Guía – Organelos celularesProfesor Gustavo Arriagada B. - Staff de profesores reemplazantes

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Objetivos ContenidosConocer e identificar los principales organelos y estructuras involucradas en las funciones celulares.Conocer vocabulario científico asociado.

Estructura celular general.Células animales y vegetales.Estructura y función de los organelos celulares.

¿Para qué servirá esto? Esta guía te ayudará a conocer e identificar a los organelos y algunas otras estructuras celulares,su ubicación y función; lo que usarás en las materias que verás en la biología de EducaciónMedia.

Los primeros microscopistas no podían ni imaginar la complejidad y organización que seencierra dentro de una célula, invisible a ojo desnudo. Actualmente entendemos a las célulascomo unidades biológicas compuestas por una membrana, la membrana citoplasmática (1)que las delimita y que contiene a un gel acuoso, el citoplasma (2) , y un sector de éste que escapaz de teñirse y que denominamos núcleo (3).En sí mismo, el núcleo es una estructura compleja, delimitada por una membranadoble (la membrana nuclear), perforada por orificios llamados poros nucleares, que encierra a su propio citoplasma, el nucleoplasma (formado por proteínas y la cromatina que forma a los cromosomas).

En el citoplasma se producen muchas reacciones del metabolismo de los lípidos (aceites y grasas) y de los glúcidos (azúcares), sirve de almacén de reservas (glucógeno, almidón, grasas, etc.), contiene proteínas estructurales utilizadas para construir membranas, hormonas, enzimas, etc. En su gran mayoría estas reacciones químicas ocurren al interior o en las membranas de unasestructuras intracelulares, usualmente también formadas por sus propias membranas: los orgánulos. También se los conoce como organelos _órgano pequeño_.Se puede entender a los orgánulos celulares como una serie de compartimentos que están especializados en realizar funciones biológicasdeterminadas de acuerdo con las enzimas específicas que poseen.

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Ilustración 1: Esquemageneral de una célula

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Ilustración 2: Orgánulos en una célula animal.

Retículos endoplasmáticos

Los llamados retículos endoplasmáticos (RE) constan de una red de cavidades, sacos aplanados, tubos y canales conectados entre sí. La cantidad de RE no es fija, sino que aumenta o disminuye según la actividad celular. Se extiende por todo el citoplasma y comunica con la membrana nuclear.

Hay dos tipos de retículos endoplasmáticos: el rugoso y el liso.

(a) RE rugoso: está presente en todas las células eucarióticas y es más abundante en aquellas que fabrican gran cantidad de proteína. Sus membranas presentan un aspecto rugoso debido a la presencia de ribosomas en su cara externa. Sintetiza proteínas de membrana y proteínasque salen de la célula.

(b) RE liso: se encuentra en las células eucarióticas. Tieneaspecto de pequeños túbulos con la pared externa lisa, puescarece de ribosomas. Abunda en las células muy especializa-das, como los hepatocitos, donde tiene lugar la transforma-ción de sustancias, tales como pesticidas, alcohol, etc., paraconvertirlas en sustancias solubles en agua y fácilmenteeliminables del organismo. También es el encargado desintetizar lípidos.

Vacuolas y vesículas

El citoplasma de las células eucarióticas contiene un grannúmero de vesículas. Su función principal es el almacenamiento y el transporte de materiales tanto dentro de la célula como hacia el interior y el exterior de ella. almacenan diversos tipos de materiales: sustancias nutritivas, productos de desecho, pigmentos, taninos, venenos, etc. Se las distingue con distintos nombres de acuerdo a su tamaño, función y composición (qué cosas acumulan).

La mayoría de las células de plantas y hongos contienen un tipo de vesícula, llamada vacuola. Las vacuolas son grandes vesículas en donde se acumulan diversos tipos de materiales: sustancias nutritivas, productos de desecho, pigmentos, taninos, enzimas degradadoras, etc.

Cuando en su interior suceden los procesos digestivos se las llama vacuolas digestivas ó fagosomas.

Por su parte, las denominadas vacuolas pulsátiles, sirven para regular el contenido hídrico en las células. Llenas de líquido que pueden ocupar 30-90% del volumen celular. Las células vegetales jóvenes tienen muchas, pero con el tiempo éstas se van fusionando para formar una vacuola central grande: la vacuoma. Llenas de agua, éstas vacuomas mantienen la turgencia celular y pueden almacenar temporalmente nutrientesy productos de desecho.

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Ilustración 3: Retículos

a) Lisosoma

El lisosoma es un tipo de vesícula formada en el complejo de Golgi, que contiene enzimas hidrolíticasa las que aíslan del resto de la célula1.

b) Peroxisoma

Son un tipo de vesículas, presentes en la mayoría de las células eucarióticas y que contiene enzimas oxidativas. Estas enzimas remueven el hidrógeno de moléculas orgánicas y lo unen a átomos de oxígeno formando peróxido de hidrógeno (agua oxigenada), que es extremadamente tóxico para las células vivas. Los peroxisomas son especialmente abundantes en las células hepáticas (hígado), dondeparticipan en la desintoxicación de algunas sustancias (como la eliminación del alcohol), e intervienenen la degradación de los ácidos grasos (lípidos), en un proceso de oxidación.

Aparato, cuerpo o complejo de Golgi

Es un organelo polimorfo (puede presentar muchasformas), compuesto por uno o varios sacos aplanados,limitados por membranas, apilados en forma laxa unossobre otros y rodeados por túbulos, cisternas de secrecióny vesículas. Cada apilamiento de sacos membranosos esdenominado dictiosoma.Se encuentran en casi todas las células eucarióticas,siendo menos numerosos en animales, pero pudiendoserlo muchos más en células vegetales.

El Complejo de Golgi se sitúa cerca del núcleo, y en él se organizar la circulación molecular de la célula, transportando, madurando2 y acumulando proteínas del R.E. rugoso y lípidos de membrana del R.E. liso. Además, en las células vegetales sintetiza los glúcidos de la pared celular (celulosa y hemicelulosa).

Cada dictiosoma puede ser entendido como compuesto portres secciones distintas: un sector cis (de entrada), unointermedio y una sección trans (de salida).

En el esquema adjunto una vesícula proveniente de losretículos endoplasmáticos (1) se adosa e incorpora sucontenido al dictiosoma. Al interior del sector intermedio estransformado (3) y finalmente es liberado al interior de unavesícula de secreción (2). Esta es transportada hacia lamembrana celular (4), donde se libera al contenido hacia elexterior de la célula (5).

1 De forma que no degraden o digieran a la misma célula.2 Modifican las membranas de las vesículas y contenidos, también incorporan los productos terminados en vesículas de transporteque los llevan a otras partes de la célula.

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Ilustración 4: Aparato de Golgi (vista en corte)

Ilustración 5: Esquema del funcionamiento de un Complejo de Golgi

Mitocondrias

Las mitocondrias se encuentran entre los orgánulos más grandes de la célula, pueden ser vistos con un microscopio óptico. Pueden adoptar distintas formas aunque general-mente tienen aspecto ovalado. No son orgánulos estáticos, se pueden desplazar por el citoplasma asociadas a los microtúbulos (citoesqueleto). Pueden cambiar de forma, fusionarse con otras, o dividirse para dar otras más pequeñas. Además, pueden reproducirse por sí solas por

fisión binaria (como las bacterias), y tienen un pequeño cromosoma que codifica para sus proteínas.

La mitocondria es un orgánulo limitado por dos membranas diferentes: una externa lisa, que la separa del citoplasma, y una sumamente plegada hacia el interiorformando crestas. Cada una de las membranas consta de unabicapa lipídica y delimitan entre ellas un espaciointermembrana. El espacio situado entre las crestas es la matriz.

En las mitocondrias se degradan moléculas orgánicasliberando la energía química contenida en sus enlacesmediante un proceso que consume oxígeno: la respiracióncelular. En éste proceso la energía liberada es almacenada enmoléculas de ATP y luego será utilizada en los procesoscelulares. En general cuanta mayor energía necesita la célula,más mitocondrias contendrá.

Plastos y cloroplastos

En las células de los vegetales y de las algas existen unos orgánulos característicos: los plastos. Al igual que las mitocondrias, son capaces de crecer y de dividirse. Dependiendo de su contenido o de su función, se los divide y nombra en forma distinta:

- Los cromoplastos que poseen en su interior pigmentos rojos, anaranjados o amarillos, responsables del color en flores, frutos y hojas.- Los leucoplastos, abundantes en los órganos subterráneos, son incoloros, y sirven de almacén de sustancias de reserva.- Los amiloplastos, almacenan almidón.

- Los cloroplastos, de color verde gracias a que contienen un pigmento llamado clorofila, son los responsables de la fotosíntesis y por ello se los considera como los más importantes. Pueden variar mucho de forma y tamaño, sobre todo en las algas, así como también en número: desde un

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Ilustración 6: Mitocondria

Ilustración 7: Esquema interno de una mitocondria

Ilustración 8: Cloplastos en células vegetales

cloroplasto por célula en algas unicelulares hasta cien en algunas en cada célula de algunas plantas más desarrolladas. Aunque en ellos predomina la clorofila, existen otros pigmentos que pueden enmascarar su color verde.

Los cloroplastos están separados el citoplasma por dos membranas, una externa, muy permeable y otra interna, bastante más impermeable.

En su interior hay un espacio el estroma con gran cantidadde enzimas. En el estroma existe una tercera membrana quese dispone en forma de sacos aplanados denominados tilacoides. El espacio interior de cada tilacoide está conectado con elde otros, delimitando así el espacio tilacoidal donde ocurrenla mayoría de las reacciones de la fotosíntesis. Estostilacoides se agrupan unos con otros formando los grana.

Muchos biólogos creen que los plastos y probablemente lasmitocondrias evolucionaron a partir de células procariotas(bacterias) que vivían de forma simbiótica en el interior delas célula.

Ribosomas

Son los orgánulos presentes en todas las células, que sintetizan proteínas. Están formados por ARN y proteínas, no están rodeados por una membrana, y constan de dos subunidades (una pequeña y otra grande), que se combinan para formar un ribosoma activo, funcional.

Se forman en el núcleo y a través de los poros nucleares pasan alcitoplasma. En las células que están fabricando proteínas citoplasmáticaspara la reconstrucción de su propia membrana (por ejemplo los glóbulosrojos inmaduros), los ribosomas se distribuyen en todo el citoplasma. Sinembargo en las células que están elaborando nuevo material demembrana o proteínas que deben ser exportadas, se encuentran en grancantidad adheridos al RE rugoso, aunque también existen en elcitoplasma en grupos de 5 o 6 denominados polisomas.

El número de ribosomas en cada célula es variable y e define función dela célula que esta formando, pero puede ser alrededor de medio millón.

El citoesqueleto

Las células están en continuo movimiento pueden cambiar de forma (por ejemplo las musculares), pero además se pueden mover, Todos los movimientos se producen gracias a la colaboración de tres tipos de filamentos proteicos que constituyen el citoesqueleto y que son: microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios.

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Ilustración 9: Esquema interno de un cloroplasto

Ilustración 10: Subunidades de unriboma

a) Microtúbulos

Son los filamentos de mayor tamaño de la célula, existen sólo en las células eucariotas y no en las procariotas. Tienen forma de cilindro hueco y sus paredes están formadas por subunidades de la proteína llamada tubulina. Estas unidades puedenañadirse o quitarse por lo que el tamaño del microtúbulos es variable. Existen algunas estructuras estables formadas por microtúbulos como los cilios, flagelos y los centríolos.

La función de los microtúbulos es mantener la forma de la célula e intervienen en el reparto de cromosomas durante la división celular.

b) Microfilamentos

Son los filamentos más finos y están formados por subunidades de la proteína actina.Los microfilamentos están localizados debajo de la membrana. Intervienen en los movimientos y contracciones celulares, en los cambios de forma y son responsables de la división del citoplasma.

c) Filamentos intermedios

Tienen un grosor intermedio entre los dos anteriores, no se conocen bien sus funciones, pero forman estructuras estables que mantienen la forma de la célula.

El citoesqueleto es un entramado denso de haces de fibras proteicas que se extiende a través del citoplasma, yaunque la red da a la célula una estructura muy ordenada, no es rígida ni permanente, es dinámica que cambiade acuerdo con la actividad de la célula.

Estructuras celulares responsables del movimiento celular

Todas las células presentan alguna forma de movimiento, los cilios se baten a lo largo de las células traqueales de los animales, las células embrionarias migran a lo largo deldesarrollo animal, las amebas persiguen y engullen a su presa. Se hanidentificado dos mecanismos de movimiento celular:

La actina y miosina forman los complejos conjuntoscontráctiles que se encuentran en las células musculares delos vertebrados.

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Ilustración 11: Citoesqueleto

Membrana citoplasmática

Filamento de actina

Microtúbulo

Filamento intermedio

Ilustración 13: Cilios al interior delos bronquios

Ilustración 12: Esquemas del funcionamiento de cilios y flagelos para generar movimiento

- Los cilios y flagelos son estructuras largas y delgadas, de aproximadamente 0,2 micrómetros de diámetro3, que se extienden desde la superficie de muchos tipos de células eucarióticas. Sirven para la propulsión de las células. En el caso de las células fijas como las que tapizan el aparato respiratorio, sirven para mantener una corriente de moco que arrastra hacia la garganta los restos de hollín, polvo, polen, alquitrán de tabaco y cualquier sustancia extraña que se haya inhalado.

La estructura interna de cilios y flagelos es la misma: un conjunto de microtúbulos rodeados por una membrana. Los microtúbulos se disponen en 9 grupos de dos, denominados dobletes mas una pareja de microtúbulos situada en el centro.

Los microtúbulos están compuestos de proteínas globulares idénticas, organizados en forma de una hélice hueca. Si se quitan los cilios de una célula y se colocan en un medio que contenga ATP, ellos batirán o nadarán a través del medio.

Centriolos

Los centriolos o diplosomas solamente están presentes en todas las célulasanimales y sólo en algunas algas y hongos. Nunca en las células vegetales.

Se presentan siempre en parejas (cada una es un centrosoma) formandoángulo recto entre sí. Cada centriolo consta de un cilindro compuesto por 9grupos de 3 microtúbulos cada uno. Cada uno está ligeramente giradorespecto al anterior y se unen entre sí gracias a proteínas.

El centrosoma se sitúa siempre en las proximidades del núcleo y en el centrocelular, y funciona como centro organizador de microtúbulos. Antes de ladivisión celular, los centriolos se duplican y uno de cada par va a una célulahija.

3 Un micrómetro corresponde a la milésima de milímetro. (1 µm = 0,001 mm = 1 × 10-3 mm)

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Ilustración 15: Esquema de centrosomas

Ilustración 14: Estructura de cilios y flagelos