Aparato de Golgi

Aparato de Golgi: Modifica, empaqueta y distribuye las proteínas y los lípidos sintetizados por el retículo endoplásmico. Posee dos regiones o caras distintas:

• Cara cis: orientada hacia el retículo endoplásmico; recibe, en forma de vesículas de transición, las proteínas y los lípidos sintetizados en el RE.
• Cara trans: orientada hacia la periferia celular; en ella se empaquetan y distribuyen los productos hacia su destino final.

Funcionamiento

Recibe proteínas y lípidos provenientes del retículo endoplásmico en pequeñas vesículas. Dentro de sus sacos aplanados (cisternas), estas moléculas se modifican, por ejemplo, añadiendo azúcares (glucosilación) o fosfatos (fosforilación).

Funciones

• Modificación de proteínas y lípidos procedentes del retículo endoplásmico.
• Formación de lisosomas, esenciales para la digestión intracelular.
• Producción de polisacáridos importantes, como los que forman parte de la pared celular.

Lisosomas

Lisosomas: Son orgánulos membranosos exclusivos de células eucariotas animales encargados de la digestión intracelular. Contienen enzimas hidrolíticas (hidrolasas ácidas) que degradan todo tipo de biomoléculas.

Tipos

• Lisosomas primarios: contienen solo enzimas hidrolíticas, ya que todavía no han participado en un proceso digestivo.
• Lisosomas secundarios: se forman cuando un lisosoma primario se fusiona con una vesícula que contiene los materiales a digerir; en ellos se produce la digestión.

Procesos de digestión

• Heterofagia: digestión de sustancias que llegan desde el exterior celular por endocitosis. La vesícula endocítica se fusiona con un lisosoma primario y se forma el lisosoma secundario, en cuyo interior se produce la digestión. Tras la digestión, las sustancias aprovechables salen al citosol y los restos son expulsados al exterior por exocitosis o quedan en la célula en forma de cuerpos residuales.
• Autofagia: digestión de componentes propios dañados o no funcionales. Este tipo de digestión es fundamental en el proceso de apoptosis o muerte celular programada, que elimina células que ya no son necesarias o que están dañadas para mantener la salud del organismo.

Peroxisomas

Los peroxisomas son orgánulos celulares presentes en prácticamente todas las células eucariotas. Contienen enzimas que participan en reacciones de oxidación, especialmente aquellas que producen o degradan peróxido de hidrógeno (H₂O₂).

Funciones

• Oxidación de compuestos orgánicos utilizando enzimas oxidasas y oxígeno molecular (O₂). Por ejemplo, realizan la β-oxidación de ácidos grasos de cadena muy larga que las mitocondrias no pueden procesar. Esto produce moléculas más pequeñas que luego terminan de oxidarse en la mitocondria y proporcionan energía a la célula. Estas reacciones generan H₂O₂, que es tóxico.
• Detoxificación o eliminación de compuestos tóxicos para la célula. Otra de las enzimas del peroxisoma, la catalasa, cataliza la descomposición del peróxido de hidrógeno y de otros productos tóxicos como etanol, metanol o acetaldehído, interviniendo así en procesos de detoxificación.

Mitocondrias

Respiración celular aerobia: su finalidad es la obtención de energía en forma de ATP, necesaria para llevar a cabo las funciones celulares.

Estructura y composición

La mitocondria consta de: membrana externa, espacio intermembranoso o perimitocondrial, membrana interna y matriz mitocondrial. En ella se sitúan elementos implicados en la producción de energía: la cadena de transporte de electrones y la ATPasa o ATP sintasa responsable de la síntesis de ATP.

Función

En las mitocondrias se produce la oxidación aerobia de compuestos orgánicos para obtener energía en forma de ATP. La glucosa comienza su oxidación en el citosol mediante la glucólisis, que genera dos moléculas de ácido pirúvico. El ácido pirúvico entra en la mitocondria y, en la matriz mitocondrial, participa en el ciclo de Krebs, donde se oxida totalmente. Los ácidos grasos también se oxidan en la matriz mitocondrial: primero en la β-oxidación y luego en el ciclo de Krebs, generando los mismos productos que la glucosa.

Cloroplastos

Cloroplastos: Son orgánulos exclusivos de las células eucariotas vegetales (plantas y algas) que contienen clorofila, un pigmento que les permite captar la luz solar con la que sintetizan compuestos orgánicos a partir de materia inorgánica (CO₂ y H₂O) en un proceso denominado fotosíntesis.

Estructura y composición

El cloroplasto consta de: membrana externa, membrana interna, espacio intermembranoso, estroma y membrana tilacoidal. En el estroma, que es el espacio interno del cloroplasto, se localiza la membrana tilacoidal que forma vesículas o sacos aplanados denominados tilacoides. En la membrana de los tilacoides se localiza la clorofila.

Funciones

En ellos se lleva a cabo la fotosíntesis, proceso de síntesis de compuestos orgánicos que sucede en dos etapas:

• Fase luminosa: la clorofila de la membrana de los tilacoides capta la luz solar y la transforma en energía química en forma de NADPH y ATP.
• Fase oscura: se produce en el estroma, donde el NADPH y el ATP formados en la etapa anterior se utilizan para reducir el CO₂ y sintetizar compuestos orgánicos en un proceso denominado ciclo de Calvin.

Citoesqueleto: microfilamentos, microtúbulos y filamentos intermedios

Microfilamentos o filamentos de actina

Son los filamentos proteicos más delgados del citoesqueleto (~7 nm). Están constituidos por la polimerización de la proteína globular actina. Son dinámicos: crecen y se acortan en función de las necesidades de la célula y presentan polaridad; la velocidad de crecimiento es mayor en uno de sus extremos, el denominado extremo positivo (+).

Pueden formar parte tanto de estructuras dinámicas (contracción muscular, anillo contráctil, seudópodos) como de estructuras rígidas y estables (microvellosidades).

Microtúbulos

Son los filamentos más gruesos del citoesqueleto (~25 nm). Son cilindros huecos formados por la polimerización de la proteína tubulina (dímeros de tubulina α y β). Los dímeros se unen formando un protofilamento y cada microtúbulo consta de 13 protofilamentos unidos longitudinalmente que forman el contorno del cilindro.

Filamentos intermedios

Son los componentes del citoesqueleto más estables y resistentes. Se forman por la asociación de proteínas fibrosas y se extienden por todo el citoplasma, desde el núcleo hasta la membrana plasmática en células eucariotas animales. Debido a su gran resistencia, su función principal es aportar estabilidad mecánica a las células para que puedan soportar fuerzas sin sufrir daños.

Endocitosis y exocitosis

Fagocitosis

• Proceso para partículas de gran tamaño, como bacterias o fragmentos celulares.
• Se realiza mediante la emisión de seudópodos, prolongaciones del citoplasma y de la membrana plasmática que rodean a la partícula hasta formar una vesícula de gran tamaño llamada fagosoma.
• La llevan a cabo organismos unicelulares (p. ej., amebas) para nutrirse y células del sistema inmune (p. ej., macrófagos) para eliminar patógenos o células viejas o dañadas.

Pinocitosis

• Incorporación de partículas o moléculas disueltas o dispersas en un medio líquido.
• Se realiza mediante una invaginación de la membrana plasmática que, al estrangularse, forma una vesícula de endocitosis con el material incorporado en su interior.

Endocitosis mediada por receptores

• Se utiliza para la incorporación selectiva de moléculas como la insulina o el colesterol.
• Tras la unión de la molécula a un receptor específico de la membrana, se produce una invaginación mediada por la proteína clatrina que, al estrangularse, forma una vesícula revestida de clatrina en el interior de la célula.

Exocitosis

Se produce por la fusión de vesículas de exocitosis con la membrana plasmática, de modo que el contenido de la vesícula se libera al medio extracelular. Se pueden secretar:

• Sustancias sintetizadas por la célula que van a formar parte de las cubiertas celulares, como la matriz extracelular, la pared celular o la membrana plasmática. En este caso la secreción es constitutiva, se produce de forma continua y no regulada.
• Moléculas en respuesta a estímulos, como hormonas o neurotransmisores. En este caso la secreción es regulada, ya que solo se produce cuando es necesaria.
• Productos de desecho generados tras un proceso de digestión intracelular.

Resumen

Tema 8. La célula eucariota: cubiertas celulares

Este documento describe la estructura y las funciones de diversos orgánulos y procesos celulares clave: aparato de Golgi, lisosomas, peroxisomas, mitocondrias, cloroplastos, componentes del citoesqueleto y los mecanismos de endocitosis y exocitosis.