Índice
1. Célula vegetal
2. Como se estudian las
células
4.
Células vegetales y animales
5. Célula
eucariota
6. La pared
celular
7. La membrana
plasmática
8. El
protoplasto
9.
Glosario
10.
Bibliografía
1. Célula
Vegetal
Todos los organismos vivos están compuestos por
células. El inglés,
Robert Hooke en 1665, realizó cortes finos de una muestra de corcho
y observó usando un microscopio
rudimentario unos pequeños compartimentos, que no eran
más que las paredes celulares de esas células
muertas y las llamó células ( del latín
cellula, que significa habitación pequeña ) ;
ya que éste tejido le recordaba las celdas pequeñas
que habitaban los monjes de aquella época. No fue sino
hasta el siglo XIX, que dos científicos alemanes el
botánico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor
Schwann, enunciaron en 1839 la primera teoría
celular : " Todas las plantas y
animales
están compuestos por grupos de
células y éstas son la unidad básica de
todos los organismos vivos". Esta teoría fue completada en
1855, por Rudolph Virchow, quien estableció que las
células nuevas se formaban a partir de células
preexistentes ( omni cellula e cellula ). En otras palabras las
células no se pueden formar por generación
espontánea a partir de materia
inerte.
Célula fijada con KMnO4
En la frontera de lo viviente, se han descubierto seres aun
más pequeños : los virus, que crecen
y se reproducen solamente cuando parasitan otra célula.
Podemos afirmar que, no hay vida sin célula. Al igual que
un edificio, las células son los bloques de construcción de un organismo. La célula
es la unidad más pequeña de materia viva, capaz de
llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento
de la vida.
La teoría celular actualmente se puede resumir de la
siguiente forma :
- Todos los organismos vivos están formados por
células y productos
celulares. - Sólo se forman células nuevas a partir
de células preexistentes. - La información genética que se necesita durante la vida
de las células y la que se requiere para la producción de nuevas células se
transmite de una generación a la siguiente. - Las reacciones
químicas de un organismo, esto es su metabolismo,
tienen lugar en las células.
2.
Cómo se estudian las células
Una de las principales herramientas
para el estudio de la célula es el microscopio. En general
las células y tejidos vivos son
difíciles de estudiar con el microscopio
fotónico ; ya que los tejidos multicelulares son
demasiado gruesos para dejar pasar la luz y las
células vivas aisladas suelen ser transparentes, con poco
contraste entre los detalles internos. Sin embargo, se pueden
realizar estudios de tejidos, realizando cortes a mano alzada con
una hojilla bien afilada y haciendo observaciones con el
microscopio óptico, previo montaje de la muestra sobre un
porta objeto de vidrio, con una
gota de agua y
cubriendo con un vidrio cubre objeto.
Primeramente el estudio detallado de las células se ha
favorecido con el mejoramiento de los microscopios y el desarrollo de
métodos y
técnicas para preparación y observación de las células. En
segundo lugar, se trata de correlacionar los hallazgos
estructurales con la información bioquímica.
Además de los avances en la microscopia que se observaron
en la segunda mitad del siglo XIX y en el siglo XX, que han
mejorado el poder de
resolución de estos instrumentos, se han desarrollado
también las técnicas básicas de
preparación del material para su estudio con el
microscopio :
- Se fijan las células o tejidos con agentes que
matan y estabilizan la estructura,
p. ej. alcohol,
ácido acético, formol, tetróxido de osmio,
permanganato de potasio, entre otros. - Se deshidratan con alcohol etílico, butanol,
acetona,etc - Se montan en substancias duras que actúan como
soporte del tejido para ser posteriormente cortados, ya sea con
un micrótomo de Minot o con hojilla de diamante, si se
requieren cortes ultra finos, para microscopia electrónica. - Se tiñen las células con colorantes que
actúan sobre algunos organelos, produciendo contraste
entre núcleo o citoplasma, o entre mitocondrias y otros
elementos del citoplasma.
Existen distintos métodos de preparación
para el estudio de ciertas característica celulares específicas
En éste siglo, el desarrollo de las técnicas
citológicas ha seguido las siguientes líneas :
1) se desarrollaron nuevos aparatos ópticos, como el
microscopio de contraste de fase y se perfeccionaron otros como
el microscopio de luz polarizada , facilitando así el
estudio de las células vivas ; 2) se inventó
el microscopio electrónico de transmisión ( TEM,
transmission electron microscopy) y el microscopio
electrónico de barrido( SEM, scanning electron
microscopy) ; 3) se crearon métodos
citoquímicos para lograr información química a partir de
preparaciones microscópicas, entre estos se pueden citar
la inmunofluorescencia y la microrradioautografía; 4) se
idearon técnicas para fragmentar las células
mediante , ultrasonido, homogenizado, y el aislamiento de los
organelos y otros componentes mediante centrifugación
diferencial, para su posterior estudio
bioquímico.
3.
Células eucarioticas y procarióticas
En el mundo viviente se encuentran básicamente
dos tipos de células : las procarióticas y las
eucarióticas. Las células procarióticas (del
griego pro, antes de ; karyon, núcleo) carecen de un
núcleo bien definido . Todas las otras células del
mundo animal y vegetal, contienen un núcleo rodeado por
una doble membrana y se conocen como eucarióticas ( del
griego eu, verdadero y karyon, núcleo ). En las
células eucarióticas, el material genético
ADN, esta
incluido en un núcleo distinto, rodeado por una membrana
nuclear. Estas células presentan también varios
organelos limitados por membranas que dividen el citoplasma
celular en varios compartimientos, como son los cloroplastos, las
mitocondrias, el retículo endoplasmático, el
aparato de Golgi, vacuolas, etc.
Los organismos procariotes son unicelulares y pertenecen
al grupo de las
Moneras, que incluyen las bacterias y
cianobacterias ( algas verde-azules ). El ADN de las
células procarióticas está confinado a una o
más regiones nucleares, que se denominan nucleoides, que
se encuentran rodeados por citoplasma, pero carecen de membrana.
En las bacterias, el nucleoide esta formado por un pedazo de ADN
circular de aproximadamente 1 mm de largo, torcido en espiral,
que constituye el material genético esencial. Las
células procarióticas son las más primitivas
de la tierra,
hicieron su aparición en los océanos hace
aproximadamente 3,5 millardos de años ; mientras que
las células eucarióticas fósiles tienen
menos de un millardo de años.
Las células procarióticas son
relativamente pequeñas, nunca tienen más de algunas
micras de largo y no más de una micra de grosor. Las algas
verde-azules son generalmente más grandes que las
células bacterianas. Así mismo, todas las algas
verde-azules realizan la fotosíntesis con la clorofila a, que no se
encuentra en las bacterias, y mediante vías
metabólicas comunes a las plantas y algas, pero no a las
bacterias.
Un gran número de células
procarióticas, están rodeadas por paredes
celulares, que carecen de celulosa, lo que las hace diferentes de
las paredes celulares de las plantas superiores.
En la parte interna de la pared celular, se encuentra la membrana
plasmática o plasmalema, la cual puede ser lisa o puede
tener invaginaciones, llamados mesosomas, donde se llevan a cabo
las reacciones de transformación de energía (
fotosíntesis y respiración ). En el citoplasma, se
encuentran cuerpos pequeños, esféricos, los
ribosomas, donde se realiza la síntesis
de proteínas.
Así mismo, el citoplasma de las células
procarióticas más complejas puede contener
también vacuolas( estructuras en
forma de saco ), vesiculas ( pequeñas vacuolas ) y
depositos de reserva de azucares complejos o materiales
inorgánicos. En algunas algas verde-azules las vacuolas
están llenas con nitrógeno gaseoso.
Muchas bacterias son capaces de moverse rápidamente
gracias a la presencia de flagelos.
4.
Células vegetales y animales
Tanto las células de las plantas como las de los
animales son eucarióticas, sin embargo presentan algunas
diferencias :
- Las células vegetales presentan una pared
celular celulósica, rígida que evita cambios de
forma y posición. - Las células vegetales contienen plastidios,
estructuras rodeadas por una membrana, que sintetizan y
almacenan alimentos. Los
más comunes son los cloroplastos. - Casi todas las células vegetales poseen
vacuolas, que tienen la función
de transportar y almacenar nutrientes, agua y productos de
desecho. - Las células vegetales complejas, carecen de
ciertos organelos, como los centriolos y los
lisosomas.
Las plantas son organismos multicelulares formados por
millones de células con funciones
especializadas. Sin embargo, todas las células vegetales
poseen una organización común : tienen un
núcleo, un citoplasma y organelos subcelulares ; los
cuales se encuentran rodeados por una membrana que establece sus
límites. Así como una pared celular
que rodea el protoplasto ( núcleo + citoplasma con sus
inclusiones ).
Aunque las células vegetales y animales son muy
parecidas, las células vegetales tienen una pared
rígida de celulosa, que le brinda protección, sin
impedir la difusión de agua y iones desde el medio ambiente
hacia la membrana plasmática, que es la verdadera barrera
de permeabilidad de la célula. Una pared celular primaria
típica, de una dicotiledónea está formada
por 25-30 % de celulosa, 15-25 % de hemicelulosa, 35 % de pectina
y 5-10 % de proteínas (extensinas y lectinas), en base al
peso seco. La constitución molecular y estructural
precisa de la pared celular, depende del tipo de célula,
tejido y especie vegetal.
La pared primaria es delgada ( de 1 a 3 micras de
grosor) y se forma cuando la célula crece, ejemplo de esta
la tenemos en células jóvenes en crecimiento, en el
tejido parenquimático, en el clorénquima,
epidermis, etc.
La membrana celular está fuertemente adherida a la pared
celular, debido a la presión de
turgencia provocada por los fluidos intracelulares. Literalmente
podemos decir que las células se encuentran abombadas,
empujándose entre ellas ;en otras palabras se
encuentran infladas por una presión
hidrostática.
Las macromoléculas de celulosa, en la pared
celular esta formada por unidades de glucosa ( un azúcar
de 6 carbonos) enlazadas covalentemente, formando una estructura
en forma de cinta aplanada, que puede tener de 0,25 a 5 micras de
largo. Entre 40 a 70 de estas cadenas se mantienen unidas
mediante enlaces de hidrógeno, entre los grupos OH de los
residuos de glucosa, formando una estructura cristalina llamada
microfibrilla, que tiene aproximadamente 3 nm de diámetro.
La celulosa es muy estable químicamente e insoluble. Las
microfibrillas tienen una alta fuerza
tensional, que actua reforzando la pared. Grupos de
microfibrillas se disponen como los alambres en un cable,
formando macrofibrillas. Las macrofibrillas son los componentes
más importantes de la pared celular y se mantienen unidas
mediante otros componentes de la pared celular, como son las
macromoléculas de hemicelulosa y péctina. Estas
sustancias pegan toda la estructura, en capas de fibras. Las
primeras microfibrillas que se depositan en la pared celular,
forman una red con
disposición transversal. Pero, cuando la presión de
turgencia produce la extensión celular y la pared crece en
área superficial, la otra capa de microfibrillas se
deposita paralelamente, al eje longuitudinal de la célula.
El efecto final es una apariencia entramada de varias
capas.
Dos células adyacentes se mantienen unidas
mediante la lámina media, la que se encuentra formada
principalmente por sustancias pecticas, que cementan las paredes
primarias, a ambos lados de la lámina media. Nosotros
podemos extraer la pectina de frutos verdes, como por Ej. el
mango y hacer jalea. En muchas plantas posteriormente se puede
depositar una pared celular secundaria, que imparte rigidez y
fortaleza al tejido, sí se deposita lignina. Por ejemplo
los troncos de los árboles, tienen células con gruesas
paredes celulares secundarias.
Las plantas multicelulares, se conectan a través
de pequeñas perforaciones que comunican las células
adyacentes, denominadas campos de punteaduras primarias, a
través de los cuales pasan cordones citoplasmáticos
denominados plasmodesmos. A pesar de que son muy pequeños
para que lo atraviesen organelos celulares, sin embargo las
conexiones citoplasmáticas permiten la transferencia de
sustancias de una célula a otra. La membrana
plasmática es continua y se extiende de una célula
a la otra a través de los plasmodesmos, constituyendo lo
que se conoce como simplasto ; mientras que el conjunto de
las paredes celulares de un tejido, más los espacios
intercelulares, se denomina apoplasto. La pared celular es muy
permeable a diferentes sustancias, permitiendo el paso de agua y
solutos ; aunque la verdadera barrera que controla la
permeabilidad, al igual que en las células animales, es la
membrana plasmática o plasmalema.
La membrana plasmática, tanto de las
células procarióticas como eucarióticas, son
básicamente similares. En ambos casos, regula el flujo de
sustancias disueltas hacia adentro y hacia afuera de la
célula. La ósmosis, que funciona debido a que
el agua pasa a
través de las membranas más rápido que los
solutos, regula el flujo de agua.
Las membranas plasmáticas tienen aproximadamente
50% de fosfolípidos y 50% de proteínas. La
estructura en tres capas de las membranas celulares, consiste de
una doble capa de fosfolípidos, con los grupos
hidrofóbos( no afines al agua ) mirando hacia el centro y
los grupos hidrofílicos ( afines al agua ) orientados
hacia las partes externas de la bicapa lípidica. Las
moléculas de proteínas, flotan en la bicapa
lipídica, con sus terminaciones hidrofílicas
penetrando en ambas superficies de la membrana, lo que se conoce
como el modelo de
mosaico fluido, propuesto por Singer y Nicolson( 1972 ). Se sabe
que en las membranas existen dos tipos de proteínas :
las proteínas integrales(intrínsecas) y las
proteínas periféricas (
extrínsecas).
Cuando se estudia la membrana plasmática mediante
el microscopio electrónico, después de haber sido
apropiadamente fijada con tetróxido de osmio, las capas de
proteínas se observan como dos líneas densas (
oscuras ), con un espacio claro entre ellas. Las líneas
oscuras tienen un espesor de aproximadamente 2,5 a 3,5 nm y la
línea clara tiene aproximadamente 3,5 nm, para un grosor
de aproximadamente 10 nm o100 Å. La que se conoce como la
unidad de membrana. Esto no significa que todas las membranas
sean iguales ; ya que ellas pueden presentar diferentes
características de permeabilidad. El hecho de que una
substancia pueda atravesar la membrana de un cloroplasto, no
significa que lo pueda hacer también a través de
una membrana mitocondrial. Las membranas poseen la propiedad de
ser selectivas, lo que indica que cada tipo de membrana tiene
características moleculares particulares, que les permite
funcionar bajo sus propias condiciones. Todas las membranas
biológicas que rodean las células, núcleos,
vacuolas, mitocondrias, cloroplastos y otros organelos celulares
son selectivamente permeables. Las membranas son muy permebles a
las moléculas de agua y ciertos gases,
incluyendo el oxígeno
y el dióxido de carbono ;
mientras que otras moléculas pueden tener problemas para
atravesar las membranas, debido a su tamaño, polaridad y
solubilidad en lípidos.
Los iones y las moléculas polares (con carga
eléctrica), tienden a moverse a través de la parte
proteica de la membrana. Muchas sustancias se mueven mediante
difusión simple, por un proceso de
transporte
pasivo, de zonas de mayor a menor concentración. Sin
embargo, en los seres bióticos muchas sustancias
atraviesan la membrana mediante transporte activo,
moviéndose en contra de un gradiente de
concentración, y con la utilización de
energía metabolica por la célula , en forma de ATP
( adenosin trifosfato ), el cual es aportado por la
respiración.
El contenido del protoplasto, se puede dividir en tres
partes fundamentales : citoplasma, núcleo y
vacuola(s) ; así mismo se encuentran substancias
ergásticas y órganos de locomoción. Todas
las células eucarióticas, al menos cuando
jóvenes pose en un núcleo ; el cual puede
desaparecer en los tubos cribosos y en otras células
vegetales, en la medida que maduran. El protoplasto se encuentra
ausente en los elementos xilemáticos maduros( vasos y
traqueidas). La presencia de vacuolas y substancias
ergásticas, es una característica de las
células de hongos y de las
plantas.
El citoplasma ( plasma fundamental ), tiene una
consistencia viscosa y está compuesto de una mezcla
heterogénea de proteínas ( enzimas ) y es el
lugar donde ocurren importantes reacciones metabólicas,
como la glucólisis. Debido a su naturaleza
coloidal, el citoplasma sufre cambios de estado, puede
pasar de sol( fluido) a gel (parecido a la gelatina ). El
citosol, es la matriz fluida
en la que los organelos se encuentran suspendidos, está
organizado en una red tridimensional de
proteínas fibrosas, llamadas citoesqueleto. El
citoesqueleto es mucho más organizado, que la sopa clara
que nos podemos imaginar.
Los elementos del citoesqueleto son : los
microtúbulos y los microfilamentos. Los
microtúbulos son filamentos cilíndricos, huecos que
tienen un diámetro externo de 25 nm y varias micras de
longuitud. Las paredes de los microtúbulos, estan formadas
por filamentos protéicos lineares o en espiral de
aproximadamente 5 nm de diámetro y estos están
compuestos de 13 subunidades. En el centro de un
microtúbulo se encuentra un lumen ( área
vacía ) ; sin embargo se pueden observar bastones o
puntos. Los microtúbulos estan compuestos por
moléculas esféricas de una proteína llamada
tubulina . Los microtúbulos pueden formarse o
descomponerse rápidamente a conveniencia, y se encuentran
formando parte de estructuras celulares que facilitan el movimiento,
como el huso mitótico y los flagelos. La colquicina, un
alcaloide del cólquico ( Colchicum autumnale ), destruye
la
organización de los microtúbulos, impidiendo la
formación del huso acromático durante la mitosis
celular. Por lo que la colquicina se ha utilizado en
genética, en la obtención de células
poliploides.
Los microfilamentos son estructuras más
pequeñas, pero sólidas de 5 a 7 nm de
diámetro, que actúan solos o conjuntamente con los
microtúbulos para producir movimiento celular. Estos
también están formados por proteínas,
específicamente la proteína actina, la que con la
miosina son también constituyentes del tejido muscular de
los animales. Los microfilamentos causan el movimiento de
corriente citoplasmática o ciclosis, la que ocurre en
muchas células vegetales, como en las algas Chara y
Nitella, donde se han reportado velocidades de 75 µm por
segundo. En las hojas de la Elodea canadensis, se observa muy
bien la ciclosis, que produce un movimiento de los organelos
celulares, de una forma helicoidal, de un lado hacia abajo y del
otro lado hacia arriba. Los microfilamentos también juegan
un papel
importante en el crecimiento del tubo polínico y en el
movimiento ameboidal. En el citoplasma se encuentra un sistema de
endomembranas, que incluye al retículo
endoplasmático, el aparato de Golgi, la envoltura
nuclear y otros organelos celulares y membranas ( tales como los
microcuerpos, esferosomas y membrana vacuolar), que tienen sus
orígenes en el retículo endoplasmático o en
el aparato de Golgi. La membrana celular que ya la hemos
estudiado, se considera como una entidad separada ; aunque
su crecimiento se debe a la adición de vesículas
por el aparato de Golgi. Las mitocondrias y plastidios se
encuentran rodeados por una doble membrana, que se parece al
sistema de endomembranas ; aunque estos organelos se
autoduplican, por lo que no están relacionados al sistema
de endomembranas. Así mismo, los ribosomas, los
microtúbulos y los microfilamentos, no forman parte del
sistema de endomembranas.
El retículo endoplasmático ( RE o ER, del
inglés endoplasmic reticulum ) es un sistema
multirramificado de sacos membranosos planos, denominados
cisternas, que presentan la típica estructura de unidad de
membrana. El RE es continuo con la membrana externa de la
envoltura nuclear, a la que se une en las cercanías del
núcleo. El RE puede tener ribosomas, que se encuentran
unidos como lo hacen los botones a un pedazo de tela, y se conoce
como RE rugoso o puede carecer de ribosomas y se llama RE liso.
El RE rugoso sintetiza lípidos de membrana y
proteínas de secreción ; mientras que el RE
liso está implicado también en la producción
de lípidos y en la modificación y transporte de las
proteínas sintetizadas en el RE rugoso. Los ribosomas,
obsevados en una micrografía electrónica a bajo
aumento, aparecen como puntos negros, redondos sobre el RE, pero
a altos aumentos se observa que están formados por un
cuerpo pequeño esférico y un cuerpo concavo grande,
tienen de 20 a 30 nm de grosor. Frecuentemente aparecen formando
agregados característicos que reciben el nombre de
polisomas. Los ribosomas son partículas de
ribonucleoproteínas ( contienen proteínas y
ácido ribonucleíco ), donde se produce la
síntesis de proteínas a partir de
aminoácidos, mediante el mecanismo de la
traducción, de la información genética
contenida en el ácido ribonucleico mensajero( ARNm). En
una célula pueden existir miles de ribosomas, con una
capacidad de síntesis prodigiosa, ya que cada ribosoma
puede producir una molécula de proteína por
minuto.
Complejos de Golgi o aparato de Golgi esta relacionado
con el RE ; éste sistema de membranas está
compuesto por conjuntos de
sacos de Golgi, aplanados y llenos de fluido. Se observan como
membranas aplanadas, parecidas a una pila de cachapas. En los
extremos de estas membranas aplanadas o cisternas, se pueden
observar vesículas que contienen las macromoléculas
que se usan para la construcción de las membranas y la
pared celular. Tanto los polisacáridos hemicelulosa y
pectina, como la proteína de la pared celular (extensina)
son sintetizados y procesados en el interior de las
vesículas de secreción del aparato de Golgi o
dictiosoma. Cada aparato de Golgi tiene 4 a 6 cisternas con una
separación de 10 nm ; no obstante algunas algas
pueden tener de 20 a 30 . El aparato de Golgi puede tener otras
funciones además de contribuir al crecimiento del
plasmalema y transporte de material a la pared celular, como es
la de segregar mucilago en la parte externa de la punta de la
raíz, que actúa como un lubricante permitiendo su
movimiento entre las partículas del suelo. El aparato
de Golgi es abundante en muchas células secretoras. Los
dictiosomas no son estructuras permanentes y en caso de necesidad
se forman de novo por el retículo
endoplasmático.
Microcuerpos, peroxisomas , glioxisomas. Los
microcuerpos son organelos esféricos, rodeados por una
sola unidad de membrana. Su diámetro varía de 0,5 a
1,5 µm y tienen un interior granular ; algunas veces
con inclusiones cristalinas de proteínas. Se originan a
partir del RE, formando parte del sistema de endomembranas. Los
peroxisomas son organelos esféricos, especializados en
reacciones de oxidación. La enzima catalasa, constituye
casi el 40% de las proteínas totales del peroxisoma, esta
enzima descompone el peróxido de hidrógeno en agua
y oxígeno. En las plantas se conocen los peroxisomas
foliares, como organelos de la fotorrespiración. Los
glioxisomas se encuentran en semillas de oleaginosas, y contienen
las enzimas que ayudan a convertir las grasas almacenadas, en
carbohidratos
que son translocados a la planta joven para su crecimiento. Los
glioxisomas contienen las enzimas del ciclo del ácido
glicólico.
Plastidios. Además del núcleo y las
vacuolas, los plastidios constituyen los organelos más
conspicuos de una célula
vegetal. Los plastidios están rodeados por una doble
membrana, con una estructura interna constituida por un sistema
de membranas, separadas por una matriz de naturaleza
proteíca llamada estroma. Los plastidios tienen ADN (DNA)
con una estructura similar al encontrado en células
procarióticas, así como ribosomas, embebidos en el
estroma. Todos los plastidios se desarrollan a partir de
proplastidios , que son cuerpos pequeños encontrados en
plantas que crecen tanto en la luz como en la oscuridad. Se
dividen por fisión o bipartición, como lo hacen las
mitocondrias y los organismos procariótes. Los plastidios
incoloros se conocen como leucoplastos, contienen enzimas
responsables de la síntesis del almidón. Los
leucoplastos mejor conocidos son los amiloplastos, que almacenan
granos de almidón, como los encontrados en la raíz
de la yuca, el tubérculo de la papa, en granos de
cereales, etc. Otros leucoplastos pueden almacenar
proteínas, se conocen como proteinoplastos. Los
cromoplastos son organelos coloreados, especializados en
sintetizar y almacenar pigmentos carotenoides ( rojo, anaranjado
y amarillo), estos son el origen de los colores de muchos
frutos, flores y hojas, por ej. la piel del
tomate, la raíz de zanahoria, etc. Los cromoplastos se
originan a partir de cloroplastos jóvenes o de
cloroplastos maduros, por división.
Los cloroplastos son plastidios que contienen los
pigmentos verdes clorofila a y b, así como carotenoides de
color anaranjado
y xantofilas amarillas, son característicos de los seres
fotoautótrofos, que poseen la maquinaria enzimática
para transformar la energía
solar en energía química, a través de la
fotosíntesis. Los cloroplastos son característicos
de las células del mesófilo foliar, poseen una
doble membrana que los asemeja a las mitocondrias. Tienen una
membrana externa y otra interna, el espacio delimitado por la
membrana interna está ocupado por un material amorfo,
parecido a un gel, rico en enzimas, denominado estroma. Contiene
las enzimas que realizan la fijación o reducción
del CO2 , convirténdolo en carbohidratos, como
el almidón. La membrana interna de los cloroplastos
también engloba un tercer sistema de membranas, que consta
de sacos planos llamados tilacoides, en los cuales la
energía luminosa se utiliza para oxidar el agua y formar
ATP (compuesto rico en energía) y NADPH (poder reductor),
usados en el estroma para convertir el CO2 en
carbohidratos. En ciertas partes de los cloroplastos, los
tilacoides se disponen como monedas apiladas, denominados grana,
pero en el estroma permanecen aislados.
Los cloroplastos tienen forma elíptica, con un
diámetro de 5 a 10 mm y su número puede variar de
20 a 100 por célula vegetal. Durante la ciclosis se mueven
libremente en el citoplasma. Ellos responden directamente a la
energía solar, para llevar a cabo la fotosíntesis,
orientándose perpendicularmente a los rayos de luz ;
sin embargo sí la energía lumínica es muy
fuerte , se disponen de tal forma que la radiación
incida oblicuamente, recibiendo menos luz.
Los cloroplastos se originan a partir de proplastidios,
reacción ésta que es disparada por la luz, que
provoca la diferenciación del plastidio, apareciendo los
pigmentos y la proliferación de membranas, que origina los
tilacoides y grana. Así mismo, en el estroma del
cloroplasto se encuentran pequeños pedazos circulares de
ADN, dispuestos en doble hélice ; parecidos al ADN de
las mitocondrias y bacterias. El ADN del cloroplasto regula la
síntesis del ARN ribosomal, del ARN de transferencia y de
la Ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa-oxigenasa( RUBISCO), enzima
que cataliza la fijación del CO2 en la
fotosíntesis. Sin embargo, la mayoría de las
proteínas del cloroplasto, son sintetizadas en el citosol
y transportadas al cloroplasto.
Mitocondrias. Las células eucarióticas
poseen organelos complejos, denominados mitocondrias. Observadas
con el microscópio óptico , se ven como
pequeñas esferas , bastones o filamentos, que
varían en forma y tamaño, comunmente miden de 0,5 a
1,0 mm de diámetro y de 1,0 a 4,0 mm de longuitud.
Son más numerosas que los cloroplastos, pudiéndose
encontrar hasta 1000 por célula, pero varias algas,
incluyendo Chlorella tienen una sola por célula La
mitocondria es el organelo responsable de la respiración
aeróbica ( que utiliza O2 ), un proceso en el
cual un carbohidrato se oxida por completo en presencia de
O2 , convirtiéndose en CO2 ,
H2 O y energía almacenada en forma de ATP. Las
mitocondrias se dividen por fisión o bipartición, y
todas se originan a partir de las mitocondrias contenidas en el
zigoto ; de tal forma que sus membranas no se derivan del
sistema de endomembranas. Ellas contienen ADN circular y
ribosomas pequeños ( 15 nm ), en la matriz , de tal manera
que son capaces de sintetizar algunas de sus propias
proteínas. Sin embargo, dependen también de
proteínas sintetizadas en el citoplasma que están
bajo el control
nuclear.
Las mitocondrias tienen una doble membrana, la membrana
externa es lisa, y actúa como un colador, permitiendo el
paso de muchas moléculas pequeñas ; mientras
que la membrana interna , muestra plegamientos denominados
crestas, que aumentan la superficie interna. La membrana interna
es selectivamente permeable, regulando el tipo de
moléculas que la atraviesan. El compartimiento interno
encerrado por la membrana interna es la matriz, de naturaleza
coloidal, que contiene las enzimas del ciclo de Krebs o del
ácido cítrico. En la membrana interna de las
mitocondrias, se encuentran insertos los transportadores de
electrones y la ATP sintetasa , relizándose en ella la
fosforilación oxídativa o sea la síntesis de
ATP, acoplada al consumo de
O2 .
Vacuolas. Son organelos característicos de las
células vegetales, rodeados por una membrana denominada
tonoplasto , que controla el transporte de solutos hacia adentro
y hacia afuera de la vacuola ; regulando el potencial
hídrico de la célula a través de la osmosis . La
vacuola contiene iones inorgánicos, ácidos
orgánicos, azucares, enzimas, cristales de oxalato de
calcio, y una variedad de metabolitos secundarios (alcaloides,
taninos, ), que frecuentemente juegan un papel en la defensa de
las plantas. Algunas vacuolas tienen altas concentraciones de
pigmentos, hidrosolubles , que le dan la coloración a
muchas flores, hojas y a la raíz de remolacha. Los
colorantes vacuolares, de hojas y flores sirven para atraer los
insectos que transportan el polen y, en parte funcionan como
pigmentos protectores del exceso de radiación. Las
vacuolas pueden almacenar proteínas, especialmente en
legumbres y cereales, es importante señalar los granos de
aleurona , en las células de la capa de aleurona de los
cereales ( trigo, cebada) o en los cotiledones de semillas de
leguminosas ( caraota, arveja, lenteja). Al germinar las
semillas, las proteínas son hidrolizadas y los
aminoácidos transferidos al embrión en crecimiento.
Algunas vacuolas almacenan grasas como oleosomas o cuerpos
grasos, p.ej. el endosperma del Ricinus communis ( aceite de
ricino). Las vacuolas son ricas en enzimas hidrolíticas,
como proteasas, ribonucleasas, y glicosidasas, que cuando se
liberan en el citosol, participan en la degradación
celular durante la senescencia. Las vacuolas tienen un pH más
ácido que el citosol, cualquier exceso de iones de
hidrógeno en el citosol es bombeado hacia la vacuola,
manteniéndose la constancia del pH citosólico. En
vista de la cantidad de substancias que se acumulan en la
vacuola, se ha pensado de ellas por mucho tiempo, que son
como el botadero de productos de desechos celulares ( substancias
ergásticas).
Las vacuolas se originan a partir de pequeñas
vacuolas en células, jóvenes, meristemáticas
del ápice del tallo o de la raíz , las que crecen
con la célula, absorbiendo agua por osmosis y
uniéndose unas con otras, hasta que se forman grandes
vacuolas. Las pequeñas vacuolas o provacuolas parecen
formarse a partir del aparato de Golgi o del retículo
endoplasmático .
El núcleo celular y sus componentes. El
núcleo es el organelo celular más conspicuo, tiene
forma esférica o globular , con un diámetro de 5 a
15 m m . Es el centro de control de la célula ; sin
embargo no es un organelo independiente, ya que debe obtener sus
proteínas del citoplasma. El núcleo contiene la
mayor cantidad de ADN, al que se le da el nombre de genoma,
está rodeado por una envoltura nuclear, compuesta de dos
membranas, que se fusionan en algunos puntos formando poros
nucleares, que permiten la
comunicación del interior del núcleo con el
citoplasma celular. Pueden existir desde pocos a miles de poros
en una envoltura nuclear. Algunas macromoléculas del
núcleo, incluyendo subunidades ribosomales, son capaces de
atravesar los poros nucleares hacia el citosol y viceversa. El
núcleo ejerce su control sobre las funciones celulares
vía ARNm( ácido ribonucleico mensajero),
determinando las enzimas que se fabrican en la célula y
éstas a su vez determinan las reacciones químicas
que se llevan a cabo, y por ende la estructura y función
celular.
El núcleo es el sitio de almacenamiento y
replicación de los cromosomas , que
están compuestos de ADN y proteínas
acompañantes. El complejo ADN-proteina (nucleoproteina),
se denomina cromatina, que se observa dispersa durante la
interfase. Aunque la cromatina pareciera estar desordenada, no es
así ; ya que está organizada en estructuras
llamados cromosomas. La longitud de todo el ADN del genoma de una
planta es millones de veces mayor que el diámetro del
núcleo donde se encuentra, podemos establecer la
analogía con una bola de hilo enrollada varios
kilómetros de longitud, metida dentro de una pelota de
golf. Cuando una célula se prepara para dividirse, el ADN
y las proteínas que forman cada cromosoma se
enrollan más estrechamente; los cromosomas se
acortan, engruesan y se hacen visibles al microscopio. El
núcleo contiene una solución acuosa, repleta de
enzimas, el nucleopasma, en el cual se encuentran suspendidos la
cromatina o los cromosomas y los nucléolos. Como ya
mencionamos, el ADN almacena información, en forma de
genes, que son segmentos o secuencias de ADN que contienen toda
la información genética para originar un producto
génico determinado -ARN, proteína-.
El núcleo contiene uno o más cuerpos
esféricos (pueden ser hasta 4), los nucléolos, que
pueden tener de 3 a 5m m de diámetro. Los nucléolos
son masas densas de fibras, de forma irregular, se tiñen
de oscuro, que se encuentran suspendidos en el nucleoplasma. En
ellos se pueden encontrar áreas claras, llamadas vacuolas
nucleolares, que son indicativo de un nucléolo muy activo.
Las células meristemáticas, generalmente tienen
nucléolos más grandes que las células
maduras o latentes. En el nucléolo se fabrica el ARN
ribosomal, que junto a las proteínas sintetizadas en el
citoplasma, forman los ribosomas. El ARN ribosomal es codificado
por regiones especiales en los cromosomas denominadas
regiónes organizadoras del nucléolo. Los
nucéolos se obsevan bien durante la interfase de la
mitosis, que es la fase de descanso de la división
celular, pero cuando la célula comienza a dividirse, en la
profase, desaparecen los nucléolos y la membrana nuclear,
que se reabsorbe en el retículo
endoplasmático.
Página siguiente  |