Orgánulos membranosos.

Las células eucariotas poseen un complejo sistema de orgánulos membranosos que sería el resultado del origen de la 1º célula eucariota como fusión de células procariotas. Dando lugar al núcleo y otros orgánulos membranosos a los que posteriormente se le sumarian las mitocondrias y los cloroplastos originados de mismo modo; “Teoría Endosimbiotica”. Esto produjo una compartimentación que permitió a los eucariotas aumentar la velocidad de su metabolismo, pudiendo realizar más reacciones y funciones contradictorias al mismo tiempo en cada compartimento. Las relaciones entre los orgánulos membranosos  proporcionan vías de comunicación con el medio.

Ø  Retículo Endoplasmático.

Es un “laberinto membranoso” que ocupa el 10% del volumen celular, es una única membrana pero muy replegada y se divide en dos:

§  R.E.Rugoso.

Es rugoso ya que en su cara externa presenta ribosomas, tiene como función la síntesis de proteínas de aquellas que se quieren almacenar en la célula o van a ser exportadas fuera (secreción).

§  R.E.Liso.

Es liso porque no presenta ribosomas y se encarga de la síntesis de lípidos  y también de las glicosilaciones (unión de lípidos o proteínas con glúcidos) que da lugar al glucocaliz. También tiene la función de detoxificación.

Las células musculares presentan muchos R.E. llamados Retículos Sarcoplasmáticos, que almacenan iones de Ca⁺⁺ y los expulsan para producir la señal muscular.

 El R.E. tiene una relación directa con la membrana nuclear, ya que es una continuación, una parte especializada del R.E.Rugoso, ya que la membrana nuclear se forma una vez se divide la célula a partir del R.E.Rugoso. Además de tener relación indirecta con la membrana plasmática a traves de su relación con el Aparato de Golgi.

Ø  Aparato de Golgi.

Está formado por un conjunto de vesículas membranosas discoidales, aplanadas y apiladas – como una “pila” de platos- llamado dictiosoma. El conjunto de dictiosomas da lugar al Apt. de Golgi abundante en las células secretoras (células glandulares). El Apt. de Golgi está íntimamente relacionado con el R.E. cuyas sustancias transforma y empaqueta para su almacenamiento o secreción.

Tras fabricar las sustancias en el R.E. estas lo abandonan en vesículas de transición (parte de la membrana del R.E.) para llegar a el primer sáculo más cercano llamado “Cara de formación”. Esta vesícula va pasando por cada sáculo hasta llegar a la “Cara de maduración” donde las sustancias abandonan en vesículas de secreción el Aparato de Golgi para ser almacenada o atravesar la membrana plasmática.

De esta forma los “lisosomas primarios” como para formar membrana plasmática, que son lípidos y proteínas vertidas a la membrana. También se produce de este modo la síntesis de la pared celular y su secreción, ya que es extracelular o la continuación de las glicosilaciones.

Ø  Lisosomas.

Son vesículas membranosas que tiene un tamaño de entre 0´3-1´5Mm y contienen hasta 40 enzimas digestivas, por lo que se fabrica dentro de vesículas ya que podrían digerir a la propia célula. Los lisosomas sirven para la digestión intracelular y lo presentan todas las células que hacen autofagia de regeneración. Esto es típico de los animales unicelulares y de los pluricelulares más primitivos. En los pluricelulares más evolucionados las células reciben los monómeros a traves de la sangre en una digestión extracelular, aunque las células defensivas si utilizan la heterofagia como ocurre con los leucocitos.

Los hongos son casos particulares ya que secretan los enzimas digestivos de sus lisosomas produciendo una digestión extracelular igual que ocurre con los osteoblastos que digieren hueso para su regeneración.

Ø  Vacuolas.

Son vesículas membranosas, presentes en todas las células aunque en las células vegetales están más presente que en las animales. Su función es almacenar diferentes sustancias de reserva, proteína, pigmentos, toxinas/desechos o agua. En los vegetales el agua penetra mediante osmosis dentro de la vacuola, manteniendo la turgencia de las células vegetales para aumentar la superficie de intercambio entre células.

Ø  Mitocondrias.

Las mitocondrias tienen relación unas con otras, tienen un tamaño de entre 0´5-1Mm de diámetro, son orgánulos cilíndricos y presenta una doble membrana.

La doble membrana tiene diferente origen, composición, estructura y función, todo esto se puede explicar con la “Teoría Endosimbiotica”. Un eucariota anaerobio ancestral estaba por heterofagia a punto de digerir a un procariota primitivo aerobio. No se produjo la digestión y se asociaron dándole monómeros el eucariota y convirtiéndolos en ATP el procariota que tanto necesitaba. Estableciendo una estrecha relación de simbiosis.

La membrana mitocondrial externe es lisa y muy permeable (como correspondería a la membrana de una vacuola digestiva) a los iones y moléculas de bajo peso molecular. La membrana interna presenta pliegues llamados “cretas mitocondriales” que aumenta la superficie y es altamente impermeable (como la membrana plasmática). Esta membrana interior presenta un 80% de proteínas algunas son trasportadores, aunque hay otras que son exclusivas de  las mitocondrias como Cadenas Transportadoras de Electrones o ATPsintetasa. Esta membrana tampoco presenta colesterol típico de las membranas de las células procariotas.

Entre las membranas hay un espacio intermembranoso donde se observa una especie de hialoplasma. El interior de la mitocondria se llama “matriz mitocondrial” y presenta un hialoplasma particular formado por agua, iones, monómeros y ADN circular (plásmidos).

Este ADN circular contiene información para fabricar los Transportadores, el ATPsintetasa y el C.T.E. Además de contener genes para formar enzimas para su propia duplicación, es más se reproducen ellas solas, por lo que todas las mitocondrias que tenemos tiene un origen materno.

La genética evolutiva estudia el ADN mitocondrial, ya que es más pequeño, manejable y clónico por lo que es prácticamente idéntico al de hace 10⁶  y ademas estan libres de recombinación.

EL hialoplasma presenta muchas enzimas para duplicar, transcribir y sintetizar sus propias proteínas y además presentan en su interior ribosomas 70s. Además de tener enzimas para el catabolismo aerobio que ocurre en su interior que son aportados por la célula hospedadora, dando lugar a la simbiosis.

Ø  Peroxisomas.

Son de aspecto parecido a los lisosomas, con un diámetro de entre 0´3-1´5Mm. En su interior ocurren reacciones de oxidación (oxidasa) y detoxificación por lo que son abundantes en el hígado y riñón. Los peroxisomas han aparecido como las mitocondrias por “Teoría Endosimbiotica”, entre un eucariota ancestral anaerobio y un procariota que le permitía eliminar los productos tóxicos del O₂ en una atmosfera cada vez mas oxidante como resultado de la fotosíntesis. Son anteriores a las mitocondrias pero con la aparición de estas la cual tenía mayor capacidad para metabolizar el O₂ y capaz además de obtener energía de él, fue volviendo a los peroxisomas obsoletos perdiendo capacidades, conservándose solamente sonde eran útiles.

Ø  Cloroplastos.

Son mayores que las mitocondrias, con un tamaño de entre 2-10Mm y varían en número y forma, según el tipo de organismo se puede contar desde 1 hasta 40 en las plantas superiores. Pueden ser de forma helicoidales, lenticulares o como en las plantas superiores ovaladas.

Los cloroplastos son un grupo de orgánulos originados a partir de los platos, que se encuentran en las células embrionarias o en los meristemos. Cuando las células sin maduras los plastos forman cloroplastos que contienen pigmentos fotosintéticos (fotosíntesis) o en cromoplastos que contienen pigmentos carotinoides que le da el color a las flores y los frutos como tomate, zanahoria o limón.

También forma leucoplastos que se utilizan como reserva y son de color blanco o amiloplastos que son leucoplastos que contienen almidón, proteínas o lípidos.

Estos plastos son interconvertibles ya que son fases de la vida por tanto primero serian cloroplastos, segundo leucoplastos y por ultimo cromoplastos el más viejo.

Su estructura es parecida a la de la mitocondrias ya que apareció por la “Teoría Endosimbiotica”, produciéndose la simbiosis entre un eucariota heterótrofo aerobio que se “comió” a un alga cianofícea (procariota). El alga cianofícea convertía el agua y las sales en monómeros, mediante fotosíntesis apareciendo así la primera célula vegetal eucariota, las plantas superiores.

Se puede comprobar ya que la composición, propiedades y estructura de la membrana externa era típica de un eucariota con presencia de colesterol y la interna de procariota presentaba proteínas transportadoras y no colesterol y entre membranas un espacio intermembranoso.

Aunque presenta una tercera membrana en su interior llamada membrana tilacoides, donde se encuentra el espacio intracoloidal, donde aparecen como “sacos” apilados y aplanados llamados tilacoides de los grana. En otra parte aparece la membrana comunicando unos granas con otros y se llamad tilacoides del estroma.

La composición de los tilacoides presenta un 12% de pigmentos fotosintéticos, ATPsintetasa y C.T.E. Entre la membrana de los tilacoides y la membrana interna hay un líquido llamado estroma, parecido al hialoplasma particular. Es un dispersión de H₂O, iones, monómeros, metabolitos y enzimas que necesita para su expresión genética (transcribir y traducir) para fabricar sus proteínas específicas como son la ATPsintetasa y los C.T.E., cuya información posee en forma de plásmido. Por tanto se multiplican igual que las mitocondrias asexualmente y todo procede de uno anterior.

En el estroma hay unas enzimas de origen celular y son las encargadas del anabolismo que se localiza en el cloroplasto, la “fase oscura” de la fotosíntesis o ciclo de Calvin.

La función de los cloroplastos es la fotosíntesis que consta de una fase luminosa, que es la conversión de la energía electromagnética de la luz solar, inutilizable para los s. vivos, en ATP y NADPH (poder reductor). (Ver coenzimas)

Mientras que el ciclo de Calvin consiste en coger CO₂, SO₄^-2, PO₄^-2 y NO₃ para convertirlo en monómeros, por lo que reduce el CO₂ y las sales minerales para formar monómeros. La fase oscura necesita los productos de la fase luminosa.

Ø  Núcleo.

Es el más característico de los eucariotas, el primer eucariota fue una fusión de dos procariotas. Normalmente suele haber un solo núcleo, pero hay casos donde se encuentras células polinucleadas como las células musculares. Además puede der por división del núcleo o del citoplasma. Aunque lo normal es un núcleo esférico y en posición central.

·         Estructura y composición.

Depende del momento en que estemos observando la célula, lo que es el ciclo celular, las fases de la vida de la célula. El ciclo celular es el tiempo que hay entre dos divisiones. La primera fase se llama interfase y es el 99´5% de la vida de la célula, con un funcionamiento normal o también “célula activa”, el 0´05% restante es la división.

-      Estructura y composición del núcleo en interfase.

El núcleo está formado por una doble membrana, una membrana nuclear externa y una membrana nuclear interna. La  membrana externa presenta en su parte externa ribosomas, ya que es una continuación del R.E. rugoso por lo que tiene la misma composición que este. De tramo en tramo las dos membranas se unen constituyendo los poros de la membrana nuclear, producidos por proteínas que forman el complejo del poro, que es como un embudo hacia dentro o hacia fuera. A través de estos poros entran y salen grandes moléculas como nucleótidos, proteínas, ARN_s o las subunidades de ribosoma.

En la cara interna de la membrana interna hay unas proteínas filamentosas que son filamentos intermedios que constituyen la lámina nuclear, cuya función es la de organizar la cromátida y de la formación de la nueva membrana nuclear después de la división.

El interior del núcleo está ocupado por un líquido llamado nucleoplasma parecido al hialoplasma, formado por una dispersión acuosa de cromatina (ADN interfase) y trazas de ARN (transcripción), ADN combinado con proteínas que directa o indirectamente le da la estructura y funcionamiento al ADN. El núcleo plasma también presenta agua, iones, enzimas y monómeros.

Hay dos tipos de proteínas:

§  Básicas

Son las histonas y son 5 proteínas diferentes, son proteínas globulares que tienden a formar complejos 2x4 cambiándose entre sí para dar un octomero. Alrededor del octomero se dan dos vueltas de AND dando lugar a un nucleosoma. (Ver estructura ADN)

El nucleosoma es la unidad estructural del ADN. La 5º histona une cada nucleosoma con el ADN espaciador, acercando los nucleosomas y superenrrollando el espaciador.

Esto da lugar al “collar de perlas” que se enrolla helicoidalmente (6 nucleosomas por vuelta) dando lugar al selenoide, que se pliega dando lugar a bucles que es el aspecto del ADN en interfase o lo que es lo mismo ADN activo en el que se transcribe o duplica.

Antes de la división, una vez duplicado la cromatina (bucles) se enrolla y compacta sobre un armazón proteico no histonico, produciendo las cromátidas hermanas que constituyen los cromosomas. En el nucleoplasma también se encuentra un citoesqueleto formado por una red tridimensional de proteínas formadas a partir de la lámina nuclear tras la división. Sirviendo como anclaje de las cromátidas y sostiene al nucléolo.

Si teñimos el núcleo en interfase (colorante ácidos) el 90% del ADN se tiñe intensamente (ADN empaquetado) ya que está plegado, enrollado, presentándose como inactivo como resultado de la diferenciación celular. Esto se conoce como heterocromátida. El 10% restante se tiñe tenuemente porque esta extendido en estado de bucles, activo, por lo que es transcrito dando lugar a la síntesis de ciertas proteínas propias de un solo tejido. Esto se llama eucromatina.

Si tiñes en división, todo se teñiría intensamente ya que los cromosomas están empaquetados.

§  Ácidas o no histonicas.

Hay hasta 500 proteínas diferentes, pueden ser estructurales, enzimas que realicen la duplicación o transcripción o contráctiles (miosina y actina) que se deslizan para producir la condensación de los cromosomas antes de dividirse y se descondensan tras ello.

-      Estructura y composición del núcleo en división.

 Cuando la célula se va a dividir los cromosomas se hacen visibles (cromátida no visible) al microscopio-óptico.  Existen tres tipos de organismos, haploides que solo presenta un ejemplar de cada cromosoma, diploides los cuales presentan dos copias de cada cromosoma y los poliploides que presentan más de dos copias de cada cromosoma.

Los cromosomas tienen aspecto de bastón y están formados por dos cromátidas hermanas, duplicadas, que se encuentran unidas por una constricción 1º conocida como centrómero. Algunos cromosomas presentan constricción 2º llamado nucléolo. (Ver nucléolo)

En la constricción 1º existen dos placas de proteínas llamadas placas cinetocórica, que actúan como centro organizador de los microtúbulos cinetocóricos del huso acromático. (Ver citoesqueleto)

Los cromosomas se clasifican según la posición del centrómero o brazos, si se sitúa en el centro se llama metacéntrico, si el centrómero se coloca un poco desplazado hacia el extremo se llama telocéntrico y por ultimo si se coloca en unos de los extremos recibe el nombre de acocéntrico.

En los extremos de los cromosomas hay unos fragmentos repetitivos de ADN que tienen como misión proteger la información útil de los cromosomas de las pérdidas producidas durante la división, estos fragmentos son los telomeros. Tras múltiples divisiones los cromosomas pierden fragmentos significativos, siendo una de las causas del envejecimiento celular. Las únicas células a las que no le ocurre esto, presentan un enzima llamado telomerasa, como ocurre en las células germinativas (gametos) y en las cellas cancerosas permitiéndoles indefinidamente ser como células embrionarias.

Tanto la forma, como el número de cromosomas son específicos de cada especie. Los organismos diploides presentan dos ejemplares de cada cromosoma como “copia de seguridad”, por lo que son homólogos presentando la misma forma, tamaño y aspecto. Además se refieren al mismo carácter biológico aunque no necesariamente del mismo modo.

Los cromosomas solo son visibles cuando la célula se va a dividir y constituye el 0´05% de la vida de la célula. Para poder estudiar esto es necesario parar la célula mientras se divide, consiguiéndose mediante sustancias como la colchicina, que deja fija a la célula en la metafase para poder estudiar con precisión los cromosomas, pudiendo fotografiar, ampliar y emparejar los cromosomas homólogos. En el caso de los cromosomas 18, 19, 20 no hay diferencias entre ellos, por lo que es necesario utilizar otra sustancia llamada quinacrina, colorante fluorescente que forma diferente números de bandas en los diferentes cromosomas y así diferéncialos.

La imagen real de los cromosomas se conoce como careotipo. En esta imagen se observa las diferencias entre los cromosomas sexuales, llamados heterologos. Son diferentes para que no se produzca recombinación y poder mantener los caracteres sexuales.