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LA CÉLULA

La célula es una unidad mínima de un organismo capaz de actuar de manera autónoma. Todos los organismos vivos están formados por células. Algunos organismos microscópicos como las bacterias y los protozoos son células únicas, mientras que los animales y las plantas están formadas por millones de células organizadas en tejidos y órganos.

PARTES DE LA CELULA

núcleo citoplasma y citosol citoesqueleto mitocondrias y cloroplastos

membranas internas

NÚCLEO CELULAR

El núcleo celular es una estructura característica de las células eucariotas. Contiene la mayor parte del material genético celular, organizado en cromosomas, basados cada uno en una hebra de ADN con acompañamiento de una gran variedad de proteínas, como las histonas. Los genes que se localizan en estos cromosomas constituyen el genoma nuclear de la célula eucariótica, donde se encuentran otros genomas, propio de algunos orgánulos de origen endosimbiótico. La función del núcleo es mantener la integridad de estos genes y controlar las actividades celulares a través de la expresión génica.

Figura del núcleo y el retículo endoplásmico

1) Envoltura nuclear(2) Ribosomas(3) Poros Nucleares(4) Nucléolo(5) Cromatina.(6) Núcleo(7) Retículo endoplasmático(8) Nucleoplasma.

ESTRUCTURA DEL NUCLEO

Envoltura nuclear . Se basa en una doble membrana (2 bicapas lipídicas) reforzada por el citoesqueleto. Está perforada por poros nucleares, a través de los cuales el interior del núcleo se comunica con el citosol. La envoltura presenta ribosomas adheridos externamente y es la continuación del retículo endoplasmático rugoso. La envoltura nuclear se halla reforzada por dos armazones de filamentos intermedios, uno adosado a su superficie interna: la lámina nuclear. Y otro situado sobre la cara citosólica de la membrana externa.

Cromatina . Es la forma que toma el material hereditario durante la interfase del ciclo celular. Consiste en ADN asociado a proteínas.

Nucleoplasma , también llamado carioplasma o cariolinfa. Se trata del medio interno indiferenciado que llena el núcleo, semejante al citosol o hialoplasma, bañando a sus componentes.

Nucléolo (s). Una o más estructuras esferoidales, relacionadas con la síntesis de las principales piezas de los ribosomas y con su ensamblaje parcial. Éste está conformado por ARN y proteínas básicas. Se distinguen dos porciones del nucléolo, la región granular, formada por granulos de ARN, y la región fibrilar formada por filamentos de ARN. Una tercera región, muy difícil de observar es la denominada porción cromosómica del nucléolo, en ésta se encuentran filamentos de DNA.

FUNCIONES DEL NUCLEO

1. Dirige la actividad celular, ya que contiene el programa genético, que dirige el desarrollo y funcionamiento de la célula.

2. Es la sede de la replicación (duplicación del ADN) y la transcripción (síntesis de ARN), mientras que la traducción ocurre en el citoplasma. En las células procariotas todos esos procesos coinciden en el mismo compartimento celular.

MEMBRANA CELULAR

La membrana está constituida de lípidos y proteínas. 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.

Las proteínas de la membrana están suspendidas en forma individual o en grupos dentro de la estructura lipídica y glicoproteínas, formando los canales por los cuales entran a las células, en forma selectiva, ciertas substancias.

La selectividad de los canales de proteínas le permite a la célula controlar la salida y entrada de substancias así como los transportes entre compartimentos celulares. Las proteínas de la membrana no solo hacen que el transporte a través de ella sea selectivo, sino que también

son capaces de llevar a cabo transporte activo (transferencia en contra del gradiente de concentración).

CITOPLASMA Y CITOSOL

El citoplasma es la parte del protoplasma que, en una célula eucariota, se encuentra entre el núcleo celular y la membrana plasmática 1 2 . Consiste en una emulsión coloidal muy fina de aspecto granuloso, el citosol o hialoplasma, y en una diversidad de orgánulos celulares que desempeñan diferentes funciones.

Su función es albergar los orgánulos celulares y contribuir al movimiento de los mismos. El citosol es la sede de muchos de los procesos metabólicos que se dan en las células.

El citoplasma se divide en ocasiones en una región externa gelatinosa, cercana a la membrana, e implicada en el movimiento celular, que se denomina ectoplasma; y una parte interna más fluida que recibe el nombre de endoplasma y donde se encuentran la mayoría de los orgánulos.3 El citoplasma se encuentra en las células procariotas así como en las eucariotas y en él se encuentran varios nutrientes que lograron atravesar la membrana plasmática, llegando de esta forma a los orgánulos de la célula.

El citoplasma de las células eucariotas está subdividido por una red de membranas conocidas como retículo endoplasmático (liso y rugoso) que sirven como superficie de trabajo para muchas de sus actividades bioquímicas.

CITOESQUELETO

Citoesqueleto de fibroblastos del embrión de un ratón

En el citoplasma existe una red de filamentos proteicos, que le confieren forma y organización interna a la célula y permiten su movimiento.7

Microfilamentos o filamentos de actina, típicos de las células musculares.

Microtúbulos , que aparecen dispersos en el hialoplasma o forman estructuras más complejas, como el huso acromático.

Filamentos intermedios como los filamentos de queratina típicos de las células epidérmicas.

CITOSOL

El medio intracelular está formado por una solución líquida denominada hialoplasma o citosol. Las organelas están contenidas en una matriz citoplasmática. Esta matriz es la denominada citosol o hialoplasma. Es

un material acuoso que es una solución o suspensión para químicos vitales celulares, que interviene en muchos procesos bioquímicos ocurren en el citoplasma.

MITOCONDRIA

Dos mitocondrias vistas al microscopio electrónico de transmisión

Las mitocondrias son los orgánulos que se encuentran en prácticamente todas las células eucariotas (también hay en células gaméticas), 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 por medio de la fosforilación oxidativa.

ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN DE LA MITOCONDRIA

MEMBRANA EXTERNA

Es una bicapa lipídica exterior permeable a iones, metabolitos y muchos polipéptidos. Eso es debido a que contiene proteínas que forman poros, llamadas porinas o VDAC (de canal aniónico dependiente de voltaje), que permiten el paso de moléculas de hasta 10.000 dalton y un diámetro aproximado de 20 Å.

MEMBRANA INTERNA

Tiene una composición similar pero con menor número de proteínas transportadoras, lo que la hace poco permeable, excepto a ATP, ADP, ácido pirúvico, O2 y agua. Esta membrana forma ondulaciones o pliegues llamadas crestas mitocondriales. En la mayoría de los eucariontes, las crestas forman tabiques aplanados perpendiculares al eje de la mitocondria, pero en algunos protistas tienen forma tubular o discoidal. En la composición de la membrana interna hay una gran abundancia de proteínas, que son además exclusivas de este orgánulo:

FUNCIÓN DE LA MITOCONDRIA

La principal función de las mitocorndrias es la oxidación de metabolitos (ciclo de Krebs, beta-oxidación de ácidos grasos) y la obtención de ATP

1. Membrana interna2. Membrana externa3. Cresta4. Matriz

mediante la fosforilación oxidativa, que es dependiente de la cadena transportadora de electrones; el ATP producido en la mitocondria supone un porcentaje muy alto del ATP sintetizado por la célula. También sirve de almacén de sustancias como iones, agua y algunas partículas como restos de virus y proteínas.

RIBOSOMAS

Los ribosomas, son los orgánulos citoplasmáticos encargados de ensamblar proteínas a partir de la información genética que le llega del ADN transcrita en forma de ARN mensajero (ARNm). Sólo son visibles al microscopio electrónico debido a su reducido tamaño (29 nm en células procariotas y 32 nm en eucariotas).

ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS RIBOSOMAS

Los ribosomas de las células procariotas, son los más estudiados. Son de 70S y su peso molecular es de 2500 Kilodalton. La molécula de ARNr forma el 65% del ribosoma y las proteínas representan el 35%. Las moléculas de ARN ribosómico son ricas en adenina y guanina y forman una hélice alrededor de las proteínas. Están formados por dos subunidades:

En eucariotas, los ribosomas son 80 S. Su peso molecular es de 4200 Kdalton. Contienen un 40% de ARNr y 60% de proteínas. Al igual que los procariotas se dividen en dos subiunidades pero estas subunidades no son iguales:

FUNCIONES DE LOS RIBOSOMAS

Los ribosomas son los orgánulos en los cuales se sintetizan las proteínas. La información para que se de esa síntesis, está en el ARN mensajero (ARNm). Hay una secuencia de nucleótidos que determina la secuencia de aminoácidos de la proteína. Para que los aminoácidos se incorporen a un polipéptido, interviene el ARN transferente (ARNt) ya que estos son los encargados de llevar los aminácidos a los ribosomas.

TRADUCCIÓN

El ribosoma lee el ARN mensajero y ensambla la proteína con los aminoácidos suministrados por los ARN de transferencia, este proceso se denomina síntesis de proteínas, que lo hace con una serie de aminoacidos para codificar las proteínas.

Todas las proteínas están formadas por aminoácidos. Entre los seres vivos se han descubierto hasta ahora 22 aminoácidos. Cada aminoácido está codificado por uno o más codones (o tripletes) y por eso se dice que el código genético es degenerado.

El ribosoma consta de dos partes, la subunidad mayor y una menor, estas salen del núcleo celular por separado.

Este se puede encontrar unido al retículo endoplasmático rugoso (RER), que es la forma habitual en la célula eucariota, o encontrarlo en el citoplasma, donde recibe el nombre de polisoma o polirribosoma (forma habitual en la célula procariota). Este polisoma se encarga de sintetizar proteínas de localización celular, mientras que los ribosomas del RER se encargan de sintetizar proteínas de exportación, o sea que se irán de la célula hacia otro lugar donde se necesite.

RETICULO ENDOPLASMICO

Es una red de membranas interconectadas que forman cisternas, tubos aplanados y sáculos comunicados entre sí, que intervienen en funciones relacionadas con la síntesis protéica, metabolismo de lípidos y algunos esteroides, así como el transporte intracelular. Se encuentra en la célula animal y vegetal pero no en la célula procariota.

El retículo endoplasmatico rugoso se encuentra unido a la membrana nuclear externa mientras que el retículo endoplasmatico liso es una prolongación del retículo endoplasmatico rugoso.

El retículo endoplasmático rugoso tiene esa apariencia debido a los numerosos ribosomas adheridos a su membrana mediante unas proteínas denominadas "riboforinas".

El retículo endoplasmático liso no tiene ribosomas y participa en el metabolismo de lípidos.

FUNCIONES DEL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO

Síntesis de proteínas: La lleva a cabo el retículo endoplasmatico rugoso mediante los ribosomas. Estas proteínas serán transportadas al Aparato de Golgi mediante vesículas de transición donde dichas proteínas sufrirán un proceso de maduración para luego formar parte de los lisosomas o de vesículas secretoras.

Metabolismo de lípidos: El retículo endoplasmatico liso, al no tener ribosomas le es imposible sintetizar proteínas pero sí sintetiza lípidos de la membrana plasmática, colesterol y derivados de éste como las ácidos biliares o las hormonas esteroideas.

Detoxificación : Es un proceso que se lleva a cabo principalmente en las células del hígado y que consiste en la inactivación de productos tóxicos como drogas, medicamentos o los propios productos del metabolismo celular, por ser liposolubles (hepatocitos)

Glucoxilación : Son reacciones de transferencia de un oligosacárido a las proteínas sintetizadas. Se realiza en la membrana del retículo endoplasmático. De este modo, la proteína sintetizada se transforma en una proteína periférica externa del glucocálix.

Este sirve como un medio de transporte para las distintas proteínas en la cèlula.

APARATO DE GOLGI

El aparato de Golgi es un organelo presente en las células eucariotas y pertenece al sistema de endomembranas del citoplasma celular. Está formado por unos 4-8 dictiosomas, que son sáculos aplanados rodeados de membrana y apilados unos encima de otros. Funciona como una planta empaquetadora, modificando vesículas del retículo endoplasmático rugoso.

ESTRUCTURA DEL APARATO DE GOLGI

(1) Núcleo.(2) Poro nuclear.(3) Retículo endoplasmático rugosos (RER).(4) Retículo endoplasmático liso (REL).(5) Ribosoma en el RER.(6) Proteínas trasportadas.(7) Vesícula trasportadora.(8) Aparato de Golgi (AG).(9) Cisterna del AG.(10) Transmembrana de AG.(11) Cisterna de AG.(12) Vesícula secretora.(13) Membrana plasmática.(14) Proteína secretada.(15) Citoplasma.(16) Matriz extracelular.

FUNCIONES GENERALES DEL APARATO DE GOLGI

El aparato de Golgi se encarga de la modificación, distribución y envío de las macromoléculas sintetizadas por la célula. Modifica proteínas y lípidos (grasas) que han sido sintetizados previamente tanto en el retículo endoplasmático rugoso —RER— como en el liso y los etiqueta para enviarlos a donde corresponda, fuera o dentro de la célula. Las principales funciones del aparato de Golgi vienen a ser las siguientes:

Modificación de sustancias sintetizadas en el RER: en el aparato de Golgi se transforman las sustancias procedentes del RER. Estas transformaciones pueden ser agregaciones de restos de carbohidratos, donde adquieren la forma definitiva de la insulina. Las enzimas que se encuentran en el interior son capaces de modificar las macromoléculas mediante glicosilación (adición de carbohidratos) y fosforilación (adición de fosfatos). Las proteínas también son marcadas con secuencias, como por ejemplo, la manosa-6-fosfato que se añade a las proteínas destinadas a los lisosomas. Para llevar a cabo el proceso de fosforilación el aparato de Golgi importa moléculas de ATP al interior del lumen 3, donde las kinasas catalizan la reacción.

LISOSOMAS

Las lisosomas son vesículas relativamente grandes, formadas por el retículo endoplasmático rugoso y luego empaquetadas por el complejo de Golgi que contienen enzimas hidrolíticas y proteolíticas que sirven para digerir los materiales de origen externo o interno que llegan a ellos.

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El pH en el interior de los lisosomas es de 4,8 (bastante menor que el del citosol, que es neutro) debido a que las enzimas proteolíticas funcionan mejor con un pH ácido . La membrana del lisosoma estabiliza el pH bajo bombeando protones (H+) desde el citosol, y asimismo, protege al citosol y al resto de la célula de las enzimas degradantes que hay en el interior del lisosoma.

Las enzimas lisosomales son capaces de digerir bacterias y otras sustancias que entran en la célula por fagocitosis, u otros procesos de endocitosis.

Los lisosomas utilizan sus enzimas para reciclar los diferentes organelos de la célula, englobándolos, digiriéndoles y liberando sus componentes en el citosol. De esta forma los orgánulos de la célula se están continuamente reponiendo. El proceso de digestión de los orgánulos se llama autofagia. Por ejemplo, las células hepáticas se reconstituyen por completo una vez cada dos semanas.

Las enzimas más importantes en el lisosoma:

Lipasa , que digiere lípidos, Glucosilasas , que digiere carbohidratos (azúcares), Proteasas , que digiere proteínas, Nucleasas , que digiere ácidos nucleicos.

Sólo están presentes en células animales.

PROCESO DE DIGESTIÓN CELULAR EN LOS LISOSOMAS

La célula utiliza estos lisosomas para degradar biomoléculas complejas. Utiliza dos métodos:la endocitosis y la autofagia. En la endocitosis los materiales son recogidos del exterior celular y englobados mediante endocitosis por la membrana plasmática que forma un fagosoma. El lisosoma se une al fagosoma formando un fagolisosoma y vierte su contenido en este, degradando las sustancias del fagosoma. Una vez hidrolizadas las moléculas utilizables pasan al interior de la célula para entrar en rutas matabólicas y lo que no es necesario para la célula se desecha fuera de esta por exocitosis.

[Formación y funcionamiento de los Lisosomas]