Estructura y Función de las Células Vegetales: Un Vistazo a sus Componentes

Estructura de las Células Vegetales

Plastos

Los plastos son orgánulos celulares delimitados por una doble membrana. Existen varios tipos:

1. Leucoplastos

Carecen de pigmentos y sirven como almacén de proteínas (proteoplastos), grasas (oleoplastos) o almidón (amiloplastos).

2. Cromoplastos

Contienen pigmentos.

3. Cloroplastos

Contienen clorofila y realizan la fotosíntesis.

Cloroplastos

Los cloroplastos son orgánulos exclusivos de las células vegetales que contienen clorofila. Tienen una forma alargada, de 5 a 10 µm de largo y 2 a 4 µm de diámetro. Poseen tres sistemas de membranas:

1. Membrana Externa

Contiene porinas, que confieren gran permeabilidad para moléculas de pequeño tamaño.

2. Membrana Interna

Mucho menos permeable que la externa. Permite el paso de sustancias por medio de transportadores. Junto con la membrana externa, forman la envoltura externa, que no tiene repliegues ni crestas.

3. Membrana Tilacoidal

En el interior del cloroplasto, la membrana tilacoidal forma extensiones llamadas lamelas o laminillas que, de tramo en tramo, se repliegan para formar unos sacos aplanados con forma de disco denominados tilacoides. Estos se apilan unos sobre otros en algunas zonas y forman agrupaciones llamadas grana.

Compartimentos del Cloroplasto

Los cloroplastos tienen tres compartimentos principales:

1. Espacio Intermembranoso: Entre las dos membranas de la envoltura, con un contenido similar al citosol.
2. Estroma: Situado entre la envoltura externa y la membrana tilacoidal. Presenta ribosomas, diversas enzimas, un ADN circular con genes para diversas proteínas del cloroplasto, moléculas de ARN, gránulos de almidón y gotas de lípidos.
3. Espacio Tilacoidal: Espacio interno de los tilacoides, que al estar interconectados, delimitan un único compartimento común.

Fisiología del Cloroplasto: Fotosíntesis

En los cloroplastos tiene lugar la fotosíntesis, un proceso complejo que utiliza la energía solar para producir moléculas ricas en energía metabólica (ATP) y moléculas reductoras (NADPH) que se emplean para sintetizar moléculas orgánicas.

Reacciones Dependientes de la Luz

Estas reacciones tienen lugar en la membrana tilacoidal y comienzan con la captación de la energía solar por los pigmentos fotosintéticos presentes en los fotosistemas. La fotolisis del agua proporciona electrones para la maquinaria fotosintética y libera O₂. La cadena de transporte de electrones recoge los electrones del agua y los utiliza para reducir las moléculas de la coenzima NADP⁺ y formar NADPH.

De forma similar a la mitocondria, el transporte de electrones genera un gradiente electroquímico de protones, desde el estroma al espacio tilacoidal, que se emplea para inducir la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico. Este proceso se conoce como fotofosforilación o fosforilación fotosintética y se realiza en los complejos ATP-sintasa de la membrana tilacoidal.

Reacciones No Dependientes de la Luz

Estas reacciones tienen lugar en el estroma. El ATP y el NADPH se utilizan para reducir moléculas sencillas como el CO₂, iones nitrato (NO₃^–) y sulfato (SO₄^2–) y elaborar moléculas orgánicas.

En el cloroplasto también tienen lugar procesos metabólicos que en las células animales transcurren en el citosol, como la síntesis de ácidos grasos, aminoácidos y bases nitrogenadas.

Pared Celular

La pared celular de las células vegetales es un tipo especial de matriz extracelular compuesta por celulosa y sintetizada por la propia célula vegetal.

Capas de la Pared Celular

La pared celular puede presentar tres capas:

1. Lámina Media: Capa más externa y compartida por las células contiguas, lo que favorece su unión. Está constituida por proteínas y pectinas, heteropolisacáridos con carga negativa que tienden a fijar iones Ca²⁺ para formar sales insolubles.
2. Pared Primaria: Capa más gruesa, formada por microfibrillas de celulosa de 5 a 10 nm de diámetro, dispuestas en planos y a las que se unen moléculas de hemicelulosa. Las fibrillas están inmersas en una matriz de hemicelulosa, pectinas y proteínas.
3. Pared Secundaria: Solo presente en algunos tipos celulares. Más gruesa que la primaria y segregada después de esta. Está adosada a la membrana plasmática. Formada por varias capas de microfibrillas de celulosa paralelas y en planos superpuestos que cambian de orientación de un plano a otro. Esta pared se puede impregnar con sustancias como suberina y cutina (impermeabilizan) o lignina (da resistencia).

Funciones de la Pared Celular

1. Soporte mecánico: De forma individual y en conjunto, como una especie de esqueleto.
2. Resistencia: Proporciona resistencia frente a los efectos de la ósmosis. El medio hipotónico provoca que la célula se hinche y se apriete contra el interior de la pared celular (turgescencia).
3. Abrasión mecánica: Protege frente a la abrasión y al ataque de insectos.
4. Comunicación entre células: Por medio de plasmodesmos.
5. Orientar el crecimiento: De células y de los tejidos, y participar en la diferenciación celular.

Formación de la Pared Celular

La formación de la pared celular se inicia como una fina lámina que aparece entre las membranas plasmáticas de las dos células resultantes de la división celular.

• Las proteínas, las hemicelulosas y las pectinas son segregadas por el aparato de Golgi. Lo mismo ocurre con la suberina y la lignina.
• La celulosa es sintetizada directamente en la cara externa de la membrana plasmática por la enzima celulosa sintasa (proteína integral de membrana).

Vacuolas

Las vacuolas son compartimentos membranosos que acumulan distintas clases de sustancias. En algunos tipos celulares pueden ocupar hasta el 90% del citoplasma. Su membrana se conoce como tonoplasto y posee sistemas de transporte activo con las siguientes funciones:

1. Bombeo de iones hacia el espacio vacuolar, lo que aumenta su concentración y favorece la entrada de agua por ósmosis. La presión interna de turgencia aporta rigidez mecánica a las células vegetales y se complementa con la resistencia que da la pared vegetal.
2. Bombeo de protones que hace descender el pH interno vacuolar, similar a lo que ocurría en los lisosomas.

Funciones de las Vacuolas

Las vacuolas proporcionan un compartimento alternativo con varias funciones:

• Almacenamiento de nutrientes y de sustancias de desecho.
• Regulación homeostática: Ayuda a soportar las variaciones del entorno y favorece el intercambio de sustancias de la célula con el medio exterior.
• Digestión extracelular, mediante enzimas hidrolíticas aportadas por el aparato de Golgi.
• Defensa del organismo, por la presencia de compuestos tóxicos que se liberan cuando la célula es dañada por hongos o animales herbívoros.
• Acumulación de pigmentos: Favorecen la interacción con otros organismos como los insectos polinizadores, atraídos por el color y el olor de las flores.
• Aumento del tamaño de la célula por presión de turgencia, por acumulación de agua en la vacuola.

Peroxisomas Especiales

1. Glioxisomas

Son peroxisomas presentes en células de las semillas oleaginosas que pueden transformar en azúcares los ácidos grasos de los lípidos de reserva energética de la semilla. Este proceso metabólico se llama ciclo del glioxilato.

2. Peroxisomas de las Células de las Hojas

Participan, junto con mitocondrias y cloroplastos, en la fotorrespiración, un proceso relacionado con la fotosíntesis. Por esta razón, aparecen formando asociaciones en estos tipos celulares.