Los lisosomas son orgánulos pequeños y a menudo esféricos que actúan como centro de reciclado y vertedero de la célula. Las enzimas digestivas concentradas en el lisosoma descomponen los orgánulos inservibles y transportan sus elementos básicos al citoplasma donde son aprovechados para construir orgánulos nuevos. Los lisosomas también descomponen y reciclan proteínas, lípidos y otras moléculas.
Los peroxisomas son pequeñas vesículas membranosas que contienen unas enzimas, llamadas oxidasas, que participan en reacciones metabólicas de oxidación. Las vacuolas son también vesículas membranosas formadas, fundamentalmente, por agua. Actúan también almacenando sustancias, tanto nutrientes como productos de desecho.
Las mitocondrias son unos de los orgánulos más conspicuos presentes en el citoplasma y constituyen las centrales de energía de la célula. Observadas al microscopio, presentan una estructura característica: las mitocondrias tienen forma alargada u oval, de varias micras de longitud, y están envueltas por dos membranas: una externa, que delimita el espacio intermembranoso y otra interna, muy replegada, que engloba la matriz mitocondrial. Dentro de estos orgánulos alargados se realizan las reacciones específicas de la respiración aerobia o celular, un proceso que consume oxígeno y produce dióxido de carbono y tiene como finalidad la obtención de energía que pueda ser utilizada por la célula. Las enzimas presentes en las mitocondrias convierten la glucosa y otros nutrientes en trifosfato de adenosina (ATP). Esta molécula sirve como fuente de energía para incontables procesos celulares, como el transporte de sustancias a través de la membrana plasmática, la síntesis y transporte de proteínas y lípidos, el reciclado de moléculas y orgánulos y la división celular. Las células musculares y hepáticas son especialmente activas y requieren docenas y en ocasiones hasta un centenar de mitocondrias por célula para satisfacer sus necesidades energéticas. Las mitocondrias son unos orgánulos peculiares ya que contienen su propio ADN, en forma de cromosoma circular de tipo procariota, tienen sus propios ribosomas, que se asemejan también a los ribosomas procariotas, y se dividen con independencia de la célula.
A diferencia de la célula procariota diminuta, la célula eucariota de mayor tamaño necesita un soporte estructural. El citoesqueleto constituye una red dinámica de microtúbulos, filamentos y fibras de proteínas que se entrecruzan en el citoplasma, anclan los orgánulos en posición y son responsables de la forma y estructura de la célula. Numerosos componentes del citoesqueleto son ensamblados y desensamblados por la célula según sus necesidades. Por ejemplo, durante la división celular se forma una estructura especial para desplazar a los cromosomas que recibe el nombre de huso acromático. Después de la división, el huso se desmonta porque no es necesario. Algunos componentes del citoesqueleto actúan como vías microscópicas a lo largo de las cuales se desplazan proteínas y otras moléculas como si fueran trenes en miniatura. Hallazgos de investigaciones recientes indican que el citoesqueleto podría ser también una estructura de comunicación mecánica que colabora con el núcleo para ayudarle a organizar los fenómenos que tienen lugar en la célula.
Células eucariotas vegetales |
Eucariota: célula vegetal
Las células vegetales contienen varias estructuras internas rodeadas de membrana que reciben el nombre de orgánulos. Incluyen un núcleo que contiene el material genético, ribosomas que fabrican proteínas, retículo endoplasmático liso que interviene en la síntesis de los lípidos que forman la membrana celular y una membrana lipídica que rodea la célula. Las células vegetales también contienen cloroplastos, unos orgánulos capaces de sintetizar azúcares a partir de dióxido de carbono, agua y energía solar, y una vacuola grande que almacena sustancias que la célula necesita. Las células vegetales están rodeadas por una pared celular rígida que protege la célula y da forma a la misma.
Las células vegetales tienen todos los orgánulos presentes en las células animales y poseen además algunos adicionales, como los cloroplastos, una vacuola central y una pared celular. Los cloroplastos tienen forma alargada y su estructura es aún más compleja que la mitocondrial: además de las dos membranas de la envoltura, que no se repliegan formando crestas, los cloroplastos tienen numerosos sacos internos aplanados en forma de disco (denominados tilacoides), interconectados entre sí, que están formados por una membrana que encierra el pigmento verde llamado clorofila. En los cloroplastos tiene lugar la fotosíntesis, un proceso que utiliza la energía solar para producir moléculas ricas en energía (ATP) y moléculas reductoras (NADPH) que se utilizan para sintetizar hidratos de carbono a partir de dióxido de carbono, liberando oxígeno. La fotosíntesis es un proceso vital ya que constituye una fuente importante del oxígeno fotosintético que necesitan la mayor parte de los organismos, incluidas las plantas, para vivir. Al igual que las mitocondrias, los cloroplastos también poseen un cromosoma circular y ribosomas de tipo procariota, que se encargan de sintetizar las proteínas que estos orgánulos necesitan.
Cloroplastos
Los cloroplastos son diminutos orgánulos esféricos, presentes en las células vegetales. Son esenciales para la fotosíntesis, una cadena de reacciones que utiliza la energía de la luz solar para combinar agua y dióxido de carbono en presencia de clorofila para producir oxígeno y azúcares utilizables por los animales. Sin fotosíntesis, la atmósfera no tendría oxígeno suficiente para mantener la vida animal.
La vacuola central de las células vegetales es una bolsa membranosa que, por lo general, ocupa la mayor parte del citoplasma de la célula y desplaza los orgánulos hacia la periferia. Desempeña diversas funciones, como la regulación osmótica, la digestión de macromoléculas y el almacenamiento de nutrientes y sustancias de desecho. La vacuola central almacena agua, sales, carbohidratos, proteínas y otros nutrientes. Además, almacena los pigmentos azul, rojo y morado que dan color a ciertas flores y contiene también desechos que poseen sabor amargo y alejan a los insectos de la planta.
Las células vegetales poseen una pared celular rígida y resistente que rodea y protege la membrana plasmática. Sus poros permiten el paso de materiales dentro y fuera de la célula. La resistencia de la pared permite también que la célula absorba agua en la vacuola central y aumente de tamaño sin estallar. La presión resultante en las células aporta rigidez y soporte a los tallos, hojas y flores de las plantas. Sin una presión de agua suficiente, las células se colapsan y la planta se marchita.
FUNCIONES CELULARES |
Para mantenerse vivas, las células tienen que ser capaces de realizar distintas funciones. Algunas células necesitan moverse y la mayoría deben de ser capaces también de dividirse. Todas las células deben mantener una concentración adecuada de sustancias químicas en su citoplasma, deben ingerir alimento y utilizarlo para fabricar energía, reciclar moléculas, eliminar desechos y construir proteínas. Las células también deben tener capacidad para responder a los cambios que suceden en el medio externo.
Movimiento |
Euglena
La euglena es un organismo unicelular afín a ciertos vegetales, provisto de un flagelo terminal que la ayuda a moverse. Los espermatozoides de los vertebrados, algunos protozoos y los dinoflagelados (las algas unicelulares causantes de las mareas rojas) también tienen un flagelo móvil.
Muchos organismos unicelulares nadan, se deslizan o reptan en busca de alimento o para escapar de sus enemigos. Los organismos acuáticos se desplazan a menudo mediante un flagelo, una prolongación delgada formada por microtúbulos y proteínas accesorias. Por ejemplo, numerosas bacterias tienen uno, dos o varios flagelos que rotan como hélices propulsoras para desplazar al organismo. Algunos organismos eucariotas unicelulares, como la euglena, tienen también un flagelo, pero más largo y grueso que el flagelo procariota. El flagelo eucariota funciona mediante ondulaciones como un látigo. En animales superiores, el espermatozoide utiliza un flagelo para alcanzar el óvulo femenino y fecundarlo.
El movimiento de los organismos eucariotas se consigue también mediante cilios, estructuras móviles en forma de pelos, numerosos y cortos, formados también por microtúbulos y proteínas. Por lo general, miles de cilios se extienden a través de la membrana plasmática y cubren la superficie de la célula, dándole un aspecto piloso denso. Al batir sus cilios como si fueran remos, un organismo como el paramecio se propulsa a través de su medio acuoso. En las células que no se mueven, los cilios desempeñan otras funciones. Por ejemplo, en el aparato respiratorio del ser humano millones de células ciliadas impiden que el polvo, el humo y los microorganismos inhalados entren en los pulmones al barrerlos sobre una corriente de moco hacia la garganta, desde donde son deglutidos.
Los flagelos y cilios eucariotas constan de una parte que sobresale fuera de la superficie celular y otra situada debajo de la membrana. La primera está recubierta por la membrana plasmática y contiene un haz de microtúbulos, denominado axonema, capaz de desarrollar movimientos. La parte situada debajo de la membrana se denomina cuerpo basal y consiste en una pequeña estructura proteica, similar a los centriolos, a partir de la cual crece el axonema. Los cuerpos basales ayudan también a anclar los flagelos y los cilios.
Sin embargo, otras células eucariotas, como las amebas y los glóbulos blancos sanguíneos, se desplazan con un movimiento ameboide o de arrastre. Deforman su citoplasma para formar seudópodos temporales o falsos pies. Después, arrastran el extremo de avance del citoplasma hasta los seudópodos. Una célula que se desplaza con movimiento ameboide perdería una carrera con una euglena o con un paramecio. Sin embargo, aunque es lento, el movimiento ameboide es lo suficientemente potente para permitir que las células se desplacen contra corriente, lo que permite a los organismos que viven en un medio acuoso perseguir y devorar a sus presas o a los glóbulos blancos viajar por el torrente sanguíneo para atrapar y engullir una bacteria o un virus.
Nutrición |
La nutrición es una de las funciones vitales que permite a las células obtener la materia y energía que necesitan. Sin embargo, unas células son capaces de fabricar su propia materia orgánica mientras que otras necesitan incorporar materia orgánica ya elaborada. Por eso, según la forma de nutrición las células se pueden clasificar en dos grandes grupos: autótrofas y heterótrofas.
Las células autótrofas fabrican la materia orgánica que necesitan a partir de nutrientes inorgánicos utilizando una fuente de energía externa. Las células autótrofas pueden ser fotosintéticas (realizan la fotosíntesis y utilizan como fuente de energía la luz solar), o quimiosintéticas o quimiolitótrofas (obtienen la energía que necesitan para fabricar sus compuestos orgánicos de la oxidación de moléculas inorgánicas). Algunas células procariotas y las células eucariotas de algas y plantas son células fotosintéticas. En células eucariotas autótrofas, la fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos. Estos orgánulos contienen numerosos compartimentos internos denominados tilacoides donde las enzimas ayudan al proceso de transformación de la energía. Una simple hoja contiene entre 40 y 50 cloroplastos. Con suficiente luz solar, un árbol grande es capaz de producir hasta dos toneladas de azúcar en un solo día. La fotosíntesis en organismos procariotas (bacterias acuáticas por lo general) se realiza en pliegues de la membrana plasmática denominados cromatóforos, que contienen los pigmentos fotosintéticos. Las bacterias acuáticas producen el alimento consumido por organismos microscópicos que viven en estanques, ríos, lagos y mares. Las células quimiosintéticas solo son procariotas.
Las células heterótrofas obtienen la energía que necesitan de la oxidación de moléculas orgánicas que incorporan. Todos los animales, hongos, protozoos y algunas bacterias están formados por células heterótrofas.
Energía |
Mitocondria
Las mitocondrias, estructuras diminutas alargadas que se encuentran en el hialoplasma (citoplasma transparente) de la célula, se encargan de producir energía. Contienen enzimas que ayudan a transformar material nutritivo en trifosfato de adenosina (ATP), que la célula puede utilizar directamente como fuente de energía. Las mitocondrias suelen concentrarse cerca de las estructuras celulares que necesitan gran aportación de energía, como el flagelo que dota de movilidad a los espermatozoides de los vertebrados y a las plantas y animales unicelulares.
Las células necesitan energía para realizar distintas funciones como moverse, fabricar y destruir moléculas, y transportar sustancias a través de la membrana celular. Independientemente de cómo las células hayan conseguido la materia orgánica, una parte de esa materia se utiliza para conseguir energía en forma de moléculas de ATP, el combustible celular; la oxidación de la materia orgánica libera energía que se utiliza para sintetizar ATP. La respiración celular es un conjunto de reacciones que permiten a las células obtener energía de las moléculas orgánicas al combinar sus átomos de carbono e hidrógeno con el oxígeno para producir dióxido de carbono y agua. La respiración celular o respiración aerobia tiene lugar en las mitocondrias en los organismos eucariotas. El interior de cada mitocondria contiene una membrana interna con numerosos repliegues que reciben el nombre de crestas. En la membrana interna, las enzimas forman una línea de ensamblado donde la energía presente en la glucosa y en otros nutrientes ricos en energía es transformada en ATP. En una célula normal se forman miles de moléculas de ATP por segundo. Algunos organismos procariotas también realizan una respiración aerobia. No obstante, carecen de mitocondrias, por lo que este proceso se realiza en el citoplasma.
Algunos tipos de células, que viven en ambientes anaerobios (carecen de oxígeno), como el lodo, charcas con agua estancada o en el interior del intestino de los animales, metabolizan la glucosa de manera incompleta obteniendo menos ATP. Esta degradación incompleta recibe el nombre de fermentación.
Síntesis de proteínas |
Síntesis de proteínas
Una de las tareas más importantes de la célula es la síntesis de proteínas, moléculas que intervienen en la mayoría de las funciones celulares. El material hereditario conocido como ácido desoxirribonucleico (ADN), que se encuentra en el núcleo de la célula, contiene la información necesaria para dirigir la fabricación de proteínas.
Una célula típica contiene alrededor de 30.000 proteínas. Muchas de estas proteínas son enzimas necesarias para construir las moléculas principales utilizadas por las células (carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) o para ayudar a la degradación de esas moléculas una vez que han sido utilizadas. Otras proteínas forman parte de la estructura de la célula, por ejemplo, de la membrana plasmática y de los ribosomas. En los animales, las proteínas actúan también como hormonas y anticuerpos, y funcionan como sistemas de transporte para llevar otras moléculas por todo el cuerpo. Por ejemplo, la hemoglobina es una proteína que transporta oxígeno en los glóbulos rojos sanguíneos. La demanda celular de proteínas es continua.
Sin embargo, antes de poder fabricar una proteína hay que obtener, de uno o más genes, las instrucciones moleculares para lograrlo. Por ejemplo, en el ser humano un gen contiene la información para la fabricación de la proteína insulina, la hormona que las células necesitan para extraer glucosa del torrente sanguíneo, mientras que al menos dos genes contienen la información para la síntesis del colágeno, la proteína que aporta resistencia a la piel, tendones y ligamentos. El proceso de fabricación de las proteínas comienza cuando las enzimas, en respuesta a una señal de la célula, se unen al gen que contiene el código para toda o parte de la proteína necesaria. Las enzimas transfieren el código a una molécula nueva denominada ARN mensajero, que transporta el código desde el núcleo hasta el citoplasma. Esto permite que el código genético original permanezca seguro en el núcleo mientras el ARN mensajero envía pequeños fragmentos y piezas de información del ADN al citoplasma cuando es necesario. Dependiendo del tipo de célula, cada minuto se forman cientos o incluso miles de moléculas de ARN mensajero.
Al llegar al citoplasma, la molécula de ARN mensajero se une a un ribosoma. El ribosoma se desplaza a lo largo del ARN mensajero como un tren monorraíl sobre su vía, y se convierte en otro tipo de ARN (ARN de transferencia) que recopila y se une a los aminoácidos necesarios almacenados en el citoplasma para formar la proteína concreta o un trozo de ella. La proteína es modificada según sea necesario por el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi antes de comenzar a desempeñar su función.
División celular |
Mitosis
La mayoría de las células se dividen en algún momento de su ciclo vital y otras lo hacen docenas de veces antes de morir. Los organismos dependen de la división celular para la reproducción, crecimiento, reparación y sustitución de las células dañadas o envejecidas. Hay tres tipos de división celular: fisión binaria, mitosis y meiosis. La fisión binaria, el método utilizado por las células procariotas, da lugar a dos células hijas idénticas a la célula original. El proceso de mitosis es más complicado, aunque también da lugar a dos células genéticamente idénticas a la original y es el empleado por muchos organismos eucariotas unicelulares para reproducirse. Los organismos pluricelulares utilizan la mitosis para crecer, reparar y sustituir las células dañadas. Por ejemplo, se calcula que en el cuerpo humano se producen 25 millones de divisiones celulares mitóticas cada segundo para reemplazar a las células que han completado sus ciclos vitales normales. Las células del hígado, intestino y piel, por ejemplo, pueden ser sustituidas cada pocos días.
Meiosis
El tipo de división celular necesaria para llevar a cabo la reproducción sexual es la meiosis. Los organismos con reproducción sexual son las algas marinas, los hongos, las plantas y los animales (incluyendo, por supuesto, al ser humano). La meiosis difiere de la mitosis en que la división celular comienza con una célula que tiene una dotación completa de cromosomas y termina con la formación de células gameto, como espermatozoides y óvulos, que solo tienen la mitad de la dotación cromosómica. Cuando el espermatozoide y el óvulo se unen durante la fecundación, la célula resultante de esta unión, denominada cigoto, contiene la dotación completa de cromosomas.
