Orgánulos celulares: definición, tipos y función en eucariotas y procariotas
Orgánulos celulares: descubre definición, tipos y funciones en eucariotas y procariotas, incluyendo microcompartimentos bacterianos y su organización celular.
En biología celular, un orgánulo es una parte de la célula que realiza un trabajo específico.
Los orgánulos suelen tener su propia membrana plasmática a su alrededor. La mayoría de los orgánulos de la célula se encuentran en el citoplasma.
El nombre de orgánulo proviene de la idea de que estas estructuras son para las células lo que un órgano es para el cuerpo.
Hay muchos tipos de orgánulos en las células eucariotas. Antes se pensaba que los procariotas no tenían orgánulos, pero ahora se han encontrado algunos ejemplos. No están organizados como los orgánulos de los eucariotas y no están limitados por membranas plasmáticas. Se denominan microcompartimentos bacterianos.
¿Qué son los orgánulos y por qué son importantes?
Un orgánulo es una estructura subcelular especializada que realiza funciones concretas —por ejemplo producir energía, sintetizar proteínas, degradar residuos o almacenar sustancias— y así permite que la célula opere de forma ordenada y eficiente. Algunos orgánulos están rodeados por membranas lipídicas (membrana interna), lo que les permite crear ambientes químicos distintos del citoplasma; otros no tienen membrana y su organización depende de ensamblajes proteicos o del citoesqueleto.
Principales orgánulos en células eucariotas y su función
- Núcleo: contiene la información genética en forma de ADN, está rodeado por la envoltura nuclear (doble membrana) y alberga el nucléolo, donde se ensamblan los ribosomas.
- Mitocondrias: centrales energéticas de la célula (producción de ATP por fosforilación oxidativa). Tienen doble membrana y su propio ADN mitocondrial; participan también en la señalización celular y apoptosis.
- Cloroplastos (en plantas y algas): realizan la fotosíntesis; poseen tilacoides, estroma y su propio ADN. Transforman energía lumínica en energía química.
- Retículo endoplásmico (RE): RE rugoso (con ribosomas) para síntesis y plegamiento de proteínas; RE liso para síntesis de lípidos, detoxificación y almacenamiento de calcio.
- Complejo de Golgi: modifica, clasifica y empaqueta proteínas y lípidos procedentes del RE para enviarlos a su destino (membrana, lisosomas, secreción).
- Lisosomas: vesículas ricas en enzimas hidrolíticas que degradan macromoléculas y orgánulos dañados (autofagia).
- Peroxisomas: participan en la oxidación de ácidos grasos y en la detoxificación de peróxido de hidrógeno (H2O2).
- Vacuolas: en células vegetales grandes, almacenan agua, iones, nutrientes y desechos; contribuyen a la turgencia celular.
- Ribosomas: máquinas de síntesis proteica; existen libres en el citosol o asociados al RE (no están limitados por membrana).
- Citoesqueleto: red de filamentos (microtúbulos, filamentos de actina, filamentos intermedios) que mantiene la forma celular, facilita el transporte intracelular y participa en la división celular.
- Centrosoma y centriolos: organizan microtúbulos y el huso mitótico durante la división celular (presente en muchas células animales).
Orgánulos y estructuras en procariotas
Las células procariotas (bacterias y arqueas) son más simples en organización, pero presentan estructuras especializadas:
- Nucleoide: región donde se encuentra el ADN circular; no está separado por membrana.
- Ribosomas 70S: síntesis proteica; más pequeños que los ribosomas eucariotas (80S).
- Plásmidos: moléculas de ADN extracromosómico que llevan genes adaptativos (resistencia a antibióticos, metabolismo de compuestos).
- Pared celular y membrana plasmática: protegen y mantienen la forma; en algunas bacterias hay membranas internas especializadas.
- Flagelos y fimbrias/pili: para motilidad y adherencia.
- Microcompartimentos bacterianos: estructuras proteicas que encapsulan enzimas y reacciones metabólicas (p. ej. carboxisomas para fijación de CO2). No están delimitados por membrana lipídica sino por una cubierta proteica.
- Magnetosomas: orgánulos membranosos en algunas bacterias magnetotácticas que contienen cristales magnéticos y ayudan a la orientación en campos magnéticos.
- Thylakoides en cianobacterias: membranas donde ocurre la fotosíntesis en bacterias fotosintéticas.
Comparación: eucariotas vs procariotas
- Compartimentalización: las eucariotas presentan múltiples orgánulos membranosos (más compartimentalización); las procariotas tienen menos compartimentos y muchos procesos ocurren en el citoplasma o en estructuras proteicas especializadas.
- Complejidad: eucariotas suelen ser más grandes y con mayor diversidad de orgánulos; procariotas son más pequeñas y eficientes en simplicidad.
- Material genético: eucariotas: núcleo con cromatina; procariotas: nucleoide sin envoltura.
- Ribosomas: 80S en eucariotas, 70S en procariotas.
Origen evolutivo
La teoría endosimbiótica explica el origen de mitocondrias y cloroplastos: se propone que bacterias ancestrales fueron incorporadas como simbiontes dentro de células eucariotas primitivas y, con el tiempo, establecieron una relación estable que originó orgánulos con ADN propio. Esta hipótesis está respaldada por similitudes en tamaño, doble membrana y genética entre estos orgánulos y ciertas bacterias.
Cómo se estudian los orgánulos
- Microscopía electrónica: resolución alta para ver membranas y estructuras internas.
- Microscopía de fluorescencia: etiquetado de proteínas/orgánulos con fluoróforos para seguir su dinámica en células vivas.
- Biología molecular y bioquímica: fraccionamiento subcelular, análisis proteómico y genómico para identificar componentes y funciones.
- Técnicas genéticas: deleciones, mutagénesis y expresión de proteínas marcadas para asignar funciones.
Importancia práctica
Conocer los orgánulos es esencial en medicina (p. ej. enfermedades mitocondriales), biotecnología (ingeniería de microcompartimentos bacterianos para producción industrial) y agricultura (modificar cloroplastos para mejorar la fotosíntesis). Además, el estudio de orgánulos ayuda a entender procesos básicos como el envejecimiento, la apoptosis y la respuesta inmune.
En resumen, los orgánulos son elementos clave que permiten la especialización de funciones dentro de la célula. Aunque las células procariotas y eucariotas difieren en organización, ambas han desarrollado soluciones eficientes para realizar procesos bioquímicos esenciales.
Una célula animal típica. Dentro del citoplasma, los principales orgánulos y estructuras celulares son (1) nucléolo (2) núcleo (3) ribosoma (4) vesícula (5) retículo endoplásmico rugoso (6) aparato de Golgi (7) citoesqueleto (8) retículo endoplásmico liso (9) mitocondria (10) vacuola (11) citosol (12) lisosoma (13) centríolo.
Alcance del término
En la actualidad, el término se utiliza ampliamente para referirse a las estructuras celulares rodeadas por membranas plasmáticas simples o dobles. Sin embargo, todavía coexiste la definición más antigua de "unidad funcional subcelular". Es decir, el término se utiliza a veces para estructuras que no están unidas a una membrana.
La membrana plasmática es una bicapa lipídica con algunas proteínas incrustadas en ella. Impide que los iones y las moléculas del orgánulo se fusionen con el entorno.
Origen de los orgánulos
Se cree que las mitocondrias y los cloroplastos, que tienen doble membrana y su propio ADN, se originaron a partir de organismos procariotas incompletos o invasores, que fueron adoptados como parte de la célula invadida. Esta idea se apoya en la teoría endosimbiótica.
Orgánulos eucariotas
Principales orgánulos
| Principales orgánulos eucariotas | ||||
| Organelos | Función principal | Estructura | Organismos | Notas |
| compartimento de doble membrana | plantas, protistas | tiene algo de ADN; originalmente se obtuvo por endosimbiosis. | ||
| traducción y plegado de nuevas proteínas (retículo endoplásmico rugoso), expresión de lípidos (retículo endoplásmico liso) | compartimento de una sola membrana | todos los eucariotas | El retículo endoplásmico rugoso tiene muchos ribosomas y pliegues que son sacos planos; el retículo endoplásmico liso tiene pliegues que son tubulares | |
| locomoción, sensorial | algunos eucariotas | |||
| clasificación y modificación de las proteínas | compartimento de una sola membrana | todos los eucariotas | ||
| producción de energía | compartimento de doble membrana | la mayoría de los eucariotas | tiene algo de ADN; originalmente se obtuvo por endosimbiosis | |
| Mantenimiento del ADN, transcripción del ARN | compartimento de doble membrana | todos los eucariotas | tiene la mayor parte del genoma | |
| almacenamiento, homeostasis | compartimento de una sola membrana | eucariotas | ||
Organelos menores
| Organelos y componentes celulares eucariotas menores | |||
| Organelo/Macromolécula | Función principal | Estructura | Organismos |
| acrosoma | ayuda a la fusión de los espermatozoides con el óvulo | compartimento de una sola membrana | muchos animales |
| autofagosoma | vesícula que recoge el material citoplasmático y los orgánulos para su degradación | compartimento de doble membrana | todas las células eucariotas |
| ancla para el citoesqueleto | proteína de los microtúbulos | animales | |
| movimiento en o del medio externo. | proteína de los microtúbulos | animales, protistas, pocas plantas | |
| cnidocisto | picazón | Tubo hueco enrollado | cnidarios |
| detecta la luz, permitiendo que se produzca la fototaxis | algas verdes y otros organismos fotosintéticos unicelulares como la Euglena | ||
| glicosoma | compartimento de una sola membrana | Algunos protozoos, como los tripanosomas. | |
| glyoxysome | conversión de la grasa en azúcares | compartimento de una sola membrana | plantas |
| energía y producción de hidrógeno | compartimento de doble membrana | algunos eucariotas unicelulares | |
| lisosoma | Descomposición de grandes moléculas (por ejemplo, proteínas + polisacáridos) | compartimento de una sola membrana | por convención, las células animales; pero (definición más amplia) la mayoría de los eucariotas |
| melanosoma | almacenamiento de pigmentos | compartimento de una sola membrana | animales |
| mitosoma | no se sabe | compartimento de doble membrana | algunos eucariotas unicelulares |
| miofibrilla | contracción muscular | filamentos agrupados | animales |
| producción de ribosomas | proteína-ADN-ARN | la mayoría de los eucariotas | |
| no se sabe | no se sabe | hongos | |
| peroxisoma | descomposición del peróxido de hidrógeno metabólico | compartimento de una sola membrana | todos los eucariotas |
| proteasoma | degradación de las proteínas innecesarias o dañadas por proteólisis | complejo proteico muy grande | Todos los eucariotas, todas las arqueas, algunas bacterias |
| la traducción del ARN en proteínas | ARN-proteína | eucariotas, procariotas | |
| gránulo de estrés | Almacenamiento de ARNm | sin membrana (complejos mRNP) | La mayoría de los eucariotas |
| vesícula | transporte de material | compartimento de una sola membrana | todos los eucariotas |
Organelos procariotas
Los procariotas no son tan complejos como los eucariotas. Se pensaba que no tenían estructuras internas encerradas por membranas lipídicas.
Sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que al menos algunos procariotas tienen microcompartimentos como los carboxisomas. Estos compartimentos subcelulares tienen entre 100 y 200 nm de diámetro y están encerrados por una envoltura de proteínas. Aún más sorprendente es la descripción de magnetosomas unidos a una membrana en las bacterias. así como las estructuras similares a núcleos de los Planctomicetos que están rodeados por membranas lipídicas.
| Organelos procarióticos y componentes celulares | |||
| Organelo/Macromolécula | Función principal | Estructura | Organismos |
| carboxysome | fijación de carbono | compartimento de proteínas | algunas bacterias |
| clorosoma | Complejo de recolección de luz | bacterias verdes del azufre | |
| movimiento en el medio externo | filamento proteico | algunos procariotas y eucariotas | |
| magnetosoma | orientación magnética | cristal inorgánico, membrana lipídica | bacterias magnetotácticas |
| nucleoide | Mantenimiento del ADN, transcripción a ARN | ADN-proteína | procariotas |
| Intercambio de ADN | ADN circular | algunas bacterias | |
| la traducción del ARN en proteínas | ARN-proteína | eucariotas, procariotas | |
| tilacoide | proteínas y pigmentos del fotosistema | principalmente cianobacterias | |
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es un orgánulo?
R: Un orgánulo es una parte de la célula que realiza un trabajo específico. Suele tener su propia membrana plasmática a su alrededor.
P: ¿Dónde se encuentran la mayoría de los orgánulos de la célula?
R: La mayoría de los orgánulos de la célula se encuentran en el citoplasma.
P: ¿Cuál es el origen del término "orgánulo"?
R: El término "orgánulo" proviene de la idea de que estas estructuras son a las células lo que un órgano es al cuerpo.
P: ¿Existen diferentes tipos de orgánulos en las células eucariotas?
R: Sí, hay muchos tipos de orgánulos en las células eucariotas.
P: ¿Tienen los procariotas su propio tipo de orgánulos?
R: Sí, aunque antes se pensaba que no tenían ninguno, ahora se han encontrado algunos ejemplos. No están organizados como los orgánulos de los eucariotas y no están limitados por membranas plasmáticas; se denominan microcompartimentos bacterianos.
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