CÉLULA Y SUS ORGANELOS


Todos los seres vivos están formados por células. La piel, el cabello, los ojos y los órganos internos. La célula es la unidad  biológica, funcional y estructural básica de cualquier cosa viviente y a la vez, es el organismo más pequeño de todos, capaz de realizar las funciones de nutrición, relación y reproducción.

Un ser vivo está constituido por una, millones o billones de células repartidas hasta en el último resquicio de su estructura. No todas las células son iguales, puesto que muchas están especializadas en alguna función y se encuentran agrupadas en zonas particulares.


En este texto analizaremos la célula y cada uno de sus orgánulos incluyendo sus funciones y estructura:


CITOPLASMA

Es una estructura celular cuya apariencia es viscosa. Al citoplasma también se le conoce como la matriz citoplasmática.


Se encuentra localizada dentro de la membrana plasmática pero fuera del núcleo de la célula. 

El 85% del citoplasma está conformado por, agua, proteínas, lípidos, carbohidratos, ARN, sales minerales y otros productos del metabolismo.

En su interior estan localizados ciertos orgánulos como mitocondrias, plastidios, lisosomas, ribosomas, centrosomas, esferosomas, microsomas, diferenciaciones fabrilares y las inclusiones.


CITOSOL

Los orgánulos celulares se encuentran contenidos en una matriz citoplasmática. Esta matriz es la denominada citosol. Se define como un material acuoso que es una solución o suspensión de biomoléculas vitales celulares. Muchos procesos bioquímicos, incluyendo la glucólisis, ocurren en el citosol.
En una célula eucariota, puede ocupar entre un 50% a un 80% del volumen de la célula. Está compuesto aproximadamente de un 70% de agua mientras que el resto de sus componentes son moléculas que forman una disolución coloidal. Estas moléculas suelen ser macromoléculas.
Al ser un líquido acuoso, el citosol carece de forma o estructura estables, si bien, transitoriamente, puede adquirir dos tipos de formas:
  1.  Una forma con consistencia de gel.
  2. El estado sol, de consistencia fluida.

Los cambios en la forma del citosol se deben a las necesidades temporales de la célula con respecto al metabolismo, y juega un importante papel en la locomoción celular.

CITOESQUELETO

Es una estructura dinámica de las células eucariotas que permite mantener o cambiar la forma celular reaccionando a estímulos externos o internos.
Esta formado por tres tipos de filamentos de proteínas de diferente composición, función y características:
  1. Filamentos de actina conocidos también como microfilamentos.
  2. Microtúbulos.
  3. Filamentos Intermedios.
Cada filamento se forma por polimerizacion de miles de proteínas iguales.
Estos constituyen el andamiaje celular al que se pueden asociar muchos tipos de proteínas para realizar funciones diversas. Estos 3 tipos de filamentos actúan de forma coordinada para poder realizar sus funciones.


MICROTÚBULOS

Son estructuras cilíndricas huecas y rectilíneas.

Se forman por eterodimeros de tubulina: alfa y beta. 

Son los componentes más importantes del citoesqueleto, compuestos por una proteína denominada “tubulina”. Igualmente irradian desde el centrosoma, son de consistencia rígida, tienen un extremo positivo y un elemento negativo, lo que hace que sean estructuras polares. En el extremo positivo se da su crecimiento y en el elemento negativo se da despolarización lo que significa su acortamiento, esto se da dependiendo de la función necesaria. 

Se forma atreves de MAPs como la cinesina mexina y la dienina. Se encarga de la función mecánica, además da forma a la célula y mantiene su estructura, también hace la función de circulación y transporte, ya que interviene en el transporte de macromoléculas en el interior de la célula. Y función de morfogénesis porque interviene en una división celular.

FILAMENTOS DE ACTINA

Estos forman una red cerca de la membrana plasmática. Son más flexibles que los microtúbulos y tienen un grosor de 5 a 9 nanómetros. Se forman por polimerización de la molécula actina. 

La orientación de estos filamentos está controlada por complejos que se forman en la membrana y pueden cambiar por señales externas. Estos complejos actúan como lugares de nucleación de filamentos de actina que también están polarizados. 

A la actina también se le unen gran número de proteínas que le dan la capacidad de poder realizar variedad de movimientos superficiales como fagocitosis o citocinesis en los cuales es fundamental la densidad y orientación de filamentos así como el tipo de proteína asociada. 

En el caso particular del tejido muscular la asociación de actina y miosina (que es una kinesina) confiere la capacidad contráctil a este tipo de células.

FILAMENTOS INTERMEDIOS

Tienen un grosos de 8-10 nanómetros que es intermedio entre os microtúbulos y los filamentos de actina. Varios filamentos intermedios se enrollan sobre si mismos a modo de cuerdas. Existen varios tipos de monómeros, los cuales varían en sus extremos amino y carboxilo terminal, que forman estos filamentos.

Ejemplo: la lámina nuclear es un tipo de filamento intermedio distinto al que hay en el citosol o a los que forman la queratina en las células epiteliales.

Estos filamentos no están polarizados y se distribuyen en la célula formando una red densa cerca del núcleo que se prolonga hasta la membrana, interaccionando con ella.

Su función principal es la de soportar la tensión mecánica que sufre una célula así como participar en uniones celulares contribuyendo a la cohesión tisular.

- Dentro del citoplasma se encuentran varias estructuras:

RETÍCULO ENDOPLASMATICO RUGOSO (RER)

Denominado así porque lleva ribosomas adheridos a la cara citosólica de sus membranas.

Está constituido por sacos aplanados o cisternas de 40 a 50 nm de espesor y vesículas de tamaño muy variable, desde 25 a 500 nm de diámetro. Su lumen está ocupado, en general, por un material poco denso, aunque en ocasiones puede presentar inclusiones densas o cristales. 

Se encuentra muy desarrollado en aquellas células que participan activamente en la síntesis de proteínas como las células acinares del páncreas o las células secretoras de moco que revisten el conducto digestivo. Está presente en todas las células, excepto en las procarióticas y en los glóbulos rojos.

 

Las enzimas implicadas se sitúan de manera simétrica, siendo distintas las de la cara citosólica de las de la cara luminal. Las proteínas se sintetizan en los ribosomas que van adheridos a la membrana citosólica del retículo endoplasmático rugoso. Al mismo tiempo que se sintetizan, y mediante un complejo mecanismo, pueden quedarse en la membrana como proteínas transmembrana o pasar al lumen intermembranoso para ser exportadas a otros destinos, incluido el exterior celular.

 


La mayor parte de las proteínas sintetizadas y almacenadas en el retículo endoplasmático rugoso, antes de ser transportadas a otros orgánulos citoplásmicos (Aparato de Golgi, lisosomas) a la membrana plasmática o al exterior de la célula, deben ser glucosiladas para convertirse en glucoproteínas. Este proceso se realiza en el lumen del retículo, gracias a los oligosacaridos pueden pasar del lado citosólico al luminal.

Video acerca del retículo endoplasmático rugoso:







RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO (REL)

El retículo endoplasmático liso es una red tubular, constituida por finos túbulos o canalículos interconectados, y cuyas membranas continúan en las del RER, pero sin llevar ribosomas adheridos.


La mayor parte de las células tienen un retículo endoplásmico liso escaso, pero es particularmente abundante en  células musculares estriadas en las que constituye el llamado retículo sarcoplásmico, muy importante en la liberación del Ca2+ que participa en la  contracción muscular.

En células intersticiales ováricas de Leydig, del testículo y células de la corteza suprarrenal que son secretoras de hormonas esteroideas.

En los hepatocitos donde interviene en la producción de partículas lipoproteicas para su exportación.




 APARATO DE GOLGI 

El aparato de Golgi está formado por una serie de grupos de cisternas aplanadas o dictiosomas que se disponen regularmente formando pilas. En una célula puede haber varios de estos apilamientos y algunas cisternas localizadas en dictiosomas próximos están conectadas lateralmente. A todo el conjunto de pilas y sus conexiones es a lo que se denomina complejo del Golgi. El número (normalmente de 3 a 8) y el tamaño de las cisternas en cada dictiosoma son variable y depende del tipo celular, así como del estado fisiológico de la célula.

En las células vegetales, que no tienen centrosoma, hay numerosas estructuras similares a aparatos de Golgi poco desarrollados dispersas por el citoplasma. En las células vegetales las cisternas del aparato de Golgi son más pequeñas que en las células animales y no están unidas formando apilamientos, aunque el número de cisternas dispersas puede variar entre decenas y más de cien.

Interviene en procesos de secreción. Las proteínas destinadas a ser secretadas al exterior son sintetizadas en el RE rugoso y posteriormente transferidas al complejo de Golgi, donde son empaquetadas en las vesículas de secreción. Dichas vesículas se fusionan con la membrana plasmática y vierten su contenido al exterior por exocitosis. Puede tratarse de una secreción constitutiva, en la que las proteínas que abandonan la célula no están señalizadas y es la que se produce por defecto en todas las células; las vesículas están recubiertas por proteínas de tipo COP I. Puede ser también una secreción regulada, realizada por células especializadas; en ellas las proteínas quedan almacenadas en vesículas recubiertas por clatrina y como respuesta a una señal extracelular se fusionan con la membrana plasmática y las proteínas abandonan la célula.

Glicosilación el complejo de Golgi contiene numerosas enzimas glicosil-transferasas que realizan reacciones de glicosilación, tanto en moléculas de lípidos como de proteínas, a medida que estas van pasando a través del complejo de Golgi.

 En estas reacciones se eliminan algunos de los azúcares del oligosacárido añadido en el RE y se adicionan otros. La glucosidación en las proteínas puede ser de dos tipos: 

a) Los sacáridos ricos en manosa añadidos en el retículo endoplasmáctico (glucosidación tipo N) son posteriormente modificados en el aparato de Golgi mediante la adición de nuevos azúcares.

 b) En el aparato de Golgi se añade oligosacáridos con unión tipo O a los grupos hidroxilos de aminoácidos como la serina, la treonina y la hidroxilisina. Este tipo de glucosilación ocurre en los proteoglucanos. También se añaden los grupos sulfatos a los glucosaminoglucanos.

- Formación de lisosomas.
- Formación de vacuolas en las células vegetales.

Interviene además en otras funciones como son la sintesis de los componentes de la matriz extracelular, en las cellas animales, la sistesis de los componentes de la matriz de la pared celular, tales como pectinas y hemipectinas, en ls células vegetales, la ormación del tabique telofasico en las células vegetales.


 RIBOSOMAS 

Un ribosoma es un complejo formado por varias moléculas de RNA ribonsómico, asociadas a más de 50 proteínas diferentes. El rRNA constituye más de la mitad del peso del ribosoma y desempeña una función catalítica en el proceso de la síntesis proteica. Se cree que las proteínas ribosómicas incrementan la función de los rRNA.

Cada ribosoma está formado por una subunidad pequeña y una subunidad grande, que se disocian al final de cada proceso de síntesis proteica. La subunidad pequeña se une al RNA mensajero (mRNA) y a las moléculas de RNA transferente (tRNA), mientras que la subunidad grande cataliza la formación de los enlaces peptídicos.

Los ribosomas de las células eucariotas son de mayor tamaño que los de las células procariotas. En la siguiente tabla se muestran las diferencias entre ambos.

Los ribosomas 80S de las células eucariotas pueden encontrarse libres en el citosol o unidos a la cara citosólica de las membranas del retículo endoplasmático.

Los dos tipos de ribosomas del citoplasma son estructural y funcionalmente iguales, pero según estén libres o unidos al retículo endoplasmático sintetizan proteínas cuyos destinos finales son diferentes:

En los ribosomas libres se sintetizan proteínas del citosol, núcleo, peroxisomas, mitocondrias y cloroplastos, en el caso de los vegetales.


 CENTROSOMAS 

El centrosoma o citocentro se encuentra próximo al núcleo en las células eucariotas animales. Este tiene un cuerpo central, que formado por dos centríolos rodeado por el material pericentriolar, actualmente al conjunto de los centríolos se le llama centro organizador de microtúbulos. 

Cada uno de los centríolos están formados por microtúbulos, los tres microtúbulos son íntimamente asociados, y a su vez, están enlazados entre sí por determinadas proteínas que sirven de puente. Alrededor de los centrosomas se encuentra un conjunto de microtúbulos formando un áster. La función primaria del centrosoma consiste en la nucleación y el anclaje de los microtúbulos.

 Los centrosomas tienen un papel fundamental en el establecimiento de la red de microtúbulos en interfase y del huso mitótico o acromático. 



 LISOSOMAS 

Son vesículas relativamente grandes formadas por el aparato de Golgi que contienen enzimas hidrolíticas y son rodeadas por una membrana. 

Su función es digerir los alimentos de la célula intracelularmente, su forma es ovalada o esféricas, el encargados de formar este orgánulo es el retículo endoplasmático rugoso posteriormente son empaquetados por el complejo de Golgi, se encuentran en las células animales, otra función de los lisosomas es la digestión de detritus extracelular en heridas y quemaduras, limpiando para la reparación del tejido.

Existen dos tipos de lisosomas: Los lisosomas primarios que sólo contienen las enzimas digestivas, y los lisosomas secundarios, por haberse fundido con una vesícula con materia orgánica, contienen también sustratos en vía de digestión.




VACUOLAS

Junto con los cloroplastos y la pared celular, las vacuolas son componentes característicos de las células vegetales. Una vacuola es una vesícula muy grande, llena de líquido y rodeada por una membrana, denominada tonoplasto; esta membrana es selectivamente permeable, e interviene especialmente en el mantenimiento de la turgencia celular y en el crecimiento. Se forman por fusión de vesículas procedentes del aparato de Golgi.
Las vacuolas realizan, entre otras, las siguientes funciones:

-Almacenan gran cantidad de sustancias:
- Nutritivas, como las proteínas de reserva de muchas semillas. - Productos de deshecho tóxicos, que aíslan del resto del citoplasma, como la nicotina o el opio. Estas moléculas nocivas se liberan de las vacuolas cuando una planta es comida o dañada, proporcionando un sistema de defensa contra los depredadores.
La vacuola, es a menudo un lugar de concentración de pigmentos. Los colores azul, violeta, púrpura, rojo de las células vegetales se deben, usualmente, a un grupo de pigmentos llamados antocianinas (responsables de las coloraciones de frutas y verduras).

-Poseen actividad digestiva:
Ya que pueden contener gran variedad de enzimas hidrolíticas. Están implicadas en la degradación de macromoléculas y en el reciclaje de los componentes celulares.

-Regulan la presión de turgencia:
La concentración de materiales disueltos dentro de la vacuola es muy alta, superior a la del citosol. La entrada de agua en la vacuola por osmosis desde el citosol hace que esta se expanda y cree una presión hidrostática o turgencia dentro de la célula. Esto está equilibrado por la resistencia mecánica que presenta la pared celular.

-El aumento de tamaño de las células vegetales se debe, en gran parte, a la acumulación de agua en las vacuolas: 
Lo que supone un sistema muy económico para el crecimiento de las células vegetales.



PEROXISOMAS

Los peroxisomas son orgánulos redondeados (aunque no siempre), delimitados por una membrana, con un diámetro de entre 0,1 y 1 µm. 

Están presentes en casi todas las células eucariotas y tienen una función eminentemente metabólica. A veces presentan inclusiones cristalinas en su interior debido a la gran cantidad de enzimas que llegan a contener.

Deben su nombre a que las primeras enzimas que se descubrieron en su interior fueron las peroxidasas, aunque pueden contener más de 50 enzimas diferentes. Los tipos de enzimas presentes y su concentración varían dependiendo del tipo celular y del estado fisiológico de la célula.

Los peroxisomas son orgánulos con una gran plasticidad, pueden incrementar su número y tamaño frente a estímulos fisiológicos y volver a su número normal cuando el estímulo ha desaparecido. 

La biogénesis o formación de nuevos peroxisomas en una célula se puede producir de dos formas: por crecimiento y división de los preexistentes y  por generación a partir del retículo endoplasmático.

MITOCONDRIA

Son orgánulos celulares que se encuentran en prácticamente todas las células eucariotas. Constituyen las "centrales energéticas" de todos los seres eucariotas.
En su interior se produce energía a partir de la materia orgánica que es oxidada en presencia de oxígeno.
En el proceso se libera dióxido de carbono y agua.

Estructura

MEMBRANA EXTERNA:
Bicapa lipídica exterior la cual es permeable a iones, metabolitos y otras macromoléculas. Esta membrana realiza relativamente pocas funciones enzimáticas o de transporte.

MEMBRANA INTERNA:
Ésta membrana contiene más proteínas, carece de poros y es más selectiva en comparación con la membrana externa. Contiene muchos complejos enzimáticos y sistemas de transporte transmembrana; éstos están implicados en la translocación de moléculas.

ESPACIO INTERMEMBRANOSO: 
Es un líquido similar al hialoplasma, este se localiza entre las dos membranas. En este espacio se encuentran diversas enzimas que intervienen en la trasferencia de  energía del ATP.

MATRIZ MITOCONDRIAL:
Contiene menos moléculas que el citosol, tiene iones, metabolitos, ADN, ribosomas y  ARNm. Se podría decir que tiene todos los orgánulos de una célula procariota. Aquí se realizan varios procesos  metabólicas esenciales para la vida, cómo el ciclo de Krebs y la oxidación de ácidos grasos, además de la oxidación de aminoácidos y algunas reacciones de síntesis de urea y grupos hem.
La principal función de la mitocondria en la oxidación de metabolitos (ciclo de Krebs, beta-oxidación y oxidación de ácidos grasos), a partir de esto último la mitocondria puede ser el principal productor de energía mediante la fosforilación oxidativa, que es dependiente de la cadena transportadora de electrones.
También sirve como almacén de sustancias como iones, agua y otros compuestos.
Además éste orgánulo aporta en la transcripción de información genética a partir del ARN mitocondrial (ARNm).


CLOROPLASTOS

Los cloroplastos son los plastos de mayor importancia biológica; ya que por medio de la fotosíntesis, en ellos se transforma la energía lumínica en energía química, que puede ser aprovechada por los vegetales.

Al microscopio óptico pueden ser observados, en fresco y sin teñir, y aparecen generalmente como unos orgánulos discoidales en los que, ocasionalmente, se distinguen en su interior unos cuerpos densos o grana. Se encuentran localizados en el citoplasma.

No tienen un lugar fijo, aunque frecuentemente se encuentran entre la pared vacuolar y la membrana plasmática.

 ESTRUCTURA

MEMBRANA EXTERNA E INTERNA

Su estructura es muy parecida a la que presentan el resto de las membranas. La externa tiene mayor permeabilidad a los iones y a las grandes moléculas que la interna, que es prácticamente impermeable, pero que contiene proteínas transportadoras.

ESTROMA O MATRIZ INTERNA AMORFA


Presenta en su interior una molécula de ADN circular de doble cadena y ribosomas denominados plastorribosomas; es el lugar donde se realizan los procesos genéticos del cloroplasto y las reacciones oscuras de la fotosíntesis. La matriz interna alberga todas las enzimas encargadas de la fijación del carbono, siendo la más abundante la rubisco, así como las enzimas que permiten la replicación, transcripción y traducción de la información genética del ADN del cloroplasto. La rubisco de las plantas es una proteína de mayor tamaño y representa alrededor del 50% de las proteínas totales cloplásticas, siendo la más abundante en la naturaleza.

 

 FUNCIONES DE LOS CLOROPLASTOS


Las principales funciones que realizan los cloroplastos son:


FOTOSÍNTESIS

Los cloroplastos son los orgánulos encargados de realizar la fotosíntesis. En éste proceso tienen lugar reacciones dependientes de la luz, como son por ejemplo la producción de ATP y de NADPH; y reacciones independientes de la luz, que emplean la energía producida por las primeras en la fijación de CO2 y en la formación de glúcidos principalmente.
BIOSÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS

Para ello utilizan los glúcidos
 el NADPH y el ATP sintetizados.


REDUCCIÓN DE NITRATOS A NITRITOS

Los nitritos se reducen a amoniaco, que es la fuente de nitrógeno para la síntesis de los aminoácidos y de los nucleótidos.



MEMBRANA PLASMÁTICA

La membrana plasmática representa el límite entre el medio extracelular y el intracelular.

 Debido a su reducido grosor, de unos 7,5 nm, no es observable al microscopio óptico; solo se observa con el microscopio electrónico de transmisión.

Composición química de la membrana plasmática


LÍPIDOS


Las membranas biológicas de todas las células eucarióticas están constituidas por tres tipos de lípidos: fosfolípidos, glucolípidos y esteroles (entre los que se encuentra el colesterol). Todos ellos tienen carácter anfipático y, por tanto, cuando se encuentran en un medio acuoso se orientan formando micelas esféricas o bicapas lipídicas. Estos lípidos se distribuyen en la membrana de una manera asimétrica y heterogénea, existiendo zonas más o menos fluidas según el tipo de lípidos.

La membrana plasmática no es una estructura estática, ya que los lípidos que la componen tienen posibilidad de movimiento, lo que le proporciona una cierta fluidez o viscosidad. La fluidez es una de las características más importantes de las membranas. Depende de factores como la temperatura (la fluidez aumenta al incrementarse la temperatura), la naturaleza de los lípidos (la presencia de lípidos insaturados y de cadena corta favorece el aumento de la fluidez) y la presencia de colesterol (endurece las membranas, reduciendo su fluidez y permeabilidad). De la fluidez dependen importantes funciones de la membrana, como el transporte, la adhesión celular o la función inmunitaria. Por ello, las membranas poseen mecanismos de adaptación homeoviscosa encargados de mantener la fluidez.


PROTEÍNAS


Las proteinas confieren a la membrana sus funciones específicas, y son características de cada especie. Al igual que los lípidos, poseen un movimiento de difusión lateral con lo que contribuyen a la fluidez de la membrana. La mayoría de ellas tienen estructura globular, y se pueden clasificar según sea el lugar que ocupen en la membrana.



HIDRATOS DE CARBONO

Los glucidos, estan reperesentados, en su mayoria, por oligosacarido, unidos covalentemente a los dominios extracelulares de las proteinas y de los lipidos.

Su distribucion es asimétrica, y solo se localizan en la cara externa de la membrana plasmática de las celulas eucarioticas.



NÚCLEO

Estructuralmente, el aspecto del núcleo celular depende del momento del ciclo en el que se encuentre la célula: se habla de núcleo interfásico cuando la célula no está en fase de división, y de núcleo mitótico cuando se diferencian los cromosomas. 

Está presente en todas las células eucariotas, excepto en los glóbulos rojos de los vertebrados superiores y en las células epidérmicas del estrato córneo superficial.
El núcleo celular consta de una envoltura nuclear (formada por una doble membrana) y una matriz nuclear o nucleoplasma, en cuyo seno se encuentran la cromatina (ADN y proteínas asociadas) y el nucléolo (donde se sintetiza el ARN ribosómico).

Es muy variable (esférica, ovalada, polilobulada); depende del tipo de célula y momento del ciclo en el que está.

Puede oscilar entre los 5 y 25 micrómetros de diámetro, pero dentro de un mismo tipo de célula es constante. Generalmente, el tamaño del núcleo es proporcional al que tiene la célula, ocupando normalmente un 10% del volumen total de esta.
La posición del núcleo es característica de cada célula. En las células embrionarias (meristemos, blastómeros) ocupa una posición central; en las adiposas, ocupadas en su mayoría por una gran gota de grasa, el núcleo queda lateralizado; en las secretoras se sitúa basalmente, quedando el resto de los orgánulos citoplásmicos entre él y el polo secretor.

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