07. estructuras citoplasmáticas

7/30/2019 07. Estructuras citoplasmticas

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UNIDAD I: LA CLULA

ESTRUCTURAS CITOPLASMTICASINTRODUCCIN

En los eucariontes, las membranas dividen al citoplasma en compartimentos, que los bilogosdenominan organelos. Muchas de las actividades bioqumicas de las clulas (metabolismocelular), tienen lugar en estas estructuras. Estos espacios son importantes como sitios donde semantienen condiciones qumicas especficas, que incluso varan de organelo en organelo. Losprocesos metablicos que requieren condiciones diferentes, pueden tener lugar simultneamenteen una nica clula porque se desarrollan en organelos separados.

Otro beneficio de las membranas internas es que aumentan el rea total membranosa de unaclula eucaritica. Una clula eucaritica tpica, con un dimetro diez veces mayor que una clulaprocaritica, tiene un volumen citoplasmtico mil veces mayor, pero el rea de la membrana

plasmtica es slo cien veces mayor que la de la clula procaritica. Adems, la clula poseeotras estructuras no membranosas, que tambin cumplen importantes y variadas funciones.

Si se excluyen los compartimientos rodeados por membranas del citoplasma, lo que queda sedenomina citosol. En general el citosol en las clulas eucariticas ocupa el espacio mayor y enlas bacterias es lo nico que se observa porque estas no poseen un sistema de endomembranas.El citosol es un coloide que se comporta como un gel acuoso por la gran cantidad de molculasgrandes y pequeas que se encuentran en l, principalmente protenas. Debido a la composicindel citosol, en l tienen lugar la mayora de las reacciones qumicas del metabolismo, como lagluclisis, la gluconeognesis, as como la biosntesis de numerosas molculas. En el citosol seencuentran los ribosomas, las inclusiones y est cruzado por filamentos proteicos que formanel citoesqueleto

A continuacin se revisarn los compartimientos membranosos (organelos) del citoplasma ytambin las estructuras que se encuentran en el citosol.

Figura 1. Los organelos intramembranosos estn distribuidos en todo el citoplasma. (A) Existe unavariedad de compartimientos rodeados de membrana en las clulas eucariontes, cada uno especializadopara efectuar diferentes funciones. (B) El resto de la clula, con exclusin de los organelos, se denominacitosol (sombreada). Esta regin es el lugar en donde se lleva a cabo muchas de las actividades vitales de la clula.


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1. ESTRUCTURAS MEMBRANOSAS: ORGANELOS

Con doble membrana Ncleo: control de la herencia y metabolismoConsiderado como un compartimiento o como el organelo ms importante para la clula debido aque es el lugar fsico donde se encuentra el material gentico o DNA, responsable del controlmetablico y de la continuidad de la vida.Su tamao y posicin son variables, dependiendo de las necesidades de la clula, su nmerovara de acuerdo al tipo de clulas, en general se acepta que un determinante de esto es lanecesidad de control metablico por parte de la clula, por ejemplo, clulas hepticas grandespueden tener 2 3 ncleos, lo mismo ocurre con clulas musculares estriadas.

En el ncleo interfsico se distinguen:

Componentes Descripcin estructural

Membrananuclear(Carioteca)

Es doble, en su cara que mira hacia el citoplasma se observan ribosomas adheridos, se postulacomo parte del sistema de endomembranas. Est atravesada por el complejo de poro, formadopor protenas globulares lo que permite el transporte en ambas direcciones a travs de lamembrana (Figura 2).

Cariolinfa(carioplasma)

Es la matriz nuclear (cariolinfa) o nucleoplasma. Es la parte lquida del ncleo que puede tener enestado soluble minerales, nucletidos u otro componente necesario para la conformacin de lacromatina.

Cromatina

Presenta dos estados que es posible observar al microscopio: heterocromatina y eucromatina.

Heterocromatina: es la forma condensada en que se organiza la cromatina. Se ve como manchasdensas de cromatina, frecuentemente est adherida a la membrana nuclear donde presentaespacios ms claros sobre los poros de dicha membrana. La heterocromatina es consideradainactiva desde el punto de vista de la transcripcin.

Eucromatina, tiene el aspecto de granulacin fina y homognea, es decir descondensada, laxa. Esms abundante en clulas que estn en activa transcripcin o replicacin de DNA. Estorequiere que la cromatina est desenrollada, tal que exista el mximo contacto entre loscompuestos del nucleoplasma, como los sistemas enzimticos para la lectura del cdigo gentico, o

sustancias a incorporar a las cadenas de DNA, como los nucletidos.

Nuclolo

Subestructura que no posee membrana, es la porcin del DNA, de los cromosomas que contienengenes para que se realice la transcripcin de RNA ribosomal (rRNA), estas zonas especiales del DNAse llaman zonas organizadoras nucleolares (ms conocidas como zonas o regiones NORaqu searman las sub-unidades ribosomales. Su nmero depende de la cantidad de protenas que tengaque sintetizar la clula.

Figura 2. Ncleo interfsico.


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Figura 3. Niveles de organizacin: de DNA a cromosoma. A partir de la doble hlice de la molcula deDNA y la incorporacin progresiva de protenas, se organiza la fibra de cromatina y desde sta loscromosomas. Los cromosomas no tienen ningn tipo de membrana.


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Mitocondria: central abastecedora de energa

Las mitocondrias llevan a cabo la respiracincelular, en la cual la energa qumica de losalimentos es convertida en la energa qumicade una molcula denominada ATP. El ATP esla fuente principal de energa para el trabajo

celular. La estructura de la mitocondria seajusta a su funcin. En la figura 4 se puedeapreciar que est rodeada por dosmembranas y presenta dos compartimentos.La membrana interna rodea el segundocompartimento, al cual se le llama matrizmitocondrial, donde ocurren muchas de lasreacciones qumicas de la respiracin celular.La membrana interna est muy plegada(crestas) aumentando el rea para favorecerla capacidad de la mitocondria para producirATP.

La mitocondria contiene DNA, enzimas y ribosomas lo que le confiere autonoma por ello se laconsidera un organelo semiautnomo. La teora de la endosimbiosis (Margulis, 1970), proponeun origen procariota para este organelo, por su semejanza con las bacterias.

Cloroplasto: fbrica de alimento

Todas las partes verdes de una planta poseen cloroplastos y pueden llevar a cabo la fotosntesis.El color verde proviene de los pigmentos de clorofila contenidos en su interior. Son organelos dedoble membrana, la interna forma las granas que contienen los tilacoides; donde se encuentra laclorofila y el espacio restante se llama estroma. La clorofila absorbe la energa solar que le

permite al cloroplasto fabricar las molculas dealimento. Al igual que la mitocondria, l cloroplastocontiene DNA, enzimas y ribosomas lo que leconfiere autonoma por ello se la considera unorganelo semiautnomo. La teora de laendosimbiosis, tambin (Margulis, 1970), proponeun origen procariota para este organelo, por susemejanza con las bacterias (Figura 5).

Figura 5. Esquema de un cloroplasto.

Figura 4. Esquema y microfotografa deuna mitocondria.


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Con simple membrana

Retculos endoplasmticos

Son organelos formados por membrana simple de igual naturaleza que la membrana celular.Existen dos variedades:

Retculo endoplasmtico liso (REL), la mayor parte de su actividad es llevada a cabo porenzimas que se encuentran en sus membranas que son capaces de:

sintetizar lpidos: fosfolpidos y esteroides participar en la eliminacin de toxinas. En las clulas musculares este organelo recibe el nombre de retculo sarcoplsmico el cual

almacena ion calcio.

Retculo endoplasmtico rugoso (RER), el trmino rugoso se refiere a la apariencia de esteorganelo en las microfotografas electrnicas, como resultado de la presencia de ribosomas en susuperficie exterior .Este retculo participa en tres funciones principales:

Fabricacin de membranas Sntesis de protenas Glicosilacin parcial de protenas y lpidos.

Complejo de Golgi: organelo empaquetador y exportador. Las funciones en la que esteorganelo participa son:

glicosilacin de protenas y de lpidos; empaquetamiento de ambos tipos de molculas; formacin de lisosomas y vacuolas de secrecin; formacin de la pared celular primaria en clulas vegetales (fragmoplasto).

El sistema de endomembranas formado por la carioteca externa, el REL, el RERy el aparato de Golgi, permiten que el citoplasma sea recorrido por una especie decanales o carreteras que facilitan el traslado de diversas sustancias (Figura 6).

Lisosoma: digestin intracelular

Los lisosomas, son organelos que contienen enzimas digestivas provenientes del RER y son ellugar de hidrlisis de macromolculas como protenas, polisacridos, cidos nucleicos y lpidos asus unidades monomricas. La membrana de los lisosomas se origina en el aparato de Golgimide cerca de 1 m de dimetro, y corresponde a una bicapa lipdica. Y existen muchas docenas

de ellos en la clula, segn sus necesidades.

Los lisosomas son los lugares para la degradacin de los alimentos y los objetos extraos captadospor la clula, los cuales ingresan en un proceso denominado fagocitosis, formndose as unfagosoma que contiene alimento o algn otro material. El fagosoma se fusiona con un lisosomapara formar una vacuola digestiva, en el que ocurre la digestin intracelular (Figura 6).

Las enzimas de la vacuola digestiva, hidrolizan rpidamente las partculas de alimento. Estasreacciones se incrementan por la leve acidez del interior del lisosoma, donde el pH es inferior aldel citoplasma circundante. Los productos de la digestin salen a travs de la membrana del


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lisosoma y proporciona molculas de combustible y materias primas para otros procesoscelulares. Una vez finalizado este proceso, esta vacuola digestiva que an contiene partculas nodigeridas (residuos) se mueve entonces hacia la membrana plasmtica, se fusiona con ella ylibera sus contenidos no digeridos al exterior de la clula.

Los lisosomas tambin tienen por funcin eliminar organelos viejos y en general digerir sus

propias macromolculas, proceso denominado autofagia (Figura 6). En este proceso se forma lavacuola autofagia en la cual se digieren las macromolculas a molculas simples que salen dellisosoma a travs de su membrana para ser reutilizados en el citoplasma.

Peroxisoma: detoxificador intracelular

Contiene enzimas oxidativas que degradan cidos grasos ( oxidacin), generando perxido de

hidrgeno (H2O2), txico para las clulas. Otra de sus enzimas escinden al perxido en agua yoxgeno, as no daa la clula. Abundan en las clulas del hgado donde eliminan sustanciastxicas como el etanol.

Las protenas de los peroxisomas se sintetizan en ribosomas citoslicos libres, los fosfolpidostambin se importan a los peroxisomas desde el Retculo Endoplasmtico. La incorporacin deprotenas y fosfolpidos permite el crecimiento de los peroxisomas y la formacin de nuevosperoxisomas mediante la divisin de los viejos.

Vacuola.

Se las puede considerar como cavidades rodeadas por membranas (tonoplasto) que puedencontener distintas sustancias y por lo tanto, prestar diferentes funciones a la clula. Estos

organelos son de variados tamaos, por ejemplo, en la clula vegetal ocupan el 90% o ms delvolumen celular. Esta gran vacuola resulta de la fusin de membranas provenientes de losretculos o del dictiosoma (complejo de Golgi) y puede contener sales minerales, almidn,protenas y pigmentos, todo este conjunto de sustancias le confiere a esta vacuola un carcterhipertnico, es decir con una alta capacidad para atraer agua, lo que en la clula vegetal generala presin de turgencia.

En clulas animales, las vacuolas no se requieren para generar turgencia, pues son isotnicas,son de pequeo tamao, pero s tienen variadas funciones como por ejemplo: en protozoarioscumplen la funcin de ser pulstiles ya que pueden ir y venir desde y hacia la membrana celularpara eliminar agua, en otras clulas conforman vacuolas de tipo fagocitarias, de excrecin,residuales, etc.


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Figura 6. Sistema de endomembranas, destacando la funcin de los lisosomas en la fagocitosis y autofagia.

Fagosoma

El Acrosoma corresponde a unaestructura membranosa que se ubicaen la parte externa de la cabeza delespermatozoide .Se forma a partirdel aparto de Golgi y contiene uncierto numero de enzimas similares alas que se encuentran en loslisosomas. Estas enzimas

desempean funciones importantesal permitir al espermatozoideingresar al ovocito II y fecundarlo.


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2. ESTRUCTURAS NO MEMBRANOSAS

Ribosoma.

Son estructuras del tipo nucleoprotenas, es decir contienen cido ribonucleico (RNA) en un70% y el restante 30% corresponde a variadas protenas de pequeo tamao. (Figura 7). Su

rol fundamental es la sntesis de protenas. Se observan en todo tipo de clulas, en losprocariotas estn libres en el citoplasma y en los eucariotas estn libres en el citosol dondeocurre sntesis de protenas de uso interno y tambin adosados a membranas como en lacarioteca y en el RER, que sintetiza protenas de exportacin. Tambin se encuentran en elinterior de mitocondrias y cloroplastos.

Figura 7. Esquema de ribosoma.

Citoesqueleto.El citoesqueleto es la base arquitectnica y dinmica de todas las clulas eucariticas y por lotanto, su organizacin tiene directa influencia en la estructura de los tejidos. Molecularmente, esuna compleja asociacin entre polmeros proteicos como los microfilamentos, microtbulos, ylos filamentos intermedios con un conjunto variable de otras protenas asociadas (Figura 8).

Figura 8. Componentes del citoesqueleto y las relaciones con elementos celulares.


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Microfilamentos.

Formados por una protena globular, la actina, que al polimerizarse forma estos microfilamentos.Entre sus funciones se cuentan: darle rigidez a las microvellosidades de las clulas intestinales,formacin de pseudpodos que le permiten a las clulas el movimiento ameboide, es responsablede la ciclosis que consiste en movimientos citoplasmticos, en clulas animales forman un anillocontrctil asociadas con miosinas en el tabique interfsico en la citodiresis; tambin asociadas a

la miosina en la clula muscular provocan la contraccin muscular (Figura 9).

Figura 9. La unidad de la contraccin muscular, sarcmero, mostrando los microfilamentos deactina y miosina que lo estructuran.

Microtbulos.

Estn constituidos por la polimerizacin de una protena globular, la tubulina, entre susfunciones se puede destacar: formar cilios y flagelos, esenciales para el movimiento celular,intervienen en la morfognesis para dar forma definitiva a la clula, sirven como guas por lascuales se transportan protenas y organelos en el citoplasma celular, forman el huso mittico a

partir del centro celular por lo tanto son responsables de los movimientos de los cromosomas,constituyen los cuerpos basales que son las estructuras de anclaje de cilios y flagelos y tambinlos centrolos (Figura 10).

Figura 10. Centrolos formados por microtbulos.


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Slo tienen centrolo las clulas animales, las clulas vegetales no los poseen pero igual formanhuso mittico, porque tienen un centro organizador de microtbulos, al no tener centrolos noforma steres y por ello su mitosis se denomina anastral (Figura 11).

Filamentos intermedios.

Son fibrosos, no se polimerizan ni despolimerizan como los microtbulos y microfilamentos, sufuncin es resistir la tensin. Hay diferentes tipos de filamentos intermedios en funcin a lacomposicin de sus protenas y su distribucin celular, por ejemplo los filamentos de queratina delas clulas epiteliales, los neurofilamentos que constituyen el citoesqueleto de las neuronasformando haces llamados neurofibrillas dando el soporte estructural y formando vas detransporte hacia y desde el cuerpo celular al axn y los filamentos de las clulas nucleolares quelimitan la superficie interna de la membrana nuclear interna.

Inclusiones

Acumulo de material de reserva o sustancias no protoplasmticas dentro del citosol, songeneralmente productos metablicos de desecho, secreciones, etc. Como ejemplo se puedencitar la melanina en el citoplasma de clulas de la piel, pelo y ojos, el glucgeno, en clulasmusculares e hgado y los triglicridos en los adipocitos.

Figura 11. (a) Presenta una clula animal mostrando los centrolos y las fibras del aster.(b) Presenta una clula vegetal slo con el organizador microtubular (en ambas clulas sepresentan los diferentes tipos de microtbulos que forman el huso mittico.

Las funciones del citoesqueleto son:

1. Participa en el movimiento ameboideo y en la emisin de seudpodos (Actina).2. Participa en la citodiresis (Actina).3. Determinar el movimiento y separacin de los cromosomas (Microtbulos).4. Producir el movimiento de cilios y/o flagelos (Microtbulos).5. Participar en la contraccin muscular (Actina y Miosina = microfilamentos).6. Determinar la forma tpica de la clula (filamentos intermedios).7. Mantener los organelos en el lugar ms adecuado para la clula.8. Inhibicin por contacto (fibronectina, espectrina, ankirina = microfilamentos).


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Comparacin entre clula animal y vegetal

Figura 12. Clula animal y Vegetal. Comparacin de los componentes de la clula de tipo animal y detipo vegetal, ambas clulas eucariontes. Ntese que las diferencias entre ambas clulas estnfundamentalmente en la presencia o ausencia de cloroplastos y de pared celular.

CUADRO COMPARATIVO ENTRE CELULA ANIMAL Y VEGETAL

CLULA ANIMAL CLULA VEGETALSin pared celular Con pared celular de celulosa

Membrana plasmtica con colesterol Membrana plasmtica sin colesterol

Sin cloroplastos Con cloroplastos

Hetertrofas Auttrofas

Poseen centrolos Sin centrolos

Divisin astral Divisin anastral

Realiza endocitosis y exocitosis No realiza endocitosis y exocitosisVacuolas pequeas isotnicas Vacuolas grandes hipertnicas

Formas segn funcin Formas regulares

Ncleo generalmente central Ncleo perifrico


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GLOSARIO

Citosol: Contenido del citoplasma, excluidos los organelos.

Granas: Estructuras de los cloroplastos formadas por discos apilados membranosos (tilacoides)que limitan un espacio intertilacoidal. En ellos se encuentran las clorofilas y los carotenoides(pigmentos fotosintticos) y es all donde ocurren las reacciones en las cuales la energa lumnica

se convierte en energa qumica.

Glioxisoma: Tipo de peroxisoma de las clulas de las semillas de ciertas plantas en las que loslpidos almacenados de transforman en azcares durante la germinacin.

Organelo: Cuerpo rodeado de membrana que se encuentra en el citoplasma de una clula.

Teora endosimbitica (ver al final del glosario).

Vescula: Saco pequeo intracelular limitado por membrana.


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Teora Endosimbitica.

En el origen del cloroplasto y las mitocondrias se alude a la Teora Endosimbitica.Brevemente esta explica lo siguiente:

Hace aproximadamente 2500 millones de aos, la atmsfera haba cambiado su condicin,de reductora a oxidante, gracias a las bacterias fotosintticas, ciertas clulas procariontes

haban comenzado a utilizar este gas en sus procesos de obtencin de energa y habanprosperado y proliferado.

Ms tarde estos organismos aerbicos fueron fagocitados por clulas de mayor tamao sinque se produjese digestin intracelular. La clula mayor (clula eucarionte precursora),obtuvo los beneficios de husped respirador de oxgeno y este a su vez encuentraproteccin y nutrientes originando as las mitocondrias, esta relacin simbitica les permitia los organismos conquistar nuevos ambientes y por el mismo mecanismo algunas de estasasociaciones simbiticas englobaron a bacterias fotosintticas, originando los cloroplastos.As se explica el origen de mitocondrias y cloroplastos y se da cuenta de sus doblesmembranas y la posicin de DNA circular y ribosomas, como su capacidad de dividirse.


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Preguntas de seleccin mltiple

1. Es correcto afirmar que se realiza biosntesis en el interior del

I) lisosoma.

II) cloroplasto.III) retculo endoplasmtico liso.

A) Slo I.B) Slo II.C) Slo III.D) Slo II y III.E) I, II y III.

2. Las clulas que tienen muy desarrollado el retculo endoplasmtico rugoso son aquellas quesintetizan

A) insulina.B) colesterol.C) aldosterona.D) trigliceridos.E) testosterona.

3. Si se bloquea con un reactivo la accin del aparato de Golgi no tendra mayor efecto en la(el)

A) hidrlisis de los alimentos en el tubo digestivo.B) replicacin semiconservativa del ADN.C) funcin del espermatozoide.D) control de la glicemia.E) digestin intracelular.

4. Mitocondrias y cloroplastos tienen en comn

I) tener ribosomas.II) poseer doble membrana.

III) dividirse por fisin binaria.

Es (son) correcto(s)

A) slo I.

B) slo II.C) slo III.D) slo I y II.E) I, II y III.


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5. Se realiz en trabajo de laboratorio en el cual se quera constatar la sntesis de molculas entres organelos (1, 2 y 3). Los datos se presentaron en la siguiente tabla (con una X se marcadonde hubo sntesis)

Considerando los resultados de este trabajo, es correcto inferir que el organelo

I) 1 est presente en toda clula vegetal.II) 2 se encuentra en toda clula eucarionte.

III) 3 se observa tanto en las clulas procariontes como eucariontes.

A) Slo I.

B) Slo II.C) Slo III.D) Slo I y II.E) I, II y III.

6. Si experimentalmente se bloquea la polimerizacin y despolimerizacin de los microtbulos,es posible afirmar que tal bloqueo tendra serias consecuencias en el (la)

I) desplazamiento de los espermatozoides en la reproduccin.II) movimiento de los cromosomas en la divisin celular.

III) secrecin de sustancias por exocitosis.

A) Slo I.B) Slo II.C) Slo III.D) Slo I y II.E) I, II y III.

7. El retculo endoplasmtico es parte del sistema de endomembranas, en este organelo ciertasmolculas lipdicas y proteicas pueden ser

I) sintetizadas.II) almacenadas.

III) transportadas.

Es (son) correcta(s)

A) slo I.B) slo II.C) slo III.D) slo I y II.E) I, II y III.

SNTESIS

organelo cidos nucleicos protenas ATP glucosa1 X X X X2 X3 X X X


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8. Si experimentalmente se aplica un potente detergente a estructuras celulares, no se daara

A) lisosoma.B) ribosoma.C) cloroplasto.D) peroxisoma.

E) mitocondrias.

9. De acuerdo con la teora endosimbitica, es posible inferir que

I) las primeras clulas debieron ser procariontes.II) necesariamente la fotosntesis precedi a la respiracin celular aerbica.III) el ncleo celular primero estaba envuelto en una bicapa lipdica y posteriormente por dos.

A) Slo I.B) Slo II.C) Slo III.D) Slo I y II.

E) I, II y III.

10. La siguiente tabla muestra las caractersticas de 3 tipos de clulas estudiadas.

Clula 1 Clula 2 Clula 3

Pared Celular Si No Si

Membrana Plasmtica Si Si Si

Mitocondrias Si Si No

Cloroplastos Si No No

Centrolos No Si No

Ncleo Si Si No

Del anlisis de los datos entregados por la tabla, es correcto inferir que la clula

I) 1 sintetiza su propio alimento.II) 2 forma steres en su divisin.

III) 3 posee el ADN circular y sin histonas.

A) Slo I.B) Slo II.C) Slo I y II.D) Slo I y III.E) I, II y III.

07. estructuras citoplasmáticas

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