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Guía – Organelos celulares
Profesor Gustavo Arriagada Bustamante
Unidad 1. Estructura y función de los seres vivos: Estructura y función de la célula
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Curso:
Objetivos
Conocer e identificar los principales organelos y
estructuras involucradas en las funciones celulares.
Conocer vocabulario científico asociado.
Fecha:
Contenidos
Estructura celular general.
Células animales y vegetales.
Estructura y función de los organelos celulares.
I. Actividad inicial
Ubica los siguientes conceptos de entre toda esta maraña de letras:
CENTRIOLOS, CITOESQUELETO, CITOPLASMA, CLOROFILA, CLOROPLASTO, CROMATINA,
CROMOSOMA, ENERGIA, FOTOSINTESIS, GOLGI, HISTONA, LIPIDOS, LIPOSOMA, LISOSOMA,
MEMBRANA, MITOCONDRIA, NUCLEO, ORGANELO, OXIDACION, PEROXISOMA, PROTEINAS,
REL, RER, RESPIRACION, RETICULO, RIBOSOMA, VACUOLA, VESICULA.
Ahora, veamos de que se trata todo esto...
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II. Desarrollo
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Los primeros microscopistas no podían ni imaginar la complejidad y
organización que se encierra dentro de una célula, invisible a ojo desnudo.
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Actualmente entendemos a las células como unidades biológicas
compuestas por una membrana, la membrana citoplasmática (1) que las
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delimita y que contiene a un gel acuoso, el citoplasma (2) , y un sector de
Ilustración 1:
éste que es capaz de teñirse y que denominamos núcleo (3).
Esquema general
de una célula
En sí mismo, el núcleo es una estructura compleja, delimitada por una
membrana doble (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 unas estructuras 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 biológicas determinadas de acuerdo con las enzimas
específicas que poseen.
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 extienden por todo el citoplasma y
pueden comunicar con la membrana
nuclear.
Hay dos tipos de RE: 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
Figura 2: Orgánulos en una célula animal.
debido a la presencia de ribosomas en
su cara externa. Sintetiza proteínas de membrana y proteínas que salen de la célula.
(b) RE liso: se encuentra en las células eucarióticas. Tiene aspecto de pequeños túbulos
con la pared externa lisa, pues carece de ribosomas. Abunda en las células muy especializadas, como los hepatocitos, donde tiene lugar la transformación de sustancias, tales como
pesticidas, alcohol, etc., para convertirlas en sustancias solubles en agua y fácilmente
eliminables del organismo. También es el encargado de sintetizar lípidos.
2
Vacuolas y vesículas
El citoplasma de las células eucarióticas contiene un gran número 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.
Figura 3: Retículos liso y rugoso.
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 nutrientes y productos de desecho.
a) Lisosoma
El lisosoma es un tipo de vesícula formada en el complejo de Golgi, que contiene
enzimas hidrolíticas (digestión) a las que aíslan del resto de la célula 1.
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), donde participan en
la desintoxicación de algunas sustancias
(como la eliminación del alcohol), e
intervienen en la degradación de los
ácidos grasos (lípidos), en un proceso de
oxidación.
Aparato, cuerpo o complejo de Golgi
Es un organelo polimorfo (puede presentar
muchas formas), compuesto por uno o varios
sacos aplanados, limitados por membranas,
apilados en forma laxa unos sobre otros y
rodeados por túbulos, cisternas de secreción y
vesículas.
Cada
apilamiento
de
sacos
membranosos es denominado dictiosoma.
Figura 4: Aparato de Golgi (vista en corte)
Se encuentran en casi todas las células eucarióticas, siendo menos numerosos en animales,
pero pudiendo serlo muchos más en células vegetales.
1
De forma que no degraden o digieran a la misma célula.
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El Complejo de Golgi se sitúa cerca del núcleo, y en él se organizar la circulación molecular
de la célula, transportando, madurando 2 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 por tres secciones distintas: un sector
cis (de entrada), uno intermedio y una sección
trans (de salida).
En el esquema adjunto una vesícula proveniente
de los retículos endoplasmáticos (1) se adosa e
incorpora su contenido al dictiosoma. Al interior
del sector intermedio es transformado (3) y
finalmente es liberado al interior de una vesícula
de secreción (2). Esta es transportada hacia la
membrana celular (4), donde se libera al contenido
hacia el exterior de la célula (5).
Figura 5: Esquema del funcionamiento de un
Complejo de Golgi
Mitocondrias
Las mitocondrias se encuentran entre los orgánulos
más grandes de la célula por lo que son visibles
con un microscopio óptico. Pueden adoptar
distintas formas aunque generalmente tienen
aspecto ovalado. No son orgánulos estáticos ya que
se desplazan por el citoplasma en forma asociada a
los microtúbulos del citoesqueleto. También por
esto, 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 sus propias proteínas de
acuerdo a una variación propia del código genético.
Figura 6: Esquema interno de una mitocondria
La mitocondria es un orgánulo limitado por dos
membranas diferentes: una externa lisa, que la separa del citoplasma, y una sumamente
plegada hacia el interior formando crestas. Cada una de las membranas consta de una
bicapa lipídica y delimitan entre ellas un espacio intermembrana. El espacio situado entre
las crestas es la matriz.
En las mitocondrias se degradan las moléculas orgánicas mediante una oxidación, en lo que
se denomina respiración celular.
Es gracias a la respiración mitocondrial que se libera de los
nutrientes la energía química contenida en sus enlaces, para lo
que se consume oxígeno y se genera CO 2.
Además, en éste proceso la energía liberada es almacenada en
moléculas de ATP y luego será utilizada en los procesos
celulares. En general cuanta mayor energía necesita la célula,
más mitocondrias contendrá.
Figura 7: Cloplastos en células
vegetales
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
2 Modifican las membranas de las vesículas y contenidos, también incorporan los productos terminados en vesículas de
transporte que los llevan a otras partes de la célula.
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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 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.
Figura 8: Esquema interno de un cloroplasto
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 cantidad de enzimas. En el estroma existe
una tercera membrana que se dispone en forma de sacos aplanados denominados
tilacoides.
El espacio interior de cada tilacoide está conectado con el de otros, delimitando así el
espacio tilacoidal donde ocurren la mayoría de las reacciones de la fotosíntesis. Estos
tilacoides se agrupan unos con otros formando los grana.
Muchos biólogos creen que los plastos y probablemente las mitocondrias evolucionaron a
partir de células procariotas (bacterias) que vivían de forma simbiótica en el interior de las
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
al citoplasma. En las células que están fabricando proteínas
citoplasmáticas para la reconstrucción de su propia membrana
(por ejemplo los glóbulos rojos inmaduros), los ribosomas se
Figura 9: Subunidades de un
distribuyen en todo el citoplasma. Sin embargo en las células
riboma
que están elaborando nuevo material de membrana o proteínas
que deben ser exportadas, se encuentran en gran cantidad adheridos al RE rugoso, aunque
también existen en el citoplasma en grupos de 5 o 6 denominados polisomas.
El número de ribosomas en cada célula es variable y e define función de la célula que esta
formando, pero puede ser alrededor de medio millón.
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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.
Filamento intermedio
Microtúbulo
Filamento de actina
Membrana
citoplasmática
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
pueden
añadirse 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.
Figura 10: Citoesqueleto
La función de los
mantener la forma
intervienen en el reparto de cromosomas durante la división celular.
microtúbulos es
de la célula e
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, y aunque la red da a la célula una estructura muy ordenada, no es
rígida ni permanente, es dinámica que cambia de 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 del desarrollo animal, las amebas persiguen
y engullen a su presa. Se han identificado dos mecanismos de movimiento
celular:
Figura 11: Cilios al
interior de los
bronquios
La actina y miosina forman los complejos conjuntos contráctiles que se
encuentran en las células musculares de los vertebrados.
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- 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.
Figura 12: Esquemas del
funcionamiento de cilios y
flagelos para generar
movimiento
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.
Figura 13: Estructura de
cilios y flagelos
Centriolos
Los centriolos o diplosomas solamente están presentes en todas
las células animales. Por lo que son una característica que
permite identificarlas.
Además existen solamente en algunas algas y hongos, pero
nunca en las células vegetales.
Se presentan siempre en parejas
formando ángulo recto entre sí.
cilindro compuesto por 9 grupos
Cada uno está ligeramente girado
entre sí gracias a proteínas.
(cada una es un centrosoma)
Cada centriolo consta de un
de 3 microtúbulos cada uno.
respecto al anterior y se unen
El centrosoma se sitúa siempre en las proximidades del núcleo y
en el centro celular, y funciona como centro organizador de
microtúbulos. Antes de la división celular, los centriolos se
duplican y mueven hasta cada uno de los extremos de la célula
madre que se dividirá. Después de la citocinesis (la división
misma), una vez que se hayan formado las dos células hijas,
cada una tendrá al par que se situó de su lado...
3
Un micrómetro corresponde a la milésima de milímetro. (1 µm = 0,001 mm = 1 × 10-3 mm)
7
Figura 14: Esquema de
centrosomas
III. Actividad de cierre
Completa lo siguiente:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
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Horizontales
1. Vesícula mayor de las células vegetales.
2. Contenido de los amiloplastos.
3. Retículo responsable de los aceites y grasas.
4. Solamente presentes de los vegetales y algunas
algas.
7. Estructura celular que contiene a la cromatina.
8. Función primaria de los lisosomas.
9. Principal pigmento fotosintético.
10. Organelo presente en todas las células.
11. Componentes del citoesqueleto.
12. Organelo responsable de la respiración.
13. Solamente de los animales.
14. Da forma a la célula y movimiento a su
interior.
15. Químicamente, la respiración celular es una ...
Verticales
1. Los fagosomas son...
5. Vesícula con agua oxigenada.
6. Modifican las membranas de las vesículas y
contenidos.
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