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Contenido del artículo
¿Tiene ventaja para la célula ser microscópica?
Células procariotas
Células eucariotas
El núcleo
Sistema endomembranoso
Lisosomas
Peroxisomas
Ribosomas
Mitocondrias
Cloroplastos
Otros orgánulos con su propio ADN
La teoría de la endosimbiosis
Citoesqueleto
Centriolos
Vacuolas
Pared celular
Matriz extracelular

Estructura general de las células

Entre los organismos vivos se pueden encontrar muchas células diferentes organizadas de diversas maneras, sin embargo, con independencia de estas especializaciones celulares, todas, de forma general, presentan tres características comunes que son:

1.- Un nucleoide o núcleo: que yace en la porción central de la célula y contiene el ADN, la molécula hereditaria. En los procariotas (células sin núcleo) el ADN tiene forma circular y típicamente está ubicado cerca del centro de la célula en un área denominada nucleoide, la que no está separada del resto del interior de la célula por alguna membrana. Por su parte, los organismos eucariotas (células con núcleo) el ADN está dentro del núcleo, una estructura rodeada por una doble membrana llamada envoltura nuclear. La función del ADN en ambos tipos de células es similar, contener los genes que codifican la síntesis de las proteínas que produce la célula.

2.- Citoplasma: es el contenido semifluido que llena la célula y donde yacen el núcleo o el nucleoide según la célula sea procariota o eucariota. El citoplama contiene las reservas de sustancias químicas que la célula usa para llevar a cabo sus actividades biológicas. Por ejemplo, azúcares, amino ácidos y proteínas. En las células eucariotas, además del núcleo, también están contenidos en el citoplasma los orgánulos, unos compartimientos especializados delimitados por membranas.

3.- Una membrana plasmática: esta membrana flexible delimita la célula y separa las dos zonas con fluidos, el fluido intracelular (citoplasma), que está en el interior de la célula, del fluido extracelular, que rodea la célula. La membrana plasmática, independientemente de su extraordinaria delgadez (unos 7 a 8 nm), está formada por dos capas de moléculas de lípidosfosofolípidos (lípidos que contienen fósforo) con cantidades mas pequeñas de colesterol y glucolípidos (que contienen algún azúcar asociada como la glucosa). La molécula del fosfolípido tiene una forma que recuerda un pirulí o chupete, con una "cabeza" polar con afinidad por el agua (hidrofílica) y una "cola" no polar hidrofóbica (que rechaza el agua). Las cabezas polares son atraídas por el agua, que es el componente mayoritario del citoplasma interno y del líquido extracelular externo a la célula. Esto hace que las cabezas se coloquen en las caras interior y exterior de la membrana plasmática (figura 1). Por su parte las colas, que son rechazadas por el agua, se alinean hacia el centro de la membrana. 

(moléculas naturales que incluyen un grupo diverso de sustancias entre las que se encuentran las grasas y aceites) con moléculas de proteínas dispersas dentro de la estructura, algunas de las cuales flotan en la bicapa lípida. La bicapa lípida, que forma el "entramado" básico de la membrana está constituido principalmente por

membrana plasmática
Figura 1. Estructura de la membrana plasmática.



Todas las formas estructurales de los seres vivos se basan en la microscópica célula como la unidad básica viviente y su comprensión y estudio han avanzado mucho desde el siglo XVII cuando fueron observadas por primera vez por el inglés Robert Hooke usando un microscopio rudimentario. Pero no fue hasta mediados del siglo XIX, a manos de los alemanes Matthias Schleiden, Theodor Schwann y Rudolf Virchow que tomó fuerza la teoría de que todas las cosas vivas estaban compuestas por células y que las células jóvenes nacían de otras células, lo que representaba un enfrentamiento pleno a la teoría en boga, y ampliamente aceptada, de la generación espontánea que profesaba que los organismos vivos surgían de materiales no vivientes.

A partir de esta fecha se adelantaron enormes progresos en el conocimiento de esta unidad de vida, los que nos habilitaron finalmente con tres conceptos denominados colectivamente la teoría de la célula.

1.- Todos los organismos vivos están compuestos por una o más células y los procesos vitales de metabolismo y herencia ocurren dentro de estas células.

2.- Las células son la entidad viviente más pequeña y constituyen la unidad básica organizativa de todos los organismos.

3.- Las células provienen solamente de la división de otra célula existente con anterioridad. Aunque la vida surgió y evolucionó de forma espontánea en el entrono de la Tierra primitiva, los biólogos han llegado a la conclusión de que en el presente no se producen nuevas células de forma espontánea, de modo que todas las células actuales son descendientes de aquellas células primarias.

¿Tiene ventaja para la célula ser microscópica?

Las células son típicamente muy pequeñas; están en el orden de entre 10 y 100 micrones en las células eucariotas y entre 1 y 10 micrones en las procariotas y esta característica de microscopicidad no se debe al azar; se debe a razones prácticas, y estas razones prácticas son básicamente dos:

1.- La célula es una "fábrica" en funcionamiento y al igual que cualquier fábrica las materias primas y los productos terminados entran y salen constantemente a la célula. Todos esos procesos involucran sustancias que deben llegar a un punto del interior de la célula al atravesar la membrana plasmática desde el fluido extracelular. De igual forma otros productos resultado de la síntesis interna o de desecho deben recorrer el mismo camino en sentido contrario de regreso al fluido extracelular. El traslado de sustancias dentro de la célula se produce por difusión dentro del citoplasma, si la célula fuera grande se alarga el tiempo que toman las sustancias para difundir entre la membrana plasmática y el centro de la célula. Por esta razón un organismo formado por múltiples células relativamente pequeñas tiene ventaja sobre otro de pocas células grandes.

2.- Otra ventaja no menos importante radica en la relación entre área superficial de la célula y su volumen. A medida que crece el tamaño de la célula su volumen se incrementa mucho más rápido que el área superficial. Si consideramos una célula esférica, el aumento de área es igual al cuadrado del aumento de radio, mientras que el aumento del volumen es igual al cubo del aumento del radio. De esta forma, si una célula esférica tiene un radio 10 veces más grande que otra, también esférica, su área de superficie será 100 veces mayor mientras que su volumen será 1000 veces más grande. La superficie celular proporciona la única vía para interactuar con el entorno y debido a que una célula pequeña tiene mayor área superficial por unidad de volumen, la imprescindible interacción entre la célula y su entorno es más efectiva cuando la célula es pequeña.

Células procariotas

célula procariota

Figura 2. Estructura organizativa general de una célula procariota .


Las células procariotas son las de estructura más simple, consisten en citoplasma rodeado de la membrana plasmática, encerrados comúnmente en una pared celular rígida. No presentan el interior compartimentado.

Se distinguen dos tipos de estas células, las arqueobacterias (bacterias arcaicas) y las bacterias. La pared celular (figura 2) está compuesta de peptidoglicano, que es una matriz de carbohidratos (cadenas de azúcares) entrecruzada por unidades polipéptidas? cortas, excepto en las arqueobacterias en las que no existe el peptidoglicano. Esta funda externa protege la célula, la da una forma definida y previene la excesiva entrada de agua.

La pared celular de muchas bacterias está recubierta por una capa de polisacáridos (largas cadenas  de azúcares) y esto le da a la bacteria la capacidad de adherirse a los dientes, a la piel, a alimentos, o a cualquier otra superficie que le proporcione soporte a su crecimiento. Varias bacterias que producen enfermedades segregan una cápsula protectora de polisacáridos de textura gelatinosa alrededor de la célula.

Exceptuando una pocas bacterias, como la de la tuberculosis o la lepra, estos organismos se pueden clasificar en dos grupos basándose en las diferencias que se observan en las paredes celulares cuando se usa el método Gram? de teñido:

1.- Bacterias Gram-positivas: las que tienen una pared celular gruesa de una sola capa que retiene un tinte violeta cuando se somete al procedimiento Gram de teñido, lo que provoca que la célula se vea púrpura en el microscopio.

2.-Bacterias Gram-negativas: estas tienen paredes celulares más complejas de multicapas y no retienen el tinte violeta después de aplicarle el procedimiento de teñido de Gram y presentan un trasfondo de tinte rojo.


Algunos procariotas portan un flagelo rotatorio para propulsarse (figura 2). Los flagelos son estructuras alargadas como filamentos que sobresalen de la superficie y que se usan para la locomoción. Puede haber uno o más (o ninguno) por célula dependiendo de la especie. El movimiento de traslación resulta del giro del flagelo sobre su eje longitudinal como si fuera un tornillo o una hélice. Los flagelos en los procariotas son fibras de proteínas que se extienden hacia afuera de la bacteria. Algunos organismos procariotas tienen apéndices externos que recuerdan pelos denominados pilis.

La organización interior de las células procariotas es muy simple, el citoplasma es una sola unidad sin estructuras de soporte internas, por lo que la resistencia de la célula es proporcionada básicamente por la pared celular, y aunque estas células tienen en su interior estructuras más complejas como los ribosomas (se describen más abajo), la mayoría no tienen orgánulos delimitados por membrana ni tampoco puede observarse un núcleo verdadero.

La membrana plasmática de los procariotas lleva a cabo algunas de las actividades biológicas que realizan los orgánulos en las células eucariotas. Así, cuando la célula se divide, el material hereditario de la célula, un simple círculo de ADN se replica. Las dos moléculas de ADN formadas se adhieren a la membrana plasmática en puntos distintos con lo que cuando se produce la división, cada una de las células resultantes tiene una unidad de ADN idéntica a la otra.

Note que con esta organización, las enzimas y el resto de los constituyentes del citoplasma tienen acceso a todas las partes de la célula y las reacciones biológicas no están separadas unas de otras por compartimientos de modo que la célula en su conjunto funciona como una unidad.

Células eucariotas

La organización interna de las células eucariotas dista mucho en complejidad de las procariotas, véalo en la figura 3 a continuación donde se representa una célula típica de origen animal.

célula eucariota
Figura 3. Estructura organizativa general de una célula animal eucariota.

La particularidad distintiva de la célula eucariota es la compartimentación, lograda por un extenso sistema de endomembranas que serpentea por el interior de la célula, y además por los numerosos orgánulos que la componen. Los orgánulos son estructuras rodeadas por membranas que llevan a cabo en su interior procesos bioquímicos particulares. Esta estructura organizativa con orgánulos separados unos de otros permite que se puedan ejecutar los múltiples procesos bioquímicos vitales de forma simultánea e independiente. La figura 3 muestra un esquema ilustrativo de la estructura organizativa de la célula eucariota animal y en ella se pueden distinguir cuatro tipos de estructuras internas:

célula eucariota vegetal

Figura 4. Estructura organizativa general de una célula eucariota vegetal.


1.- El núcleo.

2.- El sistema endomembranoso que incluye: (1) el retículo endoplasmático liso, (2) el retículo endoplasmático rugoso, y (3) el aparato de Golgi.

3.- Los orgánulos cerrados por membranas: (1) lisosomas, (2) peroxisomas, (3) ribosomas, (4) mitocondrias, (5) cloroplastos y (6) vacuolas; estos dos últimos presentes en las células de las plantas (figura 4).

4.- El citoesqueleto: formado por (1) filamentos de actina, (2) microtúbulos, (3) filamentos intermedios y (4) centriolos.

A este grupo de estructuras internas se pueden agregar otras dos estructuras externas: (1) la pared celular, típica de las células de las plantas y (2) la matriz extracelular, presente en las células de los animales. Tanto las células animales como las vegetales contienen vesículas, que son sacos pequeños que almacenan y transportan materiales diversos.

El núcleo

El núcleo es el centro de control principal de la célula, en él se encuentra el depósito de la información genética que rige las actividades de la célula eucariota viviente, el ADN y las proteínas asociadas. La mayoría de las células eucariotas tiene un solo núcleo, pero hay excepciones, como las células musculares que presentan varios núcleos y las células de ciertos hongos que pueden tener muchos núcleos. El caso contrario también existe, por ejemplo, los glóbulos rojos de la sangre en los mamíferos no tienen núcleo.

En los animales, el núcleo está ubicado muy cerca del centro de la célula y en algunos casos se puede apreciar un entramado de filamentos finos citoplasmáticos que parecen fijarlo en su posición. En muchos núcleos se distingue una zona más oscura denominada nucleolo y en esta zona se desarrolla una intensa síntesis de ARN ribosómico o ARNr (más adelante se explica que es el ARNr).

figura 5

Figura 5. El núcleo.


El núcleo (figura 5) está rodeado y separado del citoplasma celular por una membrana de doble capa de fosfolípidos las que en conjunto se conocen como envoltura nuclear. La capa externa de la envoltura nuclear es una continuación del sistema de membranas que existe dentro del citoplasma de la célula, el retículo endoplasmático. Dispersas sobre la superficie de la envoltura nuclear se pueden apreciar unas depresiones denominadas poros nucleares. En los sitios donde los poros nucleares se forman, las dos membranas de la envoltura se funden juntas y el poro nuclear allí formado atraviesa a ambas comunicando el fluido del interior del núcleo (nucleoplasma) con el fluido extranuclear, es decir, el citoplasma de la célula. Pero tal "pasadizo" no está vacio haciéndolo de libre acceso, en su lugar está lleno de proteínas que funcionan como "porteras" permitiendo o restringiendo el paso de ciertas moléculas hacia, y desde el interior del núcleo. Los dos tipos principales de moléculas cuyo paso está restringido son:

1.- Proteínas que se mueven hacia el interior del núcleo como materia prima para las estructuras nucleares.

2.- El ARN o complejos ARN-proteínas que se producen en el núcleo y que deben exportarse al citoplasma.

El ADN de las células eucariotas, que contiene la información hereditaria, y especifica la estructura y función de la célula, está dividido en varios tramos lineales denominados cromosomas. Estos cromosomas, en el estado normal de la célula (fuera del período de división celular) están extendidos en forma de una cadena filiforme (como hebras) llamadas cromatina, que son complejos de ADN con proteínas. Este arreglo abierto permite a las proteínas adjuntarse a una secuencia específica de nucleótidos a lo largo del ADN y con ello regular la expresión de los genes. Sin esta estructura abierta el ADN no podría regular las actividades del día a día de la célula. Durante todas las actividades de la célula, los cromosomas están asociados a grupos de proteínas denominadas histonas que sirven como empaque del ADN. Cuando la célula está funcionado normalmente, el ADN está enrollado flojamente alrededor de grupos de hitonas formando los nucleosomas. Esta estructura recuerda un collar de cuentas, en la cual cada nucleosoma equivale a una cuenta del collar. La flojedad del ADN alrededor de las histonas permite a las enzimas hacer copias de ARN del ADN y con esta información copiada del ADN contenida en el ARN dirigir la síntesis de proteínas. Cuando la célula se prepara para dividirse, el ADN se bobina sobre las hitonas de forma mucho más apretada adquiriendo una forma más condensada hasta que el ADN se convierte en una masa compacta cuyos cromosomas pueden ser observados con un microscopio óptico. Una vez hecha la división, los cromosomas eucariotas se aflojan y desenrollan y ya no pueden observarse al microscopio óptico.

El sistema endomembranoso

El interior de la célula eucariota, a diferencia con la procariota, está ocupada por un sistema tortuoso de membranas que lo dividen en compartimientos que canalizan el tránsito de las moléculas en su interior, y proporcionan superficies donde se sintetizan lípidos y algunas proteínas. El más grande de estos sistemas de membranas se conoce como retículo endoplasmático y las membranas que lo forman tienen la misma estructura que la membrana plasmática, es decir, dos capas de lípidos en las que están embebidas algunas proteínas.

figura 6
Figura 6. Parte del sistema endomembranoso donde puede apreciarse el retículo endoplasmático rugoso y el aparato de Golgi.

El retículo endoplasmático serpentea por el citoplasma en forma de láminas ondulantes creando una serie de canales entre los dobleces y en él se pueden distinguir dos regiones, una en la que existen numerosos ribosomas adheridos a la lámina los que le dan un aspecto que recuerda el papel de lija, y por ello se denomina retículo endoplasmático rugoso (figura 6), y otra en la que los ribosomas son escasos y se conoce como retículo endoplasmático liso (figura 7).

Note en la figura 6 que los ribosomas se adhieren a la membrana que forma el retículo endoplasmático rugoso en una de sus caras dejando libre de ribosomas la otra cara. El espacio entre las dos caras sin ribosomas da lugar a una cavidad ondulante que se conoce como espacio cisternal. La región externa al retículo se le refiere como citosol.

Retículo endoplasmático rugoso

Las regiones superficiales del retículo endoplasmático rugoso están plagadas de ribosomas que están encargados de elaborar proteínas destinadas a la exportación de la célula, ser enviadas a los lisosomas (se describen más adelante) o a las vacuolas o para ser embebidas en la membrana plasmática.

Las proteínas que se elaboran para ser exportadas, cruzan la membrana del retículo endoplasmático al interior del espacio cisternal de donde son transportadas por vesículas al aparato de Golgi. Luego desde el aparato de Golgi se transportan dentro de vesículas hasta la superficie interior de la membrana plasmática para ser liberadas al exterior de la célula.

Retículo endoplasmático liso

figura 7

Figura 7. Una parte del sistema endomembranoso en el que puede verse el retículo endoplasmático liso.


En este retículo escasean los ribosomas adheridos a la membrana, pero allí están contenidas muchas enzimas. Las enzimas ancladas dentro del retículo catalizan la síntesis de una variedad de carbohidratos y lípidos. En las células en las que hay una abundante producción de lípidos tales como las de los testículos, los intestinos y el cerebro, la abundancia de retículo endoplasmático liso es notable.

Aparato de Golgi.

En diversos lugares del sistema endomembranoso se pueden producir zonas aplanadas de membranas que se conocen como cuerpos de Golgi, a menudo conectadas unas con otras. La cantidad de cuerpos de Golgi varía de unas células a otras, y pueden ser desde uno a algunos pocos en las células protistas, 20 o más en las células animales, y varios cientos en las células de las plantas. Estas estructuras son muy abundantes en las células de las glándulas dada su función secretora, y al conjunto de todas se les llama aparato de Golgi.

El aparato de Golgi funciona como centro de acopio, empaque y distribución de sustancias sintetizadas en un lugar de la célula pero que se utilizarán en otro sitio de la célula, una suerte de "policía" del tráfico de sustancias en el interior de la célula. El cuerpo de Golgi no es igual en todas sus partes y en él se pueden distinguir una parte delantera y otra trasera que se diferencian por la composición de la membrana entre uno y otro lado. La parte delantera o frente se le llama la cara cis y está usualmente cerca del reticulo endoplasmático. El otro extremo o cara trans está normalmente más alejada del retículo endoplasmático. A la parte delantera, que es la zona de recepción de "mercancía", llegan las sutancias sintetizadas en vesículas de transporte que brotan del retículo endoplasmático, y estas vesículas se funden con la cara cis para vaciar su contenido dentro del lumen del aparato de Golgi. Esas moléculas procedentes del retículo endoplasmático viajan por los canales del aparato de Golgi hasta alcanzar la cara trans o zona de descarga, y allí se excretan dentro de vesículas que se forman como proyecciones cerradas de la membrana del aparato (vea la figura 6 arriba).


Pero el aparato de Golgi no es simplemente un conducto de paso, dentro de él, durante el tránsito de las sustancias se producen modificaciones; así, las proteínas y lípidos sintetizados en el retículo endoplasmático rugoso o liso según el caso resultan modificadas al transitar por este aparato antes de ser liberadas al exterior de la célula. Las modificaciones más frecuente que se realizan a lípidos y proteínas al pasar por los canales del aparato de Golgi se relacionan con la adición o modificación de la cadena de azúcares que tienen los glucolípidos? o las glucoproteínas? sintetizadas en el retículo endoplasmático.

Las sustancias modificadas se van acumulando al final del cuerpo de Golgi en pliegues membranosos apilados llamados cisternas. Con cierta periodicidad las membranas de la cisterna se juntan por zonas para formar una pequeña vesícula excretora recubierta de membrana que contiene las moléculas de glucoproteínas y glucolípidos "terminados". Una vez formada la vesícula, esta se traslada dentro de la célula para vaciar su contenido en el destino apropiado. Cuando las sustancias están destinadas a la exportación desde la célula, la vesícula de transporte se funde con la membrana plasmática, la que luego se abre al exterior y excreta las sustancias al fluido extracelular (véalo en la figura 6).

Lisosomas

Los lisosomas son vesículas delimitadas por membrana cargadas de enzimas digestivas que pertenecen también al sistema endomembranoso ya que surgen del aparato de Golgi. Las enzimas que contienen los lisosomas son altamente destructoras y catalizan la descomposición rápida de proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y carbohidratos, virtualmente no hay molécula biológica que resista tal acción degradante. Los lisosomas forman lo que pudiéramos llamar la "cuadrilla de demolición" de la célula ya que su tarea primaria es la de degradar los orgánulos y estructuras desgastadas o viejas y reciclar sus componentes moleculares para dar cabida a la formación de nuevos orgánulos o estructuras jóvenes.

figura 8

Figura 8. Esquema de la fagocitosis


Adicionalmente a la degradación de orgánulos defectuosos, los lisosomas también digieren a otras células que han sido engullidas por la célula portadora del lisosoma a través del proceso denominado fagocitosis (figura 8). Esta ingestión es típica del trabajo de los glóbulos blancos? que engullen a los patógenos portadores de enfermedades envolviéndolos en un pliegue de la membrana plasmática que luego se cierra para formar una vesícula que apresa el patógeno. A continuación, el lisosoma se funde con la vesícula "infectada" y libera su "arsenal bélico" al interior de la vesícula para destruir al intruso.

Ante esta situación salta la pregunta ¿si las enzimas que porta el lisosoma son tan agresivas, como es que no se autodigiere la vesícula?  La respuesta radica en el hecho de que la actividad enzimática de las sustancias contenidas en el lisosoma es alta solo en ambientes ácidos. Los lisosomas que no están en funcionamiento activo no mantienen su interior a pH bajo y se les denomina lisosomas primarios. Cuando el lisosoma entra en acción, se funde con la diana a degradar, ya sea una vesícula que contiene otra célula o un orgánulo o estructura a digerir y activa la bomba de protones, el pH cae y las enzimas se activan, y se le llama entonces lisosoma secundario.

Peroxisomas

La células de los animales, los hongos, las plantas y los protistas contienen una serie de pequeñas vesículas diferentes denominadas en conjunto microcuerpos. Estas vesículas contienen enzimas de diversos tipos, y la distribución de tales enzimas encapsuladas separadamente en los microcuerpos es la forma básica con la que las células eucariotas organizan su metabolismo.

A diferencia con los lisosomas que brotan siempre del sistema endomembranoso, los microcuerpos pueden nacer del retículo endoplasmático, pero su aumento posterior se hace a expensas de la absorción de lípidos y proteínas para luego dividirse. Los peroxisomas cuentan entre los microcuerpos y contienen enzimas de tipo oxidasas y catalasas. Las primeras promueven reacciones de oxidación lo que comúnmente involucra la adición de átomos de hidrógeno al oxígeno. Estas reacciones llevadas a cabo por las oxidasas producen peróxido de hidrógeno como subproducto que es altamente nocivo a la célula dada su elevada reactividad. Por su parte las catalasas descomponen el peróxido de hidrógeno formado convirtiéndolo en agua y oxígeno. El aislamiento que produce el peroxisoma al tener encerradas las enzimas en su interior impide que estas puedan alterar el metabolismo en el citoplasma.

Un tipo particular de microcuerpo con funciones similares al peroxisoma conocido como glioxisoma está presente en las plantas y contiene enzimas que convierten las grasas en carbohidratos.

Ribosomas

Aunque el núcleo de la célula es el que contiene a ADN y por tanto la codificación para ensamblar los amino ácidos en la secuencia adecuada y formar con ello las proteínas necesarias a las células, no es allí donde este trabajo de manufactura se realiza, son los ribosomas los encargados de esta tarea. Tales ribosomas no son orgánulos propiamente dicho ya que no están delimitados por membranas, son sitios en el citoplasma donde se ubican grandes complejos ARN-proteínas asociados con la producción de proteínas. Cada ribosoma contiene varias moléculas de un tipo especial de ARN denominado ARN ribosomal o ribosómico (ARNr) unido a varias decenas de proteínas diferentes lo que los convierte en el conjunto molecular ensamblado más complejo de la célula.

Cuando la célula se encuentra sintetizando una gran cantidad de proteínas ha confeccionado primero un gran número de ribosomas; para hacerlo se forman agrupaciones de muchos cientos de copias de los genes que codifican los respectivos ARNr. Luego, transcribiendo las moléculas de ARN de esta agrupación la célula puede producir rápidamente un gran número de las moléculas necesarias para la fabricación de los ribosomas. Este proceso en el que se realizan las congregaciones de genes ribosomales, se producen los ARN respectivos, así como las proteínas que forman parte del ribosoma sucede dentro del núcleo, y aquellas áreas donde se están ensamblando los ribosomas se pueden ver fácilmente dentro del núcleo como una o más regiones oscuras llamadas nucleolos.

Estructuralmente el ribosoma está compuesto por dos unidades, una grande o mayor y una pequeña o menor y las unidades se unen para formar el ribosoma funcional solo cuando ellas se adjuntan a otro tipo de ARN llamado ARN mensajero (ARNm) el que es una copia transcrita de la información codificada en el ADN del núcleo. El ribosoma utiliza la información del ARNm como orientación para la síntesis de una proteína.

Según el destino de la proteína esta se confeccionará en unos u otros ribosomas, así, cuando la proteína será utilizada en el citoplasma se fabricará en los llamados ribosomas libres que son aquellos que no están asociados con la membrana de algún orgánulo, por su parte, si la proteína será exportada de la célula o formará parte de la estructura de alguna membrana entonces se manufactura en un ribosoma ligado al retículo endoplasmático rugoso.

Mitocondrias

mitocondria

Figura 9. Mitocondria


Las mitocondrias son orgánulos muy interesantes, ellos portan su propio ADN además del presente en el núcleo de la célula y su función es la de servir como "planta energética" de la célula.

Estructuralmente son típicamente de forma tubular arriñonada recordando una salchicha o chorizo. Su tamaño es aproximadamente igual al de una bacteria y se encuentran en todas las células eucariotas.

La mitocondria está delimitada por dos membranas, una externa lisa y otra interna ondulada cuyas ondulaciones forman numerosos pliegues contiguos llamados crestas. Las crestas dividen la mitocondria en dos compartimentos:

1.- Matriz: comprendida dentro de la membrana interior.

2.- Espacio intermembranas: que yace entre las dos membranas mitocondriales.

Embebidas dentro, o sobre la superficie de la membrana interior existen las proteínas que llevan a cabo el metabolismo oxidativo que genera la energía que se acumula como ATP.

Ya hemos dicho que la mitocondría tiene su propio ADN y este ADN contiene varios genes que producen las proteínas esenciales para cumplir con el metabolismo oxidativo de la mitocondria. Todos estos genes se copian a ARN y se usan para fabricar las proteínas dentro de la mitocondria en un proceso en el cual  la mitocondria utiliza pequeñas moléculas de ARN y componentes ribosomales que también están codificados en el ADN mitocondrial. Esta actividad genética implica que las mitocondrias en cierta forma actúan como una célula dentro de la célula con su información genética propia que especifica las proteínas para su función única. Aun así, las mitocondrias no pueden trabajar de forma autónoma ya que la mayoría de los genes que producen las enzimas que llevan a cabo los procesos oxidativos están localizados en el núcleo de la célula.

Cuando las células eucariotas se dividen, no producen nuevas mitocondrias, en su lugar, las mitocondrias por sí mismas se dividen en dos lo que duplica el número de ellas. Luego la cantidad total de mitocondrias se reparte entre las nuevas células. La mayoría de los componentes necesarios para la división de las mitocondrias están codificados en genes del núcleo y esta información la usan los ribosomas citoplasmáticos para sintetizar las proteínas adecuadas, por tal motivo las mitocondrias no pueden dividirse sin la participación del núcleo, lo que las hace ineptas para sobrevivir como célula independiente.

Cloroplastos

cloroplasto

Figura 10. Estructura del cloroplast0

Tanto las plantas como otros organismos eucariotas pueden producir su propia "comida" almacenando la energía luminosa que reciben en un proceso conocido como fotosíntesis. Las células de tales organismos contienen desde uno hasta varios cientos de orgánulos llamados cloroplastos en donde se lleva a cabo la fotosíntesis. Los cloroplastos contienen el pigmento fotosintéticos clorofila que es el que da el color verde a la mayoría de las plantas.

Al igual que la mitocondria, el cloroplasto está delimitado por dos membranas, pero ahora asociadas cercanamente, sin embargo, el cloroplato es más grande y complejo que la mitocondria. Por dentro de la membrana interna existen unos compartimientos cerrados hechos de membranas apiladas denominadas granas los que a su vez están formados por desde unos pocos, a varias decenas de estructuras que recuerdan discos llamadas tilacoides. Los tilacoides portan en su superficie los pigmentos fotosintéticos. Rodeando los tilacoides está una matriz fluida llamada estroma.

Similarmente a las mitocondrias los cloroplastos también contiene su propio ADN pero muchos de los genes que codifican los componentes del cloroplasto están también localizados en el núcleo. No obstante, algunos de los elementos utilizados en el proceso fotosintético, incluyendo las proteínas necesarias se producen enteramente dentro del cloroplasto.

Otros orgánulos con ADN propio

En las células de las plantas existen otron orgánulos con su propio ADN, los leucoplastos donde los pigmentos están ausentes y tiene una estructura interna compleja. En las células de las raíces y en algunas otras células los leucoplastos pueden servir como almacenes de almidón. El almidón es una macromolécula con entre 2 000 a 200 000 unidades de glucosa acopladas en dos cadenas polisacáridas: la amilosa y la amilopeptina, por ello, a los leucoplastos que almacenan almidón se les llama amiloplastos.

La teoría de la endosimbiosis

Las "extrañas" particularidades de las mitocondrias y cloroplastos que contienen su propio ADN, así como una doble membrana de recubrimiento los diferencian del resto de los orgánulos celulares. Esto ha hecho pensar a los biólogos que su origen es diferente y que está vinculado a la endosimbiosis entre células.

La simbiosis es una convivencia estrechamente relacionada entre diferentes especies de organismos que viven juntos y en cooperación mutua. La teoría de la endosimbiosis aduce que algunos de los actuales orgánulos eucariotas evolucionaron por cierta simbiosis en la cual una especie de procariota fue engullida y vivió dentro de otro procariota que fue precursor de los eucariotas. La ventaja de esta asimilación radica en que probablemente la célula engullida proporcionara al portador alguna mejora asocida con habilidades metabólicas especiales.

Los dos orgánulos sui géneris, mitocondrias y cloroplastos, pueden haber tenido su origen en bacterias capaces de realizar metabolismo oxidativo el primero, y fotosíntesis el segundo, que fueron envueltas por otras células más grandes y evolucionaron allí en franca simbiosis.

Son muchos los factores que están a favor de la teoría de la endosimbiosis:

endosimbiosis

Figura 11. Endosimbiosis


1.- Tanto las mitocondrias como los cloropalastos están rodeados por dos membranas. Una de estas membranas, la interior, puede ser la membrana plasmática de la célula engullida, mientras que la membrana externa puede tener su origen en la membrana plasmática de la célula engullidora, la que al cerrarse rodeó la anterior (vea la figura 11).

2.- La mitocondria es aproximadamente del mismo tamaño que la mayoría de los procariotas y las crestas formadas por la membrana interior recuerda los pliegues de las membranas de varios grupos de bacterias.

3.- Los ribosomas de las mitocondrias son similares a los ribosomas procariotas en tamaño y estructura.

4.- Las mitocondrias y los cloroplastos contienen moléculas circulares de ADN similares a las de los procariotas.5.- Las mitocondrias se multiplican por división simple como lo hacen los procariotas y replican y dividen su ADN de forma muy similar a como lo hacen estos.

Citoesqueleto

El citoesqueleto (esqueleto de la célula) es la armazón de soporte interna de la célula de los eucariotas, digamos que equivalente al conjunto de columnas, vigas, travesaños y tensores que soportan una edificación. Esta formado por una red entrecruzada de fibras de proteínas dentro del citoplasma que soportan la forma de la célula y aseguran los orgánulos en sus sitios.


El citoesqueleto es una estructura cambiante y constantemente se está montando y desmontando. Las fibras se construyen por polimerización de unidades (monómeros) de proteínas idénticas las que se atraen unas a otras químicamente para formar largas cadenas y de la misma forma se desmontan separándose unidad tras unidad partiendo de los extremos.

Son tres las fibras usuales que se presentan en los eucariotas y cada una de ellas está formada por diferentes monómeros:

1.- Filamentos de actina: son largas fibras de unos 7 nm de diámetro y cada filamento está formado por dos cadenas de proteínas trenzadas holgadamente en forma similar a dos collares de cuentas (figura 12 abajo). Cada una de las cuentas es una molécula de la proteína globular actina. La formación de tales cadenas de actina se produce de forma espontánea aun en un tubo de ensayo. Los filamentos de actina son los reponsables de los movimientos celulares tales como su contracción, su desplazamiento arrastrándose, su estrechamiento durante la división, y la formación de extensiones celulares, y estos movimientos se logran a través de la formación y desaparición de filamentos de actina. Las células pueden regular la tasa de producción de filamentos de actina con el uso de otras proteínas que "encienden" o "apagan" la polimerización de acuerdo a la situación. En las células musculares de los animales como en el hombre los filamentos de actina juegan un papel importante en la contracción muscular.

2.- Microtúbulos: son unos tubos huecos de unos 25 nm de diámetro (figura 13). Cada uno está formado por los llamados protofilamentos, que son anillos compuestos por un polímero de 13 unidades de la proteína tubulina. Los protofilamentos están colocados en un arreglo lado con lado dejando un centro hueco lo que determina la forma tubular. La vida de los microtúbulos no es muy larga y va desde unos 10 minutos en células que no se dividen a 20 segundos en células animales que están en división, y esta corta vida se debe a que están en constante polimerización y despolimerización. Su trabajo facilita el movimiento celular y además son responsables del transporte de materiales dentro de la célula funcionando como "rieles" por donde corren los materiales.

3.- Filamentos intermedios: estos filamentos son los más fuertes y durables de las células animales y están formados por moléculas de proteínas fibrosas trenzadas juntas, lo que recuerda una cuerda. Luego las "cuerdas" se agrupan y superponen para formar el filamento. Una vez formados, los filamentos intermedios son estables y normalmente no se destruyen. Estos filamentos no son un tipo único de fibra en cuanto a su naturaleza. El más común está formado por la polimerización de la proteína vimetina y proporcionan estabilidad estructural a muchos tipos de células. Otro tipo común es la queratina que aparece en las células epiteliales como las de la piel y las membranas mucosas así como en los pelos y las uñas. Por otra parte están los neurofilamentos que son los filamentos intermedios de las células nerviosas. La palabra intermedio en el nombre del filamento se debe a que este tiene unos 8-10 nm de grueso, dimensión que está entre la de la de los túbulos y los filamentos de actina.

filamento de actina


Figura 12. Filamento de actina.

microtúbulo

Figura 13. Microtúbulo.

filamento intermedio
Figura 14. Filamento intermedio.

Centriolos

centriolos
Figura 15. Centriolos

Son orgánulos pertenecientes al citoesqueleto, tiene la forma de un barril y se encuentran en las células de los animales y de la mayoría de los protistas. Las plantas y los hongos no tienen centriolos. Los centriolos son pareados, usualmente mutuamente perpendiculares y cercanos a la membrana del núcleo. A la zona que los rodea se le conoce como centrosoma. Estructuralmente están formados por nueve tripletes de microtúbulos. La función de los centriolos es ayudar a ensamblar los microtúbulos en las células de los animales.

Vacuolas

En ciertos tipo de células eucariotas aparecen orgánulos celulares únicos, así tenemos que cerca del centro de las células de las plantas existe una gran "burbuja" almacenadora llamada vacuola o vacuola central. La vacuola almacena agua y otros materiales como azúcares, iones y pigmentos. Otra función de la vacuola es la de hacer presión sobre la membrana plasmática a fin de "estirarla" y aumentar con ello la relación superficie-volumen de la célula. En algunos hongos y protistas también existen estas vacuolas y pueden tener una diversidad de funciones (vea la figura 4 arriba).

Pared celular

pared celular
Figura 16. Pared celular en células de plantas

Las células de las plantas, los hongos y muchos protistas tiene una pared celular externa a la membrana plasmática que le sirve como protección y soporte a la vez. En estas células la pared celular se diferencia química y estructuralmente de la de los procariotas. La pared celular de las plantas y los protistas está construida de fibras de celulosa, un polímero de moléculas de glucosa (polisacárido), mientras que en los hongos está hecha de quitina (otro tipo de polisacárido). En la pared celular de algunas plantas se pueden diferenciar:

1.- Una pared primaria: que ya está formada cuando la célula está aun en crecimiento.

2.- Una pared secundaria: que es muy fuerte y se deposita en el interior de la pared primaria una vez que la célula ha madurado y tiene su tamaño completo.

Entre las células adyacentes se encuentra un fluido pegajoso conocido como lámina media que "pega" las células y las mantiene juntas.

Matriz extracelular

matriz extracelular
Figura 17. Matriz extracelular

La "coraza" protectora y estabilizadora en el exterior de la membrana plasmática presente en las células de las plantas, los hongos y la mayoría de los protistas, su pared celular, no se produce en las células de los animales. En su lugar, la célula animal "teje" un elaborado sistema de fibras de glucoproteínas? a su alrededor que se conoce como matriz extracelular. Son varias las proteínas que forman las fibras de la matriz extracelular, la más abundante es el colágeno que forma fuertes fibras que en conjunto con fibras de la proteína, elastina, están sumergidas en una intrincada red de otras glucoproteínas llamadas proteoglucanos (figura 17). Todo el conjunto de fibras forma una capa protectora sobre la superficie celular.

La matriz extracelular se asegura a la membrana plasmática a través de la fibronectina, la que se une, tanto a las glucoproteínas de la matriz extracelular como a otras proteínas llamadas integrinas. Estas últimas son parte constituyente de la membrana plasmática, de modo que la fibronectina forma un "amarre" entre la membrana plasmática y la matriz extracelular. Las integrinas cruzan la membrana plasmática y el extremo interior de esta que colinda con el citoplasma de la célula se une a los microfilamentos del citoesqueleto. La conexión entre la matriz extracelular y el citoesqueleto a través de las intergrinas proporciona una vía para la interacción entre el exterior y el interior de la célula sirviendo como ruta para señales químicas y mecánicas. En este sentido la matriz extracelular juega un papel importante en la coordinación del comportamiento de todas las células en un tejido.



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