Universidad Autónoma de Baja California Facultad de Ciencias Marinas CURSO: BIOQUÍMICA UNIDAD 1 1.4. ESTRUCTURA Y ORGANIZACIÓN CELULAR

Profesor: Dr. Eduardo Durazo Beltrán

Todos los seres vivos están formados por células; los eucariontes (eu= verdadero, karyon= núcleo) tienen células con una estructura compleja caracterizada por la presencia de un núcleo diferenciado el cual contiene el material genético. Las células procariontes (pro= antes de, karyon= núcleo) son menos complejas y no poseen un núcleo organizado, su material genético esta disperso en el citoplasma. Características fundamentales de la célula son el que presenta un metabolismo y puede replicarse, lo cual se realiza mediante estructuras u organelos celulares.

En las células eucariotas se pueden distinguir las siguientes partes principales: Célula animal Membrana celular Citoplasma Núcleo Organelos

Célula vegetal Pared celular Membrana celular Citoplasma Núcleo Organelos

Para poder ubicar a los organelos de una célula eucariótica, la descripción de una "célula tipo“, que contemple las estructuras que caracterizan tanto a las células animales como a las vegetales, es de utilidad. Las partes principales de esta célula son: a) Cubiertas celulares b) Citoplasma c) Núcleo

MEMBRANA CELULAR

Esta estructura envuelve a la célula y constituye los límites con el exterior de la misma, tiene un grosor aproximado de 0.0075 a 0.01 µm; al microscopio se observa como dos bandas obscuras que están separadas por una banda clara, a esto se le llama unidad de membrana

La membrana celular es una estructura altamente especializada, está constituida por una doble capa de lípidos, moléculas de proteínas y carbohidratos; todos ellos integrados en una estructura cuyas características son: fluidez, asimetría y permeabilidad selectiva

Los principales lípidos que constituyen a las membranas de los vertebrados son: fosfolípidos, glucoesfingolípidos y colesterol. La parte hidrofóbica de los lípidos se orientan hacia la parte media de la membrana, mientras que la parte hidrofílica se orienta hacia el exterior. Los lípidos son importantes ya que participan en los procesos de reconocimiento y comunicación intercelular.

Movimiento de lípidos en la membrana

Exocitosis

Las proteínas que se encuentran incrustadas en la doble capa de lípidos, realizan numerosas funciones, tales como: transporte de moléculas hacia el interior o exterior de la célula, forman parte del citoesqueleto celular, receptores específicos de señales químicas del medio ambiente externo, enzimas catalizadoras de reacciones asociadas con la membrana. Las moléculas de proteínas contribuyen a la asimetría de la membrana celular.

Transporte activo a través de la membrana

Transporte pasivo a través de la membrana

Entrada de macromoléculas a través de la membrana celular mediante endocitosis

MECANISMOS DE TRANSPORTE A TRAVES DE MEMBRANA

MATRIZ EXTRACELULAR En los organismos pluricelulares, las células como estructuras aisladas se asocian para formar tejidos. Los espacios que existen entre las células están ocupados macromoléculas que constituyen la matriz celular. La matriz celular se estructura con proteínas estructurales como el colágeno y la elastina; proteínas adhesivas como la fibronectinas; y proteoglucanos que le confieren la viscosidad característica a la matriz .

CITOPLASMA En el citoplasma se encuentran una serie de estructuras especializadas u organelos entre los que están los siguientes: Ribosomas, mitocondrias, aparato de golgi, retículo endoplásmico, centríolos, vacuolas y lisosomas. Dos organelos no son parte del citoplasma, el núcleo y el nucleolo.

La forma de la célula es mantenida por proteínas fibrosas que se encuentran en el citoplasma y que en conjunto conforman el citoesqueleto, el cual esta formado por filamentos y túbulos de diversos tamaños. Los micro túbulos son de importancia en la división celular, en tanto que los filamentos de actina intervienen en la división celular y en la motilidad.

Citoesqueleto

Filamentos del citoesqueleto

NÚCLEO El núcleo, es el centro de control primario de todas las actividades celulares; se encuentra rodeado por una doble envoltura denominada membrana nuclear, la cual separa el material genético del citoplasma celular. Esta membrana tiene una serie de poros a través de los cuales circulan los materiales entre el núcleo y el citoplasma.

En la parte interna del núcleo o núcleoplasma está contenida la información genética. Cuando la célula no está en reproducción, este material se observa como fibras de cromatina separadas, durante la mitosis, la cromatina se condensa y da origen a los cromosomas, los cuales contienen a los genes. En el interior del núcleo se localizan los nucleolos, cuya función es la de participar en la síntesis del RNA ribosomal.

Muchos procesos celulares, tales como transducción de señales y progresión del ciclo celular son regulados a nivel del transporte nuclear.

RIBOSOMAS Los ribosomas están formados por RNA ribosomal y proteínas. Se producen en el nucleolo como unidades separadas y se ensamblan posteriormente durante la síntesis de proteínas. Están constituidos por dos subunidades (una grande y otra pequeña), se encuentran libres en el citoplasma o unidos a la membrana externa del retículo endoplásmico. Los ribosomas están asociados a la síntesis de proteínas, necesarias en las reacciones metabólicas de la célula.

RETÍCULO ENDOPLÁSMICO El retículo endoplásmico, es un sistema complejo de canales que se extiende por todo el citoplasma, estos pueden comunicar a la membrana celular con la membrana nuclear. El retículo endoplásmico se puede presentar en la forma de retículo endoplásmico rugoso (RER) o de retículo endoplásmico liso (REL).

El RER presenta numerosos ribosomas adheridos a sus paredes, esta conectado a la envoltura nuclear, a través de cuyos poros pasa el ácido ribonucleico mensajero ( ARNm) para la síntesis proteica. El REL no contiene ribosomas y está presente en células especializadas en la síntesis o metabolismo de los lípidos como las células glandulares. Su función está relacionada con la síntesis de los lípidos como fosfolípidos, colesterol y producción de hormonas esteroideas

MITOCONDRIAS Las mitocondrias están formadas por dos membranas, una externa que es lisa y cubre todo el organelo y otra interna que presenta una serie de pliegues o crestas, estas dos membranas están separadas por un compartimiento llamado cámara externa; hacia la parte media de la mitocondria se observa otra cámara llamada matriz.

La membrana externa está constituida por un 40% de lípidos y un 60% de proteínas, algunas de estas proteínas forman canales acuosos que facilitan el paso de electrones, agua y moléculas entre la mitocondria y el citoplasma; también contiene un sistema transportador de electrones llamado citocromo B5 y una gran cantidad de enzimas que intervienen en el metabolismo de los lípidos.

Mitocondria muscular

En la estructura de la membrana interna se encuentran todas las enzimas necesarias para realizar la respiración aerobia. Sus componentes principales son lípidos (20%) y un 80% de proteínas. Sobre las crestas mitocondriales se encuentran unas partículas esféricas denominadas partículas elementales, las cuales son complejos de ATP-sintetasa, en ellas se llevan a cabo las reacciones químicas características de las mitocondrias. La matriz contiene DNA, ribosomas y numerosas enzimas, así como iones de calcio y fosfato.

Respiración

Funciones principales de las mitocondrias: 1)Respiración celular: Proceso que genera energía biológicamente útil o ATP. 2) Oxidación de los ácidos grasos: Producción de acetil coenzima A para el metabolismo energético 3)Síntesis de los constituyentes mitocondriales: Las mitocondrias poseen DNA, RNA y ribosomas para sintetizar la mayor parte de sus proteínas. 4) Concentración de iones: Dentro de la matriz mitocondrial se pueden encontrar una gran variedad de iones de proteínas, lípidos, sales y metales. Materia orgánica (glucosa) + O2

CO2 + H2O + Energía.

APARATO DE GOLGI Este organelo está formado por una serie de sacos membranosos o dictiosomas, los cuales se presentan apilados y con dos caras, la cis y la trans. La función del aparato de golgi consiste en: transporte y transformación de proteínas las cuales posteriormente secreta como proteínas glucosiladas. Estas proteínas, serán utilizadas en la producción de nuevas membranas (membrana celular, membranas del retículo endoplásmico).

La cara cis esta relacionada con el retículo endoplásmico, tiene una serie de vesículas encargadas de transportar proteínas y lípidos desde el retículo endoplásmico hasta el aparato de golgi. La cara trans contiene vesículas que se encargan de secretar los productos transformados y empaquetados por el aparato de golgi, hacia su destino final que pueden ser los lisosomas y la membrana plasmática, entre otros.

LISOSOMAS Los lisosomas son vesículas o vacuolas rodeadas por una membrana, se forman en el retículo endoplásmico rugoso y posteriormente las enzimas son empaquetadas por el complejo de golgi . Solo se presentan en células animales. Los lisosomas contienen enzimas hidrolíticas o hidrolasas siendo la más común la fosfatasa ácida. Las enzimas digestivas degradan todas las moléculas inservibles para la célula.

Entre las funciones de los lisosomas podemos mencionar las siguientes: digestión intracelular, a través de la cual se obtienen los nutrientes necesarios para la vida de la célula; destrucción de células lesionadas o seniles; fagocitosis de bacterias, como es el caso de los lisosomas presentes en los glóbulos blancos. Funcionan como "estómagos" de la célula, además pueden digerir cualquier sustancia que ingrese del exterior.

VACUOLAS Las vacuolas son organelos rodeadas por una sola membrana, que son usados generalmente como sitios de almacenamiento, en las células vegetales suelen ser única y grandes, la membrana que las rodea se denomina tonoplasto.En las células animales son pequeñas y numerosas. Sirven para almacenar agua nutrientes y desechos.

CENTRÍOLOS Y CENTROSOMA Los centríolos están formados por nueve grupos de microtubulos en forma de cilindro. Se le encuentra en en células animales y están generalmente cerca del núcleo, dentro de una área llamada centrosoma. Esto organelos participan en el proceso de reproducción celular por mitosis, ya que sirven como polos para la formación del huso acromático; además, se asocian a la formación de cilios y flagelos, órganos de locomoción en microorganismos.