Guía Organelos celulares Profesor Gustavo Arriagada B. - Staff de profesores reemplazantes Nombre: Curso: Objetivos Conocer e identificar los principales organelos y estructuras involucradas en las funciones celulares. Conocer vocabulario científico asociado. Fecha: Contenidos Estructura celular general. Células animales y vegetales. Estructura y función de los organelos celulares. Para qué servirá esto? Esta guía te ayudará a conocer e identificar a los organelos y algunas otras estructuras celulares, su ubicación y función; lo que usarás en las materias que verás en la biología de Educación Media. 3 Los primeros microscopistas no podían ni imaginar la complejidad y organización que se encierra dentro de una célula, invisible a ojo desnudo. Actualmente entendemos a las células como unidades biológicas compuestas por una membrana, la membrana citoplasmática (1) que las delimita y que contiene a un gel acuoso, el citoplasma (2), y un sector de éste que es capaz de teñirse y que denominamos núcleo (3). 2 1 Ilustración 1: Esquema general de una célula En sí mismo, el núcleo es una estructura compleja, delimitada por una membrana doble (la membrana nuclear), perforada por orificios llamados poros nucleares, que encierra a su propio citoplasma, el nucleoplasma (formado por proteínas y la cromatina que forma a los cromosomas). En el citoplasma se producen muchas reacciones del metabolismo de los lípidos (aceites y grasas) y de los glúcidos (azúcares), sirve de almacén de reservas (glucógeno, almidón, grasas, etc.), contiene proteínas estructurales utilizadas para construir membranas, hormonas, enzimas, etc. En su gran mayoría estas reacciones químicas ocurren al interior o en las membranas de unas estructuras intracelulares, usualmente también formadas por sus propias membranas: los orgánulos. También se los conoce como organelos _órgano pequeño_. Se puede entender a los orgánulos celulares como una serie de compartimentos que están especializados en realizar funciones biológicas determinadas de acuerdo con las enzimas específicas que poseen. Ilustración 2: Orgánulos en una célula animal. 1
Retículos endoplasmáticos Los llamados retículos endoplasmáticos (RE) constan de una red de cavidades, sacos aplanados, tubos y canales conectados entre sí. La cantidad de RE no es fija, sino que aumenta o disminuye según la actividad celular. Se extiende por todo el citoplasma y comunica con la membrana nuclear. Hay dos tipos de retículos endoplasmáticos: el rugoso y el liso. (a) RE rugoso: está presente en todas las células eucarióticas y es más abundante en aquellas que fabrican gran cantidad de proteína. Sus membranas presentan un aspecto rugoso debido a la presencia de ribosomas en su cara externa. Sintetiza proteínas de membrana y proteínas que salen de la célula. (b) RE liso: se encuentra en las células eucarióticas. Tiene aspecto de pequeños túbulos con la pared externa lisa, pues carece de ribosomas. Abunda en las células muy especializadas, como los hepatocitos, donde tiene lugar la transformación de sustancias, tales como pesticidas, alcohol, etc., para convertirlas en sustancias solubles en agua y fácilmente eliminables del organismo. También es el encargado de sintetizar lípidos. Vacuolas y vesículas Ilustración 3: Retículos El citoplasma de las células eucarióticas contiene un gran número de vesículas. Su función principal es el almacenamiento y el transporte de materiales tanto dentro de la célula como hacia el interior y el exterior de ella. almacenan diversos tipos de materiales: sustancias nutritivas, productos de desecho, pigmentos, taninos, venenos, etc. Se las distingue con distintos nombres de acuerdo a su tamaño, función y composición (qué cosas acumulan). La mayoría de las células de plantas y hongos contienen un tipo de vesícula, llamada vacuola. Las vacuolas son grandes vesículas en donde se acumulan diversos tipos de materiales: sustancias nutritivas, productos de desecho, pigmentos, taninos, enzimas degradadoras, etc. Cuando en su interior suceden los procesos digestivos se las llama vacuolas digestivas ó fagosomas. Por su parte, las denominadas vacuolas pulsátiles, sirven para regular el contenido hídrico en las células. Llenas de líquido que pueden ocupar 30-90% del volumen celular. Las células vegetales jóvenes tienen muchas, pero con el tiempo éstas se van fusionando para formar una vacuola central grande: la vacuoma. Llenas de agua, éstas vacuomas mantienen la turgencia celular y pueden almacenar temporalmente nutrientes y productos de desecho. 2
a) Lisosoma El lisosoma es un tipo de vesícula formada en el complejo de Golgi, que contiene enzimas hidrolíticas a las que aíslan del resto de la célula1. b) Peroxisoma Son un tipo de vesículas, presentes en la mayoría de las células eucarióticas y que contiene enzimas oxidativas. Estas enzimas remueven el hidrógeno de moléculas orgánicas y lo unen a átomos de oxígeno formando peróxido de hidrógeno (agua oxigenada), que es extremadamente tóxico para las células vivas. Los peroxisomas son especialmente abundantes en las células hepáticas (hígado), donde participan en la desintoxicación de algunas sustancias (como la eliminación del alcohol), e intervienen en la degradación de los ácidos grasos (lípidos), en un proceso de oxidación. Aparato, cuerpo o complejo de Golgi Es un organelo polimorfo (puede presentar muchas formas), compuesto por uno o varios sacos aplanados, limitados por membranas, apilados en forma laxa unos sobre otros y rodeados por túbulos, cisternas de secreción y vesículas. Cada apilamiento de sacos membranosos es denominado dictiosoma. Se encuentran en casi todas las células eucarióticas, Ilustración 4: Aparato de Golgi (vista en corte) siendo menos numerosos en animales, pero pudiendo serlo muchos más en células vegetales. El Complejo de Golgi se sitúa cerca del núcleo, y en él se organizar la circulación molecular de la célula, transportando, madurando2 y acumulando proteínas del R.E. rugoso y lípidos de membrana del R.E. liso. Además, en las células vegetales sintetiza los glúcidos de la pared celular (celulosa y hemicelulosa). Cada dictiosoma puede ser entendido como compuesto por tres secciones distintas: un sector cis (de entrada), uno intermedio y una sección trans (de salida). En el esquema adjunto una vesícula proveniente de los retículos endoplasmáticos (1) se adosa e incorpora su contenido al dictiosoma. Al interior del sector intermedio es transformado (3) y finalmente es liberado al interior de una vesícula de secreción (2). Esta es transportada hacia la membrana celular (4), donde se libera al contenido hacia el exterior de la célula (5). 1 De forma que no degraden o digieran a la misma célula. Ilustración 5: Esquema del funcionamiento 2 Modifican las membranas de las vesículas y contenidos, también incorporan los productos terminados en vesículasde deun transporte Complejo de Golgi que los llevan a otras partes de la célula. 3
Mitocondrias Las mitocondrias se encuentran entre los orgánulos más grandes de la célula, pueden ser vistos con un microscopio óptico. Pueden adoptar distintas formas aunque generalmente tienen aspecto ovalado. No son orgánulos estáticos, se pueden desplazar por el citoplasma asociadas a los microtúbulos (citoesqueleto). Pueden cambiar de forma, Ilustración 6: Mitocondria fusionarse con otras, o dividirse para dar otras más pequeñas. Además, pueden reproducirse por sí solas por fisión binaria (como las bacterias), y tienen un pequeño cromosoma que codifica para sus proteínas. La mitocondria es un orgánulo limitado por dos membranas diferentes: una externa lisa, que la separa del citoplasma, y una sumamente plegada hacia el interior formando crestas. Cada una de las membranas consta de una bicapa lipídica y delimitan entre ellas un espacio intermembrana. El espacio situado entre las crestas es la matriz. En las mitocondrias se degradan moléculas orgánicas liberando la energía química contenida en sus enlaces mediante un proceso que consume oxígeno: la respiración celular. En éste proceso la energía liberada es almacenada en moléculas de ATP y luego será utilizada en los procesos celulares. En general cuanta mayor energía necesita la célula, más mitocondrias contendrá. Ilustración 7: Esquema interno de una mitocondria Plastos y cloroplastos En las células de los vegetales y de las algas existen unos orgánulos característicos: los plastos. Al igual que las mitocondrias, son capaces de crecer y de dividirse. Dependiendo de su contenido o de su función, se los divide y nombra en forma distinta: - Los cromoplastos que poseen en su interior pigmentos rojos, anaranjados o amarillos, responsables del color en flores, frutos y hojas. - Los leucoplastos, abundantes en los órganos subterráneos, son incoloros, y sirven de almacén de sustancias de reserva. - Los amiloplastos, almacenan almidón. Ilustración 8: Cloplastos en células vegetales - Los cloroplastos, de color verde gracias a que contienen un pigmento llamado clorofila, son los responsables de la fotosíntesis y por ello se los considera como los más importantes. Pueden variar mucho de forma y tamaño, sobre todo en las algas, así como también en número: desde un 4
cloroplasto por célula en algas unicelulares hasta cien en algunas en cada célula de algunas plantas más desarrolladas. Aunque en ellos predomina la clorofila, existen otros pigmentos que pueden enmascarar su color verde. Los cloroplastos están separados el citoplasma por dos membranas, una externa, muy permeable y otra interna, bastante más impermeable. En su interior hay un espacio el estroma con gran cantidad de enzimas. En el estroma existe una tercera membrana que se dispone en forma de sacos aplanados denominados tilacoides. El espacio interior de cada tilacoide está conectado con el de otros, delimitando así el espacio tilacoidal donde ocurren la mayoría de las reacciones de la fotosíntesis. Estos tilacoides se agrupan unos con otros formando los grana. Muchos biólogos creen que los plastos y probablemente las mitocondrias evolucionaron a partir de células procariotas (bacterias) que vivían de forma simbiótica en el interior de las célula. Ilustración 9: Esquema interno de un cloroplasto Ribosomas Son los orgánulos presentes en todas las células, que sintetizan proteínas. Están formados por ARN y proteínas, no están rodeados por una membrana, y constan de dos subunidades (una pequeña y otra grande), que se combinan para formar un ribosoma activo, funcional. Se forman en el núcleo y a través de los poros nucleares pasan al citoplasma. En las células que están fabricando proteínas citoplasmáticas para la reconstrucción de su propia membrana (por ejemplo los glóbulos rojos inmaduros), los ribosomas se distribuyen en todo el citoplasma. Sin embargo en las células que están elaborando nuevo material de membrana o proteínas que deben ser exportadas, se encuentran en gran cantidad adheridos al RE rugoso, aunque también existen en el citoplasma en grupos de 5 o 6 denominados polisomas. El número de ribosomas en cada célula es variable y e define función de la célula que esta formando, pero puede ser alrededor de medio millón. Ilustración 10: Subunidades de un riboma El citoesqueleto Las células están en continuo movimiento pueden cambiar de forma (por ejemplo las musculares), pero además se pueden mover, Todos los movimientos se producen gracias a la colaboración de tres tipos de filamentos proteicos que constituyen el citoesqueleto y que son: microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios. 5
a) Microtúbulos Filamento intermedio Microtúbulo Filamento de actina Membrana citoplasmática Son los filamentos de mayor tamaño de la célula, existen sólo en las células eucariotas y no en las procariotas. Tienen forma de cilindro hueco y sus paredes están formadas por subunidades de la proteína llamada tubulina. Estas unidades pueden añadirse o quitarse por lo que el tamaño del microtúbulos es variable. Existen algunas estructuras estables formadas por microtúbulos como los cilios, flagelos y los centríolos. La función de los microtúbulos es mantener la forma de la célula e intervienen en el reparto de cromosomas durante la división celular. Ilustración 11: Citoesqueleto b) Microfilamentos Son los filamentos más finos y están formados por subunidades de la proteína actina. Los microfilamentos están localizados debajo de la membrana. Intervienen en los movimientos y contracciones celulares, en los cambios de forma y son responsables de la división del citoplasma. c) Filamentos intermedios Tienen un grosor intermedio entre los dos anteriores, no se conocen bien sus funciones, pero forman estructuras estables que mantienen la forma de la célula. El citoesqueleto es un entramado denso de haces de fibras proteicas que se extiende a través del citoplasma, y aunque la red da a la célula una estructura muy ordenada, no es rígida ni permanente, es dinámica que cambia de acuerdo con la actividad de la célula. Estructuras celulares responsables del movimiento celular Todas las células presentan alguna forma de movimiento, los cilios se baten a lo largo de las células traqueales de los animales, las células embrionarias migran a lo largo del desarrollo animal, las amebas persiguen y engullen a su presa. Se han identificado dos mecanismos de movimiento celular: La actina y miosina forman los complejos conjuntos contráctiles que se encuentran en las células musculares de los vertebrados. Ilustración 13: Cilios al interior de los bronquios Ilustración 12: Esquemas del funcionamiento de cilios y flagelos para generar movimiento 6
- Los cilios y flagelos son estructuras largas y delgadas, de aproximadamente 0,2 micrómetros de diámetro3, que se extienden desde la superficie de muchos tipos de células eucarióticas. Sirven para la propulsión de las células. En el caso de las células fijas como las que tapizan el aparato respiratorio, sirven para mantener una corriente de moco que arrastra hacia la garganta los restos de hollín, polvo, polen, alquitrán de tabaco y cualquier sustancia extraña que se haya inhalado. La estructura interna de cilios y flagelos es la misma: un conjunto de microtúbulos rodeados por una membrana. Los microtúbulos se disponen en 9 grupos de dos, denominados dobletes mas una pareja de microtúbulos situada en el centro. Los microtúbulos están compuestos de proteínas globulares idénticas, organizados en forma de una hélice hueca. Si se quitan los cilios de una célula y se colocan en un medio que contenga ATP, ellos batirán o nadarán a través del medio. Ilustración 14: Estructura de cilios y flagelos Centriolos Los centriolos o diplosomas solamente están presentes en todas las células animales y sólo en algunas algas y hongos. Nunca en las células vegetales. Se presentan siempre en parejas (cada una es un centrosoma) formando ángulo recto entre sí. Cada centriolo consta de un cilindro compuesto por 9 grupos de 3 microtúbulos cada uno. Cada uno está ligeramente girado respecto al anterior y se unen entre sí gracias a proteínas. El centrosoma se sitúa siempre en las proximidades del núcleo y en el centro celular, y funciona como centro organizador de microtúbulos. Antes de la división celular, los centriolos se duplican y uno de cada par va a una célula hija. Ilustración 15: Esquema de centrosomas 3 Un micrómetro corresponde a la milésima de milímetro. (1 µm = 0,001 mm = 1 10-3 mm) 7