La célula

ORGÁNULOS
MEMBRANOSOS
• La célula eucariota
o Orgánulos membranosos
- Retículo endoplásmico: Rugoso y liso. Estructura y función.
- Aparato de Golgi: Estructura y función.
- Lisosomas: Composición y función. Tipos de lisosomas: primarios
y secundarios (fagolisosomas y autofagolisosomas).
-Vacuolas: Composición y tipos. Función.
- Peroxisomas: Composición, estructura y función.
- Mitocondrias: Composición, estructura y función. Origen y grado
de autonomía.
- Cloroplastos: Composición, estructura y función. Origen y grado
de autonomía.
- Núcleo. Núcleo interfásico: Nucleoplasma, envoltura nuclear,
nucleolo y cromatina (tipos y estructura de la cromatina). Núcleo
mitótico: los cromosomas (estructura y tipos).
1. EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
Es una extensa red de sacos aplanados y túbulos intercomunicados
que fabrican y transportan materiales dentro de las células
eucariotas.
• La cantidad de retículo endoplasmático (RE) no es fija, sino que
aumenta o disminuye de acuerdo a la actividad celular.
• Se halla en comunicación con la membrana nuclear externa. Este
sistema constituye un único compartimiento con un espacio interno
que recibe el nombre de lumen.
• Se distinguen dos clases de retículo
endoplasmático:
•
1. Retículo endoplasmático rugoso
(RER) con ribosomas en su cara
externa.
2. Retículo
endoplasmático
liso
(REL), que carece de ribosomas.
3
TIPOS
RUGOSO
LISO
4
1.1.RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO
•
•
•
•
Presenta ribosomas en la cara
externa, la llamada cara
citoplasmática.
Está formado por sáculos
aplastados comunicados entre sí
y puede presentar vesículas.
Se encuentra comunicado con el
REL y con la membrana externa
de la envoltura nuclear.
El tamaño depende de la
actividad celular (mayor en
células muy activas)
5
Funciones RER
1. Síntesis y almacenamiento de proteínas.
•
Las proteínas sintetizadas en los
ribosomas pasan al lumen del RER.
Pueden
quedarse
como
proteínas
transmembrana o pasar al lumen y ser
exportadas. Este transporte se realiza
en el interior de vesículas que se
producen en la membrana del RER
2. Glucosilación de proteínas.
•
Proceso que tienen lugar en el lumen de
forma previa al transporte a otro
destino.
Un aspecto importante de señalar es que las proteínas no salen
del RER si no están perfectamente plegadas y ensambladas.
Las proteínas que no están en condiciones son degradadas en el
propio RE, que funciona así como un órgano de control de calidad.
6
1.2. Retículo endoplasmático liso (REL)
•
•
•
•
Es un tipo de retículo endoplasmático que carece de ribosomas.
El retículo endoplasmático liso está constituido por una red de
túbulos unidos al retículo endoplasmático rugoso y que se expande
por todo el citoplasma.
La membrana del retículo endoplasmático liso posee gran cantidad
de enzimas cuya principal actividad es la síntesis de lípidos.
Es muy abundante en células hepáticas, musculares, ováricas, de
los testículos, y en la corteza suprarrenal.
Eduardo Gómez
7
Funciones del retículo endoplasmático liso
1. Síntesis, almacenamiento y transporte de lípidos.
• Se sintetizan casi todos los lípidos constituyentes de las
membranas: colesterol, fosfolípidos, glucolípidos, etc.
• Sólo los ácidos grasos se sintetizan en el citosol.
2. Detoxificación. Contiene enzimas desintoxicantes que degradan
sustancias químicas como carcinógenos y los conviertan en moléculas
solubles fácilmente excretables por el organismo. Muy importante en el
hígado
3. Contracción muscular. En las células del músculo esquelético, la
liberación de calcio por parte del REL activa la contracción muscular.
4. Liberación de glucosa a partir del glucógeno (en hepatocitos). Elimina el
grupo fosfato de la G-6-P y la convierte en glucosa lista para ser
exportada al torrente sanguíneo
8
2. EL APARATO DE GOLGI
•
El aparato de Golgi forma parte del sistema membranoso celular.
•
Fue descubierto por Camilo Golgi en 1898 gracias a una nueva técnica
de tinción con sales de plata.
•
El aparato de Golgi está formado por
uno
o
varios
dictiosomas
(agrupación en paralelo de cuatro a
ocho sáculos aplanados o cisternas),
acompañados de vesículas de
secreción.
•
El número de dictiosomas puede
variar desde unos pocos hasta
cientos según la función que
desempeñen las células eucarióticas.
Suele situarse próximo al núcleo, y,
en las células animales, rodeando a
los centriolos.
9
Estructura del aparato de Golgi
1. El aparato de Golgi está estructural y fisiológicamente polarizado.
2. Presenta una cara cis, próxima al RER, convexa, y una cara trans,
próxima a la membrana citoplasmática, cóncava, y con cisternas de
gran tamaño.
3. La cara cis recibe vesículas (vesículas de transición) procedentes
de la envoltura nuclear y del retículo endoplasmático.
4. El contenido va avanzando hacia la cara trans o de maduración, de
cisterna a cisterna, mediante pequeñas vesículas y, una vez que
llega a la cara trans, es concentrado y acumulado en el interior de
unas vesículas mucho mayores que las anteriores (vesículas de
secreción).
5. Éstas pueden actuar como lisosomas si contienen enzimas
digestivas, o pueden dirigirse hacia la membrana plasmática en
donde pueden verter su contenido al medio externo (exocitosis) y
además soldarse a ella y, así, hacerla crecer o regenerarse.
10
11
Funciones del aparato de Golgi
1. Organizador de la circulación molecular de la célula. Por él
pasan gran número de moléculas procedentes del RER que
sufren una maduración en su recorrido por los sáculos del
dictiosoma. Muchas proteínas varían su estructura o alteran
las secuencias de aminoácidos haciéndose activas. Luego se
concentran y pasan a vesículas de secreción. Algunas vesículas
secretoras que contienen enzimas hidrolíticas se transforman
en lisosomas.
Eduardo Gómez
12
Funciones del aparato de Golgi
2. Glucosilación de lípidos y proteínas, mediante la unión a éstos
de cadenas de oligosacáridos, dando lugar a glucolípidos o
glucoproteínas de membrana, o de secreción.
3. Síntesis de proteoglucanos (mucopolisacáridos), que son parte
esencial de la matriz extracelular y de los glúcidos
constitutivos de la pared celular vegetal (pectina, hemicelulosa
y celulosa). Los azúcares, oligosacáridos que ya se habían
unido a proteínas y lípidos en el retículo endoplasmático, son
eliminados y sustituidos por otros nuevos en el aparato de
Golgi.
4. Formación del acrosoma de los espermatozoides
5. Formación del fragmoplasto en las células vegetales
13
3. LISOSOMAS
Los lisosomas son vesículas procedentes del aparato de Golgi que
contienen enzimas digestivas.
Estas son hidrolasas ácidas (actúan a pH óptimo de 4.6) que se
forman en el RER, pasan al aparato de Golgi, en donde se activan y
se concentran, y que se acumulan en el interior de los lisosomas.
Los lisosomas abundan en las células encargadas de combatir las
enfermedades, como los leucocitos, que destruyen invasores nocivos
y restos celulares.
14
Estructura de los lisosomas
1. Su tamaño es muy variable. Está rodeado por una membrana
que protege la célula de las enzimas digestivas del lisosoma (si
éste se rompe, aquéllas destruyen la célula).
2. Los lisosomas poseen una membrana plasmática con las
proteínas de su cara interna muy glucosiladas.
3. Estas glucoproteínas impiden que las enzimas hidrolasas
ataquen a la propia membrana del lisosoma.
15
Función de los lisosomas
•
Los lisosomas realizan la digestión de materia orgánica gracias a las
hidrolasas ácidas que contienen.
•
Necesitan mantener un pH entre 3 y 6 que se logra por el bombeo de
protones por medio de una ATPasa de la membrana.
•
La digestión puede ser extracelular o intracelular.
•
Se distinguen:
• Lisosoma primario, sólo poseen en su interior enzimas digestivas
• Lisosoma secundario (fagosomas). Se han unido a una vacuola con
materia orgánica, contienen sustratos en vía de digestión. Los
lisosomas secundarios pueden ser:
o vacuolas digestivas o heterofágicas, cuando el sustrato
procede del exterior
o vacuolas autofágicas, cuando procede del interior, por
ejemplo, con moléculas u orgánulos propios que previamente
han sido envueltos por cisternas del retículo endoplasmático.
16
17
Lisosomas especiales
El acrosoma es un lisosoma primario en el que se almacenan enzimas
capaces de digerir las membranas foliculares del óvulo, para permitir el paso
del espermatozoide y la fecundación.
Los granos de aleurona son lisosomas secundarios en donde se almacenan
proteínas que, debido a la pérdida de agua, se encuentran en estado cristalino,
hasta que al plantarse y absorberse agua se activan las enzimas y "se inicia la
digestión de las mismas, con lo que empieza la germinación de la semilla.
Cuando una célula muere, la membrana lisosómica se rompe y libera hacia el
citoplasma enzimas digestivas, que degradan a la célula en sí.
Algunas formas de daño tisular, se relacionan con la existencia de lisosomas
"con fugas". Se cree que la artritis reumatoide se debe, en parte, a la lesión de
las células del cartílago provocada por enzimas liberadas de los lisosomas.
18
4. VACUOLAS
Las vacuolas son vesículas constituidas por
una membrana plasmática, y cuyo interior es
predominantemente acuoso. Cuando en el
contenido hay otro tipo de sustancias
predominantes se habla de inclusiones
Estructura de las vacuolas
•
•
•
Las vacuolas se forman a partir del retículo endoplasmático, del
aparato de Golgi o de invaginaciones de la membrana citoplasmática.
Las vacuolas de las células animales, suelen ser pequeñas, y se
denominan vesículas.
Las vacuolas de las células vegetales suelen ser muy grandes. Suele
haber una o dos en cada célula. A medida que la célula vegetal joven
madura, las vacuolas crecen, llegando a ocupar en ocasiones hasta un
90%, de la célula vegetal madura.
19
20
21
Funciones de las vacuolas
1. Acumular en su interior gran cantidad de agua. Con ello se consigue
el aumento de volumen de la célula vegetal -turgencia celular- sin
variar la cantidad de citosol o hialoplasma ni su salinidad.
2. Sirven de almacén de muchas sustancias. Unas son reservas, otras
son productos de desecho, sustancias con funciones específicas y
otras son sustancias con función esquelética, como los cristales de
carbonato cálcico y oxalato cálcico. Algunas vacuolas tienen altas
concentraciones de pigmentos hidrosolubles que le dan la coloración
a muchas flores, hojas
3. Son medio de transporte entre orgánulos del sistema
endomembranoso y entre éstos y el medio externo. Lo realizan las
llamadas vesículas del RE y del AG.
4. Digestión celular. En vegetales, contienen
relacionadas con procesos de digestión celular
hidrolasas
ácidas
22
5. PEROXISOMAS
•
•
Los peroxisomas, son orgánulos parecidos a los lisosomas, pero que
en vez de contener enzimas hidrolasas contienen enzimas oxidasas,
unas enzimas especializadas, que degradan el agua oxigenada
(peróxido de hidrógeno).
Este producto secundario de algunas reacciones químicas es
peligroso en el interior celular.
Estructura de los peroxisomas
•Los peroxisomas son vesículas, de diámetro entre
0,1µ - ,5µ. Su membrana procede del RE y contienen
26 tipos de enzimas oxidasas. Las principales son la
peroxidasa y la catalasa.
•Se reproducen por fisión binaria
23
Función de los peroxisomas
1. En ellos se realizan reacciones de oxidación (como en las
mitocondrias), pero la energía producida se disipa en forma de
calor, en vez de aprovecharse para sintetizar ATP.
En primer lugar, actúa la enzima peroxidasa utilizando el O2 para
oxidar diversos sustratos y desprendiendo H2O2 (tóxica para la
célula). Luego, actúa la catalasa descomponiendo el H2O2
Se
considera que los peroxisomas aparecieron antes que las
mitocondrias y que su función era permitir la vida en una atmósfera
cada vez más rica en oxígeno, elemento tóxico para los organismos
anaerobios. Proceden de la simbiosis con otras células, y su genoma
quedó incorporado al genoma celular.
24
Función de los peroxisomas
2. Sirven para eliminar el exceso de ácidos grasos, a.a. o NADPH.
3.
Otra
función
es
la
detoxificación, por oxidación de
las sustancias tóxicas (en las
células hepáticas, el etanol y
otras sustancias tóxicas como el
metanol, el ácido fórmico, etc).
En las células vegetales reciben el
nombre de glioxisomas.
25
Los glioxisomas
•
Los glioxisomas son una clase de peroxisomas que sólo se
encuentran en las células de los vegetales
Su nombre deriva de que poseen
las enzimas responsables del ciclo
del ácido glioxílico, una variante del
ciclo de Krebs, que permite
sintetizar glúcidos a partir de
lípidos.
•
•
Esto resulta esencial para las
semillas en germinación, ya que les
permite, .a partir de sus reservas
lipídicas, sintetizar glucosa, única
molécula que admite el embrión,
hasta que el nuevo vegetal pueda
extender sus hojas y realizar la
fotosíntesis
26
6. MITOCONDRIAS
Fueron descubiertas por Altman en 1886, que los denominó
bioblastos.
Las mitocondrias son orgánulos presentes en todas las células
eucariotas, que se encargan de la obtención de energía en
forma de ATP mediante la respiración celular.
El conjunto de mitocondrias de una célula se denomina condrioma.
Se observan mal “in vivo” debido a su pequeño tamaño
27
Estructura de las mitocondrias
•
•
•
•
Las mitocondrias son orgánulos polimorfos, pudiendo variar
desde formas esféricas hasta alargadas a modo de
bastoncillo.
Sus dimensiones oscilan entre1 µ y 4 µ de longitud y 0,3 µ y
0,8 µ de anchura.
Presentan una doble membrana:
• una membrana externa lisa
• una membrana interna con
numerosos repliegues
internos, denominados
crestas mitocondriales.
Estas membranas originan dos
compartimentos:
• el espacio intermembraso
• la matriz mitocondrial
28
Matriz mitocondrial
La matriz mitocondrial es un medio interno, con consistencia de gel,
rico en enzimas y en el que se llevan a cabo un gran número de
reacciones bioquímicas. Se puede encontrar en este medio:
•
•
•
•
•
•
Ribosomas mitocondriales o mitorribosomas, (70s) similares a los
bacterianos
ADN mitocondrial circular de doble hebra, como los bacterianos.
ARN mitocondrial
Enzimas de la replicación, transcripción y traducción del ADN
mitocondrial
Enzimas necesarios para los procesos metabólicos que se realizan
en la matriz.
También se encuentran iones de calcio y fosfato
29
Distribución y morfología
•
•
•
Se distribuyen de forma uniforme por el citoplasma.
El número es muy variable, depende de la actividad celular
Se dividen de forma autónoma, bien por bipartición o gemación a
partir de mitocondrias preexistentes.
30
Función de las mitocondrias
Los compartimentos mitocondriales tienen distinta composición química
y distintos enzimas, por lo tanto, las funciones serán diferentes.
1.Respiración mitocondrial. Empieza en la glucólisis fuera de la
mitocondria y continúa en la matriz, a través del ciclo de Krebs.
2.La cadena respiratoria que se realiza en la membrana interna. En
esta se oxidan los NADH y los FADH2 procedentes de otras vías
metabólicas, obteniéndose energía que se almacena en moléculas de
ATP.
3.Fosforilación oxidativa. En las particulas F se realiza la síntesis de
ATP por el proceso de quimioósmosis. Los H+ del espacio intermembrana
regresan a la matriz a través de las ATP-sintetasas donde la energía del
gradiente es utilizada para formar ATP.
4.La β-oxidación de los ácidos grasos.
5.La duplicación del ADN mitocondrial y la biosíntesis de proteínas en
los ribosomas
6.Concentración de iones de naturaleza muy variada en la matriz.
31
7. PLASTOS
Con este nombre se denomina genéricamente a un grupo de orgánulos
que producen y almacenan productos nutritivos en algas y plantas.
•Todos los plástidos derivan de proplástidos, que son pequeños
orgánulos presentes en los tejidos meristemáticos (tejidos en activa
división).
•Leucoplastos. Acumulan sustancias:
o Los amiloplastos son plástidos especiales que reservan almidón
en los tejidos no fotosintéticos.
o Oleoplastos
o Proteoplastos
•Los cromoplastos son los que poseen pigmentos que les dan color
o cloroplastos (clorofila de color verde)
o rodoplastos (ficoeritrina de color rojo)
o Los etioplastos son plástidos de hojas crecidas en ausencia de
luz, que cuando se exponen a la luz se desarrollan en
cloroplastos.
32
CLOROPLASTOS
Los cloroplastos son unos orgánulos típicos de las células vegetales
que poseen clorofila, por lo que pueden realizar la fotosíntesis,
proceso en el que se transforma la energía luminosa en energía
química contenida en la molécula de ATP.
•
•
•
•
Descubiertos en 1881 (Engelmann)
Morfología variada, depende del
organismo, pero generalmente ovoides.
Número: de 20 a 40 por célula pero
varía mucho
Tamaño: 2-6 µm x 5-10 µm
33
Estructura de los cloroplastos
o Los cloroplastos son el tipo más común de plastos.
o Contienen clorofila, un pigmento de color verde del cual hay varios
tipos (en las plantas terrestres las clorofilas más comunes son las
clorofilas a y b, pero en las algas hay otros tipos).
o Los cloroplastos también contienen una variedad de pigmentos
amarillos y naranjas llamados carotenoides y xantofilas que
absorben radiaciones luminosas en zonas del espectro visible donde
no absorben las clorofilas (pigmentos fotosintéticos accesorios)
o En las plantas superiores, la forma más abundante es la de disco
lenticular, aunque también los hay ovoides y esféricos.
o No están en un lugar fijo del citoplasma celular, aunque suelen estar
cerca de la pared vacuolar, pero pueden moverse por corrientes
citoplasmáticas (ciclosis) o incluso por movimientos ameboides o
contráctiles relacionados con la iluminación.
34
ULTRAESTRUCTURA
•
•
•
•
Doble membrana (interna y externa con un espacio
intermembranoso).
Estroma
– ADN circular de doble cadena.
– Plastorribosomas.
– Complejos F1
– Enzimas (Rubisco)
Tilacoides
– Grana. Sacos apilados
– Sacos estromáticos
Procesos genéticos del cloroplasto.
• Replicación
• Transcripción
• Traducción
35
Membranas de los cloroplastos
 Los cloroplastos están delimitados por dos membranas, una interna y
otra externa.
 La externa es muy permeable, mientras que la interna es casi
impermeable. por lo que posee una gran cantidad de permeasas,
denominadas proteínas translocadoras.
 Ambas membranas carecen de clorofila y entre sus lípidos, al igual
que en las mitocondrias, no está el colesterol.
36
El estroma
Es análogo a la matriz mitocondrial, contiene:
• Enzimas encargadas de producir glucosa a partir de dióxido de
carbono y agua (la más importante es la Rubisco)
• Ribosomas semejantes a los de bacterias
• ARN
• ADN circular y bicatenario
• Los enzimas para la transcripción, traducción y replicación del ADN
• Inclusiones de granos de almidón
• Inclusiones lipídicas.
37
Tilacoides
o Existe un tercer sistema de membranas, formado por sacos planos, de
forma discoidal, interconectados unos con otros, llamados tilacoides.
o Estas membranas forman un tercer compartimiento, cuyo interior se
denomina espacio intratilacoidal o lumen tilacoidal
o Los sáculos se agrupan formando pilas (grana).
o Los grana se comunican por sacos estromáticos
o La membrana tilacoidal es rica en clorofila y se asemejan a la membrana
interna de la mitocondria por el hecho de que ambas intervienen en la
formación de ATP (contiene los complejos F1 –ATP sintetasas-).
38
Funciones de los cloroplastos
o Realización de la fotosíntesis, en dos fases:
 Fase luminosa de la fotosíntesis
 Fase oscura de la fotosíntesis
o Síntesis de ATP mediante la quimioósmosis. Se origina un gradiente
químico de H+ cuya energía es utilizada por las ATP-sintetasas para la
formación de ATP.
o Otras vías metabólicas, que se realizan en el estroma, son:




La biosíntesis de proteínas.
La replicación del ADN.
La biosíntesis de ácidos grasos.
La reducción de nitritos a nitratos.
39