Tema 7. Estructura y función de la célula eucariota Flashcards
¿Cómo clasificamos a los microorganismos eucariotas?
Las células eucariotas son del orden de 10 veces más grandes que los microorganismos procariotas, comprendiendo tamaños de 2-200 micras. Es un grupo muy diverso y no muy bien definido. Se distinguen tres tipos de microorganismos eucariotas: hongos, algas y protozoos
1) Hongos: a diferencia de las algas y los protozoos, conocidos como protistas, los hongos sí son un grupo con características bien definidas. Son organismos generalmente quimioheterótrofos (se decía que tenían nutrición por absorción), no móviles y los cuales no realizan la fotosíntesis. Se clasifican en mohos (hongos filamentosos) y levaduras (hongos unicelulares). También existen hongos los cuales presentan un ciclo de vida con una fase filamentosa y otra de células libres (alternan estado de moho y levadura, como Candida), llamados dimórficos
2) Algas: se trata de microorganismos acuáticos fotosintéticos, generalmente no móviles. En cuanto a su morfología los hay de diferentes tipos: pueden ser unicelulares o bien formar colonias (coloniales), colonias filamentosas o agruparse formando organismos multicelulares
3) Protozoos: son organismos eucariotas unicelulares quimioheterótrofos, que normalmente carecen de pared celular y suelen ser móviles. Sin embargo, la variabilidad de estos protozoos es muy grande, pudiendo llegar a darse el caso de protozoos que sean pigmentados e incluso que realicen la fotosíntesis. Por esta razón hay protozoos que presentan más características de las algas que de los propios protozoos y, del mismo modo, pasa al contrario con las algas, estando algo difusa la línea que separa ambos grupos. Actualmente los protozoos han pasado a estudiarse mayormente en la rama de Parasitología (protozoos, helmintos y artrópodos)
¿Qué diferencias morfológicas existen entre procariotas y eucariotas?
Podemos encontrar bastantes diferencias morfológicas entre las células eucariotas y las procariotas. En procariotas el cromosoma no está delimitado por una membrana nuclear, sino que el nucleoide está libre en el citoplasma. Por su parte, en eucariotas el material genético está confinado en un núcleo
En eucariotas existen multitud de orgánulos rodeados por una membrana lipídica que compartimenta los diferentes espacios subcelulares. Con esta compartimentalización, los microorganismos eucariotas consiguen una regulación más precisa e independiente de las diferentes funciones bioquímicas y fisiológicas de la célula. Se aumenta la superficie efectiva. En procariotas, esta extensión de superficie se consigue mediante invaginaciones de la membrana citoplasmática. La compartimentalización en eucariotas sirve como mecanismo de transporte y direccionalidad de los materiales involucrados en los procesos que tienen lugar en la célula
Existen, por tanto, bastante diferencias morfológicas entre eucariotas y procariotas, aunque bioquímicamente procariotas y eucariotas son muy parecidos (sus rutas metabólicas son muy similares). No obstante, los procariotas son mucho más versátiles metabólicamente que los eucariotas
¿Cómo es la membrana citoplasmática de los eucariotas?
La membrana citoplasmática de las células eucariotas es una estructura dinámica que sigue el modelo de mosaico fluido propuesto por Singer y Nicholson, formada por una bicapa lipídica asimétrica, en la cual las funciones de las proteínas se diferencian perfectamente en función de si están hacia el exterior o hacia el interior. Abundan los ácidos grasos insaturados como fosfoglicéridos o esfingolípidos. Por otra parte, mientras que en procariotas las moléculas que daban rigidez a la membrana eran los hopanoides, en eucariotas son los esteroles como el colesterol. Estos esteroles son moléculas planares que se insertan entre los fosfolípidos confiriendo soporte y estabilidad a la membrana. En la membrana se encuentran numerosas proteínas transmembrana, proteínas unidas no covalentemente a lípidos, azúcares proyectados hacia el exterior de la célula…
¿Cómo es el núcleo eucariota?
El núcleo de las células eucariotas está constituido por la envoltura nuclear, una membrana constituida por una doble bicapa lipídica que rodea el orgánulo y separa el contenido del interior al del citoplasma. En algunos puntos de la envoltura nuclear las dos membranas se funden formando un poro nuclear, el cual permite la comunicación y el transporte de moléculas hacia el interior y exterior del núcleo, esto es, entre el núcleo y el citoplasma. Por ejemplo, en la síntesis de ribosomas estos son necesarios ya que las proteínas ribosomales se sintetizan en el citoplasma y el rRNA dentro del núcleo por transcripción. Así, las proteínas pasan al interior, se forman las subunidades de los ribosomas y ambas se exportan al citoplasma donde ya se ensamblan
Alrededor del núcleo se encuentran adosados numerosos ribosomas y en algunos puntos la doble bicapa lipídica tiene continuación con el retículo endoplasmático
Dentro del núcleo, en el nucleoplasma, se encuentra la cromatina, la cual es el material genético y está formada por DNA lineal, histonas y otras proteínas, dando lugar a nucleosomas. La cromatina está formada por moléculas de DNA de doble cadena lineales, cada una de las cuales se denomina cromosoma. La cromatina se condensa durante la mitosis, haciendo visibles a los cromosomas. Sin embargo, en condiciones de no división, los cromosomas se encuentran organizados tan solo en nucleosomas
En el núcleo se encuentra una zona con cromatina condensada denominada nucléolo (se observa solo durante la mitosis). Esta región contiene DNA que codifica la síntesis de rRNA y también proteínas que están transcribiendo rRNA continuamente. Por último, otra diferencia entre el material genético de los eucariotas y los procariotas es que el DNA eucariota contiene intrones (secuencias que se transcriben, pero no se traducen)
¿Cómo es el ciclo celular en eucariotas?
Es una secuencia de acontecimientos de crecimiento-división entre el final de una división y el final de la siguiente
En procariotas, la formación de células hijas es relativamente sencilla ya que se realiza una división celular directa mediante fisión binaria. Consiste en una duplicación del DNA, seguida de la división del citoplasma (citocinesis), dando lugar a dos células hijas. Este mecanismo solo se encuentra en organismos haploides
En eucariotas esa división es más compleja, entre otros factores por la existencia del núcleo celular, lo cual implica que, aparte de la citocinesis de la membrana citoplasmática, se produzca también una división del núcleo, y una posterior formación de dos células diferentes. La replicación del material genético y la formación de células hijas se denomina mitosis y se da tanto en organismos haploides como diploides. Al periodo que pasa entre una mitosis y otra se denomina interfase
En una célula que se acaba de dividir, el ciclo celular comienza en la fase G1 (G proviene de gap, lapso entre una mitosis y otra), en el cual se produce un crecimiento de la célula y la producción de componentes celulares. A continuación, en la fase S se lleva a cabo una síntesis de DNA en la cual cada uno de los cromosomas se replica dando lugar a dos copias de cada cromosoma. En la fase G2, por su parte, ya hay una copia de esos cromosomas y la célula comienza a reorganizar su contenido en preparación para la mitosis
En la mitosis, la cual consta de 4 fases, al principio de la profase los cromosomas se vuelven visibles. La cromatina se condensa y da lugar a los cromosomas, cada uno de ellos con dos cromátidas. En la metafase, en la que participa el citoesqueleto, desaparece la membrana nuclear y empiezan a ordenarse los cromosomas, gracias al huso mitótico, disponiéndose así en el ecuador de la célula. En la anafase las dos cromátidas de los cromosomas son arrastradas por el huso separándose a ambos de la célula. Finalmente, en la telofase se sintetiza de nuevo el núcleo y se separan las dos células mediante citocinesis generando las dos células hijas
Esta citocinesis en microorganismos eucariotas puede o no ocurrir. Existen microorganismos denominados cenocíticos o células multinucleadas, muy comunes en hongos, que tienen un citoplasma continuo con muchos núcleos espaciados regularmente a lo largo de una hifa, pero sin separación entre las células
¿Cómo es el ciclo celular en hongos?
En general, para todos los microorganismos eucariotas se cumple este ciclo de vida. Los organismos eucariotas pueden existir tanto en forma haploide, con una sola copia de los dos cromosomas como en forma diploide, con dos copias. Este ciclo es diferente al de los humanos, ya que a pesar de que los humanos sean organismos diploides, sus células reproductoras son haploides, lo cual permite que tras la reproducción sexual se origine otro organismo diploide. Sin embargo, en este tipo de ciclo los microorganismos pueden existir indefinidamente como haploides o como diploides
El ciclo de vida de la levadura Saccharomyces cerevisiae, un microorganismo de 16 cromosomas.
En el ciclo vegetativo haploide (N) las levaduras se van dividiendo y produciendo células hijas mediante mitosis. Se duplica el material genético de cada uno de los cromosomas y se generan células hijas, pudiendo alargarse este proceso indefinidamente
Existen células de Saccharomyces cerevisiae que se denominan de tipo sexual a y otras que se denominan de tipo sexual alfa. La determinación de estos tipos sexuales no se debe a un cromosoma distinto entre sexos, como ocurre en humanos, sino a una diferencia en la posición que ocupa el gen en el cromosoma. Muchos microorganismos son capaces de cambiar su tipo sexual simplemente cambiando el gen que está en esa posición
En condiciones favorables de nutrientes, dos células de tipo sexual a y alfa que se encuentren se fusionarán y darán lugar a una fase dicariótica, en la que hay una única célula con dos núcleos. A continuación, ocurrirá la fusión nuclear con recombinación genética de las dos células progenitoras, con lo que el organismo pasará a ser diploide. Esta reproducción sexual tiene como único fin la variabilidad genética, que se traduce en mayor capacidad de supervivencia en unas condiciones determinadas. Este organismo diploide puede estar dividiéndose y viviendo como diploide indefinidamente en un ciclo vegetativo diploide (2N)
Sin embargo, en condiciones de limitación de nutrientes, el organismo diploide sufre meiosis, dando lugar a células haploides (ascosporas en este caso), las cuales pueden continuar como haploides indefinidamente
Por lo tanto, la reproducción sexual en organismos eucariotas implica recombinación genética durante la fusión de los núcleos al pasar del estado haploide al diploide, siendo éste un mecanismo de variación genética. Por otro lado, es necesaria esta etapa de meiosis para pasar del ciclo vegetativo diploide al haploide, durante una etapa de limitación de nutrientes
¿Qué es el retículo endoplasmático?
El retículo endoplasmático es un orgánulo formado por una red de sacos y túbulos aplanados membranosos, llamados cisternas, que se continúan con la membrana nuclear. La parte que está más pegada al núcleo se denomina retículo endoplasmático rugoso y la más alejada retículo endoplasmático liso
El RE rugoso tiene su superficie repleta de ribosomas, los cuales son responsables de la síntesis de proteínas que necesitan una modificación producida dentro del RE. Mientras se sintetice la proteína, esta estará entrando en el retículo, donde sufrirá una serie de modificaciones tales como glucosilaciones producidas por enzimas localizadas en el interior de las cisteínas. También dentro del RER se lleva a cabo la síntesis de fosfolípidos
El RE liso va apareciendo conforme aumenta la distancia al núcleo. Esta otra forma de retículo no presenta ribosomas adosados a su superficie. El RE liso recibe material del rugoso y continúa con la síntesis de fosfolípidos, a la vez que se encarga de la síntesis de lípidos como los esteroides o de la eliminación de sustancias tóxicas
El transporte de moléculas en la célula presenta, por tanto, una unidireccionalidad en la síntesis de esos componentes celulares y de componentes de membrana
¿Qué es el Aparato de Golgi?
El aparato de Golgi está formado por cisternas aplanadas, unas estructuras membranosas que suelen encontrarse apiladas (pero sin continuación una y otra entre sí con la membrana nuclear). Cada dictiosoma agrupa de 4-8 cisternas. El Aparato de Golgi está formado por numerosos de estos dictiosomas. Posee una polaridad en cuanto a su función y contenido (la cara cis está asociada al retículo endoplasmático rugoso y posee un contenido enzimático y grosor diferentes que la cara trans productora de vesículas)
El Aparato de Golgi realiza diversas funciones tales como transporte de moléculas desde el RE hacia otras partes de la célula, o el procesamiento, maduración y secreción de proteínas, de fosfolípidos, glucoproteínas, lipoproteínas… También lleva a cabo la formación de vacuolas y lisosomas y el empaquetamiento del material para su secreción (algunas de estas vesículas se fusionarán con la membrana citoplasmática y verterán su contenido al exterior celular)
¿Qué son los lisosomas?
Los lisosomas se sintetizan a partir del Aparato de Golgi. Son estructuras esféricas rodeadas por membrana. Se les denomina el estómago de la célula, pues se encargan de la digestión de macromoléculas debido a que en su interior se encuentran las hidrolasas, unas enzimas capaces de catalizar la hidrólisis de un enlace químico. El interior del lisosoma es bastante ácido, rondando un pH de 3-5. Se encargan del proceso de autofagia mediante el reciclado de componentes celulares y de la digestión de nutrientes que hayan llegado del medio externo. Cabe destacar que los productos de digestión pueden ser usados como nutrientes
¿Qué son las vacuolas?
Son orgánulos cuya función es el almacenamiento de nutrientes. Derivan del aparato de Golgi o de la membrana citoplasmática por endocitosis de nutrientes
En función de las condiciones que haya en el medio externo y los nutrientes que haya disponibles en ese momento, la célula puede serle de utilidad o no almacenar esos nutrientes para posteriormente degradarlos. También acumula desechos metabólicos y sustancias tóxicas. Para poder degradar estas moléculas, las vacuolas se fusionan con los lisosomas, que aportan las enzimas necesarias para el proceso
Están implicadas en la osmorregulación, la homeostasis iónica y la regulación del pH en el citosol. En muchas ocasiones es necesario confinar dentro de una estructura en la célula determinados componentes que son muy abundantes, pues si no se diese esto aumentaría mucho la presión osmótica dentro de la célula. Las vacuolas pueden llegar a ser incluso más grandes que el núcleo, como en el caso de las levaduras
¿Qué son los peroxisomas?
Se generan por la división de otros peroxisomas. Son más pequeños que los lisosomas. En estos orgánulos tiene lugar la oxidación de ácidos grasos y aminoácidos. El peróxido de hidrógeno (H2O2) que se genera en esa oxidación es degradado por la enzima catalasa que también se encuentra dentro del peroxisoma (enzima oxidativa)
¿Qué son las mitocondrias?
Son el motor de la célula y de la síntesis de ATP. En la membrana interna de la mitocondria se produce el proceso de la fosforilación oxidativa, donde el ATP se acumula en la matriz, y la cadena de transporte de electrones, la cual también interviene en esa síntesis de ATP. Además, se llevan a cabo procesos en la matriz mitocondrial como el ciclo de Krebs o el catabolismo de los ácidos grasos. Puede haber de 1-1.000 mitocondrias por célula
Las mitocondrias se dividen por fisión binaria, al igual que los procariotas. La membrana externa de las mitocondrias es muy similar a la membrana externa de bacterias gram-, ya que contiene porinas y carece de esteroles. Así mismo, la matriz mitocondrial está repleta de ribosomas 70S, posee su propio DNA (circular cerrado, en algunos protistas es lineal), bastante similar a la de los procariotas y a menudo contiene gránulos de fosfato cálcico. Todas estas similitudes con las bacterias permiten intuir la procedencia bacteriana de éstas
¿Qué son los hidrogenosomas?
Algunos microorganismos, como por ejemplo algunos protozoos, no tienen mitocondrias, sino que presentan hidrogenosomas. Estos orgánulos (delimitados por membranas), poseen un origen común con las mitocondrias, pero presentan una variación en el mecanismo de síntesis de ATP. Estos hidrogenosomas sintetizan ATP, pero no mediante fosforilación oxidativa como las mitocondrias con ATPasa sino mediante fosforilación a nivel de sustrato donde el piruvato, producto de la glucólisis, sufre una descarboxilación oxidativa (dentro del hidrogenosoma) hasta acetil-CoA. Así, la ruptura del enlace de dicho acetil-CoA en acetato, CO2 e hidrógeno libera la energía necesaria que utiliza esa célula. Otra forma de explicarlo es la siguiente: una molécula que contiene un grupo fosfato se desfosforila, lo transfiere al ADP y lo fosforila formando ATP, desechando los otros componentes. Generalmente, las células que poseen hidrogenosomas son incapaces de usar acetato al no tener Ciclo de Krebs completo, por lo que los tres productos de reacción serían secretados al medio externo. Este es un mecanismo típico en procariotas. Normalmente muchos protozoos tienen en el interior de sus células (citoplasma) microorganismos endosimbiontes capaces de usar estos compuestos como fuente de energía, produciéndose una endosimbiosis
Cabe destacar que visto al microscopio electrónico el orgánulo parece completamente vacío, ya que solo tienen en su interior las enzimas necesarias para las reacciones mencionadas anteriormente. Los hidrogenosomas no contienen DNA. Se piensa que debido a que ambos orgánulos poseen un origen común, en su momento los hidrogenosomas cedieron su material genético al núcleo de las mitocondrias. Solamente existe un protozoo de termitas que sí que tiene DNA en los hidrogenosomas
¿Cómo son los ribosomas en eucariotas?
Los ribosomas son complejos macromoleculares de proteínas y RNA presentes por todo el citoplasma y en las paredes del RER.
Los ribosomas eucariotas son 80S y están formados por dos subunidades, 60S y 40S. De entre todos los tipos de RNA que presenta el de mayor interés es el 18S, que se usa como marcador filogenético. Sin embargo, las células eucariotas también tienen ribosomas 70S en las mitocondrias y cloroplastos
Se pueden encontrar libres en el citoplasma sintetizando proteínas no secretadas o no de membrana o unidos al RE mediante subunidades 60S, en cuyo caso su función es la síntesis de proteínas secretadas o insertadas en las membranas
¿Qué son los cloroplastos?
Son orgánulos exclusivos de eucariotas fotosintéticos. En su interior se encuentran los tilacoides, sacos dispuestos unos sobre otros que llevan a cabo reacciones lumínicas. Estos tilacoides poseen una cadena de transporte en su membrana y clorofila, que se excita con la acción de la luz, con la que generan ATP, NADPH (poder reductor) y oxígeno
En el estroma encontramos DNA circular, ribosomas 70S, gotas lipídicas y gránulos de almidón. En el estroma se lleva a cabo el ciclo de Calvin para la síntesis de carbohidratos a partir de CO2 y agua. También hay una alta concentración de la enzima Rubisco, la cual se usa en este ciclo y en procariotas se almacena en los carboxisomas
