ORGANELOS CEL·LULARS EN CÈL·LULA ANIMAL I VEGETAL: CARACTERÍSTIQUES, FUNCIONS - BIOLOGIA - 2025

Els orgànuls cel·lulars són les estructures internes que componen a les cèl·lules - a manera de "òrgans petits" - que exerceixen funcions estructurals, metabòliques, sintètiques, de producció i de consum d'energia.

Aquestes estructures estan contingudes en el citoplasma cel·lular i en general, totes les cèl·lules eucariotes estan compostes per un conjunt bàsic de organelos intracel·lulars. Aquests poden diferenciar-se entre membranosos (presenten membrana plasmàtica) i no membranosos (no tenen membrana plasmàtica).

Font: pixabay.com

Cada organelo posseeix un conjunt de proteïnes exclusives que es troben generalment en la membrana oa l'interior de l'esmentat organelo.

Hi orgànuls encarregats en la distribució i transport de proteïnes (lisosomes), altres porten a terme funcions metabòliques i bioenergètiques (cloroplasts, mitocondris i peroxisomes), d'estructura i moviment cel·lular (filaments i microtúbuls), i hi ha els que formen part de la superfície cel·lular (membrana plasmàtica i paret cel·lular).

Les cèl·lules procariotes no tenen orgànuls membranosos, mentre que en les cèl·lules eucariotes podem trobar dos tipus de organelos. Aquestes estructures poden classificar també segons la funció que exerceixin en la cèl·lula.

Organelos: membranosos i no membranosos

organelos membranosos

Aquests orgànuls tenen una membrana plasmàtica que permet separar el medi intern de l'citoplasma cel·lular. La membrana presenta formes vesiculars i tubulars i poden estar prisades com en el reticle endoplasmàtic llis o plegades cap a l'interior de l'organelo com en la mitocòndria.

Aquesta organització de la membrana plasmàtica en els orgànuls permet augmentar la seva àrea superficial i formar a més sub-compartiments intracel·lulars on s'emmagatzemen o segreguen diverses substàncies com proteïnes.

Entre els orgànuls amb membrana trobem els següents:

-Membrana cel·lular, que delimita la cèl·lula i altres organelos cel·lulars.

-Retículo endoplasmàtic rugós (RER), lloc on es duu a terme la síntesi proteica i la modificació de proteïnes acabades de sintetitzar.

-Retículo endoplasmàtic llis (REL), on es sintetitzen lípids i esteroides.

-Aparell de Golgi, modifica i envasa proteïnes i lípids per al seu transport.

-Endosomas, participen en l'endocitosi ia més classifiquen i redirigeixen a les proteïnes cap als seus destins finals.

-Lisosomas, contenen enzims digestius i participen en la fagocitosi.

-Vesículas de transport, transladan material i participen en endocitosi i exocitosi.

-Mitocondrias i cloroplasts, produeixen ATP proveint a la cèl·lula d'energia.

-Peroxisomas, intervenen en la producció i degradació d'H ₂ O ₂ i àcids grassos.

Organelos no membranosos

Aquests orgànuls no posseeixen una membrana plasmàtica que els delimiti, i en ells les proteïnes exclusives generalment s'auto-s'acoblen en els polímers que formen part dels elements estructurals de l'citoesquelet.

Entre els orgànuls citoplasmàtics no membranosos trobem:

-Microtúbulos, els quals constitueixen el citoesquelet en conjunt amb els microfilaments d'actina i filaments intermedis.

-Filamentos, formen part de l'citoesquelet i es classifiquen en microfilaments i filaments intermedis.

-Centriolos, estructures cilíndriques d'on deriven els cossos basals dels cilis.

-Ribosomas, intervenen en la síntesi proteica i es componen de RNA ribosòmic (RNAr).

Organelos en cèl·lules animals

Cèl·lula animal (Font: Animal_cell_structure_en.svg: LadyofHats (Mariana Ruiz) derivative work: Mel 23 talk via Wikimedia Commons)

Els animals compleixen diàriament activitats de protecció, alimentació, digestió, moviment, reproducció i inclusivament la mort. Moltes d'aquestes activitats es duen a terme també dins de les cèl·lules que componen a aquests organismes, i són exercides pels orgànuls cel·lulars que conformen a la cèl·lula.

En general, totes les cèl·lules d'un organisme posseeixen la mateixa organització i utilitzen mecanismes semblants per dur a terme totes les seves activitats. No obstant això, algunes cèl·lules poden especialitzar-se tant en una o diverses funcions que es diferencien de les altres per posseir major nombre o mida de certes estructures o regions cel·lulars.

Es poden diferenciar dues regions o compartiments principals dins de les cèl·lules: el nucli, que és el organelo més prominent de les cèl·lules eucariotes, i el citoplasma que conté els altres orgànuls i algunes inclusions en la matriu citoplasmàtica (com soluts i molècules orgàniques).

nucli

El nucli és el organelo més gran de la cèl·lula i representa la característica més resaltante de les cèl·lules eucariotes, sent el que les diferencien de les cèl·lules procariotes. Està ben delimitat per dos membranes o embolcalls nuclears que posseeixen porus. Dins el nucli es troba el DNA en forma de cromatina (condensada i laxa) i el nuclèol.

Les membranes nuclears permeten que s'aïlli l'interior de l'nucli de l'citoplasma cel·lular, a més de servir com a estructura i sosteniment de l'esmentat organelo. Aquest embolcall es compon d'una membrana externa i una interna. La funció de la embolicada nuclear és impedir el pas de molècules entre l'interior nuclear i el citoplasma.

Els complexos de porus en les membranes nuclears permeten el pas selectiu de proteïnes i RNA, mantenint estable la composició interna de l'nucli ia més complint papers claus en la regulació de l'expressió gènica.

En aquests orgànuls està contingut el genoma cel·lular, pel que serveix de magatzem de la informació genètica de la cèl·lula. La transcripció i processament de l'RNA i la replicació de l'ADN ocorren dins de el nucli, i només la traducció ocorre fora d'aquest organelo.

membrana plasmàtica

membrana plastmática

La membrana plasmàtica o cel·lular és una estructura composta per dues capes de lípids anfipáticos, amb una part hidrofòbica i una altra hidrofílica (bicapa lipídica) i algunes proteïnes (integrals de membrana i perifèriques). Aquesta estructura és dinàmica i participa en diversos processos fisiològics i bioquímics de les cèl·lules.

La membrana plasmàtica s'encarrega de mantenir aïllat l'interior cel·lular de medi circumdant. Controla el pas de totes les substàncies i molècules que entren i surten de la cèl·lula a través de diversos mecanismes com la difusió simple (a favor d'un gradient de concentració), i transport actiu, on es requereixen de proteïnes de transport.

Reticle endoplasmàtic rugós

El reticle endoplasmàtic es compon d'una xarxa de túbuls i sacs (cisternes) que s'envolten per una membrana que s'estén des del nucli (membrana nuclear externa). Es tracta també d'un dels orgànuls més grans de les cèl·lules.

El reticle endoplasmàtic rugós (RER) posseeix en la seva superfície externa un gran nombre de ribosomes i més conté vesícules que s'estenen fins a l'aparell de Golgi. Compon el sistema de síntesi proteica de la cèl·lula. Les proteïnes sintetitzades passen a les cisternes de l'RER on són transformades, acumulades i transportades.

Les cèl·lules secretores i les que posseeixen gran quantitat de membrana plasmàtica, com les neurones, tenen reticles endoplasmáticos rugosos ben desenvolupats. Els ribosomes que componen el RER s'encarreguen de la síntesi de proteïnes de secreció i proteïnes que componen altres estructures cel·lulars com lisosomes, aparell de Golgi i membranes.

Reticle endoplasmàtic llis

El reticle endoplasmàtic llis (REL) està involucrat en la síntesi dels lípids i no té ribosomes associats a la membrana. Es compon de túbuls curts tendint a tenir una estructura tubular. Pot estar separat de l'RER o ser una extensió d'ell.

Les cèl·lules associades a la síntesi de lípids i secreció d'esteroides posseeixen REL molt desenvolupats. Aquest organelo intervé també en els processos de desintoxicació i conjugació de substàncies nocives, trobant-se molt desenvolupats en les cèl·lules hepàtiques.

Posseeixen enzims que modifiquen compostos hidròfobs com pesticides i substàncies carcinògenes, convertint-los en productes hidrosolubles que són fàcilment degradats.

Aparell de Golgi

En l'aparell de Golgi es reben les proteïnes sintetitzades i modificades en el reticle endoplasmàtic. En aquest organelo, aquestes proteïnes poden patir altres modificacions per finalment ser transportades a lisosomes, membranes plasmàtiques o destinades a secreció. Les glicoproteïnes i esfingomielina es sintetitzen en l'aparell de Golgi.

Aquest organelo es compon per unes espècies de bosses envoltades de membrana conegudes com cisternes, i presenten vesícules associades. Les cèl·lules que secreten proteïnes per exocitosi i aquelles que sintetitzen membrana i proteïnes associades a membranes posseeixen aparells de Golgi molt actius.

L'estructura i funció de l'aparell de Golgi presenta polaritat. La porció que es troba més pròxima a l'RER es denomina xarxa cis-Golgi (CGN) i té una forma convexa. Per aquesta regió entren les proteïnes procedents de l'reticle endoplasmàtic, per ser transportades dins de l'organelo.

El apilament de Golgi constitueix la regió mitjana de l'organelo i és on es duen a terme les activitats metabòliques d'aquesta estructura. La regió madurativa de l'complex de Golgi es coneix com a xarxa trans-Golgi (TGN), presenta una forma còncava i és el punt d'organització i distribució de les proteïnes cap als seus destins finals.

lisosomes

Part d'una cèl·lula, inclòs el lisosoma

Els lisosomes són orgànuls que contenen els enzims capaços de degradar proteïnes, àcids nucleics, carbohidrats i lípids. Són, bàsicament el sistema digestiu de les cèl·lules, degradant polímers biològics captats des de l'exterior cel·lular i els productes propis de les cèl·lules (autofàgia).

Encara que poden presentar diferents formes i mides, depenent del producte captat per a la seva digestió, aquests orgànuls són generalment vacúols esfèriques denses.

Les partícules capturades per endocitosi es transporten als endosomes que maduren posteriorment a lisosomes per l'agregació de hidrolases àcides provinents de l'aparell de Golgi. Aquestes hidrolases són les responsables de degradar proteïnes, àcids nucleics, polisacàrids i lípids.

peroxisomes

Representació gràfica d'un peroxisoma.

Font: Rock 'n Roll

Els peroxisomes són orgànuls petits (microcuerpos) amb una membrana plasmàtica simple, que contenen enzims oxidatius (peroxidases). La reacció d'oxidació duta a terme per aquests enzims produeix peròxid d'hidrogen (H ₂ O ₂).

En aquests orgànuls, la catalasa s'encarrega de regular i pair el H ₂ O ₂ controlant la seva concentració cel·lular. Les cèl·lules hepàtiques i dels ronyons tenen quantitats importants de peroxisomes, sent aquests els centres principals de desintoxicació de l'organisme.

El nombre de peroxisomes continguts en una cèl·lula es veu regulada en resposta a la dieta, a consums de certs fàrmacs i com a resposta a diversos estímuls hormonals.

mitocondris

Mitocondri. Presa i editada de: LadyofHats.

Les cèl·lules que consumeixen i generen quantitats importants d'energia (com cèl·lules musculars estriades) presenten abundants quantitats de mitocondris. Aquests orgànuls representen un paper crític en la producció d'energia metabòlica en les cèl·lules.

S'encarreguen de la producció d'energia en forma d'ATP a partir de la degradació dels carbohidrats i àcids grassos, per mitjà de l'procés de fosforilació oxidativa. Es poden descriure també com a generadors d'energia mòbils capaços de traslladar-se en la cèl·lula, proveint l'energia necessària.

Els mitocondris es caracteritzen per contenir el seu propi DNA i poden codificar RNAt, RNAr i algunes proteïnes mitocondrials. La majoria de les proteïnes mitocondrials són traduïdes en els ribosomes i transportades a les mitocòndries per l'acció de senyals específiques.

L'acoblament de les mitocòndries implica proteïnes codificades pel seu propi genoma, altres proteïnes codificades en el genoma nuclear i proteïnes importades des del citosol. La quantitat d'aquests orgànuls augmenta per divisió durant la interfase, encara que aquestes divisions no estan sincronitzades amb el cicle cel·lular.

ribosomes

Els ribosomes són petits orgànuls que participen en la síntesi proteica. Aquests es componen de dues subunitats superposades una sobre l'altra, que contenen proteïnes i RNA. Ocupen un important paper en la construcció de cadenes polipeptídiques durant la traducció.

Els ribosomes poden trobar-se lliures al citoplasma o associats a l'reticle endoplasmàtic. A l'participar activament en la síntesi de proteïnes, es troben units pel RNAm en cadenes de fins a cinc ribosomes denominades polirribosomas. Les cèl·lules especialitzades en síntesi proteica tenen grans quantitats d'aquests orgànuls.

Organelos en cèl·lules vegetals

Morfoanatomia d'una cèl·lula vegetal (Font: Ævar Arnfjörð Bjarmason / gallery via Wikimedia Commons)

La majoria dels orgànuls descrits prèviament (nucli, reticle endoplasmàtic, aparell de Golgi, ribosomes, membrana plasmàtica i peroxisomes) es troben formant part de les cèl·lules vegetals, on compleixen bàsicament les mateixes funcions que en les cèl·lules animals.

Els principals orgànuls en les cèl·lules vegetals, que les diferencien d'altres organismes són els plastidis, vacúols i la paret cel·lular. Aquests orgànuls es troben envoltats per membrana citoplasmàtica.

Paret cel·lular

La paret cel·lular és una xarxa gluco-protèica existent pràcticament en totes les cèl·lules vegetals. Exerceix un important paper en l'intercanvi cel·lular de substàncies i molècules i en la circulació de l'aigua a diferents distàncies.

Aquesta estructura es compon de cel·lulosa, hemicel·luloses, pectines, lignina, suberina, polímers fenòlics, ions, aigua i diverses proteïnes estructurals i enzimàtiques. Aquest organelo s'origina en la citocinesi per la inserció de la placa cel·lular, que és una partició formada per la fusió de vesícules de Golgi al centre de la figura mitòtica.

Els polisacàrids complexos de la paret cel·lular es sintetitzen en l'aparell de Golgi. La paret cel·lular, també coneguda com a matriu extracel·lular (MEC) no només proporciona duresa i formes definides a la cèl·lula, sinó que participa també en processos com creixement cel·lular, diferenciació i morfogènesi i respostes a estímuls ambientals.

vacúols

Els vacúols són un dels orgànuls més grans presents en les cèl·lules vegetals. Estan envoltades per una membrana senzilla i tenen forma de sacs, emmagatzemant aigua i substàncies de reserva com midons i greixos o substàncies de rebuig i sals. Estan compostes per enzims hidrolítics.

Intervenen en els processos d'exocitosi i endocitosi. Les proteïnes transportades des de l'aparell de Golgi ingressen en els vacúols, que assumeixen la funció de lisosomes. També participen en el manteniment de la pressió de turgència i de l'equilibri osmòtic.

Plastidis

Els plastidis són orgànuls envoltats per una doble membrana. Es classifiquen en cloroplasts, amiloplastos, cromoplastos, oleinoplastos, proteinoplastos, proplástidos i etioplastos.

Aquests orgànuls són semiautònoms, ja que contenen un genoma propi conegut com nucleoide en la matriu de l'organelo o estroma, a més d'una maquinària de replicació, transcripció i traducció.

Els plastidis compleixen diverses funcions en les cèl·lules vegetals, com la síntesi de substàncies i emmagatzematge de nutrients i pigments.

Tipus de plastidis

Els cloroplasts es consideren els plastidis més importants. Estan entre els orgànuls més grans de les cèl·lules i es troben en diverses regions dins d'ella. Estan presents en fulles i teixits verds, contenint clorofil·la. Intervenen en la captació d'energia solar i la fixació de carboni atmosfèric en el procés de fotosíntesi.

-Els amiloplastos es troben en teixits de reserva. No tenen clorofil·la i estan plens de midó, servint com a magatzem d'aquests ia més en la còfia de l'arrel participen en la percepció gravitrópica.

-Els cromoplastos emmagatzemen pigments anomenats carotens, que s'associen amb les coloracions ataronjades i grogues de les fulles de tardor, flors i fruits.

-Els oleinoplastos emmagatzemen olis mentre que els proteinoplastos emmagatzemen proteïnes.

-Els proplastidios són petits plastidis trobats en cèl·lules meristemàtiques de les arrels i tiges. La seva funció no és molt clara, encara que es creu que són precursors dels altres plastidis. La reformació dels proplastidios s'associa a la re-diferenciació d'alguns plastidis madurs.

-Els etioplastos es troben en cotilèdons de plantes crescudes en la foscor. A l'ésser exposats a la llum es diferencien ràpidament a cloroplasts.

referències

1. Alberts, B., & Bray, D. (2006). Introducció a la biologia cel·lular. Ed. Mèdica Panamericana.
2. Briar, C., Gabriel, C., Lasserson, D., & Sharrack, B. (2004). L'essencial en sistema nerviós. Elsevier,
3. Cooper, GM, Hausman, RE & Wright, N. (2010). La cèl·lula. (Pp. 397-402). Marbán.
4. Flors, RC (2004). Biologia 1. Editorial Progrés.
5. Jiménez García, L. J & H Merchand Larios. (2003). Biologia Cel·lular i Molecular. Mèxic. Editorial Pearson Education.
6. Lodish et, H., Berk, A., Zipursky, SL, Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2003). Molecular cell biology. Fifth edition. New York: WH Freeman.
7. Magloire, K. (2012). Cracking the AP Biology Exam. Princeton Review.
8. Pierce, BA (2009). Genètica: Un enfocament conceptual. Ed. Mèdica Panamericana.
9. Ross, MH, Pawlina, W. (2006). Histologia. Editorial Mèdica Panamericana.
10. Sandoval, E. (2005). Tècniques aplicades a l'estudi de l'anatomia vegetal (Vol. 38). UNAM.
11. Scheffler, I. (2008). Mitocondri. Second edition. Wiley
12. Starr, C., Taggart, R., Evers, C., & Starr, L. (2015). Biology: The unity and diversity of life. Nelson Education.
13. Stille, D. (2006). Animal Cells: Smallest Units of Life. Exploring Science.
14. Tortora, GJ, Funke, BR, & Casi, CL (2007). Introducció a la microbiologia. Ed. Mèdica Panamericana.