la célula eucariota - IES Valle del Andarax

I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
LA CÉLULA EUCARIOTA (I): LA TEORÍA CELULAR. EL CITOSOL Y LAS
ESTRUCTURAS NO MEMBRANOSAS DE LA CÉLULA.
1.
2.
3.
4.
Introducción.
Orígen y evolución celular. La Teoría Celular.
Morfología celular.
Estructura celular:
De las células procariotas.
De las células eucariotas.
5. Las estructuras no membranosas de la célula.
Citoplasma.
Inclusiones citoplasmáticas:
• Inclusiones de Reserva.
• Pigmentos.
• Inclusiones de proteínas precipitadas.
El Citoesqueleto:
• Microfilamentos.
• Filamentos intermedios.
• Microtúbulos.
El Centrosoma.
Los Cilios y los Flagelos.
Los Ribosomas.
La Matriz Extracelular.
La Pared Celular:
• En vegetales.
6. Anexo.
ooooooooooOOOOOOOOOOoooooooooo
1. INTRODUCCIÓN.
Casi todos los avances científicos han sido el resultado de nuevos descubrimientos técnicos,
pero sobre todo ha sido así en lo referente al estudio de la célula. Las células son muy pequeñas y
además complejas, de ahí que resulte difícil tanto observarlas como determinar sus características:
composición química, funciones de sus componentes, etc.
El estudio de la célula depende, pues, de los instrumentos de trabajo que se puedan usar.
De hecho, los mayores avances de la Biología Celular han sido el resultado del descubrimiento de
nuevas herramientas y métodos de estudio.
Anton van Leewenhoek (1632-1723) fue el primero que observó células vivas:
espermatozoides, eritrocitos, protozoos e incluso bacterias.
El estudio científico de la célula no se inició hasta comienzos del siglo XIX cuando, gracias
a la mejora en la calidad de los microscopios, se convirtieron en instrumentos imprescindibles para
la investigación.
En pocos años se desarrolló la “Teoría Celular”, una de las generalizaciones más
importantes del pensamiento biológico. Dicha teoría marca el nacimiento de la Biología Celular.
-1-
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
2. ORÍGEN Y EVOLUCIÓN CELULAR. LA TEORÍA CELULAR.
El orígen de los seres vivos, capaces de reproducirse y de realizar intercambios de
materia y energía con el medio, ha sido el episodio más difícil de comprender en la
evolución del planeta Tierra.
EL COMIENZO DE LA VIDA
La Tierra se formó hace unos 4500 m.a., y la vida unos mil millones de años
después (hace 3500 m.a.). La explicación de cómo apareció resulta especulativa.
En 1922, Alexander Oparin formuló su hipótesis sobre los procesos de evolución
química que debieron producirse durante el origen de la vida. Según él, las moléculas
orgánicas podrían formarse con los gases de la atmósfera reductora primitiva,
concentrándose formando una “sopa” en los mares y lagos terrestres. La comunidad
científica ignoró sus ideas. En 1950, Stanley Miller probó la hipótesis de Oparin usando un
aparato ideado por él, haciendo pasar vapor de agua por un recipiente que contenía una
mezcla de gases (metano, amoniaco e hidrógeno), al tiempo que hacía pasar por dicho
recipiente una descarga eléctrica. El resultado fue la formación de una serie de moléculas
orgánicas (ác. Aspártico, ác. Glutámico, ác. Acético, ác. Fórmico, urea y aminoácidos
como la alanina y la glicina).
LAS PRIMERAS CÉLULAS
El siguiente paso evolutivo tendría que ser la formación de macromoléculas. Se
demostró que calentando mezclas secas de aminoácidos, éstos se polimerizaban y
formaban polipéptidos. Pero para que una molécula pudiera estar implicada en procesos
vitales, tendría que tener la capacidad de autorreplicarse (Geoffrey Cooper, 1997).
De las macromoléculas conocidas hoy día, sólo los ácidos nucleicos tienen la
capacidad de replicación. A principios de la década de 1980, Altman y Cech demostraron
que el ARN es capaz de catalizar una serie de reacciones, incluida la polimerización de
nucleótidos. Hoy está admitido que el ARN constituyó el primer sistema genético. Lo que
llamaríamos primera célula estaría formada por su ARN autorreplicativo rodeado por una
membrana de fosfolípidos, formando así el modelo celular más sencillo y primitivo.
LA TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA
Carl Wose (1980) denominó progenote o protobionte al antepasado común de
todos los organismos y, por tanto, representa la unidad viviente más primitiva, dotada ya
de mecanismos de traducción y transcripción genética. De este tronco común surgirían en
la evolución tres modelos de células procarióticas: arqueas, urcariotas y bacterias.
El siguiente paso en la evolución celular fue la aparición de los eucariotas hace
unos 1500 m.a. Lynn Margulis, en su teoría endosimbiótica, propone que se originaron a
partir de una primitiva célula urcariota (=célula huésped), que en algún momento
englobaría a otras células u organismos procarióticos, estableciéndose entre ambos una
relación endosimbiótica.
Estas células procariotas serían las precursoras de los peroxisomas, de las
mitocondrias (que procederían de bacterias aerobias) y de los cloroplastos (que serían
antiguas bacterias fotosintéticas). Mitocondrias y cloroplastos tienen su propio ADN,
además, ambos presentan ribosomas propios, con ARN ribosómicos más próximos a los
de las bacterias que a los de las células eucariotas.
-2-
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
Según esta teoría, parte de los genes del ADN mitocondrial y de los cloroplastos
pasarían a incorporarse a los genes del ADN de la célula huésped.
La incorporación intracelular de estos organismos procarióticos a la primitiva
célula urcariota le proporcionaba dos características de las que carecía inicialmente:
a) La capacidad de un metabolismo oxidativo, con lo cual la célula anaerobia pudo
convertirse en aerobia.
b) La posibilidad de realizar la fotosíntesis y, por tanto, ser un organismo
autótrofo capaz de usar como fuente de carbono el CO2, para producir moléculas
orgánicas.
Asimismo, la célula primitiva le proporcionaba a las procariotas simbiontes un
entorno seguro y alimento para la supervivencia. Por tanto, se produjo una endosimbiosis
altamente ventajosa para los organismos implicados, ya que todos ellos habrían adquirido
particularidades metabólicas que no poseían por separado.
DESCUBRIMIENTO DE LA CÉLULA
Los primeros descubrimientos de la célula se remontan al año 1665, cuando
Robert Hooke realizó sus primeras observaciones sobre células vegetales, usando para
ello un rudimentario microscopio de tan sólo cincuenta aumentos y construido por él
mismo.
Tras la visualización del tejido suberoso y de otros tejidos vegetales, llegó a la
conclusión de que éstos estaban formados por una serie de pequeñas celdas parecidas a
las de un panal de abejas, a las que denominó células.
Un contemporáneo de Hooke, Anthony van Leeuwenhoek, naturalista aficionado,
llegó a construir microscopios de hasta 200 aumentos, gracias a los cuales pudo realizar
interesantes descubrimientos: vio por vez primera protozoos y rotíferos (=animálculos),
levaduras, espermatozoides, eritrocitos y hasta bacterias.
Durante el siglo XVIII apenas hubo avances en el estudio de la célula, ya que no
se conseguía perfeccionar las lentes de aumento.
En el siglo XIX y gracias a las mejoras en óptica y al perfeccionamiento de las
técnicas de tinción, se pudieron estudiar células con más detalle y observar las
estructuras de su interior.
-3-
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
En 1831, Robert Brown descubrió en las células vegetales un corpúsculo al que
llamó núcleo.
En 1839, el zoólogo Theodor Schwann estableció un paralelismo entre los tejidos
animales y vegetales; también estudió y comprobó que la célula presentaba un
funcionamiento particular, al que denominó metabolismo celular.
LA TEORÍA CELULAR
A partir de los postulados enunciados por el botánico Matthias Schleiden en 1838
y el zoólogo Theodor Schwann en 1839, se inició el desarrollo de la llamada Teoría
Celular, con sus dos primeros principios:
1º.- La célula es la unidad morfológica de todos los seres vivos. Todos los
seres vivos están constituidos por una o más células.
2º.- La célula es la unidad fisiológica de los organismos. La célula es capaz de
realizar todos los procesos metabólicos necesarios para permanecer con vida.
En 1855, el médico Rudolf Virchow contribuyó a mejorar la teoría celular al
enunciar el tercer principio, sobre el orígen de las células:
3º.- Toda célula proviene, por división, de otra célula. (Omnis cellula ex
cellula). Las células solo pueden surgir a partir de otras ya existentes.
En los años siguientes
significativamente en su estudio:
se
hicieron
importantes
descubrimientos
que
permitieron
avanzar
- En 1839, Johannes Purkinje descubrió el protoplasma, que es el medio interno de la célula vegetal, en
el que se pueden distinguir dos partes: citoplasma (que rodea al núcleo) y carioplasma (parte interna
del núcleo).
- En 1852, Robert Remak descubrió que en el núcleo se producía una división directa o amitosis, en la
que se dividía por estrangulación.
- En 1879, Eduard Strasburger, describió en las células vegetales la división indirecta del núcleo a la
que denominó cariocinesis, en la que el núcleo experimenta transformaciones sucesivas.
- En 1880, el médico Walter Fleming descubrió la misma actividad en el núcleo de las células animales,
llamando a este proceso mitosis.
- En 1890, las observaciones del también médico, Wilhem Waldeyer, le llevaron a identificar durante la
mitosis unos filamentos nucleares a los que denominó cromosomas.
- En 1899, el médico español Santiago Ramón y Cajal descubrió que el tejido nervioso estaba formado
por células individuales y no por fibras unidas como se pensaba hasta entonces. Con este
descubrimiento demostró la individualidad de cada neurona, ampliando la teoría celular al tejido
nervioso. Gracias a estos estudios recibió el premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1906.
- En 1902, el genetista Walter Sutton y el embriólogo Theodor Boveri propusieron que la información
biológica reside en los cromosomas de la célula.
- En 1952, con el perfeccionamiento del microscopio electrónico, se permitió que fuera utilizado en
microbiología, lo que significó una auténtica revolución en citología; gracias a él se descubrieron los
ribosomas y los lisosomas, los peroxisomas y las vesículas sinápticas; además, permitió establecer la
estructura interna de los orgánulos celulares y también la ultraestructura de la membrana plasmática.
A partir de estos descubrimientos y de los conocimientos actuales de genética, se
puede añadir el siguiente principio a la teoría celular:
4º.- La célula es la unidad genética autónoma de los seres vivos. La célula
contiene toda la información sobre la síntesis de su estructura y el control de su
funcionamiento, y es capaz de transmitirla a sus descendientes.
-4-
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
En resumen, la teoría celular propone que la célula es la unidad morfológica,
fisiológica y genética de todos los seres vivos.
3. LA MORFOLOGÍA CELULAR.
La célula es la estructura más simple conocida con capacidad de realizar las funciones
vitales básicas: nutrición, relación y reproducción, por sí misma, es decir, sin necesidad de
otros seres vivos.
La célula está constituida por tres elementos básicos: membrana plasmática,
citoplasma y material genético (ADN).
Los virus no son células, puesto que no tienen estructura celular (carecen de un
citoplasma con enzimas capaces de realizar el metabolismo), pero sí son capaces de
reproducirse, aunque necesitan invadir a una célula viva para realizarlo (son parásitos
estrictos).
Los virus presentan una estructura básica muy sencilla, y no pertenecen al nivel
celular, sino a un nivel de organización más sencillo (nivel macromolecular). Se dice que
son una forma de vida acelular.
Forma de las células.
Van a presentar una gran variedad de formas, dependiendo del tipo de célula, su
edad y la función que realizan. También dependerá de si están en estado libre o en
tejidos.
Algunas no presentan forma fija, como las amebas y leucocitos (son pleomórficas),
que están continuamente cambiando de forma al emitir prolongaciones citoplasmáticas
(=pseudópodos) para poder desplazarse y para fagocitar partículas.
Los osteocitos y las células provistas de pared de secreción rígida, como bacterias y
la mayoría de las células vegetales, presentan una forma muy estable.
Tamaño de las células.
El tamaño es muy variable. Las bacterias suelen medir entre 1-2 µm de longitud, y la
mayoría de las célula humanas entre 5-20 µm; (ej. Los eritrocitos miden 7 µm de
diámetro y los hepatocitos 20 µm).
La célula más grande conocida hasta hoy es el ovocito de avestruz (7 cm de ∅). Los
espermatozoides destacan por su longitud (en humanos miden 53 µm de longitud),
aunque las células con mayor longitud son las neuronas, cuyas prolongaciones axonales
pueden alcanzar varios metros, como en el caso de los cetáceos.
-5-
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
Relación entre tamaño-forma y el estado de las células.
La principal restricción al tamaño de las células es debida a la relación entre su
volumen y su superficie. El tamaño de las células está limitado por dos factores:
1.- Capacidad de captación de nutrientes del medio. La entrada de nutrientes a la célula
se produce a través de toda su superficie, y de ahí se difunden por todo el volumen
celular.
Cuando una célula esférica aumenta de tamaño, el volumen aumenta
proporcionalmente al cubo del radio (Vesfera= 4 π⋅r3/3 ), mientras que la superficie sólo
aumenta en función del cuadrado del radio (Sesfera = 4π⋅r2); es decir, proporcionalmente
aumenta mucho más el volumen que la superficie.
Esto implica que la relación superficie/volumen disminuye, lo cual supone un gran
inconveniente para la supervivencia celular (hay poca superficie por la que entrarán los
nutrientes necesarios para un gran volumen celular).
Por ello, en las células grandes la relación superficie/volumen es menor que en
células pequeñas, lo que implica que en las células de mayor tamaño la superficie de
intercambio con el medio es proporcionalmente menor. En las células pequeñas esta
relación es mayor, lo que implica más superficie disponible para el intercambio, y que los
materiales recorrerán menores distancias por el interior.
Por todo esto pocas células maduras son esféricas. La mayoría son aplanadas,
prismáticas
o
irregulares,
manteniendo
así
la
relación
superficie/volumen
aproximadamente constante.
Dentro de una misma estirpe celular, la forma esférica o globular y una relación
superficie/volumen alta, generalmente es característica de las células jóvenes (ej. Los
ovocitos; cuanto más grandes son implica que están más próximos a su madurez e inicio
de la división).
2.- Capacidad funcional del núcleo. Un incremento del volumen celular no va
acompañado de un aumento del volumen del núcleo ni de su contenido genético. Si una
célula aumenta su volumen, se llevan a cabo un mayor número de reacciones
metabólicas. Si este aumento fuera más elevado, cada vez se precisarían más enzimas,
las cuales están codificadas por los genes que se encuentran en el núcleo; y el núcleo
podría llegar a ser incapaz de controlar la producción.
El grado de madurez de una célula también se puede deducir del grado de
empaquetamiento de su cromatina. Una cromatina extendida, que facilita la transcripción
del ADN, indica que la célula está en plena actividad metabólica; mientras que una
cromatina fuertemente empaquetada, generalmente es indicio de una inminente división
celular.
Ejercicios de aplicación:
a) ¿Cuántas veces es más grande el volumen de una célula eucariota globular de 20 µm de diámetro
que el de una bacteria esférica de 2 µm de diámetro?
b) ¿Qué porcentaje en volumen ocupan los lisosomas de una célula hepática si hay unos 200, su
diámetro es de 200 µm y el radio de la célula es de 4 µm?
-6-
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
4. LA ESTRUCTURA CELULAR.
Todas las células están formadas por los siguientes elementos:
- Membrana Plasmática; formada por una bicapa lipídica, en la cuál se encuentran
numerosas proteínas. Los lípidos actúan de barrera aislante entre el medio acuoso interno
y externo. Las proteínas son las que permiten la entrada y salida de sustancias
hidrosolubles.
- Citoplasma; ocupa el medio líquido interno o Citosol, y una serie de estructuras
internas denominadas orgánulos celulares.
- Material Genético; formado por una o varias unidades de ADN.
Estructura de las Células Procariotas
Se caracterizan por presentar las siguientes partes:
- Pared bacteriana; estructura rígida y gruesa.
- Membrana Plasmática; carece de colesterol (a diferencia de las eucariotas). Presentan
gran cantidad de proteínas con funciones enzimáticas, que regulan tanto el metabolismo
como la duplicación del ADN.
- Citoplasma; muy simple, ya que carece de orgánulos membranosos. Solo presentan
ribosomas y, en algunos casos, estructuras
limitadas por proteínas denominadas
clorosomas (con pigmentos fotosintéticos en su interior).
- Material genético; más o menos condensado en una zona denominada nucleoide.
Puede presentar pequeños trozos de ADN accesorio denominados plásmidos.
plásmido
-7-
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
Estructura de las Células Eucariotas
En el interior de una célula eucariota se distinguen cuatro tipos de estructuras
diferentes:
a) Estructuras carentes de membrana: son los ribosomas, los centrosomas y el
citoesqueleto.
b) Sistema endomembranoso. Es el conjunto formado por las estructuras
membranosas intercomunicadas y las vesículas aisladas derivadas de ellas: son el retículo
endoplasmático, el aparato de Golgi, las vacuolas y los lisosomas.
c) Orgánulos productores de energía. Son las mitocondrias y los cloroplastos.
Ambos están rodeados por una doble membrana.
d) Núcleo. Consta de un nucleoplasma rodeado de una doble membrana, que
presenta abundantes poros. Disperso en el nucleoplasma se encuentra el material
genético en forma de cromatina y, en medio de ella, dos o tres corpúsculos sin membrana
denominados nucléolos.
En las células eucariotas se pueden distinguir dos modelos diferentes: la célula
animal y la célula vegetal.
-8-
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
5. LAS ESTRUCTURAS NO MEMBRANOSAS DE LA CÉLULA.
EL CITOPLASMA
Es la parte de la célula comprendida entre la membrana plasmática y la envoltura
nuclear. Está formado por el citosol, las inclusiones citoplasmáticas, el citoesqueleto y los
orgánulos celulares (membranosos y no membranosos; aquí estudiaremos éstos últimos).
1.- EL CITOSOL.
También llamado Hialoplasma. Es el medio líquido interno del citoplasma.
Está delimitado por el sistema membranoso celular, es decir, ocupa el espacio situado
entre la membrana plasmática, la envoltura nuclear y las membranas de los diferentes
orgánulos.
Estructura y Funciones del Citosol
Contiene un 85% de agua, donde hay disueltas gran cantidad de moléculas,
formando una dispersión coloidal. Estas moléculas son: prótidos (aminoácidos, enzimas y
proteínas estructurales); lípidos; glúcidos (mono y polisacáridos); ácidos nucleicos (ARNt y
ARNm); nucleótidos (ATP); productos del metabolismo y sales minerales.
El contenido en agua puede variar, por lo que puede presentar dos formas
físicas diferentes: sol y gel.
La forma de sol es más fluida y la de gel más viscosa. Los cambios de una a otra
se producen en función de las necesidades metabólicas de la célula; estos cambios
participan en la locomoción celular y, en concreto, en el movimiento ameboide.
El citosol actúa como regulador del pH intracelular y es el medio en el que se
realizan la mayoría de las reacciones metabólicas celulares, aunque muchas de ellas
necesitan de la participación de otros orgánulos citoplasmáticos.
Las principales reacciones metabólicas que tienen lugar en el citosol son:
Gluconeogénesis: Reacciones de síntesis de glucógeno.
Glucogenolisis: Procesos de degradación del glucógeno.
Biosíntesis de aminoácidos: síntesis de proteínas, para la que es necesaria la
biosíntesis de aminoácidos y su posterior activación (unión del aminoácido a
su correspondiente ARNt).
Modificaciones proteicas: Tras formarse, necesitan alguna modificación para
ser funcionales.
Lipogénesis: Reacciones de formación de ácidos grasos, por condensaciones
sucesivas de maconil-CoA.
Fermentación láctica: En condiciones anaerobias, las células musculares
transforman el ácido pirúvico de la glucólisis en ácido láctico.
Diferentes reacciones en las que intervienen el ATP y el ARNt.
Todos estos procesos se pueden realizar gracias a la comunicación existente
entre el citosol y el nucleoplasma, a través de los poros de la membrana nuclear.
-9-
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
2.- INCLUSIONES CITOPLASMÁTICAS.
Son acumulaciones de sustancias de carácter hidrófobo que se encuentran en el
citoplasma y que no están rodeadas por membranas. Se encuentran tanto en procariotas
como eucariotas, en animales como en vegetales. Suelen tener función de reserva
energética, aunque en muchas ocasiones son pigmentos con función protectora o
productos finales de la degradación de otros pigmentos, e incluso proteínas precipitadas
debido a su elevada concentración.
a) Inclusiones de reserva: Las más abundantes son las de almidón y de glucógeno.
En las Células animales las principales inclusiones de reserva son:
Glucógeno: Abundante en células musculares y hepáticas. Si la glucosa en
sangre disminuye por debajo de 1g/L, el glucógeno hepático se hidroliza
hasta formar glucosa, que pasa a la sangre (acción hormonal del glucagón
pancreático).
Lípidos: Generalmente son triglicéridos (=grasas), que se pueden
almacenar formando gotitas en el citosol, especialmente en los adipocitos.
En las Células vegetales las principales inclusiones de reserva son:
Gotas de grasa. Presentes en las células de las semillas de oleaginosas.
Aceites esenciales. Formados por terpenos, como el geraniol, mentol,
eucaliptol y el limoneno, que forman gotitas líquidas presentes en las
células de las plantas aromáticas y en el pericarpio de los cítricos (limón,
naranja, etc.)
Látex. Líquido lechoso y pegajoso, producido en el citoplasma y que sirve
para taponar heridas en el vegetal. Presente en las euforbias (muchas son
cactus) y en las heveas (Hevea brasiliensis= árbol del caucho).
b) Pigmentos: Son sustancias coloreadas de diversa naturaleza química presentes
en tejidos animales. Entre los más característicos están:
La melanina. De color pardo o marrón. Abundante en la piel y ojos de
animales.
Los carotenoides. De color anaranjado o rojizo. Generalmente en células
vegetales.
La hemosiderina. De color pardo y presente en el citoplasma de los
macrófagos, en los que se produce debido a la degradación de la
hemoglobina.
La lipofucsina. Pigmento amarillo-parduzco, producto final de la actividad
celular y abundante en células nerviosas y cardíacas envejecidas.
c) Inclusiones de proteínas precipitadas: Son depósitos de distintos tipos de
proteínas que presentan algunos tipos de células animales. Generalmente son
productos de desecho. Ejemplos: Cristales de Charcot-Bötcher en las células de
Sertoli de los túbulos seminíferos de mamíferos; cristales de Reinke de las células
de Leydig, presentes también en los túbulos seminíferos y responsables de la
producción de testosterona.
- 10 -
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
3.- EL CITOESQUELETO.
Es una red de filamentos proteicos, de función esquelética, que forman el
“andamio” interno de la célula. Además de los filamentos proteicos existe un elevado
número de pequeñas proteínas que unen los filamentos entre sí y a éstos con el sistema
membranoso celular. Esta estructura aparece en todas las eucariotas.
Se diferencian tres tipos de filamentos que, de menor a mayor grosor son: los
microfilamentos, los filamentos intermedios y los microtúbulos.
LOS MICROFILAMENTOS
Son los más abundantes del citoesqueleto. Están formados por filamentos de
actina, constituidos por dos cadenas de moléculas de actina, enrolladas en forma de
hélice, y filamentos de miosina (llamados filamentos gruesos) formados por haces de
moléculas de miosina. Sus principales funciones son:
Mantener la forma de la célula. Forman una estructura reticular densa bajo la
membrana plasmática, denominada córtex. Mantiene la forma de la célula,
pero con cierta capacidad de acomodarse o amoldarse a los cambios que se
puedan producir.
Generar la emisión de pseudópodos. El desplazamiento celular y la
fagocitosis que realizan algunas células se lleva a cabo gracias a estos
pseudópodos.
Generar y estabilizar las prolongaciones citoplasmáticas. Como es el caso de
las microvellosidades de las células del epitelio intestinal. Son prolongaciones
del citoplasma que se sostienen gracias a una estructura interna formada por
haces de filamentos de actina asociados a otras proteínas.
Posibilitar el movimiento contráctil de las células musculares. Los filamentos
de miosina provocan la aproximación de la actina, con gasto de ATP, con lo
cual se acortan las miofibrillas y la célula muscular se contrae.
- 11 -
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
LOS FILAMENTOS INTERMEDIOS
Están formados por proteínas filamentosas y presentan un grosor intermedio entre
microfilamentos y microtúbulos. Pueden ser de distintos tipos. Entre ellos, los más
representativos son:
a) Neurofilamentos: Presentes en los axones de las neuronas.
b) Tonofilamentos o filamentos de queratina: Presentes en las células epiteliales,
localizados especialmente en los desmosomas. Las células superficiales de la piel, en
estado maduro, se enriquecen de estos filamentos y se queratinizan fuertemente.
Ejemplos de estas estructuras son la piel, las uñas y los cabellos.
c) Filamentos de vimentina: Muy abundantes en el tejido conjuntivo.
d) Filamentos de desmina: Localizados en las células musculares.
Todos estos filamentos ejercen principalmente funciones estructurales. Se
encuentran en células que están sometidas a esfuerzos mecánicos (ej. Células epiteliales
y las células musculares lisas). Junto con el resto del citoesqueleto contribuyen al
mantenimiento de la forma celular.
LOS MICROTÚBULOS
Son filamentos tubulares formados por la proteína tubulina, de la que se conocen,
al menos, tres tipos: α-tubulina, β-tubulina y la γ-tubulina (ésta forma anillos en los COM).
Las dos primeras forman dímeros de tubulina que se ensamblan siguiendo una
orientación, es decir, los microtúbulos tienen una polaridad: tienden a crecer en uno de
sus extremos (+) y a desorganizarse en el extremo opuesto (─). Se originan a partir del
centro organizador de los microtúbulos (COM), que en las células animales se denomina
material pericentriolar del centrosoma y en las vegetales, material birrefringente del
centrosoma.
A partir de los microtúbulos se originan: el
citoesqueleto, el huso acromático y los centríolos y sus
estructuras derivadas: cilios y flagelos.
Los microtúbulos son estructuras cilíndricas y
huecas, formadas por polímeros de dos proteínas
globulares unidas: la α-tubulina y la β-tubulina; estos
dímeros
de
tubulina
se
unen
y
forman
protofilamentos. Cada microtúbulo está formado por
protofilamentos
de
tubulina
(13),
dispuestos
cilíndricamente.
Los microtúbulos intervienen en las siguientes
funciones:
1.- Realizar el movimiento de la célula. Son los principales elementos estructurales
de los cilios y los flagelos y, junto con los microfilamentos de actina, participan en la
emisión de los pseudópodos.
- 12 -
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
2.- Servir de base para estructurar el citoesqueleto. Por su tamaño son los
componentes más importantes del citoesqueleto.
3.- Determinar la forma de la célula. Como en el caso del axón de las neuronas.
4.- Organizar la distribución interna de los orgánulos. Algunos orgánulos, como
mitocondrias o cloroplastos, se desplazan por la célula a lo largo de los microtúbulos del
citoesqueleto.
Otros, como el retículo endoplasmático o el aparato de Golgi, permanecen inmóviles
debido a la acción de sujeción de los microtúbulos.
5.- Movilizar a los cromosomas. Durante los procesos de división celular, a partir de
los microtúbulos se forma el huso acromático o huso mitótico, que reparte los
cromosomas entre las dos células hijas.
4.- EL CENTROSOMA (=CITOCENTRO)
Se considera el centro dinámico de la célula porque corresponde a la zona del
citoplasma donde se encuentra el centro organizador de microtúbulos (COM), que es
el que genera los microtúbulos. Por ello, el centrosoma es el responsable de los
movimientos de la célula (como los microtúbulos que forman el huso acromático) y los
movimientos externos, como el de los cilios y flagelos.
Se distinguen dos tipos de centrosomas:
Centrosomas con centríolos: Se encuentran en las células de las algas, los
protozoos y animales.
Centrosomas sin centríolos: Presentes en células de los hongos y de
vegetales superiores. No tienen límites definidos.
Estructura y Funciones del Centrosoma
En un centrosoma con centríolos (característicos de las células animales)
podemos encontrar: el material pericentriolar, el áster y el diplosoma.
(fibras del áster)
a) Material pericentriolar: Es el centro organizador de microtúbulos (COM), es decir,
el orgánulo que origina los microtúbulos. Ópticamente es muy denso.
b) Áster: Es el conjunto de microtúbulos radiales que salen a partir del material
pericentriolar. Las fibras del áster pueden servir para fijar los centrosomas a la membrana
plasmática durante la mitosis. Los centrosomas que no tienen centríolos tampoco tienen
áster.
- 13 -
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
diplosoma
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
c) Diplosoma: Está inmerso en el material pericentriolar. Es el conjunto de dos
centríolos dispuestos perpendicularmente entre sí. Cada
centríolo consta de nueve grupos de tres microtúbulos
(tripletes de microtúbulos) que se disponen formando un
cilindro. Esta estructura se mantiene estable gracias a unas
proteínas (nexina y dineína) que forman puentes y unen los
tripletes entre sí.
Los centrosomas originan las estructuras formadas por
microtúbulos, como por ejemplo, los
undulipodios
(cilios
y
flagelosencargados
del
desplazamiento
celular); el huso acromático o mitótico
(encargado de la separación de los
cromosomas
durante
la
división
celular)
y
la
estructura
del
citoesqueleto (los microtúbulos son la
base de su estructura).
5.- LOS CILIOS Y LOS FLAGELOS (=UNDULIPODIOS)
También llamados undulipodios, son prolongaciones citoplasmáticas móviles,
situadas en la superficie celular, que presentan una estructura interna común formada por
9 dipletes de microtúbulos y 2 microtúbulos centrales, formando la denominada estructura
9x2 + 2.
Ambos presentan un mismo grosor, unos 0’25 µm, pero se diferencian entre ellos
en que los cilios son más cortos (de 2-20 µm) y más numerosos, mientras que los flagelos
son más largos (10-200 µm) y su número es más reducido (uno o dos).
Estructura y funciones de Cilios y Flagelos
Desde la zona más externa hacia la interna podemos distinguir cuatro partes
principales:
1.- TALLO.- Presenta un eje interno denominado axonema, formado por dos
microtúbulos centrales, rodeados de una vaina central, un sistema de nueve pares de
microtúbulos periféricos, un medio interno y una membrana plasmática que los recubre.
Los microtúbulos están unidos a moléculas proteicas, entre las que destacan:
Nexina: Une los dipletes periféricos entre sí y mantiene la disposición cilíndrica del
axonema.
Fibras Radiales: Unen los dipletes periféricos con la vaina que rodea los dos
microtúbulos centrales.
Dineína: Gracia a su función ATP-asa1, permite el movimiento entre los diferentes
grupos de microtúbulos y origina el movimiento del undulipodio.
_______________________________________________
1
Esta proteína tiene capacidad enzimática. Hidroliza al ATP generando la energía necesaria para que los brazos de
dineína de un diplete contacten con el diplete adyacente y se muevan uno respecto del otro.
- 14 -
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
2.- ZONA DE TRANSICIÓN.- Está situada entre el axonema y el corpúsculo basal. En
ella se observa un material denso a los electrones denominado placa basal. Formada por
dipletes, como el tallo, pero a diferencia de éste, no tiene microtúbulos centrales ni está
rodeada por membrana plasmática, ya que está dentro del citoplasma.
3.- CORPÚSCULO BASAL O CINETOSOMA.-
Consta de tripletes en lugar de dipletes,
y se distinguen dos partes:
a) Superior o distal: Tiene la misma estructura que un centríolo (9x3 +0). A
partir de esta zona se organizan los microtúbulos que forman el eje interno o
axonema del tallo.
b) Inferior o proximal: Tiene un eje central proteico del que salen
radialmente láminas hacia los 9 tripletes de la periferia (9x3 + 1), estructura
conocida como “rueda de carro”.
4.- RAÍZ.-
La forman un conjunto de microfilamentos con función contráctil.
Los cilios y los flagelos son los responsables de la motilidad de la célula, como
ocurre en los espermatozoides. Los cilios originan turbulencias alrededor de la célula para
atraer el alimento, como ocurre en los protozoos ciliados, o desplazan sustancias
externas, como en el epitelio traqueal.
9x2 + 2
Placa basal
9x3 + 0
Corpúsculo
Basal
9x3 + 1
6.- LOS RIBOSOMAS
Son orgánulos citoplasmáticos, compuestos de ARNr procedente del nucléolo y
diversos tipos de proteínas, que participan en la síntesis proteica. Tienen una estructura
globular y carente de membrana. Se observaron por primera vez al microscopio
electrónico en 1953, gracias a los estudios de Claude y Palade.
- 15 -
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
Existen en todas las células, pero son muy escasos en los eritrocitos y casi
inexistentes en los espermatozoides maduros.
Pueden aparecer dispersos por el citosol (en forma de polirribosomas) o pegados a
la membrana del RER o a la membrana nuclear, gracias a unas proteínas denominadas
riboforinas. También pueden encontrarse libres en la matriz de las mitocondrias o en el
estroma de los cloroplastos, con características similares a los ribosomas procarióticos.
Estructura y función de los Ribosomas
En las células eucariotas son corpúsculos esféricos de unos 20 nm de diámetro y
textura porosa, con una velocidad de sedimentación de 80 S y constituidos por dos
subunidades:
a) Subunidad pequeña: Con valores de 40 S.
b) Subunidad grande: Con valores de 65 S.
En el citoplasma aparecen separadas y únicamente se unen para sintetizar las
proteínas (proceso de traducción).
Cada ribosoma contiene un 80% de agua, un 10% de ARNr y un 10% de proteínas.
Son los responsables de la biosíntesis de proteínas. Inicialmente el ARNm se une a
la subunidad menor y, más tarde, a la grande, y así se inicia la traducción del mensaje del
ARNm. Una vez acabada la síntesis de la proteína, las dos subunidades se separan. Las
moléculas de ARNm son leídas por una serie de entre 5-40 ribosomas, distanciados entre
sí unos 10 nm. Estas cadenas de ribosomas reciben el nombre de polirribosomas o
polisomas.
7.- LA MATRIZ EXTRACELULAR (=GLICOCÁLIX)
Es un elemento propio de las células de los tejidos animales. Sirve como nexo de
unión y mantiene unidas a las células que forman los tejidos y a los tejidos que forman los
órganos. Gracias a sus fibras proteicas proporciona consistencia, elasticidad y resistencia
a la célula y condiciona su forma, así como el desarrollo y la proliferación de las células a
las que engloba. Es especialmente abundante en los tejidos conectivos (conjuntivo y
cartilaginoso), pudiendo acumular diferentes tipos de depósitos: fosfato de calcio (en el
tejido óseo); quitina (exoesqueleto de artrópodos); sílice (espículas de los poríferos).
- 16 -
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
Estructura de la Matriz Extracelular
Está formada por una sustancia
fundamental amorfa, constituida a su vez
por glucoproteínas hidratadas, en las que
hay inmersas una fina red de fibras
proteicas: colágeno, elastina y fibronectina.
Las
características
de
estos
elementos son:
Sustancia
Fundamental
Amorfa: Formada por proteoglucanos,
formados por una larga cadena de ácido
hialurónico a la que se unen muchas
proteínas filamentosas, como si fueran
ramas. A su vez, a cada uno de estos
filamentos se asocian muchas cadenas
glucídicas denominadas glucosaminoglucanos. Son estructuras muy hidrófilas y por ello
retienen mucha agua e iones.
Colágeno: Proteína filamentosa formada por tres cadenas que forman una triple hélice.
Proporciona resistencia, estructura y consistencia a la matriz.
Elastina: Proteína filamentosa que se comporta como una goma elástica en caso de
tracción. Proporciona elasticidad a la matriz.
Fibronectina: Es una glucoproteína con función adherente, tanto entre células como
entre las células y las fibras de colágeno.
Funciones de la Matriz Extracelular
Las principales son:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
Mantenimiento de la forma celular y de la estructura tisular.
Servir de nexo de unión.
Llenar los espacios intercelulares.
Dar consistencia a tejidos y órganos.
Intercambio de sustancias entre células adyacentes.
Reconocimiento y adhesión celulares.
Emplazamiento de algunas enzimas.
h) Movimiento y división de la célula.
El agua que contiene da resistencia a las posibles acciones de compresión. Los
proteoglucanos, al formar geles junto con el agua, permiten la difusión de moléculas
hidrosolubles a su través y su filtración selectiva.
8.- LA PARED CELULAR
La pared celular es una cubierta gruesa y rígida que rodea a las células vegetales,
las de hongos y las de bacterias. Existen grandes diferencias químicas y estructurales
entre la pared celular de una célula eucariota y la de una procariota; una de ellas es la
presencia de microfibrillas de polisacáridos en las células eucariotas, de las que las
procariotas carecen.
- 17 -
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
La Pared Celular en células vegetales
Está formada por una red de fibras de celulosa y una matriz, en la que hay agua,
sales minerales, hemicelulosa y pectina. La propia célula produce la celulosa, que
sucesivamente se va disponiendo formando las siguientes capas:
a) Lámina media. Es la primera capa que se sintetiza y queda delante de las paredes
primarias de as células vecinas adyacentes. Está formada mayoritariamente por pectinas.
b) Pared Primaria. Es la segunda capa que se produce; es una cubierta delgada,
flexible y elástica que delimita externamente a la célula vegetal. Las células que se
dividen continuamente (células meristemáticas) contienen solo paredes primarias, y
también la mayoría de las células maduras que realizan procesos como la fotosíntesis y la
secreción.
c) Pared Secundaria. Es la tercera y última capa que se produce. Constituye una
cubierta que perdura tras la muerte de la célula, por lo que sirve de tejido de sostén a
muchas plantas. Es muy rígida y difícilmente deformable, por lo que impide el crecimiento
de la célula. Es característica de células que están especializadas en la conducción y el
soporte.
La matriz se puede impregnar de lignina, suberina, cutina, taninos y sustancias
minerales (carbonato cálcico y sílice).
La lignina confiere rigidez a la pared celular, siendo muy abundante en ciertos
tejidos, como el tejido conductor leñoso.
La suberina y la cutina impermeabilizan las
paredes de las células de los tejidos protectores. La
suberina se encuentra en la corteza (súber o corcho)
de los árboles, y la cutina en la epidermis de hojas y
tallos.
El carbonato de calcio y la sílice dan rigidez a
la epidermis de muchas hojas.
La pared celular da forma y rigidez a la célula
e impide su ruptura; la célula vegetal contiene en su
interior una elevada concentración de solutos que,
debido a la presión osmótica, originan una corriente
de agua hacia el interior celular. Si no fuera por la
pared celular, la célula se hincharía tanto que acabaría explotando (Turgencia).
La formación de la pared celular se inicia después de la mitosis, durante la
citocinesis, a partir de las vesículas del complejo de Golgi. Al fusionarse estas vesículas su
contenido forma la lámina media de las nuevas paredes celulares y sus membranas
forman la membrana celular.
Especializaciones de la Pared Celular Vegetal
La pared primaria y la lámina media son permeables al agua, a los gases y a
pequeñas moléculas hidrosolubles. El paso de estas sustancias está favorecido por la
presencia de especializaciones, tales como los plasmodesmos y las punteaduras.
- 18 -
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
LAS PUNTEADURAS
Son adelgazamientos o áreas finas de las paredes celulares, es decir, zonas donde
le depósito de celulosa y de los componentes de la matriz es menos abundante.
Una punteadura consta de una cavidad y de una membrana de cierre. La
membrana está formada por la lámina media y la pared
primaria muy delgada. Generalmente las punteaduras son
pares, ya que a cada
una le corresponde
otra
en
la
célula
adyacente.
Se encuentran
distribuidos por toda
la superficie o forman
grupos en la pared
primaria, los llamados
campos primarios de
punteaduras.
LOS PLASMODESMOS
Son finos conductos que atraviesan las paredes celulares y conectan entre sí los
citoplasmas de las células adyacentes, permitiendo el intercambio de pequeñas moléculas.
Pueden encontrarse en las zonas de las punteaduras o distribuirse por toda la pared
celular. De esta manera están conectados
todos los citoplasmas de las células
vegetales.
Se forman después de la mitosis, cuando se está construyendo la nueva pared
celular que dividirá a la célula madre. Están rodeados por una membrana plasmática que
es común a las dos células unidas y en su interior presentan un túbulo de retículo
endoplasmático, denominado desmotúbulo.
- 19 -
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD
I.E.S. VALLE DEL ANDARAX (Canjáyar)
Departamento de Ciencias de la Naturaleza
6. ANEXO.
DIFERENCIAS ENTRE ORGANISMOS PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS
PROCARIOTAS
EUCARIOTAS
ORGANISMOS
Eubacterias (bacterias, cianobacterias y micoplasmas) y
arqueobacterias.
Protistas, hongos, plantas y animales.
TAMAÑO CELULAR
De 1 a 10 µm
De 10 a 100 µm
ENVOLTURA NUCLEAR
No tienen
NÚCLEO
No tienen. El ADN está condensado en una zona del
citoplasma denominada nucleoide.
ADN
Una molécula de ADN circular; sin proteínas, que
equivale a un único cromosoma. Además tienen
pequeños ADN circulares, denominados plásmidos.
Sí, es una doble envoltura membranosa
recubierta de poros.
Sí tienen núcleo y dentro de él están los
cromosomas y el nucléolo.
Varias moléculas lineales de ADN asociadas a
proteínas, formando la cromatina. Cuando la
célula va a dividirse la cromatina se condensa y
forma los cromosomas.
NUCLÉOLO
RIBOSOMAS
SISTEMA DE
ENDOMEMBRANAS
No tiene
Sí tiene
70S
80S
No
Sí, formando orgánulos.
ORGÁNULOS
Ribosomas
CITOESQUELETO
No
PARED CELULAR
Sí poseen una gruesa pared de mureína. Algunas,
además, poseen una cápsula por encima de dicha pared.
ENDOCITOSIS Y
EXOCITOSIS
No
Sí.
LOCOMOCIÓN
Mediante flagelos bacterianos.
Cilios y flagelos, estructuralmente diferentes al
flagelo bacteriano.
Aeróbico y anaeróbico.
Aeróbico.
En los mesosomas (=invaginaciones de la membrana
plasmática)
En las mitocondrias.
METABOLISMO
ENZIMAS
RESPIRATORIOS
DIVISIÓN CELULAR
FORMAS
Núcleo, ribosomas, complejo de Golgi, REL y
RER, mitocondrias, cloroplastos, peroxisomas,
vacuolas, lisosomas, etc.
Sí y, las células animales, además tienen
centríolos.
Sólo las células vegetales tienen una gruesa
pared de celulosa por encima de la membrana
plasmática.
Por simple bipartición. No presentan mitosis.
El núcleo se divide por mitosis.
Unicelulares, aunque pueden formar colonias.
Pueden ser uni o pluricelulares.
- 20 -
BIOLOGÍA 2º BCTO. CIENCIAS DE LA SALUD