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LA CÉLULA
En los seres vivos existen dos tipos de organización celular claramente diferenciados: Procariota y eucariota.
Procariota
Organización típica de las células más sencillas y primitivas. Su principal característica es que no poseen membrana nuclear. Así mismo carecen de la mayoría de los orgánulos celulares, sólo poseen ribosomas. Son organismos unicelulares tales como las bacterias, las cianobacterias y los micoplasmas
Eucariotas
Estas células son más grandes y más complejas que las procariotas. Su material genético está dentro de un núcleo rodeado de una envoltura. También poseen diversos orgánulos limitados por membranas que dividen al citoplasma en compartimentos. Es propia de los organismos pluricelulares y de algunos unicelulares. Se pueden distinguir dos tipos de células eucarióticas: animales y vegetales. Las diferencias que hay entre ellas son escasas, por lo que las estudiaremos conjuntamente señalando las diferencias.
La figura representa una célula eucariota animal en la parte superior y una célula eucariota vegetal en la inferior.
especializadas .Pero la membrana plasmática de la célula no se limita a encerrar su variado contenido, si no que actúa y de manera muy eficaz, como vigilante de todo cuanto entra y sale en la misma. Así permite el paso de los nutrientes y de otros compuestos necesarios, mientras que las moléculas que no se precisan permanecen en el exterior: da salida de la célula a los productos de desecho. Además también controla el flujo de información entre las células y su entorno. En algunas células la membrana plasmática está cubierta por capas protectoras más gruesas
LA MEMBRANA PLASMÁTICA
La membrana plasmática es una envoltura que rodea a la célula y la separa de su entorno. Su aparición fue un paso crucial en el origen de las primeras formas de vida. Todas las membranas biológicas ya sea la membrana plasmática o las membranas internas de las células eucarióticas, tienen una estructura general común: están formados por una bicapa lipídica en la que se incluyen proteínas y glúcidos. Los lípidos de la membrana plasmática se encuentran dispuestos formando una bicapa. Esta bicapa es la estructura básica de todas las membranas biológicas. Los tres tipos principales de lípidos de membrana son: los fosfolípidos, los más abundantes ; los glucolípidos y el colesterol. Dichos lípidos son anfipáticos, es decir tienen un extremo hidrofílico y otro hidrofóbico; por ello en un medio acuoso forman espontáneamente bicapas. Estas bicapas tienen la propiedad de ser fluidas, por eso decimos que la membrana plasmática tiene una estructura de mosaico fluido. La fluidez es una de las características más importantes de las membranas. Depende de factores como: La temperatura , la fluidez aumenta al aumentar la temperatura. La naturaleza de los lípidos , la presencia de lípidos insaturados y de cadena corta favorecen el aumento de fluidez. La presencia de colesterol endurece las membranas, reduciendo su fluidez y permeabilidad. Otra propiedad de las bicapas lipídicas es que, debido a su interior hidrofóbico son muy impermeables a los iones y a la mayor parte de las moléculas polares.
Las moléculas que atraviesan la bicapa son:
- Moléculas no polares que se disuelven fácilmente en la bicapa.
- Moléculas polares de tamaño muy reducido, como por ejemplo el agua. Las proteínas de la membrana. Las proteínas se pueden asociar a la bicapa lipídica de las siguientes formas. Muchas proteínas de membrana atraviesan la bicapa de un extremo a otro, denominándose por ello proteínas transmembrana. Estas proteínas tienen una parte central hidrofóbica, que interacciona con la región hidrocarbonada de la bicapa; y dos extremos hidrofílicos que interaccionan con el exterior e interior de la célula. Otras proteínas se encuentran en la superficie de la bicapa, ya sea en la cara externa o interna de la membrana. Las glicoproteínas y los glicolípidos. Los hidratos de carbono localizados en la parte externa unos se unen a las proteínas formando las gliproteinas y otros a los lípidos formando los glicolípidos; estas glicoproteínas y glicolípidos forman una cubierta externa llamada glicocáliz
Funciones de la membrana.
Las principales funciones son, separar a la célula de su entorno; y controlar el intercambio de sustancias entre la célula y el medio. Y el reconocimiento de ciertas sustancias. INTERCAMBIO DE SUSTANCIAS ENTRE LA CÉLULA Y EL MEDIO. La permeabilidad de la membrana plasmática es extraordinariamente selectiva, ya que debe permitir que las moléculas esenciales, tales como glucosa, aminoácidos y otras, penetren fácilmente en la célula, y que los productos de desechos salgan de ella.
Otros se abren en respuesta a un cambio del potencial y se denominan canales regulados por voltaje. Estos últimos son los responsables de la excitabilidad eléctrica de las células nerviosas y musculares. Las proteínas transportadoras específicas o permeasas se unen a la molécula a transportar y sufren un cambio de forma, que permiten el paso de la molécula a través de la membrana 2º Transporte activo Es el que se realiza en contra del gradiente y con consumo de energía (ATP). Para que se lleve a cabo son imprescindibles dos condiciones:
- Las proteínas transportadoras llamadas bombas.
- El consumo de energía que, generalmente, proviene de la hidrólisis del ATP. Este ATP es producido en las mitocondrias. A continuación se estudia, como ejemplo la Bomba de Na+^ – K+. La mayoría de las células animales tienen una alta concentración de K+^ y una baja concentración de Na+^ con respecto al medio externo. Estos gradientes se consiguen debido a dicha bomba, que bombea simultáneamente Na+^ hacia el exterior y K+^ hacia el interior; con gasto del ATP.
Transporte de macromolécula (endocitosis y exocitosis). Las células también intercambian con el medio macromoléculas incluso partículas de varios micrómetros de tamaño. El proceso por el cual las células fijan e ingieren macromoléculas del medio recibe el nombre de endocitosis; y el proceso por el cual segregan partículas al exterior exocitosis Endocitosis Consiste en la ingestión de macromoléculas y partículas mediante la invaginación de una pequeña región de la membrana que luego se estrangula formando una nueva vesícula intracelular. Distinguiremos dos tipos de endocitosis: la fagocitosis y la pinocitosis A) La pinocitosis implica la toma de pequeñas gotas de líquidos extracelular B) Fagocitosis. Es un caso especial de la endocitosis, se llama así cuando las partículas a ingerir son muy grandes. La fagocitosis se
El paso de sustancias a través de la pared celular está favorecido por la presencia de punteaduras y plasmodesmos****. Plasmodesmos Son conexiones citoplasmáticas que atraviesan la pared celular entre células contiguas. Punteaduras: la pared secundaria se interrumpe bruscamente y en la lámina media y pared primaria aparecen unas perforaciones que reciben el nombre de punteaduras.
SISTEMAS DE ENDOMEMBRANAS
Una de las características básicas de las células eucarióticas es su complejo sistema de membranas internas, que delimitan diferentes compartimentos u orgánulos dentro del citoplasma. Cada orgánulo está especializado en una función. La ventaja de esta compartimentación es que permite a la célula realizar a la vez numerosas reacciones químicas específicas e incompatibles y, al mismo tiempo transportar los productos de dichas reacciones a sus lugares de destino. Empezaremos estudiando los ribososmas por ser unos orgánulos que además de estar libres en el citoplasma también se encuentran unidos al RE rugoso
RIBOSOMAS
Los ribosomas son orgánulos muy pequeños, formados por una subunidad pequeña y una subunidad grande…
Un ribosoma está formado por moléculas de RNA asociadas a moléculas de proteínas. Localización. Los ribosomas pueden encontrarse libres en el citoplasma o unidos a la cara externa de la membrana del RE. También se encuentran ribosomas en el interior de las mitocondrias y de los cloroplastos (células vegetales).
Función Los ribosomas unidos al RE sintetizan las proteínas del RE, aparato de Golgi,
lisosomas, membrana plasmática y las destinadas a ser secretadas por la célula. (Esto lo veremos en las preguntas siguientes).En los ribosomas libres se sintetizan las demás proteínas. Origen. La formación de los ribosomas comprende la síntesis del RNA ribosómico, que tiene lugar en el nucleolo, así como el ensamblaje de rRNA con las correspondientes proteínas, éstas fueron sintetizadas en el citoplasma y entran en el núcleo por los poros. A continuación este ensamblaje se parte para dar lugar a las dos subunidades que constituyen a los ribosomas, y a continuación las dos subunidades salen al citoplasma por los poros.
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
El retículo endoplasmático (RE) está formado por una serie de sáculos y tubos aplastados que recorren el citoplasma. La membrana del RE puede tener ribosomas adheridos a la parte externa, o no tenerlos; lo que permite distinguir dos tipos de RE: el RE rugoso que posee ribosomas adheridos a su membrana, y el RE liso que no los posee.
Retículo endoplasmático rugoso. El RE rugoso está recubierto exteriormente por
ribosomas dedicados a la síntesis de proteínas.
Descrito por primera vez por Camilo Golgi en 1898. Está formado por uno o más grupos de cisternas aplanadas y apiladas llamadas dictiosomas. Cada dictiosoma contiene normalmente entre cuatro a seis cisternas rodeadas de pequeñas vesículas En un dictiosoma se distinguen dos caras diferentes: una cara de entrada y otra de salida. La cara de entrada está relacionada con el RE del que salen vesículas (vesículas de transición) que se dirigen a dicha cara; de la cara de salida surgen diferentes vesículas de transporte que se dirigen a sus destinos finales, las vesículas de secreción y los lisosomas.
Funciones. El aparato de Golgi desempeña las siguientes funciones:
- Procesos de secreción y reciclaje de la membrana plasmática Las proteínas destinadas a ser secretadas al exterior son sintetizadas en el RE y posteriormente llevadas al aparato de Golgi, de donde salen en vesículas de secreción. Dichas vesículas se fusionan con la membrana plasmática a la vez que vierten su contenido al exterior por exocitosis. Durante la exocitosis la membrana de la vesícula secretora se fusiona con la membrana plasmática. Esto permite reponer los componentes de la membrana que se pierden en la endocitosis, lo que constituye un reciclaje de la membrana plasmática.
- Glicosidación En el aparato de Golgi tiene lugar la glicosilación tanto de las proteínas como de los lípidos
- Formación de lisosomas.
- Formación de vacuolas en las células vegetales
- Síntesis de celulosa y otros polisacáridos principales constituyentes de las pared celular .
LISOSOMAS
Son vesículas rodeadas de membrana que contienen Enzimas hidrolíticas. Contienen muchas enzimas diferentes entre ellas están proteasas, lipasas, amilasas etc. (enzimas digestivos) Los lisosomas se forman a partir de vesículas que se desprenden del aparato de Golgi.
Función La función de los lisosomas es intervenir en la digestión intracelular de
macromoléculas. Estos polímeros son hidrolizados y transformados en moléculas menores: monosacáridos, aminoácidos, etc., que se difunden a través de la membrana hacia el citoplasma, lo que no fue digerido sale al exterior. Dependiendo de la procedencia del material implicado en la digestión se puede distinguir dos procesos diferentes: Heterofagia y autofagia (la explicación a estos dos procesos se da en el dibujo que viene a continuación). Digestión de sustancias del exterior de la célula números (4 y 5) heterofagia ; digestión de estructuras del interior de la célula (número 3), autofagia.
PEROXISOSOMAS
Son orgánulos membranosos que contienen enzimas oxidativos.
Están especializados en llevar a cabo reacciones que utilizan el oxígeno generando H 2 O 2 que, por ser un agente oxidante muy tóxico, es destruído a continuación por la catalasa. Poseen dos tipos de enzimas oxidativos: las llamadas oxidasas que generan el H 2 O 2 y la catalasa que lo elimina. Si se acumula un exceso de H 2 O 2 en la célula, la catalasa lo elimina. Como indica la reacción siguiente. Catalasa H 2 O 2 + H 2 O 2 ----------> 2 H 2 O + O 2
VACUOLAS
Una vacuola es una vesícula grande rodeada de una membrana llamada tonoplasto Son orgánulos típicos de las células vegetales, su número es variable, puede haber una gran vacuola o varias de diferente tamaño. Se origina por fusión de vesículas procedentes del aparato de Golgi.
Función las vacuolas realizan entre otras las siguientes funciones:
- Almacenan sustancias tales como nutrientes, por ejemplo, las proteínas de reserva de muchas semillas (guisantes, judías...); o productos de desecho tóxicos, como la nicotina o el opio.
- Almacenan pigmentos como los que les dan color a los pétalos de las flores. - El aumento de tamaño de las células vegetales se debe, en gran parte, a la acumulación de agua en sus vacuolas lo que supone un sistema muy económico para el crecimiento de las células vegetales.
EL CITOESQUELETO
Es un verdadero armazón interno celular. Está constituido fundamentalmente por microtúbulos, micofilamentos. El citoesqueleto es el responsable sobre todo de la forma de la célula. Los microtúbulos son pequeños cilindros huecos que forman una compleja red bajo la membrana plasmática y alrededor del núcleo celular. Los microtúbulos se forman a partir de unas proteínas globulares denominadas tubulinas.
EL CENTROSOMA
El centrosoma , citocentro o centro celular es exclusivo de células animales. Está formado por dos estructuras cilíndricas llamadas centriolos. Cada centríolo consta de 9 grupos de 3 microtúbulos que forman un cilindro. Este cilindro se mantiene gracias a unas proteínas que unen los tripletes. Alrededor se encuentra un material pericentriolar que es el centro organizador de microtúbulos. Éstos toman una disposición radial que recibe el nombre de áster Imágen de una célula vista al MET Las célula vegetales no tienen centríolos Los micrtúbulos del huso acromático, parten de una región difusa (mal definida) que carece de centríolos
Función Forma el huso acromático que facilita la separación de las cromátidas en la mitosis
Obtención de energía y síntesis de compuestos orgánicos en la
célula vegetal.
LOS PLASTOS
Son orgánulos característicos y exclusivos de las células vegetales. Existen diversos tipos de plastos: cloroplastos, cromoplastos, y leucoplastos. Algunas de las características de las diferentes clases de plastos son:
- Cloroplastos. Plastos verdes ya que contienen, entre otros pigmentos fotosintéticos, clorofila. En ellos se realiza la fotosíntesis.
- Cromoplastos. Plastos de color amarillo o anaranjado,contienen pigmentos que son los responsables del color de algunos frutos, por ejemplo en el tomate.
- Leucoplastos. Plastos de color blanco. Se encuentran en las partes no verdes de la planta. Así por ejemplo, en las células de la patata. Debido a su importancia para todos los seres vivos, haremos a continuación un estudio particular de los cloroplastos.
Los cloroplastos.
Son orgánulos muy variables en cuanto número forma y tamaño. Así por ejemplo las células de ciertas algas filamentosas tienen uno o dos únicos cloroplastos; otras como la elodea tienen numerosos cloroplastos. Su forma normalmente es biconvexa, pero pueden ser también estrellados o con forma de cinta enrollada en hélice. Ultraestructura. Presenta una doble membrana (externa e interna) y entre ellas un espacio intermembranoso. El interior se rellena por un gel llamado estroma. Presenta ADN y ribosomas. Inmersos en el estroma existen unos sacos aplanados llamados tilacoides o lamelas. Los tilacoides pueden extenderse por todo el estroma o apilarse formando paquetes llamados grana. En la membrana de los grana o tilacoides se ubican los sistemas enzimáticos que captan la energía del sol y efectúan el transporte de electrones para formar ATP.
MITOCONDRIAS.
Son orgánulos muy pequeños, difíciles de observar al microscopio óptico, al que aparecen como palitos o bastoncitos alargados. Se originan a partir de otras mitocondrias preexistentes. El número de mitocondrias en una célula puede llegar a ser muy elevado (hasta 2000). Ultraestructura. Generalmente se observa la presencia de una membrana externa y una membrana interna, ambas similares a la membrana de la célula. La membrana interna se prolonga hacia el interior en una especie de láminas llamadas crestas mitocondriales. Entre ambas membranas hay un espacio llamado espacio intermembrana. Dentro de la mitocondria entre las crestas, está la matriz mitocondrial. Las proteínas de la membrana interna y las de las crestas son muy importantes, ya que algunas son las responsables de los procesos respiratorios. El interior de la matriz mitocondrial es una solución de proteínas, lípidos, RNA, DNA y ribosomas (ribosomas de pequeño tamaño).
Funcion de las mitocondrias : en el interior de las mitocondrias tienen lugar los
procesos de respiración celular. Origen evolutivo. Las mitocondrias igual que los plastos, tienen una estructura similar a los organismos a los organismos procarióticos. Según la “Teoría endosimbiótica” las células eucarióticas serian el resultado de una simbiosis de varios procariotas. Uno de estos procariotas habrían sido los las mitocondrias que proporcionarían al organismo simbionte energía a partir de la degradación aerobia de sustancias orgánicas.
EL NUCLEO
Una célula contiene una serie de instrucciones destinadas a asegurar su funcionamiento y su reproducción. Estas instrucciones están contenidas en genes, constituidos por DNA y localizados en los cromosomas. En los organismos eucariotas los cromosomas están protegidos por una envuelta que delimita el núcleo de la célula. La longitud del DNA de una célula eucariótica es muy grande. Una célula humana cualquiera, por ejemplo una célula hepática contiene alrededor de 1 metro de DNA. Sin embargo el núcleo tiene sólo 5 de diámetro. La forma de solucionar o superar este problema a lo largo del proceso de evolución de la célula ha sido empaquetar el DNA en cromosomas. Así, las células humanas tienen 46 cromosomas de diferentes tamaños, y cada uno consta de una única molécula de DNA. En el núcleo tienen lugar procesos tan importantes como la replicación del DNA y la transcripción del RNA. A pesar de todo ello, la estructura y la organización funcional del núcleo han sido una incognita hasta hace poco tiempo y aún hoy día son numerosos los interrogantes sin respuesta. La replicación del DNA es un proceso, gracias al cual, cuando una célula se divide se obtienen dos células hijas con idéntica información y control que la célula madre Características generales. El núcleo es una estructura constante en la célula eucariótica, donde se alberga la información genética contenida en el DNA, de modo que dirige toda la actividad celular. Su constitución varía a lo largo de la vida de la célula, distinguiéndose dos periodos: periodo de división, durante el cual la célula se divide para originar células hijas y periodo de interfase o de no división, durante el cual el DNA se transcribe y la célula realiza su actividad
normal. A continuación nos vamos a referir al núcleo interfásico, mientras que el núcleo en división lo estudiaremos más adelante.
Núcleo interfásico:
La forma del núcleo es muy variable aunque generalmente predomina la esférica. El tamaño del núcleo es variable, aunque existe una relación entre el tamaño del núcleo y el tamaño de la célula. La posición del núcleo normalmente suele ser central, aunque en las células vegetales suele estar desplazado, debido al tamaño de las vacuolas. Número de núcleos generalmente suele ser uno, aunque hay células que tienen varios núcleos. Estructura del núcleo interfásico. En el núcleo interfásico se puede distinguir los siguientes componentes: membrana nuclear, jugo nuclear, cromatina y nucleólos. Membrana nuclear está formada por dos membranas ( una externa y otra interna ) con la misma estructura que la membrana plasmática. La membrana nuclear presenta poros. Debajo de la membrana interna se encuentra una capa de proteínas fibrilares de dominada lámina nuclear. Los poros permiten el paso de sustancias del núcleo al citoplasma y viceversa. La lámina nuclear induce la aparición y desaparición de la envoltura nuclear y es fundamental para la constitución de los cromosomas a partir de la cromatina. Nucleoplasma. Es un gel formado fundamentalmente por proteínas, la mayoría enzimas implicados en la duplicación del DNA, la trascripción, etc. En el jugo nuclear se encuentra inmersa la cromatina.
CROMATINA
Cromatina: Se le llama así por teñirse fuertemente por ciertos colorantes. A) Composición de la cromatina. Está formada por DNA asociado a proteínas. Las proteínas de la cromatina son de dos tipos, histonas y proteínas no histonas. Por otro lado, en el núcleo eucariótico hay varias moléculas de DNA, cuyo número varía según las especies; cada molécula de DNA, con sus proteínas asociadas, es un cromosoma.
