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3.3: Células eucariotas

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    En este punto, debe quedar claro que las células eucariotas tienen una estructura más compleja que las células procariotas. Los orgánulos permiten que varias funciones ocurran en la célula al mismo tiempo. Antes de discutir las funciones de los orgánulos dentro de una célula eucariota, examinemos primero dos componentes importantes de la célula: la membrana plasmática y el citoplasma.

    CONEXIÓN ARTE

    Parte A: Esta ilustración muestra una célula eucariota típica, que tiene forma de huevo. El líquido dentro de la célula se llama citoplasma, y la célula está rodeada por una membrana celular. El núcleo ocupa aproximadamente la mitad del ancho de la célula. Dentro del núcleo se encuentra la cromatina, la cual está compuesta por ADN y proteínas asociadas. Una región de la cromatina se condensa en el nucleolo, una estructura en la que se sintetizan los ribosomas. El núcleo está encerrado en una envoltura nuclear, la cual está perforada por poros revestidos de proteínas que permiten la entrada de material en el núcleo. El núcleo está rodeado por el retículo endoplásmico rugoso y liso, o ER. El RE suave es el sitio de síntesis lipídica. La sala de emergencia rugosa tiene ribosomas incrustados que le dan un aspecto lleno de baches. Sintetizan proteínas de membrana y secretoras. Además de la sala de emergencia, muchos otros orgánulos flotan dentro del citoplasma. Estos incluyen el aparato de Golgi, que modifica proteínas y lípidos sintetizados en la sala de emergencias. El aparato de Golgi está hecho de capas de membranas planas. Las mitocondrias, que producen energía para la célula, tienen una membrana externa y una membrana interna altamente plegada. Otros orgánulos más pequeños incluyen peroxisomas que metabolizan los desechos, lisosomas que digieren los alimentos y vacuolas. Los ribosomas, responsables de la síntesis de proteínas, también flotan libremente en el citoplasma y se representan como pequeños puntos. El último componente celular mostrado es el citoesqueleto, el cual tiene cuatro tipos diferentes de componentes: microfilamentos, filamentos intermedios, microtúbulos y centrosomas. Los microfilamentos son proteínas fibrosas que recubren la membrana celular y conforman la corteza celular. Los filamentos intermedios son proteínas fibrosas que mantienen los orgánulos en su lugar. Los microtúbulos forman el huso mitótico y mantienen la forma celular. Los centrosomas están hechos de dos estructuras tubulares en ángulo recto entre sí. Forman el centro organizador de microtúbulos.Parte b: Esta ilustración representa una célula vegetal eucariota típica. El núcleo de una célula vegetal contiene cromatina y un nucleolo, lo mismo que en una célula animal. Otras estructuras que una célula vegetal tiene en común con una célula animal incluyen ER rugosa y lisa, el aparato de Golgi, mitocondrias, peroxisomas y ribosomas. El líquido dentro de la célula vegetal se llama citoplasma, al igual que en una célula animal. La célula vegetal tiene tres de los cuatro componentes citoesqueléticos que se encuentran en las células animales: microtúbulos, filamentos intermedios y microfilamentos. Las células vegetales no tienen centrosomas. Las plantas tienen cinco estructuras no encontradas en células animales: plasmodesmas, cloroplastos, plastidios, una vacuola central y una pared celular. Los plasmodesmas forman canales entre las células vegetales adyacentes. Los cloroplastos son responsables de la fotosíntesis; tienen una membrana externa, una membrana interna y una pila de membranas dentro de la membrana interna. La vacuola central es una estructura muy grande, llena de fluido que mantiene la presión contra la pared celular. Los plastidios almacenan pigmentos. La pared celular se localiza fuera de la membrana celular.
    Figura\(\PageIndex{1}\): Esta figura muestra (a) una célula animal típica y (b) una célula vegetal típica.

    ¿Qué estructuras tiene una célula vegetal que no tiene una célula animal? ¿Qué estructuras tiene una célula animal que no tiene una célula vegetal?

    La Membrana Plasma

    Al igual que los procariotas, las células eucariotas tienen una membrana plasmática (Figura\(\PageIndex{2}\)) compuesta por una bicapa de fosfolípidos con proteínas incrustadas que separa el contenido interno de la célula de su entorno circundante. Un fosfolípido es una molécula lipídica compuesta por dos cadenas de ácidos grasos, una cadena principal de glicerol y un grupo fosfato. La membrana plasmática regula el paso de algunas sustancias, como moléculas orgánicas, iones y agua, impidiendo el paso de algunas para mantener las condiciones internas, al tiempo que introduce o elimina activamente otras. Otros compuestos se mueven pasivamente a través de la membrana.

    la membrana plasmática está compuesta por una bicapa fosfolípida. en la bicapa, las dos largas colas hidrófobas de los fosfolípidos miran hacia el centro, y el grupo de cabeza hidrófilo mira hacia el exterior. Las proteínas integrales de membrana y los canales proteicos abarcan toda la bicapa. Los canales proteicos tienen un poro en el medio. Las proteínas de membrana periférica se asientan en la superficie de los fosfolípidos y están asociadas con los grupos de cabeza. En el lado exterior de la membrana, los carbohidratos se unen a ciertas proteínas y lípidos. Filamentos del citoesqueleto alinean el interior de la membrana.
    Figura\(\PageIndex{2}\): La membrana plasmática es una bicapa de fosfolípidos con proteínas incrustadas. Existen otros componentes, como el colesterol y los carbohidratos, que se pueden encontrar en la membrana además de fosfolípidos y proteínas.

    Las membranas plasmáticas de las células que se especializan en absorción se pliegan en proyecciones similares a dedos llamadas microvellosidades (singular = microvellosidades). Este plegamiento aumenta la superficie de la membrana plasmática. Tales células se encuentran típicamente cubriendo el intestino delgado, el órgano que absorbe los nutrientes de los alimentos digeridos. Este es un excelente ejemplo de forma que coincide con la función de una estructura.

    Las personas con enfermedad celíaca tienen una respuesta inmune al gluten, que es una proteína que se encuentra en el trigo, la cebada y el centeno. La respuesta inmune daña las microvellosidades y, por lo tanto, los individuos afectados no pueden absorber nutrientes. Esto lleva a desnutrición, calambres y diarrea. Los pacientes que padecen enfermedad celíaca deben seguir una dieta sin gluten.

    El citoplasma

    El citoplasma comprende el contenido de una célula entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear (una estructura que se discutirá en breve). Se compone de orgánulos suspendidos en el citosol gelatinoso, el citoesqueleto y diversos químicos (Figura\(\PageIndex{1}\)). A pesar de que el citoplasma consiste en 70 a 80 por ciento de agua, tiene una consistencia semisólida, la cual proviene de las proteínas que contiene. Sin embargo, las proteínas no son las únicas moléculas orgánicas que se encuentran en el citoplasma. También se encuentran glucosa y otros azúcares simples, polisacáridos, aminoácidos, ácidos nucleicos, ácidos grasos y derivados del glicerol. Los iones de sodio, potasio, calcio y muchos otros elementos también se disuelven en el citoplasma. Muchas reacciones metabólicas, incluida la síntesis de proteínas, tienen lugar en el citoplasma.

    El citoesqueleto

    Si tuvieras que eliminar todos los orgánulos de una célula, ¿serían la membrana plasmática y el citoplasma los únicos componentes que quedaban? No. Dentro del citoplasma, seguirían existiendo iones y moléculas orgánicas, además de una red de fibras proteicas que ayuda a mantener la forma de la célula, asegura ciertos orgánulos en posiciones específicas, permite que el citoplasma y las vesículas se muevan dentro de la célula, y permite que los organismos unicelulares se muevan independientemente. Colectivamente, esta red de fibras proteicas se conoce como el citoesqueleto. Existen tres tipos de fibras dentro del citoesqueleto: microfilamentos, también conocidos como filamentos de actina, filamentos intermedios y microtúbulos (Figura\(\PageIndex{3}\)).

    Los microfilamentos revisten el interior de la membrana plasmática, mientras que los microfilamentos irradian desde el centro de la célula. Los filamentos intermedios forman una red a lo largo de la celda que mantiene orgánulos en su lugar.
    Figura\(\PageIndex{3}\): Microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos componen el citoesqueleto de una célula.

    Los microfilamentos son los más delgados de las fibras citoesqueléticas y funcionan en el movimiento de los componentes celulares, por ejemplo, durante la división celular. También mantienen la estructura de las microvellosidades, el extenso plegamiento de la membrana plasmática que se encuentra en células dedicadas a la absorción. Estos componentes también son comunes en las células musculares y son responsables de la contracción de las células musculares. Los filamentos intermedios son de diámetro intermedio y tienen funciones estructurales, como mantener la forma de la célula y anclar orgánulos. La queratina, el compuesto que fortalece el cabello y las uñas, forma un tipo de filamento intermedio. Los microtúbulos son la más gruesa de las fibras citoesqueléticas. Se trata de tubos huecos que pueden disolverse y reformarse rápidamente. Los microtúbulos guían el movimiento de los orgánulos y son las estructuras que tiran los cromosomas a sus polos durante la división celular. También son los componentes estructurales de flagelos y cilios. En cilios y flagelos, los microtúbulos se organizan como un círculo de nueve microtúbulos dobles en el exterior y dos microtúbulos en el centro.

    El centrosoma es una región cercana al núcleo de células animales que funciona como un centro organizador de microtúbulos. Contiene un par de centriolos, dos estructuras que se encuentran perpendiculares entre sí. Cada centriolo es un cilindro de nueve tripletes de microtúbulos.

    El centrosoma se replica antes de que una célula se divida, y los centriolos juegan un papel en tirar de los cromosomas duplicados a los extremos opuestos de la célula en división. Sin embargo, la función exacta de los centriolos en la división celular no está clara, ya que las células que tienen los centriolos retirados aún pueden dividirse, y las células vegetales, que carecen de centriolos, son capaces de dividirse celular.

    Flagelos y Cilios

    Los flagelos (singular = flagelo) son estructuras largas, parecidas a pelos que se extienden desde la membrana plasmática y se utilizan para mover una célula entera, (por ejemplo, esperma, Euglena). Cuando está presente, la célula tiene solo un flagelo o unos pocos flagelos. Cuando los cilios (singular = cilio) están presentes, sin embargo, son muchos en número y se extienden a lo largo de toda la superficie de la membrana plasmática. Son estructuras cortas parecidas al pelo que se utilizan para mover células enteras (como paramecio) o mover sustancias a lo largo de la superficie externa de la célula (por ejemplo, los cilios de las células que recubren las trompas de Falopio que mueven el óvulo hacia el útero, o cilios que recubren las células del tracto respiratorio que se mueven materia particulada hacia la garganta que el moco ha atrapado).

    El Sistema Endomembrana

    El sistema endomembrano (endo = dentro) es un grupo de membranas y orgánulos (Figura\(\PageIndex{3}\)) en células eucariotas que trabajan juntos para modificar, empaquetar y transportar lípidos y proteínas. Incluye la envoltura nuclear, los lisosomas y las vesículas, el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi, que cubriremos en breve. Aunque no técnicamente dentro de la célula, la membrana plasmática está incluida en el sistema endomembrano porque, como verás, interactúa con los otros orgánulos endomembranosos.

    El Núcleo

    Por lo general, el núcleo es el orgánulo más prominente en una célula (Figura\(\PageIndex{1}\)). El núcleo (plural = núcleos) alberga el ADN de la célula en forma de cromatina y dirige la síntesis de ribosomas y proteínas. Veamos con más detalle (Figura\(\PageIndex{4}\)).

    En esta ilustración, la cromatina flota en el nucleoplasma. El nucleoide se representa como una región circular densa dentro del núcleo. La doble membrana nuclear está perforada con poros revestidos de proteínas
    Figura\(\PageIndex{4}\): El límite más externo del núcleo es la envolvente nuclear. Observe que la envoltura nuclear consiste en dos bicapas de fosfolípidos (membranas) —una membrana externa y una membrana interna— en contraste con la membrana plasmática (Figura\(\PageIndex{2}\)), que consiste en una sola bicapa de fosfolípidos. (crédito: modificación de obra por NIGMS, NIH)

    La envoltura nuclear es una estructura de doble membrana que constituye la porción más externa del núcleo (Figura\(\PageIndex{4}\)). Tanto la membrana interna como la externa de la envoltura nuclear son bicapas fosfolipídicas.

    La envoltura nuclear está salpicada de poros que controlan el paso de iones, moléculas y ARN entre el nucleoplasma y el citoplasma.

    Para entender la cromatina, es útil considerar primero los cromosomas. Los cromosomas son estructuras dentro del núcleo que están compuestas por el ADN, el material hereditario y las proteínas. Esta combinación de ADN y proteínas se llama cromatina. En los eucariotas, los cromosomas son estructuras lineales. Cada especie tiene un número específico de cromosomas en el núcleo de sus células corporales. Por ejemplo, en humanos, el número de cromosomas es 46, mientras que en las moscas de la fruta, el número de cromosomas es ocho.

    Los cromosomas sólo son visibles y distinguibles entre sí cuando la célula se está preparando para dividirse. Cuando la célula se encuentra en las fases de crecimiento y mantenimiento de su ciclo de vida, los cromosomas se asemejan a un manojo desenrollado y desordenado de hilos.

    Ya sabemos que el núcleo dirige la síntesis de ribosomas, pero ¿cómo hace esto? Algunos cromosomas tienen secciones de ADN que codifican ARN ribosómico. Un área de tinción oscura dentro del núcleo, llamada nucleolo (plural = nucleolos), agrega el ARN ribosómico con proteínas asociadas para ensamblar las subunidades ribosómicas que luego son transportadas a través de los poros nucleares hacia el citoplasma.

    El retículo endoplásmico

    El retículo endoplásmico (RE) (Figura\(\PageIndex{7}\)) es una serie de túbulos membranosos interconectados que modifican colectivamente proteínas y sintetizan lípidos. Sin embargo, estas dos funciones se realizan en áreas separadas del retículo endoplásmico: el retículo endoplásmico rugoso y el retículo endoplásmico liso, respectivamente.

    La porción hueca de los túbulos del ER se llama lumen o espacio cisterna. La membrana del RE, que es una bicapa de fosfolípidos incrustada con proteínas, es continua con la envoltura nuclear.

    El retículo endoplásmico rugoso (RER) se llama así porque los ribosomas adheridos a su superficie citoplásmica le dan un aspecto tachonado cuando se ve a través de un microscopio electrónico.

    Los ribosomas sintetizan proteínas mientras se unen al RE, dando como resultado la transferencia de sus proteínas recién sintetizadas al lumen del RER donde experimentan modificaciones como plegamiento o adición de azúcares. El RER también produce fosfolípidos para membranas celulares.

    Si los fosfolípidos o proteínas modificadas no están destinados a permanecer en el RER, serán empaquetados dentro de vesículas y transportados desde el RER brotando de la membrana (Figura\(\PageIndex{7}\)). Dado que el RER se dedica a modificar proteínas que serán secretadas de la célula, es abundante en células que secretan proteínas, como el hígado.

    El retículo endoplásmico liso (SER) es continuo con el RER pero tiene pocos o ningún ribosomas en su superficie citoplásmica (ver Figura\(\PageIndex{1}\)). Las funciones del SER incluyen la síntesis de carbohidratos, lípidos (incluyendo fosfolípidos) y hormonas esteroides; desintoxicación de medicamentos y venenos; metabolismo del alcohol; y almacenamiento de iones de calcio.

    El aparato de Golgi

    Ya hemos mencionado que las vesículas pueden brotar de la sala de urgencias, pero ¿a dónde van las vesículas? Antes de llegar a su destino final, los lípidos o proteínas dentro de las vesículas de transporte deben clasificarse, empaquetarse y etiquetarse para que terminen en el lugar correcto. La clasificación, etiquetado, empaque y distribución de lípidos y proteínas se realiza en el aparato de Golgi (también llamado cuerpo de Golgi), una serie de sacos membranosos aplanados (Figura\(\PageIndex{5}\)).

    En esta micrografía electrónica de transmisión, el aparato de Golgi aparece como una pila de membranas rodeadas de orgánulos sin nombre.
    Figura\(\PageIndex{5}\): El aparato de Golgi en esta micrografía electrónica de transmisión de un glóbulo blanco es visible como una pila de anillos semicirculares aplanados en la porción inferior de esta imagen. Se pueden observar varias vesículas cerca del aparato de Golgi. (crédito: modificación de obra de Louisa Howard; datos de barra de escala de Matt Russell)

    El aparato de Golgi tiene una cara receptora cerca del retículo endoplásmico y una cara liberadora en el lado alejado de la sala de emergencia, hacia la membrana celular. Las vesículas de transporte que se forman desde la sala de emergencia viajan a la cara receptora, se fusionan con ella y vacían su contenido en la luz del aparato de Golgi. A medida que las proteínas y los lípidos viajan por el Golgi, experimentan modificaciones adicionales. La modificación más frecuente es la adición de cadenas cortas de moléculas de azúcar. Las proteínas y lípidos recién modificados se etiquetan con pequeños grupos moleculares para permitirles ser enrutados a sus destinos adecuados.

    Finalmente, las proteínas modificadas y etiquetadas se empaquetan en vesículas que brotan de la cara opuesta del Golgi. Mientras que algunas de estas vesículas, vesículas transportadoras, depositan su contenido en otras partes de la célula donde serán utilizadas, otras, vesículas secretoras, se fusionan con la membrana plasmática y liberan su contenido fuera de la célula.

    La cantidad de Golgi en diferentes tipos de células ilustra de nuevo que la forma sigue a la función dentro de las células. Las células que realizan una gran actividad secretora (como las células de las glándulas salivales que secretan enzimas digestivas o las células del sistema inmune que secretan anticuerpos) tienen un número abundante de Golgi.

    En las células vegetales, el Golgi tiene un papel adicional de sintetizar polisacáridos, algunos de los cuales se incorporan a la pared celular y algunos de los cuales se utilizan en otras partes de la célula.

    Lisosomas

    En las células animales, los lisosomas son el “triturador de basura” de la célula. Las enzimas digestivas dentro de los lisosomas ayudan a la descomposición de proteínas, polisacáridos, lípidos, ácidos nucleicos e incluso orgánulos gastados. En eucariotas unicelulares, los lisosomas son importantes para la digestión de los alimentos que ingieren y el reciclaje de orgánulos. Estas enzimas son activas a un pH mucho menor (más ácido) que las localizadas en el citoplasma. Muchas reacciones que tienen lugar en el citoplasma no podrían ocurrir a un pH bajo, por lo que es evidente la ventaja de compartimentalizar la célula eucariota en orgánulos.

    Los lisosomas también utilizan sus enzimas hidrolíticas para destruir los organismos causantes de enfermedades que podrían ingresar a la célula. Un buen ejemplo de esto ocurre en un grupo de glóbulos blancos llamados macrófagos, que forman parte del sistema inmunológico de su cuerpo. En un proceso conocido como fagocitosis, una sección de la membrana plasmática del macrófago invagina (se pliega) y envuelve un patógeno. La sección invaginada, con el patógeno dentro, luego se pellizca de la membrana plasmática y se convierte en una vesícula. La vesícula se fusiona con un lisosoma. Las enzimas hidrolíticas del lisosoma luego destruyen al patógeno (Figura\(\PageIndex{6}\)).

    En esta ilustración, se muestra una célula eucariota consumiendo una bacteria. A medida que se consume la bacteria, se encapsula en una vesícula. La vesícula se fusiona con un lisosoma, y las proteínas dentro del lisosoma digieren la bacteria.
    Figura\(\PageIndex{6}\): Un macrófago ha fagocitado una bacteria potencialmente patógena en una vesícula, que luego se fusiona con un lisosoma dentro de la célula para que el patógeno pueda ser destruido. Otros orgánulos están presentes en la célula, pero por simplicidad, no se muestran.

    Vesículas y Vacuolas

    Las vesículas y vacuolas son sacos unidos a la membrana que funcionan en el almacenamiento y transporte. Las vacuolas son algo más grandes que las vesículas, y la membrana de una vacuola no se fusiona con las membranas de otros componentes celulares. Las vesículas pueden fusionarse con otras membranas dentro del sistema celular. Además, las enzimas dentro de las vacuolas vegetales pueden descomponer las macromoléculas.

    CONEXIÓN ARTE

    Esta figura muestra el núcleo, el RE rugoso, el aparato de Golgi, las vesículas y la membrana plasmática. El lado derecho de la ER rugosa se muestra con una proteína de membrana integral incrustada en ella. La parte de la proteína que mira hacia el interior de la sala de urgencias tiene un carbohidrato adherido a ella. La proteína se muestra dejando el RE en una vesícula que se fusiona con la cara cis del aparato de Golgi. El aparato de Golgi consta de varias capas de membranas, llamadas cisternas. A medida que la proteína pasa por las cisternas, se modifica aún más por la adición de más carbohidratos. Finalmente, deja la cara trans del Golgi en una vesícula. La vesícula se fusiona con la membrana celular de manera que el carbohidrato que estaba en el interior de la vesícula se enfrenta al exterior de la membrana. Al mismo tiempo, el contenido de la vesícula se libera de la célula.
    Figura\(\PageIndex{7}\): El sistema endomembrano trabaja para modificar, empaquetar y transportar lípidos y proteínas. (crédito: modificación de obra por Magnus Manske)

    ¿Por qué la cara cis del Golgi no se enfrenta a la membrana plasmática?

    Ribosomas

    Los ribosomas son las estructuras celulares responsables de la síntesis de proteínas. Cuando se ven a través de un microscopio electrónico, los ribosomas libres aparecen como racimos o pequeños puntos individuales que flotan libremente en el citoplasma. Los ribosomas pueden unirse al lado citoplásmico de la membrana plasmática o al lado citoplásmico del retículo endoplásmico (Figura\(\PageIndex{7}\)). La microscopía electrónica ha demostrado que los ribosomas consisten en subunidades grandes y pequeñas. Los ribosomas son complejos enzimáticos que son responsables de la síntesis de proteínas.

    Debido a que la síntesis de proteínas es esencial para todas las células, los ribosomas se encuentran en prácticamente todas las células, aunque son más pequeños en las células procariotas. Son particularmente abundantes en glóbulos rojos inmaduros para la síntesis de hemoglobina, que funciona en el transporte de oxígeno por todo el cuerpo.

    Mitocondrias

    Las mitocondrias (singular = mitocondrias) a menudo se llaman las “centrales eléctricas” o “fábricas de energía” de una célula porque son responsables de producir trifosfato de adenosina (ATP), la principal molécula portadora de energía de la célula. La formación de ATP a partir de la descomposición de la glucosa se conoce como respiración celular. Las mitocondrias son orgánulos de doble membrana de forma ovalada (Figura\(\PageIndex{8}\)) que tienen sus propios ribosomas y ADN. Cada membrana es una bicapa de fosfolípidos incrustada con proteínas. La capa interna tiene pliegues llamados cristae, que aumentan el área superficial de la membrana interna. El área rodeada por los pliegues se llama matriz mitocondrial. Las cristae y la matriz tienen diferentes roles en la respiración celular.

    De acuerdo con nuestro tema de la función de seguimiento de la forma, es importante señalar que las células musculares tienen una concentración muy alta de mitocondrias porque las células musculares necesitan mucha energía para contraerse.

    Esta micrografía electrónica de transmisión de una mitocondria muestra una membrana ovalada, externa y una membrana interna con muchos pliegues llamada cristae. Dentro de la membrana interna se encuentra un espacio llamado matriz mitocondrial.
    Figura\(\PageIndex{8}\): Esta micrografía electrónica de transmisión muestra una mitocondria vista con un microscopio electrónico. Observe las membranas interna y externa, las cristae y la matriz mitocondrial. (crédito: modificación de obra de Matthew Britton; datos de barra de escala de Matt Russell)

    Peroxisomas

    Los peroxisomas son orgánulos pequeños y redondos encerrados por membranas individuales. Realizan reacciones de oxidación que descomponen los ácidos grasos y aminoácidos. También desintoxican muchos venenos que pueden ingresar al cuerpo. El alcohol es desintoxicado por peroxisomas en las células hepáticas. Un subproducto de estas reacciones de oxidación es el peróxido de hidrógeno, H 2 O 2, que está contenido dentro de los peroxisomas para evitar que el químico cause daño a los componentes celulares fuera del orgánulo. El peróxido de hidrógeno es descompuesto de manera segura por las enzimas peroxisomales en agua y oxígeno.

    Células animales versus células vegetales

    A pesar de sus similitudes fundamentales, existen algunas diferencias llamativas entre células animales y vegetales (ver Tabla\(\PageIndex{1}\)). Las células animales tienen centriolos, centrosomas (discutidos bajo el citoesqueleto) y lisosomas, mientras que las células vegetales no. Las células vegetales tienen una pared celular, cloroplastos, plasmodesmas y plastidios utilizados para el almacenamiento, y una gran vacuola central, mientras que las células animales no.

    La pared celular

    En la Figura\(\PageIndex{1}\) b, el diagrama de una célula vegetal, se ve una estructura externa a la membrana plasmática llamada pared celular. La pared celular es una cubierta rígida que protege la celda, proporciona soporte estructural y da forma a la celda. Las células fúngicas y protistas también tienen paredes celulares.

    Si bien el componente principal de las paredes celulares procariotas es el peptidoglicano, la principal molécula orgánica en la pared celular vegetal es la celulosa, un polisacárido compuesto por cadenas largas y rectas de unidades de glucosa. Cuando la información nutricional se refiere a la fibra dietética, se refiere al contenido de celulosa de los alimentos.

    Cloroplastos

    Al igual que las mitocondrias, los cloroplastos también tienen su propio ADN y ribosomas. Los cloroplastos funcionan en la fotosíntesis y se pueden encontrar en células eucariotas como plantas y algas. En la fotosíntesis, el dióxido de carbono, el agua y la energía lumínica se utilizan para producir glucosa y oxígeno. Esta es la principal diferencia entre plantas y animales: Las plantas (autótrofos) son capaces de hacer su propio alimento, como la glucosa, mientras que los animales (heterótrofos) deben confiar en otros organismos para sus compuestos orgánicos o fuente de alimento.

    Al igual que las mitocondrias, los cloroplastos tienen membranas externas e internas, pero dentro del espacio encerrado por la membrana interna de un cloroplasto hay un conjunto de sacos de membrana rellenos de fluido interconectados y apilados llamados tilacoides (Figura\(\PageIndex{9}\)). Cada pila de tilacoides se llama gránulo (plural = grana). El fluido encerrado por la membrana interna y que rodea al grana se llama estroma.

    Esta ilustración muestra un cloroplasto, el cual tiene una membrana externa y una membrana interna. El espacio entre las membranas externa e interna se denomina espacio intermembrana. Dentro de la membrana interna hay estructuras planas parecidas a panqueques llamadas tilacoides. Los tilacoides forman pilas llamadas grana. El líquido dentro de la membrana interna se llama estroma, y el espacio dentro del tilacoide se llama espacio tilacoide.
    Figura\(\PageIndex{9}\): Este diagrama simplificado de un cloroplasto muestra la membrana externa, la membrana interna, los tilacoides, el grana y el estroma.

    Los cloroplastos contienen un pigmento verde llamado clorofila, que captura la energía de la luz solar para la fotosíntesis. Al igual que las células vegetales, los protistas fotosintéticos también tienen cloroplastos. Algunas bacterias también realizan fotosíntesis, pero no tienen cloroplastos. Sus pigmentos fotosintéticos se localizan en la membrana tilacoidea dentro de la propia célula.

    EVOLUCIÓN EN ACCIÓN: Endosimbiosis

    Hemos mencionado que tanto las mitocondrias como los cloroplastos contienen ADN y ribosomas. ¿Te has preguntado por qué? Fuertes evidencias apuntan a la endosimbiosis como explicación.

    La simbiosis es una relación en la que organismos de dos especies separadas viven en estrecha asociación y típicamente exhiben adaptaciones específicas entre sí. La endosimbiosis (endo- = dentro) es una relación en la que un organismo vive dentro del otro. Las relaciones endosimbióticas abundan en la naturaleza. Los microbios que producen vitamina K viven dentro del intestino humano. Esta relación es beneficiosa para nosotros porque somos incapaces de sintetizar la vitamina K. También es beneficiosa para los microbios porque están protegidos de otros organismos y se les proporciona un hábitat estable y abundante alimento al vivir dentro del intestino grueso.

    Los científicos han notado desde hace mucho tiempo que las bacterias, las mitocondrias y los cloroplastos son similares en tamaño. También sabemos que las mitocondrias y los cloroplastos tienen ADN y ribosomas, al igual que las bacterias. Los científicos creen que las células hospedadoras y las bacterias formaron una relación endosimbiótica mutuamente beneficiosa cuando las células hospedadoras ingirieron bacterias aeróbicas y cianobacterias pero no las destruyeron. A través de la evolución, estas bacterias ingeridas se especializaron más en sus funciones, con las bacterias aeróbicas convirtiéndose en mitocondrias y las bacterias fotosintéticas convirtiéndose en cloroplastos.

    La Vacuola Central

    Anteriormente, mencionamos las vacuolas como componentes esenciales de las células vegetales. Si nos fijamos en Figura\(\PageIndex{1}\), verá que cada una de las células vegetales tiene una gran vacuola central que ocupa la mayor parte de la célula. La vacuola central juega un papel clave en la regulación de la concentración de agua de la célula en condiciones ambientales cambiantes. En las células vegetales, el líquido dentro de la vacuola central proporciona presión de turgencia, que es la presión hacia afuera causada por el fluido dentro de la celda. ¿Alguna vez te has dado cuenta de que si olvidas regar una planta por unos días, se marchita? Esto se debe a que a medida que la concentración de agua en el suelo se vuelve más baja que la concentración de agua en la planta, el agua sale de las vacuolas centrales y el citoplasma y entra en el suelo. A medida que la vacuola central se encoge, deja la pared celular sin soporte. Esta pérdida de soporte a las paredes celulares de una planta da como resultado el aspecto marchitado. Adicionalmente, este fluido tiene un sabor muy amargo, lo que desalienta el consumo por parte de insectos y animales. La vacuola central también funciona para almacenar proteínas en células semilleras en desarrollo.

    Matriz extracelular de células animales

    La mayoría de las células animales liberan materiales en el espacio extracelular. Los componentes principales de estos materiales son las glicoproteínas y la proteína colágeno. Colectivamente, estos materiales se denominan matriz extracelular (Figura\(\PageIndex{10}\)). La matriz extracelular no solo mantiene unidas a las células para formar un tejido, sino que también permite que las células dentro del tejido se comuniquen entre sí.

    Esta ilustración muestra la membrana plasmática. Incrustadas en la membrana plasmática hay proteínas integrales de membrana llamadas integrinas. En el exterior de la célula se encuentra una vasta red de fibras de colágeno, las cuales se unen a las integrinas a través de una proteína llamada fibronectina. Los complejos de proteoglicanos también se extienden desde la membrana plasmática hasta la matriz extracelular. Una vista magnificada muestra que cada complejo de proteoglicano está compuesto por un núcleo de polisacárido. Las proteínas se ramifican de este núcleo y los carbohidratos se ramifican de las proteínas. El interior de la membrana citoplasmática está revestido con microfilamentos del citoesqueleto.
    Figura\(\PageIndex{10}\): La matriz extracelular consiste en una red de sustancias secretadas por las células.

    La coagulación sanguínea proporciona un ejemplo del papel de la matriz extracelular en la comunicación celular. Cuando las células que recubren un vaso sanguíneo están dañadas, muestran un receptor proteico llamado factor tisular. Cuando el factor tisular se une a otro factor en la matriz extracelular, provoca que las plaquetas se adhieran a la pared del vaso sanguíneo dañado, estimula las células del músculo liso adyacentes en el vaso sanguíneo para que se contraigan (constriñendo así el vaso sanguíneo) e inicia una serie de pasos que estimulan el plaquetas para producir factores de coagulación.

    Uniones intercelulares

    Las células también pueden comunicarse entre sí por contacto directo, denominadas uniones intercelulares. Hay algunas diferencias en la forma en que las células vegetales y animales hacen esto. Los plasmodesmas (singular = plasmodesma) son uniones entre células vegetales, mientras que los contactos celulares animales incluyen uniones estrechas y huecas, y desmosomas.

    En general, los tramos largos de las membranas plasmáticas de las células vegetales vecinas no pueden tocarse entre sí porque están separadas por las paredes celulares que rodean a cada célula. Los plasmodesmas son numerosos canales que pasan entre las paredes celulares de las células vegetales adyacentes, conectando su citoplasma y permitiendo que las moléculas de señal y los nutrientes sean transportados de célula a célula (Figura\(\PageIndex{11}\) a).

    La parte A muestra dos células vegetales una al lado de la otra. Un canal, o plasmodesma, en la pared celular permite que el fluido y las moléculas pequeñas pasen del citoplasma de una célula al citoplasma de otra. La parte b muestra dos membranas celulares unidas entre sí por una matriz de uniones estrechas. La parte c muestra dos células fusionadas entre sí por un desmosoma. Las cadherinas se extienden desde cada célula y unen las dos células juntas. Los filamentos intermedios se conectan a las cadherinas en el interior de la celda. La parte d muestra dos células unidas entre sí con poros proteicos llamados uniones gap que permiten el paso del agua y pequeñas moléculas.
    Figura\(\PageIndex{11}\): Hay cuatro tipos de conexiones entre celdas. (a) Un plasmodesma es un canal entre las paredes celulares de dos células vegetales adyacentes. (b) Las uniones estrechas se unen a las células animales adyacentes. (c) Los desmosomas unen dos células animales juntas. d) Las uniones por brecha actúan como canales entre las células animales. (crédito b, c, d: modificación de obra por Mariana Ruiz Villareal)

    Una unión estrecha es un sello hermético entre dos células animales adyacentes (Figura\(\PageIndex{11}\) b). Las proteínas mantienen las células firmemente una contra la otra. Esta adhesión apretada evita que los materiales se fuguen entre las celdas. Las uniones estrechas se encuentran típicamente en el tejido epitelial que recubre los órganos internos y las cavidades, y compone la mayor parte de la piel. Por ejemplo, las uniones estrechas de las células epiteliales que recubren la vejiga urinaria evitan que la orina se filtre al espacio extracelular.

    También solo en las células animales se encuentran los desmosomas, que actúan como soldaduras por puntos entre células epiteliales adyacentes (Figura\(\PageIndex{11}\) c). Mantienen las células unidas en una formación similar a una lámina en órganos y tejidos que se estiran, como la piel, el corazón y los músculos.

    Las uniones por hueco en las células animales son como plasmodesmas en las células vegetales, ya que son canales entre células adyacentes que permiten el transporte de iones, nutrientes y otras sustancias que permiten que las células se comuniquen (Figura\(\PageIndex{11}\) d). Estructuralmente, sin embargo, las uniones gap y los plasmodesmos difieren.

    Cuadro\(\PageIndex{1}\): Esta tabla proporciona los componentes de las células procariotas y eucariotas y sus respectivas funciones.
    Componente de Celda Función Presente en Procariotas? ¿Presentes en Células Animales? Presente en Células Vegetales?
    Membrana plasmática Separa la célula del ambiente externo; controla el paso de moléculas orgánicas, iones, agua, oxígeno y desechos dentro y fuera de la célula
    Citoplasma Proporciona estructura a la célula; sitio de muchas reacciones metabólicas; medio en el que se encuentran orgánulos
    Nucleoide Ubicación del ADN No No
    Núcleo Organelo celular que alberga ADN y dirige la síntesis de ribosomas y proteínas No
    Ribosomas Síntesis de proteínas
    Mitocondrias Producción de ATP/respiración celular No
    Peroxisomas Oxida y descompone los ácidos grasos y aminoácidos, y desintoxica los venenos No
    Vesículas y vacuolas Almacenamiento y transporte; función digestiva en células vegetales No
    Centrosoma Papel no especificado en la división celular en células animales; centro organizador de microtúbulos en células animales No No
    Lisosomas Digestión de macromoléculas; reciclaje de orgánulos desgastados No No
    Pared celular Protección, soporte estructural y mantenimiento de la forma celular Sí, principalmente peptidoglicano en bacterias pero no Archaea No Sí, principalmente celulosa
    Cloroplastos Fotosíntesis No No
    Retículo endoplásmico Modifica proteínas y sintetiza lípidos No
    Aparato de Golgi Modifica, ordena, etiqueta, empaqueta y distribuye lípidos y proteínas No
    Citoesqueleto Mantiene la forma de la célula, asegura los orgánulos en posiciones específicas, permite que el citoplasma y las vesículas se muevan dentro de la célula y permite que los organismos unicelulares se muevan de forma independiente
    Flagelos Locomoción celular Algunos Algunos No, a excepción de algunos espermatozoides de plantas
    Cilia Locomoción celular, movimiento de partículas a lo largo de la superficie extracelular de la membrana plasmática y filtración No Algunos No

    Resumen

    Al igual que una célula procariota, una célula eucariota tiene una membrana plasmática, citoplasma y ribosomas, pero una célula eucariota es típicamente más grande que una célula procariota, tiene un núcleo verdadero (es decir, su ADN está rodeado por una membrana) y tiene otros orgánulos unidos a la membrana que permiten la compartimentación de funciones. La membrana plasmática es una bicapa de fosfolípidos incrustada con proteínas. El nucleolo dentro del núcleo es el sitio para el ensamblaje del ribosoma. Los ribosomas se encuentran en el citoplasma o se unen al lado citoplásmico de la membrana plasmática o retículo endoplásmico. Realizan síntesis de proteínas. Las mitocondrias realizan respiración celular y producen ATP. Los peroxisomas descomponen los ácidos grasos, aminoácidos y algunas toxinas. Las vesículas y vacuolas son compartimentos de almacenamiento y transporte. En las células vegetales, las vacuolas también ayudan a descomponer las macromoléculas.

    Las células animales también tienen un centrosoma y lisosomas. El centrosoma tiene dos cuerpos, los centriolos, con un papel desconocido en la división celular. Los lisosomas son los orgánulos digestivos de las células animales.

    Las células vegetales tienen una pared celular, cloroplastos y una vacuola central. La pared celular de la planta, cuyo componente principal es la celulosa, protege la célula, proporciona soporte estructural y da forma a la célula. La fotosíntesis se realiza en cloroplastos. La vacuola central se expande, agrandando la célula sin necesidad de producir más citoplasma.

    El sistema endomembrano incluye la envoltura nuclear, el retículo endoplásmico, aparato de Golgi, lisosomas, vesículas, así como la membrana plasmática. Estos componentes celulares trabajan juntos para modificar, empaquetar, etiquetar y transportar lípidos y proteínas de la membrana.

    El citoesqueleto tiene tres tipos diferentes de elementos proteicos. Los microfilamentos proporcionan rigidez y forma a la célula, y facilitan los movimientos celulares. Los filamentos intermedios soportan tensión y anclan el núcleo y otros orgánulos en su lugar. Los microtúbulos ayudan a la célula a resistir la compresión, sirven como pistas para las proteínas motoras que mueven las vesículas a través de la célula y tiran de los cromosomas replicados a los extremos opuestos de una célula en división. También son los elementos estructurales de los centriolos, flagelos y cilios.

    Las células animales se comunican a través de sus matrices extracelulares y están conectadas entre sí por uniones estrechas, desmosomas y uniones gap. Las células vegetales están conectadas y se comunican entre sí por plasmodesmas.

    Conexiones de arte

    Figura\(\PageIndex{1}\): ¿Qué estructuras tiene una célula vegetal que no tiene una célula animal? ¿Qué estructuras tiene una célula animal que no tiene una célula vegetal?

    Contestar

    Las células vegetales tienen plasmodesmas, una pared celular, una gran vacuola central, cloroplastos y plastidios. Las células animales tienen lisosomas y centrosomas.

    Figura\(\PageIndex{7}\): ¿Por qué la cara cis del Golgi no se enfrenta a la membrana plasmática?

    Contestar

    Porque esa cara recibe químicos de la sala de urgencias, que está hacia el centro de la celda.

    Glosario

    pared celular
    una cubierta celular rígida hecha de celulosa en plantas, peptidoglicano en bacterias, compuestos no peptidoglicanos en Archaea y quitina en hongos que protege la célula, proporciona soporte estructural y da forma a la célula
    vacuola central
    un orgánulo de células vegetales grandes que actúa como compartimento de almacenamiento, reservorio de agua y sitio de degradación de macromoléculas
    cloroplasto
    un orgánulo de células vegetales que realiza fotosíntesis
    cilio
    (plural: cilios) una estructura corta similar al pelo que se extiende desde la membrana plasmática en grandes cantidades y se utiliza para mover una célula entera o mover sustancias a lo largo de la superficie externa de la célula
    citoplasma
    toda la región entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear, que consiste en orgánulos suspendidos en el citosol gelatinoso, el citoesqueleto y diversos productos químicos
    citoesqueleto
    la red de fibras proteicas que colectivamente mantiene la forma de la célula, asegura algunos orgánulos en posiciones específicas, permite que el citoplasma y las vesículas se muevan dentro de la célula, y permite que los organismos unicelulares se muevan
    citosol
    el material gelatinoso del citoplasma en el que están suspendidas las estructuras celulares
    desmosoma
    un enlace entre células epiteliales adyacentes que se forma cuando las cadherinas en la membrana plasmática se unen a filamentos intermedios
    sistema de endomembrana
    el grupo de orgánulos y membranas en células eucariotas que trabajan juntos para modificar, empaquetar y transportar lípidos y proteínas
    retículo endoplásmico (ER)
    una serie de estructuras membranosas interconectadas dentro de células eucariotas que modifican colectivamente proteínas y sintetizan lípidos
    matriz extracelular
    el material, principalmente colágeno, glicoproteínas y proteoglicanos, secretado por las células animales que mantiene las células unidas como un tejido, permite que las células se comuniquen entre sí y proporciona protección mecánica y anclaje para las células en el tejido
    flagelo
    (plural: flagelos) la estructura larga, similar al pelo que se extiende desde la membrana plasmática y se utiliza para mover la célula
    unión de brecha
    un canal entre dos células animales adyacentes que permite que los iones, nutrientes y otras sustancias de bajo peso molecular pasen entre las células, permitiendo que las células se comuniquen
    Aparato de Golgi
    un orgánulo eucariota compuesto por una serie de membranas apiladas que clasifican, etiquetan y empaquetan lípidos y proteínas para su distribución
    lisosoma
    un orgánulo en una célula animal que funciona como el componente digestivo de la célula; descompone proteínas, polisacáridos, lípidos, ácidos nucleicos e incluso orgánulos gastados
    mitocondrias
    (singular: mitocondria) los orgánulos celulares responsables de llevar a cabo la respiración celular, dando como resultado la producción de ATP, la principal molécula portadora de energía de la célula
    envolvente nuclear
    la estructura de doble membrana que constituye la porción más externa del núcleo
    nucleolo
    el cuerpo de tinción oscura dentro del núcleo que es responsable de ensamblar subunidades ribosómicas
    núcleo
    el orgánulo celular que alberga el ADN de la célula y dirige la síntesis de ribosomas y proteínas
    peroxisoma
    un orgánulo pequeño y redondo que contiene peróxido de hidrógeno, oxida ácidos grasos y aminoácidos, y desintoxica muchos venenos
    membrana plasmática
    una bicapa fosfolipídica con proteínas incrustadas (integrales) o unidas (periféricas) que separan el contenido interno de la célula de su entorno circundante
    plasmodesma
    (plural: plasmodesmata) un canal que pasa entre las paredes celulares de las células vegetales adyacentes, conecta su citoplasma y permite que los materiales sean transportados de célula a célula
    ribosoma
    una estructura celular que lleva a cabo la síntesis de proteínas
    retículo endoplásmico rugoso (RER)
    la región del retículo endoplásmico que está tachonada con ribosomas y se involucra en la modificación de proteínas
    retículo endoplásmico liso (SER)
    la región del retículo endoplásmico que tiene pocos o ningún ribosomas en su superficie citoplásmica y sintetiza carbohidratos, lípidos y hormonas esteroides; desintoxica químicos como pesticidas, conservantes, medicamentos y contaminantes ambientales, y almacena iones de calcio
    unión apretada
    un sello firme entre dos células animales adyacentes creado por la adherencia de proteínas
    vacuola
    un saco unido a membrana, algo más grande que una vesícula, que funciona en el almacenamiento y transporte celular
    vesícula
    un pequeño saco unido a la membrana que funciona en el almacenamiento y transporte celular; su membrana es capaz de fusionarse con la membrana plasmática y las membranas del retículo endoplásmico y aparato de Golgi

    Colaboradores y Atribuciones


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