La Célula Vegetal

Iván Poblador Cabañero Biólogo

NIVELES DE ORGANIZACIÓN

• En la naturaleza existen diferentes niveles de organización, desde la unidad básica: la célula hasta tejidos complejos que forman los diferentes órganos. • En las plantas vasculares encontramos raíces, tallos, hojas, flores y frutos.

El descubrimiento de la célula Robert Hooke (siglo XVII) observando al microscopio comprobó que en los seres vivos aparecen unas estructuras elementales a las que llamó células. Fue el primero en utilizar este término.

Dibujo de R. Hooke de una lámina de corcho al microscopio

El descubrimiento de la célula Antony van Leeuwenhoek (siglo XVII) fabricó un sencillo microscopio con el que pudo observar algunas células como protozoos y glóbulos rojos.

Dibujos de bacterias y protozoos observados por Leeuwenhoek

Teoría Celular • Todo organismo vivo está formado por células. • La célula es la unidad fisiológica y anatómica de todos los seres vivos. • Sólo se forman células nuevas a partir de células preexistentes. • La información genética que se necesita durante la vida y la que se requiere para la producción de nuevas células se transmite de una generación a la siguiente.

Clasificación de los organismos en 3 DOMINIOS ARCHAEA: (“antiguo” u “original”): unicelulares, carecen de orgánulos (Procariotas) y está formado por especies que habitan ambientes extremos o inhóspitos, “extremófilas BACTERIA: no poseen núcleo u organelas, la organización es muy sencilla (únicamente organismos unicelulares), son muy pequeños (de 0.2 a 5 micras) (Procariotas). EUKARYA: eucariotas, unicelulares o multicelulares, contienen núcleo y orgánulos, sistema de endomembranas, etc.(Reinos Protista, Animalia, Fungi y Plantae)

Semejanzas y diferencias entre células procariontes y eucariontes

¿VIRUS?

REINOS del DOMINIO EUKARYA

Reino PROTISTA Euglena pailasensis

Reino FUNGI

Reino PLANTAE

Reino ANIMALIA

Los 6 Reinos (modifica la clasificación de R.H. Whittaker de 5 reinos) • MONERA: la mayoría de los procariotas, cianobacterias . • ARCHAEBACTERIA: procariotas, “bacterias” que habitan en ambientes extremos (altas temperaturas y pH muy ácidos, altas concentraciones de sal). • PROTISTAS: algas y protozoarios

• FUNGI (Hongos) • PLANTAE (Plantas) • ANIMALIA (Animales)

Tipos de células eucariotas

Célula eucariota animal

Célula eucariota vegetal

Recuerda: que la célula vegetal se caracteriza por:

• Tener una pared celular además de membrana •Presenta cloroplastos, responsables de la fotosíntesis •Carece de centriolos.

Células Eucariotas • Membrana plasmática. • Pared celular (presente en plantas y hongos) • Núcleo • Citoplasma y orgánulos. • Partículas no membranosas (ribosomas) • Citoesqueleto

Célula Vegetal • PARED CELULAR: primaria y/o secundaria • PROTOPLASTO = contenido de la célula

ESTRUCTURA DE LA CÉLULA VEGETAL • Pared celular (pared primaria, pared secundaria, lámina media, plasmodesmos, puntuaciones simples, rebordeadas) • Protoplasma: contenido de la célula a excepción de la pared celular. • Membrana plasmática (plasmalema). • Retículo endoplasmático (RE), membrana nuclear, membrana vacuolar o tonoplasto . • Complejo de Golgi (Dictiosoma).

ESTRUCTURA DE LA CÉLULA VEGETAL

• Citoesqueleto: microtúbulos, microfilamentos, y otros materiales proteínicos • Ribosomas • Mitocondrias

• Vacuola • Plastidios:, cromoplastos, cloroplastos, amiloplastos, proteinoplastos, eticoplastos, etc.

PARED CELULAR • Además de la vacuola y la presencia de plastidios, la PARED es una de las características principales que separa a las células vegetales de las animales. • Limita el tamaño del protoplasto . • Previene la ruptura de la membrana plasmática. • Afecta el tamaño y forma de la célula.

• Tiene una función crítica en el transporte de sustancias (transporte apoplástico).

MITOCONDRIAS • Tienen forma oval (reniforme) y una estructura interna compleja. • Poseen su propio ADN y sintetizan parte de sus proteínas, pero a la vez dependen de proteínas originadas bajo control nuclear. Aportadas vía óvulo.

MITOCONDRIAS • Se asemejan mucho a procariotas. • Lynn Margulis ha sugerido que las mitocondrias originalmente eran procariotas que invadieron células eucariotas, aunque actualmente dependan de proteínas sintetizadas en el citosol (TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA).

Encargada del proceso de respiración y catálisis de los ácidos grasos. La principal función de las mitocondrias es generar energía para mantener la actividad celular mediante procesos de respiración aerobia.

MEMBRANA PLASMÁTICA

MEMBRANA PLASMÁTICA • Regula el flujo de sustancias disueltas dentro y fuera de la célula. • Es una bicapa lipídica con una parte hidrofílica y otra lipofilica. • Existen proteínas (aproximadamente un 50% de la membrana) que flotan en el espacio lipídico de la membrana. Además de otras intrínsecas que pueden atravesar las bicapa lipídica.

Funciones de la membrana • Provee una barrera con permeabilidad selectiva. • Transporte de solutos: La maquinaria de transporte de la membrana permite a la célula acumular sustancias, como azúcares y aminoácidos. • También es capaz de transportar iones específicos.

Funciones de la membrana • Respuesta a señales externas: la membrana plásmática posee un papel crítico en la respuesta de una célula a los estímulos externos. • Interacción celular: permite que las células se reconozcan y envíen señales entre sí, que intercambien materiales e información.

Vacuola • La membrana es más delgada que la plasmalema (7.5 nm) y se le llama tonoplasto, que es una unidad de membrana.

• Transporta solutos dentro y fuera de la vacuola, y por tanto, controla el potencial hídrico de la célula (turgor celular), lo cual es muy importante en las células guarda de los estomas.

VACUOLA

Vacuola • Las vacuolas facilitan la absorción de agua y minerales. • Las vacuolas mantienen la turgencia de la célula y facilitan la absorción de nutrientes gracias a su gran volumen de agua. • También, participan en el almacenamiento de sustancias y la lisis.

DICTIOSOMA o APARATO DE GOLGI • Formado por varios sáculos membranosos, discoides, llamados cisternas, también denominadas cuerpos de Golgi. • Su función es la de recibir productos elaborados, almacenarlos, modificarlos y transportarlos al exterior de la célula o hacia otros lugares de las membranas. Por lo tanto, el dictiosoma es un centro de distribución aún mayor que el RE. • El tipo de productos que los Dictiosomas reciben o transportan depende del tipo de célula. Ej. En algunas células los productos pueden ser compuestos de la pared celular, en otras podrían ser proteínas, etc.

RIBOSOMAS

• Son orgánulos donde ocurre la síntesis de proteínas. • Están dispersos en el citoplasma o asociados con el Retículo Endoplásmico • Pueden existir individualmente, o asociados entre sí formando cadenas espirales llamadas polirribosomas o polisomas, las cuales están unidas por una cadena de ARN mensajero.

Paso de la información genética a proteína, a través de los ribosomas.

Retículo Endoplasmático

• Sistema de membranas paralelas que semeja un saco colapsado con capas llamadas cisternas.

• El RE asociado con muchos ribosomas es llamado RE rugoso. Síntesis proteica. • El RE liso tiene pocos ribosomas. Este tipo de RE participa el en metabolismo de los lípidos, oxidación de ácidos grasos, síntesis de fosfolípidos, glicolípidos y esteroides.

Esquema tridimensional del retículo endoplasmático rugoso, mostrando la síntesis de proteínas

Retículo Endoplasmático • La morfología del RE le permite funcionar como un sistema de transporte intercelular de azúcar, aminoácidos y ATP a los sitios de uso o almacenamiento. • Su extensa área superficial le permite distribuir enzimas. • Su asociación con ribosomas indica que está involucrado en la síntesis de proteínas. • Otra función del RE es la construcción de la membrana plasmática y la pared celular.

PLASTIDIOS

Son estructuras más o menos redondeadas, localizadas en todas las células vegetales, y que están formados por dos membranas. Hay varios tipos dependiendo de la función y la localización. - Plastos fotosintéticamente inactivos: no tienen clorofila, luego no intervienen en la fotosíntesis: * Amiloplastos: son blanquecinos, pueden estar en tejidos de reserva y almacenar almidón. * Leucoplastos: son blanquecinos y sirven para guardar proteínas. * Cromoplastos: Son plastos coloreados por pigmentos no clorofílicos y están en tejidos de flores y frutos.

- Plastos fotosintéticamente activos: tienen clorofila, ya que intervienen en la fotosíntesis:

* Cloroplastos: intervienen en el proceso de la fotosíntesis. Necesitan clorofila y enzimas necesarios para la fase luminosa de la fotosíntesis. Estos elementos están en la membrana interna del cloroplasto, en los: + Tilacoides de los grana: apilados + Tilacoides del estroma: unen los anteriores, están alarga-dos

MICROSOMAS

• Organelas pequeñas (0.2 a 1.5 µm de diámetro). • Rodeada de membrana simple. • Contienen la enzimas necesarias para el metabolismo celular, contienen enzimas llamadas Oxidasas que catalizan la oxidación de ciertas sustancias como el Ácido Úrico y algunos Aminoácidos utilizando el Oxígeno.

PLASMODESMOS • Los plasmodesmos son estructuras de transporte de macromoléculas, que conectan células vecinas. Actúan como canales en el transporte vía simplasto y permiten el paso de moléculas de diferentes tamaños (Azúcares, aa, nucleótidos libres y hasta partículas virales). • Una célula puede tener entre 1.000 a 10.000 plasmodesmos. • Los plasmodesmos representan canales recubiertos por extensiones de la membrana plasmática y atravesados por segmentos de retículo endoplásmico que se proyectan al interior de otras células.

Plasmodesmos

CITOESQUELETO • Formado por microtúbulos, microfilamentos de actina y filamentos intermedios.

• Interviene en el movimiento celular- movilización de vesículas de transporte, organelas y ciclosis ( que se evidencia cuando los plástidos son arrastrados por ella). • El citoesqueleto produce la ciclosis y está vinculado con otros procesos como división celular, crecimiento y diferenciación. • Contribuye a dar forma a la célula, e intervine en el proceso de división celular.

• Los microtúbulos están involucrados en procesos de motilidad y morfogénesis. Son estructuras tubulares largas y rígidas.

CITOESQUELETO Citoesqueleto observado con microscopio de fluorescencia (Raven et al. 1992)

CITOESQUELETO • Los filamentos intermedios, compuestos por proteínas fibrosas; son elementos relativamente estáticos que soportan tensiones, a diferencia de los microfilamentos y microtúbulos, pueden organizarse y desarmarse rápidamente.

EL NÚCLEO

EL NÚCLEO • Forma: generalmente esférica, puede ser lenticular y en algunos casos lobulado • Tamaño: generalmente entre 5-25 µm, visible con microscopio óptico. En las ovocélulas de coníferas alcanza más de 500 µm: 0.5 mm.

• Posición: es característica para cada tipo celular, en células embrionales ocupa el centro, en células adultas generalmente está desplazado hacia un costado, debido a que el centro está ocupado por una o más vacuolas.

EL NÚCLEO • Número: la mayoría de las células de plantas superiores son uninucleadas, aunque ciertas células especializadas pueden ser multinucleadas (fibras liberianas, tubos laticíferos). • Constancia: normalmente todas las células vivas tienen núcleo, aunque hay excepciones. Los elementos traqueales (xilema) y los tubos cribosos del floema carecen de núcleo a la madurez, sin embargo, estos últimos reciben la influencia del núcleo de las células compañeras.

Reproducción celular En las células eucariotas se produce la división por un proceso llamado “mitosis” o cariocinesis: 1º en la profase : el ADN se encuentra en forma de cromosomas, la membrana del núcleo se deshace y los centriolos se han duplicado. 2º en la metafase: se forma el huso mitótico, filamentos a los que se unen los cromosomas. 3º en la anafase: las dos mitades de cada cromosoma (cromátidas) se separan hacia polos opuestos de la célula. 4º en la telofase: desaparece el huso y se forman las dos nuevas membranas nucleares. La célula se divide en dos células hijas.

PARED VEGETAL

PARED PRIMARIA • Es la primera en ser secretada por la plasmalema.

• Está compuesta de celulosas, hemicelulosas, sustancias pécticas, agua y proteínas. • También contiene en menor proporción lignina, suberina y cutina. • Tiene un grosor que varía entre 1-3 µm, y entre un 9 y un 25% de celulosa organizada en microfibrillas. • El arreglo de las microfibrillas le da a la pared una apariencia cristalina, y es responsable de su resistencia debido a la fuerza de los de enlaces de hidrógeno

PARED PRIMARIA • Se encuentra en células en crecimiento, o bien, células metabólicamente muy activas. • Se comienza a formar durante la división celular (Telofase), durante el desarrollo del fragmoplasto (lámina que se forma a través del ecuador celular). Esta estructura forma una placa celular). . Además de hemicelulosas, que añaden gran rigidez a la pared. Esta consta de aproximadamente 65% de agua y entre 10-35% de pectina.

PARED PRIMARIA • Las pectinas son hidrofílicas, y favorecen la extensión y flexibilidad de la pared. • También existen proteínas conocidas como extensinas, las cuales tienen un importante papel en el crecimiento celular. • Otro polisacárido sintetizado en las proximidades de la pared celular, con función sanitaria es la calosa, que la podemos encontrar cuando el tejido sufre alguna lesión, y la célula lo segrega para curarlas.

Formación de la pared primaria

PARED SECUNDARIA • Se deposita internamente a la pared primaria, cuando la célula ha detenido su expansión. • Al final de la deposición de pared secundaria, el protoplasma muere. • Son mucho mas gruesas que las primarias y consisten de 41-45% celulosa, 30% de hemicelulosas, 22-28% lignina, la cual es un material altamente resistente a la deformación y descomposición.

PARED SECUNDARIA • Tenemos 3 capas: S1, S2, y S3 • Estas capas difieren en la orientación de las microfibrillas de celulosa, las que están organizadas siguiendo un patrón mucho más denso y complejo que en la pared primaria.

APOPTOSIS • Consiste en la muerte celular programada • En muchas células, tiene lugar cuando se deposita la pared secundaria. • La pared secundaria es rica en lignina, la cual es un polisacárido hidrofóbico que limita la absorción de agua. • Se añaden además otros lípidos, como: • Cutina y Suberina: Hidrofóbicas. Aparecen en paredes externas de los tejidos protectores. • Taninos: Compuestos fenólicos con la capacidad de aglutinar proteínas.

FUNCIONES DE LA PARED CELULAR 1ª) Mantiene unidas todas las células, de los tejidos. La lámina media mantiene unidas las células vecinas unas con otras. 2ª) Regulación de la turgencia celular. La pared celular es la barrera mecánica que va a impedir que la célula absorba más agua. 3ª) Diferenciación celular. En algunos tejidos, la diferenciación celular pasa casi exclusivamente por la diferenciación máxima en la pared celular.

4ª) Crecimiento celular. Crecimiento celular causado por la entrada de agua, rotura de enlaces y reconstrucción de la membrana.

5ª) Defensa contra las infecciones. El patógeno llega a la pared celular degradándola mediante las glutanasas, y se producen las respuestas metabólicas: * Se sintetizan componentes de la pared para reestructurar los que han sido degradados. * Síntesis de moléculas antibióticos. * Aglutinación de las proteínas producidas por el patógeno. (También se puede producir la muerte de la célula).

6ª) Intercambios celulares. A través de la pared celular va a pasar todo aquello que quepa y que pueda transportarse entre las moléculas que la componen. Los intercambios serán mayores en células jóvenes sin pared primaria y casi imposibles en células adultas con pared celular secundaria. Apoplasto: Zonas donde el intercambio se realiza sólo y exclusivamente en relación a su tamaño.

Simplasto: Aquellas zonas en las que el intercambio viene regulado por la membrana celular.

RESUMEN • Existen tres características principales que separan a las células vegetales de las animales: – a) Pared celular y por lo general la célula vegetal es más o menos rígida y tiene forma poliédrica. – b) Vacuola, las cuales mantienen la turgencia celular y proveen un gran volumen y área superficial con un mínimo de protoplasto. Las células meristemáticas poseen varias vacuolas pequeñas. – c) Los plastidios especialmente los cloroplastos.

Las funciones celulares

•Nutrición celular •Relación celular. •Reproducción celular

Nutrición celular La nutrición celular engloba los procesos destinados a proporcionar a la célula energía para realizar todas sus actividades y materia orgánica para crecer y renovarse.

En la nutrición heterótrofa (células animales): •La membrana permite el paso de algunas sustancias. •La célula incorpora partículas mayores mediante fagocitosis. •Una vez incorporadas estas sustancias son utilizadas en el metabolismo celular.

Nutrición celular En la nutrición autótrofa (células vegetales): •La célula atrapa la energía de la luz solar. •La célula incorpora agua, CO2 y sales minerales y mediante la energía atrapada fabrica sus propios alimentos (fotosíntesis). •Una vez fabricadas, estas sustancias son utilizadas en el metabolismo celular.

Nutrición celular El metabolismo celular: Es un conjunto de reacciones químicas que ocurren en la célula con la finalidad de obtener energía y moléculas para crecer y renovarse. La Respiración Celular es una de las vías principales del metabolismo, gracias a la cual la célula obtiene energía en forma de ATP. Tiene lugar en las mitocondrias.

Organismos unicelulares y pluricelulares Los seres unicelulares son los seres de organización más sencilla. Están formados por una sola célula. Son microscópicos y pueden ser procariotas (bacterias) o eucariotas (algas, protozoos y algunos hongos) Los seres unicelulares pueden agruparse para formar una colonia, que se origina a partir de una sola célula que se divide. Las células hijas quedan unidas entre sí formando la colonia. Existen en protozoos y algas.

Organismos unicelulares y pluricelulares Los seres pluricelulares están formados por gran número de células y tienen además las siguientes características: •Existe diferenciación celular. Cada forma celular realiza una función específica. •Las células no pueden separarse del organismo y vivir independientemente. Necesitan de las otras para vivir. •Se forman a partir de una célula madre o cigoto.

Las células se agrupan en tejidos, los tejidos forman órganos y los órganos forman aparatos o sistemas, que forman en conjunto al organismo.

La Célula Vegetal

Iván Poblador Cabañero Biólogo