ESTRUCTURA CELULAR (Capitulo 2)

ESTRUCTURA DE CÉLULAS EUCARIOTAS
Núcleo
El núcleo contiene el genoma de la célula.
La membrana nuclear cuya función es importar sustancias y extraer sustancias del núcleo. Los cromosomas de las células eucariotas contienen macromoléculas de DNA lineal expuestas en una doble hélice. Las macromoléculas de DNA de las células eucariotas se asocian con proteínas básicas denominadas histonas que se unen al DNA por medio de interacciones iónicas.
Una estructura a menudo visible en el núcleo es el nucléolo, un área rica en RNA que es el sitio de síntesis del RNA ribosómico.

Estructuras citoplásmicas
El citoplasma de las células eucariotas se caracteriza por la presencia de un retículo endoplásmico, vacuolas, plástidos que se reproducen por sí mismos y un citoesqueleto complejo, compuesto por microtúbulos, microfi lamentos y fi lamentos intermedios.El retículo endoplásmico  es una red de conductos limitados por membranas que tienen continuidad con la membrana del núcleo. Se identifican dos tipos de retículo endoplásmico: rugoso, al cual se unen ribosomas 80S y liso, sin dichos ribosomas . El retículo endoplásmico rugoso es el principal productor de glucoproteínas y también produce nuevo material de membrana que se transporta a través de la célula; el retículo endoplásmico liso participa en la síntesis de lípidos y en algunos aspectos del metabolismo de los carbohidratos.
El aparato de Golgi consiste en un conjunto de membranas que funcionan en combinación con el retículo endoplásmico para modifi car y organizar productos químicos del retículo endoplásmico que más tarde serán secretados.
Los plástidos incluyen mitocondrias y cloroplastos. Las mitocondrias tienen el tamaño de una célula procariota y su membrana, que carece de esteroles. Las mitocondrias contienen dos grupos de membranas. La más externa es permeable y cuenta con numerosos conductos diminutos que permiten el paso de iones y moléculas pequeñas (p. ej., ATP). Los cloroplastos son organelos celulares fotosintéticos capaces de convertir la energía de la luz solar a energía química por medio de la fotosíntesis.  El tamaño, forma y número de cloroplastos por célula varía notablemente; a diferencia de las mitocondrias, los cloroplastos por lo general son mucho más grandes que las células procariotas. Las mitocondrias y cloroplastos contienen su propio DNA. Las mitocondrias y cloroplastos también contienen ribosomas 70S, al igual que las procariotas.
Los lisosomas son sacos rodeados por membrana que contienen varias enzimas digestivas que las células utilizan para desdoblar macromoléculas como proteínas, grasas y polisacáridos. Estos permiten que estas enzimas no se encuentren en contacto con el citoplasma.
El peroxisoma es una estructura rodeada por membrana cuya función consiste en producir H2O2 por la reducción de O2 a partir de varios hidrógenos donadores.
El citoesqueleto es una estructura tridimensional que ocupa el citoplasma. Los tres tipos principales de fibras que comprenden el citoesqueleto son microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos.


Capas superficiales
Muchos microorganismos eucariotas también tienen una pared celular externa, que puede ser compuesta por polisacáridos como celulosa o quitina o pueden ser inorgánicos, por ejemplo, la pared de sílice de las diatomeas.
Organelos que participan en la motilidad
Muchos microorganismos eucariotas tienen organelos denominados flagelos o cilios  que permiten el movimiento similar a una onda que desplaza las células sobre el agua, los cilios, que son más cortos que los flagelos, rodean a las células.

ESTRUCTURA DE LAS CÉLULAS PROCARIOTAS
La célula procariota es más simple que la eucariota al nivel de la energía, con una excepción: la envoltura celular es más compleja.

Nucleoide
Las células procariotas no tienen un núcleo verdadero; almacenan su DNA en una estructura conocida como nucleoide. La diferenciación entre las células procariotas y eucariotas es que las primeras no cuentan con un aparato similar al huso mitótico.
El nucleoide de la mayor parte de las células bacterianas consiste en una molécula circular única y continua, que varía en tamaño de 0.58 a casi 10 millones de pares de bases. En las bacterias, el número de nucleoides y por tanto el número de cromosomas, depende de las condiciones de proliferación. Las bacterias con rápido crecimiento tienen nucleoides más grandes por célula que las de crecimiento lento; sin embargo, cuando se presentan múltiples copias, todas son similares (es decir, las células procariotas son haploides).

Estructuras citoplásmicas
Las células procariotas carecen de plástidos autónomos, como las mitocondrias y cloroplastos. Las vesículas de membrana (cromatóforos) son tipos de membrana observadas a menudo. Algunas bacterias fotosintéticas tienen estructuras especializadas rodeadas por membrana denominadas clorosomas.
Los magnetosomas están rodeados por membranas que contienen fosfolípidos, proteínas y glucoproteínas. Las bacterias contienen proteínas similares a la actina y proteínas del citoesqueleto diferentes a la actina de las células eucariotas, como proteínas adicionales que participan en la formación del citoesqueleto.Envoltura celular
Las células procariotas están rodeadas por una envoltura compleja en capas que difi ere en composición entre los principales grupos. Tales estructuras protegen al microorganismo de entornos ambientales hostiles, como osmolaridad extrema, químicos nocivos e incluso antibióticos.

Membrana celular

•   Estructura
    También denominada membrana citoplásmica. Es una “unidad de membrana” típica compuesta por fosfolípidos y hasta 200 diferentes tipos de proteínas. Las proteínas constituyen casi 70% de la masa de la membrana.
  La membrana de las células procariotas se diferencia de aquella de las células eucariotas por la ausencia de esteroles y la única excepción son los micoplasmas que incorporan esteroles, como el colesterol, en sus membranas cuando se cultiva en medios que contienen esteroles. 
•   Función
  Las principales funciones de la membrana citoplásmica son:
  1) Permeabilidad selectiva y transporte de solutos;  Hay tres mecanismos de transporte generales que participan en el transporte de membrana:
  
  • transporte pasivo: Este mecanismo depende de la difusión, no utiliza la energía.
  • transporte activo:Muchos nutrientes se concentran más de 1 000 veces como consecuencia del transporte activo.
      1.-Transporte acoplado con iones: tres tipos básicos: transporte simple (uniport), transporte paralelo (symport) y transporte antiparalelo (antiport).
      2.-Transporte ABC.
  • translocación de grupo.
  2) Transporte de electrones y fosforilación oxidativa en especies aerobias;
  3) Excreción de exoenzimas hidrolíticas;
  4) Transporte de enzimas y moléculas que participan en la biosíntesis de DNA, polímeros de la pared celular y lípidos de la membrana, y
  5) Portar receptores y otras proteínas quimiotácticas y otros sistemas sensoriales de transducción.Pared celular
   La pared celular bacteriana debe su resistencia a una capa compuesta de diversas sustancias conocidas como mureína, mucopéptidos o peptidoglucanos. Además de brindar protección osmótica, la pared celular desempeña una función esencial en la división celular, también sirve como preparador para su propia biosíntesis.
  A. Capa de peptidoglucanos.
  El peptidoglucano es un polímero complejo que consiste, con fi nes de descripción, de tres partes: una estructura básica, compuesta de moléculas alternadas de N-acetilglucosamina y de ácido N-acetilmurámico y un grupo idéntico de enlaces peptídicos cruzados.  En una bacteria grampositiva hay hasta 40 hojas de peptidoglucanos, lo que constituye hasta 50% del material de la pared celular; en las bacterias gramnegativas parece haber sólo una o dos hojas, lo que constituye 5 a 10% del material de la pared.
  B. Componentes especiales de las paredes celulares de bacterias grampositivas
     1.Acidos teicoico y teicuronico
     2.Polisacaridos
  C. Componentes especiales de las paredes celulares de bacterias gramnegativas
      1.Membrana externa
      2.Lipopolisacaridos (LPS)
      3.Lipopotreinas
      4.Espacio periplasmico
  D. Pared celular de bacterias acidorresistentes
  E. Pared celular de las arqueobacterias
  F. Capas superfi ciales cristalinas
  G. Enzimas que atacan la pared celular
  H. Crecimiento de la pared celular
  I. Protoplastos, esferoplastos y formas L
  J. Micoplasmas Flagelos
  A. Estructura
  Los flagelos bacterianos son apéndices fusiformes compuestos en su totalidad por proteína, con un diámetro de 12 a 30 nm. Son órganos de locomoción para las estructuras que los poseen.
  Se conocen tres tipos de disposición: monotrico (flagelo polar único), lofotrico (múltiples flagelos polares) y peritrico (flagelos distribuidos sobre la totalidad de la célula).
  B. Motilidad
  Los flagelos bacterianos son rotores helicoidales semirrígidos que imparten movimiento de rotación a la célula; esta rotación funciona por el flujo de protones dentro de la misma, siguiendo el gradiente de concentración producido por una bomba de protones primaria; en ausencia de una fuente de energía metabólica, puede funcionar por la fuerza de desplazamiento de protones generada por ionóforos
  
  Endosporas
  

  Miembros de varios géneros bacterianos son capaces de formar endosporas. Las dos más comunes son bacilos grampositivos: los anaerobios obligados del género Bacillus y los anaerobios obligados del género Clostridium. Otras bacterias que se sabe forman endosporas son Thermoactinomyces, Sporolactobacillus, Sporosarcina, Sporotomaculum, Sporomusa y Sporohalobacter.  Dichos microorganismos sufren un ciclo de diferenciación en respuesta a condiciones ambientales: el proceso, denominado esporulación, es desencadenado por el casi agotamiento de varios nutrientes
  A. Esporulación: La esporulación implica la producción de muchas estructuras, enzimas y metabolitos nuevos junto con la desaparición de varios componentes de la célula vegetativa.
  
  
  B. Propiedades de las endosporas
  

  • 1. Región central: La región central es el protoplasto de la espora. Contiene un núcleo completo (cromosomas), todos los componentes del aparato de síntesis de proteínas y el sistema productor de energía que depende de la glucólisis.

  • 2. Pared de la espora: La capa más interna que rodea la membrana interna de la espora se denomina pared de la espora.

  • 3. Corteza: Es la capa más gruesa de la envoltura de la espora.

  • 4. Cubierta: La cubierta se compone por proteínas similares a la queratina que contienen muchos enlaces disulfuro intramoleculares.

  • 5. Exosporio: Está compuesto por proteínas, lípidos y carbohidratos.

  C. Germinación : El proceso de germinación ocurre en tres etapas: activación, inicio y retoño.
  

  • 1. Activación.
    La mayor parte de las endosporas no pueden germinar de inmediato después de su formación. Pueden germinar después de que han permanecido en reposo por varios días o cuando se activan por primera vez en un medio rico en nutrientes por uno u otro agente que daña la cubierta de la espora.

  • 2. Inicio.
    Una vez activada, una espora iniciará la germinación si las condiciones ambientales son favorables.  La unión del efector activa una autolisina que degrada con rapidez la corteza de peptidoglucano. Se capta agua, se libera el dipicolinato cálcico y diversos constituyentes de la espora sufren degradación por enzimas hidrolíticas.

  • 3. Proliferación.
    La degradación de la corteza y de las capas externas da origen al surgimiento de una nueva célula vegetativa que consiste de protoplastos de espora con su pared circundante. Se continúa con un periodo de biosíntesis activa que concluye con la división celular, y se conoce como etapa de proliferación; para que se lleve a cabo ésta es necesario el suministro de todos los nutrientes esenciales para el crecimiento celular.