4 Componentes Principales del Citoplasma (Con Diagrama)

Los siguientes puntos destacan los cuatro componentes principales del citoplasma. Los componentes son: 1. Placa Base o Matriz Citoplasmática 2. Organoides u Orgánulos 3. Inclusiones o Sustancias Ergásticas 4. Vacuolas.

Citoplasma: Componente # 1. Placa Base o Matriz Citoplasmática:

En microscopía óptica, el término groundplasm se refiere a la fracción líquida del citoplasma en la que se suspenden otros componentes del protoplasto.

En la ultraestructura, la sustancia subterránea o matriz citoplasmática se define como la parte líquida viscosa, homogénea, clara y transparente del citoplasma. Tiene la propiedad inusual de ser capaz de fluir viscoso como un líquido y deformaciones elásticas como un sólido.

La matriz citoplasmática cerca de la membrana externa tiende a ser densa como sólida y se conoce generalmente como ectoplasma, mientras que la matriz citoplasmática en el interior de la célula, generalmente en estado fluido, se conoce como endoplasma.

La placa base contiene una gran variedad de sales e iones inorgánicos, así como carbohidratos, proteínas, grasas y muchas otras sustancias orgánicas que están más allá del límite de resolución del microscopio electrónico. Esta sustancia subterránea homogénea sigue siendo un desafío porque el mundo estructural de los átomos del citoplasma sigue siendo desconocido y necesita exploración.

Citoplasma: Componente # 2. Los Organoides u Orgánulos:

Una variedad de cuerpos vivos de estructuras y funciones definidas se ven suspendidos en el citoplasma que se conocen como organoides u orgánulos. Estos orgánulos son los principales sitios para las diversas actividades citoplasmáticas. Los orgánulos son de dos tipos: algunos se ocupan de los trabajos químicos o del metabolismo del citoplasma y otros de los trabajos mecánicos.

Los orgánulos relacionados con los trabajos químicos del citoplasma son los siguientes:

(i) Plastidos (solo en las células vegetales),

(ii) Mitocondrias,

(iii) Complejo Golgi,

(iv) Ribosomas,

(v) Retículo endoplásmico y

vi) Lisosomas, Microcuerpos y Peroxisomas.

Los otros tipos de orgánulos relacionados con los trabajos mecánicos del citoplasma son:

(i) Microtúbulos,

ii) Centrosomas (no observados en las células de plantas superiores),

iii) Flagelos y Cilios.

a. Los plastidos:

Estos son cuerpos citoplasmáticos de color o incoloros presentes en todas las células vegetales, excepto los hongos y procariotas. Es solo a causa de la presencia de estos plastidos que las células vegetales tienen diversos colores.

En función del color, estos plastidos pueden agruparse en los siguientes tipos:

i) Leucoplastos o leucoplastos (incoloros),

ii) Cloroplastos (verdes),

(iii) Cromoplastos (de colores distintos del verde).

Los cromoplastos son responsables de los colores amarillos, rosados y rojos de las flores, frutos y hojas jóvenes de las plantas. Los leucoplastos a veces se llaman amiloplastos si almacenan almidón. Los amiloplastos se encuentran principalmente en las células de los órganos de almacenamiento, como en los tubérculos de patata.

Los plastidos generalmente se colorean debido a la presencia de varios tipos de sustancias colorantes llamadas pigmentos.

A continuación se enumeran algunos pigmentos importantes y sus colores respectivos:

Estos pigmentos se encuentran en los plastidos. Sin embargo, hay ciertos pigmentos, como las antocianinas, que no se encuentran en los plastidos, sino que se disuelven en la sustancia fundamental del citoplasma. Los colores azules, rojos y rosados de algunas flores y hojas jóvenes aparecen debido a la presencia de antocianinas.

El cloroplasto es el más importante de todos los plastidos y es el principal sitio de fotosíntesis en las células vegetales. Los cloroplastos son de varias formas y tamaños. En las plantas superiores, generalmente tienen la forma de una lente biconvexa y tienen de 4 a 6 µ de diámetro y de 2 a 3 µ de grosor.

Su número en una célula varía de planta a planta y de tejido a tejido. Las células juveniles por lo general carecen de cloroplastos, pero contienen cuerpos submicroscópicos llamados proplástidos a partir de los cuales se desarrollan cloroplastos a medida que las células maduran. El cloroplasto se desarrolla solo en las células expuestas a la luz.

b. Mitocondrias:

Hay varios términos sinónimos para mitocondrias como condriocondos, condriomas, mitosomas, condriosomas, etc. Fue Kolliker quien observó estructuras en forma de gránulos en las células musculares de los insectos en el año 1880. Flemming (1882) los llamó fila y más tarde Altmann (1890) los llamó bioplastos.

En 1897, Benda demostró objetos similares en células y les asignó el nombre de mitocondrias. Lewis y Lewis (1914) demostraron la posibilidad de que las mitocondrias estén relacionadas con alguna actividad metabólica de la célula y Hogeboom (1948) ha demostrado que las mitocondrias son los principales sitios para la respiración celular. La presencia de mitocondrias en la célula vegetal fue detectada por primera vez por F. Meves en 1904 en Nymphaea.

Las mitocondrias están prácticamente presentes en todas las células aeróbicas. Están ausentes en bacterias, otras células procariotas y glóbulos rojos maduros de los organismos multicelulares.

Las mitocondrias están delimitadas por dos capas de membranas unitarias. La capa interna se invagina para formar placas en forma de dedos, placas en forma de placa o bolsas en el lumen de las mitocondrias. Estos pliegues o placas se llaman cristas. El espacio entre las membranas exterior e interior y el espacio central está lleno de matriz mitocondrial viscosa que contiene enzimas oxidativas y coenzimas.

Las mitocondrias son cuerpos incoloros ampliamente distribuidos en la sustancia fundamental del citoplasma. Estos se diferencian fácilmente de otros componentes citoplásmicos mediante el proceso de tinción. Se tiñen selectivamente con una mancha especial Janus green.

Las mitocondrias tienen diferentes formas. Pueden ser fibrilares, esféricos, en forma de varilla y oval y pueden cambiar de una forma a otra dependiendo de las condiciones fisiológicas de las células.

Las mitocondrias miden normalmente de 0,5 µ a 1,0 µ de diámetro y alcanzan una longitud de hasta 40 µ. Contienen numerosas enzimas que participan en los pasos oxidativos del ciclo de Krebs en el proceso respiratorio. Los compuestos de fosfato de alta energía, como el difosfato de adenosina (ADP) y el trifosfato de adenosina (ATP), también se sintetizan y almacenan en las mitocondrias.

Estos compuestos de fosfato después de la descomposición liberan una enorme cantidad de energía que se requiere para completar muchos procesos químicos del citoplasma. Esta es la razón por la que las mitocondrias son consideradas como la “casa de poder” de la célula.

Son los principales pero no los únicos sitios de oxidación, ya que la oxidación de algunos compuestos también tiene lugar en la sustancia base del citoplasma con la ayuda de enzimas presentes en el mismo (Fig. 1.19).

c. Complejo Golgi:

Este orgánulo citoplasmático lleva el nombre de su descubridor Golgi. La estructura fue descubierta en 1898. Los cuerpos de golgi también se llaman lipocondrias. Durante varios años hubo un considerable desacuerdo sobre la existencia de ese orgánulo. La mayoría de los primeros biólogos creían que era un artefacto de fijación o procedimientos de tinción.

Los estudios con microscopio de contraste de fase a principios de la década de 1940 también indicaron la existencia de cuerpos de golgi. El estudio de micrografías electrónicas de secciones delgadas de células en la década de 1950 finalmente demostró sin lugar a dudas la existencia de cuerpos de golgi en todas las células de los eucariotas. El aparato de golgi no existe en los procariotas.

Los estudios microscópicos electrónicos han revelado que este orgánulo consiste en una serie de vesículas limitadas de membrana contorneada lisa agrupadas de forma compacta de formas y dimensiones variables y un número variable de vacuolas pequeñas .

Las membranas del complejo de golgi son de lipoproteínas. Las funciones del complejo de golgi son el almacenamiento de proteínas y enzimas y la secreción de muchos materiales importantes, incluidos los materiales de la pared celular.

d. Retículo endoplásmico:

El término “retículo endoplasmático” fue introducido por Porter y Kallman (1952). Mediante el uso de secciones ultrafinas y técnicas de fijación mejoradas desarrolladas por Palade y Porter (1954), finalmente se reconoció que el retículo endoplásmico presentaba cavidades de una gran variedad de formas y dimensiones rodeadas por membranas.

El retículo endoplásmico se encuentra casi universalmente en las células eucariotas. Carece de las células bacterianas y mixofíceas. Es un sistema o red de túbulos finos unidos a membrana interconectados llamados canalículas (Fig. 1.20). Obviamente, el retículo endoplásmico (RE) es un sistema hueco.

A veces, aparece como un sistema continuo, conectado por un lado a la membrana plasmática y por el otro lado a la envoltura nuclear. Esta continuidad no es reconocible en las secciones delgadas de la célula. Las membranas del retículo endoplásmico están tachonadas con una sola capa de partículas opacas de ribonucleoproteína llamadas ribosomas.

El retículo endoplásmico en cierta región de la célula puede estar desprovisto de partículas de ribosomas.

e. Función:

Las funciones del retículo endoplásmico todavía no se entienden perfectamente. Las canalículas del retículo endoplásmico probablemente sirven como sistema para transportar materias primas desde el entorno citoplasmático a la maquinaria enzimática ubicada en las mitocondrias y en otros lugares de la célula, y también proporcionan vías para la difusión de metabolitos en toda la célula.

Las canalículas actúan como canales para el transporte de productos secretores. Palade (1956) ha observado gránulos secretores en la cavidad del retículo endoplasmático.

Varios gránulos secretores de retículo endoplásmico granular se transportan a otros orgánulos de la siguiente manera:

ER granular → ER agranular →cistemas de Golgibody → gránulos secretores

El retículo endoplármico actúa como marco esquelético ultraestructural en la célula. El retículo endoplásmico proporciona una mayor superficie para las diversas actividades enzimáticas. Contiene muchas enzimas que realizan diversas reacciones metabólicas.

f. Microsomas:

Los microsomas son un tipo especial de orgánulos en el citoplasma que se describen como pequeñas vesículas delimitadas por finas membranas superficiales de lipoproteínas impregnadas con pequeñas partículas de ribosomas. Se supone que se han desarrollado cuando las canalículas del ergastoplasma se rompen en pequeñas esferas.

Los microsomas se encuentran dispersos en el citoplasma. Estos cuerpos ricos en ARN son los principales sitios para la síntesis de proteínas y sus membranas están involucradas en la síntesis de esteroides.

g. Lisosomas, Microcuerpos y Peroxisomas:

En la matriz citoplasmática de las células animales se encuentran cuerpos de diversas formas, generalmente limitados por una sola membrana superficial y que contienen enzimas hidrolíticas. Estos se llaman lisosomas (Fig. 1.19). Los lisosomas fueron reportados por primera vez por de Duve en 1955.

En 1964, P. Matile demostró la aparición de lisosomas en el hongo Neurospora. Los lisosomas se originan en el complejo de golgi. Los lisosomas son de naturaleza lítica y participan en la digestión de sustancias intracelulares.

La función de la membrana lisosómica es separar las enzimas hidrolíticas de otra parte de la célula, protegiendo así a la célula de la auto-digestión. Cuando las células mueren, los lisosomas liberan sus enzimas que digieren rápidamente la célula. Los lisosomas de las células vegetales son gránulos de almacenamiento unidos a la membrana que contienen una variedad de enzimas hidrolíticas y comprenden esfaerosomas, granos de aleurona y vacuolas.

h. Microcuerpos:

En el suelo de muchas células se encuentran cuerpos esféricos u ovoides unidos a membranas de tamaño variable, 0.2-1.5 mµ de diámetro que se llaman microcuerpos. Estos cuerpos están rodeados por una membrana de una sola unidad y contienen materiales densos o cristalinos, la matriz. Recientemente se ha descubierto que contienen enzimas, especialmente catalasas, oxidasas y enzimas para el metabolismo del peróxido de hidrógeno.

i. Ribosomas:

En el citoplasma de la célula aparecen partículas compuestas de ácido ribonucleico (ARN) y proteínas. Estos se llaman ribosomas. Estas partículas se producen libremente en el citoplasma y también permanecen unidas a la membrana del retículo endoplásmico.

Los tamaños de los ribosomas varían un poco, siendo aproximadamente 150 Å en bacterias, cloroplastos y mitocondrias y 140-200 Å en el citoplasma de las células eucariotas vegetales y animales. Cada ribosoma está compuesto de dos subunidades; una subunidad más pequeña, llamada subunidad 40s y una subunidad más grande llamada subunidad 60s.

Los ribosomas permanecen unidos a la membrana del retículo endoplásmico por la subunidad más grande. La subunidad más pequeña permanece unida a la subunidad más grande formando una estructura similar a una tapa. Los ribosomas son los principales sitios de síntesis de proteínas 3f.

j. Microtúbulos:

Los microtúbulos y los filamentos citoplásmicos se han descubierto recientemente en el citoplasma de una amplia variedad de células vegetales y animales, por lo que ahora pueden considerarse como el componente universal de las células eucariotas. Los filamentos citoplásmicos son varillas de longitud indefinida y 40-50 Å de espesor. Tales filamentos se observan en la mayoría de las células vegetales indiferenciadas.

El sistema filamentoso probablemente forma parte de una maquinaria mecánica que convierte la energía química en trabajo y, por lo tanto, produce una transmisión citoplasmática rápida y proporciona resistencia. Son rectas e indefinidas en longitud y tienen una apariencia hueca. Cada microtúbulo es un agregado de unos 10 a 14 microfilamentos longitudinales (Fig. 1.21).

También es posible que las subunidades responsables de la formación de los filamentos citoplásmicos puedan agregarse de tal manera que formen microtúbulos directamente sin formar primero microfilamentos. El estudio microscópico electrónico ha arrojado mucha luz sobre la estructura de estos túbulos citoplásmicos.

Son diferentes de otras estructuras tubulares, como el retículo endoplásmico, los cuerpos de golgi. Los microtúbulos tienen alrededor de 200 a 270 Å de diámetro externo con una pared densa de electrones de unos 50 a 70 Å de espesor. Se encuentran en estado de rotación. Están presentes en el huso nuclear, los cinetosomas y los cilios.

Por lo tanto, al igual que los filamentos, los microtúbulos parecen estar involucrados con la maquinaria del movimiento. Estos túbulos también juegan un papel importante en el mantenimiento de la forma de la célula. Así como los filamentos, los microtúbulos forman la parte del citoesqueleto en la matriz citoplasmática. Las otras funciones de estos túbulos aún no se han descubierto.

k. Centrosoma:

En las células de algunas plantas inferiores y de todos los animales se produce una estructura radiante en el citoplasma muy cerca del núcleo. Eso se denomina centrosoma. El término centrosoma fue acuñado por T. Boveri en 1888. Consiste en un sistema de radiación, el aster o rayos astrales, y un par de gránulos, los centriolos o diplosomas (Fig. 1.19).

Los centriolos son cuerpos auto-duplicantes independientes, de 300-500 mµ de longitud y de 150 a 160 mµ de diámetro. Forman un ángulo de 90° entre sí. La ultraestructura de una célula revela que el centriolo es un pequeño cilindro en forma de barril formado por nueve trillizos de rodillos o fibrillas orientados longitudinalmente, espaciados uniformemente, incrustados en una matriz amorfa densa.

Un extremo del centriolo parece estar cerrado mientras que el otro extremo está abierto.

La unidad más interna de cada trillizo se denomina subfibril A y las otras dos subfibril B y C. Los tres subfibrilos tienen microtúbulos con un borde denso y un centro menos denso que les da una apariencia hueca. De hecho, no se ha establecido si son túbulos o fibras sólidas con una corteza densa y un interior ligero.

Las subfibrillas A de los nueve trillizos están uniformemente espaciadas en la circunferencia de un círculo de aproximadamente 150 mµ de diámetro y cada trillizo está inclinado de modo que una línea a través de los centros de sus subunidades forma un ángulo de aproximadamente 30° con una tangente a este círculo en el punto medio de la subfibrilla A.

La disposición de las fibrillas en la pared del centriolo se asemeja así al conjunto de propulsantes de un molinete. El subfibril A está provisto de dos brazos divergentes cortos. Uno de los dos brazos, dirigido hacia adentro a lo largo de un radio, tiene un extremo libre que apunta hacia el centro del centríolo y el otro brazo, dirigido hacia afuera, conecta A con la subfibril C del siguiente triplete.

Los trillizos sucesivos están así unidos, subfibril A Fig C, alrededor de la circunferencia del centriolo por una serie de densidades lineales delgadas (Fig. 1.22).

El interior del centriolo generalmente está lleno de un citoplasma homogéneo de baja densidad, pero puede contener uno o más gránulos densos pequeños. A veces, los brazos fibrosos o los microtúbulos también irradian de ellos. En algunos tipos de células, se despliegan dos o más estructuras pericentriolares o satélites alrededor del centriolo. Estos adoptan diversas formas.

Recientemente, se ha observado la presencia de ADN y ARN en los centriolos. Probablemente la información para la síntesis de centriolos se obtiene de una unidad de ADN diminuta con un peso de aproximadamente 2 X 10-16 gm.

l. Función:

Centrosoma realiza la función mecánica de la célula. Antes del inicio de la división nuclear, el centrosoma se divide en dos. Dos centrosomas migran a los dos polos opuestos del núcleo, donde participan en la formación de aparatos mitóticos y dirigen la separación de cromosomas durante la división nuclear.

m. Flagelos y Cilios:

Los cilios y flagelos laten rápidamente y los procesos filamentosos contráctiles emergen del citoplasma. Recientemente han sido examinados con microscopio electrónico y se ha encontrado que los cilios y flagelos en todos los reinos de plantas y animales muestran estructuras idénticas.

Los cilios se han definido como procesos cilíndricos largos cónicos en la punta y compuestos de un complejo de filamentos axiales incrustados en una matriz y encerrados en una membrana ciliar que es continua en la base con una membrana celular adecuada.

Aunque no hay una diferencia estructural fundamental entre los cilios y los flagelos, ambos se pueden distinguir entre sí por las siguientes características:

(i) Los flagelos son pocos en número en cada celda, pero los cilios son numerosos en número por celda.

(ii) Los flagelos son largos en proporción al tamaño de la célula, mientras que los cilios son pequeños. El eje del cilio tiene un diámetro de 0,2-0,25 µ y de 5 a 10 µ. largo. Los flagelos van desde esta longitud hacia arriba hasta 150 µ o más.

(iii) Los flagelos laten de forma independiente y exhiben movimiento ondulatorio, mientras que los cilios tienden a latir en ritmos coordinados y se mueven en un trazo barrido o pendular.

Los flagelos y los cilios tienen un “complejo de fibras axiales” que consiste en un número constante de fibrillas o microtúbulos internos, es decir, 11, de los cuales dos están en el centro y nueve microfibrillas separadas uniformemente permanecen dispuestas alrededor de las dos fibrillas centrales (9 + 2). Estas once fibrillas permanecen incrustadas en la matriz de consistencia líquida y encerradas en una membrana unitaria de 90 Å de espesor (Fig. 1.23).

Las dos fibrillas centrales del complejo de fibras axiales están en estado singularizado. Tienen una sección transversal aproximadamente circular, 240 A de diámetro y unos 360 A de centro a centro. Están envueltos por una vaina central que muestra la composición en espiral en sección longitudinal (Fig. 1.24). Tienen aspecto tubular que tiene una región externa más densa y un núcleo central ligero.

Las nueve fibrillas periféricas difieren de las dos fibrillas centrales en ser dobles (es decir, cada una compuesta de dos subfibrillas). Miden aproximadamente 38 A por 260 A en sección transversal. Un subfibril de cada doblete se designa como subfibril A y el otro como subfibril B.

El subfibril A tiene un perfil circular, mientras que el subfibril B es crescéntrico y comparte un sector de la pared del subfibril A. El tabique curvado entre los dos es, por lo tanto, una parte de la pared del subfibril A y es convexo hacia el subfibril B. El subfibril B independiente del subfibril Å no sería un túbulo completo (Higos. 1.24 y 1.25).

El subfibril A tiene 2 brazos cortos que se proyectan hacia la subfibril B del doblete siguiente. Gibbons demostró que estos brazos están compuestos de proteínas que llamó dineína, que parece estar involucrada en la producción de trabajo mecánico. El interior del subfibril A en los cilios de algunos tipos de células parece más oscuro que el del subfibril B.

Las fibrillas o túbulos ciliales y los microtúbulos citoplásmicos son similares en apariencia y dimensión y, como los microtúbulos citoplásmicos, los microtúbulos ciliales están compuestos de unos 10-14 filamentos citoplásmicos. El complejo microtubular en cilios y flagelos termina en su base en un cuerpo basal o corpúsculo basal que es un cilindro hueco con la misma estructura que un centriolo.

Se cree que los cuerpos basales de cilios y flagelos surgen por reduplicación de centriolos. La forma de reduplicación del centriolo no se conoce en absoluto, pero al igual que la forma de reduplicación de los cromosomas, los centriolos se mueven hacia la membrana superficial de la célula y forman los cuerpos basales o cinetosomas que a su vez dan lugar a cilios o flagelos.

Los gránulos basales situados en la base de los cilios o flagelos también pueden dividirse en dos y cada gránulo hija puede producir un nuevo cilio o flagelo, según sea el caso.

La arquitectura del cilio está íntimamente relacionada con el ritmo ciliar. La dirección del latido ciliar es perpendicular a una línea que une los dos túbulos centrales.

Citoplasma: Componente # 3. Sustancias ergásticas o Inclusiones citoplasmáticas:

En la sustancia fundamental del citoplasma se observan muchos cuerpos no vivos llamados inclusiones citoplasmáticas. Estas sustancias se forman como resultado del metabolismo y se acumulan en forma de gránulos o cristales como, por ejemplo, carbonato de calcio, oxalato de calcio, granos de almidón, proteínas, pigmentos, taninos, resinas y gotas de aceite.

Citoplasma: Componente # 4. Vacuola:

En la sustancia base del citoplasma se pueden ver una o más vacuolas además de los componentes vivos. Es una cuestión discutible si una vacuola debe tratarse como un orgánulo celular. Las vacuolas tienen membranas vacuolares o tonoplastos y están llenas de savia vacuolar.

Todavía es una pregunta abierta si las vacuolas están delimitadas por una membrana o una interfaz citoplasmática. Algunas vacuolas parecen representar vesículas de paredes lisas formadas por retículo endoplásmico y tienen extensiones fibrilares, p. ej., el retículo endoplásmico contribuye a las membranas de las vacuolas.

Esta opinión fue cuestionada sobre la base de que las vacuolas carecen de continuidad con el retículo endoplásmico o la membrana nuclear.

La segunda escuela de pensamiento sostiene que las vacuolas se derivan del aparato de golgi. El desarrollo vacuolar en las células del ápice de los brotes de cebada apoya la segunda vista. Las vacuolas ganan en volumen por simple fusión de otras más pequeñas.

Mollenhauer y sus asociados (1961) por otro lado sugieren un tipo diferente de desarrollo vacuolar en las células de la capa radicular. Se ha encontrado que el aparato de golgi de estas células produce pequeñas vesículas que sirven para transportar el material a los periféricos de la célula. El material de la vacuola después de la disposición entra en la composición de la pared celular, mientras que la membrana vacuolar se fusiona con la membrana plasmática.

Las vacuolas son comunes en las células de plantas y animales. En algunos organismos unicelulares primitivos, las vacuolas contienen partículas de alimentos, por lo que se llaman vacuolas de alimentos. Estas cavidades tienen propiedades especiales de contracción y expansión.

Bombean el exceso de agua y productos de desecho del citoplasma y, por lo tanto, mantienen la presión interna definida en la célula. La porción líquida de la vacuola, la llamada savia vacuolar, nunca es una sustancia viva. Es una solución acuosa de desechos solubles que incluyen pigmentos,azúcares, ácido úrico, etc.