DESARROLLO
FUNCIONES
DE LA MEMBRANA CELULAR
La función básica de la
membrana plasmática es mantener el medio intracelular diferenciado del entorno.
La combinación de transporte activo y pasivo hace de la membrana plasmática una
barrera selectiva que permite a la célula diferenciarse
del medio.
Los esteroides, como el
colesterol, tienen un importante papel en la regulación de las propiedades
físico-químicas de la membrana regulando su resistencia y fluidez.
La membrana celular es
una doble capa de lípidos que actúa como una barrera que separa los medios
interior y exterior de la célula.
A través de ella, se transmiten
mensajes que permiten a las células realizar sus funciones. Contiene receptores
específicos que permiten a la célula interaccionar con mensajeros químicos.
Su grosor es de
aproximadamente 7.5 a 10 nanómetros (nm). Es tan fina que no se puede observar,
con el microscopio óptico, siendo solo visible con el microscópico electrónico.
La importancia de la
membrana celular radica en que la célula necesita recibir, constantemente,
materiales para llevar a cabo sus funciones vitales, y los materiales de desecho
se deben eliminar.
Controla el paso de
sustancias entre la célula, y su ambiente, permite que ingresen ciertas
sustancias que actúan como nutrientes del exterior.
Las demás funciones de la
membrana, como son el reconocimiento y unión de determinadas sustancias en la
superficie celular. A estas proteínas se les llaman receptores celulares. Los
receptores están conectados a sistemas internos que solo actúan cuando la
sustancia se une a la superficie de la membrana. Mediante este mecanismo actúan
muchos de los controles de las células.
FUNCIONES ESPECÍFICAS
v Aísla el citoplasma del
medio externo
v Regula el intercambio de
sustancias esenciales ente el citoplasma y el medio externo.
v Se comunica con otras
células.
v Identifica a las células
como pertenecientes a una especie y como miembros particulares de estas
especies. En los organismos multicelulares los tipos celulares específicos, con
frecuencia, presentan marcas moleculares únicas, sobre sus superficies
celulares.
La membrana tiene encomendadas
muchas funciones que se encuentran muy relacionadas, por lo que resulta difícil
su estudio por separado.
FUNCIÓN ESTRUCTURAL
Constituye la frontera
física que mantiene separado el contenido celular del medio extracelular y
delimita la forma de la célula. Gran elasticidad en las células aisladas y en
las superficies libres de las que forman tejidos.
FUNCIÓN DE INTERCAMBIO DE SUSTANCIAS
A través de la membrana
entran unas sustancias, en su mayor parte nutrientes, y salen otras que pueden
ser productos de desecho o de secreción
elaborados por la célula. Las características más importantes de una membrana
celular, su permeabilidad selectiva, es decir, la posibilidad de discriminar
qué sustancias pueden o no atravesarla. Existen dos modalidades de transporte,
activo y pasivo.
PARED CELULAR
La pared
celular proporciona un recinto protector a la célula determinando la forma y el
tamaño de la célula. A demás la rigidez de la pared permite crecer a la planta
erguida hasta poder exponer una mayor superficie a la luz solar.
Controlar
el crecimiento celular: las paredes se van a ablandar por unas zonas y a
endurecer por otras, permitiendo así, el crecimiento de la célula en
determinadas condiciones. Estos procesos están controlados por las encimas que
sintetizan y degradan la pared, y a su vez esas encimas están controladas por
hormonas.
La pared celular
constituye una barrera física y química frente a patógenos. La interacción a
nivel molecular entre la planta y los microorganismos conduce a la formación de
fragmentos de polisacáridos que intervienen en los sistemas defensivos.
Limita
los procesos de transporte: según el grado de porosidad de la pared permiten el
paso de algunas sustancias o no. Las impregnaciones de la pared secundaria
alteran la permeabilidad..
Esta
implicada en la maduración de frutos, en la abscisión (caída de hojas), y en la
movilidad de sustancias de reserva.
CITOPLASMA Y
CITOESQUELETO
Citoplasma
El citoplasma
es el material comprendido entre la membrana plasmática y la envoltura
nuclear. Está compuesto por dos partes:
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Citosol:
consiste principalmente de agua, con iones disueltos, moléculas pequeñas y
macromoléculas solubles en agua.
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Ribosomas: partículas insolubles de 25 nm, sitios
de síntesis protéica.
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La forma de la célula es mantenida por proteínas
fibrosas que se encuentran en el citoplasma y que en conjunto conforman el citoesqueleto.
El citoesqueleto está formado por filamentos
y túbulos de diversos tamaños:
los microtúbulos tienen un rol primordial en la división celular.
Los filamentos de actina intervienen en la división celular y en la motilidad.
En preparaciones comunes de microscopía en luz
visible o electrónica, el citoesqueleto
se presenta transparente y por lo tanto, invisible. Generalmente no se lo
dibuja en los esquemas de la célula pero es un componente importante, complejo
y dinámico. El citoesqueleto, mantiene la forma de la célula, "ancla"
las organelas en su lugar y mueve parte de la célula en los procesos de
crecimiento y movilidad.
Existen varios tipos de filamentos de proteínas que
constituyen el citoesqueleto: microfilamentos, microtúbulos y filamentos
intermedios.
Los microtúbulos
están formados por subunidades de una proteína llamada tubulina y, a menudo, son utilizados por la célula para mantener
su forma, son también el mayor componente de cilias y flagelos. De longitud
variable, la incrementan agregando subunidades (dímeros) a uno de los extremos
("extremo +") o la disminuyen eliminandolas, de acuerdo a las necesidades
celulares. Intervienen en el proceso de división celular y en el movimiento de
vesículas y organelas.
Los microfilamentos
están formados por subunidades de la proteína actina. Tienen aproximadamente un tercio del diámetro del
microtúbulo y, a menudo, son usados por la célula tanto para cambiar su
estructura como para mantenerla. También pueden variar de longitud e intervenir
en los procesos de división y motilidad.
Los filamentos intermedios
al estar constituidos por proteínas fibrosas no se desintegran
facilmente. Intervienen en la estructura de la membrana nuclear y desde allí
pueden irradiar y asociarse con los microtúbulos.
Existe un gran número de proteínas asociadas con el citoesqueleto que controlan
su estructura tanto por medio de la orientación y direccionamiento de los
grupos de filamentos como del movimiento de los mismos. Un grupo
particularmente interesante de las proteínas asociadas al citoesqueleto son
"motores" celulares, como la miosina (un "motor" que mueve
filamentos de actina) y la kinesina (un "motor" de microtúbulo).
Los tres componentes del citoesqueleto están
interconectados y forman un reticulado, que se extiende desde la superficie
celular hasta el núcleo. Este sistema está construido sobre la base de un
modelo arquitectónico común que se encuentra en una sorprendente variedad de
sistemas naturales y se conoce como de integridad
tensional ("tensegrity"). Con esta expresión
se indica que el sistema se estabiliza
mecánicamente a si mismo, en razón del modo en que las fuerzas de
compresión y tensión se distribuyen y equilibran dentro de la estructura.
Las estructuras que responden a este modelo de integridad tensional no
alcanzan la estabilidad mecánica por la resistencia de los miembros
individuales sino por la manera en que la estructura en su conjunto distribuye
y equilibra las tensiones mecánicas. En estas estructuras la tensión se
transmite sin solución de continuidad a través de todos los elementos
estructurales.
En otras palabras, un incremento de tensión en un elemento cualquiera de la
estructura se hace sentir en todos los demás. Este aumento global de presión se
equilibra por un aumento de la compresión de determinados elementos
distribuidos por la estructura. Un ejemplo arquetípico de estas estructuras son
las cúpulas geodésicas de Buckminster
Fuller.
NUCLEO
El núcleo dirige las actividades de la célula
y en él tienen lugar procesos tan importantes como la autoduplicación del ADN o replicación, antes de comenzar la división celular, y la transcripción o producción de los distintos tipos de ARN, que
servirán para la síntesis de proteínas. El ARN mensajero (ARNm) por ejemplo, se
sintetiza de acuerdo con las instrucciones contenidas en el ADN y abandona el
núcleo a través de los poros. El núcleo cambia de aspecto durante el ciclo celular y llega a desaparecer como tal. Por ello se
describe el núcleo en interfase
durante el cual se puede apreciar las siguientes partes en su estructura:
envoltura
nuclear: formada por dos membranas (una externa
y otra interna) concéntricas
perforadas por poros nucleares (solo para alumnos de 6to año). A
través de éstos se produce el transporte de moléculas entre el núcleo y el
citoplasma. La membrana interna
contiene proteínas específicas que actúan como lugares de unión de láminas
nuclear que la soporta. La membrana
externa , la cual se parece mucho a la membrana del retículo
endoplásmico rugoso, y que muchas veces se dispone en forma continuada con
este; se encuentra en algunas secciones tapizadas por ribosomas que se hallan
sintetizando proteínas, que son transportadas al espacio perinuclear o al lumen
del RE.
el
nucleoplasma, que es el medio interno del núcleo donde se encuentran el resto de los
componentes nucleares.
nucléolo, o nucléolos que son masas
densas y esféricas sin membrana propia, formado por dos zonas: una fibrilar y otra granular. La fibrilar
es interna y contiene ADN, la granular rodea a la anterior y
contiene ARN y proteínas. El nucléolo es una región especial en la que se
sintetizan partículas que contienen ARN y proteína que migran al citoplasma a
través de los poros nucleares y a continuación se modifican para transformarse
en ribosomas.
la
cromatina, constituida por ADN y proteinas, aparece durante
la interfase; pero cuando la célula entra en división la cromatina se organiza
en estructuras individuales que son los cromosomas.
MITOCONDRIAS
Las mitocondrias son uno de los orgánulos más conspicuos del citoplasma
y se encuentran en casi todas las células eucarióticas. Observadas al
microscopio electrónico de transmisión (M.E.T.), presentan una estructura
característica: la mitocondria tiene forma alargada u oval de 0,5 a 1 m de
diámetro, y entre 1 m y varias micras de longitud y está envuelta por dos
membranas distintas, una externa y otra interna (la que presentan crestas
mitocondriales), muy replegada.
Las
mitocondrias son los orgánulos celulares encargados de suministrar la mayor
parte de la energía necesaria para la actividad celular, actúan por tanto, como
centrales energéticas de la célula y sintetizan ATP a expensas de los carburantes metabólicos (glucosa,
ácidos grasos y aminoácidos). Sin mitocondrias, los animales y hongos no serían
capaces de utilizar oxígeno para extraer toda la energía de los alimentos y
mantener con ella el crecimiento y la capacidad de reproducirse. Los organismos
llamados anaerobios viven en medios sin oxígeno, y todos ellos carecen de
mitocondrias.
La
ultraestructura mitocondrial está en relación con las funciones que desempeña:
en la matriz se localizan los enzimas responsables de la oxidación de
los ácidos grasos, los aminoácidos, el ácido pirúvico y el ciclo de krebs.
En la membrana
interna están los sistemas dedicados al transporte de los electrones que se
desprenden en las oxidaciones anteriores y un conjunto de proteínas (corpusculos
respiratorios) encargadas de acoplar la energía liberada del transporte
electrónico con la síntesis de ATP, estas proteínas le dan un aspecto granuloso
a la cara interna de la membrana mitocondrial.
También se
encuentran dispersas por la matriz una molécula de ADN circular
y unos pequeños ribosomas y poliribosomas implicados en la
síntesis de un pequeño número de proteínas mitocondriales
PLASTOS
Son estructuras auto replicantes rodeadas por una
doble membrana. Sólo aparece en células vegetales y todas ellas a excepción de
muy pocas tienen plastos. Hay muchos tipos de plastos.
Según los colores:
- Verde:
cloroplastos.
- Sin
color: amiloplastos, oleoplastos, proteinoplastos…
- Con
otros colores: cromoplastos.
- Con
color muy tenue: etioplastos y proplastidios.
Todos estos plastos tienen una serie de
características comunes:
- Todas
estén envueltas por una doble membrana quedando un espacio entre ambas
membranas de entre 10 y 20 nm. En el interior está el estroma.
- Aparece
ADN fibrilar que ocupa zonas libres de los estromas y recibe el nombre de
nuceloide.
- Tienen
ribosomas más pequeños que los que aparecen en el citoplasma y pueden
aparecer aislados o formando poliribosomas.
- Pueden
aparecer acúmulos de lípidos llamados plastoglóbulos.
Tipos de plastos:
Proplastidios: Son plastos
estructuralmente muy sencillos y pequeños. Tienen un tamaño de entre 0,5 y 1
μm. Poseen todas las características comunes de los plastos. A demás tienen
características propias:
- Tienen
un escaso desarrollo vesicular.
- Presentan
un pequeños sacos en el estroma y a veces están en continuidad con la
membrana interna.
- Tienen
pocos ribosomas.
- Presentan
gránulos de almidón (muy pequeños).
- Tienen
o pueden ser de formas variadas, pero lo normal es que sean esféricos.
- A
partir del proplastidio se obtienen el resto de los plastos, es decir, a
partir de los proplastidios se van a diferenciar los cloroplastos,
etioplastos.
CLOROPLASTOS
Los
cloroplastos son los plastos de mayor importancia biológica; ya que por medio
de la fotosíntesis, en ellos se transforma la energía lumínica en energía
química, que puede ser aprovechada por los vegetales.
¿Qué son los
cloroplastos?
Los cloroplastos fueron
identificados como los orgánulos encargados de la fotosíntesis,
en ellos se transforma la energía lumínica en energía química, que puede ser
aprovechada por los vegetales.
-
Descubrimiento de los cloroplastos
En 1881 el biólogo alemán Theodor Engelmann mediante un ingenioso experimento
demostró que cuando se iluminan las células del alga verde Spirogyra, algunas
bacterias se desplazan activamente para agruparse en el exterior de las
células, cerca del sitio correspondiente a los grandes cloroplastos. Las
bacterias estaban utilizando las pequeñas cantidades de oxígeno liberadas en el
cloroplasto por la fotosíntesis para estimular su respiración aerobia.
-
Observación de los cloroplastos en el microscopio óptico
Al microscopio
óptico pueden ser observados, en fresco y sin teñir, y aparecen
generalmente como unos orgánulos discoidales en los que, ocasionalmente, se
distinguen en su interior unos cuerpos densos o grana. Se encuentran
localizados en el citoplasma. No tienen un lugar fijo, aunque frecuentemente se
encuentran entre la pared vacuolar y la membrana plasmática. Están sometidos a
movimientos de ciclosis debido a las corrientes citoplasmáticas, pero también
pueden presentar movimientos activos de tipo ameboide o contráctil relacionados
con la iluminación.
- Morfología,
número y tamaño
+
Morfología de los cloroplastos
Su morfología es diversa. En los vegetales superiores suelen ser ovoides o
lenticulares, pero en algunas algas tienen formas diferentes; por ejemplo,
Spirogyra posee uno o dos cloroplastos en forma de hélice, mientras que
Chlamydomonas posee uno solo en forma de copa.
+
Número
En cuanto a su número, lo normal es que sea de 20 a 40 por células
parenquimática clorofítica, siendo un caso extremo el de las células de la hoja
del Ricinus, con cerca de 400.000 cloroplastos por milímetro cuadrado de
superficie.
+
Tamaño
El tamaño varía ampliamente de unas especies a otras, pero por término medio
suelen medir de 2 a 6 micrómetros de diámetro y de 5 a 10 micrómetros de
longitud. En las plantas de umbría, los cloroplastos son de mayor tamaño.
RETICULO
ENDOPLASMATICO
Retículo endoplasmático liso
El retículo
endoplasmático liso es una red tubular, constituida por finos túbulos o
canalículos interconectados, y cuyas membranas continúan en las del retículo
endoplasmático rugoso, pero sin llevar ribosomas adheridos.
- ¿En qué células es más abundante el retículo
endoplasmático liso?
La mayor parte de las células tienen un retículo endoplásmico liso
escaso, pero es particularmente abundante en:
+ Células musculares estriadas, en las que constituye el llamado retículo
sarcoplásmico, muy importante en la liberación del Ca2+ que participa en la
contracción muscular.
+ Células intersticiales ováricas de Leydig, del testículo y células de la
corteza suprarrenal, secretoras de hormonas esteroideas.
+ Hepatocitos, donde interviene en la producción de partículas lipoproteicas
para su exportación.
- Proteínas en las membranas del retículo y sus funciones
Las proteínas específicas presentes en las membranas del retículo
endoplásmico liso varían según el tipo celular, y dependen de las funciones
particulares que este orgánulo desempeña:
+ Síntesis de lípidos
La biosíntesis de lípidos se realiza en las membranas del REL. Se sintetizan
los fosfolípidos, el colesterol y la mayoría de los lípidos de las nuevas
membranas celulares. Los ácidos grasos se sintetizan en el citosol y se
incorporan a la cara citosólica de la doble capa lipídica de la membrana
reticular lisa. La membrana dispone de una flipasa que transloca los lípidos de
la cara citosólica a la luminal.
+ Contracción muscular
La liberación del calcio acumulado en el interior del retículo sarcoplásmico es
indispensable para los procesos de contracción muscular.
+ Detoxificación
Consiste en la eliminación de todas aquellas sustancias que puedan resultar
nocivas para el organismo. Esta detoxificación requiere procesos de oxidación
llevados a cabo por citocromos. Como sustancias tóxicas, se consideran los
pesticidas, los conservantes, los barbitúricos, algunos medicamentos y
sustancias producidas por células extrañas al organismo. Las células implicadas
en la detoxificación pertenecen a órganos como la piel, el intestino, el
pulmón, el hígado o el riñón
+ Liberación de glucosa a partir de los
gránulos de glucógeno presentes en los hepatocitos
Las reservas de glucógeno hepático se encuentran contenidas en forma de
pequeños gránulos adheridos a las membranas del retículo endoplasmático liso.
Cuando se requiere energía, el glucógeno se degrada formándose glucosa-6-
fosfato en el citoplasma. El retículo endoplasmático liso elimina el grupo
fosfato y genera moléculas de glucosa que pueden penetrar en el interior de los
sacos del retículo endoplasmático liso y, finalmente, ser exportadas al torrente
circulatorio para aumentar las demandas energéticas del organismo.
Retículo endoplasmático rugoso
El retículo
endoplasmático rugoso se denomina así porque lleva ribosomas adheridos a la cara
citosólica de sus membranas. La adhesión de los ribosomas se lleva a cabo por
su subunidad mayor, estando esta unión mediada por la presencia, en la membrana
reticular, de unas glucoproteínas transmembranosas del grupo de las riboforinas,
que no se encuentran en el retículo endoplasmático liso.
- ¿De qué está constituido el retículo endoplasmático
rugoso?
El retículo endoplasmático rugoso está constituido por sacos aplanados o
cisternas de 40 a 50 nm de espesor y vesículas de tamaño muy variable, desde 25
a 500 nm de diámetro. Su lumen está ocupado, en general, por un material poco
denso, aunque en ocasiones puede presentar inclusiones densas o cristales.
- ¿Dónde se encuentra muy desarrollado?
El retículo endoplásmico rugoso se encuentra muy desarrollado en aquellas
células que participan activamente en la síntesis de
proteínas, como las células acinares del páncreas
o las células secretoras de moco que revisten el conducto digestivo. Está
presente en todas las células, excepto en las procarióticas y en los glóbulos
rojos de mamíferos, aunque su distribución depende del tipo celular del que se
trate.
- Funciones de las enzimas del retículo endoplasmático
rugoso
Las funciones del retículo endoplasmático rugoso están relacionadas con la
composición bioquímica de sus membranas, que es diferente a la de la membrana
plasmática o la del retículo
endoplasmático liso. El retículo endoplasmático rugoso contiene en
su membrana enzimas implicadas en diversas funciones:
+ Síntesis y almacenamiento de proteínas
Las enzimas implicadas se sitúan de manera simétrica, siendo distintas las de
la cara citosólica de las de la cara luminal. Las proteínas se sintetizan en
los ribosomas que van adheridos a la membrana citosólica del retículo
endoplasmático rugoso. Al mismo tiempo que se sintetizan, y mediante un
complejo mecanismo, pueden quedarse en la membrana como proteínas transmembrana
o pasar al lumen intermembranoso para ser exportadas a otros destinos, incluido
el exterior celular.
+ Glucosilación de las proteínas
La mayor parte de las proteínas sintetizadas y almacenadas en el retículo
endoplasmático rugoso, antes de ser transportadas a otros orgánulos
citoplásmicos (aparato de Golgi,
lisosomas),
a la membrana plasmática o al exterior de la célula, deben ser glucosiladas
para convertirse en glucoproteínas. Este proceso se realiza en el lumen
del retículo, gracias a los oligosacáridos pueden pasar del lado citosólico al
luminal debido al movimiento de flip-flop de un lípido transportador, el
dolicol.
CILIOS Y FRAGELOS
Los cilios y los
flagelos, apéndices de las células, son las estructuras motrices de los
eucariotas unicelulares, si bien están presentes también en algunas células
animales, como los espermatozoides, que poseen un flagelo que les permite
desplazarse dentro del aparato reproductor femenino y alcanzar así el óvulo
para fecundarlo.
- Origen de la movilidad en cilios y flagelos
La capacidad de movimiento de los cilios y flagelos se debe a su acción
propulsora, que se desarrolla mejor en los humores propios de los organismos
vivos. Este mecanismo es adoptado por muchas formas de vida.
CENTRO DE BACHILLERATO TECNOLOGICO AGROPECUARIO
#219.
