Genetica N° 1 CÉLULA

Genética

Prof. María de las Mercedes PEIRETTI Página 1

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Todos los organismos están constituidos por células. En la jerarquía de la organización biológica, la célula es el conjunto de materia más simple que puede vivir. Hay diversas formas de vida que existen como organismos unicelulares. Los organismos más complejos, como las plantas y los animales, son multicelulares, sus cuerpos son conjuntos de varios tipos de células especializadas que no podrán sobrevivir aisladas. Aunque estén ordenadas en niveles más elevados de organización, como tejidos y órganos, las células pueden definiese como las unidades básicas de la estructura y función del organismo. La contracción de las células musculares mueven los ojos al leer esta frase; cuando usted decida dar vuelta la página, las células nerviosas transmitirán esta decisión desde el cerebro a las células musculares de la mano. Todo lo que hace un organismo se produce fundamentalmente a nivel celular.-

La célula es un microcosmos donde se manifiestan la mayoría de las propiedades de los seres vivos. La vida a nivel celular surge del orden estructural, por ejemplo, el movimiento de una célula animal depende de la interacción de las intrincadas estructuras que constituyen el esqueleto celular

Microscopía de fluorescencia

Otro tema recurrente es la interacción de los organismos con su medio ambiente. Las células perciben estímulos y responden a las fluctuaciones del ambiente. Todas las células están relacionadas entre sí porque, descienden de células más primitivas. Sin embargo, se han modificado de manera muy diferente durante la larga historia evolutiva de la vida sobre la Tierra.-

Las ideas de que las células son las unidades fundamentales de la vida es parte de la teoría celular. El botánico Matthis Schleiden y el zoólogo Theodor Schwann, fueron los primeros en señalar que las plantas y los animales estaban compuestos de grupos de células y que éstas eran la unidad básica de los organismos vivos.-

Rudolph Virchow, estableció que sólo se formaban células muevas a partir de una célula preexistente. Las células no se forman por generación espontánea a partir de materia sin vida, idea que se había originado en los escritos de Aristóteles y que habían perdurado a través de los siglos. El biólogo August Weismann añadió un importante corolario a lo establecido por Virchow: “Todas las células que existen actualmente tienen sus orígenes en tiempos ancestrales”.-

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La teoría celular actual incluye dos ideas:

Todos los seres vivos están compuestos de células y productos celulares Sólo se forman células nuevas a partir de células preexistentes

En diversos organismos que van desde bacterias hasta plantas y animales se encuentra un tipo especial de proteína llamada citocromo; no sólo son iguales en estructura, sino que también desempeñan funciones casi idénticas en células de especies completamente distintas. Este ejemplo nos indica que todas las células se originaron de un pequeño grupo de células ancestrales.-

MICROSCIPIOS Y HERRAMIENTAS BIOQUÍMICAS

Microscopio

El descubrimiento y los primeros estudios de las células avanzaron con la invención del microscopio en 1590 y su mejoramiento durante el siglo XVII.-

Los primeros microscopios utilizados por los científicos del Renacimiento, así como los microscopios que usamos en el laboratorio, eran microscopios ópticos (MO). La luz visible atraviesa el preparado y luego las lentes de vidrio. La lente refracta (desvía) la luz de manera que la imagen del espécimen se magnifica cuando se proyecta hacia el ojo, sobre una película fotográfica o hacia una pantalla de video.-

Microscopio óptico de juguete Microscopio estereoscópico

Dos parámetros importantes en la microscopia son la magnificación y el poder de resolución o resolución. La magnificación es la relación de la imagen de un objeto con su tamaño real. La resolución es una medida de la definición de la imagen, es la misma distancia entre dos puntos de manera que pueden distinguirse como objetos separados.-

El poder de resolución del ojo humano es limitado. También es limitada la resolución de los microscopios. Los microscopios pueden diseñarse para magnificar los objetos tantas

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veces como se desee, pero el microscopio óptico no puede resolver detalles menores de 0,2 micrómetros o 200 nanómetros, el tamaño de una pequeña bacteria.-

La resolución se ve limitada por la longitud de onda más corta de la luz utilizada para iluminar el espécimen. Los microscopios ópticos pueden aumentar hasta alrededor de 1.000 veces el tamaño real del espécimen, con aumentos mayores la imagen se vuelve cada vez más borrosa. La mayoría de los avances en microscopia óptica a partir del comienzo del siglo XX implicaron nuevos métodos para realizar el contraste, que mejoran la resolución de los detalles. Los científicos han desarrollado métodos de tinción o de marcación de componentes celulares particulares parea poder visualizarlos.-

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TÉCNICA

Campo brillante (espécimen no coloreado): La luz pasa directamente a través del espécimen. La imagen tiene poco contraste Campo brillante (espécimen coloreado) La tinción con varios colorantes refuerza el contraste, pero la mayoría de los procedimientos de tinción exigen que las células sean fijadas o preservadas Contraste de fase Aumenta el contraste en las células no coloreadas amplificando las variaciones en la densidad dentro del espécimen, es especialmente útil para examinar células vivas, no pigmentadas Contraste de interferencia diferencial (Nomarski) Como el microscopio de contraste de fases, utiliza modificaciones ópticas para exagerar las diferencias de densidad, lo que hace que la imagen parezca casi tridimensional Fluorescencia Muestra la localización de moléculas específicas en la célula marcándolas con colorantes o anticuerpos fluorescentes. Estas sustancias fluorescentes absorben la radiación ultravioleta y emiten luz visible Confocal Utiliza láseres y ópticas especiales para la “sección óptica” de especímenes teñidos con sustancias fluorescentes. Solo se ilumina un único plano del foco; la fluorescencia fuera de foco por arriba y por debajo de este plano se sustrae mediante ordenador. El resultado es una imagen más nítida

Aunque las células fueron descubiertas por Robert Hooke en 1665, la estructura de la célula no se llegó a conocer hasta la década de 1950. La mayor parte de las estructuras subcelulares, los orgánulos, son demasiado pequeños para la resolución del microscopio óptico, solo lograron verse con la introducción del microscopio electrónico (ME). En lugar de utilizar la luz visible, el microscopio electrónico enfoca un haz de electrones en la superficie del espécimen o a través de este. La resolución es inversamente proporcional a la longitud de onda de la radiación que un microscopio utiliza para obtener las imagen, y los haces de electrones tienen longitudes de onda mucho más cortas que la luz visible. Los microscopios electrónicos modernos pueden alcanzar teóricamente una resolución de 0,002 nm, pero el límite práctico en el caso de las estructuras biológicas es generalmente de alrededor de solo 2 nm; representa una mejoría de cien veces con respecto al microscopio óptico. Los biólogos utilizan el término ultraestructura celular para referirse a la anatomía de la célula que revela el microscopio electrónico.-

Existen dos tipos básicos de microscopios electrónicos: el microscopio electrónico de barrido (MEB) y el microscopio electrónico de transmisión (MET). El MEB es especialmente útil para los estudios detallados de la superficie de un espécimen. El haz de electrones barre la superficie de la muestra, que previamente se ha recubierto con una delgada película de oro. El haz excita a los electrones de la superficie de la muestra, y estos electrones secundarios son detectados por un aparato que transforma el patrón de los electrones en una señal electrónica que se proyecta en una pantalla. El resultado es una imagen de la topografía del espécimen. El MEB tiene una gran profundidad de campo, que produce una imagen que aparece como tridimensional.-

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Microscopio electrónico. ánodo, (6) inductor de enfoque, (7) muestra analizada, (8) detector.

Los biólogos celulares utilizan el MET para estudiar la ultraestructura interna de las células. El MET emite un haz de electrones que atraviesa una sección muy delgada del espécimen, similar a la forma en que un microscopio óptico transmite la luz a través de un portaobjetos. Previamente, es necesario teñir el espécimen con átomos de metales pesados, que se adhieren a ciertas estructuras celulares y aumentan así la densidad electrónica de algunas partes de la célula en relación con otras. Los electrones que atraviesan el espécimen se dispersan más en las regioneLa imagen se crea mediante el patrón de electrones transmitidos. En lugar de utilizar lentes de vidrio, el MET utiliza electroimanes como lentes para desviar la trayectoria de los electrones, para finalmente enfocar la imagen en una pantalla o Algunos microscopios están equipados con una cámara digital para fotografiar la imagen de la pantalla, otros están directamente equipados con un detector digital.

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Microscopio electrónico. (1) carcasa, (2) emisor de electrones, (3) electrones, (4) cátodo, (5) ánodo, (6) inductor de enfoque, (7) muestra analizada, (8) detector.

Los biólogos celulares utilizan el MET para estudiar la ultraestructura interna de las un haz de electrones que atraviesa una sección muy delgada del

espécimen, similar a la forma en que un microscopio óptico transmite la luz a través de un portaobjetos. Previamente, es necesario teñir el espécimen con átomos de metales pesados,

eren a ciertas estructuras celulares y aumentan así la densidad electrónica de algunas partes de la célula en relación con otras. Los electrones que atraviesan el espécimen se dispersan más en las regiones más densas. De modo que se tansmiten menos La imagen se crea mediante el patrón de electrones transmitidos. En lugar de utilizar lentes de vidrio, el MET utiliza electroimanes como lentes para desviar la trayectoria de los electrones, para finalmente enfocar la imagen en una pantalla o en una película fotográfica. Algunos microscopios están equipados con una cámara digital para fotografiar la imagen de la pantalla, otros están directamente equipados con un detector digital.-

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(1) carcasa, (2) emisor de electrones, (3) electrones, (4) cátodo, (5)

Los biólogos celulares utilizan el MET para estudiar la ultraestructura interna de las un haz de electrones que atraviesa una sección muy delgada del

espécimen, similar a la forma en que un microscopio óptico transmite la luz a través de un portaobjetos. Previamente, es necesario teñir el espécimen con átomos de metales pesados,

eren a ciertas estructuras celulares y aumentan así la densidad electrónica de algunas partes de la célula en relación con otras. Los electrones que atraviesan el espécimen

smiten menos electrones. La imagen se crea mediante el patrón de electrones transmitidos. En lugar de utilizar lentes de vidrio, el MET utiliza electroimanes como lentes para desviar la trayectoria de los

en una película fotográfica. Algunos microscopios están equipados con una cámara digital para fotografiar la imagen de

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El microscopio óptico tiene ciertas ventajas, especialmente para el estudio de células vivas. Una desventaja del microscopio electrónico es que los métodos que se utilizan para preparar el espécimen matan las células.-

Los microscopios son las herramientas más importantes de la citología, la ciencia que estudia la estructura celular. La biología celular moderna se desarrolló a partir de la integración de la citología con la bioquímica, el estudio de las moléculas y los procesos químicos (metabolismo) de las células.-

Fraccionamiento celular

El objetivo del fraccionamiento celular es aislar y separar los principales orgánulos de la célula. El instrumento utilizado es la centrífuga, que puede hacer girar los tubos de ensayo a diferentes velocidades. La fuerza centrífuga separa los componentes celulares por tamaño y densidad. Las más potentes, denominadas ultracentrífugas, pueden alcanzar 130.000 revoluciones por minuto (rpm) y ejercer fuerzas sobre las partículas de un millón de veces la fuerza de la gravedad (1.000.000 g.)-

El fraccionamiento celular permite al investigador preparar componentes celulares en cantidades masivas para estudiar su composición y funciones. La citología y la bioquímica se complementan para establecer la correlación entre estructura y función celular.-

CÉLULAS EUCARIONTES

Existen dos tipos de células procariontes y eucariontes. Los organismos de los Dominio Bacteria y Archaea están constituidos por células procariontes. Los protistas, los hongos, los animales y las plantas están constituidos por células eucariontes.-

Comparación de las células procariontes y eucariontes

Todas las células tienen varias características básicas en común:

- Están rodeadas por una membrana denominada membrana plasmática

- En el interior hay una sustancia semilíquida, el citosol - En el interior del citosol se encuentran los orgánulos - Todas contienen cromosomas, en los que se encuentran los genes en forma de

ADN - Todas tienen ribosomas diminutos gránulos que fabrican proteínas de acuerdo

con las instrucciones de los genes.-

La principal diferencia entre las células procariontes y eucariontes es que los cromosomas de una célula eucarionte se localizan dentro de un orgánulo delimitado por una membrana, que se denomina núcleo. Los procariontes son organismos de una sola célula que pertenecen al grupo Monera que incluye bacterias y cianobacterias. La palabra procarionte deriva del griego pro, que significa “antes”, y karyon, que significa “grano, semilla”, en referencia al núcleo. En una célula procarionte, el ADN está concentrado en una región denominada nucleoide, pero no está separada esta región del resto de la célula, por una membrana.-

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procariota:

- Pili, estructuras de adherencia en la superficie de algunos p

- Nucleoide, región donde se localiza el ADN de la célula

- Ribosomas, orgánulos que sintetizan proteínas

- Membrana plasmática

- Pared celular, estructura rígida por fuera de la membrana plasmática

- Cápsula, revestimiento exterior de aspecto gelatinoso de muchos procariontes

- Flagelos, orgánulos de locomoción de algunas bacterias

La célula eucarionte (del griego una envoltura nuclear membranosa. La regmembrana plasmática se denomina definir el interior de una célula procariontehay una variedad de orgánulos especializada. Éstos están ausentes en la célula procarionte.

Las células eucariontes son generalmente más grandes que las células procariontes. El tamaño se relaciona con la función. La logística para llevar a cabo el metabolismo celular pone límites al tamaño celular. En el límite inferior las células más pequeñas conocen son las bacterias denominadas pequeña con suficiente ADN como para programar el metabolismo, y con suficientes enzimas y otros componentes celulares como para llevar a cabo las actividades que una célula requiere para mantenerse a sí misma y reproducirse.

Las necesidades metabólicas también ponen límites superiores al tamaño posible de una célula. A medida que un objeto aumenta de tamaño, su volumen crece proporcionalmente más que el área de su superlineal, mientras que el volumen es proporcional a una dimensión lineal elevada al cubo).

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Estructura celular de una bacteria

, estructuras de adherencia en la superficie de algunos procarionte

, región donde se localiza el ADN de la célula

, orgánulos que sintetizan proteínas

Membrana plasmática, membrana que delimita el citoplasma

, estructura rígida por fuera de la membrana plasmática

, revestimiento exterior de aspecto gelatinoso de muchos procariontes

, orgánulos de locomoción de algunas bacterias

(del griego eu, verdadero) tiene un núcleo verdadero, limitado por una envoltura nuclear membranosa. La región que se encuentra entre el núcleo y la membrana plasmática se denomina citoplasma, un término que también

terior de una célula procarionte. Dentro del citoplasma de una célula eucarionte, hay una variedad de orgánulos delimitados por membranas, de forma y función especializada. Éstos están ausentes en la célula procarionte.-

Las células eucariontes son generalmente más grandes que las células procariontes. El tamaño se relaciona con la función. La logística para llevar a cabo el metabolismo celular pone límites al tamaño celular. En el límite inferior las células más pequeñas conocen son las bacterias denominadas Micoplasmas, son quizás la estructura más pequeña con suficiente ADN como para programar el metabolismo, y con suficientes enzimas y otros componentes celulares como para llevar a cabo las actividades que una lula requiere para mantenerse a sí misma y reproducirse.-

Las necesidades metabólicas también ponen límites superiores al tamaño posible de una célula. A medida que un objeto aumenta de tamaño, su volumen crece proporcionalmente más que el área de su superficie (el área es proporcional al cuadrado de una dimensión

mientras que el volumen es proporcional a una dimensión lineal elevada al cubo).

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Estructura celular de una bacteria

, revestimiento exterior de aspecto gelatinoso de muchos procariontes

, verdadero) tiene un núcleo verdadero, limitado por ión que se encuentra entre el núcleo y la

también se utiliza para . Dentro del citoplasma de una célula eucarionte,

delimitados por membranas, de forma y función

Las células eucariontes son generalmente más grandes que las células procariontes. El tamaño se relaciona con la función. La logística para llevar a cabo el metabolismo celular pone límites al tamaño celular. En el límite inferior las células más pequeñas que se

, son quizás la estructura más pequeña con suficiente ADN como para programar el metabolismo, y con suficientes enzimas y otros componentes celulares como para llevar a cabo las actividades que una

Las necesidades metabólicas también ponen límites superiores al tamaño posible de una célula. A medida que un objeto aumenta de tamaño, su volumen crece proporcionalmente

ficie (el área es proporcional al cuadrado de una dimensión mientras que el volumen es proporcional a una dimensión lineal elevada al cubo).

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Cuanto más pequeño es el objeto, mayor es la relación entre superficie y volumen; cuanto más grande es el objeto, menor es la relación entre superficie y volumen.-

Estructura general de una célula eucarionte

ESTRUCTURA DESCRIPCIÓN FUNCIÓN Núcleo celular

Núcleo

Gran estructura rodeada por

una doble membrana, contiene nucléolo y

cromosomas

Control de la célula

Nucléolo

Cuerpo granular dentro del núcleo, consta de ARN y

proteínas

Lugar de síntesis ribosómica, ensamble de subunidades ribosómicas

Cromosomas

Compuestos de un complejo de ADN y proteínas, llamado cromatina, se observan en forma de estructuras en cilindro

durante la división celular

Contienen genes, unidades de información hereditaria que gobiernan la estructura

y actividad celular

Sistemas de membranas

Membrana celular o membrana plasmática

Membrana limitante de la

célula viva

Contiene al citoplasma,

regula el paso de materiales hacia dentro y fuera de la célula, ayuda a mantener la forma celular, comunica una

célula con otra

Retículo endoplásmico (RE)

Red de membranas internas que se extienden a través del

citoplasma

Sitio de síntesis de lípidos y de proteínas de membrana,

origen de vesículas intracelulares de transporte, que acarrean proteínas en proceso de secreción

Liso

Carece de ribosomas en su superficie externa

Biosíntesis de lípidos. Destoxicación de medicamentos

Rugoso

Los ribosomas tapizan su superficie externa

Síntesis de muchas proteínas destinadas a secreción o

incorporación en membranas

Ribosomas

Gránulos compuestos de ARN y proteínas, algunos

unidos al RE, otros libres en el citoplasma

Síntesis de polipéptidos

Aparato de Golgi

Compuesto de saculaciones membranosas planas

Modifica, empaca (para secreción) y distribuye proteínas a vacuolas y a

otros organelos

Lisosomas Sacos membranosos en

células animales Contiene enzimas que

degradan material ingerido,

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las secreciones y desperdicios celulares

Vacuolas

Sacos membranosos en plantas, hongos y algas

Transporta y almacena material ingerido, desperdicios y agua

Organelos energéticos Microcuerpos, por ejemplo

peroxisomas

Sacos membranosos que

contienen una gran diversidad de enzimas

Sitios de muchas reacciones metabólicas del organismo

Mitocondria

Sacos que constan de dos membranas, la interna está

plegada en crestas

Lugar de la mayor parte de las reacciones de la respiración celular,

transformación en ATP, de la energía proveniente de la

glucosa o lípidos

Cloroplastos

Sistemas de tres membranas, contienen clorofila en las membranas tilacoideas

internas

La clorofila captura energía luminosa, se producen ATP

y otros compuestos energéticos, que después se utilizan en la conversión de

CO2 en glucosa Citoesqueleto

Microtúbulos

Tubos huecos formados por subunidades de tubulina

Proporcionan soporte

estructural, intervienen en el movimiento y división

celulares, forman parte de los cilios, flagelos y

centriolos

Microfilamentos

Estructuras sólidas, cilíndricas, formadas por

actina

Proporcionan soporte estructural, participan en el movimiento de las células y organelos, así como en la

división celular

Centríolos

Par de cilindros huecos cerca del centro de la célula, cada centriolo consta de nueve grupos de tres microtúbulos

(estructura 9x3)

Durante la división celular en animales se forma un

huso mitótico entre ambos centriolos, en animales

puede iniciar y organizar la formación de microtúbulos,

no existe en plantas superiores

Cilios

Proyecciones más o menos cortas que se extienden de la superficie celular, cubiertos por la membrana plasmática,

compuestos de dos microtúbulos centrales y nueve pares periféricos

(estructura 9+2)

Locomoción de algunos organismos unicelulares,

desplazamiento de materiales en la superficie celular de algunos tejidos

Flagelos Proyecciones largas formada Locomoción de las células

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por dos microtúbulos centrales y nueve periféricos

(estructura 9+2) se extienden desde la superficie

celular, recubiertos por membrana plasmática

espermáticas y de algunos organismos unicelulares

Aunque las plantas y los animales son eucariotes, las células vegetales difieren de las células animales en las siguientes formas:

1- Aunque todas las células están delimitadas por membranas plasmáticas, las células vegetales además están rodeadas de una pared rígida que contiene celulosa. Esta pared evita cambios en su forma y posición y recibe el nombre de pared celular

2- Las células vegetales contienen plástidos, estructuras delimitadas por una membrana, que producen y almacenan nutrientes. Los más comunes y abundantes son los cloroplastos

3- Casi todas las células vegetales tienen un compartimiento grande o varios pequeños, llamados vacuolas, que se utilizan en el transporte y almacenamiento de nutrientes, agua y productos de desecho

4- Las células de plantas complejas carecen de ciertos organelos, como los centríolos y los lisosomas, que siempre se encuentran en las células animales

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MEMBRANA PLASMÁTICA

La membrana plasmática funciona como una barrera selectiva que permite el paso de oxígeno, nutrientes y desechos que se distribuyen en el volumen total de la célula. Por cada micrómetro cuadrado de membrana, solo una determinada cantidad de una sustancia dada puede atravesar la membrana por segundo. Las tasas de intercambio químico con el medio extracelular pueden ser insuficientes para una célula con un citoplasma muy grande. La necesidad de contar con una superficie suficientemente grande como para contener el volumen ayuda a comprender el tamaño microscópico de la mayoría de las células. Los organismos más grandes no tienen células más grandes que los organismos más pequeños, simplemente tienen más células. Una relación suficientemente alta entre la superficie y el volumen es especialmente importante en las células que intercambian gran cantidad de material con sus alrededores, como las células intestinales. Estas células pueden tener muchas proyecciones largas y delgadas en su superficie, denominada microvellosidades, que aumentan la superficie sin aumento apreciable del volumen.-

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

Las diferentes membranas de la célula eucarionte son parte de un sistema de endomembranas, que lleva a cabo varias tareas dentro de la célula. Incluyen síntesis de proteínas y su transporte hacia las membranas y los orgánulos o fuera de la célula,

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metabolismo y movimiento de los lípidos y la eliminación de sustancias tóxicas. Las membranas de este sistema se relacionan por continuidad física directa o por la transferencia de segmentos de membrana con forma de minúsculas vesículas (sacos formados por membrana). Las diferentes membranas no son idénticas en estructura y función. El grosor, la composición molecular y los tipos de reacciones químicas llevadas a cabo por las proteínas es una determinada membrana no son fijos, se pueden modificar durante la vida de la membrana. Este sistema incluye la envoltura nuclear, el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi, los lisosomas, varios tipos de vacuolas y la membrana plasmática.-

Retículo endoplasmático (RE)

Es una red de membranas tan extensa que constituye más de la mitad de la totalidad de las membranas de muchas células eucariontes (la palabra endoplasmático significa “dentro del citoplasma” y retículo proviene de la palabra latina reticulum, que significa “pequeña red”). El RE está formado por una red de túbulos membranosos y sacos denominados cisternas (del latín cisterna, reservorio de líquidos). La membrana del RE separa el compartimento interno, denominado luz, espacio cisternal o lumen, del citosol. Como la membrana del RE se continúa con la envoltura nuclear, el espacio entre las dos membranas de la envoltura se comunica con la luz del retículo.-

En el RE hay dos regiones diferentes, conectadas entre sí, que difieren en estructura y función: el RE liso (carece de ribosomas en su superficie exterior) y el RE rugoso (tienen ribosomas que recubren la superficie de la membrana, esto le otorga un aspecto rugoso al observarla al microscopio electrónico). Los ribosomas también están adheridos a la cara

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citoplasmática de la membrana exterior de la envoltura nuclear que se continúa con el RE rugoso.-

Funciones del RE liso: Tiene funciones en diversos procesos metabólicos. Estos procesos incluyen la síntesis de lípidos, el metabolismo de los hidratos de carbono y la desintoxicación de fármacos y venenos. Las enzimas del RE liso son importantes para la síntesis de lípidos, entre ellos los aceites, los fosfolípidos y los esteroides. Entre los esteroides de las células animales se encuentran las hormonas sexuales de los vertebrados y varias hormonas esteroideas secretadas por las glándulas suprarrenales. Las células que sintetizan y secretan estas hormonas, son ricas en RE liso, una característica estructural que refleja la función de estas células. En el RE liso, otras enzimas colaboran en la desintoxicación de fármacos y sustancias tóxicas, en especial, en las células hepáticas. La desintoxicación a menudo implica la adición de grupos hidroxilo a los fármacos, que los hace más solubles y fáciles de eliminar del cuerpo, por ejemplo, el sedante fenobarbital y otros barbitúricos. Los barbitúricos, el alcohol y muchos otros fármacos inducen la proliferación del RE liso y sus enzimas desintoxicantes asociadas y aumentan la tasa de desintoxicación. Esto aumenta la tolerancia a los fármacos, lo que significa que se requieren dosis más elevadas para alcanzar un efecto determinado, como la sedación. Como consecuencia, como algunas enzimas desintoxicantes ejercen una acción relativamente amplia, pueden aumentar la tolerancia a otros medicamentos, por ejemplo, el abuso de barbitúricos puede disminuir la eficacia de ciertos antibióticos y otros medicamentos útiles. El RE liso también almacena iones de calcio, por ejemplo, en las células musculares, donde los iones de calcio son bombeados desde el citosol al interior del RE para ser reservados. Cuando una célula muscular es estimulada por un impulso nervioso, los iones de calcio salen rápidamente a través de la membrana del RE hacia el citosol y desencadenan la contracción de la célula muscular. En otros tipos de células, los iones de calcio liberados por el RE liso pueden desencadenar diferentes respuestas.-

Funciones del RE rugoso: Muchos tipos de células especializadas secretan proteínas producidas por los ribosomas adheridas al RE rugoso, por ejemplo, ciertas células del páncreas secretan la proteína insulina, una hormona, a la corriente sanguínea. A medida que una cadena polipeptídica crece a partir de un ribosoma, entra a la luz del RE a través de un poro formado por un complejo proteico en la membrana del RE. A medida que la nueva proteína ingresa a la luz del RE, se pliega adoptando su conformación nativa. La mayoría de las proteínas de secreción son glucoproteínas, proteínas que tienen hidratos de carbono unidas a ellas mediante enlaces covalentes. Una vez que se han formado las proteínas de secreción, la membrana del RE las mantiene separadas de las otras proteínas producidas por los ribosomas libres, que permanecerán en el citosol. Las proteínas de secreción salen del RE envueltas en las membranas de vesículas que brotan como burbujas de una región especializada denominada RE transicional. Las vesículas en tránsito de una región de la célula a otra se denominan vesículas de transporte. El RE rugoso es una fábrica de membranas para la célula ya que es capaz de crecer agregando a su propia membrana proteínas y fosfolípidos de membrana. A medida que los polipéptidos destinados a constituir proteínas crecen en los ribosomas se insertan por sí mismos en la membrana del RE y se anclan allí por medio de sus porciones hidrófobas. El RE rugoso

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también fabrica sus propios fosfolípidos de membrana; las enzimas localizadas en la membrana del RE ensamblan los fosfolípidos a partir de precursores del citosol. La membrana del RE se expande y se transfiere en forma de vesículas de transporte a los otros componentes del sistema de endomembranas.-

Aparato de Golgi

Podemos pensar en el aparato de Golgi como en un centro de manufactura, almacenamiento y secreción de productos. Dentro del aparato de Golgi, los productos del RE se modifican y almacenan, y posteriormente se envían a otros destinos. Es abundante en las células especializadas en la función secretora.-

El aparato de Golgi se compone de sacos membranosos aplanados, las cisternas, que se parecen a una pila de panes árabes.-

Una célula puede tener varias o cientos de estas pilas. La membrana de cada cisterna de una pila separa su espacio interior, llamado lumen, del citosol. Las vesículas concentradas en las proximidades del aparato de Golgi están encargadas de la transferencia de material hacia otras estructuras. Existen diferencias en el grosor y la composición molecular de las membranas de las cisternas en cada una de las caras opuestas de la pila. Los dos polos de una pila del aparato de Golgi se refieren a la cara cis (cis significa “antes de”) y a la cara trans (trans significa “después de”); estás actúan, respectivamente, como el departamento receptor y emisor del aparato de Golgi.-

La cara cis se localiza a menudo cerca del RE. Las vesículas de transporte desplazan material desde el RE al aparato de Golgi. Una vesícula que brota del RE puede unir su

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membrana y el contenido de su luz a la cara cis, y fusionarse con una membrana del aparato de Golgi. La cara trans origina las vesículas que se desprenden del Golgi y viajan hacia otros sititos.-

Los productos provenientes del RE se modifican durante su tránsito desde la región cis a la región trans del aparato de Golgi, por ejemplo varias enzimas del aparato de Golgi modifican la porción de hidrocarburos de las glucoproteínas. El aparato de Golgi elimina algunos monómeros de azúcar y sustituye otros, produciendo una gran variedad de hidratos de carbono.-

Otra función del aparato de Golgi es fabricar ciertas macromoléculas. Muchos polisacáridos secretados por las células son productos de este orgánulo, incluidas las pectinas y ciertos polisacáridos no celulósicos producidos por células vegetales e incorporados, junto con la celulosa, a sus paredes celulares (la celulosa es producida por enzimas localizadas dentro de la membrana plasmática, que depositan este polisacárido directamente sobre la superficie externa). Los productos del aparato de Golgi que serán secretados parten desde la cara trans de este orgánulo dentro de las vesículas de transporte que, posteriormente, se fusionan con la membrana plasmática.-

El aparato de Golgi fabrica y modifica sus productos en etapas y en diferentes cisternas entre las regiones cis y trans, por medio de conjuntos específicos de enzimas. La estructura dinámica del aparato de Golgi se basa actualmente en un modelo denominado modelo de maduración de la cisterna, las cisternas progresan hacia delante desde su cara cis a su cara trans, transportando y modificando su carga de proteínas a medida que se mueven.-

Antes de que una pila del aparato de Golgi emita sus productos en vesículas que brotan de la cara trans, selecciona y marca estos productos para varias partes de la célula. Las etiquetas o rótulos de identificación molecular, como los grupos fosfato que se agregan a los productos del aparato de Golgi, contribuyen a su distribución al actuar como los códigos postales en las direcciones de correo. Las vesículas de transporte que salen del aparato de Golgi pueden tener moléculas externas en sus membranas que reconocen los “sitios de desembarco” en la superficie de orgánulos específicos o en la membrana plasmática.-

Lisosomas

Un lisosoma es un saco membranoso compuesto de enzimas hidrolíticas que la célula animal utiliza para digerir diversos tipos de macromoléculas. Las enzimas hidrolíticas trabajan mejor en el medio ácido del interior del lisosoma. Si un lisosoma se abre por ruptura o se derrama su contenido, las enzimas liberadas no son muy activas porque el citosol tiene un pH neutro. La liberación excesiva de enzimas por rotura de un gran número de lisosomas puede destruir la célula por autodigestión.-

Las enzimas hidrolíticas y la membrana lisosómica se producen en el RE rugoso y luego son transferidas al aparato de Golgi para continuar su procesamiento. Se piensa que las proteínas de la superficie interna de la membrana lisosómica evitan la autodestrucción porque tienen conformaciones tridimensionales que protegen a los enlaces vulnerables del ataque enzimático.-

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Los lisosomas llevan a cabo la digestión intracelular. Las amebas y muchos otros protistas se alimentan englobando organismos más pequeños u otras partículas alimentarias, con un proceso que se denomina fagocitosis (del griego phagien, comer y kytos, vaso, en este caso la célula). La vacuola alimentaria formada se fusiona con un lisosoma, cuyas enzimas digieren al alimento.-

Los productos de la digestión, entre ellos, hidratos de carbono simples, aminoácidos y otros monómeros, pasan al citosol y se transforman en nutrientes de la célula. Algunas células humanas también realizan fagocitosis, por ejemplo, los macrófagos, un tipo de leucocito que contribuye a defender el cuerpo captando y destruyendo las bacterias y otros elementos invasores.-

Los lisosomas también utilizan sus enzimas hidrolíticas para reciclar el material orgánico de la propia célula, proceso que se denomina autofagia. Durante este proceso un orgánulo dañado o una pequeña cantidad de citosol es rodeado por una membrana y un lisosoma se fusiona con esta vesícula.-

Las enzimas lisosómicas degradan el material encerrado en una nueva vesícula, y los monómeros orgánicos vuelven al citosol para ser reutilizados. Con la ayuda de los lisosomas, la célula se renueva a sí misma continuamente. Una célula hepática humana recicla la mitad de sus macromoléculas cada semana.-

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Las células de personas con enfermedades hereditarias de almacenamiento lisosómico carecen de una enzima hidrolítica funcionante que normalmente está presente en los lisosomas. Los lisosomas se llenan de sustratos no digeridos que comienzan a interferir con otras actividades celulares. En la enfermedad de Tay-Sachs está ausente o inactiva una enzima que digiere los lípidos y el cerebro se altera por la acumulación de lípidos en las células.-

Vacuolas

Una célula de una planta o de un hongo puede tener una o varias vacuolas. Las vacuolas alimentarias, son las vesículas formadas por fagocitosis. Muchos protistas de agua dulce tienen vacuolas contráctiles que bombean el exceso de agua fuera de la célula y mantienen la concentración adecuada de sales y otras moléculas. Las células vegetales maduras contienen una gran vacuola central delimitada por una membrana que se denomina tonoplasto.-

La vacuola central se desarrolla por la coalescencia de vacuolas más pequeñas, derivadas del RE y del aparato de Golgi. La vacuola es una parte integral del sistema de endomembranas de la célula. Como todas las membranas celulares, el tonoplasto es selectivo para el transporte de solutos, como resultado, la solución en el interior de la vacuola, llamada jugo o savia celular, difiere en composición con respecto al citosol.-

La vacuola central de la célula vegetal es un compartimento versátil. Puede contener reservas de importantes componentes orgánicos, como las proteínas apiladas en las vacuolas de las células de almacenamiento en las semillas. También es el principal almacén de iones inorgánicos, como potasio y cloruro. Muchas células vegetales utilizan sus vacuolas como sitios de eliminación de sus productos metabólicos, que dañarían a la célula

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si se acumularan en el citosol. Algunas vacuolas contienen pigmentos que colorean las células, como los pigmentos rojos y azules de los pétalos que atraen a los insectos polinizadores a las flores. Las vacuolas también pueden ayudar a proteger a las plantas contra los depredadores, al contener compuestos que son venenosos o de sabor desagradable para los animales. La vacuola desempeña un papel esencial en el crecimiento de las células vegetales, que aumentan de tamaño a medida que sus vacuolas absorben agua y permiten que la célula se haga más grande con una inversión mínima en citoplasma nuevo. Debido a la presencia de la gran vacuola central, el citosol ocupa solo una delgada capa entre la membrana plasmática y el tonoplasto, de manera que la relación entre la superficie de la membrana y el volumen del citosol es grande, aún en el caso de una célula vegetal de gran tamaño.-

Revisión

A medida que la vesícula membranosa, permitiendo el flujo de los lípidos y las proteínas de membrana, se desplaza del RE al aparato de Golgi y luego a cualquier otro sitio, su composición molecular y sus funciones metabólicas se modifican, junto con la de su contenido.-

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TRANSFORMADORES DE LA ENERGÍA

Los organismos transforman la energía que adquieren del exterior. En las células eucariontes, las mitocondrias y los cloroplastos son los orgánulos que convierten la energía en formas que la célula puede utilizar para su trabajo. Las mitocondria son los sititos de la respiración celular, el proceso metabólico que genera ATP extrayendo energía de los hidratos de carbono, las grasas y otros combustibles con la ayuda del oxígeno. Los cloroplastos, que se encuentran solo en las plantas y las algas, son los sititos donde tiene lugar la fotosíntesis. Estos transforman la energía solar en energía química, al absorber la luz solar y utilizarla para impulsar la síntesis de los compuestos orgánicos como los hidratos de carbono a partir del dióxido de carbono y agua.-

Aunque las mitocondrias y los cloroplastos están delimitados por membranas, no forman parte del sistema de endomembranas. A diferencia de los orgánulos del sistema de endomembranas, cada uno de estos orgánulos tiene una doble membrana que separa su interior del citosol. Sus proteínas de membrana no son fabricadas por el RE, sino por los ribosomas libres del citosol y por los propios ribosomas que contienen estos orgánulos. Las mitocondrias y los cloroplastos no solo contienen ribosomas, sino también una pequeña cantidad de ADN. Este ADN programa la síntesis de las proteínas que realizan los ribosomas propios del orgánulo. Las mitocondrias y los cloroplastos son orgánulos semiautónomos que crecen y se reproducen dentro de la célula.-

También consideraremos al peroxisoma, un orgánulo oxidativo que no forma parte del sistema de endomembranas. Este orgánulo importa sus proteínas del citosol.-

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Mitocondrias

Se encuentran en casi todas las células eucariontes, entre ellas, las de las plantas, los animales, los hongos y los protistas. Algunas células tienen una mitocondria única, de gran tamaño, pero normalmente una célula tiene cientos o incluso miles de mitocondrias; el número se correlaciona con el nivel de actividad metabólica. Por ejemplo, las células móviles o contráctiles tienen, proporcionalmente, más mitocondrias por volumen que las células menos activas. Las imágenes de células vivas muestran a las mitocondrias moviéndose, cambiando sus formas y dividiéndose en dos.-

La mitocondria está rodeada por dos membranas, cada una de ellas formada por una doble capa de fosfolípidos con una serie de proteínas específicas sumergidas en ellas.-

La membrana externa es lisa, pero la membrana interna tiene numerosos pliegues hacia el interior que se denominan crestas o crestas mitocondriales. La membrana interna divide a la mitocondria en dos compartimentos internos. El primero es el espacio intermembranoso, una región estrecha entre las membranas interna y externa. El segundo compartimento, la matriz mitocondrial, está delimitada por la membrana interna. La matriz contiene muchas enzimas diferentes, también al ADN mitocondrial y los ribosomas. Algunas de las reacciones metabólicas de la respiración celular son catalizadas por las enzimas de la matriz. Otras proteínas, que cumplen funciones en la respiración, incluida la enzima que produce ATP, están localizadas en la membrana interna. Al estar muy plegadas, las crestas proporcionan a la membrana mitocondrial interna una gran superficie para esas proteínas, aumentando así la productividad de la respiración celular.-

Cloroplastos

El cloroplasto es un miembro especializado de una familia de orgánulos vegetales denominados plástidos. Los amiloplastos son plástidos incoloros que almacenan almidón o amilosa, particularmente en las raíces y los tubérculos. Los cromoplastos

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tienen pigmentos que les dan a los frutos y a las flores sus matices anaranjado y amarillo. Los cloroplastos contienen el pigmento verde clorofila, junto con enzimas y otras moléculas que cumplen la función de producir hidratos de carbono mediante la fotosíntesis. Se encuentran en las hojas y en otros órganos verdes de las plantas y en las algas.-

El contenido de un cloroplasto está separado del citosol por una envoltura compuesta por dos membranas separadas por un espacio intermembrana muy estrecho. Dentro del cloroplasto hay otro sistema membranoso en forma de sacos aplanados interconectados, que se denominan tilacoides. En algunas regiones los tilacoides están apilados como fichas de póquer, cada pila se denomina granum (en plural grana). El líquido por fuera de los tilacoides es el estroma que contiene el ADN del cloroplasto y los ribosomas, así como muchas enzimas. Las membranas del cloroplasto dividen el espacio del cloroplasto en tres espacios: el espacio intermembrana, el estroma y el espacio tilacoidal.-

Células vegetales en las que son visibles los cloroplastos

El cloroplasto tiene un comportamiento dinámico en una célula viva. Sus formas se modifican, crecen y, ocasionalmente, se segmentan en dos, para reproducirse a sí mismos.

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Son móviles y se desplazan dentro de la célula con las mitocondrias y otros orgánulos a lo largo de los trayectos del citoesqueleto.-

Peroxisomas

Es un compartimento metabólico especializado, delimitado por una membrana.-

Los peroxisomas contienen enzimas que transfieren hidrógeno de varios sustratos al oxígeno y producen peróxido de hidrógeno (H2O2) como subproducto, a partir del cual se deriva el nombre de este orgánulo. Estas reacciones pueden tener muchas funciones diferentes. Algunos peroxisomas utilizan oxígeno para degradar los ácidos grasos en moléculas más pequeñas que luego pueden transportarse a las mitocondrias, donde se utilizan como combustibles para la respiración celular. Los peroxisomas en el hígado desintoxican el alcohol y otros compuestos nocivos, transfiriendo hidrógeno desde las toxinas al oxígeno. El peróxido de hidrógeno formado por el metabolismo del peroxisoma es tóxico, pero el orgánulo posee una enzima que transforma el peróxido de hidrógeno en agua. Ambas enzimas, la que produce peróxido de hidrógeno y la que elimina este compuesto tóxico, se encuentran encerradas en el mismo espacio.-

En los tejidos que almacenan grasas de las semillas vegetales se encuentran peroxisoma especializados que se denominan glioxisomas. Estos orgánulos contienen enzimas que inician la transformación de los ácidos grasos en hidratos de carbono que la planta emergente puede utilizar como una fuente de energía y de carbono hasta que sea capaz de producir sus propios hidratos de carbono por fotosíntesis.-

A diferencia de los lisosomas, los peroxisomas no brotan a partir del sistema de endomembranas. Crecen aumentando de tamaño, mediante la incorporación de proteínas producidas primariamente en el citosol, lípidos producidos en el RE y lípidos sintetizados en el mismo peroxisoma. Cuando alcanzan cierto tamaño, los peroxisomas pueden escindirse en dos y de esta manera aumentar su número.-

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CITOESQUELETO

El citoesqueleto es una red de fibras que se extiende a través del citoplasma.-

El citoesqueleto está compuesto por tres tipos de estructuras moleculares: microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios.-

La función más obvia es proporcionar soporte mecánico a la célula y mantener su forma. Esto es especialmente importante en las células animales, que carecen de paredes. La fuerza y elasticidad del citoesqueleto en conjunto se basa en su estructura. Como una cúpula geodésica, el citoesqueleto se estabiliza por un equilibrio entre fuerzas opuestas ejercidas por sus elementos. Igual que el esqueleto del animal contribuye a fijar las posiciones de otras partes del cuerpo, el citoesqueleto proporciona un anclaje para muchos orgánulos e incluso moléculas enzimáticas del citosol. El citoesqueleto es más dinámico que el esqueleto de un animal. Rápidamente puede desmantelarse en una región de la célula y volver a ensamblarse en una nueva localización, modificando la forma de la célula.-

El citoesqueleto participa también en varios tipos de motilidad de la célula. El término motilidad celular incluye tanto las modificaciones de la localización de la célula como los movimientos más limitados de parte de la célula. La motilidad celular exige generalmente la interacción del citoesqueleto con proteínas que se denominan proteínas motoras. Los elementos del citoesqueleto y las proteínas motoras trabajan en conjunto con las moléculas de la membrana plasmática para permitir que la totalidad de la célula se desplace a lo largo de fibras que se encuentran por fuera de ella. Las proteínas motoras producen los movimientos de los cilios y los flagelos, al adherirse a los microtúbulos dentro de esos orgánulos, impulsándolos a pasarse unos a otros. Un mecanismo similar en el que participan los microfilamentos genera la contracción de las células musculares. Dentro de la célula las vesículas viajan hacia su destino a lo largo de “monorrailes” proporcionados por el citoesqueleto, por ejemplo, por este mecanismo las vesículas que contienen las moléculas de neurotransmisores migran hacia el extremo de los axones, prolongaciones de las células nerviosas que liberan estas moléculas como señales químicas hacia las células nerviosas adyacentes. Las vesículas que se evaginan desde el RE viajan hacia el aparato de Golgi a lo largo de trayectos formados por elementos del citoesqueleto. El citoesqueleto manipula a la

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membrana plasmática para formar vacuolas alimentarias durante la fagocitosis. La corriente citoplasmática, en la que circulan materiales dentro de muchas células vegetales de gran tamaño, es también otro tipo de movimiento celular producido por los componentes del citoesqueleto.-

El citoesqueleto regula las actividades bioquímicas de la célula. Se sugiere que el citoesqueleto puede transmitir las fuerzas mecánicas ejercidas por moléculas extracelulares por medio de las proteínas de la superficie de la célula hacia su interior, e incluso dentro del núcleo. De esta manera, la transmisión de las señales mecánicas que se producen naturalmente en el citoesqueleto podría regular la función celular.-

Estructura y función del citoesqueleto

PROPIEDAD MICROTÚBULOS (POLÍMEROS DE

TUBULINA)

MICROFILAMENTOS (FILAMENTOS DE

ACTINA)

FILAMENTOS INTERMEDIOS

Estructura Tubos huecos; las paredes están

constituidas por 13 columnas de moléculas de tubulina

Dos hebras entrelazadas de actina, cada una

formada por un polímero de subunidades de actina

Proteínas fibrosas superenrolladas formando cables más gruesos

Subunidades proteicas

Tubulina, constituida por alfa tubulina y

beta tubulina

Actina Una de varias de las diferentes proteínas de la familia de las queratinas,

dependiendo del tipo de célula

Funciones principales

Mantenimiento de la forma de la célula

(“vigas” resistentes a la compresión)

Motilidad de la célula (como en cilios y

flagelos) Movimientos de los

Mantenimiento de la forma de la célula

(elemento de soporte de tensiones)

Cambios en la forma de la célula

Contracción muscular Corriente citoplasmática

Mantenimiento de la forma de la

célula (elemento de soporte de tensiones)

Anclaje del núcleo y los orgánulos Formación de la

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cromosomas durante la división celular Movimiento de los

orgánulos

Motilidad celular (como en los seudópodos) División celular

(formación del surco de segmentación)

lámina nuclear

Centrosomas y centriolos

En muchas células los microtúbulos se desarrollan a partir de un centrosoma, una región que por lo general se localiza cerca del núcleo que se considera un “centro organizador de microtúbulos”. Estos microtúbulos funcionan como vigas resistentes a la compresión del citoesqueleto. En el centrosoma de una célula animal hay un par de centriolos, cada uno compuesto por nueve juegos de tripletes de microtúbulos distribuidos en un anillo.-

Antes de que una célula se divida, el centríolo se replica. Aunque los centríolos pueden colaborar en la organización del ensamblaje de los microtúbulos, no son esenciales para esa función en todos los eucariontes, los centrosomas de la mayoría de las plantas carecen de centríolos pero tienen microtúbulos bien organizados.-

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Cilias y flagelos

Sección transversal de varios cilios, mostrando la estructura de microtúbulos del axonema. En la figura varios cortes son inclinados, pero en el corte transversal, que es redondeado, se observan que nueve microtúbulos forman una circunferencia, con otros dos cerca del centro. Tal estructura es típica. Lateralmente se vería como un haz de espigas, muy alargada.

En las eucariontes, una disposición especializada de microtúbulos explica el batido de los flagelos y los cilios, apéndices locomotores que protruyen de algunas células. Muchos organismos unicelulares eucariontes se propulsan a través del agua por medio de cilios o flagelos, y los espermatozoides de los animales, las algas y ciertas plantas tienen flagelos.

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Cuando los cilios o los flagelos se extienden desde las células que se mantienen en su lugar formando parte de una capa de tejido, pueden mover el líquido que se encuentra sobre la superficie del tejido. Por ejemplo, el revestimiento ciliado de la tráquea arrastra el moco que contiene residuos atrapados hacia fuera de los pulmones. En el tracto reproductivo de una mujer los cilios que revisten los oviductos (trompas de Falopio) contribuyen a desplazar el óvulo hacia el útero.-

Los cilios generalmente se encuentran en gran número sobre la superficie celular. Los flagelos tienen el mismo diámetro pero son más largos que los cilios, además a menudo se limitan a uno, o unos pocos, por cada célula.-

Los flagelos y los cilios se diferencian en el patrón de sus movimientos. Un flagelo tiene un movimiento ondulatorio que genera una fuerza en la misma dirección del eje del flagelo. Los cilios trabajan más como remos, con golpes alternantes de fuerza y recuperación que generan una fuerza perpendicular al eje del cilio.-

Pese a su diferencia en longitud, número por célula y patrón de sacudidas, los cilios y los flagelos comparten una ultraestructura común. Un cilio o flagelo tiene un núcleo de microtúbulos envainados en una extensión de la membrana plasmática. Nueve dobletes de microtúbulos, de los cuales los miembros de cada par comparten parte de sus paredes, se distribuyen en un anillo.-

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En el centro del anillo hay dos microtúbulos únicos. Esta disposición, que se conoce como patrón “9+2”, se encuentra en casi todos los flagelos y cilios eucariontes. Son “ruedas de carro” flexibles, constituidas por el entrecruzamiento de proteínas, espaciadas con regularidad a lo largo de la extensión del cilio o del flagelo, que se conectan entre sí con los dobletes externos (el borde de la rueda) y con los microtúbulos centrales (los radios de la rueda). Cada doblete externo tiene también pares de brazos laterales espaciados a lo largo de su extensión y que alcanzan al doblete vecino; estos brazos son las proteínas motoras. El ensamblaje de microtúbulos de un cilio o flagelo está anclado a la célula por un cuerpo basal, que estructuralmente es igual a un centríolo. En muchos animales, incluido el ser humano, el cuerpo basal del flagelo del espermatozoide fertilizante se introduce en el óvulo y constituye un centríolo.-

Cada proteína motora que se extiende desde un doblete de microtúbulo hacia el próximo es una proteína de gran tamaño denominada dineína, que está compuesto por varios polipéptidos. Los brazos son los responsables de los movimientos de inclinación de los cilios y los flagelos. Un brazo de dineina realiza un complejo ciclo de movimientos ocasionados por cambios en la conformación de la proteína, modificaciones que requieren energía proporcionada por el ATP.-

INSTRUCCIONES GENÉTICAS

Núcleo

Contiene la mayoría de los genes de la célula eucarionte. La envoltura nuclear separa su contenido del citoplasma.-

La envoltura nuclear es una doble membrana. Las dos membranas, cada una formada por una doble capa de lípidos con proteínas asociadas, están separadas por un espacio. Poros perforan la envoltura. En el borde de cada poro, las membranas interna y externa de

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la envoltura nuclear se conectan. Una intrincada estructura proteica, denominada complejo del poro nuclear, reviste cada poro y regula la entrada y salida de ciertas partículas y macromoléculas grandes. Excepto a nivel de los poros, la cara nuclear de la envoltura está recubierta por la lámina nuclear, una estructura reticular de filamentos proteicos que mantiene la forma del núcleo al sostener de modo mecánico la envoltura nuclear. En el interior existe una matriz nuclear, compuesta por un armazón de fibras que se extiende a los largo del interior el núcleo.-

Dentro del núcleo, el ADN está organizado en unidades separadas denominadas cromosomas, que son estructuras que transportan la información genética. Cada cromosoma está constituido por un material llamado cromatina, un complejo de proteínas y ADN.-

Una estructura prominente en el núcleo es el nucléolo, que se observa como una masa de gránulos densamente teñidos y fibras adyacentes a parte de la cromatina. En el nucléolo se sintetiza un tipo especial de ARN denominado ARN ribosómicos (ARNr), a partir de instrucciones del ADN. En el nucléolo el ARNr se ensambla con proteínas ribosómicas específicas provenientes del citoplasma, para constituir las subunidades grandes y pequeñas de los ribosomas. Estas posteriormente abandonan el núcleo a través de los poros nucleares hacia el citoplasma. Existen dos o más nucléolos, el número depende de la especie y del estado del ciclo reproductivo de la célula.-

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El núcleo dirige la síntesis proteica sintetizando el ARN mensajero (ARNm) de acuerdo con las instrucciones proporcionadas por el ADN. El ARNm se transporta hacia el citoplasma a través de los poros nucleares. Una vez que la molécula de ARNm alcanza el citoplasma, los ribosomas traducen el mensaje genético del ARNm y generan la estructura primaria de un polipéptido específico.-

Ribosomas

Son partículas constituidas por ARNr y proteínas, son los orgánulos donde se lleva a cabo la síntesis de proteínas.-

Las células que tienen una elevada tasa de síntesis proteica tienen un gran número de ribosomas, por ejemplo, una célula del páncreas humano tiene varios millones de ribosomas.-

Los ribosomas fabrican proteínas en dos sitios citoplasmáticos. Los ribosomas libres están suspendidos en el citosol, mientras que los ribosomas unidos están adheridos a la cara externa del retículo endoplasmático o a la envoltura nuclear. La mayoría de las proteínas sintetizadas en los ribosomas libres tienen funciones en el citosol; por ejemplo, las enzimas que catalizan los primeros pasos de la degradación de los hidratos de carbono, para iniciar la respiración celular. Los ribosomas unidos producen proteínas que están destinadas a la inserción dentro de membranas, como el empaquetamiento en ciertos orgánulos como los lisosomas, o para ser exportadas fuera de la célula (secreción). Los ribosomas libres y unidos son estructuralmente idénticos y pueden alternar entre ambas localizaciones, la célula ajusta el número relativo de cada uno a medida que los cambios metabólicos alteran los tipos de proteínas que deben sintetizarse.-

COMPONENTES EXTRACELULARES

Paredes celulares

La pared celular es una estructura extracelular de las células vegetales que las diferencia de las células animales. La pared protege a la célula vegetal, mantiene su forma e impide la

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excesiva captación de agua. Sostienen a la planta contra la fuerza de la gravedad. Los procariontes, los hongos y algunos protistas tienen también paredes celulares.-

Las paredes celulares de las plantas son mucho más gruesas que la membrana plasmática. La composición química exactas de la pared varía de una especie a la otra, e incluso de un tipo de célula a otro dentro de la misma planta, pero el diseño básico es uniforme. Las microfibrillas constituidas por el polisacárido celulosa, están embebidas en una matriz de otros polisacáridos y proteínas.-

Una célula vegetal joven secreta en primer lugar una pared delgada y flexible denominada pared celular primaria.-

Entre las paredes primarias de células adyacentes se encuentra la lámina media, una delgada capa rica en polisacáridos adherentes llamados pectinas. La lámina media pega entre sí a las células adyacentes (la pectina se utiliza como espesante en mermeladas y gelatinas). Cuando la célula madura detiene su crecimiento, fortalece su pared. Algunos vegetales realizan esto secretando sustancias endurecedoras dentro de la pared primaria. Otras células añaden una pared celular secundaria entre la membrana plasmática y la pared primaria. La pared secundaria, frecuentemente depositada en varias capas laminadas, tiene una matriz fuerte y duradera que proporciona la protección y el sostén de la célula. La madera, por ejemplo, se compone sobre todo de paredes secundarias. Las paredes celulares de las plantas están generalmente perforadas por canales entre las células adyacentes que se denominan plasmodesmos.-

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Matriz extracelular (MEC)

Aunque las células animales carecen de paredes semejantes a las de las células vegetales, tienen una elaborada matriz extracelular (MEC).-

Los principales ingredientes de la MEC son glucoproteínas secretada por las células. La más abundante es el colágeno, que forma fibras fuertes fuera de las células. El colágeno constituye cerca de la mitad del total de proteínas del cuerpo humano. Las fibras de colágeno están embebidas en una trama reticulada de proteoglucanos, que son otro tipo de glucoproteínas. Una molécula de proteoglucano se compone de un pequeño núcleo central de proteína con muchas cadenas de hidratos de carbono unidos por enlaces covalentes, de manera que puede tener hasta un 95% de hidratos de carbono. Grandes complejos de proteínas pueden formarse cuando cientos de proteoglucanos se unen por enlaces no covalentes a una única y larga molécula de polisacárido. Algunas células están adheridas a la MEC por otras glucoproteínas de la MEC, entre ellas, la fibronectina. La fibronectina y otras proteínas de la MEC se unen a proteínas receptoras de la superficie de la célula, llamadas integrinas, que están incorporadas a la membrana celular. Las integrinas atraviesan la membrana y por su cara citoplasmática se unen a proteínas asociadas adheridas a los microfilamentos del citoesqueleto. Las integrinas se encuentran en una posición donde pueden transmitir los cambios entre la MEC y el citoesqueleto y, por esa razón, integran las modificaciones que se producen dentro y fuera de la célula.-

ACTIVIDADES

1- ¿Qué tipo de microscopio utilizaría para estudiar: (a) los cambios en la forma de un leucocito vivo, (b) los detalles de la textura de la superficie de un pelo y (c) la estructura detallada de un orgánulo?

2- Observe cuidadosamente las figuras de las células eucariotas vegetal y animal. Describa en forma breve la estructura y función de cada uno de los siguientes

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orgánulos: núcleo, mitocondria, cloroplasto, vacuola central, retículo endoplasmático y aparato de Golgi.-

3- Describa las diferencias estructurales y funcionales entre el RE rugoso y el RE liso.-

4- Imagine una proteína que cumple su función en el RE, pero que requiere una modificación en el aparato de Golgi antes de que pueda realizan su función. Describa el camino de la proteína en la célula, comenzando con la molécula de ARNm específica de esta proteína.-

5- ¿De qué manera sirven las vesículas de transporte para integrar el sistema de endomembranas?

6- Describa por lo menos dos características comunes de los cloroplastos y las mitcondrias.-

7- Explique las características de las mitocondrias y los cloroplastos que los colocan en una categoría aparte en relación con los otros orgánulos del sistema de endomembranas.-

8- Describa como las propiedades de los microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios les permiten determinar la forma de la célula.-

9- ¿Cómo se curvan los cilios y flagelos? 10- ¿Qué papel desempeñan los ribosomas para llevar a cabo las instrucciones

genéticas? 11- Describa la composición de la cromatina y de los nucléolos y la función de cada

uno de ellos.- 12- ¿De qué manera las células de las plantas y los animales multicelulares se

diferencian a nivel estructural, de las plantas y los animales unicelulares? 13- ¿Qué características de la pared de una célula vegetal y de la matriz extracelular de

una célula animal les permiten a las células satisfacer su necesidad de intercambiar material e información con su ambiente externo?

Genetica N° 1 CÉLULA

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