BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 1º BACHILLERATO

ORGANIZACIÓN CELULAR

BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA

0. INTRODUCCIÓN

La célula es la unidad más pequeña que puede considerarse viva. En su estructura intervienen moléculas inorgánicas  (agua y sales minerales) y orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). Estas moléculas se asocian entre sí, dando complejos macromoleculares y orgánulos celulares. Estas estructuras permiten el automantenimiento y la reproducción de la célula.

0.1. COMPONENTES CELULARES

Todas las células poseen tres estructuras básicas comunes: membrana plasmática, citoplasma y material genético. MEMBRANA PLASMÁTICA Es una envoltura lipoproteica que rodea, limita y protege a la célula. La membrana controla el intercambio de sustancias con el medio y es el órgano de relación de la célula. CITOPLASMA El citoplasma es el contenido de la célula. Está formado por una disolución acuosa, el citosol, donde hay sales y moléculas orgánicas disueltas. Dentro del citoplasma hay numerosos orgánulos, con o sin membrana, que realizan las diferentes funciones de la célula. MATERIAL GENÉTICO El material genético en toda las células es ADN (ácido desoxirribonucleico), una compleja y enorme molécula de ácido nucleico que contiene la información genética. El ADN controla la actividad celular, incluida la división, y se reparte equitativamente entre las células hijas.

1. ORGANIZACIÓN ACELULAR: VIRUS

Aunque la célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos, existen estructuras formadas por biomoléculas orgánicas y que son muy importantes para los seres vivos. Entre ellas destacan los virus.

1.1. LOS VIRUS

Los virus son organismos muy sencillos, sin estructura celular. Su pequeño tamaño (10 a 400 nm), cientos de veces menor que una célula, hace que se requiera un microscopio electrónico para su observación. Carecen de metabolismo propio, por lo que son parásitos obligados de diferentes tipos de células (procariotas o eucariotas). Constan de un material genético (ácido nucleico, que puede ser ARN o ADN, pero nunca ambos) y una envoltura proteica llamada cápsida. Algunos virus poseen, además, una envoltura membranosa obtenida de las células que parasitan. 1.1.1. TIPOS DE VIRUS Aunque existe una clasificación oficial ICTV (Comité Internacional de Taxonomía de Virus), existen diversos criterios de clasificación: 1. Según la estructura de la cápsida: Helicoidales: cápsida helicoidal que envuelve al ácido nucleico. Rabia, Ébola, mosaico del tabaco. Poliédricos: cápsida poliédrica, generalmente icosaédrica. Adenovirus y poliovirus. Complejos: estructura muy compleja. Así, los bacteriófagos, presentan una cápsida poliédrica (cabeza), una cola cilíndrica y, muchas veces, una placa basal con fibras articuladas, espículas y ganchos de anclaje a la célula huésped. 2. Según la presencia o ausencia de envoltura: Virus envueltos: tienen envoltura. Gripe, VIH, herpes, rabia Virus desnudos: carecen de envoltura. 3. Según la célula infectada: Bacteriófagos: infectan a bacterias. Virus animales: infectan células animales. Virus vegetales: infectan células vegetales. 4. Según el ácido nucleico: Virus de ADN: papiloma, herpes, viruela, bacteriófagos,… Virus de ARN: VIH, gripe, Ébola, rabia,…

1.1.2. CICLO VIRAL

El ciclo viral es el conjunto de procesos por el que pasa el virus hasta dar lugar a otros muchos virus idénticos. Puede dividirse en varias fases: fijación o adsorción, penetración, biosíntesis, ensamblaje y liberación. a. Fijación o adsorción: los virus colisionan por azar con una célula huésped y se fijan a su superficie gracias a receptores celulares. b. Penetración: consiste en la entrada total o parcial del virus en la célula. Puede entrar todo el virus o sólo el material genético. c. Biosíntesis: en esta fase se dan la  replicación del ácido nucleico, la transcripción a ARNm y la traducción para formar proteínas víricas (capsómeros, enzimas, etc). Mientras esto sucede, la célula puede estar haciendo sus funciones normales, por lo que a este periodo se le llama eclipse. d. Ensamblaje: los distintos componentes víricos se autoensamblan, formando nuevos virus en el interior celular. e. Liberación: el virus sale al exterior celular.

1.2. OTRAS FORMAS ACELULARES

Además de los virus, existen partículas infecciosas aún más pequeñas y simples, como viroides y priones, que son los agentes infecciosos más pequeños conocidos. Los viroides son moléculas pequeñas de ARN de cadena simple, circular y desnudo. Hasta ahora se conocen unos 300 viroides, todos patógenos de vegetales, como el del tubérculo filiforme de la patata, del exocortis de los cítricos o del atrofiamiento del tomate. Los priones son proteínas de estructura anómala que ocasionan enfermedades neurodegenerativas transmisibles, llamadas encepalopatías espongiformes, en humanos y ganado. Prácticamente todos los priones conocidos afectan a mamíferos: enfermedad de Creutzfeldt-Jakob y kuru en humanos; enfermedad de las vacas locas (encefalopatía espongiforme bovina) en vacas; scrapie o tembladera en ovejas y cabras, etc.

2. MODELOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR

Aunque el proceso por el que se originó la vida sigue siendo un misterio sin explicar completamente, todo parece indicar que las primeras células aparecieron, probablemente, en el mar, hace unos 3.800 millones de años. Estas primeras células tenían estructura procariota y se han denominado progenotes o protobiontes. Los protobiontes eran estructuras membranosas que contenían una molécula autorreplicativa, quizás ARN, que podía fabricar proteínas. La evolución de estos primeros organismos llevó a la aparición de la fotosíntesis y de la respiración y, en último término, a toda la diversidad que se observa hoy día. Según su complejidad estructural, existen dos tipos de organización celular: procariota y eucariota. CÉLULA PROCARIOTA (De pro, antes de, y carion, núcleo). Son células de estructura sencilla, pues su citoplasma carece de orgánulos membranosos y de verdadero núcleo. Suelen presentar una pared celular que rodea a la membrana y una única cadena de ADN, circular y dispersa en el citoplasma. Las bacterias y las arqueas son los únicos procariotas. Todos unicelulares. CÉLULA EUCARIOTA (De eu, verdadero). Son células de estructura compleja, con orgánulos celulares membranosos y un material genético rodeado por una doble membrana (núcleo verdadero). Son organismos eucariotas las algas, protozoos, hongos, plantas y animales. Pueden ser uni o pluricelulares.

2.1. ORGANIZACIÓN PROCARIOTA

Las células procariotas tienen una estructura muy sencilla. Carecen de verdadero núcleo y, en general, de orgánulos membranosos. Los procariotas más típicos son las bacterias, células pequeñas (1 a 10 μm). La membrana plasmática delimita un espacio interno continuo, el citoplasma. Estas células constan de: Pared celular. Estructura rígida que envuelve a la membrana. Algunas bacterias (micoplasmas) carecen de ella. Cápsula. Estructura temporal, flexible y externa a la pared que sólo presentan ciertas bacterias y les proporciona resistencia frente a condiciones adversas. Membrana plasmática. Bicapa lipídica con proteínas, incluidas algunas enzimas. Ribosomas. Orgánulos no membranosos, libres en el citoplasma, que se encargan de la síntesis proteica. Nucleoide. Una única molécula circular de ADN, asociada a proteínas no histónicas, y enrollada en superhélice. Plásmidos. Pequeñas moléculas circulares de ADN. Pueden unirse al nucleoide y ser transferidas a otras bacterias. Flagelos. Sólo en algunas bacterias. Son prolongaciones no envueltas por la membrana, con movimiento ondulatorio y que permiten el movimiento de la célula. Fimbrias. Prolongaciones cortas y numerosas, formadas por prolongaciones citoplasmáticas, que permiten la adherencia a superficies. Pili. Prolongaciones muy similares a las fimbrias, pero más largas y encargadas de la conjugación bacteriana.

2.2. ORGANIZACIÓN EUCARIOTA

Mucho mayor y más compleja que la procariota, la célula eucariota presenta una membrana plasmática que delimita un citoplasma compartimentado por numerosos orgánulos  membranosos. Tienen un núcleo verdadero, formado por una doble membrana que contiene el material genético. El citoplasma consta de una porción acuosa, el citosol, y una parte proteica, el citoesqueleto. Existen dos tipos de organización eucariota: la célula animal  y la célula vegetal. 2.2.1. LA CÉLULA ANIMAL Muy compleja y con elevada actividad metabólica. Consta de: Membrana plasmática. Bicapa lipídica (fosfolípidos y colesterol) con proteínas y glúcidos. Controla el paso de sustancias y se encarga de la comunicación celular. Citosol. Medio acuoso del citoplasma donde transcurre gran parte del metabolismo. Contiene enzimas, inclusiones y biomoléculas. Citoesqueleto. Conjunto de filamentos proteicos de diferente grosor (microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios) que dan forma a la célula y contribuyen a su movimiento y el de los orgánulos, incluidos los cromosomas durante la división celular. Forman parte de cilios, flagelos, huso acromático, centriolos, pseudópodos, … Núcleo Orgánulo membranoso de gran tamaño. Tiene doble membrana y contiene la cromatina (ADN asociado a proteínas histónicas), así como uno o varios nucleolos. Centrosoma. El centrosoma es una estructura densa del citoplasma encargada de fabricar microtúbulos. En las células animales, dentro del centrosoma están los centriolos, estructuras cilíndricas perpendiculares entre sí, formadas por microtúbulos. Contribuyen a la formación del huso acromático en la división celular, la formación de cilios y flagelos y a organizar el resto de microtúbulos. Ribosomas. Orgánulos no membranosos. Formados por ARN y proteínas. Sintetizan proteínas (traducción). Pueden estar libres o adheridos a la membrana del RER y del núcleo. Retículo endoplasmático (RE). Red de espacios membranosos interconectados entre sí y con la membrana plasmática y nuclear. Hay un RE liso, sin ribosomas, que sintetiza lípidos y elimina sustancias tóxicas; y un RE rugoso, con ribosomas, que sintetiza proteínas. Aparato de Golgi. Sáculos membranosos apilados. Modifica, secreta y distribuye sustancias elaboradas en el RE mediante vesículas que van a la membrana plasmática o al exterior celular. Mitocondrias. Orgánulos con doble membrana, una externa lisa y otra interna con numerosos pliegues (crestas). Su espacio interior se denomina matriz. Contienen su propio ADN circular y ribosomas de tipo bacteriano. Son las encargadas de obtener la mayor parte de la energía celular mediante la respiración celular aerobia. Lisosomas. Vesículas membranosas formadas en el Golgi. Contienen hidrolasas, enzimas digestivas, para la digestión intracelular. Peroxisomas. Vesículas membranosas encargadas de reacciones de oxidación. 2.2.2. LA CÉLULA VEGETAL Tienen una organización semejante a la animal. Contiene los mismos orgánulos, salvo los centríolos. Se comunican entre ellas mediante perforaciones de la pared llamadas plasmodesmos. La célula vegetal contiene las siguientes estructuras exclusivas: Pared celular. Envoltura rígida por fuera  de la membrana plasmática. Está formada principalmente por celulosa. Existe una pared primaria, delgada y flexible, típica de células jóvenes; y una pared secundaria, gruesa y rígida, en células adultas. La pared tiene numerosas funciones: Soporte mecánico: proporcionan sostén a toda la planta, como un esqueleto. Turgescencia: protege a la célula de fenómenos osmóticos en medio hipotónico, impidiendo que estalle. Protección: frente a la abrasión y el ataque de insectos y patógenos. Comunicación: permite el intercambio de sustancias entre células, sobre todo a través de plasmodesmos, canales citoplasmáticos que comunican células adyacentes. Crecimiento y diferenciación: orienta el crecimiento celular y participa en la diferenciación en tejidos. Plastos. Orgánulos con doble membrana y diferentes tipos. Amiloplastos: almacenan almidón. Cromoplastos: plastos que almacenan pigmentos que dan color a flores, raíces y frutos. Oleoplastos: almacenan lípidos. Proteinoplastos: almacenan proteínas. Cloroplastos: de color verde, contienen pigmentos diversos y membranas internas (tilacoides) dentro de un espacio interior (estroma). En los tilacoides, que suelen agruparse en sacos apilados (grana) están los pigmentos para realizar la fotosíntesis. También tiene ADN circular y ribosomas  de tipo bacteriano. Vacuolas: orgánulos membranosos de gran tamaño que realizan diversas funciones: ósmosis, digestión, almacén de nutrientes y desechos, etc. 2.2.3. EL NÚCLEO CELULAR El núcleo es un orgánulo membranoso presente en las células eucariotas. Controla la actividad celular y la división gracias al ADN, material genético que almacena la información hereditaria de la célula. COMPONENTES DEL NÚCLEO El núcleo es una estructura compleja, formada por: la membrana nuclear, el nucleoplasma, el nucleolo y la cromatina. Membrana nuclear: es una doble membrana, de composición similar a la plasmática. Se continúa con el retículo endoplasmático rugoso y presenta ribosomas  en su superficie externa. La membrana nuclear está atravesada por numerosos orificios, los poros nucleares, que permiten el intercambio de sustancias entre el núcleo y el citoplasma. Nucleoplasma: líquido interno del núcleo, formado por una disolución acuosa de diversas sustancias que intervienen en la actividad nuclear. Nucleolo: región densa del núcleo donde se concentra el material genético implicado en la fabricación de ribosomas, así como fragmentos de éstos. Cromatina: es ADN unido a proteínas estructurales, como las histonas. Consta de numerosas cadenas lineales de diferente longitud, cuyo número es característico de cada especie. En los seres humanos hay 46 filamentos. CROMATINA Y CROMOSOMAS Durante la mayor parte de su ciclo vital, las células no se dividen, sino que realizan su actividad normal. Esta fase de su ciclo es la interfase. Durante la interfase el ADN está descondensado, repartido por el nucleoplasma en forma de cromatina, no visible al microscopio óptico. Cuando la célula va a dividirse, duplica el ADN y condensa la cromatina, con lo que aparecen filamentos cortos y densos, con forma de X, llamados cromosomas. Según el número de juegos de cromosomas que posean, las células y los organismos se clasifican en: Diploides (2n): células con 2 juegos de cromosomas, uno paterno y otro materno, que forman parejas de homólogos. Los cromosomas homólogos llevan información para los mismos caracteres, pero no necesariamente la misma información. Haploides (n): células con un único juego de cromosomas. Esporas, gametos, algunas algas, hongos e incluso algunos animales. Poliploides: células con 3 (triploides, 3n), 4 (tetraploides, 4n) o más juegos de cromosomas.
“Para ir a donde no se sabe hay que ir por donde no se sabe.” San Juan de la Cruz “It must be a strange world not being a scientist, going through life not knowing--or maybe not caring about where the air came from, where the stars at night came from or how far they are from us. I WANT TO KNOW” Michio Kaku