La célula

¡Buenas tardes y muy feliz año nuevo a todos!

¿Qué mejor manera de empezar el año que con biología? Después de unas estupendas vacaciones toca volver a la rutina y para ello hoy nos toca hablar sobre la célula y sus orgánulos.

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Bueno para empezar a hablar sobre la célula debemos entender primero su descubrimiento. Galileo como ya sabemos fue el inventor del microscopio, sin embargo Robert Hooke fue el primero en realmente observar células de una lámina de corcho. Estas células eran células muertas, más tarde Brown en 1831 descubrió el núcleo. Un estudio más detallado demostró que la universalidad de la estructura celular para todos los seres vivos, tanto en plantas como en animales. Esto dio lugar a Schleiden y Schwann entre 1838 y 1839 a enunciar la Teoría Celular. Esta teoría recoge los siguientes puntos:

• Todos los seres vivos, animales o vegetales, están formados por una o mas células.

• La célula es la unidad morfológica y fisiológica de los seres vivos.

• Toda célula procede de otra célula, por división de la primera.

• La célula es la unidad genética autónoma de los seres vivos (contiene toda la información sobre la síntesis de su estructura y el control de su funcionamientos y es capaz de transmitirla a sus descendientes).

A pesar de ser la unidad morfológica, funcional y genética más pequeña de un ser vivo, es mucho más compleja de lo que nos podemos llegar a imaginar. No todas las células tienen el mismo nivel de complejidad, podemos diferenciar dos tipos de organización celular, dependiendo si poseen o no núcleo:

Por un lado están las células procariotas, las células más simples al no poseer núcleo en cambio tienen un nucleoide, el cual engloba una hebra de ADN circular bicatenario, denominado ADN bacteriano, y plásmidos, que son hélices de ADN circular que poseen información adicional. Las células procariotas son exclusivas del Reino Morena, es decir, de las bacterias.

Por otro lado encontramos las células eucariotas, las cuales sí que poseen un núcleo, donde se encuentra su información genética (ADN), rodeada de una doble envoltura nuclear. Podemos encontrar a su vez dos tipos de célula eucariota: células eucariotas vegetales o células animales. En las vegetales es núcleo tiene una forma más discoidal y lateral, mientras que en las animales es más esférico y central.

Centrándonos en las diversas partes de las células, comenzamos comentando la membrana plasmática, que está presente en todas las células. En el siguiente esquema podréis observar su composición (glúcidos, lípidos y proteínas), sus propiedades y sus funciones, de las cuales distinguimos los diferentes tipos de transporte que se realizan entre el interior y el exterior celular. En primer lugar el intercambio de moléculas de alta o baja masa molecular. En el transporte de partículas de alto peso molecular diferenciamos endocitosis (entrada) y exocitosis (salida). Mientras que en el transporte de moléculas de bajo peso encontramos los que se realizan sin gasto de energía (a favor de gradiente), la difusión facilitada y la simple; y la que se da con gasto energético (en contra de gradiente), el transporte activo.

Asimismo, también destacamos los tipos de uniones intercelulares que se realizan entre membranas de células vecinas. Podemos diferenciar varios tipos:

-Uniones íntimas: no hay espacio intercelular ni dejan pasar partículas.

-Desmosomas: sí hay espacio intercelular y sí que dejan pasar moléculas.

-Uniones tipo gap: no tienen espacio intercelular pero sí que pueden pasar las moléculas.

Continuamos con la pared celular. Esta no está presente en las células animales, pero sí la podemos encontrar en células vegetales, hongos y bacterias con varias diferencias, aunque todas sirven para darle forma y rigidez a las células:

Pared de células vegetales: está compuesta por láminas de celulosa y lignina, carbonato cálcico y sílice, que le aportan rigidez; suberina y cutina que le dan impermeabilidad. Contiene punteaduras y plasmodesmos para el transporte del interior celular con el exterior y viceversa.

Pared de hongos: está compuesta principalmente por quitina, aunque contiene también otros polisacáridos, proteínas y lípidos. Entre sus propiedades destacan su plasticidad, su interacción con el medio y que también tiene propiedades inmunogénicas.

Pared de bacterias: está compuesta principalmente por peptidoglucanos que le dotan de resistencia mecánica, protegen a la bacteria de los fenómenos osmóticos y le dan rigidez. Destaca la mureína como peptidoglucano. Dependiendo de la composición de la pared podemos distinguir las bacterias Gram + y Gram -, dependiendo de si se tintan de azul o rojo en presencia de colorante.

Otro componente de las células es el citoplasma, el cual engloba el interior celular. En concreto, si hacemos referencia únicamente al interior celular líquido hablamos del citosol o hialoplasma, compuesto por un 70-80% de agua, ARN, proteínas, glúcidos y otros metabolitos. El conjunto con los orgánulos y el citosol constituye el citoplasma.

Antes de entrar en detalle sobre los orgánulos, debemos hablar del citoesqueleto, que dota a la célula de movimiento y hace que mantenga su forma.

El citoesqueleto está compuesto por fibras proteicas, de las cuales podemos distinguir tres tipos de filamentos, dependiendo del tamaño:

Microtúbulos: son los más grandes, y se forman en el centro organizador de microtúbulos. Se encargan de mantener la forma, del reparto de cromosomas y de organizar la distribución de los orgánulos entre otras funciones. Son cilindros huecos cuyas paredes están formados por subunidades de tubulina (α-tubulina y β-tubulina) que se intercalan formando así fibras denominadas protofilamentos. Estos protofilamentos se van agrupando hasta formar los microtútulos.

-Filamentos intermedios: tienen un tamaño intermedio y se encargan de mantener la estructura celular. Pueden ser de diferentes tipos, pero los más representativos son:

·Neurofilamentos: en el axón de neuronas.

·Desmina: en las células musculares.

·Vimentina: en el tejido conjuntivo.

·Tonofilamentos: en las células epiteliales.

-Microfilamentos: son los más pequeños. Están constituidos por monómeros de actina y están presentes, principalmente en las células musculares. Se localizan debajo de la membrana y se encargan de mantener la forma celular, de emitir pseudópodos, prolongaciones citoplasmáticas y del movimiento contráctil junto con la miosina.

Para terminar, vamos a comentar los diferentes tipos de orgánulos, de lo cuales diferenciamos los no membranosos, los membranosos y los transductores de energía.

Comenzando por los orgánulos sin membrana:

-Centrosoma: es la zona que contiene el centro organizador de microtúbulos. Está compuesto por fibras de áster y material pericentriolar, sin embargo, mientras que en las células vegetales no hay centriolos, en las animales podemos encontrar un diplosoma. Un diplosoma es un conjunto de dos centriolos que están formando un ángulo de 90 º.

-Undulipodios: engloba a los cilios y flagelos. Están constituidos por microtúbulos que se unen mediante nexina. Se encargan del movimiento celular gracias a que están asociados a proteínas como la dineína, que hidrolizan el ATP para conseguir energía y poder así mover la célula. Se diferencia en su estructura el tallo o axonema, la zona de transición y el corpúsculo basal.

-Ribosomas: son estructuras pequeñas constituidos por dos subunidades. Contienen un 80 % de agua, un 10% de ARN ribosómico y un 10% de proteínas. Se encargan de sintetizar proteínas, y hay diferencias entre las células procariotas y eucariotas. En las primeras, los ribosomas son 70 S, mientras que en las eucariotas son 80 S.

-Inclusiones citoplasmáticas: son acumulaciones de sustancias hidrófobas y dependiendo del tipo de sustancias que acumulen pueden ser: de reserva, de pigmentos o proteínas precipitadas.

A continuación, los orgánulos membranosos:

-Vacuolas / Vesículas: son estructuras que se forman en el aparato de Golgi, en el retículo endoplasmático y por invaginaciones de la membrana plasmática. Las vesículas son vacuolas de menor tamaño, las cuales están en las células animales en grandes cantidades. En las células vegetales, cuando estas son jóvenes hay muchas vacuolas pequeñas, sin embargo, conforme van envejeciendo las vacuolas se agrupan para formar una grande que puede ocupar hasta un 90% del volumen celular. Dependiendo de la función que desempeñen podemos diferenciar tres tipos:

·Vacuolas vegetales: se encargan de dar turgencia a la célula, almacenar sustancias de reserva, tóxicas y de desecho y de transportarlas, o bien hacia el exterior, o bien de un orgánulo a otro.

·Vacuolas contráctiles: las encontramos en protozoos. Se encargan de eliminar agua del interior celular para regular la presión osmótica.

·Vacuolas fagocíticas y pinocíticas: se encuentran también en protozoos y tienen función nutritiva.

-Lisosomas: son estructuras pequeñas de forma más o menos esférica. Se forman en el aparato de Golgi y en su interior contienen numerosas enzimas. Debido a esa gran cantidad de enzimas que poseen, su función es la de realizar la digestión. Para ello, necesitan un pH medio de 5, el cual se mantiene gracias a las ATPasas que contiene la membrana de estos orgánulos. Por otra parte, para que la membrana no se destruya por ese pH tan bajo, en la membrana también hay proteínas glucosiladas que la protegen de la acción de las enzimas.

-Peroxisomas / Glioxisomas: estos orgánulos contienen enzimas como la catalasa y la oxidasa. Se encargan de eliminar sustancias tóxicas mediante la acción de esas dos enzimas. En las células hepáticas los peroxisomas se encargan de realizar la desintoxicación y la β-oxidación. Por otro lado, en las células vegetales los glioxisomas (tipo de peroxisoma) realizan el ciclo del ácido glioxílico, en el cual los lípidos se transforman en azúcares.

-Retículo endoplasmático: es un conjunto de membranas que forman sáculos y túbulos aplanados conectados entre sí y que delimitan un espacio interno denominado lumen. Podemos encontrar dos tipos de RE, dependiendo de si poseen o no ribosomas:

·RE rugoso: posee ribosomas y se sitúa más próximo al núcleo. Se encarga de la síntesis de proteínas, de almacenarlas y modificarlas.

·RE liso: no contiene ribosomas y está más próximo al aparato de Golgi. Se encarga de la síntesis de lípidos, de almacenarlos y transportarlos.

Las sustancias producidas en el RE son transportadas en vesículas al aparato de Golgi donde la membrana de estas vesículas es modificada.

-Aparato de Golgi: es un conjunto de sacos aplanados no conectados entre sí. Posee una cara cis y una trans debido a que los sacos están apilados de forma laxa. La cara cis es la cara convexa y se forma por al fusión de vesículas procedentes del RER, mientras que la cara trans es la cóncava y en ella se forman vesículas. Las funciones del aparato de Golgi son: transporte, maduración, almacenaje y secreción de sustancias procedentes del RE.

Y para terminar con los orgánulos transductores de energía:

-Mitocondrias: las encontramos en células eucariotas. Tienen forma ovalada y son capaces de cambiar de forma, fusionarse y de dividirse por fisión binaria. Al conjunto de mitocondria se le denomina condrioma.

Las mitocondrias poseen una doble membrana:

·La membrana mitocondrial externa: es lisa, su composición es similar a la de la membrana de otros orgánulos (con una bicapa de fosfolípidos, proteínas enzimáticas e intermembranosas. Es más permeable y espesa que la interna.

·La membrana mitocondrial interna: posee numerosas crestas perpendiculares al eje mayor de la mitocondria. No posee colesterol en su composición y es más impermeable a los iones. Posee una cadena de ATPasas.

Entre ellas existe un espacio intermembranoso cuya composición es similar a la del citosol.

El espacio que delimita la membrana interna se denomina matriz mitocondrial. En ella encontramos ribosomas 70 S, ADN mitocondrial, ARN y numerosas enzimas.

La función principal de las mitocondrias es la obtención de energía. A este proceso se le conoce como respiración celular y se obtiene ATP y moléculas simples a partir de moléculas complejas.

En la matriz mitocondrial se produce:

·La β-oxidación de los ácidos grasos o hélice de Lynen: en ella se general acetil Co-A, moléculas reducidas y ATP.

·El ciclo de Krebs: el acetil Co-A se oxida a CO. En acetil Co-A puede provenir de la hélice de Lynen o de la glucólisis (se da en el citosol).

·Síntesis de proteínas mitocondriales a partir del ADN mitocondrial.

·Duplicación del ADN mitocondrial.

En la membrana mitocondrial interna se realiza la fosforilación oxidativa: las moléculas reducidas originadas en la matriz son las donadoras de electrones a la cadena transportadora, la cual genera un gradiente electroquímico que lo aprovecha la ATPasa de la membrana para sintetizar ATP a partir de ADP.

-Cloroplastos: los encontramos en células vegetales. Son un tipo de plasto que en su interior contiene clorofila entre otras sustancias.

Contienen una doble membrana:

La membrana plastidial externa: es más permeable que la interna.

La membrana plastidial interna: es casi impermeable y por eso posee permeasas.

Estas dos membranas son sontinuas y delimitan el exterior del interior del cloroplasto. Su composición es similar a la de la membrana del RE. Entre ellas existe un espacio denominado espacio periplástico.

El interior del cloroplasto se denomina estroma y en él podemos encontrar ADN plastidial, ribosomas 70 S (plastorribosomas), almidón, inclusiones lipídicas y diversas enzimas como la enzima rubisco que sirve para fijar el CO2 en el ciclo de Calvin.

En el estroma podemos encontrar una estructuras denominadas tilacoides, en cuyo interior encontramos pigmentos como la clorofila y diversas enzimas. Dependiendo de su forma podemos distinguir dos tipos de tilacoides:

·De grana: están apilados unos encima de otros formando grupos.

·De estroma: son alargados. Estos conectan los tilacoides de grana y atraviesan el cloroplasto.

Todos los tilacoides están intercomunicados y su espacio interior se denomina lumen. La membrana tilacoidal contiene fotosistemas, la cadena de transporte de electrones y ATPasas.

Los cloroplastos son orgáunlos transductores de energía ya que transforman la energía, a pesar de que tienen otras funciones como: la síntesis de proteínas, la biosíntesis de ácidos grasos (en el estroma), la asimilación de nitratos y sulfatos (en el estroma) y la fotosíntesis oxigénica. Es gracias a esta ultima función que los cloroplastos se consideran transductores de energía.

La fotosíntesis oxigénica se da en dos fases:

·La fase luminosa: que depende de la luz solar. Se produce en la membrana tilacoidal, y en ella se transforma la luz solar en ATP gracias a la cadena transportadora de electrones y a las ATPasas.

·La fase oscura: es independiente de la luz. Se da en el estroma y en ella el ATP sintetizado en la fase luminosa se hidroliza para que se pueda dar el ciclo de Calvin, fijando así las moléculas de CO2 dando lugar a materia orgánica.

Por último debemos diferenciar los tipos de núcleos que nos podemos encontrar en una célula eucariota:

-El núcleo interfásico: se ve cuando la célula no se está dividiendo. En él observamos sus distintas partes:

·La envoltura nuclear: compuesta por dos membranas similares a la membrana plasmática ya que también están constituidas por una bicapa de fosfolípidos. La externa está unida al RER y en ella encontramos ribosomas. En la interna hay proteínas de membrana que sirven de anclaje para la lámina nuclear. Esta doble membrana se fusiona y da lugar a unos poros por los que pasan las sustancias. El espacio que queda entre ellas se denomina espacio pericentriolar.

·El nucleoplasma: tiene una composición parecida a la del citosol debido a los poros que contiene la envoltura nuclear.

·El nucléolo: no contiene membrana. Es una estructura que encontramos en el interior del núcleo y puede haber más de uno. Se encarga de sintetizar ARN ribosómico. Podemos diferenciar dos zonas: la zona granular contiene ARNr y proteínas, mientras que la zona fibrilar contiene ARNn y proteínas.

·Cromatina: es la fibra de 100 Aº de ADN. Contiene la información para el buen funcionamiento de la célula y sirve para conservar y transmitir la información genética de la célula madre a las células hijas mediante al duplicación.

-El núcleo en división: es el núcleo que encontramos cuando la célula está en división:

·La envoltura nuclear desaparece.

·El nucléolo desaparece.

·El contenido del núcleo se esparce por el citoplasma.

·La cromatina se condensa y forma los cromosomas.

Un cromosoma es una fibra de ADN de 300 Aº cuya función es facilitar el reparto de la información genética en la división celular. Podemos diferenciar sus partes en el siguiente esquema:

Actividades

1. La célula eucariótica: señale las principales estructuras y orgánulos celulares, qué características tiene cada uno y qué función desempeñan. En la célula eucariota hay multitud de orgánulos. El más destacado que hace que se diferencien de las células procariotas es el núcleo, el cual contiene toda la información para el correcto funcionamiento de la célula. También podemos encontrar las mitocondrias, unos orgánulos que contienen una doble membrana y son transductores de energía ya que en ellas se realiza la respiración celular, mediante la cual las células consiguen energía en forma de ATP. Si seguimos hablando de orgánulos transductores de energía se han de comentar los cloroplastos, presentes en las células vegetales. Son un tipo de plastos los cuales tienen también una doble membrana y poseen pigmentos. En ellos se realiza la fotosíntesis, mediante la cual primero transforman la energía solar en ATP y luego este ATP lo utilizan para formar moléculas orgánicas. Por otra parte podemos hablar de los orgánulos que contienen una sola membrana: El retículo endoplasmático es un conjunto de sacos y tubos aplanados y conectados entre sí que limitan un espacio interno denominado lumen. Podemos distinguir dos tipos: el RE rugoso, que contiene ribosomas adheridos y se encarga por tanto de sintetizar proteínas, almacenarlas y también sintetizar los fosfolípidos; el RE liso no contiene ribosomas, y se encarga de sintetizar lípidos y sus derivados, almacenarlos, transformarlos y participa en la desintoxicación y contracción muscular.El aparato de Golgi es un conjunto de sacos aplanados no conectados entre sí. Sirve como centro de compactación y distribución debido a que reciben vesículas del retículo endoplasmático, modifica sus membranas y contenidos y en vesículas de transporte los llevan a otras partes del sistema de endomembranas o al exterior celular. Las vacuolas son estructuras que se forman en el RE, aparato de Golgi o por invaginaciones de la membrana. En células animales son más pequeñas y numerosas y se denominan vesículas, mientras que en las células vegetales, encontramos normalmente una única vacuola del 30 al 90% del volumen celular, cuya membrana se denomina tonoplasto. Podemos encontrar tres tipos de vacuolas según su función: las vegetales se encargan de otorgarle turgencia a la célula, almacena sustancias de reserva, tóxicas o desechos y transporta esas sustancias entre orgánulos o entre el interior y el exterior celular; las contráctiles se encuentran en protozoos y se encargan de eliminar el agua del interior para regular la presión osmótica; por último, las vacuolas fagocíticas y pinocíticas tienen función nutritiva y también se encuentran en protozoos. Los lisosomas se forman en el aparato de Golgi y son una especie de vesículas que tienen función digestiva ya que poseen una gran cantidad de enzimas en su interior. Los peroxisomas y glioxisomas poseen también enzimas como la catalasa y la oxidasa. En las células hepáticas los peroxisomas se encargan de la desintoxicación y de realizar la β-oxidación. En las células vegetales los glioxisomas se encargan de realizar el ciclo del ácido glioxílico mediante el cual los lípidos se transforman en azúcares. Por último encontramos los orgánulos sin membrana: El centrosoma es la zona que contiene el centro organizador de microtúbulos. En células animales contiene dos centriolos mientras que en las vegetales no. Los ribosomas son estructuras pequeñas que contienen dos subunidades y están compuestos por un 80% de agua, un 10% de ARNr y un 10% de proteínas. Se encargan de la síntesis de proteínas. Por otra parte están los undulipodios, grupo en el que se engloban los cilios y los flagelos. Son estructuras formadas por microtúbulos, siendo los cilios más numerosos y pequeños que los flagelos. Se encargan del movimiento de la célula. Por último, las inclusiones citoplasmáticas son acumulaciones de sustancias hidrófobas.

2. Explique las diferencias y semejanzas entre la célula procariota y la célula eucariota. Semejanzas entre las células procariotas y eucariotas: ·Tienen ADN y ribosomas. ·Tienen una membrana celular Diferencias entre células procariotas y eucariotas: ·Las células eucariotas tienen núcleo mientras que las procariotas tienen nucleoide. ·La membrana plasmática de las procariotas no tiene colesterol. ·Las procariotas tienen pared celular, y las eucariotas solo la tienen si son células vegetales.  ·Las procariotas tienen ribosomas 70 S y las eucariotas de 80 S. ·La reproducción en las células procariotas se da por fisión binaria y en las eucariotas por mitosis. ·Las células procariotas son del Reino Monera, mientras que las eucariotas forman: animales, plantas, hongos y protozoos.

3. Explique las semejanzas y diferencias entre las células animales y vegetales. Semejanzas entre las células animales y vegetales:   ·Son células eucariotas, por tanto, poseen núcleo. ·Poseen membrana plasmática y orgánulos comunes como: mitocondrias, ribosomas, retículo endoplasmático, complejos de Golgi y lisosomas. Diferencias entre las células animales y vegetales: ·Las células vegetales poseen una pared celular mientras que las animales no. ·La célula vegetal posee cloroplastos en su interior y sus vacuolas son más grandes (normalmente hay una sola) y pueden llegar a ocupar un 90% del volumen celular. En las células animales las vacuolas son de menor tamaño y más numerosas y se denominan vesículas. ·En las células animales el centrosoma contiene dos centriolos mientras que en las vegetales no. ·Las células vegetales son más prismáticas mientras que las células animales tienen formas más irregulares. ·El núcleo de las vegetales tiene forma más discoidal y se encuentra en un lateral, mientras que en las animales es más esférico y central.

4. ¿Qué diferencia hay entre los ribosomas de una célula procariota y otra eucariota? La diferencia entre los ribosomas de una célula procariota y una eucariota es que en la célula procariota son 70 S, es decir, más pequeños que los de las eucariotas que son 80 S. Mientras que en las procariotas los ribosomas están formados por una subunidad de 50 S y otra de 30 S, en las eucariotas están formados por una de 60 S y otra de 40 S.