Organelos Celulares: Estructura y Función en Células Eucariotas y Procariotas

Organelos Celulares

A) Ribosomas

Estructuras regulares sin membrana, formadas por distintos tipos de proteínas unidas a ARN ribosómico. Presentes en todas las células (aunque escasos en eritrocitos y espermatozoides), se encuentran libres en el citosol o adheridos al retículo endoplasmático gracias a proteínas llamadas riboforinas. También aparecen libres en la matriz mitocondrial y el estroma de cloroplastos, asemejándose más a los ribosomas procariotas.

En células eucariotas, tienen 200 Å de diámetro, textura porosa y una velocidad de sedimentación de 80S (Svedberg). Están constituidos por dos subunidades: la pequeña (40S) y la grande (65S). En el citoplasma, estas subunidades se encuentran separadas y se unen durante la síntesis de proteínas. Los ribosomas procariotas difieren en tamaño y velocidad de sedimentación de las subunidades.

Cada ribosoma está compuesto por 80% agua, 10% ARN ribosómico y 10% proteínas. Al unirse al ARN mensajero, forman un rosario de ribosomas llamado polisoma o polirribosoma. Su función principal es la síntesis de proteínas.

B) Retículo Endoplasmático

Sistema membranoso formado por una red de sacos aplanados, vesículas y túbulos sinuosos que se extiende por todo el citoplasma y se comunica con la membrana nuclear externa. Este sistema forma una única cavidad llamada luz o lumen. Existen dos tipos de retículo endoplasmático:

• Retículo Endoplasmático Liso (REL): Escaso en la mayoría de las células, excepto en células musculares estriadas, células intersticiales de ovarios y testículos, y hepatocitos. Sus funciones incluyen la síntesis de lípidos que forman las membranas (fosfolípidos, glucolípidos y colesterol), almacenamiento y transporte de lípidos a otros orgánulos, participación en procesos de desintoxicación e intervención en respuestas específicas de la célula, como la contracción muscular.
• Retículo Endoplasmático Rugoso (RER): Posee ribosomas en su cara citoplasmática. Se comunica con el REL y la membrana nuclear externa, considerándose la parte del RER que separa el núcleo del citoplasma (envoltura nuclear). Sus membranas son más finas que las de la membrana plasmática y poseen riboforinas. Sus funciones son la síntesis de proteínas y fosfolípidos de membrana (que pasan a formar parte de la membrana del RER y, al desprenderse, forman vesículas que se unen a la membrana del aparato de Golgi u otros orgánulos), y la síntesis de proteínas de secreción, como las glucoproteínas.

C) Aparato de Golgi

Situado cerca del núcleo, en células animales rodea los centriolos y se encuentra cerca del RE. Está formado por una o más agrupaciones en paralelo de sáculos discoidales o cisternas, acompañadas de vesículas de transición y secreción. Cada agrupación se llama dictiosoma y contiene de 4 a 8 cisternas.

El dictiosoma tiene dos caras: la cara cis (de formación), cercana al RER y con cisternas pequeñas, y la cara trans (de maduración), orientada hacia la membrana plasmática, cóncava y con cisternas grandes.

Sus funciones incluyen el transporte de sustancias procedentes del RE, maduración de proteínas (tipo enzima), acumulación y secreción de proteínas del RE (que cambian su estructura o secuencia de aminoácidos para activarse), glucosilación de lípidos y proteínas (produciendo glucolípidos y glucoproteínas), y síntesis de polisacáridos. En resumen, procesa las sustancias producidas en el RE, activándolas y utilizándolas. Estas sustancias entran a través de vesículas de transición procedentes del RE y salen procesadas en vesículas de secreción del aparato de Golgi.

D) Vacuolas y Vesículas

Estructuras con membrana que se forman a partir del RE, aparato de Golgi o invaginaciones de la membrana plasmática. En células animales, son pequeñas y se llaman vesículas. En células vegetales, son muy grandes (1 o 2 por célula) y su membrana se llama tonoplasto. Se forman por la unión de vesículas del RE y aparato de Golgi, aumentando de tamaño.

En células vegetales, acumulan gran cantidad de agua para alcanzar la turgencia celular (el agua entra por ósmosis), almacenan reservas energéticas elaboradas por ellas mismas, productos de desecho y sustancias con funciones específicas, como antocianósidos (que dan color a los pétalos), alcaloides venenosos, cristales de carbonato cálcico y oxalato cálcico (con función de sostén), y transportan sustancias entre orgánulos y entre estos y el medio externo.

E) Lisosomas

Vesículas del aparato de Golgi llenas de enzimas digestivas, como hidrolasas ácidas, fosfatasas ácidas, glucosidasas y ADNasas. Las enzimas se forman en el RER, se activan en el aparato de Golgi y se acumulan en el interior de los lisosomas. La membrana de los lisosomas contiene glucoproteínas que impiden que las enzimas ataquen la membrana del lisosoma.

La digestión puede ser extracelular (si vierten su contenido al exterior) o intracelular (cuando se unen a una vacuola cuyo contenido se va a digerir). Según su contenido, existen:

• Lisosomas primarios: Contienen solo enzimas digestivas.
• Lisosomas secundarios: Contienen sustratos en proceso de digestión. Pueden ser vacuolas digestivas o heterofágicas (si el sustrato procede del exterior) o autofágicas (si procede del interior, como en la cola del renacuajo).

Existen dos casos especiales de lisosomas:

• Acrosoma del espermatozoide: Lisosomas primarios encargados de digerir la membrana del óvulo en la fecundación.
• Granos de aleurona de las semillas: Lisosomas secundarios que almacenan proteínas. Al cultivar la semilla, las enzimas se activan, iniciando el proceso de germinación.

F) Peroxisomas

Vesículas procedentes del RE que contienen 26 tipos de enzimas oxidativas, las más importantes son la oxidasa y la catalasa. La oxidasa produce la oxidación de sustancias que en elevadas cantidades pueden ser tóxicas, como aminoácidos, ácido úrico y ácido láctico. Utilizan O₂ y forman agua oxigenada (H₂O₂), sustancia tóxica para la célula que la catalasa se encarga de eliminar de dos formas:

• Si hay sustancias tóxicas para eliminar, hace reaccionar estas con el agua oxigenada y elimina ambas. La energía producida en estas reacciones se disipa en forma de calor.
• Si no hay sustancias tóxicas, descompone el agua oxigenada en agua y O₂.

Sus funciones son la desintoxicación (abundantes en hígado y riñón) y la degradación de ácidos grasos en moléculas más pequeñas para su posterior transporte a las mitocondrias, donde se completa su oxidación.

G) Glioxisomas

Similares a los peroxisomas, se encuentran solo en células vegetales. Contienen enzimas responsables del ciclo del ácido glioxílico, una variante del ciclo de Krebs que permite sintetizar glúcidos a partir de lípidos. Esto es esencial en semillas en germinación, ya que les permite sintetizar glucosa a partir de las reservas lipídicas de la semilla hasta que puedan realizar la fotosíntesis.

H) Mitocondrias

Organelos de las células aerobias eucariotas encargados de obtener energía mediante la respiración celular. Combinan O₂ con materia orgánica para obtener energía mediante la oxidación de esta. El ATP se produce en el citoplasma y son más abundantes en células con alta demanda energética, como células musculares y espermatozoides. Se observan al microscopio óptico y al conjunto de mitocondrias se le llama condrioma.

Son polimorfos, desde esféricos hasta alargados. Al microscopio electrónico, se observa una doble membrana sin colesterol. La membrana mitocondrial externa es permeable y la interna es impermeable, con permeasas. La membrana interna presenta repliegues internos llamados crestas mitocondriales y contiene las moléculas encargadas de la respiración mitocondrial.

La doble membrana delimita dos espacios: el espacio intermembranoso (con contenido semejante al citosol) y la matriz mitocondrial (delimitada por la membrana interna y rica en enzimas, ribosomas mitocondriales o mitorribosomas, ADN mitocondrial e iones). La presencia de ADN y ribosomas permite su duplicación.

Sus funciones incluyen el ciclo de Krebs, la cadena respiratoria, la beta-oxidación de ácidos grasos, la fosforilación oxidativa, la duplicación del ADN mitocondrial y la concentración de sustancias como proteínas, lípidos, colorantes, hierro, fosfatos y partículas semejantes a virus.

I) Cloroplastos

Organelos típicos de células vegetales que contienen clorofila, gracias a la cual realizan la fotosíntesis, proceso por el cual la energía luminosa se transforma en energía química y se sintetiza materia orgánica a partir de inorgánica. Son polimorfos, de color verde, y hay de 20 a 40 por célula. Su morfología es variable: en algas tienen forma de cinta enrollada en espiral y en plantas la forma más frecuente es de disco.

Al microscopio electrónico, se observa una doble membrana sin colesterol. La membrana externa es permeable y la interna es casi impermeable, con gran cantidad de permeasas. Delimitan el espacio intermembranoso y el estroma, delimitado por la membrana interna. El estroma contiene ADN circular y doble, plastorribosomas (distintos a los del citoplasma y mitocondrias), enzimas e inclusiones de almidón y lipídicas.

También presentan sáculos aplanados o cisternas llamados tilacoides o lamelas, con una membrana con pigmentos fotosintéticos y una cavidad (lumen) o espacio tilacoidal. Los tilacoides pueden ser de dos tipos:

• Tilacoides del estroma: Alargados y extendidos.
• Tilacoides de los grana: Pequeños, con forma de disco y apilados a modo de monedas. Cada pila se llama grana.

Su función es realizar la fotosíntesis, que se lleva a cabo en dos etapas: la fase luminosa (en las membranas tilacoidales) y la fase oscura (independiente de la luz, en el estroma). También se produce la replicación del ADN para la duplicación del cloroplasto.

J) Otros Tipos de Plastos

Característicos de células vegetales con capacidad de síntesis y almacenamiento de sustancias, además de los cloroplastos, se encuentran:

• Leucoplastos: Incoloros, aparecen en células meristemáticas. Si la luz estimula la síntesis de clorofila, se convierten en cloroplastos.
• Cromoplastos: Contienen distintos pigmentos, como carotenos (en zanahorias) y licopeno (en tomates).
• Amiloplastos: Almacenan almidón.
• Proteoplastos: Almacenan proteínas.