Célula Eucarionte.

Guía N° 3 2012
UNIDAD 1: LA CÉLULA
SUB-UNIDAD 2: TIPOS DE CÉLULA
Biología Común
En esta sesión tú podrás:
- Comprender el funcionamiento de una célula procarionte, y entender en base a ese
funcionamiento su éxito de supervivencia.
- Conocer la teoría endosimbiótica, planteamiento al origen de las células eucariontes a
partir de células procariontes.
- Reconocer estructuras y funciones comunes y distintivas los tipos eucariontes.
- Comprender las funciones fisiológicas y metabólicas de los orgánulos.
- Comprender que en los organismos pluricelulares existen distintos tipos de células,
con diferentes distribuciones de sus orgánulos.
TIPOS DE CÉLULAS EXISTENTES
La célula es la unidad básica, funcional y estructural de la vida. Como sabemos existen
muchos tipos de organismos formados por una gran cantidad de células que provienen de
una misma célula; es decir, son capaces de replicarse y diferenciarse para llevar a cabo una
función específica.
A pesar de que las células presentan una gran variabilidad de tamaño, forma y función,
todas comparten características comunes para realizar diversos procesos fisiológicos que
permiten la mantención de la vida. No obstante, en todo el universo biológico existen
solamente dos tipos de células: células procariontes y células eucariontes, las cuales
poseen diferencias y semejanzas que revisaremos a continuación (Fig. 1).
Célula Procarionte
Célula Eucarionte
A
B
Figura 1. Esquema que muestra los dos tipos de células existentes y sus componentes. (A)
Célula Procarionte (B) Célula Eucarionte.
Autor: Tamara Sáez G. / Edición: Katherine Brante C.
Consultas: biologí[email protected] / www.preusm.cl
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Guía N°° 3 2012
La Célula
élula y su evolución
La teoría del Ancestro común clasifica a las células por su origen filogenético en dos
grandes dominios de células como se dijo anteriormente, Procarionte y Eucarionte,
Eucarionte pero
dentro de las primeras destacan dos grupos: el grupo Bacteri
Bacteria y el grupo Archaea, ambas
son procariontes pero se diferencian filogenéticamente y las últimas realizan procesos
bioquímicos diferentes a las bacterias, que más bien, se parecen a las eucariontes (FFig.2).
igenético de la vida por Carl Woese y colaboradores, el cual está basado
Figura 2. Árbol foligenético
en las secuencias genéticas del ARN ribosomal.
Aquí se muestran tres dominios principales de células. Según esta teoría todas las células
provienen de un ancestro común.
Si bien estaa teoría ha sido bastante controversial, aún se sigue estudiando el origen
filogenético y cuál sería la mejor clasificación de estas células.
Por lo tanto, dada esta clasificación evolutiva y/o filogenética, los seres vivos han sido
clasificados como sigue:
Chatton,
1937
2 Imperios
Whittaker, Woese, et
1969
1977
5 Reinos
6 Reinos
al, Woese, et Cavalier-Smith,
Smith, 1998
al,, 1990
2 Imperios
3 Dominios 6 Reinos
Prokaryota
Monera
Eukaryota
Protista
Eubacteria
Archaeabacteria
Protista
Fungi
Plantae
Animalia
Fungi
Plantae
Animalia
Bacteria
Archaea
Eukarya
Imperio-reino:
reino: Bacteria
Protozoa
Chromista
Fungi
Plantae
Animalia
Imperio:
Eukarya
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Guía N° 3 2012
Célula Procarionte y sus propiedades
La célula procarionte (prokaryota, pro=antes; karyon=núcleo) consta de solamente un
compartimento cerrado, el cual está delimitado por una membrana plasmática, no posee
un núcleo celular y su organización interna es bastante sencilla.
Dentro del imperio Bacteria, las más numerosas son las bacterias, pero también destacan
las cianobacterias (o algas verde-azuladas); estas últimas se pueden encontrar como
organismos unicelulares o formar una cadena filamentosa. Las procariontes archaeas se
diferencian de las bacterias, especialmente, por sus procesos bioquímicos pero
morfológicamente son muy parecidas (Fig. 3).
A
B
C
Figura 3. (A) Bacterias, (B) Algas verdes-azuladas, (C) Archaeas (o Archaeobacterias).
Las Bacterias (células procariontes) se diferencian principalmente de las células eucariontes
por las siguientes características:
-
-
No poseen una membrana nuclear; es decir, el material genético se encuentra de
manera difusa en el citoplasma celular, denominado nucleoide.
El ácido desoxirribonucleico presenta una estructura circular.
La membrana celular posee pliegues hacia el interior de la célula, llamados
Mesosomas.
No posee organelos propiamente tales.
No forman organismos pluricelulares
En cuanto al desarrollo de procesos fisiológicos, son mucho más simples que las células
eucariontes (por lo que se postula que las prokaryotas son más primitivas que las
eukaryotas).
Poseen una pared celular.
Las procariontes poseen características estructurales que les han permitido sobrevivir a
diferentes condiciones (Fig. 4). Gracias a estas características, es que han podido formar
grandes colonias celulares que se han adaptado a diferentes ambientes; por ejemplo, las
archaeas viven en condiciones extremas como en aguas termales de elevados grados de
temperatura, las algas verdes-azuladas se han mantenido en el tiempo dado a su capacidad
de fotosíntesis y las bacterias han colonizado diferentes ambientes incluyendo el propio
organismo humano.
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Guía N° 3 2012
Es por esta razón que las células procariontes son los organismos más exitosos durante la
evolución, dado que han sido capaces de adaptarse a nuevas condiciones y además
colonizar los diferentes rincones del planeta e inclusive vivir dentro de otros organismos,
como por ejemplo, las bacterias del tracto digestivo de algunos mamíferos.
A continuación, se describen algunas partes de las procariontes que las hacen distintivas.
Pared celular: Es una estructura semirrígida que le da la forma a la bacteria y se encuentra
rodeando a la membrana plasmática, protegiendo así el interior de la célula de cambios
nocivos del medio ambiente.
Flagelo: Algunas bacterias poseen flagelos, que corresponden a una estructura helicoidal
semirrígida que permite la movilidad de la célula mediante un sistema de rotación que se
ejerce desde la base del flagelo (se debe considerar que no es una característica propia de
las procariontes puesto que algunas células eucariontes también lo poseen, como por
ejemplo; los espermatozoides).
Fimbrias: Corresponden a filamentos pilosos cortos que pueden estar rodeando a toda la
célula. Esta estructura permite que las bacterias se puedan adherir a diferentes superficies,
incluyendo adherirse a otras células.
Pili (o Pili sexual o de conjugación): Son filamentos pilosos largos con capacidad de
adherirse a la pared celular de otras bacterias para traspasar material genético y así hacer
una reproducción sexual (proceso denominado Conjugación).
Mesosomas: Corresponden a invaginaciones o pliegues de la membrana plasmática hacia
el citoplasma, si bien su función continúa en estudio, se cree que están relacionados con la
división celular y el transporte de sustancias.
B
A
Figura 4. Estructuras de una bacteria. (A) Esquema de una Bacteria con sus estructuras
celulares (B) Microfotografía de una bacteria.
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Célula Eucarionte y generalidades
La célula eucarionte (Eu= verdadero, Karyon= núcleo) comprende a reinos Protista,
Chromista, Fungi, Plantae y Animalia. Este tipo celular se diferencia, principalmente, de las
procariontes debido a que posee un interior celular compartimentalizado; por lo tanto, el
material genético (ADN) se encuentra rodeado por una membrana nuclear.
Las células eucariontes poseen diversas formas, tamaños y una variedad de funciones, por
lo que son mucho más complejas que las células procariontes. Están rodeadas por una
membrana plasmática y su interior se divide en citoplasma y núcleo.
Las principales características de las células eucariontes son:
-
El interior de la célula está compartimentalizado por membranas internas (organelos
y núcleo).
El ADN se encuentra en el núcleo celular y está rodeado por proteínas nucleares.
Posee un ADN que se encuentra empaquetado; es decir, forma cromosomas.
Son capaces de formar organismos pluricelulares.
Son más complejas que las células procariontes en cuanto al desarrollo de procesos
fisiológicos.
Solamente las células eucariontes vegetales poseen pared celular.
El Citoplasma está formado por protoplasma, sustancia en estado coloidal que está
formado en un 70% por agua y el 30% restante por moléculas orgánicas como proteínas,
lípidos y carbohidratos. Además, contiene a los organelos y al citosol, que corresponde a la
parte acuosa del citoplasma.
El Núcleo celular está delimitado por una doble membrana llamada carioteca, en cuyo
interior se encuentra la cromatina, que contiene al ADN, el cual se encuentra asociado a
proteínas llamadas “histonas”, y además se puede encontrar “empaquetada” formando
estructuras denominadas “cromosomas”. Dentro del núcleo existe una parte de la
cromatina que al apreciar por el microscopio se ve más oscura y se denomina Nucleólo,
esta estructura está compuesta por ARN (ácido ribonucleico) y proteínas.
La carioteca posee poros que permiten intercambio de sustancias desde el núcleo al
citoplasma y viceversa.
“Teoría Endosimbiótica”
Como se ha descrito anteriormente, las células procariontes son las células más primitivas.
Posteriormente, luego de 1500 millones de años, surgieron las primeras células
eucariontes. El parecido de diversos procesos bioquímicos y fisiológicos como la respiración
celular, el modo de nutrición, entre otros, han hecho creer que las células procariontes
dieron origen a las células eucariontes.
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Guía N° 3 2012
Como veremos más adelante, las mitocondrias, que se encuentran tanto en células
eucariontes animales como en vegetales, y los cloroplastos son organelos exclusivos de la
célula vegetal; son organelos que se encargan de otorgar la energía a la célula pero además
poseen material genético propio, lo que hace que este material pase de generación en
generación.
Fue Schimper en 1883, quien se dio cuenta de esta propiedad; por lo tanto, estableció que
las mitocondrias y los cloroplastos heredan su ADN, mientras que los demás organelos no
son heredables. Sin embargo, no fue hasta 1967 que Lynn Margulis planteó que las células
eucariontes provienen de las procariontes. Esta teoría plantea que una procarionte
autótrofa fotosintética (mecanismos de obtención de energía mediante luz solar y otras
sustancias inorgánicas) vivió dentro de una procarionte heterótrofa (necesidad de adquirir
los elementos orgánicos de otros para su nutrición) y con el tiempo su relación se hizo tan
estrecha a tal punto que incluso se replicaron simultáneamente.
Por lo que este acontecimiento dio origen a los cloroplastos; es decir a la célula eucarionte
vegetal. De la misma manera, una procarionte aerobia (que utiliza oxígeno para vivir) vivió
dentro de una procarionte anaerobia (no utiliza oxígeno) dando origen a las mitocondrias.
Es así, como otras teorías sustentadoras aportan que la membrana celular sufrió
invaginaciones de protoplasma y enzimas dando origen a los diferentes organelos e incluso
estas mismas invaginaciones pudieron haber encerrado al ADN, y que tanto las
mitocondrias como los cloroplastos se originaron por endosimbiosis (endo= dentro,
simbiosis= viviendo juntos).
En la actualidad, esta teoría ha sido ampliamente aceptada a pesar de que aún existen
diversos aspectos de la endosimbiosis que continúan en discusión.
Como vimos, el origen de las células eucariontes continúa estudiándose, pero lo que sí está
claro es que este tipo de célula se divide en dos subtipos: célula eucarionte animal y célula
eucarionte vegetal. La principal diferencia radica en que la primera no posee pared celular,
en cambio la segunda sí la posee, además poseen algunos organelos diferentes pero que
cumplen funciones similares (Fig. 6).
Las células eucariontes poseen en su citoplasma, estructuras llamadas organelos, que
corresponden a estructuras rodeadas por una membrana y cada uno de ellos realiza una
función específica. Al estar la célula compartimentalizada, ya sea por los organelos y el
núcleo celular, permite que una variedad de procesos bioquímicos puedan llevarse a cabo
simultáneamente y separados unos de otros.
Simbiosis (viviendo juntos) es la asociación de dos o más
especies diferentes en donde ambas obtienen provecho de
la vida en común. Si bien estas especies comparten este
modo de vida, cada uno de ello debe replicar su ADN y
sintetizar varias de sus proteínas.
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Guía N° 3 2012
A
B
Figura 6. Esquema de células eucariontes (A) vegetal y (B) animal, donde se puede apreciar
las estructuras comunes que comparten y aquellas que son propias de cada una.
Los organelos celulares son los siguientes:
-
Retículo endoplasmático (RE): Está formado por una red membranosa que parte del
núcleo celular, el cual forma una especie de canales y vesículas que se pliegan en el
citoplasma. El RE se divide en: retículo endoplasmático liso (REL), que está encargado de
sintetizar lípidos de membrana,
almacenar
calcio
y
eliminar
sustancias tóxicas, y el retículo
endoplasmático rugoso (RER), el
cual se encuentra asociado a
ribosomas participando en la síntesis
de proteínas. Los Ribosomas no son
organelos propiamente tales puesto
que no están rodeados por una
membranas,
sino
que
son
estructuras globulares compuestos
por ARN y proteínas.
-
Aparato de Golgi: Corresponde a un
conjunto de cisternas membranosas
que
están
relacionadas
funcionalmente con el retículo
endoplasmático. Su principal función
es la modificación de proteínas que
posteriormente serán secretadas.
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Guía N° 3 2012
-
Lisosomas y Peroxisomas: Son vesículas delimitadas por membranas que contienen
enzimas, las cuales se encargan de la lisis o rompimiento de moléculas orgánicas. Los
lisosomas contienen enzimas hidrolíticas destinadas a las digestiones intracelulares. Los
peroxisomas contienen enzimas oxidativas que se encargan de degradar lípidos
intracelulares y de la desintoxicación de sustancias, principalmente la reacción de los
radicales Oxígeno y el peróxido de hidrogeno, del cual deriva su nombre, ambos
compuestos altamente tóxicos para el organismo.
El Retículo endoplasmático, el Aparato de Golgi y los Lisosomas y Peroxisomas
forman un sistema denominado “Sistema vacuolar citoplasmático” que se
comporta como un sistema de síntesis y circulación de distintas sustancias en el
interior de la célula.
Sistema vascuolar citoplasmático
-
Mitocondria: Este organelo también posee un sistema de doble membrana, cuya
membrana interna produce pliegues hacia el interior, que se denominan crestas. Está
encargada de la Respiración celular, la cual es un conjunto de reacciones químicas que
permiten sintetizar la energía (ATP) necesaria para el funcionamiento celular a partir de
moléculas orgánicas como la glucosa
en presencia de oxígeno (es por eso
que se le llama respiración aerobia).
La mitocondria, junto con los
cloroplastos,
son
los
únicos
organelos con ADN propio; es decir
poseen su propio material genético
para la producción de sus propias
proteínas que necesitan para su
correcto funcionamiento y además
son capaces de replicarse y aún más,
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Guía N° 3 2012
al tener su propio ADN son capaces de heredar enfermedades genéticas. Estas
características han ayudado a sustentar la teoría endosimbiótica.
-
Cloroplastos: Son organelos
exclusivos de las células
vegetales rodeados por una
doble membrana, en cuya
membrana interna presentan
gránulos (tilacoides) que
contienen pigmentos como la
clorofila (pigmento de color
verde) u otros pigmentos,
que les dan los colores característicos a las plantas, y que llevan a cabo la fotosíntesis. De
esta manera absorbe la energía solar, en presencia de dióxido de carbono (en mayor
proporción) o de oxígeno (menor proporción), y es capaz de sintetizar moléculas
orgánicas como la glucosa; es decir, les entregan a las células vegetales, la capacidad de
ser autótrofas.
-
Centriolos: Corresponden a un par de organelos
pequeños que se ubican exclusivamente en la
célula eucarionte animal, cercano al núcleo;
están formados por microtúbulos y participan en
el acomodo y movimiento de los cromosomas
durante la división celular.
-
Vacuolas: Son vesículas membranosas rodeadas por
una membrana que almacenan principalmente agua.
Se encuentran presentes en células vegetales y
animales pero las primeras poseen una vacuola muy
grande que puede alcanzar el 70% del volumen
celular, la cual contiene agua y almidón.
-
Plasmodesmos: Corresponden a estructuras de las células vegetales que atraviesan la
pared celular y comunican el citoplasma de una célula con el citoplasma de la célula
vecina.
-
Flagelos y cilios: Corresponden a estructuras formadas por
nueve series de grupos de 3 microtúbulos que rodean a un par
de microtúbulos centrales (se definen como: 9+2). Los flagelos
son largos y permiten que la célula pueda movilizarse de
manera rápida (movimiento helicoidal) como los
espermatozoides; en cambio, los cilios son cortos pero
numerosos y permiten movilizar sustancias del medio exterior
de la célula (movimiento de remo).
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Guía N° 3 2012
- Citoesqueleto: Es una estructura que se
encarga de la forma y movimiento celular.
Está formado por microfilamentos,
filamentos intermedios y microtúbulos
(proteínas tubulina) que se anclan a la cara
interna de la membrana celular,
permitiendo de esta manera que la célula
pueda
“estirarse”
emitiendo
prolongaciones citoplasmáticas y además
permite el crecimiento celular. También,
ancla a los organelos permitiendo que
puedan desplazarse por toda la célula
mediante esta especie de “carriles”
formados por los microtúbulos.
- Pared celular: Si bien las células procariontes poseen pared celular, en las células
eucariontes, solamente la poseen las células vegetales. Esta pared, al ser rígida, da la
forma a estas células, por lo que
mantienen una forma geométrica; a
diferencia de las células animales que
pueden
tener
diferentes
formas,
principalmente dado por el citoesqueleto.
La pared celular está formada por fibras de
celulosa y otros polisacáridos (también
puede contener lignina, que es más dura
que la celulosa y se encuentra en las
células de los troncos de los árboles),
además de proteínas estructurales, y su
función es de sostén y protección celular.
Está formada por tres capas: capa primaria,
que es la capa más externa, una laminilla
media, que une a la capa primaria con la
capa más cercana a la membrana
plasmática, denominada capa secundaria
que posee grandes cantidades de celulosa.
-
Membrana plasmática: Es una membrana
que rodea a toda la célula y está formada por
una doble capa de fosfolípidos, entre otros,
que permite el paso de sustancia desde y
hacia la célula. Más adelante veremos con
más detalle la estructura de esta membrana,
pero se debe recordar que todos los tipos
celulares la poseen.
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Guía N° 3 2012
Si uno de los organelos celulares falla, la célula va a ver afectado su
funcionamiento y por ende, la mantención de la vida sería incompatible en
los casos más extremos. Por ejemplo; la artritis reumatoide es una
enfermedad autoinmune que causa que la membrana de los lisosomas, que
contienen enzimas hidrolíticas en su interior, se rompa; de tal manera que
estas enzimas salgan al citoplasma y produzcan lisis celular; es decir, muerte
celular de las células que forman parte de las articulaciones.
A continuación, se presenta una tabla con las principales diferencias entre las células
animales y las vegetales.
Célula eucarionte animal
Posee membrana nuclear
Célula eucarionte vegetal
Posee membrana nuclear
No posee pared celular, solamente
membrana citoplasmática.
Posee mitocondrias como organelos
de obtención de energía celular
Posee pared celular y membrana
citoplasmática.
Posee mitocondrias y cloroplastos como
organelos de obtención de energía celular
Su forma está dada por el
citoesqueleto, por lo que suele ser
irregular.
Posee varias vacuolas de pequeños
tamaños.
Su forma está dada por la pared celular,
por lo que es bastante regular
(geométrica).
Posee una gran vacuola central (o varias
vacuolas muy grandes) que ocupa casi
todo el volumen celular.
Posee plasmodesmos
No posee plasmodesmos
Posee centriolos
No posee centriolos
En el citoplasma, puede contener
Frecuentemente, posee gránulos de
gránulos de glucógeno pero nunca de almidón en su citoplasma.
almidón.
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Guía N° 3 2012
Actividad en clase
Analiza y completa el siguiente esquema de una célula eucarionte animal, mientras
el profesor expone:
Organelo:
Organelo:
Función:
Función:
Organelo:
Función:
Organelo:
Función:
Organelo:
Organelo:
Función:
Función:
Organelo:
Organelo:
Función:
Función:
12
Guía N° 3 2012
Analiza y completa el siguiente esquema de una célula eucarionte vegetal, mientras
el profesor expone:
Organelo:
Organelo:
Organelo:
Organelo:
Función:
Función:
Función:
Función:
Organelo:
Organelo:
Organelo:
Organelo:
Función:
Función:
Función:
Función:
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Guía N° 3 2012
¡Prepárate para la PSU!
Analiza y resuelve las siguientes preguntas tipo PSU. Recuerda siempre leer atentamente:
1. ¿Cuál(es) de los siguientes organelos celulares está(n) delimitado(s) por dobles
membranas?
I. El núcleo.
II. Las mitocondrias.
III. El retículo endoplasmático.
A) Sólo I
B) Sólo II
C) Sólo I y II
D) Sólo I y III
E) I, II y III
2. ¿En cuál de los siguientes grupos de organismos deberían encontrarse
mitocondrias en las células?
I. Hongos.
II. Plantas.
III. Protistas
A) Sólo l
B) Sólo II
C) Sólo I y II
D) Sólo I y III
E) I, II y III
3. ¿Qué tienen en común una célula procarionte y eucarionte?
A) La envoltura nuclear.
B) Las proteínas histónicas.
C) Las paredes celulares.
D) La membrana plasmática.
E) Los organelos membranosos.
4. La capacidad de realizar funciones autónomas metabólicas y reproductivas que
muestran los procariontes, les permiten ser incluidos dentro de la clasificación de “célulaorganismos”.
Indique la(s) estructura(s) cuya función(es) le(s) confiere(a) dicha autonomía a los
siguientes organismos.
I. ADN
II. Ribosomas
III. Membranas
A) Sólo I
B) Sólo lll
C) l y ll
D) l y lll
E) l, ll y lll
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Guía N° 3 2012
5. Cilios y flagelos deben su movilidad a estructuras llamadas:
A) Proteínas contráctiles
B) Huso acromático
C) Microtúbulos
D) Citoesqueleto
E) Todas las anteriores
6. Las células pancreáticas son grandes secretoras de ciertas enzimas digestivas.
¿Qué característica le permitiría realizar tal función a éstas células?
A) Un alto número de vesículas fagociticas.
B) Gran desarrollo de retículo endoplasmático rugoso.
C) Una alta cantidad de mitocondrias.
D) Un alto número de genes codificadores de enzimas.
E) Ninguna de las anteriores.
7. Un investigador necesita moléculas de colesterol para un experimento. Usted
le recomendaría aislar tales moléculas de membrana de células:
I. Bacterianas.
II. Vegetales.
III. Animales.
A) Sólo I.
B) Sólo II.
C) Sólo III.
D) Sólo II y III.
E) I, II y III.
8. Indique cuál de las siguientes comparaciones entre célula eucarionte vegetal y
animal es FALSA:
A) Tanto mitocondria como cloroplasto se caracterizan por poseer su propio material
genético.
B) Ambas células poseen carioteca, ribosomas, retículos y aparatos de golgi.
C) La célula animal posee centriolo, mientras la vegetal carece de éste.
D) La célula animal posee membrana celular, mientras la vegetal carece de membrana y en
su reemplazo posee una pared celular.
E) Ninguna tiene mesosomas.
9. ¿Cuál alternativa corresponde a una función del Aparato de Golgi?
A) Síntesis de lípidos.
B) Formación del acrosoma en los espermios
C) Procesamiento y maduración de proteínas.
D) Respiración celular.
E) Autofagia celular.
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Guía N° 3 2012
10. ¿Cuál de las siguientes funciones es común en todos los seres vivos?
A) Control de la mitosis.
B) Ensamblaje de los centríolos.
C) Regulación del metabolismo mitocondrial.
D) Regulación de la motilidad de cilios o flagelos.
E) Control de la organización de la membrana plasmática.
11. Una de las siguientes relaciones estructura-función no es correcta:
A) Cloroplasto –síntesis de carbohidratos.
B) Membrana plasmática-difusión.
C) Ribosomas-síntesis proteica.
D) Núcleo-síntesis de lípidos.
E) Mitocondria-síntesis de ATP.
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