1. Modelos de organización celular: procariota y eucariota




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título1. Modelos de organización celular: procariota y eucariota
fecha de publicación01.08.2016
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1. Modelos de organización celular: procariota y eucariota



Todas las células están formadas por los siguientes elementos:

  • Membrana plasmática: formada principalmente por una bicapa lipídica en la cual hay, englobadas o adheridas a su superficie, ciertas proteínas. Los lípidos hacen que la membrana se comporte como una barrera aislante entre el medio acuoso intracelular y el medio acuoso extracelular. Las proteínas son las que permiten el paso (hacia el interior o exterior) de las sustancias hidrosolubles (las liposolubles pueden atravesar los lípidos de la membrana).

  • Citoplasma: Es la parte de la célula comprendida entre la membrana plasmática y el núcleo (si posee núcleo). Está constituido por una solución líquida denominada hialoplasma o citosol, en el que están inmersos unos orgánulos que pueden o no estar delimitados por membranas, el citoesqueleto e inclusiones citoplasmáticas. En procariotas el citoplasma es más sencillo al carecer de orgánulos (excepto ribosomas), citoesqueleto y núcleo.

  • Material genético: Formado por una o varias moléculas de ADN.


Las células, desde el punto de vista de su organización se dividen en dos grandes grupos:
-Eucariota: Poseen el material genético dentro de un núcleo que está separado del citoplasma por una doble membrana y tienen orgánulos, muchos de estos orgánulos son membranosos, es decir, están rodeados por una o dos membranas. Las células de animales, vegetales, hongos y protoctistas (protozoos y algas) son eucariotas (todos los reinos menos el Reino Monera: las bacterias).
-Procariota: Carecen de núcleo y orgánulos excepto ribosomas, al carecer de núcleo su material genético está libre en el citoplasma. Las bacterias (Reino Monera) son células procariotas. Su tamaño (1-10 m) es mucho menor que el de las células eucariotas
COMPONENTES DE LA CÉLULA PROCARIOTA: Envolturas celulares, estructuras extermas a la pared bacteriana, citoplasma y nucleoide.celprocariota
ENVOLTURAS CELULARES: Membrana, pared bacteriana y cápsula bacteriana
Tienen una membrana plasmática en la que pueden aparecer repliegues hacia el citoplasma llamados mesosomas. La membrana esta recubierta por una pared bacteriana que protege y mantiene la forma de la célula, de composición variable, dependiendo del grupo. A veces, por encima de la pared puede existir una cápsula o vaina gelatinosa.
Composición, estructura y función de la membrana plasmática
Tienen una membrana plasmática en la que pueden aparecer repliegues hacia el citoplasma llamados mesosomas, se supone que son para compensar la ausencia de orgánulos membranosos llevando adheridos enzimas que intervienen en diferentes procesos, por ejemplo en bacterias fotosintéticas y/o que hagan la respiración celular, al no tener mitocondrias ni cloroplastos, las moléculas de la cadena de transporte de electrones necesarias para la respiración celular y/o la fotosíntesis están en la membrana plasmática y sus repliegues (en la actualidad algunos autores creen que los mesosomas son artefactos generados durante el proceso de preparación de las muestras para observarlas al microscopio), por lo tanto, la ausencia de orgánulos membranosos explica las numerosas funciones de la membrana plasmática: regula el intercambio de sustancias con el medio, actúa como barrera osmótica, es el punto de anclaje para los flagelos, e interviene en la duplicación del ADN y en ella se realizan la respiración celular y la síntesis de ATP, la fotosíntesis y la fijación del nitrógeno en las bacterias capaces de realizar dichas funciones.

Las membranas de la mayoría de las bacterias (eubacterias) es similar a eucariotas (compuesta por lípidos y proteínas) aunque con diferencias en la proporción de lípidos y en algunos tipos de lípidos, además no contienen colesterol, mientras que las membranas de las arqueobacterias (bacterias más antiguas que viven en ambientes extremos como en agua a muy alta temperatura donde ninguna otra célula podría sobrevivir y presentan diferencias importantes con el resto de bacterias llamadas eubacterias, “eu” significa verdadero, de ahí viene eubacteria que son las bacterias más comunes pues las arqueobacterias son más “raras”) contienen unidades de isopreno unidas a la glicerina en lugar de ácidos grasos, siendo más rígidas y resistentes que las de eubacterias, incluso algunas arqueobacterias unen las cadenas hidrófobas de uno y otro lado de la membrana formando una monocapa que le confiere todavía más resistencia y le permite soportar altas temperaturas.

Ejercicio ¿Cuáles son las funciones de la membrana plasmática de procariotas?
PARED BACTERIANA
La pared bacteriana en vez de celulosa (como sucede en la pared celular de vegetales y algas) contiene peptidoglucano, también llamado mureina, excepto en arqueobacterias que no tienen peptidoglucano (o peptidoglicano). La pared es rígida lo que le da la forma a la célula y le permite soportar una elevada presión osmótica. Esta rigidez se debe principalmente a la capa de peptidoglucano o mureina formada por la repetición del monómero constituido por un tetrapéptido (4 aminoácidos) y los derivados de azúcares N-acetilglucosamina y N-acetilmurámico.

Tipos de pared bacteriana: bacterias Gram + y Gram -





Según la distinta composición de la pared bacteriana, las bacterias reaccionan de manera diferente al ser tratadas con la tinción de Gram, distinguiéndose dos grupos: las bacterias Gram positivas (Gram+) que se tiñen de color azul y las bacterias Gram negativas (Gram-) que se tiñen de color rojo.
Las Gram positivas poseen una sola capa gruesa, muy rigida, compuesta por peptidoglucano (tienen alrededor del 90 % de peptidoglucano) a cuya estructura reticular (como la de una tela de saco) se unen proteinas, polisacaridos y ácidos teicoicos (los acidos teicoicos son polimeros complejos derivados de aminoácidos, monosacáridos y alcoholes como la glicerina). Contienen muy pocos lipidos. Observa en la imagen como después de la membrana plasmática viene una gruesa capa de peptidoglucano (mureina) con sustancias como ácido teicoico.
Las Gram negativas poseen una capa delgada de peptidoglucano (alrededor de un 10 % de peptidoglucano) y, por fuera de ella, se hallan complejas moléculas de proteínas, lipoproteínas, lipopolisacaridos y fosfolipidos, formando una segunda capa, a modo de “membrana externa” que da una consistencia menos rígida, siendo una pared más fina. Esta bicapa lipídica externa contiene una proteina transmembranal llamada porina que permite cierta permeabilidad.




Ejercicio: Realiza una tabla con las principales diferencias entre pared Gram + y pared Gram -.
Cápsula bacteriana
Muchas bacterias poseen una envuelta más externa llamada cápsula bacteriana o vaina gelatinosa constituida por glúcidos, en bacterias patógenas la cápsula le protege de los fagocitos y anticuerpos, por eso en las enfermedades bacterianas, las formas encapsuladas son más patógenas. La cápsula también constituye un reservorio de agua en situaciones de desecación, permite la adherencia a los tejidos del huésped o la adherencia a otras bacterias y les proteges de los bacteriófagos (virus que infectan bacterias).


Citoplasma y nucleoide
El citoplasma posee dos regiones bien diferenciadas: una en donde se halla el material genético, denominado nucleoide o cromosoma bacteriano, y el citoplasma restante, de aspecto homogéneo, formado por un citosol o hialoplasma que es una disolución gelatinosa con gran cantidad de agua y proteínas, y por un morfoplasma constituido por estructuras citoplasmáticas: ribosomas, inclusiones, vesículas y plásmidos. Los ribosomas son orgánulos sin membrana cuya función es la síntesis de proteínas, son ribosomas 70S de menor tamaño que los ribosomas 80S de los eucariotas (se verá más adelante en el tema). En el citoplasma pueden haber también inclusiones (sin membrana por supuesto) de naturaleza variada como sustancias de reserva (glucógeno, polifosfatos, gotas lipídicas…), pigmentos...

En las bacterias acuáticas su flotabilidad se debe a las vesículas aeríferas, cuya membrana es una excepción al modelo unitario de membrana, pues es de composición proteica, rígida y muy poco permeable a la mayor parte de los solutos.

El material genético es una molécula de ADN bicatenario y circular. La célula procariota puede presentar también uno o varios pequeños fragmentos circulares de ADN accesorio llamados plásmidos, que son capaces de existir y de replicarse independientemente del cromosoma bacteriano, aunque hay algunos plásmidos que pueden integrarse en el cromosoma bacteriano (episomas) y por tanto, se replican junto a él.

EXTRUCTURAS EXTERNAS A LA PARED BACTERIANA



Pueden tener las siguientes prolongaciones alargadas:
Flagelos: constituye el órgano de locomoción, son apéndices largos y finos de mayor longitud que la bacteria, se presentan en número y disposición variable. Están formados por el filamento flagelar, el codo o gancho y la estructura basal.

El filamento flagelar nos recuerda a una soga, con un trenzado helicoidal de fibrillas formadas por la proteína flagelina. El codo o gancho une el filamento a la superficie de la célula. La estructura basal está compuesta por varios anilllos discoidales (2 en bacterias Gram + y 4 en bacterias Gram -), al menos uno de los anillos tiene capacidad de giro y transmite el movimiento rotatorio a todo el flagelo.


Fimbrias: son filamentos cortos y numerosos, para la adherencia a sustratos inertes o vivos, como rocas en riachuelos y a los tejidos de los huéspedes.image006

Pili: semejantes a las fimbrias, pero generalmente más largos y anchos. Para el intercambio de ADN (plásmidos) con otras bacterias, proceso conocido como conjugación (ver más adelante).

Las fimbrias y pili solo las poseen las G-. Al igual que el filamento flagelar, las fimbrias y los pelos están formados por proteínas globulares con disposición helicoidal, como la flagelina en el filamento flagelar o la fimbrina en las fimbrias.

Parasexualidad en bacterias
Aunque la reproducción es asexual por bipartición presentan unos mecanismos para intercambiar ADN con otras bacterias (sean o no de la misma especie). Estos mecanismos de intercambio de información genética diferentes a la reproducción sexual (las bacterias carecen de reproducción sexual) se llaman mecanismos parasexuales, tenemos 3 tipos:



- Conjugación: A través de los pili (pelos sexuales) una bacteria donadora transfiere un plásmido a otra. Un plásmido es un fragmento de ADN circular independiente del cromosoma bacteriano o nucleoide (ADN bacteriano principal) y de menor tamaño. La bacteria donadora presenta el llamado plásmido F (de fertilidad) que contiene los genes para la producción de pelos sexuales, las bacterias con plásmidos F se llaman F+ y las que no lo tienen F–. En ocasiones el plásmido puede integrarse en el cromosoma bacteriano recibiendo el nombre de episoma. Las bacterias con episoma se denominan Hfr y en la conjugación puede transmitir a la bacteria F– su plásmido F junto con algunos genes de su cromosoma. El plásmido se replica al mismo tiempo que se transfiere y solo se transfiere una de las cadenas.
- Transformación: La bacteria capta del medio a través de su pared un fragmento de ADN procedente de la lisis de otra bacteria. Las bacterias capaces de sufrir transformación se dice que son competentes. Esto sucede cuando otra bacteria sufre una lisis (rotura al morir) liberando al exterior su ADN y existen bacterias capaces de coger ese ADN (bacterias competentes).
- Transducción: En ocasiones un bacteriófago (virus que infecta a bacterias) incorpora de forma accidental ADN de la bacteria y cuando va a infectar a otra bacteria le transfiere ese ADN.


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