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ESTRUCTURAS CELULARES:
Taller 9.
Todos los organismos vivos están formados por células: unidades pequeñas
rodeadas por una membrana que contienen una solución acuosa concentrada de sustancias
químicas y dotadas de la extraordinaria capacidad para crear copias de sí mismas mediante
el crecimiento y la división en dos células (fisión).
Las células aisladas son las formas de vida más simples. Los organismos superiores; como
el hombre, son comunidades de células que derivan del crecimiento y la división de una
célula fundadora única.
UNIDAD Y DIVERSIDAD DE LAS CÉLULAS: Las células no son todas iguales y, de hecho,
pueden ser sumamente diferentes. Se estima que existen, por lo menos, 10 millones –quizá
100 millones- de especies distintas de organismos vivos en el mundo.
La célula está compuesta por una gran variedad de iones, moléculas inorgánicas y
orgánicas, donde se incluye el agua, sales, carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos
nucleicos. Estas moléculas se organizan para formar las estructuras de la célula y sus rutas
bioquímicas. La información genética se almacena en moléculas de ADN y se replica
fielmente. Esta información se transmite a cada nueva generación de células durante la
división celular. La información contenida en el ADN codifica proteínas específicas que, a su
vez, determinan la estructura y función celular.
Las células intercambian materiales y energía con el entorno. Todas las células vivas
necesitan una o más fuentes de energía, pero raramente la célula obtiene energía en una
forma que se pueda utilizar inmediatamente. La célula convierte la energía de una forma en
otra, y esa energía se utiliza para realizar varias actividades, que abarcan desde el trabajo
mecánico a la síntesis química.
La membrana plasmática es una estructura distintiva que rodea la superficie de
todas las células, haciendo de cada una de ellas un compartimento cerrado, cuya
composición química es diferente de la del espacio exterior. Esta membrana funciona como
una barrera selectiva entre el contenido celular y el entorno exterior. Las células intercambian
materiales con el entorno, pueden acumular las sustancias que necesitan y almacenar
energía.
La mayoría de las células tiene estructuras internas llamadas orgánulos, que se han
especializado en realizar diferentes actividades metabólicas, como convertir la energía en
formas utilizables, sintetizar los compuestos que necesita y fabricar las estructuras que
permiten su funcionamiento y reproducción.
CÉLULAS EUCARIOTAS:
Las células eucariotas se caracterizan por tener orgánulos muy organizados rodeados de
membrana, como el núcleo prominente que contiene el material hereditario, ADN. El termino
eucariota significa “núcleo verdadero”.
Los biólogos llaman a la parte de la célula por fuera del núcleo citoplasma, y la parte de la
célula dentro del núcleo nucleoplasma. Dentro del fluido que compone el citoplasma,
llamado citosol, están suspendidos varios orgánulos.
El termino citoplasma incluye tanto el citosol como a todos los otros orgánulos a excepción
del núcleo.
Núcleo: el depósito de información de la célula.
El núcleo suele ser el orgánulo más destacado de la célula procariota. Está rodeado por dos
membranas concéntricas que forman la envoltura nuclear, y contiene moléculas de ADN:
polímeros muy largos que codifican la información genética del organismo.
En el microscopio óptico, estas moléculas
de ADN gigantes son visibles como
cromosomas individuales cuando se
condensan mientras la célula se prepara
para dividirse en dos células hijas. (Ver
fig.)
ORGÁNULOS DEL CITOPLASMA:
1. Los ribosomas: encargados de formar proteínas.
Los ribosomas son partículas muy pequeñas que se encuentran libres en el
citoplasma o adheridas a ciertas membranas. Los ribosomas contienen las enzimas
necesarias para formar enlaces peptídicos, que son los que unen aminoácidos para producir
polipéptidos (proteínas). Cada ribosoma tiene dos componentes principales: una subunidad
grande y una subunidad pequeña. Cuando las dos subunidades de ribosomas se unen,
funcionan como una fábrica que produce polipéptidos.
2. Retículo endoplasmático: una red de membranas internas.
Es el laberinto de membranas paralelas que rodean al núcleo y se extienden a muchas
regiones del citoplasma. Este complejo de membranas, o sea, el retículo endoplásmico
(RE), forma una red que en muchas células constituye una parte considerable del volumen
total del citoplasma.
Muchas membranas del RE consisten en una serie de estructuras en forma de saco muy
juntas y aplanadas que forman compartimentos conectados entre sí dentro del citoplasma.
El espacio interno que encierra las membranas se denomina luz del RE. En la mayor parte
de las células, la luz del RE forma un único compartimento interno que tiene continuidad con
el compartimento que se forma entre las membranas externa e interna de la envoltura
nuclear.
Las membranas y la luz del RE contienen enzimas que catalizan muchos tipos de reacciones
químicas. En algunos casos, las membranas sirven como armazón para las enzimas que
llevan a cabo reacciones bioquímicas secuenciales.
Las dos superficies de la membrana contienen diferentes grupos de enzimas y representan
regiones de la célula con distintas capacidades de síntesis. Dentro de la luz del RE se
localizan también otras enzimas.
Se pueden distinguir dos regiones diferentes del RE: el retículo endoplasmático rugoso y
el retículo endoplasmático liso. Aunque estas regiones tienen diferentes funciones, sus
membranas están conectadas y sus espacios internos son continuos.
El RE liso sintetiza lípidos: El RE liso tiene apariencia tubular y las superficies de su
membrana externa parecen lisas. Las enzimas de las membranas del RE liso catalizan la
síntesis de muchos lípidos y carbohidratos. El RE liso es el sitio principal para la síntesis de
fosfolípidos y colesterol necesarios para la formación de las membranas celulares. El RE liso
sintetiza hormonas esteroides, como las hormonas de la reproducción, a partir del colesterol.
En las células hepáticas, el RE liso es importante para degradar enzimáticamente el
glucógeno almacenado (el hígado ayuda a regular la concentración de glucosa en la sangre).
El RE liso también almacena iones de calcio.
El RE rugoso es importante en la síntesis de proteínas: La superficie externa del RE
rugoso está salpicada de ribosomas que aparecen como gránulos oscuros. Los ribosomas
unidos al RE rugoso se conocen como ribosomas adheridos o asociados; los ribosomas
libres están suspendidos en el citosol.
El RE rugoso desempeña un papel central en la síntesis y el ensamble de proteínas. Muchas
proteínas que se exportan desde la célula (como las enzimas digestivas), y aquellas
destinadas a otros orgánulos, se sintetizan en los ribosomas unidos a la membrana del RE.
Cada uno de estos ribosomas forma un cierre hermético con la membrana del RE. Un canal
en él, se conecta con un poro del RE. Los polipéptidos se transportan a través del canal y
del poro de la membrana del RE hasta la luz del RE o lumen.
Las proteínas procesadas adecuadamente se transfieren a otros compartimentos de la célula
por medio de pequeñas vesículas de transporte, que se desprenden en forma de yemas de
la membrana del RE y entonces se fusionan con la membrana del orgánulo de destino.
3. El complejo de Golgi: procesa, clasifica y modifica las proteínas.
En muchas células, el complejo de Golgi está formado por pilas de sacos
membranosos y aplanados llamados cisternas. Cada cisterna tiene un espacio
interno, o iluminado (figura). En ciertas regiones, las
cisternas pueden distenderse en los extremos,
formando bulbos, por estar llenas de productos celulares. Cada uno
de los sacos aplanados tiene un espacio interno o luz. El complejo
de Golgi contiene compartimentos independientes, así como otros
interconectados. Cada saco del complejo de Golgi tiene tres áreas,
que se conocen como cara cis y cara trans (o región cis y trans), y la
región media entre ambas.
Normalmente, la cara cis (la superficie de entrada) se orienta hacia el núcleo y recibe
materiales de las vesículas de transporte procedentes del RE. La cara trans (la superficie de
salida), se orienta hacia la membrana plasmática; empaqueta moléculas en vesículas y las
transporta fuera del complejo de Golgi.
El complejo de Golgi procesa, clasifica y modifica proteínas.
Las proteínas que se ensamblan con precisión son transportadas desde el RE rugoso a la
cara cis del complejo de Golgi en pequeñas vesículas de transporte formadas a partir de la
membrana del RE. Las vesículas de transporte se fusionan entre sí para formar grupos que
se mueven a lo largo de los microtubulos (estructuras del citoesqueleto) hasta el complejo
de Golgi.
Pero, ¿Qué ocurre con las moléculas de glucoproteína liberadas en el complejo de Golgi?
Una hipótesis sostiene que las glucoproteínas son rodeadas por nuevas vesículas que las
transportan desde un compartimento a otro dentro del complejo de Golgi. Una hipótesis
alternativa postula que las propias cisternas pueden moverse desde las posiciones cis a las
trans. Ambas hipótesis pueden ser correctas: las glucoproteínas pueden transportarse por
ambos métodos.
Las glucoproteínas son empaquetadas en vesículas de transporte en la cara trans. Estas
vesículas se desprenden de la membrana del complejo de Golgi y transportan su contenido
a un destino específico.
4. Los lisosomas: compartimentos para la digestión.
Los lisosomas son pequeños sacos de enzimas digestivas
que se dispersan en el citoplasma de la mayoría de las células
animales. Los investigadores han identificado aproximadamente
40 enzimas digestivas diferentes en los lisosomas.
Ya que las enzimas lisosomales son activas en condiciones de
preferencia ácidas, los lisosomas mantienen un pH de
aproximadamente 5 en su interior. Las potentes enzimas y el bajo
pH que mantiene el lisosoma proporcionan un excelente ejemplo
de la importancia de la separación de funciones dentro de la célula en diferentes
compartimentos. Bajo la mayoría de las condiciones normales, la membrana del lisosoma
limita sus enzimas y sus acciones. Sin embargo, algunas formas de daño tisular están
relacionadas con “fugas” de los lisosomas.
Los lisosomas primarios se forman mediante la gemación a partir del complejo de Golgi. Sus
enzimas hidrolíticas se sintetizan en el RE rugoso. A medida que estas enzimas pasan por
la luz del RE, se agregan azúcares a cada molécula, señalizando su unión al lisosoma. Esta
señal permite que el complejo de Golgi clasifique las enzimas que enviará a los lisosomas y
las que exportará al exterior de la célula.
Los lisosomas secundarios con potentes enzimas entran en contacto con las moléculas
ingeridas y las degradan en sus componentes. En ciertas condiciones, los lisosomas
degradan orgánulos y permiten que sus componentes se reciclen o se utilicen como fuente
de energía.
5. Las mitocondrias: producen ATP a través de la respiración celular.
La energía que una célula obtiene de su entorno normalmente está en forma
de energía química en las moléculas alimenticias (como la glucosa). Este tipo
de energía debe convertirse en formas que la célula pueda usar de manera
conveniente. Prácticamente todas las células eucariotas (plantas, animales,
hongos y protistas) contienen orgánulos complejos llamados mitocondrias.
En estos orgánulos ocurre la respiración aerobia, proceso que requiere
oxígeno y que incluye la mayoría de las reacciones que convierten la energía química
presente en ciertos alimentos, en ATP. Durante la respiración aerobia, se liberan átomos de
carbono y oxigeno de las moléculas alimenticias como la glucosa, y se convierten en dióxido
de carbono y agua.
Las mitocondrias están presentes en casi todas las
células eucariotas y son uno de los orgánulos más
destacados.
Tienen una estructura muy característica, cada
mitocondria tiene forma de “salchicha o gusano”, mide
entre uno y muchos micrómetros y se halla rodeada de
dos membranas separadas. La membrana interna
presenta pliegues que se proyectan hacia el interior.
Las mitocondrias generan energía química a la célula. Obtienen la energía de la oxidación
de las moléculas de alimentos, como los azúcares, y producen adenosina trifosfática o ATP,
el combustible básico de la mayor parte de las actividades celulares. Como la mitocondria
consume oxígeno y libera dióxido de carbono durante esta actividad, el proceso completo se
denomina respiración celular: esencialmente, respirar a nivel celular.
Sin mitocondrias, los animales, los hongos y las plantas serían incapaces de utilizar el
oxígeno para extraer la máxima cantidad de energía de las moléculas de alimentos que los
nutren. El oxígeno sería tóxico para ellos, en lugar de una necesidad esencial: es decir,
serían anaerobios. Existen algunos eucariontes anaerobios, como el parásito intestinal
Giardia que carece de mitocondrias y sólo vive en medios pobres de oxígeno.
EL CITOESQUELETO
El citoesqueleto, una densa red de fibras de proteína, proporciona a las células su
resistencia mecánica, su forma y su capacidad para moverse. El citoesqueleto también
participa en la división celular y en el transporte de materiales dentro de la célula.
1. Los microtubulos: son los filamentos más gruesos del citoesqueleto, son rígidos, tienen
forma de cilindros huecos con un diámetro externo de aproximadamente 25 nm y hasta
varios micrómetros de longitud. Además de tener una función estructural en el citoesqueleto,
son extremadamente adaptables y están implicadas en el movimiento de los cromosomas
durante la división celular. Sirven como vías de transporte para otras varias clases de
movimiento intracelular y son los principales componentes estructurales de cilios y flagelos,
estructuras especializadas en determinados movimientos celulares.
2. Los centrosomas y los centriolos participan en la división celular:
Para que los microtubulos actúen como soporte estructural o participen en el movimiento
celular, deben anclarse a otras partes de la célula. En las células que no están en división,
el extremo menos de los microtubulos parece estar anclado a regiones llamadas centros
organizadores de microtubulos (MTOC). En las células animales, el principal MTOC
es el centro de la célula o centrosoma, una estructura importante en la división celular.
En muchas células, incluyendo casi todas las células animales, el centrosoma contiene dos
estructuras llamadas centriolos.
Estas estructuras se orientan perpendicularmente entre sí. Se conocen como estructuras 9
x 3 ya que están formadas por nueve grupos de tres microtubulos unidos (tripletes), que se
organizan formando un cilindro hueco.
3. Los cilios y los flagelos están compuestos de microtubulos.
Estas delgadas estructuras móviles, importantes para el movimiento celular se
proyectan desde la superficie de muchas células. Si una célula tiene uno o solo unos pocos
de estos apéndices y además son largos (por lo general de aproximadamente 200
μ
m) con
respecto al tamaño de la célula, se llaman flagelos. Si la célula tiene muchos apéndices
cortos (en general de 2 a 10
μ
m), estos se llaman cilios.
4. Los microfilamentos: están compuestos de cadenas entrelazadas de actina
Los microfilamentos, también llamados filamentos de actina, son fibras resistentes
y flexibles de unos 7 nm de diámetro. Cada microfilamento consiste en dos cadenas
poliméricas entrelazadas compuestas de moléculas de actina (semejantes a perlas). Los
microfilamentos están unidos entre sí y con otras proteínas a través de proteínas
enlazadoras. Forman haces de fibras que dan soporte mecánico a diversas estructuras
celulares.
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