ORGANIZACIÓN CELULAR
0. INTRODUCCIÓN
La célula es la unidad más pequeña que puede considerarse
viva. En su estructura intervienen moléculas inorgánicas
(agua y sales minerales) y orgánicas (glúcidos, lípidos,
proteínas y ácidos nucleicos).
Estas moléculas se asocian entre sí, dando complejos
macromoleculares y orgánulos celulares. Estas
estructuras permiten el automantenimiento y la
reproducción de la célula.
0.1. COMPONENTES CELULARES
Todas las células poseen tres estructuras básicas comunes:
membrana plasmática, citoplasma y material genético.
MEMBRANA PLASMÁTICA
Es una envoltura lipoproteica que rodea, limita y protege a la
célula. La membrana controla el intercambio de sustancias
con el medio y es el órgano de relación de la célula.
CITOPLASMA
El citoplasma es el contenido de la célula. Está formado por
una disolución acuosa, el citosol, donde hay sales y
moléculas orgánicas disueltas. Dentro del citoplasma hay
numerosos orgánulos, con o sin membrana, que realizan las
diferentes funciones de la célula.
MATERIAL GENÉTICO
El material genético en toda las células es ADN (ácido
desoxirribonucleico), una compleja y enorme molécula de
ácido nucleico que contiene la información genética. El
ADN controla la actividad celular, incluida la división, y se
reparte equitativamente entre las células hijas.
1. ORGANIZACIÓN ACELULAR: VIRUS
Aunque la célula es la unidad estructural y funcional de los
seres vivos, existen estructuras formadas por biomoléculas
orgánicas y que son muy importantes para los seres vivos.
Entre ellas destacan los virus.
1.1. LOS VIRUS
Los virus son organismos muy sencillos, sin estructura
celular. Su pequeño tamaño (10 a 400 nm), cientos de veces
menor que una célula, hace que se requiera un microscopio
electrónico para su observación. Carecen de metabolismo
propio, por lo que son parásitos obligados de diferentes
tipos de células (procariotas o eucariotas).
Constan de un material genético (ácido nucleico, que puede
ser ARN o ADN, pero nunca ambos) y una envoltura proteica
llamada cápsida. Algunos virus poseen, además, una
envoltura membranosa obtenida de las células que
parasitan.
1.1.1. TIPOS DE VIRUS
Aunque existe una clasificación oficial ICTV (Comité
Internacional de Taxonomía de Virus), existen diversos
criterios de clasificación:
1.
Según la estructura de la cápsida:
Helicoidales: cápsida helicoidal que envuelve al
ácido nucleico. Rabia, Ébola, mosaico del tabaco.
Poliédricos: cápsida poliédrica, generalmente
icosaédrica. Adenovirus y poliovirus.
Complejos: estructura muy compleja. Así, los
bacteriófagos, presentan una cápsida poliédrica
(cabeza), una cola cilíndrica y, muchas veces,
una placa basal con fibras articuladas, espículas
y ganchos de anclaje a la célula huésped.
2.
Según la presencia o ausencia de envoltura:
Virus envueltos: tienen envoltura. Gripe, VIH,
herpes, rabia…
Virus desnudos: carecen de envoltura.
3.
Según la célula infectada:
Bacteriófagos (fagos): infectan a bacterias.
Virus animales: infectan células animales.
Virus vegetales: infectan células vegetales.
4.
Según el ácido nucleico:
Virus de ADN: papiloma, herpes, viruela,
bacteriófagos,…
Virus de ARN: VIH, gripe, Ébola, rabia,…
1.1.2. CICLO VIRAL
El ciclo viral es el conjunto de procesos por el que pasa el
virus hasta dar lugar a otros muchos virus idénticos. Puede
dividirse en varias fases: fijación o adsorción,
penetración, biosíntesis, ensamblaje y liberación.
a.
Fijación o adsorción: los virus colisionan por azar con
una célula huésped y se fijan a su superficie gracias a
receptores celulares.
b.
Penetración: consiste en la entrada total o parcial del
virus en la célula. Puede entrar todo el virus o sólo el
material genético.
c.
Biosíntesis: en esta fase se dan la replicación del
ácido nucleico, la transcripción a ARNm y la
traducción para formar proteínas víricas (capsómeros,
enzimas, etc). Mientras esto sucede, la célula puede
estar haciendo sus funciones normales, por lo que a este
periodo se le llama eclipse.
d.
Ensamblaje: los distintos componentes víricos se
autoensamblan, formando nuevos virus en el interior
celular.
e.
Liberación: el virus sale al exterior celular.
1.2. OTRAS FORMAS ACELULARES
Además de los virus, existen partículas infecciosas aún más
pequeñas y simples, como viroides y priones, que son los
agentes infecciosos más pequeños conocidos.
Los viroides son moléculas pequeñas de ARN de cadena
simple, circular y desnudo. Hasta ahora se conocen unos
300 viroides, todos patógenos de vegetales, como el del
tubérculo filiforme de la patata, del exocortis de los cítricos o
del atrofiamiento del tomate.
Los priones son proteínas de estructura anómala que
ocasionan enfermedades neurodegenerativas transmisibles,
llamadas encefalopatías espongiformes, en humanos y
ganado.
Prácticamente todos los priones conocidos afectan a
mamíferos: enfermedad de Creutzfeldt-Jakob y kuru en
humanos; enfermedad de las vacas locas (encefalopatía
espongiforme bovina) en vacas; scrapie o tembladera en
ovejas y cabras, etc.
2. MODELOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR
Aunque el proceso por el que se originó la vida sigue siendo
un misterio sin explicar completamente, todo parece indicar
que las primeras células aparecieron, probablemente, en el
mar, hace unos 3.800 millones de años. Estas primeras
células tenían estructura procariota y se han denominado
progenotes o protobiontes.
Los protobiontes eran estructuras membranosas que
contenían una molécula autorreplicativa, quizás ARN, que
podía fabricar proteínas.
La evolución de estos primeros organismos llevó a la
aparición de la fotosíntesis y de la respiración y, en último
término, a toda la diversidad que se observa hoy día.
La teoría endosimbiótica (propuesta por Lynn Margulis)
sostiene que los diferentes orgánulos serían bacterias que
fueron fagocitadas o parasitaron a los urcariotas. En lugar de
ser digeridas, dichas bacterias quedaron en el interior de los
urcariotas realizando diferentes funciones en simbiosis con
sus huéspedes.
Según su complejidad estructural, existen dos tipos de
organización celular: procariota y eucariota.
CÉLULA PROCARIOTA
(De pro, antes de, y carion, núcleo). Son células de
estructura sencilla, pues su citoplasma carece de orgánulos
membranosos y de verdadero núcleo. Suelen presentar una
pared celular que rodea a la membrana y una única cadena
de ADN, circular y dispersa en el citoplasma. Las bacterias y
las arqueas son los únicos procariotas. Todos unicelulares.
CÉLULA EUCARIOTA
(De eu, verdadero). Son células de estructura compleja, con
orgánulos celulares membranosos y un material genético
rodeado por una doble membrana (núcleo verdadero). Son
organismos eucariotas las algas, protozoos, hongos,
plantas y animales. Pueden ser uni o pluricelulares.
2.1. ORGANIZACIÓN PROCARIOTA
Las células procariotas tienen una estructura muy sencilla.
Carecen de verdadero núcleo y, en general, de orgánulos
membranosos.
Los procariotas más típicos son las bacterias, células
pequeñas (1 a 10 μm). La membrana plasmática delimita
un espacio interno continuo, el citoplasma. Estas células
constan de:
Pared celular. Estructura rígida que envuelve a la
membrana. Algunas bacterias (micoplasmas) carecen
de ella.
Cápsula. Estructura temporal, flexible y externa a la
pared que sólo presentan ciertas bacterias y les
proporciona resistencia frente a condiciones adversas.
Membrana plasmática. Bicapa lipídica con proteínas,
incluidas algunas enzimas.
Ribosomas. Orgánulos no membranosos, libres en el
citoplasma, que se encargan de la síntesis proteica.
Nucleoide. Una única molécula circular de ADN,
asociada a proteínas no histónicas, y enrollada en
superhélice.
Plásmidos. Pequeñas moléculas circulares de ADN.
Pueden unirse al nucleoide y ser transferidas a otras
bacterias.
Flagelos. Sólo en algunas bacterias. Son
prolongaciones no envueltas por la membrana, con
movimiento ondulatorio y que permiten el movimiento
de la célula.
Fimbrias. Prolongaciones cortas y numerosas,
formadas por prolongaciones citoplasmáticas, que
permiten la adherencia a superficies.
Pili. Prolongaciones muy similares a las fimbrias, pero
más largas y encargadas de la conjugación
bacteriana.
2.2. ORGANIZACIÓN EUCARIOTA
Mucho mayor y más compleja que la procariota, la célula
eucariota presenta una membrana plasmática que delimita
un citoplasma compartimentado por numerosos orgánulos
membranosos. Tienen un núcleo verdadero, formado por
una doble membrana que contiene el material genético.
El citoplasma consta de una porción acuosa, el citosol, y una
parte proteica, el citoesqueleto.
Existen dos tipos de organización eucariota: la célula animal
y la célula vegetal.
2.2.1. LA CÉLULA ANIMAL
Muy compleja y con elevada actividad metabólica. Consta de:
Membrana plasmática. Bicapa lipídica (fosfolípidos y
colesterol) con proteínas y glúcidos. Controla el paso
de sustancias y se encarga de la comunicación celular.
Citosol. Medio acuoso del citoplasma donde transcurre
gran parte del metabolismo. Contiene enzimas,
inclusiones y biomoléculas.
Citoesqueleto. Conjunto de filamentos proteicos de
diferente grosor (microtúbulos, microfilamentos y
filamentos intermedios) que dan forma a la célula y
contribuyen a su movimiento y el de los orgánulos,
incluidos los cromosomas durante la división celular.
Forman parte de cilios, flagelos, huso acromático,
centriolos, pseudópodos, …
Núcleo Orgánulo membranoso de gran tamaño. Tiene
doble membrana y contiene la cromatina (ADN
asociado a proteínas histónicas), así como uno o varios
nucleolos.
Centrosoma. El centrosoma es una estructura densa
del citoplasma encargada de fabricar microtúbulos. En
las células animales, dentro del centrosoma están los
centriolos, estructuras cilíndricas perpendiculares entre
sí, formadas por microtúbulos. Contribuyen a la
formación del huso acromático en la división celular, la
formación de cilios y flagelos y a organizar el resto de
microtúbulos.
Ribosomas. Orgánulos no membranosos. Formados por
ARN y proteínas. Sintetizan proteínas (traducción).
Pueden estar libres o adheridos a la membrana del RER
y del núcleo.
Retículo endoplasmático (RE). Red de espacios
membranosos interconectados entre sí y con la
membrana plasmática y nuclear. Hay un RE liso, sin
ribosomas, que sintetiza lípidos y elimina sustancias
tóxicas; y un RE rugoso, con ribosomas, que sintetiza
proteínas.
Aparato de Golgi. Sáculos membranosos apilados.
Modifica, secreta y distribuye sustancias elaboradas en
el RE mediante vesículas que van a la membrana
plasmática o al exterior celular.
Mitocondrias. Orgánulos con doble membrana, una
externa lisa y otra interna con numerosos pliegues
(crestas). Su espacio interior se denomina matriz.
Contienen su propio ADN circular y ribosomas de tipo
bacteriano. Son las encargadas de obtener la mayor
parte de la energía celular mediante la respiración
celular aerobia.
Lisosomas. Vesículas membranosas formadas en el
Golgi. Contienen hidrolasas, enzimas digestivas, para
la digestión intracelular.
Peroxisomas. Vesículas membranosas encargadas de
reacciones de oxidación.
2.2.2. LA CÉLULA VEGETAL
Tienen una organización semejante a la animal. Contiene los
mismos orgánulos, salvo los centríolos. Se comunican entre
ellas mediante perforaciones de la pared llamadas
plasmodesmos.
La célula vegetal contiene las siguientes estructuras
exclusivas:
Pared celular. Envoltura rígida por fuera de la
membrana plasmática. Está formada principalmente por
celulosa. Existe una pared primaria, delgada y flexible,
típica de células jóvenes; y una pared secundaria,
gruesa y rígida, en células adultas.
La pared tiene numerosas funciones:
Soporte mecánico: proporcionan sostén a toda la
planta, como un esqueleto.
Turgescencia: protege a la célula de fenómenos
osmóticos en medio hipotónico, impidiendo que
estalle.
Protección: frente a la abrasión y el ataque de
insectos y patógenos.
Comunicación: permite el intercambio de
sustancias entre células, sobre todo a través de
plasmodesmos, canales citoplasmáticos que
comunican células adyacentes.
Crecimiento y diferenciación: orienta el
crecimiento celular y participa en la diferenciación
en tejidos.
Plastos. Orgánulos con doble membrana y diferentes
tipos. Amiloplastos: almacenan almidón.
Cromoplastos: plastos que almacenan pigmentos que
dan color a flores, raíces y frutos. Oleoplastos:
almacenan lípidos. Proteinoplastos: almacenan
proteínas. Cloroplastos: de color verde, contienen
pigmentos diversos y membranas internas (tilacoides)
dentro de un espacio interior (estroma). En los
tilacoides, que suelen agruparse en sacos apilados
(grana) están los pigmentos para realizar la
fotosíntesis. También tiene ADN circular y ribosomas
de tipo bacteriano.
Vacuolas: orgánulos membranosos de gran tamaño que
realizan diversas funciones: ósmosis, digestión, almacén
de nutrientes y desechos, etc.
2.2.3. EL NÚCLEO CELULAR
El núcleo es un orgánulo membranoso presente en las
células eucariotas. Controla la actividad celular y la división
gracias al ADN, material genético que almacena la
información hereditaria de la célula.
COMPONENTES DEL NÚCLEO
El núcleo es una estructura compleja, formada por: la
membrana nuclear, el nucleoplasma, el nucleolo y la
cromatina.
Membrana nuclear: es una doble membrana, de
composición similar a la plasmática. Se continúa con el
retículo endoplasmático rugoso y presenta ribosomas
en su superficie externa. La membrana nuclear está
atravesada por numerosos orificios, los poros
nucleares, que permiten el intercambio de sustancias
entre el núcleo y el citoplasma.
Nucleoplasma: líquido interno del núcleo, formado por
una disolución acuosa de diversas sustancias que
intervienen en la actividad nuclear.
Nucleolo: región densa del núcleo donde se concentra
el material genético implicado en la fabricación de
ribosomas, así como fragmentos de éstos.
Cromatina: es ADN unido a proteínas estructurales,
como las histonas. Consta de numerosas cadenas
lineales de diferente longitud, cuyo número es
característico de cada especie. En los seres humanos
hay 46 filamentos.
CROMATINA Y CROMOSOMAS
Durante la mayor parte de su ciclo vital, las células no se
dividen, sino que realizan su actividad normal. Esta fase de
su ciclo es la interfase.
Durante la interfase el ADN está descondensado, repartido
por el nucleoplasma en forma de cromatina, no visible al
microscopio óptico.
Cuando la célula va a dividirse, duplica el ADN y condensa
la cromatina, con lo que aparecen filamentos cortos y
densos, con forma de X, llamados cromosomas.
Según el número de juegos de cromosomas que posean,
las células y los organismos se clasifican en:
Diploides (2n): células con 2 juegos de cromosomas,
uno paterno y otro materno, que forman parejas de
homólogos. Los cromosomas homólogos llevan
información para los mismos caracteres, pero no
necesariamente la misma información.
Haploides (n): células con un único juego de
cromosomas. Esporas, gametos, algunas algas,
hongos e incluso algunos animales.
Poliploides: células con 3 (triploides, 3n), 4
(tetraploides, 4n) o más juegos de cromosomas.
Para ir a donde no se sabe hay que ir por donde no se sabe.” San Juan de la Cruz
“It must be a strange world not being a scientist, going through life not knowing--or
maybe not caring about where the air came from, where the stars at night came from
or how far they are from us. I WANT TO KNOW” Michio Kaku
“Nullius in verba” Robert Boyle, Christopher Wren y Robert Hooke
LUCA o PACO (Primer
Antepasado Común Original)
Microgotas sin membrana
En 2021 se descubrió un
mecanismo por el que,
partiendo de microgotas sin
membrana (coacervados),
podrían haberse originado las
primeras células hace 3.500
millones de años.
Tendencias
Las bacterias se complican
En 2017 se descubrió que en el interior de algunas bacterias (Halothiobacillus
neapolitanus) hay multitud de compartimentos proteínicos, cuya función se
desconoce, pero se creen relacionados con el metabolismo.
Comunicación entre virus
En 2022 se descubrió que los bacteriófagos
(virus qu parasitan bacterias) tienen un sistema
de comunicación entre ellos que les permite
controlar las infecciones.
CSIC
Bacteria gigante
En 2022 se descubrió una bacteria que mide
hasta 2 centímetros (5.000 veces mayor que
cualquier otra) y, además, tiene su inmenso
ADN rodeado por una membrana. Se ha
propuesto nombrarla Thiomargarita
magnifica y podría ayudar a entender el
origen de las células complejas.