Tema 5. Biología Celular5.4 Orgánulos con membranaDP/PAU

Germán Tenorio

Biología NS-Diploma BI

Curso 2015-2017

Idea Fundamental: Los eucariotasposeen una estructura celular muchomás compleja que los procariotas.

Célula eucariota animalDP/PAU

Animación2

Célula eucariota animalDP/PAU

Célula eucariota vegetalDP/PAU

Célula eucariota vegetalDP/PAU

Comparación célula animal y vegetalDP/PAU

Célula vegetal Célula animal

Morfología rectangular fija Morfología redondeada variable

Presenta cloroplastos Sin cloroplastos

Pared celular de celulosa Sin pared celular

Sin centriolos Presenta centriolos

Mitosis anastral (sin áster) Mitosis astral (con áster)

Citocinesis con pared celular formada por Golgi

Citocinesis con surco de división por estrangulamiento

Sin colesterol en su membrana Presentan colesterol en su membrana

Sistema vacuolar muy desarrollado (una gran vacuola central)

Sistema vacuolar poco desarrollado

Sin cilios ni flagelos Pueden tener cilios y flagelos

Almacenan almidón Almacenan glucógeno

Presenta glioxisomas Sin glioxisomas

Sin microvellosidades ni desmosomas

Pueden tener ambos

Presenta plasmodesmos Sin plasmodesmos

Orgánulos con membranaDP/PAU

http://www.juntadeandalucia.es/averroes/manuales/organizacion_celular/organizacion_celular.html

Retículo EndoplasmáticoDP/AU

Complejo sistema de membranas, compuesto por sáculos aplanados (RER) yuna red de túbulos (REL) conectados entre sí, que delimitan un espaciointerno denominado lumen. Está comunicado con el complejo de Golgi y conla membrana nuclear. Es el orgánulo más grande de las células eucariotas.

Se encarga de la síntesis de proteínas y de lípidos que van a servir pararenovar la membrana plasmática y el resto de membranas de los orgánulos, oque van a ser excretados al exterior.

Puede tener ribosomas adosados (RER) o carecer de ellos (REL).

Retículo Endoplasmático RugosoDP/PAU

En el RER tiene lugar:

- La síntesis de proteínas de algunos de los orgánulos celulares y detodas las proteínas que son secretadas por la célula.

- La adquisición por parte de las proteínas de su estructura plegadadefinitiva y del inicio de su glucosilación en el caso de lasglucorpoteínas.

- Almacenamiento de muchas de las proteínas sintetizadas.

Retículo Endoplasmático LisoDP/PAU

En REL tiene lugar:

- La síntesis de lípidos y derivados lipídicos. Casi todos los lípidoscelulares como los fosfolípidos y el colesterol, se forman en la caracitoplásmica del REL. En ciertos tipos celulares se sintetizan hormonasesteroideas (como la testosterona) o los ácidos biliares.

- Detoxificación. Muchos productos tóxicos liposolubles procedentes delexterior (medicamentos, drogas, conservantes, etc.) o del metabolismo celularse inactivan en el REL, principalmente de los hepatocitos.

- Contracción muscular. El REL es muy abundante en el músculo estriado,donde acumula muchos iones calcio en su interior, necesario en la contracciónmuscular.

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Complejo de GolgiDP/PAU

Debe su nombre a Camillo Golgi, premio Nobel de medicina en 1906 junto aSantiago Ramón y Cajal.

Se localiza cerca del RE y se desarrolla enormemente en las células secretoras,como las pancreáticas que secretan insulina, o las intestinales mucus.

Está formado por varias unidades conectadas entre sí denominadasdictiosomas, consistentes en un conjunto de 4-6 sáculos o cisternas apilados,con los extremos dilatados, y donde se distinguen 3 partes:

- Cara cis o cara deformación, que es lamás próxima al RE.

- Zona media.

- Cara trans o cara demaduración, que es lamás cercana a la periferiacelular y de donde seoriginan las vesículas desecreción.

Complejo de GolgiDP/PAU

Funciones del complejo de Golgi:

- Modificación de las proteínassintetizadas en el RER. Se termina laglucosidación de las proteínas iniciada enel RER.

- Secreción de proteínas. Las proteínaspasan a través del Golgi, desde la cara cisa la trans, al tiempo que van siendomodificadas, y salen dentro de vesículasde secreción, liberando su contenido alexterior (membrana plasmática) o interiorcelular (membrana de otro orgánulo).

- Participa en la formación de la paredcelular de vegetales al final de la mitosis.

- Interviene en la formación de loslisosomas.

- Empaquetado lípidos de membrana.

Ruta de transporte celularDP/PAU

Las células producen moléculas comohormonas, neurotransmisores,citocinas y enzimas que deben serllevadas a otros lugares del interiorcelular o exportadas al exterior en elmomento justo.

Pequeñas vesículas rodeadas demembrana transportan distintoscontenidos entre los orgánuloso o sefusionan con la membrana celular paraliberar su contenido al exterior.

La regulación de este transporteintracelular es de vital iimportancia, yaque “dispara” la activación nerviosa enel caso de sustanciasneurotransmisoras, o controla elmetabolismo, en el caso de hormonas.

¿Cómo saben estas vesículascuándo y dónde deben liberar sucontenido?

Las proteínas en vesículas de transición procedentes del RER o REL entranpor la cara cis del Golgi, atraviesan la zona media y llegan a la cara trans deldictiosoma, desde donde salen en vesículas de secreción para ir a susdiferentes destinos, como puede ser fusionarse con la membrana plasmática,en el caso de proteínas de secreción.

Este movimiento dentro del aparatode Golgi, se produce por medio devesículas de transporte que salenpor gemación de una cisterna y sefusionan con la siguiente. Duranteeste trayecto, las proteínas vansufriendo una serie de modificaciones.

Web3

Ruta de transporte celularDP/PAU

LisosomasDP/PAU

Constituyen el sistema digestivo de las células y son vesículas membranosasque contienen enzimas hidrolíticos (proteasas, lipasas, nucleasas,glucosidadas, etc.) utilizados para la digestión intracelular de todo tipo demacromoléculas.

Todos estos enzimas sonhidrolasas ácidas, querequieren de un pH ácido para sufuncionamiento óptimo.

Son orgánulos muy heterogéneosmorfológicamente (ovalados oesféricos), distinguiéndoseaquellas pequeñas vesículasesféricas que sólo contienenenzimas digestivas y que aún nohan participado en proceso dedigestivos (lisosomasprimarios) de aquellos detamaño y forma variables quecontienen materiales en vías dedigestión (secundarios).

LisosomasDP/PAU

Formación: Tanto las proteínas de membrana como las enzimas hidrolíticasson glucoproteínas sintetizadas en el RER, que pasan a la cara cis del Golgi,atraviesan la zona media y llegan a la cara trans, donde se forman vesículasespeciales que constituyen los lisomas primarios.

Se distinguen fácilmente alME al ser los orgánulos quemás se tiñen (más oscuros)de cuantos tiene la célulaen el citoplasma.

LisosomasDP/PAU

Funciones: Participan activamente en los procesos de digestión celular,distinguiéndose tres tipos en función de donde tenga lugar dicha digestión.

- Heterofagia: Donde losmateriales son introducidospor la célula medianteendocitosis en forma deendosomas tempranos,donde son clasificados ydistribuidos en endosomastardíos, los cuales sefusionan con los lisosomas1º formando los lisosomas2º, donde se produce ladegradación de lasmoléculas endocitadas.

Otra forma de introducir el material extracelular es por fagocitosis de grandespartículas o bacterias, siendo el fagosoma la vesícula que se fusiona con ellisosoma 1º.

LisosomasDP/PAU

- Autofagia: Permite la destrucción de las estructuras celulares anticuadas y lasupervivencia en condiciones de ayuno, en las que la célula debe nutrirse a susexpensas.

El proceso se inicia cuandoel orgánulo que va a serdestruido es rodeado pormembranas del RE y seforma un autofagosoma,que posteriormente sefusionará con el lisosoma1º.

- Digestión extracelular.Hay veces que los lisomas1º vierten su contenido alexterior tras fusionarse conla membrana plasmática.Un caso particular es elacrosoma (lisosomaespecializado) de losespermatozoides.

El acrosoma está cargada de hialuronidasa, quedigiere la pared de ácido hialurónico que recubrey protege al óvulo.

Animación5

Prueba de Acceso a la Universidad (PAU)

VacuolasDP/PAU

Compartimentos membranosos típicos de células vegetales, donde puedenocupar cerca del 90% del volumen celular y cuya membrana, llamadatonoplasto, presenta sistemas de transporte activo que realizan un bombeode iones hacia el interior de la vacuola, lo que aumenta su concentración,por lo que entra agua por ósmosis. Aumenta su turgencia, que aportarigidez mecánica (que se suma a la aportada por la pared celular).

Las células vegetales inmaduras suelencontener muchas vesículas pequeñaspero a medida que la célula madura,las vesículas se van fusionando paraformar una gran vacuola.

Funciones:

- Almacén de nutrientes y productos dedesecho.

- Compartimentos de degradación alposeer enzimas hidrolíticosproporcionados por el aparato de Golgi.

- Mantenimiento de la turgencia celular.

PeroxisomasDP/PAU

Orgánulos esféricos de membrana simple parecidos a los lisosomas.Contienen enzimas oxidasas que utilizan el oxígeno molecular para oxidardiversos sustratos orgánicos, mediante reacciones oxidativas que producenperóxido de hidrógeno (H2O2). Dado que no poseen ADN ni ribosomas,tienen que importar todas sus proteínas del citosol circundante.

El H2O2 producto de la reacción es altamente tóxico para las células y seelimina gracias a otra enzima de los peroxisomas, la catalasa, que loutiliza para oxidar diversas otras sustancias.

PeroxisomasDP/PAU

Se denominan así porque contienen uno o más enzimas que utilizan oxígenomolecular para eliminar átomos de H a partir de sustratos orgánicosespecíficos a través de una reacción oxidativa que produce peróxido dehidrógeno.

La catalasa utiliza este peróxidopara oxidar otras sustancias(como el alcohol etílico). Estareacción es muy importante enlas células del hígado y del riñón.Casi la mitad del etanol quebebemos es oxidado aacetaldehído de esta manera(Leer monografía de ELISAMILLÁN).

La actividad de los peroxisomas es particularmente importante en las célulasdel hígado y del riñón, donde se encargan de detoxificar muchas de lasmoléculas tóxicas que entran en la circulación.

MitocondriasDP/PAU

Orgánulos de 2 μm de longitud y 0.5 μm dediámetro, presentes en las células de todoslos organismos eucariotas aerobios.

Presentan una doble membrana, conestructura similar a la de la membranaplasmática, que delimitan dos espacios: elespacio intermembrana, entre ambas, y unespacio interno, llamado matriz.

La membrana externa es muy permeablegracias a las porinas, proteínas que formancanales acuosos para el paso de pequeñasmoléculas.

La membrana interna es muy impermeablea las partículas con carga (iones o protones)y presenta unos pliegues llamados crestas,que aumentan el área superficial. En la caraque da a la matriz presenta unas partículasllamadas F1, que corresponden al complejoenzimático ATP sintasa.

MitocondriasDP/PAU

La matriz, de consistencia semejante alcitosol, contiene la mayor parte de lasproteínas de la mitocondria, muchosenzimas, además de contener ADN circularde doble hélice, ribosomas y distintos tiposde ARN.

Las mitocondrias de las células animalestienen origen materno. La división puede serpor bipartición (crecimiento de una crestahasta formar un tabique) o porsegmentación (estrangulación), después quela mitocondria haya aumentado su tamaño.

Animación6

MitocondriasDP/PAU

Su principal función es la obtención de energía para lacélula.

En la matriz se produce:

- La beta-oxidación de los ácidos grasos y ladescarboxilación del pirúvico. Se generan acetil-CoA ymoléculas reducidas (NADH+H+ y FADH2).

- El ciclo de Krebs, en el que el acetil-CoA es oxidadocompletamente a CO2 y se obtienen intermediariosmetabólicos y moléculas reducidas (NADH+H+ y FADH2).

- La síntesis de proteínas mitocondriales a expensas delADN mitocondrial y con los ribosomas del propioorgánulo.

En la membrana interna se realiza la fosforilaciónoxidativa, en la que el NADH+H+ y FADH2 originados enla matriz son donadores de electrones a la cadena detransportadores hasta el O2, la cual genera un gradientede electroquímico que es aprovechado por la ATP sintasade la membrana interna (partículas F1) para formar ATP.

CloroplastosDP/PAU

Son un tipo de plastos o plastidios, orgánulos de doble membrana exclusivosde las células vegetales.

Presentan una organización semejante a la de las mitocondrias, aunque demayor tamaño y con un tercer sistema de membranas.

La membrana externa esmuy permeable gracias a lapresencia de porinas. Lamembrana interna nopresenta pliegues o crestas,y entre ambas está elespacio intermembrana.

El interior es el estroma omatriz del cloroplasto, en elque se encuentran losribosomas, copias delADN circular doble hélice,distintos tipos de ARN,gránulos de almidón ygotas de lípidos.

CloroplastosDP/PAU

En el estroma se localiza el tercer nivel de membranas: los tilacoides, unossáculos aplanados interconectados que delimitan un espacio tilacoidalcomún. Forman agrupaciones llamadas grana.

La membrana de los tilacoides es la responsable de la captación de la energíasolar, pues contiene las clorofilas y demás pigmentos, formando losfotosistemas. En dicha membrana también se encuentran las ATP sintasas.

CloroplastosDP/PAU

Su función es la fotosíntesis oxigénica, proceso metabólico en el que el aguaactúa como donador de electrones y se genera oxígeno, la célula utiliza la luzcomo fuente de energía, y el CO2 como fuente de carbono.

En la membrana de los tilacoides ocurre la fase lumínica, en la que segenera ATP a partir de la energía luminosa (fotofosforilación) y se producepoder reductor (NADPH + H+).

En el estroma tiene lugar lafase oscura, en la que tienelugar la fijación del CO2 enmoléculas orgánicas (ciclode Calvin). Además ocurre labiosínteisis de ácidos grasos, laasimilación de nitratos ysulfatos, así como la síntesisde proteínas codificadas en elADN del cloroplasto y con losribosomas del propio orgánulo.

Web4

Estructura del núcleoDP/PAU

Cuando las células no se dividen se dice que están en interfase.

Durante este periodo, las células eucariotas presentan un orgánulollamado núcleo, situado en el centro de la célula.

Los componentes del núcleo interfásico(desaparace durante la mitosis) son laenvoltura nuclear, nucleoplasma,nucleolo y cromatina.

Estructura del núcleoDP/PAU

Video4

Función: Compartimento celular donde se encuentra el material

genético en forma de ADN y desde donde se controla y regula laactividad celular.

Núcleo: La envoltura nuclearPAU

Formada por dos membranas, a modo de esferas concéntricas, separadas

por un espacio perinuclear, y perforada por numerosos poros.

La membrana externa se

continúa con lasmembranas que forman el

RE y puede presentar

ribosomas adosados.

La membrana interna

lleva adosada, en la caraque da al nucleoplasma,

una red de filamentosintermedios denominados

lámina fibrosa/nuclear,

que organiza la cromatinay regula la formación de la

envoltura nuclear al finalde la mitosis y su aparición

al principio de la misma.

Núcleo: La envoltura nuclearPAU

Los poros son estructuras que constan de un orificio originado al unirsela dos membranas nucleares, y de un complejo de naturalezariboproteica, denominado el complejo del poro, que forma un anilloperpendicular a la misma.

Se abren y cierran como un diafragma, para regular selectivamente elpaso de moléculas (proteínas, ARN, etc.) entre citosol y el nucleoplasma.

Núcleo: NucleoplasmaDP/PAU

Medio interno del núcleo, formado por una disolución coloidal (sales

minerales, nucleótiods, ARN, proteínas, etc.) que contiene el nucleolo yla cromatina.

Núcleo: NucleoloPAU

Estructura casi esférica, rodeada por el nucleoplasma, que se observa

durante la interfase y el principio de la profase, momento en el quedesaparece hasta el final de la telofase.

Su genera a partir de una zona llamada Región OrganizadoraNucleolar (NORs), localizada en una determinada región de

cromosomas específicos, portadores de genes amplificados que codificanpara el ARN nucleolar 45S, precursor de la mayoría de ARNr.

Núcleo: NucleoloPAU

En el nucleolo se distiguen tres zonas:

- En la centro fibrilar (CF) se encuentran los genes para el ARNr.

- En la zona fibrilar densa (F), que rodea al centro fibrilar, se producela transcripción activa de los genes ARNr.

- En la zona granular (G) se ensamblan las subunidades ribosómicas.

Núcleo: NucleoloPAU

Función: En el nucleolo tiene lugar la síntesis y procesamiento de ARNry la formación de subunidades ribosómicas, y actualmente se consideraque desempeña un importante papel en la regulación del ciclo celular.

Encargado de formar los prerribosomas, que posteriormente pasarán alcitoplasma donde se ensamblarán formando los ribosomas.

En la zona fibrilar se fabrica el ARN 45S, que una vez madurado se corta entres trozos originado tres de los cuatro ARNr, concretamente del ARNr 28S yel ARNr 5,8S (de la subunidad mayor) y el ARNr 18 S (de la subunidadmenor). El cuarto se forma en el nucleoplasma y emigra al nucleolo.

Núcleo: Tipos de CromatinaDP/PAU

Un núcleo interfásico al microscopio permite distinguir dos tipos de cromatina:

- La eucromatina o cromatina laxa, de localización central, que se correspondecon las zonas donde el nivel de empaquetamiento es menor al estar menos

condensada. Se transcribe intensamente, pues los bucles de ADN se encuentransuficientemente distendidos y permiten el acceso de las enzimas de transcripción.

- La heterocromatina o cromatina densa, en laperiferia del núcleo, se corresponde con las

partes del ADN con mayor grado deempaquetamiento. Representa aproximadamente

el 10% del total de cromatina y es consideradatranscripcionalmente inactiva.

Núcleo: Tipos de CromatinaDP/PAU

* Heterocromatina constitutiva:Aparece condensada durante todo el

ciclo celular en todas las células delorganismo, siendo genéticamente

inactiva. Estructuralmente importanteen el movimiento de los cromosomas.

En los cromosomas humanos se localizaen los centrómeros y en el ADN satélite.

* Heterocromatina facultativa:Zonas de ADN que pueden ser activadas

y mostrar una transcripción activa (sedescondensan) o ser inactivadas y

dejan de transcribirse (se vuelven acondensar). Esto lo hacen en respuesta

a condiciones fisiológicas o deldesarrollo. Las zonas de

heterocromatina facultativa aumentan amedida que las células se especializan y

diferencian.Video6

La epigenética al estudio de todosaquellos factores no genéticos que

intervienen en la determinación deldesarrollo de un organismo, desde

el óvulo fertilizado hasta susenescencia, pasando por la forma

adulta. Consiste por tanto, en elestudio de las interacciones entre

genes y ambiente que se producenen los organismos.

Pruebas Acceso a la Universidad

APLICACIÓN: Estructura y función de los orgánulos de

células pancreáticas y del mesófilo en empalizadaPAU

La estructura y función de los orgánulos se pondrá de manifiesto usandocomo ejemplo los de las células de glándulas exocrinas del páncreas y delas células del mésofilo en empalizada de las hojas.

En el páncreas existen dos tipos de células glandulares, las endocrinas, quesecretan hormonas a la sangre, y las exocrinas, que secretan enzimasdigestivas al interior del tubo digestivo.

IMAGEN:intranet.tdmu.edu.ua

Las enzimas sonproteínas que debensintetizarse y liberarseal exterior celularatravesando lamembrana, por lo quelas células exocrinasdeben poseer todos losorgánulos necesarios,como son el núcleo,mitocondria, RER, Golgi,vesículas y membranaplasmática.

APLICACIÓN: Estructura y función de los orgánulos de

células pancreáticas y del mesófilo en empalizadaPAU

La fotosíntesis se realiza en las hojas, pero no todas las células de la hoja larealizan. La fotosíntesis va a ser realizada mayoritariamente por las célulasdel mesófilo en empalizada.

Las células del mesófilo en empalizada secaracterizan poseer estructura cilíndrica, dondepueden distinguirse diferentes orgánulos, comoel núcleo, mitocondria, cloroplasto, RER, Golgi,vacuola, membrana plasmática y pared celular.

HABILIDAD: Función de células especializadasDP

Se pueden interpretar micrografíaselectrónicas para identificarorgánulos y deducir la función decélulas especializadas.

Las siguientes células están especializadasen la fabricación de proteínas, laobtención de energía, realización de lafotosíntesis y en la secreción. ¿Cuál escada una?

HABILIDAD: Dibujo ultraestructura eucariotas

según micrografía electrónicaDP/PAU

HABILIDAD: Dibujo ultraestructura eucariotas

según micrografía electrónicaDP/PAU

HABILIDAD: Dibujo ultraestructura eucariotas

según micrografía electrónicaDP/PAU

HABILIDAD: Dibujo ultraestructura eucariotas

según micrografía electrónicaDP/PAU