5.6: Organelos Celulares

Revisión de ribosomas

La figura\(\PageIndex{1}\) representa una estructura importante en células vivas. Es un componente de un ribosoma, la estructura celular donde se sintetizan las proteínas. Subunidad ribosómica grande (50S) de Haloarcula marismortui, enfrentada a la subunidad 30S. Las proteínas ribosómicas se muestran en azul, el ARNr en ocre (un tono de marrón y amarillo), el sitio activo en rojo. Todas las células vivas contienen ribosomas, ya sean células procariotas o eucariotas. Sin embargo, solo las células eucariotas también contienen un núcleo y varios otros tipos de orgánulos.

Figura\(\PageIndex{1}\): Subunidad ribosómica

Un orgánulo es una estructura dentro del citoplasma de una célula eucariota que está encerrada dentro de una membrana y realiza un trabajo específico. Los orgánulos están involucrados en muchas funciones celulares vitales. Los orgánulos en las células animales incluyen el núcleo, mitocondrias, retículo endoplásmico, aparato de Golgi, vesículas y vacuolas. Los ribosomas no están encerrados dentro de una membrana, pero todavía se los conoce comúnmente como orgánulos en las células eucariotas.

El Núcleo

El núcleo es el orgánulo más grande de una célula eucariota y se considera el centro de control de la célula. Contiene la mayor parte del ADN de la célula, que conforma los cromosomas y está codificado con las instrucciones genéticas para elaborar proteínas. La función del núcleo es regular la expresión génica, incluyendo controlar qué proteínas produce la célula. Además del ADN, el núcleo contiene un líquido espeso llamado nucleoplasma que es similar en composición al citosol que se encuentra en el citoplasma fuera del núcleo (Figura\(\PageIndex{2}\)). La mayoría de las células eucariotas contienen solo un núcleo, pero algunos tipos de células, como los glóbulos rojos, no contienen núcleo. Algunos otros tipos de células, como las células musculares, contienen múltiples núcleos.

Figura\(\PageIndex{2}\): Este primer plano de un núcleo celular muestra que está rodeado por una estructura llamada envoltura nuclear, que contiene pequeñas perforaciones, o poros. El núcleo también contiene un centro denso llamado nucleolo.

Como se puede ver en el modelo de la Figura\(\PageIndex{2}\), la membrana que encierra el núcleo se llama la envoltura nuclear. Esta es en realidad una membrana doble que encierra todo el orgánulo y aísla su contenido del citoplasma celular. Pequeños agujeros, llamados poros nucleares, permiten que grandes moléculas pasen a través de la envoltura nuclear con la ayuda de proteínas especiales. Las proteínas grandes y las moléculas de ARN deben poder pasar a través de la envoltura nuclear para que las proteínas puedan sintetizarse en el citoplasma y el material genético pueda mantenerse dentro del núcleo. El nucleolo que se muestra en el modelo a continuación está involucrado principalmente en el ensamblaje de ribosomas. Después de ser producidos en el nucleolo, los ribosomas se exportan al citoplasma donde intervienen en la síntesis de proteínas.

Mitocondrias

La mitocondria (plural, mitocondria) es un orgánulo que pone energía a disposición de la célula (Figura\(\PageIndex{3}\)). Es por ello que a veces se hace referencia a las mitocondrias como las centrales eléctricas de la célula. Utilizan energía de compuestos orgánicos como la glucosa para producir moléculas de ATP (trifosfato de adenosina), una molécula portadora de energía que se usa casi universalmente dentro de las células para obtener energía.

Los científicos piensan que las mitocondrias alguna vez fueron organismos de vida libre porque contienen su propio ADN. Teorizan que los procariotas antiguos infectaron (o fueron engullidos por) células procariotas más grandes, y los dos organismos evolucionaron una relación simbiótica que los benefició a ambos. Las células más grandes proporcionaron a los procariotas más pequeños un lugar para vivir. A cambio, las células más grandes obtuvieron energía extra de los procariotas más pequeños. Finalmente, los procariotas más pequeños se convirtieron en huéspedes permanentes de las células más grandes, como orgánulos dentro de ellas. Esta teoría se llama teoría endosimbiótica, y es ampliamente aceptada por los biólogos en la actualidad

Figura\(\PageIndex{3}\): Las mitocondrias, orgánulos especializados para realizar respiración aeróbica, contienen una membrana interna plegada en cristae, las cuales forman dos compartimentos separados: el espacio de la membrana interna y la matriz. El Ciclo Krebs se lleva a cabo en la matriz. La cadena de transporte de electrones está incrustada en la membrana interna y utiliza ambos compartimentos para producir ATP por quimiósmosis. Las mitocondrias tienen su propio ADN y ribosomas, que se asemejan a los de los organismos procariotas.

Compartimentos mitocondriales

La naturaleza de doble membrana de las mitocondrias da como resultado cinco compartimentos distintos, cada uno con un papel importante en la respiración celular. Estos compartimentos son:

1. la membrana mitocondrial externa,
2. el espacio intermembrana (el espacio entre las membranas externa e interna),
3. la membrana mitocondrial interna,
4. las cristae (formadas por infoldings de la membrana interna), y
5. la matriz (espacio dentro de la membrana interna).

Retículo endoplásmico

El retículo endoplásmico (RE) (plural, retículo) es una red de membranas fosfolipídicas que forman tubos huecos, láminas aplanadas y sacos redondos. Estos pliegues y sacos aplanados, huecos se denominan cisternas. El ER tiene dos funciones principales:

• Transporte: Las moléculas, como las proteínas, pueden moverse de un lugar a otro dentro de la sala de emergencia, al igual que en una carretera intracelular.
• Síntesis: Los ribosomas que están unidos a la sala de emergencia, similares a los ribosomas no unidos, producen proteínas. Los lípidos también se producen en la sala de Urgencias.

Existen dos tipos de retículo endoplásmico, retículo endoplásmico rugoso (RER) y retículo endoplásmico liso (SER):

• El retículo endoplásmico rugoso está tachonado de ribosomas, lo que le da un aspecto “áspero”. Estos ribosomas producen proteínas que luego se transportan desde la sala de emergencia en pequeños sacos llamados vesículas de transporte. Las vesículas de transporte pellizcan los extremos de la sala de Urgencias. El retículo endoplásmico rugoso trabaja con el aparato de Golgi para mover nuevas proteínas a sus destinos adecuados en la célula. La membrana del RER es continua con la capa externa de la envoltura nuclear.
• El retículo endoplásmico liso no tiene ningún ribosoma adherido a él, por lo que tiene una apariencia suave. SER tiene muchas funciones diferentes, algunas de las cuales incluyen la síntesis de lípidos, el almacenamiento de iones de calcio y la desintoxicación de medicamentos. El retículo endoplásmico liso se encuentra tanto en células animales como vegetales y cumple diferentes funciones en cada una. El SER se compone de túbulos y vesículas que se ramifican para formar una red. En algunas células, hay áreas dilatadas como los sacos de RER. El retículo endoplásmico liso y el RER forman una red interconectada.

Figura\(\PageIndex{4}\): El RE es una red sinuosa de sacos membranosos delgados que se encuentran en estrecha asociación con el núcleo celular. Los retículos endoplásmicos lisos y rugosos son muy diferentes en apariencia y función (fuente: tejido de ratón). (b) El RE rugoso está tachonado de numerosos ribosomas, que son sitios de síntesis de proteínas (fuente: tejido de ratón). EM × 110,000. (c) Smooth ER sintetiza fosfolípidos, hormonas esteroides, regula la concentración de Ca ^{2 +} celular, metaboliza algunos carbohidratos y descompone ciertas toxinas.

Aparato de Golgi

El aparato de Golgi (Figura\(\PageIndex{5}\)) es un orgánulo grande que procesa las proteínas y las prepara para su uso tanto dentro como fuera de la célula. Fue identificado en 1898 por el médico italiano Camillo Golgi. El aparato de Golgi modifica, clasifica y empaqueta diferentes sustancias para su secreción fuera de la célula, o para su uso dentro de la célula. El aparato de Golgi se encuentra cerca del núcleo de la célula donde modifica las proteínas que se han entregado en vesículas de transporte desde el Retículo Endoplásmico Rough. También participa en el transporte de lípidos alrededor de la célula. Trozos de la membrana de Golgi se pellizcan para formar vesículas que transportan moléculas alrededor de la célula. El aparato de Golgi puede pensarse como similar a una oficina de correos; empaqueta y etiqueta “artículos” y luego los envía a diferentes partes de la celda. El aparato de Golgi tiende a ser más grande y más numeroso en células que sintetizan y secretan grandes cantidades de materiales; por ejemplo, las células B plasmáticas y las células secretoras de anticuerpos del sistema inmune tienen complejos prominentes de Golgi.

El aparato de Golgi manipula productos del Retículo Endoplásmico Rough (ER) y también produce nuevos orgánulos llamados lisosomas. Las proteínas y otros productos de la sala de emergencia se envían al aparato de Golgi, que los organiza, modifica, empaqueta y etiqueta. Algunos de estos productos son transportados a otras áreas de la célula y algunos se exportan desde la célula a través de exocitosis. Las proteínas enzimáticas se empaquetan como nuevos lisosomas.

Figura\(\PageIndex{5}\): La ER rugosa es continua con la envoltura nuclear y tiene ribosomas en su superficie. Los ribosomas producen proteínas como la mostrada que permanece unida a la membrana del RE rugoso. La membrana del RE rugoso se pellizca para formar una vesícula de transporte que contiene la proteína. La vesícula se fusiona con la cara cis del aparato de Golgi. La proteína ahora se encuentra en la membrana del aparato de Golgi y viaja a lo largo de las cisternas. Una vez que llega a la cara trans del aparato de Golgi, se empaqueta en una vesícula secretora que envía la proteína a la membrana plasmática.

La pila de cisternas tiene cuatro regiones funcionales: la red CIS-Golgi, Medial-Golgi, Endo-Golgi y la red trans-Golgi. Las vesículas de la sala de urgencias se fusionan con la red y posteriormente avanzan a través de la pila desde la red cis hasta la red trans-Golgi, donde se empaquetan y envían a su destino. Cada cisterna incluye enzimas especiales de Golgi que modifican o ayudan a modificar las proteínas que viajan a través de ella. Las proteínas pueden modificarse mediante la adición de un grupo carbohidrato (glicosilación) o grupo fosfato (fosforilación). Estas modificaciones pueden formar una secuencia señal en la proteína, que determina el destino final de la proteína. Por ejemplo, la adición de manosa-6-fosfato señala la proteína para lisosomas.

Vesículas y Vacuolas

Tanto las vesículas como las vacuolas son orgánulos en forma de saco que almacenan y transportan materiales en la célula. Las vesículas son mucho más pequeñas que las vacuolas y tienen una variedad de funciones. Las vesículas que se pellizcan de las membranas del aparato de ER y Golgi almacenan y transportan moléculas de proteínas y lípidos. Se puede ver un ejemplo de este tipo de vesícula de transporte en la figura anterior. Algunas vesículas se utilizan como cámaras para reacciones bioquímicas. Otras vesículas incluyen:

• Lisosomas, que utilizan enzimas para descomponer la materia extraña y las células muertas.
• Peroxisomas, que utilizan oxígeno para descomponer venenos.
• Transportar vesículas, transportar contenidos entre orgánulos así como entre el exterior y el interior de la célula.

Centrioles

Los centriolos son orgánulos involucrados en la división celular. La función de los centriolos es ayudar a organizar los cromosomas antes de que ocurra la división celular para que cada célula hija tenga el número correcto de cromosomas después de que la célula se divida. Los centriolos se encuentran únicamente en las células animales y se localizan cerca del núcleo. Cada centriolo está hecho principalmente de una proteína llamada tubulina. El centríolo es de forma cilíndrica y consta de muchos microtúbulos, como se muestra en el modelo que se muestra a continuación.

Figura\(\PageIndex{6}\): Los centriolos son pequeños cilindros cerca del núcleo, agrandados aquí para mostrar su estructura tubular.

Ribosomas

Los ribosomas son pequeñas estructuras donde se elaboran las proteínas. Aunque no están encerrados dentro de una membrana, frecuentemente son considerados orgánulos. Cada ribosoma está formado por dos subunidades, como la que se muestra en la parte superior de esta sección. Ambas subunidades consisten en proteínas y ARN. El ARN del núcleo lleva el código genético, copiado del ADN, que permanece en el núcleo. En el ribosoma, el código genético en el ARN se utiliza para ensamblar y unir aminoácidos para elaborar proteínas. Los ribosomas se pueden encontrar solos o en grupos dentro del citoplasma así como en el RER.

Revisar

1. Definir orgánulo.
2. Describir la estructura y función del núcleo.
3. Explique cómo el núcleo, los ribosomas, el retículo endoplásmico rugoso y el aparato de Golgi trabajan juntos para producir y transportar proteínas.
4. ¿Por qué se hace referencia a las mitocondrias como las centrales eléctricas de la célula?
5. ¿Qué papeles juegan las vesículas y las vacuolas?
6. ¿Por qué todas las células necesitan ribosomas, incluso células procariotas que carecen de núcleo y otros orgánulos celulares?
7. Explicar la teoría endosimbiótica en lo que se refiere a las mitocondrias. ¿Cuál es una pieza de evidencia que sustenta esta teoría?
8. Los lisosomas y peroxisomas son tipos de:
   1. A. Organelos
   2. B. Vesículas
   3. C. Vacuolas
   4. D. Tanto A como B
9. ¿Cuál de los siguientes orgánulos encaja mejor con cada descripción de función? Elija solo un orgánulo por cada respuesta: Aparato de Golgi, centriolos, nucleolo, núcleo, retículo endoplásmico rugoso
   1. a. Contiene las instrucciones genéticas para la producción de proteínas
   2. b. Organiza los cromosomas antes de la división celular
   3. c. Proporciona un marco para los ribosomas
   4. d. Paquetes y etiquetas de proteínas
   5. e. Ensamble ribosomas
10. Verdadero o Falso. Todas las células eucariotas tienen un núcleo.
11. Verdadero o Falso. La superficie externa del núcleo de una célula eucariota no es completamente sólida.

Explora más

https://bio.libretexts.org/link?16744#Explore_More

Atribuciones

1. Subunidad 50S del ribosoma por Yikrazuul, licencia CC BY-SA 3.0 vía Wikimedia Commons
2. Núcleo celular por personal de Blausen.com (2014). “Galería Médica de Blausen Medical 2014”. WikiRevista de Medicina 1 (2). DOI: 10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436. licenciado CC BY 3.0 vía Wikimedia Commons
3. Mitocondria animal de LadyOfHats, liberada al dominio público a través de Wikimedia Commons
4. Retículo endoplásmico de OpenStax, licenciado CC BY 4.0 vía Wikimedia Commons
5. Aparato de Golgi de Openstax, con licencia CC BY 4.0 vía Wikimedia Commons
6. Centrioles por personal de Blausen.com (2014). “Galería Médica de Blausen Medical 2014”. WikiRevista de Medicina 1 (2). DOI: 10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436. licencia CC BY 3.0 vía Wikimedia Commons
7. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0