Biología, la vida en la tierra con fisiología Tomo 01-páginas-20

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Estructura y (unciones d e la célula 6 9
O Las vesículas se fusionan 
con el aparato d e Gotgi y se 
agregan carbohidratos 
cuancto pasan las proteínas 
por los compartimentos
O Las proteínas con función 
d e anticuerpos se sintetizan 
on b s ribosomas y so 
transportan por los canales 
d e l R E rugoso
A F IG U R A 4-13 S e e la b o ra y e x p o rta u n a p ro te ín a Aquí 
Bustramos la formación d e una protelna con función d e anticuerpo, 
como ejemplo del proceso.
n a adqu ir id a p o r e l aparato d e C o lg i. l a vesícu la q ue con tiene el 
an ticue rp o com p leto v ia ja a la m em brana p lasm ática y se fusiona 
con e lla , para e x p u b ar e l an ticu e rp o d e la cé lu la h a d a e l torrente 
sanguíneo y defienda así, al organism o d e in fecdo nes.
A lgunas d e las proteínas elaboradas e n el retícu lo endoplasm áti- 
co y enviadas al aparato d e C o lg i son enz im as d igestivas celulares 
que degradan proteínas, líp idos y carboh idratos e n sus unidades. 
En el aparato de C o lg i, estas enzim as se em pacan e n vesículas de 
m em brana llam adas lis o s o m a s (F IG U R A 4-14). U n a func ión im ­
portante d e los lisosomas es d igerir las partículas a lim enticias, que 
van d e proteínas sueltas a m icroorganism os com pletos.
C o m o se verá e n e l ca p ítu lo 5, m uchas células 'c o m e n ' por 
fagodtosis, es d ed r, eng loban partículas del exterior d e la célu la 
m ediante extensiones d e la m em brana p lasm ática. A continua- 
d ó n , esta m e m b ran a co n e l a lim en to encerrado perfora d en tro 
del d to p la sm a y fo rm a u n a v a c u o la a l im e n ta r ia . Ix » lisosom as 
reconocen estas vacuo las alim entarias y se fu s io n an con ellas. F.I 
co n ten id o de las d o s vacuo las se m ezcla y las enz im as d e l lisoso-
m a d egradan los a lim en to s e n m o lécu las pequeñas, co m o ami- 
n o á a d o s , m onasacá rid o s y á d d o s grasos q ue pueden usarse en 
la célu la. Los lisosom as tam b ién d ig ieren organelos gastados o 
defectuosos, q ue se eng lo ban e n vesícu las d e la m em brana del 
re tícu lo endop lasm ático , las cuales se fusionan con los lisosom as 
p a ra exponer d icho s organelos a enz im as d igestivas q ue los de­
graden e n sus m o lécu las básicas. Estas m oléculas se lib e ran e n el 
c itop lasm a, d o n d e pueden vo lve r a usarse e n los procesos meta- 
bélicos.
L a m e m b ra n a se in te rcam b ia en to d a la cé lu la 
En to d a la célu la, la m e m b ran a es co n tin u am en te in te rcam b iad a 
en tre la e n vo ltu ra nuclear, e l re tícu lo end o p lasm ático n ig o so y 
liso, e l aparato d e C o lg i, los lisosom as, las vacuo las alim entarias 
y la m em brana p lasm ática . Revisa las figuras 4-13 y 4-14 para 
q ue te hagas u n a ¡d e a d e có m o están ¡n terconectadas las m em ­
branas. P o r e jem p lo , e l re tícu lo e n d o p lasm á tico n igoso sintetiza 
los fo s fo líp id o s y p rote ínas q u e co m p o n en la m em brana p las­
m ática y p rod uce parte d e esta m em brana en fo rm a d e vesícu las, 
las cuales luego se fu s io n an co n las m em branas d e l ap ara to de
A F IG U R A 4-14 F o rm a c ió n y f a l d ó n d e lis o so m a s y v a cu o la s 
a im e n ta n a s
P R E G U N T A ¿ P o r qué e s ventajoso para todas las membranas de la 
célula tener una composición básicamente igual?
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7 0 H i ; i | i 7 J » « U v K l a d e l a c é l u l a
C o lg i. Parte d e la m em brana d e l retícu lo end o p lasm ático q u e 
se fu s io n a c o n e l aparato d e C o lg i lle va 'e t iq u e tas p o s ta le s ' de 
p rote ínas q u e las d irigen d e v u e lta a l retícu lo end o p lasm ático , 
co n lo q u e restituye a su m e m b ran a p ro te ínas esenciales (co m o 
ciertas enz im as). O tra s partes d e la m em brana d e l re tícu lo e n d o ­
p lasm ático so n m o d ificadas p o r e l ap ara to d e C o lg i; p o r e jem ­
p lo , p o d ría agregar carboh id ratos p a ra h ace r g lucopro te inas de 
m em brana. A l fina l, la m em brana sa le d e l ap ara to d e C o lg i en 
fo rm a d e vesícu la q u e se fu s io n a co n la m em brana p lasm ática 
para resu rtiría o agrandarla.
la s vacuolas cum plen muchas funciones, 
incluyendo la regulación del agua, sostén 
y alm acenam iento
Casi todas las célu las con tienen un a o m ás v a c u o la s (sacos de 
m em brana ce lu lar llenos co n líq u id o q ue contiene varias m olé­
cu las). A lgunas, co m o las vacuolas alim entarias q ue se form an 
durante la fagocitosis (véase la figura 4-14), so n tem porales. S in 
em bargo, m uchas células con tienen vacuolas perm anentes q ue 
tienen fundones im portantes en el m an te n im ie n to de la integri­
dad d e las células, p rincipa lm ente porque regulan e l con ten ido de 
agua d e éstas.
Los o rg an ism o s d e a g u a du lce tienen va cu o la s con tráctiles 
lo s protistas de agua dulce, co m o thram edum , constan d e un a so la 
célu la eucarionte. M u ch o s d e estos organism os poseen v a cu o la s 
c o n t rá c t i le s com puestas de conductos recolectores, u n depósito 
central y u n conducto q ue desem boca e n u n poro sobre la m em ­
brana p lasm ática (F IG U R A 4-15). Estas células com plejas v iv e n en 
agua dulce, que constantem ente se filtra por su m em brana plasm á­
tica (e n el cap itu lo 5 exp licam os ese m ecanism o, lla m a d o dtmosú). 
l a en trada d e agua reventada a l frágil o rgan ism o s i n o tuviera un 
m e d io para excretarla. La energía d e la célu la se usa para b om bear 
sales d e l citoplasm a d e l protista a los conducios recolectores. EJ 
agua pasa p o r osm osis y llega a l depósito central. C u an d o este 
depósito se llena, se contrae y expulsa el agua por u n poro e n la 
m em brana plasm ática.
Las cé lu la s vegeta les tienen va cu o la s cen tra les 
TVes cuartas partes o m ás d e l vo lu m en d e m uchas células vegetales 
están ocupadas p o r un a gran v a c u o la c e n t ra l (véase la figura 4-4) 
q ue cu m p le d iw rsas funciones. 1 .a vacuo la central está llena básica­
m ente d e agua y participa e n e l e q u ilib r io h íd rico d e la célu la. T a m ­
bién es un 'v e r te d e ro ' para los desechos peligrosos q ue la célu la 
n o puede excretar. A lgunas células vegetales a lm acenan venenos en 
las vacuolas, co m o el ác id o sulfúrico; estos venen os d isuaden a los 
an im ales d e m order las suculentas hojas.
I j s vacuo las tam b ién pueden g ua rdar carboh id ratos y am i­
no ác id o s q ue la célu la n o necesite inm ed iatam ente. Ix » p igm en­
tos azu les o m o rad os alm acenados e n las vacuolas centrales son 
la causa d e los co lores de m uchas flores. C o m o se verá e n e l ca­
p ítu lo 5, las sustancias d isueltas atraen agua a la vacuo la . D en tro 
d e la vacuo la , la p res ión d e l agua (tu rg en c ia ) e m p u ja al citosol 
( la p an e flu id a d e l c ito p lasm a ) contra la pared ce lu la r e jerciendo 
un a fuerza considerab le, l-as paredes son a lg o flexibles, a s í que la 
fo rm a general y la rig idez d e la cé lu la dep end en d e la turgencia 
d e l in terior. A s í, la turgencia sostiene las p an es n o leñosas d e las 
p lan tas (ivéase e n la figura 5-10 lo q ue sucede cu an d o n o se riegan 
las p lantas d e la casa).
A F IG U R A 4-15 V a c u o la s c o n trá c t i le s M ichos protistas 
de agua dulce contienen vacuolas contráctiles, ( a ) El protista 
unicelular Param ectum vtve en estanques y lagos de agua dulce.
(b ) Acercamiento de una vacuola contráctil, se observa su estructura 
y actividad cuando capta y expulsa agua.
La m itocondria extrae energía de lasm oléculas 
de los alim entos y los clorop lastos captan 
energía so lar
T o d a célu la requiere u n sum in is tro con tinuo d e energía para ela­
bora r m oléculas y estructuras com plejas, para adqu ir ir nu trim en ­
tos d e l en to rn o y expulsar desechos, para m overse y reproducirse. 
Todas las células eucariontes tienen m itocondrias q ue captan la 
energía a lm acenada e n la m olécula d e g lucosa produciendo m olé­
culas energéticas de ATP. l a s células vegetales ( y a lgunos protistas) 
tam b ién tienen cloroplastos, q ue pueden captar la energ ía so lar d i­
rectamente y a lm acenarla e n m oléculas d e carbohidratos.
C as i todos los b ió logos aceptan la h ipótesis d e que la s m¡- 
tocondrias y los clo roplastos evo luc ionaron d e bacterias proca- 
riontes q ue se estab lec ieron hace m u ch o d en tro del c itop lasm a 
d e otras célu las p rocariontes m ed ian te endosim biosis ( l ite ra lm en ­
te, 'v iv i r juntos e n e l in te r io r ') . E n e l cap ítu lo 17 se e s tu d ia la 
h ip ó te s is e n d o s lm b ió t ic a « i la e vo lu c ió n d e m itocon d ria s y
b ) V acu o la contráctil
b ) P a ra m a d o
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Estructura y funciones de la célula 71
dorop lastos. Las m itocondrias y los d o ro p las io s se parecen entre 
s i y a las célu las procariontes e n va rio s aspectos. Am bos t ien e n el 
tam añ o ap ro x im ad o d e a lgunas p rocariontes (u n a a dos m ieras 
d e d iám etro ). Los dos están rodeados p o r un a m em brana doble: 
la m em brana exterior p o d ría ven ir d e la cé lu la huésped orig ina l, 
y la in terior, d e la cé lu la s im b ió tica . Los dos t ien e n co n ju n to s de 
enzim as q ue s in te tizan el A T I* co m o h ab ría sido necesario para 
un a cé lu la independ ien te . Po r ú ltim o , los dos poseen A D N y ri- 
bosom as q ue se parecen m ás al A D N y los ribosom as de células 
procariontes q ue a los de eucariontes.
L a s m ito co n d r ia s p roducen A T P con la energ ía 
a lm ace n ad a en las m o lécu las d e co m id a 
T o d as las célu las eucariontes co n tien en m ito c o n d r ia s . q u e a ve ­
ces se describen co m o el 'c u a r to d e m áqu inas* d e la cé lu la , dado 
que extraen energ ía d e las m o lécu las a lim entarias y la a lm acenan 
en los enlaces energéticos del ATT*. C o m o se verá e n e l cap ítu lo 
8, d e un a m o lécu la a lim en ta ria se to m an d iferentes cantidades 
d e energía, según có m o se degrade. La degradación d e las m o ­
léculas alim entarias com ienza co n las enzim as del c ito so l y n o 
co n sum e ox ígeno . Esta degradación a n a e ró b ic a ( 's in o x íg e n o ') 
n o convie rte m ucha energ ía d e los a lim entos e n energ ía d e l ATP. 
Las m itocondrias p erm iten a la cé lu la eucarion te usar oxígeno 
para degradar a ú n m ás la s m o lécu las energéticas. Estas reaccio­
nes a e ró b ic a s ( 'c o n o x íg e n o ') generan energ ía co n m u ch a m a­
yo r e ficac ia , ap rox im adam ente 16 veces m ás A T P se p roduce por 
m e tab o lism o aerób ico e n las m itocondrias q ue por m etab o lism o 
anaerob io» e n el c itoso l. N o es d e sorprender q ue las célu las de 
m ás ac tiv id ad m etab ó lica , co m o la s m usculares, tengan nu m ero ­
sas m itocondrias y q ue éstas sean m en o s abundantes e n las célu­
las m enos activas, co m o las d e cartílagos.
la s m itocondrias poseen u n p a r d e m em branas (F IG U R A
4-16). La m em brana externa es Usa, m ientras q u e la in te rn a form a 
p liegues p rofundos llam ado s crestas, la s m em branas de la mito- 
co n d ria co n tien en dos espacios llen os d e líq u id o : el espacio Inter- 
m em brano so entre las m em branas externa e in terna y la matriz, 
y e l co m p artim en to in te rio r , d en tro d e la m e m b ran a in terna . A l­
gunas d e las reacciones d e d egradación de m o lécu las energéticas 
ocu rren e n el l íq u id o d e la m atriz q ue está e n la m em brana inter­
na. El resto se realiza p o r m ed io d e un a serie d e enzim as un idas a 
la m em brana de las crestas e n el e sp ad o in term em branoso . E n el 
cap ítu lo 8 se describe deta lladam ente la fu n d ó n de la m itocon- 
d ria e n la p ro d u ed ó n de energía.
Los d o ro p la s to s son e l cen tro d e l a fo tosín tesis 
La fotosíntesis, q u e cap ta energ ía so la r y apo rta la energ ía para 
im p u lsa r la v id a e n la T ierra , ocurre e n los d o ro p la s tos de célu­
las eucariontes ( y e n las m em branas d e célu las p rocariontes que 
se verán m ás ad e lan te ). Los d o ro p la s to s (F IG U R A 4-17) so n or­
ganelos especia lizados rodeados p o r un a m em brana dob le . La 
m em brana in te rn a del c lo rop lasto con tiene u n flu id o lla m a d o 
estrom a. En e l estrom a se e n a ie n tran grupos ¡nterconectados de 
sacos huecos m em branosos llam ados tilacoides y u n a p ilam ie n to 
d e sacos llam ado s grana.
l a m em brana de los tilacoides co n tien e la m o lécu la del 
p igm ento ve rd e d o ro f i la , q ue d a a las p lan tas s u c o lo r verde, asi 
co m o otras m o lécu las d e pigm entos. En la fotosíntesis, la c lo ro fila 
capta energ ía d e l S o l y la transfiere a o tras m oléculas e n las m em ­
branas d e los tilacoides. Listas m o lécu las transfieren la energ ía al 
A T P y a otros transportadores. Ix » transportadores d e energ ía se 
d ifunden por e l estrom a, d o n d e esta energ ía se usa para im pu lsar 
la síntesis de g lucosa a partir de d ió x id o de ca rbono y agua.
A F IG U R A 4-16 L a m ito c o n d r ia la m itocondrla contiene dos membranas que delim itan dos 
rompartlmentos fluidos: e l espacio Intermembranoso y la matriz dentro de la membrana Interna, 
l a membrana externa e s lisa, pero la Interna forma pliegues profundos llamados crestas. Estas 
estructuras se perciben en la imagen de MET de la derecha.
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