Orgánulos Celulares No Membranosos: Estructura y Función

Los orgánulos no membranosos son estructuras celulares esenciales, no rodeadas por una membrana, compuestas principalmente por proteínas y ácidos nucleicos. Son fundamentales para la estructura, movilidad y función celular.

1. Citoesqueleto

El citoesqueleto es una estructura tridimensional de filamentos proteicos que proporciona forma a la célula, organiza sus componentes internos y permite su movimiento. Está compuesto por:

  • Microfilamentos de actina
    • Diámetro: 7 nm.
    • Composición: Formados por actina G (monómeros globulares) que se polimerizan en actina F (hebra helicoidal).
    • Dinámica: Son dinámicos, con polaridad:
      • Extremo (+): Polimerización (crecimiento).
      • Extremo (-): Despolimerización.
    • Proteínas asociadas: Miosina, fimbrina, villina y tropomiosina, que regulan su función y estabilidad.
    • Funciones:
      • Contracción muscular: Actina + miosina en los sarcómeros.
      • Soporte estructural: Mantienen la forma de microvellosidades intestinales.
      • División celular: Forman el anillo contráctil en la citocinesis.
      • Movimiento celular: Permiten la formación de pseudópodos (ej. en amebas y macrófagos).
      • Transporte intracelular: Generan movimientos del citoplasma (ciclosis).
  • Filamentos intermedios
    • Diámetro: 10 nm.
    • Composición: Formados por proteínas fibrosas resistentes, como queratina, desmina y neurofilamentos.
    • Estabilidad: Son más estables que los microfilamentos y los microtúbulos.
    • Tipos:
      • Queratina: En células epiteliales, protege contra el estrés mecánico.
      • Neurofilamentos: En neuronas, estabilizan axones y dendritas.
      • Filamentos de desmina: En células musculares, mantienen la estructura del sarcómero.
    • Funciones:
      • Resistencia mecánica: Protegen células sometidas a tensión.
      • Mantenimiento de la forma celular.
      • Conexión de los componentes del citoesqueleto.
  • Microtúbulos
    • Diámetro: 24 nm.
    • Composición: Formados por dímeros de α- y β-tubulina, que se ensamblan en protofilamentos (13 por microtúbulo).
    • Dinámica: Son dinámicos y presentan polaridad:
      • Extremo (+): Crecimiento rápido.
      • Extremo (-): Despolimerización.
    • Funciones:
      • Dan forma y estructura a la célula.
      • Forman el huso mitótico en la división celular.
      • Permiten el transporte intracelular de vesículas y orgánulos.
      • Son el componente estructural de cilios y flagelos.

2. Centrosoma

El centrosoma es una estructura organizadora de microtúbulos, esencial para la división celular y el citoesqueleto.

  • Estructura:
    • Diplosoma: Dos centriolos perpendiculares con estructura (9×3)+0.
    • Material pericentriolar: Zona amorfa donde crecen los microtúbulos.
    • Fibras del áster: Microtúbulos radiales que emergen del centrosoma.
  • Funciones:
    • Organiza los microtúbulos y coordina el citoesqueleto.
    • Forma el huso mitótico en la mitosis.
    • Genera los corpúsculos basales de cilios y flagelos.
    • Dirige el movimiento celular.

(En células vegetales, los microtúbulos se organizan sin centrosoma).

3. Cilios y Flagelos

Son prolongaciones móviles que permiten el movimiento celular o el desplazamiento de líquidos extracelulares.

  • Estructura:
    • Axonema: Parte externa con estructura (9×2)+2.
    • Corpúsculo basal: Parte interna con estructura (9×3)+0.
    • Zona de transición: Con placa basal en lugar de microtúbulos centrales.
  • Proteínas asociadas:
    • Dineína: Usa ATP para generar el movimiento.
    • Nexina: Une los dobletes de microtúbulos, limitando su desplazamiento.
  • Funciones:
    • Cilios: Movimiento coordinado para desplazar fluidos (ej. en el epitelio respiratorio).
    • Flagelos: Movimiento ondulatorio para la locomoción (ej. espermatozoides).

4. Relaciones entre Cilios, Flagelos y Centriolos

  • El corpúsculo basal y el centriolo tienen la misma estructura (9×3)+0.
  • Los corpúsculos basales se originan a partir de centriolos.
  • Los centriolos pueden convertirse en corpúsculos basales y viceversa.

5. Ribosomas

Los ribosomas son orgánulos sin membrana formados por ARN ribosómico (ARNr) y proteínas.

  • Ubicación:
    • Libres en el citoplasma (aislados o en polisomas).
    • Asociados al retículo endoplasmático rugoso (RER).
    • Dentro de mitocondrias y cloroplastos.
  • Diferencias entre procariotas y eucariotas:
    • Procariotas: 70S (50S + 30S).
    • Eucariotas: 80S (60S + 40S).
  • Función: Síntesis de proteínas mediante la traducción del ARNm.

6. Glucocálix

El glucocálix es la capa externa de las células animales, compuesta por glucoproteínas, proteoglucanos y fibras proteicas.

  • Componentes:
    • Colágeno: Resistencia estructural.
    • Elastina: Elasticidad.
    • Proteoglucanos: Glucosaminoglucanos (GAG) unidos a proteínas centrales.
    • Fibronectina y laminina: Adhesión celular.
  • Funciones:
    • Adhesión celular y formación de tejidos.
    • Reconocimiento celular e intercambio de sustancias.
    • Interviene en la migración y división celular.
    • Mantiene la estructura tridimensional de órganos en el desarrollo embrionario.

Origen y Función de los Orgánulos Membranosos en Células Eucariotas

Las células eucariotas poseen una compleja organización interna con diversos orgánulos membranosos. Dos teorías principales explican su origen:

1. Teoría Autógena

La teoría autógena propone que los orgánulos membranosos se originaron a partir de invaginaciones de la membrana plasmática de una célula primitiva. La membrana plasmática se invaginó, creando compartimentos internos que se cerraron e independizaron, formando los primeros orgánulos.

Orgánulos originados según esta teoría:

  • Membrana nuclear: Rodea el material genético y separa el núcleo del citoplasma.
  • Retículo Endoplasmático (RE): Sistema de membranas conectado con la envoltura nuclear.
  • Aparato de Golgi: Conjunto de cisternas membranosas encargadas del procesamiento y distribución de biomoléculas.
  • Endosomas y lisosomas: Orgánulos encargados del transporte y degradación de materiales en la célula.

Evidencias que apoyan la teoría:

  • La relación entre los orgánulos membranosos y la membrana plasmática.
  • La continua comunicación entre el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi y los lisosomas.

2. Teoría Endosimbiótica

La teoría endosimbiótica propone que mitocondrias y cloroplastos se originaron cuando una célula eucariota primitiva fagocitó bacterias aeróbicas (mitocondrias) y fotosintéticas (cloroplastos) sin digerirlas. Estas bacterias establecieron una relación simbiótica con la célula hospedadora, volviéndose indispensables.

Evidencias que apoyan la teoría:

  • Doble membrana:
    • La membrana interna de mitocondrias y cloroplastos es similar a la de una bacteria.
    • La membrana externa es similar a la de una célula eucariota (resultado de la fagocitosis).
  • ADN propio: Mitocondrias y cloroplastos tienen ADN circular, similar al bacteriano, y pueden replicarse independientemente.
  • Ribosomas bacterianos: Sus ribosomas son 70S (como en bacterias), a diferencia de los ribosomas eucariotas (80S).
  • Reproducción por bipartición: Se dividen de manera similar a las bacterias.
  • Similitud funcional:
    • Mitocondrias: Realizan respiración celular (similar a bacterias aeróbicas).
    • Cloroplastos: Realizan fotosíntesis (similar a cianobacterias).

Conclusiones clave de la teoría endosimbiótica:

  • El origen de mitocondrias y cloroplastos como bacterias independientes.
  • Su capacidad para generar energía y dividirse autónomamente.

3. Retículo Endoplasmático (RE)

El retículo endoplasmático (RE) es un sistema de membranas interconectadas que se extiende por el citoplasma, en contacto con la envoltura nuclear. Se divide en:

3.1 Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)

Presenta ribosomas adheridos a su membrana externa. Está muy desarrollado en células que producen muchas proteínas (ej. células del páncreas).

Funciones:

  • Síntesis de proteínas: Los ribosomas producen proteínas que se transportan al lumen del RER para su procesamiento.
  • Modificación de proteínas: Se realiza la glucosilación (adición de azúcares) para formar glucoproteínas.
  • Transporte de proteínas: Las proteínas se envían al aparato de Golgi en vesículas.

3.2 Retículo Endoplasmático Liso (REL)

No tiene ribosomas. Es abundante en células que producen lípidos y hormonas esteroideas.

Funciones:

  • Síntesis de lípidos: Produce fosfolípidos, colesterol y hormonas esteroideas.
  • Detoxificación: Contiene enzimas que eliminan sustancias tóxicas (especialmente en células del hígado).
  • Almacenamiento de calcio: En células musculares, almacena calcio para la contracción.
  • Metabolismo de carbohidratos: Participa en la degradación del glucógeno en el hígado.