Estructura y Funciones de los Orgánulos Celulares

Centrosoma

El centrosoma es un orgánulo sin membrana, presente en casi todas las células animales. Es el Centro Organizador de Microtúbulos (COMT).

• Estructura: Formado por dos centriolos rodeados de material pericentriolar, de donde emergen los microtúbulos (fibras del áster).
• Funciones principales:
  1. Organizar los microtúbulos del citoesqueleto.
  2. Participar en la división celular: se duplica y ayuda a formar el huso mitótico para separar cromosomas.
  3. Producir microtúbulos de cilios y flagelos, permitiendo el movimiento de algunas células.

Los Ribosomas

Son estructuras no membranosas que se encargan de traducir la información genética contenida en el ARN mensajero (procedente del ADN) para sintetizar proteínas necesarias para el mantenimiento y funcionamiento de la célula.

Se pueden encontrar:

• Libres en el citosol.
• Pegados al Retículo Endoplasmático Rugoso (RER).
• Dentro de mitocondrias y cloroplastos.

Retículo Endoplasmático (RE)

Sistema membranoso que forma una red de túbulos y sacos conectados entre sí, y con el aparato de Golgi y la membrana nuclear.

1. Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)

Tiene ribosomas pegados a la cara citosólica (superficie que da hacia el citoplasma/citosol), lo que le da una apariencia granulosa.

• Función: Sintetizar y almacenar proteínas y prepararlas para su transporte. Inicio de la glucosilación (unión de azúcares con proteínas, formando glucoproteínas) que se transportan al aparato de Golgi (donde acaba este proceso).

2. Retículo Endoplasmático Liso (REL)

No tiene ribosomas, lo que le confiere una apariencia lisa, con una red tubular fina.

• Función:
  • Sintetizar lípidos. Los lípidos son biomoléculas que almacenan energía de manera eficiente y cumplen funciones de reserva energética, estructural y reguladora.
  • Plegar y madurar proteínas para que sean funcionales mediante plegamiento tridimensional.
  • Detectar proteínas defectuosas y enviarlas al citoplasma para destruirlas.
  • Detoxificación: Elimina toxinas.
  • Producir vesículas de transporte para proteínas y lípidos hacia el aparato de Golgi. (Vesículas de transporte: “burbujas” membranosas dentro de la célula que funcionan como transportadoras).

Aparato de Golgi

Orgánulo membranoso descubierto por Camillo Golgi. Está formado por dictiosomas (conjuntos de sacos aplanados o cisternas celulares que modifican, empaquetan y distribuyen proteínas y lípidos).

• Estructura: Cada dictiosoma está formado por varios sacos aplanados (cisternas) y vesículas. El número de dictiosomas varía.
• Polaridad: Cada dictiosoma tiene dos caras:
  • Cara cis: Orientada al RE, recibe proteínas y lípidos.
  • Cara trans: Orientada hacia la membrana plasmática. De aquí salen/son enviadas las vesículas de secreción.
• Funciones:
  • Produce la mayoría de los polisacáridos de la célula. (Polisacáridos: glúcidos formados por la unión de muchos monosacáridos que cumplen funciones de reserva energética o estructural).
  • Modifica y madura proteínas y lípidos que vienen del retículo endoplasmático.
  • Empaqueta y distribuye moléculas en vesículas para:
    • Ser secretadas al exterior.
    • Enviarse a otros lugares de la célula, como a otros orgánulos.
  • Interviene en la formación del acrosoma del espermatozoide y del tabique telofásico en células vegetales.

Lisosomas

Son vesículas esféricas derivadas del aparato de Golgi que contienen enzimas hidrolíticas (digestivas). Descomponen biomoléculas y desechos celulares en componentes más simples, protegiendo al citosol de su propio sistema digestivo.

• Función principal: Digestión celular. Los productos de la digestión se reutilizan o se expulsan al exterior. El encierro de las enzimas en vesículas protege el citosol de la digestión.

Peroxisomas

Pequeñas vesículas que se encuentran en el citoplasma.

• Función principal: Detoxificación, es decir, eliminar sustancias tóxicas dentro de la célula, utilizando oxígeno en reacciones químicas.
• Durante estas reacciones se produce peróxido de hidrógeno ($ ext{H}_2 ext{O}_2$), que es muy tóxico. El peróxido se degrada dentro del propio peroxisoma, protegiendo así al resto de la célula.

Vacuolas

Vesículas grandes presentes sobre todo en células vegetales.

• Funciones principales:
  • Almacenamiento.
  • Mantener la forma de la célula gracias a la presión que ejercen sobre la turgencia (pared).

Mitocondrias

Orgánulos celulares presentes en todas las células eucariotas.

• Estructura: Rodeadas por dos membranas: una membrana externa lisa y una membrana interna con multitud de pliegues, que forman las crestas mitocondriales.
• Contienen ADN propio (distinto del nuclear) y ribosomas, lo que les permite producir algunas de sus proteínas (estructura parecida a la de las bacterias, de doble hélice y circular).
• Función principal: Generar energía para la célula en forma de ATP mediante la respiración celular (transformando glucosa y oxígeno en energía). Se heredan por vía materna y se dividen por fisión binaria.

Cloroplastos

Orgánulos presentes en células vegetales y algas.

• Estructura: Rodeados por doble membrana y contienen clorofila (pigmento verde). Tienen ADN propio y ribosomas, como las mitocondrias.
• Función principal: Realizar fotosíntesis, es decir, transformar luz solar, agua y $ ext{CO}_2$ en glucosa y oxígeno.
• Fotosíntesis: Proceso por el que se sintetiza materia orgánica a partir de inorgánica con la intervención de la energía solar captada por la clorofila.
• Contienen tilacoides (sacos aplanados donde se encuentra la clorofila y donde ocurre la fase luminosa) y estroma (el espacio interior de los cloroplastos, donde ocurre la fase oscura).

Núcleo

Estructura que contiene la mayor parte del material genético de la célula y controla su actividad. Está rodeado de una doble membrana llamada envoltura nuclear, con poros que permiten el intercambio de sustancias.

• En su interior se encuentran:
  • Cromatina: Formada por ADN y proteínas, que durante la división celular se condensa formando cromosomas.
  • Nucléolo: Donde se forman los ribosomas.

Procesos Energéticos

Fotosíntesis

La fotosíntesis es el proceso que realizan las plantas, algas y algunas bacterias para fabricar su propio alimento. Ocurre en los cloroplastos de las hojas y se divide en dos fases:

1. Fase Luminosa: Necesita luz solar. La clorofila capta la energía de la luz y la usa para descomponer el agua ($ ext{H}_2 ext{O}$) en oxígeno (que se libera al aire), protones y electrones; además, se producen moléculas energéticas como el ATP y el NADPH.
2. Fase Oscura (o Ciclo de Calvin): No necesita luz directamente. Esa energía (ATP y NADPH) se utiliza para convertir el dióxido de carbono ($ ext{CO}_2$) del aire en glucosa, el alimento de la planta.

Gracias a este proceso, se produce oxígeno y se mantiene la vida en la Tierra.

Respiración Celular

La respiración celular se reparte en fases por la célula:

Etapa 1: Glicólisis (en el citoplasma) – Degradación de glucosa

Todo comienza fuera de la mitocondria, en el citoplasma. Una molécula de glucosa (de 6 carbonos) se rompe en moléculas más pequeñas de 3 carbonos, obteniéndose una pequeña cantidad de ATP.

“La glicólisis es la primera etapa de la respiración celular en la que la glucosa se degrada en el citoplasma, obteniéndose una pequeña cantidad de ATP.”

Etapa 2: Oxidación en la matriz – Ciclo de Krebs

Las moléculas resultantes entran en la matriz mitocondrial, donde la materia orgánica se degrada completamente, liberándose dióxido de carbono ($ ext{CO}_2$).

“El ciclo de Krebs es una etapa de la respiración celular que ocurre en la matriz mitocondrial, donde la materia orgánica se degrada completamente y se libera dióxido de carbono.”

Etapa 3: Membrana interna y ATP

El proceso finaliza en la membrana interna de la mitocondria, en las crestas mitocondriales, donde el hidrógeno se une al oxígeno para formar agua ($ ext{H}_2 ext{O}$) y se produce la mayor parte del ATP que la célula utiliza para sus funciones vitales.

“La cadena respiratoria es la fase final de la respiración celular que tiene lugar en la membrana interna de la mitocondria, donde se produce la mayor parte del ATP y se forma agua al unirse el hidrógeno con el oxígeno.”

• Aerobia: Con oxígeno. La célula usa oxígeno para producir mucho ATP en la mitocondria.
• Anaerobia: Sin oxígeno. La célula produce energía mediante fermentación, obteniendo poca energía (ATP). La fermentación es un proceso anaerobio en el citoplasma donde la glucosa se degrada parcialmente, produciendo poca energía (ATP) y sustancias orgánicas.

¿Qué es la matriz mitocondrial?

Las mitocondrias poseen dos membranas: una externa lisa y una interna con pliegues llamados crestas mitocondriales. El espacio situado en el interior de la membrana interna se denomina matriz mitocondrial.

La matriz mitocondrial es fundamental porque contiene enzimas necesarias para la respiración celular, donde se oxidan (descomponen) los nutrientes orgánicos y se libera energía que se utiliza para formar ATP, produciéndose sustancias inorgánicas como $ ext{CO}_2$ y $ ext{H}_2 ext{O}$.

– La matriz mitocondrial es el interior de la mitocondria donde, gracias a enzimas, ocurre parte de la respiración celular y se obtiene energía.

Componentes Citoplasmáticos de la Célula Eucariota

Membrana Plasmática

Fina envoltura presente en TODAS las células que protege y regula el intercambio de sustancias entre el citoplasma y el exterior. Está formada por una doble capa de lípidos, con proteínas insertadas o adheridas a una de las capas. Algunas proteínas actúan como receptores de estímulos.

Paso de sustancias a través de ella:

La entrada y salida de materia depende del tamaño y naturaleza de las moléculas.

• Difusión: Moléculas pequeñas como $ ext{CO}_2$ y $ ext{O}_2$ pasan directamente.
• Ósmosis: El agua entra y sale de la célula.
• Endocitosis: La célula captura materia de gran tamaño formando un repliegue de la membrana hacia dentro.
• Exocitosis: Expulsión de moléculas grandes hacia el exterior (opuesto a la endocitosis).
• Permeasas: Proteínas que transportan sustancias; si lo hacen contra el gradiente de concentración, necesitan energía.

Citoplasma

Contenido localizado entre el núcleo y la membrana plasmática.

• Constituido por:
  • Citosol: Medio acuoso donde están los orgánulos.
  • Citoesqueleto: Red de filamentos proteicos que mantiene la forma de la célula.
  • Orgánulos celulares.
  • Moléculas de distinta naturaleza: proteínas, aminoácidos, glúcidos, lípidos, sales minerales, etc.

Citoesqueleto

Red compleja de filamentos proteicos interconectados que permite rapidez en su ensamblaje y desensamblaje.

• Tipos de filamentos:
  1. Microfilamentos: Actina, finos y frágiles, forman redes cerca de la membrana, permiten movimientos celulares.
  2. Filamentos intermedios: Proteínas alargadas, como cuerdas; resistentes y estables; proporcionan resistencia mecánica a la célula.
  3. Microtúbulos: Tubulina, cilíndricos y rígidos; intervienen en transporte intracelular/interno y división celular.
• Funciones:
  • Mantener la forma de la célula.
  • Permitir movimientos celulares.
  • Transportar materiales dentro de la célula.
  • Organizar y mover los orgánulos del citoplasma.