lo que fundamental para generar un gradiente que es importante para la síntesis de ATP; y también tiene Kinasas que trasfieren grupos Pi desde el ATP, energitando la molécula que lo coge (proteína). Su formación se pudo dar según la Teoría Endosimbiótica o por la división de mitocondrias maduras.  FUNCIONES: La principal función es conseguir enregia. También, de importacia metabólica interviene en la glucolisis (citosol), ciclo de Krebs (matriz), fosforilación oxidativa (membrana interna de la mitocondria): la traslocación de electrones provoca el paso de protones de la matriz mitocondrial al espacio intermembra, entonces el pH del espacio << al pH de la matriz. Este gradiente será aprovechado por la ATPasa que genra ATP en la matriz gracias la paso de protones del espacio a la matriz. Otra de sus funciones es la del gradiente quimioosmótico: usando la diferencia de cargas, ya que dentro es – y fuera es + pasa ADP3- y sale al espacio intermembrana ATP4-, generando un desequilibrio de pH que permite el paso del piruvato y Pi para el ciclo de Krebs.

MITOCONDRIA

  • LISOSOMAS. Son bolsas de enzimas hidrolíticas que rompen biomoléculas, presenta un diámetro variable y una forma heterogénea. Presentan una membrana especialmente protegida por glicosilación (azúcares que forman una red que entorpece a los enzimas) ya que el interior es muy ácido, debido a una bomba de protones que los transporta desde el citosol al interior de éste para mantener su pH a 5 que es el pH óptimo de sus enzimas. Esto hace que si el lisosoma se rompiera, la dependencia ácida de los enzimas protegería el contenido del citosol, ya que se desnaturalizarían.  Se les puede clasificar en primarios (solo enzimas y no visible sin marcar) y secundario (enzimas y material de digestión). Su función es la digestión celular, ya que contiene numerosas hidrolasas ácidas (proteasas, nucleasas, glucosidasas y lisozimas, lipasas y fosfolipasas, fosfatasas) y metales pesados frecuentes ya que no los puede digerir y por tanto son inmovilizados dentro del lisosoma que ha fagocitado. Los cuerpos residuales son sustancias que no ha podido digerir y que serán expulsados-
  •  RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO. El RE es un sistema cerrado de cisternas membranosas intercomunicadas entre sí a través de los túbulos. El interior de las cisternas se denomina lumen o luz. Está comunicado con la envoltura nuclear y es una verdadera fábrica biosintética, ya que se forman proteínas en el rugoso y lípidos en el liso. El RER o ergastoplasma, tiene asociados ribosomas mediante la riboforina. Falta en los glóbulos rojos de los mamíferos. Sus funciones son: la de la síntesis de las proteínas específicas de secreción y de la membrana; y también la síntesis de nuevos lípidos (los suyos) para poder crecer. El REL es la continuación del RER y está constituido mayoritariamente por un laberinto de túbulos, es decir, es tubular y no presenta ribosomas. Es abundante en ciertos tipos de células: hepatocitos (regulación de lípidos), adrenales (suprarrenales), en las células de Leydig (testículo: sintetizan hormonas sexuales), y en las musculares y en la placenta de los mamíferos. Sus funciones son: la síntesis o metabolismo de lípidos, metabolismo de xenobióticos (sustancia ajena al metabolismo de la especie, venenos, fármacos, ajena a la biología) con los hidruros aromáticos, hidrólisis del glucógeno cuando sea necesario, señalización intracelular (comunicar señales entre distintos orgánulos o secciones de la célula mediante la liberación de Ca2+, contracción muscular: retículo sarcoplasmático.

RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

  • RIBOSOMAS. Están formados por dos subunidades que se unen cuando van a llevar a cao su función. Son componentes celulares no membranosos. Se pueden encontrar en el retículo endoplasmático rugoso, su función en ambos casos es la síntesis de proteínas.
    RIBOSOMA
  • CILIOS Y FLAGELOS. Son prolongaciones móviles de la memb. Están relacionados con el movimiento o propulsión celular (flagelos) y del medio extracelular (alimentación) (cilios). La estructura es la siguiente: está formado por el axonema que está muy organizada y está formada por un sistema complejo de microtúbulos. Dos centrales rodeados por una delgada vaina, y en la periferia y unidos al centro por unos radios, hay 9 dobletes de microtúbulos, todos orientados paralelamente al eje principal de la estructura y unidos entre sí por brazos de dineína.
  • CLOROPLASTOS. En plantas superiores son grades, ovoides, verdes, móviles. Presenta una doble membrana: externa (muy permeable gracias a los transportadores y a los canales) y la interna (que es impermeable y tiene un alto contenido en proteínas. Presenta un sistema interno de membranas: los tilacoides de los grana y del estroma que no están en contacto con la membran interna, a diferencia de la mitocondria y son paralelos la eje longitudinal. Tiene una serie de compartimentos: el espacio intermembrana, el intratilacoidal y el estroma (que contiene plastorribosomas y DNA). A veces, pueden tener en el estroma unos cuerpos en formad e huso blancos que son depósitos de almidón, y unos puntos negros que son gotas de lípidos (plastoglóbulos). FUNCIONES: Los cloroplastos son receptores de la energía luminosa, que convierten en energía química del ATP para la biosíntesis de la glucosa y otras biomoléculas orgánicas a partir del dióxido de carbono, agua y otros precursores. El oxígeno se genera en las plantas durante la fotosíntesis. Los cloroplastos son la principal fuente de energía de las células fotosintéticas expuestas a la luz.

CLOROPLASTO

  • VACUOLA. Las vacuolas segregan productos de desecho de las células vegetales y eliminan sales y otros solutos cuya concentración aumenta gradualmente durante el tiempo de vida de la célula. A veces algunos solutos cristalizan en el interior de las vacuolas, se encuentran básicamente en vegetales y tienen gran tamaño, en animales son menos frecuentes y tienen menor tamaño.

Hay que destacar que no todos los orgánulos están presentes tanto en células animales como vegetales:

  • Es las células animales no existe pared celuar ni ningún tipo de plastos (cloroplastos). Presenta centriolos y puede presentar o no vacuolas. En el caso que las presente, éstas son escasas y pequeñas.
  • En las células vegetales presentan una pared celuar y los plastos. No presenta centriolos y si numerosas vacuolas si estamos ante una célula jóven o una muy grande que desplaza al núcleo en el caso de una célula vegetal madura.

MEMBRANA, NÚCLEO Y CITOPLASMA

Las tres partes básicas de toda célula son: la membrana plasmática, el núcleo y el citoplasma (que contiene los orgánulos celulares).

 

EL LÍMITE DE LA CÉLULA. LA MEMBRANA PLASMÁTICA


MEMBRANA PLASMÁTICA

 

COMPOSICIÓN Y ULTRAESTRUCURA

 

La membrana plasmática es la única envoltura que está presente en todos    los tipos celulares. Está formada básicamente por lípidos, proteínas y por hidratos de carbono (en menor proporción). Es invisible al microscopio óptico, tuvo que inventarse el electrónico, en el que se aprecian 5 líneas (dos cabezas lipídicas hidrófilas, dos colas hidrofóbicas y un espacio entre las últimas). Presenta unas propiedades de fluidez y permeabilidad que la capacitan para aislar a la célula del medio y para realizar numerosas funciones.

En 1972, Singer y Nicolson propusieron el modelo del mosaico fluido para la membrana plasmática. Según el cual, está formada por:

  • Lípidos. Fosfolípidos. Son los componentes fundamentales debido a su carácter anfipático. Se autoensamblan por sus colas hidrofóbicas por fuerzas de van der Waals. Se disponen en un bicapa en la que las cabezas quedan hacia el exterior y las colas ocupan el espacio interior. Los mayoritarios son la fosfatidil-colina y esfingomielina. Colesterol. Se intercala en la bicapa lipídica y está presente sólo  en las membranas de las células animales, donde regulan la fluidez de ésta.
  • Proteínas. Suelen tener carácter anfipático, lo que les permite integrarse más o menos en diferentes zonas de la bicapa. Vamos a encontrar proteínas integrales o transmembrana que atraviesan la bicapa, y proteínas periféricas. Están relacionadas con el transporte, receptores, adhesión y enzimas.
  • Glicocálix. Es una cubierta en la parte externa de la membrana de oligosacáridos unidos covalentemente a los lípidos o proteínas de la membrana.
  • Córtex celular. La cara intracelular de la membrana posee una red de proteínas fibrosas que la refuerzan.

 

PROPIEDADES DE LA MEMBRANA

  • Asimetría.  El modelo del mosaico fluido plantea que la memb. es asimétrica, es decir, que hay diferencias entre las dos caras de la memb. En la cara interna encontramos 4 tipos diferentes de fosfolípidos y proteínas. En la cara externa nos encontraremos con la fosfatidil-colina, la esfingomielina, glucolípidos y los receptores proteicos.
  • Permeabilidad selectiva. La memb. actúa de barrera altamente selectiva por su gran impermeabilidad a sustancias hidrosolubles, iones y la mayoría de las moléculas biológicas. Son capaces de atravesar la memb. las moléculas apolares y pequeñas.

 

FUNCIONES GENERALES

 

Las funciones más importantes de la membrana son: es la envoltura celular (aislando a la célula del medio externo), es la compartimentación interna (ya que las. memb. de los orgánulos son memb. plasmáticas), regulación del transporte (es decir, del paso de sustancias), actividad enzimática (las proteínas de la memb. catalizan reacciones asociadas a ésta, como la síntesis de paredes celulares), la comunicación celular (mediante la recepción y transducción de señales,(fundam. en pluricelulares, aunque se está descubriendo en las colonias de baterías para coordinarse) en la que la molécula señalizadora se queda, generalmente, fuera, no la atraviesa, y con el reconocimiento celular, gracias al glicocálix), la adhesión celular (glicocálix) y proporciona el sostén y la forma celular, gracias al córtex: espectrina (especialmente importante en animales) y microfilamentos de actina (en bacterias).

EL NÚCLEO

 

EL NÚCLEO

Es el orgánulo (no membranoso) principal de la célula eucariota. Contiene el genoma celular, y en su interior tienen lugar la replicación del DNA y la síntesis de RNA. Su tamaño es variable según el tipo de célula y su función. Puede estar en dos estados diferentes: interfásico y mitótico.

ESTRUCTURA

En la célula animal ocupa generalmente una posición central, y en las vegetales debido al tamaño de las vacuolas, una posición extrínseca. En el podemos distinguir varias estructuras (envoltura, cromatina, nucléolos, nucleoplasma):

  • La envoltura nuclear. Lo delimita, aislándolo de su contenido del citoplasma. No es una memb. del núcleo sino que es la continuación del RER. Presenta una doble membrana: la carioteca externa que tiene ribosomas en su cara citoplasmática que sintetizan proteínas; una carioteca interna cuya cara nuclear está cubierta por la lámina nuclear; y entre ambas cariotecas, está la cisterna perinuclear que es el lúmen de RER.
  • Los poros nucleares. Las memb. nucleares son permeables solo a pequeñas moléculas apolares, por ello presenta los denominados complejos del poro nuclear donde amabas cariotecas se funden. Están formados por macrocomplejos de proteínas con diámetro de 80-100 nm. Su estructura molecular es: un octágono regular que mantiene abierta la estructura del poro, una elevada simetría, más de 100 proteínas grandes y filamentos que forman una canastilla o jaula y filamentos gruesos hacia el citoplasma. El canal del poro  tiene una anchura de 9-10 nm. Hay que proteger al núcleo de la toxicidad para que no se altere en DNA y estos poros controlan todo lo que entra y sale del núcleo. El transporte por el poro que se produce es la difusión de iones y moléculas pequeñas. Las nucleoporinas, son proteínas transportadoras que llevan grandes sustancias hasta el poro y lo dejan al otro lado. Para que sepan que va hacia el núcleo necesita de un péptido señal que es un fragmento de su secuencia primaria cuyo objetico es saber de dónde es esa proteína.
  • Nucleoesqueleto. Sostiene la envoltura nuclear y la desintegra cuando comienza la mitosis. Está compuesto de la lámina nuclear, que es un conjunto de proteínas de distintos tipos que une los poros y los cromosomas. La principal proteína que lo forma es la actina del nucleoesqueleto que es una isoforma del núcleo. La G-actina o filamentos cortos son monómeros globulares que pueden polimerizar.
  • La cromatina. Está formada por los ácidos nucleicos (DNA y RNA (menos cantidad)) y por proteínas (siendo un 50% en peso) que pueden ser estructurales (histonas) y reguladoras de la transcripción o duplicación. No encontramos con dos tipos de cromatina: la heterocromatina (condensada y zonas muy oscuras es transcripcionalmente inactiva  y existen dos tipos (la constitutiva, que nunca se expresa, DNA silencioso; y la facultativa, (cromosoma sexual) activa en meiosis, a veces sí y otras no); y la eucromatina  (laxa, menos empaquetada) que aparece en la transcripción o replicación.
  • El cromosoma. Es el empaquetamiento de la cromatina durante la mitosis. Cada cromosoma contiene una molécula de DNA. Cada especie tiene un nº constante y específico de cromosomas, por lo que se pueden construir cariotipos. La estructura: DNA + histonas; nucleosomas, forma geométrica solenoide, bucles, cromosomas. Cada cromátida es un cromosoma.
  • El nucléolo. Es una estructura esférica que destaca en el núcleo interfásico. Suele haber 1 o 2 por núcleo, aunque su tamaño y nº dependen de la activ. Celular de síntesis proteica. Es el lugar de síntesis del rRNA y el lugar de ensamblaje de rRNA y proteínas para formar las subunidades de los ribosomas.

 

 

EL CITOPLASMA

El citoplasma se caracteriza por ser una estructura celular que se ubica entre la membrana plasmática y el núcleo. Está constituido por una sustancia semilíquida. Desde un punto de vista químico, está forma do por agua, y en él se encuentran en suspensión, o disueltas, distintas sustancias como proteínas, enzimas, líquidos, hidratos de carbono, sales minerales, etcétera. Contiene un conjunto de estructuras muy pequeñas, llamadas orgánulos celulares.

Está constituido por una sustancia semilíquida.

FUNCIONES DE L CITOPLASMA

  • Nutritiva. Al citoplasma se incorporan una serie de sustancias, que van a ser transformadas o desintegradas para liberar energía.

 

  • De almacenamiento. En el citoplasma se almacenan ciertas sustancias de reserva.

 

  • Estructural. El citoplasma es el soporte que da forma a la célula y es la base de sus movimientos.

 

RESUMIENDO

Toda célula eucariota que se precie va a constar de los elementos que se muestran en la imagen inferior.

QUÉ ES LA CELULA. LA TEORIA CELULAR

Los conceptos de materia viva y célula están estrechamente ligados. La materia viva se distingue de la no viva por su capacidad para metabolizar y autoperpetuarse, además de contar con las estructuras que hacen posible la ocurrencia de estas dos funciones; si la materia metaboliza y se autoperpetúa por sí misma, se dice que está viva.

La célula es el nivel de organización de la materia más pequeño que tiene la capacidad para metabolizar y autoperpetuarse, por lo tanto, tiene vida y es la responsable de las características vitales de los organismos.

En la célula ocurren todas las reacciones químicas que nos ayudan a mantenernos como individuos y como especie. Estas reacciones hacen posible la fabricación de nuevos materiales para crecer, reproducirse, repararse y autorregularse; asimismo, produce la energía necesaria para que esto suceda. Todos los seres vivos están formados por células, los organismos unicelulares son los que poseen una sola célula, mientras que los pluricelulares poseen un número mayor de ellas.

Si consideramos lo anterior, podemos decir que la célula es nuestra unidad estructural, es la unidad de función y es la unidad de origen; esto, finalmente es lo que postula la Teoría celular moderna. Llegar a estas conclusiones no fue trabajo fácil, se requirió de poco más de doscientos años y el esfuerzo de muchos investigadores para lograrlo.

Quienes postularon la Teoría celular formaron parte de este grupo y entre ellos podemos mencionar a Robert Hooke, Theodor Schwann, Mathias Schleiden y Rudolph Virchow. Es importante considerar que el estudio de la célula fue posible gracias al microscopio, el cual se inventó entre los años 1550 y 1590; algunos dicen que lo inventó Giovanni Farber en 1550,mientras que otros opinan que lo hizo Zaccharias Jannsen hacia 1590.

En 1665, el científico inglés, Robert Hook, con un microscopio óptico (0.2µm) de fabricación propia (50x), descubrió, en una laminilla de corcho, unas celdillas (kytos en griego) rodeadas por una pared rígida que se repetían, y las denominó células. Otro científicos como Leeuwenhoek, Brown o Purkinje, también descubrieron otras cosas: animálculos (células), el núcleo celular, y el protoplasma (citoplasma), respectivamente.

En 1838, el botánico alemán Matthias Schleiden, basándose en numerosas observaciones de c. vegetales con el microscopio, concluyó que la célula eran unidades discretas que formaban las plantas. En 1839, el zoólogo alemán Theodor Schwaan, apoyándose en observaciones microscópicas de células animales, formuló que se trataban de unidades discretas que constituían los animales.

En 1858, Virchow unificaba, lo que se conoce como teoría celular, que fue enunciada en 1893, y que se resume en que:

  • La célula es la unidad mínima del ser vivo, tanto funcional como morfológica.
  • Toda célula procede de otra ya preexistente (demostrado por Louis Pasteur en 1860 con unos matraces con estructura particular).

CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DE LAS CÉLULAS

  • Presentan la membrana plasmática.
  • El citoplasma que es la parte de la célula contenida entre la memb. plasmática y la nuclear. En función del tipo celular puede contener distintas cosas: procariotas (citosol: suspensión de macromoléculas en una solución acuosa salina tamponada, las sales son capaces de absorber  o liberarlos para mantener el pH=7.4), eucariotas (citosol + citoesqueleto que les da forma, movimiento, transporte dentro de la célula + compartimentación membranosa, es decir, orgánulos).
  • Las células eucariotas contiene una serie de orgánulos: núcleo, retículo endoplasmático, complejo de Golgi, lisosomas, peroxisomas, otras vesículas, mitocondria, plastos o plastidios. Podemos distinguir dentro de las eucariotas, las animales y las vegetales.

 

CÉLULA PROCARIOTA

Célula procariota

CÉLULA ANIMAL

Célula animal

CÉLULA VEGETAL

Célula vegetal

CLASIFICACIÓN DE LOS SERES VIVOS

Según el número de células que los forman, los seres vivos se pueden clasificar en unicelulares y pluricelulares.

Unicelulares: Son todos aquellos organismos formados por una sola célula. En este grupo, los más representativos son los protozoos -ameba, paramecio, euglena-, que sólo pueden observarse con un microscopio.

Pluricelulares: Son todos aquellos organismos formados por más de una célula. Existe gran variedad de ellos, tales como los vertebrados (aves, mamíferos, anfibios, peces, reptiles) y

los invertebrados (arácnidos, insectos, moluscos, etc.).

En los vegetales, podemos tomar como ejemplos a las plantas con flores (angiosperma), sin flores típicas (gimnospermas), musgos, hongos, etcétera.

Los organismos pluricelulares presentan una determinada organización de sus células, en distintos niveles, que son:

Célula: mínima unidad que forma parte de un ser vivo.

Tejido: conjunto de células que tienen características y funciones similares y con un mismo origen.

Órgano: conjunto de tejidos unidos y coordinados para cumplir una función específica. Por ejemplo: pulmón, corazón, estómago, etcétera. En el caso de los vegetales, son considerados órganos: la raíz, las semillas, las hojas, las flor, etcétera.

Sistemas: resultado de la unión de varios órganos, los cuales funcionan de una forma coordinada para desempeñar un rol determinado. Por ejemplo: se habla de Sistema Digestivo, Renal, Circulatorio, Nervioso, Reproductor, etcétera.

Organismo: es un ser vivo formado por un conjunto de sistemas, que trabajan armónicamente.

Existen seres vivos que no tienen órganos o sistemas estructurados, pero poseen una organización sencilla, esto les permite un buen desarrollo. Si un órgano se daña o altera provoca una desorganización del ser vivo.

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