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2.1 Estructura y función celular. (2ª. Parte)
1) Reconoce los componentes de la célula:
 Membrana.
 Citoplasma.
 Núcleo.
2) Relaciona cada componente con su función en la célula:
 La membrana con el transporte de sustancias y la comunicación celular.
 El núcleo o nucleoide como centro de información y reproducción de la célula.
 Los orgánulos relacionados con la elaboración y transporte de biomoléculas: ribosomas, aparato de
Golgi, retículo endoplásmico.
 Los centros de almacenamiento y procesamiento de sustancias: vacuolas, vesículas, peroxisomas y
lisosomas.
 Las estructuras relacionadas con procesos energéticos: mitocondrias y cloroplastos.
 Las estructuras de soporte y movimiento: Citoesqueleto, cilios y flagelos
COMPARTIMENTOS Y LA RELACIÓN DE LA MEMBRANA CON EL TRANSPORTE DE SUSTANCIAS
Y LA COMUNICACIÓN CELULAR.
Las células son entes dinámicos, con un metabolismo celular interno de gran actividad cuya estructura es un flujo entre
rutas anastomosadas (unión de unos elementos anatómicos con otros de la misma planta, animal o estructura mineral).
Un fenómeno observado en todos los tipos celulares es la compartimentalización, que consisten en que diferentes
estructuras y orgánulos desarrollan funciones específicas, lo que supone un método de especialización espacial y
temporal.
Las membranas celulares son estructuras vivas y en continua actividad, por lo que siempre se les observa formando
pequeñas prolongaciones (evaginaciones) y hundimientos (invaginaciones).
Con el auxilio del microscopio electrónico y las bases de la biología molecular, se conoció la estructura molecular
aproximada y las propiedades de las membranas celulares, encontrando que la composición de la membrana
plasmática es por una doble capa de Fosfolípidos, por proteínas unidas no covalentemente a esas bicapas, y por
glúcidos unidos covalentemente a lípidos o proteínas.
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La parte lipídica de la membrana está formada por una película bimolecular que le da estructura y constituye
una barrera que impide el paso de substancias hidrosolubles.
Los fosfolípidos en la membrana se disponen en una bicapa con sus colas hidrofóbicas dirigidas hacia el
interior, quedando de esta manera entre las cabezas hidrofílicas que delimitan la superficie externa de la
membrana.
Las proteínas de la membrana están suspendidas en forma individual o en grupos dentro de la estructura
formando los canales por los cuales entran a las células, en forma selectiva, ciertas substancias. Lo que le
permite a la célula controlar la salida y entrada de substancias así como los transportes entre compartimentos
celulares.
Las proteínas también son capaces de llevar a cabo transporte activo (transferencia en contra del gradiente de
concentración).
Las demás funciones de la membrana, como son el reconocimiento y unión de determinadas substancias en la
superficie celular están determinadas también por la parte proteica de la membrana. A estas proteínas se les
llaman receptores celulares.
En la membrana se localizan unas glicoproteínas que identifican a otras células como integrantes de un
individuo o como extrañas (inmunoreacción).
Resumiendo, la estructura de las membranas depende de los lípidos y las funciones dependen de las proteínas.
Además de ser permeables, los componentes de las membranas celulares les permiten ser elásticas y resistentes.
TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA
La estructura de membrana sustenta un complejo mecanismo de transporte, que posibilita un fluido intercambio de
masa y energía entre el entorno intracelular y el externo. Neurotransmisores, hormonas, mediadores químicos locales
afectan a células concretas modificando el patrón de expresión génica mediante mecanismos de transducción de señal.
La membrana celular o plasmática, además de limitar y proteger a la célula aislándola del medio externo, controla y
regula el paso de sustancias que entran o salen de la célula (intercambio de productos de molécula pequeña como
agua y sustancias disueltas, dióxido de carbono, oxígeno, etcétera) por ósmosis o transporte pasivo, por transporte
activo, por endocitosis, etcétera; ya que, como sabemos, es selectivamente permeable.
El transporte pasivo se rige únicamente por las leyes físicas, es decir, por el fenómeno de ósmosis, de acuerdo con los
gradientes de concentración. No existe gasto de energía.
El transporte activo
En el transporte activo, la célula realiza un trabajo, por lo que hay gasto de energía.
La membrana no es pasiva, sino osmóticamente selectiva, porque permite el paso de unas moléculas pero impide el
de otras, y es capaz de modificar la velocidad de penetración o salida de moléculas, e incluso permitir el paso en
contra del gradiente de concentración. En este control intervienen las proteínas (permeasas) que pueden detectar,
seleccionar y transportar determinados productos.
DIFUSIÓN.
La difusión es un movimiento de moléculas en un líquido o en un gas, desde una mayor concentración a otra de
menor concentración.
La "ley de difusión" establece que al encontrarse dos sustancias de distinta concentración (pueden ser gases o líquidos),
la más concentrada (hipertónica) avanza o se dispersa hacia la menos concentrada (hipotónica), debido a que la
energía cinética de las partículas sigue los gradientes de concentración hasta que la concentración se iguala (isotónica).
Un ejemplo fácil de observar consiste en colocar una gota de tinta de color intenso en un vaso con agua.
La difusión se lleva a cabo en relación con el tamaño y la forma de las moléculas, del número de sus cargas eléctricas y
de la temperatura
+ LA DIÁLISIS
Es la difusión de un soluto de bajo peso molecular (sustancia que se disuelve como la sal o el azúcar), a través
de los poros de una membrana permeable.
+ ÓSMOSIS.
Ocurre cuando el fenómeno de difusión o paso de moléculas de solventes (sustancias que se disuelven) se
realiza a través de los poros de una membrana permeable.
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Este fenómeno es sólo una de las formas que utiliza la célula para el tránsito de sustancias a través de su
membrana, ya que además utiliza el transporte activo, transporte pasivo, (pinocitosis y fagocitosis). Cuando
una célula se encuentra en un medio isotónico (de igual concentración que su interior) no se realiza el
fenómeno de ósmosis.
La turgencia ocurre si la célula se encuentra en un medio hipotónico (de menor concentración que el
contenido celular, por ejemplo agua simple), entonces el agua penetra en ella (por endósmosis) y provoca que
se hinche. Si la turgencia es excesiva puede ocasionar el estallamiento de la célula.
La plasmólisis es el caso contrario, es decir, si la célula se encuentra en un medio hipertónico (más
concentrado que su interior, por ejemplo agua salada), entonces el agua sale de su interior por exósmosis
(salida) y provoca la deshidratación del citoplasma. En caso excesivo, causa la plasmólisis o destrucción del
citoplasma, lo que ocasiona la muerte celular.
Ósmosis en una célula animal
En un medio isotónico, hay un equilibrio dinámico, es decir, el paso constante de agua.
En un medio hipotónico, la célula absorbe agua hinchándose y hasta el punto en que puede estallar dando
origen a la citólisis.
En un medio hipertónico, la célula arruga llegando a deshidratarse y se muere, esto se llama crenación.
Ósmosis en una célula vegetal
En un medio isotónico, existe un equilibrio dinámico.
En un medio hipotónico, la célula toma agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presión de turgencia.
En un medio hipertónico, la célula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye, produciendo que la
membrana plasmática se despegue de la pared celular, ocurriendo la plasmólisis.
ENDOCITOSIS Y EXOCITOSIS.
A la incorporación o entrada de productos a la célula se le da el nombre de endocitosis. La endocitosis puede
efectuarse por medio del transporte pasivo y del activo, además de la pinocitosis y la fagocitosis.
 Se le da el nombre de pinocitosis a la introducción de pequeñas gotas de líquidos extracelulares al citoplasma
que pueden contener algunas partículas hacia el citoplasma mediante las invaginaciones de la membrana
plasmática formando pequeñísimas vacuolas o vesículas pinocíticas limitadas por dicha membrana.
 La fagocitosis es otra forma de endocitosis. Para la incorporación de productos de molécula grande, como
partículas de alimento como bacterias o glóbulos rojos, tal cual sucede entre los glóbulos blancos, las amibas y
otros.
A la salida o expulsión de los productos del interior de la célula, se le da el nombre de exocitosis, como sucede con los
remanentes de la digestión, los productos de excreción y los de secreción celular.
 Eliminación de residuos: Expulsión de deshechos que resultan del metabolismo o excreción. Desechos de
vacuolas digestivas en células animales.
 Secreción: Eliminación al exterior de la célula de diferentes sustancias generalmente útiles. Secreción de
leche, hormonas, enzimas, etcétera.
EL NÚCLEO COMO CENTRO DE INFORMACIÓN Y REPRODUCCIÓN DE LA CÉLULA.
Generalmente tiene forma esférica u ovoide; se localiza en el seno del citoplasma y está limitado por la membrana
nuclear o carioteca.
El interior contiene ácidos nucleicos y el jugo nuclear o carioplasma, donde se encuentran uno o más cuerpecillos
esféricos y refringentes llamados nucléolos, que son condensaciones de ARN. Su función es formar y ensamblar los
complejos proteínicos llamados ribosomas que luego se transportan fuera del núcleo.
La cromatina contiene al ADN, que posee la información hereditaria y formará los cromosomas.
Es el centro de síntesis proteica y ARN; en los eucariontes es el sitio de formación de los ribosomas.
+ Las células procariontes poseen una solo cadena de ADN que se encuentra enrollada y unida a la membrana
plasmática en el nucleoide.
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+ Las células eucariotas poseen su material genético en, generalmente, un sólo núcleo celular, delimitado por una
envoltura consistente en dos bicapas lipídicas atravesadas por numerosos poros nucleares y en continuidad con el
retículo endoplasmático. En su interior, se encuentra el material genético, el ADN, observable, en las células en
interfase, como cromatina de distribución heterogénea.
CITOPLASMA
El citoplasma se localiza entre la membrana celular y la membrana nuclear, es un coloide que presenta un aspecto
parecido a la clara de huevo.
El estado coloidal del citoplasma le confiere a la célula algunas propiedades mecánicas, como elasticidad,
contractilidad, movimiento de ciclosis, rigidez, cohesión.
En el citoplasma de las células eucariontes se encuentran proteínas estructurales que forman micro filamentos y micro
túbulos que originan una especie de armazón proteínico o citoesqueleto.
El citoplasma representa un medio favorable para que las estructuras subcelulares que contiene realicen sus funciones
como si fueran los "órganos" de la célula, por lo que se les ha dado el nombre de organoides celulares.
El citosol constituye hasta 55% del volumen celular. Está formado por proteínas en un 20% y su consistencia se parece
a la del gel. Muchas de las proteínas del citosol son enzimas relacionadas con el metabolismo intermedio, por lo que
en él ocurren reacciones de biosíntesis de azúcares, ácidos grasos, nucleótidos y aminoácidos.
1) LOS ORGÁNULOS RELACIONADOS CON LA ELABORACIÓN Y TRANSPORTE DE
BIOMOLÉCULAS:
Ribosomas.
Aparato de Golgi.
Retículo endoplásmico.
RIBOSOMAS: fábricas de proteínas
+ Son orgánulos granulares formados por ARN (ácido ribonucleico) y proteínas.
+ Pueden encontrarse solos en el citoplasma o unidos a las membranas del retículo endoplásmico.
+ Son las estructuras donde se fabrican las proteínas celulares que son seleccionadas y distribuidas a toda la célula por
medio del retículo endoplásmico.
+ Tiene sobre todo actividad almacenadora y secretora de los productos elaborados por las células, como proteínas,
enzimas, hormonas algunos carbohidratos.
APARATO DE GOLGI: Almacén y empaque de productos
Pertenece al sistema de endomembranas. El aparato de Golgi tiene sobre todo actividad almacenadora y secretora de
los productos elaborados por las células, como proteínas, enzimas, hormonas algunos carbohidratos; por ejemplo, las
proteínas que son sintetizadas en los ribosomas se desplazan al aparato de Golgi.
+ Funciona como una planta empaquetadora, es decir, "empaca" en vesículas las secreciones que recibe del retículo
endoplásmico.
+ Su función de almacenamiento es debida a que continuamente recibe proteínas que se han sintetizado en los
ribosomas, modificándolas agregando otras moléculas como las de azúcares, ácidos grasos y fosfatos.
Luego el aparato de Golgi forma nuevas vesículas con este contenido y las acerca hacia la membrana celular para ser
liberadas.
La secreción producida en el retículo endoplásmico pasa al aparato de Golgi, donde se les añaden otros compuestos
para luego excretarse.
RETÍCULO ENDOPLÁSMATICO: transporte y distribución intracelular.
Llega hasta la membrana nuclear, la membrana plasmática y tener conexiones con el aparato de Golgi.
Se han encontrado dos tipos de retículo:
El retículo endoplásmico liso o agranular (sin granos) y el retículo endoplásmico granuloso o rugoso, que tiene
asociado a sus paredes numerosos orgánulos llamados ribosomas. En el retículo rugoso se fabrican proteínas, función
en la que participan los ribosomas y las membranas del retículo endoplásmico. Las membranas del retículo liso están
relacionadas con la síntesis de lípidos (esteroides).
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El retículo endoplásmico, además de permitir la circulación intracelular de sustancias por medio de transporte pasivo,
activo, invaginaciones, evaginaciones, etcétera, distribuye los productos elaborados por la célula.
La membrana celular, las membranas del retículo endoplásmico, las de los orgánulos membranosos y la membrana
nuclear forman parte de la unidad de membrana.
2) LOS CENTROS DE ALMACENAMIENTO Y PROCESAMIENTO DE SUSTANCIAS:
Vacuolas: Su relación con distintas funciones
Vesículas
Peroxisomas y
Lisosomas.
VACUOLAS
Las vacuolas son espacios citoplásmicos limitados por una membrana. Las vacuolas son más frecuentes y abundantes
en las células vegetales, en las que sirven como almacén de productos de reserva o de desecho.
En algunos organismos, como los protozoarios, las vacuolas pueden ser contráctiles (intervienen en la excreción).
VESÍCULAS
Las vesículas almacenan, transportan o digieren productos y residuos celulares.
Muchas se crean en el aparato de Golgi, el retículo endoplasmático, o a partir de partes de la membrana plasmática.
Pueden ser nutritivas o digestivas, que contienen alimentos o residuos de éstos..
PEROXISOMAS
Los peroxisomas son vesículas donde se llevan a cabo reacciones metabólicas que producen peróxido de hidrógeno
(H2O2), conocido mejor como agua oxigenada, como subproducto.
Todos rompen grasas y aminoácidos en moléculas más pequeñas, que pueden ser usadas por la mitocondria para
producir energía.
LISOSOMAS
Contienen enzimas hidrolíticas capaces de degradar casi todos los componentes de la materia viva.
Se originan en el aparato de Golgi y sus enzimas son producidas en algunos ribosomas.
Son características de la célula animal, como los leucocitos que fagocitan cuerpos extraños, en los protozoarios,
etcétera. Cuando se destruyen, sus enzimas quedan en el citoplasma y llegan a provocar la disolución de la célula.
3) LAS ESTRUCTURAS RELACIONADAS CON PROCESOS ENERGÉTICOS: Mitocondrias y Cloroplastos.
MITOCONDRIAS: generadores de energía
Son orgánulos comunes en las células eucariontes aerobias, son numerosas y, por lo general, están uniformemente
repartidas en la célula.
Están formados por una doble pared membranosa que dejan un espacio central que se extiende también entre las
membranas que forman las crestas.
En la matriz se encuentran varios productos, como proteínas, enzimas, ácidos nucleicos, sales, electrolitos y otros.
Las crestas poseen repartidas subunidades de aspecto globular llamadas partículas elementales, que contiene enzimas
respiratorias.
Su función es muy compleja, pues son los centros generadores de energía para la célula, mediante las complejas
reacciones químicas que se producen durante la respiración aerobia
LOS PLASTOS, PLÁSTIDOS O PLASTIDIOS
Su función principal es la producción y almacenamiento de importantes compuestos químicos usados por la célula.
Usualmente, contienen pigmentos utilizados en la fotosíntesis.
Cromoplastos (sólo en las células de plantas y algas). Sintetizan y almacenan pigmentos.
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Leucoplastos: estos plastos son incoloros y se localizan en las células vegetales de órganos no expuestos a la luz, tales
como raíces, tubérculos, semillas y órganos que almacenan almidón.
Cloroplastos(sólo en las células de plantas y algas). Realizan la fotosíntesis.
CLOROPLASTOS: Elaboración de alimentos
Se encuentran suspendidos en el citoplasma y son bastante numerosos.
Es el orgánulo donde se realiza la fotosíntesis de los organismos eucariotas autótrofos, a partir de moléculas presentes
en el cloroplasto, una en particular responsable de tomar la energía del Sol, es llamada clorofila-a
4) LAS ESTRUCTURAS DE SOPORTE Y MOVIMIENTO:
Citoesqueleto,
Cilios y
Flagelos
Centriolos
EL CITOESQUELETO
Proporciona a la célula elasticidad, contractilidad, movimiento y la forma de los orgánulos.
Es el armazón que da soporte a toda la célula.
Consta de una red de filamentos proteicos que se extiende por el citoplasma de todas las células animales y vegetales,
incluso en algunas bacterianas. Las funciones del Citoesqueleto son:
 Proporcionar el soporte estructural para la membrana plasmática y los orgánulos (orgánulos) celulares
 Proporcionar el medio para el movimiento de orgánulos y otros componentes del citosol.
 Proporcionar el soporte para las estructuras celulares móviles especializadas, como cilios y flagelos,
responsables de la propiedad contráctil en tejidos especializados como el músculo.
+ Microfilamentos (del latín mikros = pequeño, filum = hilo): varillas largas de unos 5 a 7 nm de diámetro, compuestas
de actina que interviene en el movimiento y la división celular.
+ Microtúbulos (del latínmikros = pequeño, tubus= caño, conducto) Conducto hueco, estrecho y alargado de unos 25
nm de diámetro.
Mueven a los cromosomas en la división celular y proporcionan la estructura interna de cilias y flagelos.
CILIOS: Cilio o cilia (cilium, masculino; plural cilia) significa en latín “pestaña”.
Su principal misión es la de desplazar fluidos, como ocurre con el mucus del tracto respiratorio cuyos cilios tienen la
misión de atrapar las partículas del aire; empujan al óvulo a lo largo de las trompas de Falopio hasta el útero o mueven
el agua alrededor de las branquias.
FLAGELOS:
Un flagelo es un apéndice con forma de látigo que usan muchos organismos unicelulares y unos pocos pluricelulares.
El único ejemplo de célula humana dotada de flagelo es el espermatozoide que utiliza su flagelo para desplazarse. El
flagelo de las eucariotas se mueve como un látigo al contrario el de las procariotas que lo hacen rotando como un
sacacorchos.
Los flagelos, que impulsan a muchos protozoos, están diseñados para desplazar toda la célula a través de un fluido.
CENTRIOLOS
Su función principal es la formación y organización de los filamentos que constituyen el huso acromático cuando
ocurre la división del núcleo celular. Están presentes en las células de animales y en las de algunos vegetales inferiores.
Cada centriolo está formado por nueve tripletes de microtúbulos.
Comparación de estructuras en células animales y vegetales
Célula animal típica
Estructuras básicas
Membrana plasmática
Citoplasma
Citoesqueleto
Célula vegetal típica
Membrana plasmática
Citoplasma
Citoesqueleto
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Orgánulos
Núcleo (con Nucléolo)
Retículo endoplasmatico rugoso
Retículo endoplasmático liso
Ribosomas
Aparato de Golgi
Mitocondria
Vesículas
Lisosomas
Centrosoma (con Centriolos)
Peroxisoma
Estructuras adicionales Flagelo
Cilios
Núcleo (con Nucléolo)
Retículo endoplasmático rugoso
Retículo endoplasmático liso
Ribosomas
Aparato de Golgi.
Mitocondria
Vesículas
Lisosomas
Vacuola central.
Plastos (Cloroplastos, Leucoplastos, Cromoplastos)
Microcuerpos (Peroxisomas, Glioxisomas)
Flagelo (sólo en gametos)
Pared celular
Plasmodesmos
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RIBOSOMA
APARATO DE GOLGI
RETICULO ENDOPLASMÁTICO
VACUOLAS
VESÍCULAS
PERIXOSOMAS
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LISOSOMAS
MITOCONDRIAS
PLASTOS
CLOROPLASTOS
CITOESQUELETO
MICROTUBULOS Y
MICROFILAMENTOS
CILIOS
FLAGELOS
CENTRIOLOS
MEMBRANA
NUCLEO
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DIFUSIÓN
OSMOSIS EN CÉLULAS ANIMALES
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OSMOSIS EN CÉLULAS VEGETALES
ENDOCITOSIS
LA MEMBRANA
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TRANSPORTE
CELULAR
TIPO DE
TRANSPORTE
PRINCIPALES CARACTERISTICAS
EJEMPLOS
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TRANSPORTE
PASIVO
DIFUSIÓN
Dispersión de una sustancia mayor
concentración (hipertónica) hacia otra
menos concentrada (hipotónica), siguiendo
los gradientes de concentración.
Dispersión de gases y
partículas muy pequeñas.
ÓSMOSIS
Difusión de solventes a través de los poros
de una membrana permeables.
No hay gasto de energía
Paso de agua y gases.
DIÁLISIS
Difusión de solutos de bajo peso molecular
a través de una membrana permeable.
Transporte selectivo de productos a través
la membrana celular aun en contra del
gradiente de concentración.
Requiere gasto de energía de la célula
Formación de micro vellosidades por parte
de la membrana celular.
Paso de agua con sales
disueltas.
Adquisición selectiva de
la célula de sodio y
potasio.
FAGOCITOSIS
Adquisición selectiva de la célula de
partículas grandes del medio.
ELIMINACIÓN
DE
RESIDUOS
Expulsión de deshechos que
Resultan del metabolismo o excreción
Forma de alimentación
de algunas amibas y
algunos glóbulos
blancos.
Expulsión de los
desechos de vacuolas
digestivas en células
animales.
SECRECIÓN
Eliminación al exterior de la célula
De diferentes sustancias generalmente
útiles
TRANSPORTE
ACTIVO
ENDOCITOSIS
(entrada de
productos)
EXOCITOSIS
(salida de productos)
PINOCITOSIS
Adquisición de
minúsculas gotas de
líquido en casi todas las
células.
Secreción de leche,
hormonas, enzimas,
etcétera.