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Orgánulo

El término orgánulo se deriva de la palabra » órgano » y se refiere a los compartimentos dentro de la célula que realizan una función específica. Estos compartimentos suelen estar aislados del resto del citoplasma a través de membranas intracelulares. Estas membranas podrían ser similares a la membrana plasmática o estar formadas por un complemento diferente de lípidos y proteínas. Las propiedades de una membrana se deben a su origen, como ocurre con las mitocondrias o plastidios, o debido a su función específica, como se ve con la membrana nuclear. Algunos orgánulos no están unidos a la membrana y están presentes como grandes complejos hechos de ARN y proteínas, como los ribosomas.

Las imágenes a continuación son representaciones de células vegetales, animales y bacterianas que muestran orgánulos comunes.

Estructura de la célula vegetal
Estructura de la célula animal
Diagrama simple de bacteria

Hay tres desafíos principales para las células a medida que crean orgánulos. El primero es la formación y maduración de los bloques de construcción básicos del orgánulo. Esto incluye la membrana, sus macromoléculas unidas a la membrana y la maquinaria citoesquelética que da forma al orgánulo. Además, el orgánulo debe contener las sustancias químicas adecuadas: proteínas, aminoácidos, lípidos, carbohidratos o sus monómeros, junto con cofactores, enzimas y moléculas de señalización. Estas moléculas tienen que ser transportadas de forma específica, y a menudo activa, a estos compartimentos subcelulares. Finalmente, los orgánulos deben mantenerse a lo largo de la vida de la célula y segregarse con precisión durante la división celular. Hay una serie de estrategias diferentes que utilizan las células de todo el mundo para realizar estas tareas.

Los diferentes tipos de células suelen tener un predominio de un determinado orgánulo en función de su función principal en el organismo. Por ejemplo, las células del parénquima en las hojas están llenas de cloroplastos, mientras que las células que forman la raíz a menudo se ven privadas de este orgánulo. Un organismo unicelular activo como el paramecio podría tener una vacuola que cambia rápidamente . Las células implicadas en la secreción de proteínas suelen tener una red de Golgi bien desarrollada y un retículo endoplásmico rugoso prominente.

Ejemplos de orgánulos

En los organismos eucariotas, casi todas las células tienen un núcleo (las excepciones incluyen los glóbulos rojos de los mamíferos). Los otros orgánulos comunes que se observan son mitocondrias, plástidos (entre los autótrofos), retículas endoplásmicas, aparato de Golgi, lisosomas y vacuolas. Algunas células especiales como las neuronas también contienen vesículas sinápticas. Todas estas estructuras están unidas a membranas. Los complejos macromoleculares como los ribosomas, espliceosomas, centriolos y centrosomas no están rodeados por una membrana, pero son orgánulos importantes en la mayoría de las células y realizan funciones vitales como organizar el citoesqueleto, sintetizar proteínas y procesar el ARN.

Las bacterias contienen orgánulos unidos a proteínas y a lípidos. Estos pueden estar hechos de una simple membrana monocapa (ejemplo: carboxisomas) o de una bicapa (magnetosomas). Los orgánulos en procariotas se están estudiando más ampliamente ahora, especialmente con la llegada de mejores herramientas experimentales.

Tipos de orgánulos

Los orgánulos se pueden clasificar de varias formas. La clasificación más simple se basa en su origen: si están presentes en procariotas o eucariotas. Si bien muchas vías bioquímicas importantes entre estos dos linajes celulares comparten un ancestro común, un plan celular complejo distingue a la mayoría de las células eucariotas. El origen de este tipo particular de complejidad no se conoce bien. Los eucariotas pueden llevar a cabo cadenas finamente reguladas de reacciones bioquímicas principalmente debido a su capacidad para tener especialización subcelular. Además, la presencia de orgánulos que pueden generar ATP también proporciona la energía para impulsar estas reacciones metabólicas y mantener una célula más grande. 

Por otra parte, El material genético procariota se encuentra en regiones semiorganizadas llamadas nucleoides que generalmente se consideran parte del citoplasma que contiene la mayor parte del material genético de la célula. Los magnetosomas son otro tipo de orgánulos procarióticos, prácticamente únicos por estar unidos por una bicapa lipídica. Estas estructuras están formadas por estructuras citoesqueléticas similares a la actina que participan en la configuración y localización del orgánulo dentro de la célula.

Sin embargo, esta clasificación simplista ocasionalmente encuentra dificultades, especialmente con estructuras como mitocondrias o cloroplastos que se consideran endosimbiontes antiguos. Sin embargo, como regla, los orgánulos procarióticos suelen ser más simples y con menor complejidad en términos de composición química y estructura de la membrana.

Incluso dentro de las células eucariotas, la presencia y la naturaleza de la membrana alrededor de un compartimento subcelular es un método común de clasificación. Si bien los compartimentos principales, como los lisosomas y el retículo endoplásmico, están unidos por una bicapa lipídica, muchos orgánulos importantes, pero más pequeños, interactúan libremente con el entorno citoplasmático. Estos orgánulos no están llenos de líquido, sino que son masas sólidas de proteínas, ARN o ambos. Los ribosomas y espliceosomas son ejemplos comunes de orgánulos que no están unidos a la membrana. Algunas personas también clasifican las paredes celulares de plantas y bacterias en esta categoría, ya que se crearon principalmente a partir de celulosa. Sin embargo, se encuentra fuera de la membrana celular y, por lo tanto, no puede considerarse realmente una estructura intracelular.

Finalmente, algunos orgánulos pueden reproducirse independientemente del ciclo celular, porque contienen su propio material genético. Aquí los plástidos y las mitocondrias son de particular importancia. Sin embargo, aunque se reproducen incluso cuando la célula está en reposo en la fase G0, necesitan importar la mayor parte de la maquinaria de duplicación del citoplasma, lo que los vincula íntimamente con las necesidades de la célula. Las mitocondrias y los cloroplastos contienen material genético único, independiente del resto del núcleo y, en muchos casos, su número dentro de la célula puede cambiar. Por ejemplo, las fibras musculares que enfrentan un aumento en su necesidad de ATP, a menudo responden aumentando el número de mitocondrias en la célula. Las plantas y otros autótrofos pueden mostrar adaptaciones similares con los cloroplastos.

Funciones de los orgánulos

Las actividades de una sola célula reflejan las de un organismo. La célula ingiere nutrientes, los digiere y transforma, los metaboliza para formar moléculas más grandes, respira y libera desechos. La mayoría de las células incluso contribuyen al mantenimiento del entorno extracelular, al igual que la existencia de muchas especies dentro de las estructuras sociales.

Nutrición

Los organismos unicelulares ingieren los alimentos en forma de partículas grandes del medio ambiente y se someten a digestión intracelular. Esto necesita la presencia de orgánulos como vacuolas de alimentos o fagosomas y lisosomas para transportar las enzimas digestivas. Para los organismos multicelulares, algunas estructuras especializadas entregan nutrientes a la célula, que luego los absorbe a granel o mediante transportadores especiales. En la mayoría de los animales grandes, el sistema digestivo se encarga de la ingestión y descomposición de los alimentos en unidades monoméricas como glucosa y aminoácidos. Las enzimas necesarias para este proceso se sintetizan en el retículo endoplásmico rugoso y se secretan a través de la red de Golgi. Los alimentos digeridos se entregan a cada célula a través del sistema circulatorio, que luego permitetransporte pasivo o utiliza energía para absorber nutrientes activamente.

Transporte

El transporte intracelular a menudo se maneja a través de filamentos citoesqueléticos entrecruzados que actúan como corredores. Estos filamentos forman una serie de vías que posicionan orgánulos y transportan materiales. En esta actividad, son ayudados por proteínas motoras que generalmente contienen dos dominios: uno para interactuar con la carga y el otro para navegar por el filamento citoesquelético. Por ejemplo, la mayoría de las neuronas contienen un axón largo que conduce impulsos eléctricos a lo largo de su longitud. Las vesículas sinápticas que contienen neurotransmisores a menudo pueblan el extremo de un axón y son necesarias para la transmisión de la señal eléctrica de una neurona.al siguiente en la sinapsis

Los componentes de estas vesículas se mueven hacia la sinapsis a lo largo del camino creado por los microtúbulos. Las proteínas motoras llamadas kinesinas impulsan su movimiento. Otros materiales, como las enzimas u hormonas peptídicas, se transportan a través de la red Trans Golgi para ser utilizados por la célula o liberados a través de la exocitosis.

Los eventos más dramáticos del transporte intracelular ocurren durante la división celular. Los cromosomas se segregan y transportan con precisión a polos opuestos de la célula a través de una maquinaria celular compleja y estrictamente regulada. Esto implica centrosomas, arreglos dinámicos de microtúbulos y múltiples cambios en la estructura cromosómica.

Digestión

Los lisosomas son las principales estructuras implicadas en la digestión intracelular. Contienen una serie de enzimas hidrolíticas que se activan por el pH ácido de estos orgánulos. Estas enzimas se sintetizan en sus formas inactivas en el citoplasma antes de ser transportadas al orgánulo a través de canales transmembrana. Los lisosomas pueden fusionarse con otros orgánulos, como los fagosomas, para una digestión en masa. Esto también juega un papel importante en la inmunidad, cuando los microorganismos patógenos son ingeridos por las células del sistema inmunológico y destruidos mediante la acción de poderosas enzimas hidrolíticas.

Generación de ATP

Los heterótrofos a menudo dependen de las mitocondrias para la respiración aeróbica y la generación de ATP. Los autótrofos canalizan la energía de la radiación solar u otros procesos químicos para forjar los enlaces de alta energía en el ATP. Las estructuras membranosas de ambos orgánulos son importantes en la generación de ATP.

Control y Regulación

Los organismos grandes y complejos necesitan utilizar un sistema nervioso y un sistema endocrino para mantener la homeostasis. Dentro de una célula, el orgánulo más importante para el control y la regulación es el núcleo. Las células reciben información sobre el entorno externo a través de complejas cascadas de señalización que a menudo resultan en cambios en su contenido de ARN o proteínas. Por lo tanto, el entorno nuclear está estrictamente regulado y la importación y exportación de materiales a través de la envoltura nuclear es un proceso importante para la célula. La membrana nuclear tiene una serie de estructuras especiales llamadas poros nucleares y proteínas de transporte llamadas importinas y exportinas que median la entrada y salida de macromoléculas. Estas macromoléculas pueden inducir un gen particularregularse al alza, influir en el empalme del ARN, señalar el comienzo de la división celular o incluso comenzar el proceso de apoptosis.

  • Apoptosis : muerte celular programada que ocurre en organismos multicelulares, precedida por cambios distintos en la morfología y bioquímica de la célula. Común durante el desarrollo y también se utiliza para prevenir enfermedades.
  • Endosimbiontes : organismos que viven dentro de otros organismos.
  • Proteínas motoras : proteínas que funcionan como motores moleculares, convirtiendo la energía química en energía mecánica mientras se mueven a lo largo de una superficie adecuada.
  • Regulación al alza : en genética, se refiere a un aumento en la cantidad de transcripciones de ARN producidas a partir de un gen. También puede referirse al aumento del número de receptores que se encuentran en la superficie de una célula.

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