¿Cuál es la definición de organelo celular?
¿Alguna vez te has preguntado de qué están hechas las células eucariotas? Aunque las células son las unidades básicas de la vida, no son simplemente protoplasma. Las estructuras subcelulares de los eucariotas, conocidas como organelos dentro de las células, completan funciones específicas, y estas subunidades suelen estar separadamente encerradas dentro de su propia bicapa lipídica. Los organelos son a las células lo que los órganos son al cuerpo, y el nombre "organelo" significa el pequeño órgano. Están bien definidos y encerrados en membranas en eucariotas, mientras que en procariontes, los organelos no están encerrados por membranas y son mucho más simples.
¿Por qué los eucariotas tienen organelos celulares limitados por membranas?
Los eucariotas suelen tener diez veces el diámetro de los procariontes, y mil veces en volumen. Este vasto tamaño significa una relación superficie-volumen más pequeña. Para minimizar la interferencia entre reacciones bioquímicas y para aumentar el área de membrana, las células eucariotas se dividen en muchos compartimentos pequeños para realizar tareas específicas. Estos organelos ocupan alrededor de la mitad del espacio de la célula eucariota. Trabajan de manera tan eficiente y ordenada como los talleres de una moderna super fábrica responsables de procesos específicos, mientras que los procariontes son más como talleres modestamente equipados.
Estructura y Funciones de los Organelos de la Célula Eucariota
Núcleo: ADN, cromosomas, centro de control
El núcleo, ovalado o esférico, es el centro de control de la célula. Está rodeado por una membrana de doble capa conocida como envoltura nuclear, con poros que permiten la entrada y salida de moléculas. El núcleo también contiene una pequeña estructura esférica llamada nucléolo donde se fabrican los ribosomas. El material genético (ADN) controla la síntesis de proteínas para regular las actividades vitales de la célula. El ADN es filamentoso la mayor parte del tiempo, mientras que se pliega en varillas cortas visibles bajo un microscopio como cromosomas durante la división celular.
¿En qué organelos ocurren la fotosíntesis y la respiración aeróbica?
Mitocondrias: Respiración aeróbica, Central Energética de la Célula
Las mitocondrias son organelos rodeados por una doble membrana. La membrana externa lisa y altamente permeable permite el paso fácil de iones y pequeñas moléculas orgánicas. La membrana interna contiene más proteínas y tiene estructuras que se pliegan hacia adentro, llamadas crestas, las cuales aumentan el área superficial para reacciones químicas. Iones y sustancias orgánicas entran y salen de la membrana interna con la ayuda de proteínas transportadoras, haciéndola menos permeable.
Las mitocondrias son los sitios responsables de la respiración celular aeróbica. Más de 100 enzimas se ubican en sus membranas y matriz, y la mayoría de ellas están relacionadas con la respiración aeróbica. El ATP producido por las mitocondrias se transporta a través de la membrana a otras partes de la célula para participar en actividades vitales. Las células con un metabolismo vigoroso y alto consumo de energía tienen más mitocondrias con crestas densas; por el contrario, las células con metabolismo más débil tienen menos mitocondrias con crestas más escasas.
Cloroplastos: Fotosíntesis, Productor de Alimento
Los cloroplastos se encuentran en las células de plantas, algas y algunos protozoos. Convierten la energía luminosa en energía química a través de un proceso llamado fotosíntesis. Los cloroplastos están rodeados por una doble membrana. La membrana externa envuelve todo el organelo y los porinas permiten el paso de moléculas menores a 10,000 de peso molecular. La membrana interna de baja permeabilidad actúa como una barrera entre el citoplasma y la matriz del cloroplasto, permitiendo solo el paso de algunas moléculas pequeñas. Las moléculas más grandes requieren la ayuda de proteínas transportadoras en la membrana interna para entrar y salir del cloroplasto.
El espacio encerrado por la membrana interna se llama matriz donde se ubican muchos sacos planos llamados tilacoides. Están interconectados entre sí para formar una entidad continua. La clorofila para la absorción de luz solar se encuentra en las membranas de los tilacoides donde se producen ATP y NADPH. La fijación del dióxido de carbono en azúcares tiene lugar en la matriz. Los cloroplastos y las mitocondrias también tienen su propio ADN y ribosomas. Se sugiere que podrían haber evolucionado de bacterias antiguas engullidas por una célula más grande.
¿Qué orgánulos participan en la producción de proteínas?
Ribosomas – Máquinas para la síntesis de proteínas
Los ribosomas son orgánulos responsables de sintetizar proteínas. Consisten en una subunidad grande y una pequeña. Cada subunidad contiene ARN ribosomal (ARNr) y proteínas. Los ribosomas existen libremente en el citoplasma o pueden estar adheridos al retículo endoplásmico (RE). Las proteínas fabricadas por ribosomas libres permanecen en el citoplasma o entran en otros orgánulos, mientras que aquellas hechas por ribosomas adheridos al RE son exportadas fuera de la célula o insertadas en la membrana celular.
Retículo Endoplásmico Procesa Proteínas y Lípidos
La membrana de una sola capa y su cavidad cerrada conforman la estructura continua del retículo endoplásmico. Se extiende desde el núcleo hasta la membrana plasmática. Ocupa alrededor del 10% del volumen celular, y la mitad del sistema de membranas proviene de él. Las áreas planas con ribosomas adheridos se llaman RE rugoso. Los péptidos sintetizados aquí se convierten en proteínas transmembrana del RE o entran en su interior para un procesamiento adicional. Otra parte del RE, sin ribosomas, se llama RE liso. Estas estructuras tubulares están involucradas en la síntesis de lípidos, desintoxicación y almacenamiento de calcio. Las sustancias orgánicas producidas en el RE suelen ser transportadas al aparato de Golgi para un procesamiento adicional.
Aparato de Golgi: Modificación de Proteínas y Transporte
El aparato de Golgi, también conocido como complejo de Golgi, es un orgánulo compuesto por múltiples sacos de membrana planos apilados. Estos sacos están rodeados por vesículas de varios tamaños. Los precursores del RE entran en el aparato de Golgi desde la región cis y luego se mueven a través de los sacos con la ayuda de vesículas. Durante este proceso, los precursores son modificados con azúcares, fosfatos u otros grupos. Finalmente, vesículas que llevan los productos terminados se desprenden de la región trans. Estas vesículas se entregan a otros orgánulos como lisosomas y peroxisomas, o se secretan fuera de la célula.
Lisosomas: Enzimas Digestivas, los Principales Sitios de Digestión Intracelular
Los lisosomas de membrana sencilla están involucrados en la digestión intracelular de materiales extracelulares y orgánulos desgastados. Usualmente, se encuentran cientos de lisosomas en las células animales. Hay alrededor de 40 tipos de enzimas hidrolíticas en su ambiente interno acuoso, tales como hidrolasas para proteínas, ácidos nucleicos, sacáridos y lípidos. Todas estas enzimas son óptimamente activas en condiciones ácidas de aproximadamente 5 de pH. Las proteínas de membrana en el lisosoma están altamente glicosiladas para protegerlas de la digestión. Los lisosomas no solo pueden digerir moléculas grandes ingeridas por la célula, sino también degradar orgánulos desgastados y biomoléculas inútiles. Los productos finales, como aminoácidos, azúcares y nucleótidos, son transportados al citosol por proteínas transportadoras en la membrana para su reciclaje.
Vacuola Central de la célula vegetal: Enzimas Digestivas, Pigmentos
En las plantas, hay orgánulos celulares similares a los lisosomas llamados vacuolas centrales, encerradas por una membrana sencilla. Contienen varias enzimas para descomponer macromoléculas como proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos. El jugo celular en la vacuola central de la planta contiene iones, azúcares, aminoácidos, proteínas, alcaloides, etc. Algunas vacuolas centrales de plantas también contienen pigmentos que muestran una apariencia colorida. La alta presión osmótica del jugo celular permite que las células vegetales absorban agua desde el exterior. Esta presión soporta los tejidos vegetales blandos y los mantiene en un estado hinchado. Las células vegetales inmaduras contienen muchas vacuolas pequeñas brotadas del retículo endoplásmico. Estas pequeñas vacuolas se fusionan en una gran vacuola central durante el crecimiento celular. Más del 90% del volumen es ocupado por la vacuola en células vegetales maduras.
Peroxisomas
Los peroxisomas son pequeños orgánulos celulares de membrana simple. Contienen oxidasas y catalasas. El número de estos orgánulos y los tipos de enzimas que contienen dependen de las condiciones ambientales de la célula. Las personas que beben alcohol frecuentemente tienden a tener un mayor número de peroxisomas. El peróxido de hidrógeno producido por las oxidasas se descompone rápidamente en agua por la catalasa. Una porción del alcohol y ácidos grasos es metabolizada en peroxisomas.
Estructuras Subcelulares no Organelicas
Además de los orgánulos celulares, la membrana celular, la pared celular y el citoesqueleto también son estructuras subcelulares vitales. Desempeñan roles importantes en mantener la estabilidad del entorno intracelular y la forma de la célula.
Membrana Celular o Membrana Plasmática
El componente principal de la membrana celular son las moléculas de fosfolípidos que están dispuestas en dos capas. Las cabezas hidrofílicas de fosfato se enfrentan a los entornos acuosos intracelular y extracelular. Las colas de hidrocarburos son hidrofóbicas y apuntan hacia el interior de la bicapa. Varias proteínas incrustadas en la membrana celular sirven como receptores, transportadores, enzimas o anclas para otras moléculas. La permeabilidad selectiva de la membrana celular aísla la célula de su entorno circundante. Controla la entrada y salida de moléculas para mantener la homeostasis dentro de la célula.
Pared Celular
La pared celular es un revestimiento protector y de soporte adicional fuera de la membrana celular de plantas, hongos y bacterias. Ayuda a mantener la forma y tamaño de la célula, y previene que la célula estalle debido a la presión osmótica. La pared celular está hecha de diferentes materiales dependiendo del tipo de célula.
Por ejemplo, las paredes celulares de las plantas están compuestas principalmente de celulosa. La estructura similar a un cable de la celulosa entrelazada da a las plantas dureza y fuerza. La lignina en algunas células vegetales se inserta en los huecos de la celulosa para hacer que la planta sea más rígida y menos propensa a doblarse. Las paredes celulares bacterianas están hechas de una estructura similar a una malla llamada peptidoglicano que contiene azúcares y cadenas cortas de péptidos. Las paredes celulares de los hongos están hechas de quitina. Es una estructura de cadena compuesta por miles de unidades de N-acetilglucosamina.
Citoesqueleto
Los biólogos descubrieron una estructura de red que atraviesa todo el citoplasma mediante el microscopio electrónico en 1960. Luego, se le nombró como citoesqueleto. Antes de este descubrimiento, los biólogos creían que los orgánulos estaban suspendidos en el citosol y se movían por difusión libre. Se piensa generalmente que el citoesqueleto existe en células eucariotas, pero los procariontes también tienen un citoesqueleto. Sin embargo, no es tan complejo como en eucariotas para controlar finamente las actividades vitales intracelulares.
Los componentes del citoesqueleto en eucariotas incluyen microtúbulos, microfilamentos e intermediarios filamentos. Los orgánulos y enzimas están unidos al citoesqueleto y se mueven a lo largo de él con la ayuda de proteínas motoras y ATP. Los filamentos intermedios relativamente estables le dan a la célula y algunos orgánulos una estructura estable. Por ejemplo, el material genético dentro del núcleo está ubicado en una jaula hecha de filamentos intermedios. Mientras tanto, los microtúbulos y los microfilamentos están en un estado dinámico de ensamblaje y desensamblaje, lo cual es crucial para cambios rápidos en la forma celular y control preciso de las actividades vitales. Por ejemplo, esto es particularmente importante para la ameba o células inmunes engullendo presas y la distribución equitativa de cromosomas durante la mitosis.
Dado que las células animales carecen de las paredes celulares rígidas como las plantas, dependen más del sistema de citoesqueleto para controlar la forma y movimiento celular.