Citoplasma y Orgánulos Fundamentales de la Célula

Se denomina citoplasma a la dispersión coloidal de un fluido llamado citosol o hialoplasma, de aspecto granuloso y muy fino en su composición. En él se encuentran diversos orgánulos y se desarrollan numerosas reacciones moleculares. El citosol está sostenido por un citoesqueleto, una organización compleja interna formada por redes de microtúbulos y microfilamentos.

El citosol contiene los sistemas enzimáticos responsables de reacciones metabólicas clave, como la glucólisis, glucogénesis, síntesis de ácidos grasos, nucleótidos y aminoácidos, además de almacenar algunos productos de reserva.

Citoesqueleto

El citoesqueleto es fundamental para el mantenimiento de la estructura tridimensional de la célula, lo cual es especialmente importante para la célula animal. Esta estructura es muy dinámica, se organiza continuamente y hace posible los cambios de forma y los movimientos celulares, así como la localización y el transporte de sustancias y orgánulos, y los movimientos de los cromosomas durante la división celular. El citoesqueleto está formado por tres tipos de estructuras proteicas alargadas:

• Microfilamentos o Filamentos de Actina

  Son estructuras sólidas muy delgadas, a menudo organizadas en una red ramificada. Están formados por la proteína actina y proporcionan soporte y estructura a la célula.

• Microtúbulos

  Son tubos largos y huecos, sin ramificaciones, compuestos por subunidades de la proteína tubulina. Tienen diversas funciones, tales como organizar la disposición espacial de determinados orgánulos, participar en el tráfico vesicular, la división celular, el desplazamiento celular y formar los cilios y flagelos.

• Filamentos Intermedios

  Son fibras resistentes, similares a cuerdas, formados por diversas proteínas. Proporcionan resistencia mecánica y soporte a la célula.

Orgánulos Celulares

En biología celular, se denominan orgánulos (o también organelas, organelos u organoides) a las diferentes estructuras contenidas en el citoplasma de las células, principalmente las eucariotas, que tienen una forma determinada. La célula procariota carece de la mayor parte de los orgánulos membranosos.

Retículo Endoplasmático (RE)

Es un complejo sistema de túbulos y vesículas (cisternas) interconectadas. Se divide en dos regiones:

• Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)

  Presenta ribosomas unidos a sus membranas. Su función principal es la síntesis de proteínas que serán integradas en membranas o exportadas fuera de la célula.

• Retículo Endoplasmático Liso (REL)

  Carece de ribosomas unidos a sus membranas. Se encarga de la síntesis de lípidos de membrana (como fosfolípidos y colesterol) y de hormonas esteroideas.

Las cavidades del RE, denominadas lumen, constituyen aproximadamente el 10% del volumen celular total. Se comunican entre sí y forman una red continua separada del citosol por la membrana del propio RE.

Ribosomas

Todas las células, tanto procariotas como eucariotas, poseen ribosomas. Son orgánulos visibles solamente con microscopio electrónico, con forma de partículas globulares de 15-30 nm de diámetro. Cada ribosoma está formado por dos subunidades, una mayor y otra menor, las cuales se asocian en presencia de ARNm para la síntesis de proteínas. Su estructura es muy semejante en todos los tipos de células: son complejos macromoleculares formados por proteínas ribosómicas asociadas con moléculas de ARN ribosómico (ARNr).

En células eucariotas, los ribosomas pueden encontrarse:

• Libres en el citoplasma: Intervienen en la síntesis de proteínas que permanecerán en el citosol o irán a orgánulos como el núcleo, mitocondrias o peroxisomas.
• Adheridos a las membranas: Ubicados en la cara citosólica del retículo endoplasmático rugoso, participan en la síntesis de proteínas cuyo destino será el propio RE, el complejo de Golgi, los lisosomas, la membrana plasmática o el exterior celular.

Los ribosomas procarióticos son algo más pequeños que los eucariotas.

Aparato de Golgi

El aparato de Golgi es un complejo sistema de cisternas o sáculos aplanados y apilados, situado próximo al núcleo (y en las células animales suele rodear a los centriolos). Recibe las proteínas y los lípidos del retículo endoplasmático, los modifica químicamente, los clasifica y los empaqueta para enviarlos a los distintos destinos celulares. Actúa como un centro de procesamiento, empaquetamiento y distribución.

Luego de procesar las moléculas, las distribuye en vesículas. Algunas de estas vesículas formarán los lisosomas primarios, que contienen enzimas hidrolíticas (hidrolasas) y cumplen funciones de digestión celular. Las hidrolasas son sintetizadas en el RER y viajan hasta el aparato de Golgi por transporte vesicular.

Está formado por una serie de cisternas (generalmente entre 4 y 6, aunque en eucariotas inferiores su número puede llegar a 30), limitadas por una membrana, que recibe el nombre de dictiosoma. Su número y tamaño dependen de la función que tenga la célula.

El aparato de Golgi está polarizado estructural y funcionalmente, ya que presenta dos caras distintas:

• Cara cis (o de formación/entrada)

  Se localiza cerca de las membranas del RE. Sus membranas son finas y su composición es similar a la de las membranas del RE. Alrededor de ella se sitúan las vesículas de Golgi o de transición, que derivan del RE.

• Cara trans (o de maduración/salida)

  Suele estar orientada hacia la membrana plasmática. Sus membranas son más gruesas y se asemejan a la membrana plasmática. En esta cara se forman vesículas más grandes, como las vesículas secretoras.

Mitocondrias

Son orgánulos presentes en todas las células eucariotas aerobias. Tienen una forma variable (a menudo cilíndrica y alargada), puesto que son estructuras muy plásticas que se deforman, se dividen y fusionan. Su tamaño oscila entre 0,5 y 1 µm de diámetro y hasta 7 µm de longitud. Su número depende de las necesidades energéticas de la célula, ya que están especializadas en la obtención de energía en forma de ATP mediante el proceso llamado respiración celular. La morfología y el número varían de una célula a otra.

Una mitocondria está limitada por una doble membrana:

• Membrana Externa

  Es lisa y permeable a muchas moléculas (incluyendo proteínas pequeñas) debido a la presencia de proteínas de transporte especializadas como las porinas. Además, contiene enzimas implicadas en la síntesis de lípidos y otras que activan los ácidos grasos para su posterior oxidación en la matriz.

• Membrana Interna

  Se pliega sobre sí misma formando las crestas mitocondriales, con el objetivo de incrementar su superficie. Carece de porinas y es mucho más impermeable a los iones, debido al tipo de fosfolípidos que posee (como la cardiolipina). Contiene numerosas proteínas transportadoras que actúan en el transporte selectivo de las moléculas metabolizadas en la matriz. Posee los componentes de la cadena de transporte de electrones (encargada de la respiración) y las ATP sintetasas, responsables de la producción de energía (síntesis de ATP).

• Espacio Intermembranoso

  Su composición es muy semejante a la del citosol, debido a la gran permeabilidad de la membrana externa. Contiene:

  • Sustratos metabólicos que difunden al interior de la mitocondria a través de su membrana externa.
  • ATP generado por la propia mitocondria que sale hacia el citosol.
  • Iones (como protones) bombeados desde la matriz durante el proceso de fosforilación oxidativa.

• Matriz Mitocondrial

  Contiene una gran cantidad de enzimas que:

  • Oxidan los ácidos grasos (beta-oxidación).
  • Oxidan y descarboxilan el piruvato (formando Acetil-CoA).
  • Intervienen en el ciclo del ácido cítrico (Ciclo de Krebs).

  También contiene ADN mitocondrial (circular y propio), ribosomas (similares a los procariotas) y ARNs, lo que le permite sintetizar algunas de sus propias proteínas.

Cloroplastos

Están presentes en las células eucariotas de plantas y algas verdes. Son los orgánulos donde se realiza la fotosíntesis. Están formados por una doble membrana (externa e interna), un espacio interno llamado estroma, y un sistema de membranas internas llamado tilacoides, que a menudo se apilan formando unidades llamadas grana. En las membranas de los tilacoides se encuentran la clorofila y otros pigmentos que absorben los fotones de la luz solar, iniciando las reacciones dependientes de la luz de la fotosíntesis. El estroma contiene enzimas para las reacciones independientes de la luz (Ciclo de Calvin), ADN cloroplástico y ribosomas.

Lisosomas

Están presentes principalmente en las células eucariotas animales. Son vesículas rodeadas por una membrana que se originan en el aparato de Golgi. Contienen enzimas digestivas (hidrolasas ácidas) en su interior, capaces de digerir diversas macromoléculas y estructuras celulares. Este orgánulo puede digerir componentes del propio citosol (proceso llamado autofagia) y materiales capturados del exterior celular (proceso denominado heterofagia).

Vacuolas

Son vesículas membranosas que almacenan diversas sustancias, como agua, nutrientes, iones y productos de desecho. La célula vegetal típicamente presenta una gran vacuola central, cuya función principal es mantener la turgencia celular, almacenar sustancias y participar en la degradación de moléculas.

Centriolos

Son estructuras cilíndricas y huecas, formadas por microtúbulos (nueve tripletes organizados en círculo). Se encuentran típicamente en pares (formando el centrosoma) cerca del núcleo en las células animales y algunos eucariotas inferiores. Su función principal es organizar los microtúbulos y actuar como centro organizador del huso acromático durante la división del núcleo celular (mitosis y meiosis). (El huso acromático bien definido con centriolos se halla principalmente en la célula animal).

Componentes del Núcleo Celular

El núcleo es un orgánulo membranoso característico que se encuentra en el interior de las células eucariotas, a menudo en posición central. Su función primordial es albergar y proteger el material genético de la célula. Este material está organizado en macromoléculas de ADN asociadas a proteínas, formando la cromatina. Durante la división celular, la cromatina se condensa para formar estructuras visibles llamadas cromosomas.

Partes del Núcleo Celular

• Envoltura Nuclear

  Estructura de doble membrana (membrana nuclear interna y externa) que separa el contenido nuclear (nucleoplasma) del citoplasma. Su función es proteger el material genético y regular el paso de moléculas.

• Poros Nucleares

  Son grandes complejos de proteínas que atraviesan la envoltura nuclear. Sirven como canales selectivos para el transporte regulado de moléculas (como ARN y proteínas) entre el núcleo y el citoplasma.

• Nucleoplasma

  También llamado carioplasma o jugo nuclear. Es el medio interno semifluido del núcleo, compuesto por agua, iones, nucleótidos, enzimas y proteínas. En él se encuentran la cromatina y el nucléolo, y ocurren procesos como la replicación del ADN y la transcripción del ARN.

• Nucléolo

  Estructura esférica densa, no membranosa, dentro del nucleoplasma. Está compuesto principalmente por proteínas y ARN ribosómico (ARNr). Es el sitio principal de la síntesis y ensamblaje de los ribosomas. Contiene la información genética (genes de ARNr) para realizar esta función y participa en otras funciones celulares, como la respuesta al estrés.