La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares

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APUNTES BIOLOGÍA FUNDAMENTAL Grado en Biología Universidad de Girona AprenAI 2026-2027 Apuntes de biología celular: células procariotas y eucariotas, transporte a través de membrana y funciones de los orgánulos y el citoesqueleto.

APREN.AI Índice 1 Organización celular: procariotas, eucariotas y modelos celulares Modelos de organización celular Diferenciación entre célula animal y vegetal 2 La membrana plasmática: estructura, permeabilidad y mecanismos de transporte Composición y modelo del mosaico fluido Mecanismos de transporte celular Dinámica de la bomba sodio-potasio 3 Orgánulos celulares y citoesqueleto: compartimentación y funciones Control genético y síntesis de proteínas Sistema de endomembranas y reciclaje macromolecular Orgánulos de almacenamiento, detoxificación y energía El citoesqueleto 4 Resumen para repasar Organización y modelos celulares Membrana plasmática y transporte Orgánulos celulares y citoesqueleto Soluciones de las preguntas de repaso Estos apuntes pueden contener errores u omisiones.

Son un material de apoyo y no sustituyen al temario oficial ni al profesorado: contrasta la información importante. La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares 1 1 Organización celular: procariotas, eucariotas y modelos celulares AL ACABAR SABRÁS Comparar los rasgos citológicos y dimensionales de procariotas y eucariotas. Identificar los orgánulos diagnósticos propios de células vegetales y animales. PIÉNSALO ANTES DE LEER 1 ¿Por qué un antibiótico que destruye la pared bacteriana no causa daño directo a las células humanas? La célula es la unidad fundamental de los seres vivos en el plano anatómico y funcional.

Constituye una entidad individualizada y metabólicamente autónoma delimitada por una membrana que regula los intercambios con el entorno. Modelos de organización celular La diferenciación a lo largo de la historia biológica originó dos grandes arquitecturas celulares: procariotas y eucariotas.

Criterio Célula procariota Célula eucariota Tamaño celular 1-10 µm 5-100 µm Compartimento nuclear Ausente; material genético condensado en nucleoide sin envoltura Núcleo delimitado por membrana doble Dominios biológicos Bacteria y Archaea Eukarya (protoctistas/algas, hongos, plantas y animales) Compartimentación interna Ausente; ribosomas dispersos Múltiples orgánulos membranosos con funciones especializadas Estructuras de superficie Pared celular y apéndices locomotores (cilios, flagelos) Variable según el linaje celular Las células procariotas destacan por su carácter primitivo y simplicidad estructural, mientras que las eucariotas alcanzaron una notable compartimentación interna.

La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares 2 ESQUEMA Clasificación de los tipos de organización celular COMPRUEBA 2 ¿Qué rasgo define la localización del ADN en una bacteria frente a una levadura? Diferenciación entre célula animal y vegetal Dentro de los organismos eucariotas existen divergencias estructurales marcadas entre los linajes de plantas y animales: Pared celular: ausente en células animales; presente en vegetales para aportar rigidez y protección mecánica externa. Plastos: los cloroplastos son exclusivos de los vegetales fotosintéticos.

Sistema vacuolar: las plantas disponen de una gran vacuola central que ocupa la mayor parte del citosol; en animales las vacuolas son pequeñas o transitorias. Centriolos: forman parte de la arquitectura de la célula animal y faltan de manera típica en vegetales superiores. Procariota Sin núcleo membranoso (1-10 µm) Bacteria Dominio procariota Archaea Dominio procariota Eucariota Con compartimentos y núcleo (5- 100 µm) Célula animal Con centriolos, sin pared Célula vegetal Con pared, cloroplastos y gran vacuola La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares 3 Esquema anatómico comparativo entre célula eucariota animal y vegetal con sus orgánulos.

ERROR FRECUENTE Confundir el nucleoide procariota con el nucléolo eucariota. El nucleoide es la región donde se dispone el cromosoma procariota desnudo; el nucléolo es un subcompartimento del núcleo eucariota especializado en ensamblar subunidades ribosómicas. IDEAS CLAVE La célula representa el nivel elemental provisto de funcionalidad y metabolismo completo. Los procariotas (Bacteria y Archaea) carecen de núcleo compartimentado y miden entre 1 y 10 µm. Los eucariotas (Eukarya) miden de 5 a 100 µm y poseen compartimentación endomembranosa. La pared celular, cloroplastos y la gran vacuola central distinguen a la célula vegetal de la animal. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 3.

¿Cuáles son los dominios que presentan organización biológica procariota? 4. ¿Qué estructuras exclusivas permiten clasificar visualmente una célula como vegetal? La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares 4 Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 5. ¿Qué intervalo dimensional describe de forma representativa a los procariotas? 6. ¿En qué taxón o dominio se integran los hongos y los animales? 7. ¿Qué componente celular está presente en células animales pero falta en vegetales superiores? 8. ¿Cómo se organiza el genoma bacteriano respecto al citosol?

2 La membrana plasmática: estructura, permeabilidad y mecanismos de transporte AL ACABAR SABRÁS Describir la disposición asimétrica de los componentes de la membrana celular según el mosaico fluido. Diferenciar las variantes de transporte pasivo respecto a las rutas activas dependientes de hidrólisis de ATP. PIÉNSALO ANTES DE LEER 9 ¿Por qué las sales minerales disueltas no cruzan espontáneamente las zonas lipídicas de la membrana? La membrana plasmática es la barrera semipermeable que limita el volumen celular. Preserva una composición interna estable mediante el control molecular y participa en la recepción de señales del microambiente.

100-200 µm a) 5-100 µm b) 1-10 µm c) 0,1-0,5 µm d) Bacteria a) Archaea b) Eukarya c) Procaryota d) Ribosomas a) Peroxisomas b) Mitocondrias c) Centriolos d) Con envoltura lipídica a) Dentro de la vacuola b) Adherido al cloroplasto c) En un nucleoide sin membrana d) La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares 5 Composición y modelo del mosaico fluido La envoltura adopta la estructura conocida como modelo de mosaico fluido, integrada por tres tipos de macromoléculas: Lípidos: los fosfolípidos representan la fracción dominante. Disponen sus colas hidrófobas enfrentadas al núcleo de la lámina y sus cabezas polares hacia los medios acuosos (citosol y espacio extracelular).

La bicapa integra además colesterol, molécula que regula la flexibilidad de las cadenas. Proteínas: se distribuyen de forma asimétrica. Se clasifican por su unión en periféricas (asociadas a la superficie) o integrales (embebidas en el grosor lipídico, incluyendo las transmembrana). Glúcidos: orientados en la monocapa externa como glicolípidos y glicoproteínas (constituyentes del glicocáliz), fundamentales para la identidad y el reconocimiento intercelular. Esquema estructural del modelo de mosaico fluido con lípidos, glúcidos y proteínas integrales. COMPRUEBA 10 ¿Por qué una molécula apolar atraviesa la membrana más rápido que un ion inorgánico pequeño?

Mecanismos de transporte celular El intercambio de solutos a través de la membrana se articula mediante dos estrategias energéticas: La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares 6 Diagrama general comparativo entre difusión simple, difusión facilitada y transporte activo celular.

Modalidad Dirección de gradiente Consumo de energía Mediador proteico / Ejemplo Difusión simple A favor de gradiente Nulo (transporte pasivo) Sin mediador proteico; moléculas pequeñas y liposolubles Ósmosis A favor de gradiente químico de agua Nulo Desplazamiento del disolvente para regular tonicidad Difusión facilitada A favor de gradiente electroquímico Nulo Proteínas de canal (acuaporinas, canal iónico CFTR) o transportadores con cambio conformacional (GLUT-1 para glucosa) Transporte activo En contra de gradiente electroquímico Requiere aporte neto de ATP Bomba de sodio-potasio ( ) Na /K -ATPasa + + La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares 7 Diagrama de transporte de glucosa mediante cambios conformacionales en el transportador GLUT-1.

Dinámica de la bomba sodio-potasio La bomba de sodio-potasio contrarresta la entropía celular consumiendo ATP para translocar cationes en contra de sus potenciales: Esquema funcional secuencial del bombeo contragradiente de la bomba sodio-potasio impulsada por ATP. ERROR FRECUENTE Asumir que toda proteína transportadora gasta energía metabólica directa. El transportador GLUT-1 o los canales iónicos median difusión facilitada, la cual es enteramente pasiva y depende del gradiente electroquímico preexistente. Tres iones citoplasmáticos se ligan a las regiones de alta afinidad del transportador.

1 Na+ La hidrólisis del ATP provoca la fosforilación de la proteína, induciendo una apertura estructural hacia la matriz extracelular. 2 La afinidad por el sodio desciende y los iones se liberan fuera; se abren sitios receptores con alta afinidad por el potasio. 3 Dos iones extracelulares se acoplan, lo que provoca la hidrólisis del grupo fosfato. 4 K+ La desfosforilación restituye la conformación original, vertiendo el potasio dentro de la célula. 5 La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares 8 PROCESO Ciclo operativo de la bomba de sodio-potasio IDEAS CLAVE El modelo de mosaico fluido describe una bicapa lipídica anfipática con proteínas integrales y periféricas.

Los carbohidratos de la envoltura miran en exclusiva al exterior celular, configurando el reconocimiento del glicocáliz. El transporte pasivo abarca la difusión simple, la ósmosis y la difusión facilitada (canales y transportadores de cambio conformacional). El transporte activo requiere ATP para desplazar solutos en contra de gradiente electroquímico mediante bombas iónicas. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 11. ¿En qué se diferencia el mecanismo operativo de un canal iónico del de un transportador como GLUT-1? 12. ¿Qué función termodinámica cumple la molécula de ATP en las bombas membranales? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 13.

¿Hacia qué región quedan orientadas las cadenas hidrocarbonadas hidrófobas en la membrana? Fijación de Na Tres cationes citosólicos se unen a la proteína 1 Fosforilación por ATP Transferencia del grupo fosfato de la molécula energética 2 Descarga externa de Na Apertura exterior y pérdida de afinidad por el catión 3 Fijación de K Dos cationes exteriores contactan los sitios activos 4 Desfosforilación y liberación Pérdida del fosfato y descarga de potasio al citoplasma 5 Al espacio intercelular a) Hacia el glicocáliz externo b) Hacia el interior de la bicapa c) Al citoplasma celular d) La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares 9 14.

¿Cuál es la función preponderante de los glúcidos de membrana? 15. ¿Qué mecanismo utiliza la célula para transportar agua a través de acuaporinas? 16. ¿Qué consecuencia directa provoca la fosforilación en la bomba de sodio-potasio? 3 Orgánulos celulares y citoesqueleto: compartimentación y funciones AL ACABAR SABRÁS Relacionar la estructura con la función en los componentes del sistema endomembranoso. Distinguir el papel energético y bioquímico de cloroplastos, mitocondrias y peroxisomas. PIÉNSALO ANTES DE LEER 17 ¿Por qué las enzimas digestivas celulares están confinadas en el interior de lisosomas y no sueltas en el citoplasma?

La compartimentación celular en eucariotas permite coordinar reacciones metabólicas incompatibles en recintos aislados y optimizar los flujos moleculares. Control genético y síntesis de proteínas El núcleo celular conserva el genoma y coordina la síntesis macromolecular: Núcleo: almacena el ADN celular, rodeado por una doble envoltura nuclear perforada por poros nucleares que median el tráfico selectivo de proteínas y ARN. En su interior ocurre la duplicación del ADN previa a la división celular. El nucléolo sintetiza el ARN ribosómico e inicia el ensamble de las subunidades ribosómicas.

Ribosomas: complejos ribonucleoproteicos sin membrana integrados por ARN ribosómico y polipéptidos estructurales. Representan la sede material de la síntesis de proteínas. Se localizan libres en el citosol, anclados a la cara citoplásmica del retículo endoplásmico rugoso o en el interior de mitocondrias y cloroplastos.

Sistema de endomembranas y reciclaje macromolecular Una red membranosa canaliza la síntesis y distribución intracelular: Síntesis directa de ATP a) Digestión de sustratos hidrolíticos b) Transporte activo de iones c) Reconocimiento y señalización celular d) Transporte activo primario a) Fagocitosis vesicular b) Difusión facilitada c) Difusión activa contragradiente d) Degradación del transportador a) Captación neta de glucosa b) Apertura del poro al exterior c) Entrada espontánea de agua d) La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares 10 Retículo endoplásmico rugoso (RER): sacos aplanados contiguos a la envoltura nuclear provistos de ribosomas adheridos.

Centraliza la producción de proteínas para membranas, orgánulos y secreción externa. Retículo endoplásmico liso (REL): red de túbulos sin ribosomas, especializada en el procesamiento y metabolismo de lípidos (síntesis y degradación). Aparato de Golgi: pilas de cisternas curvadas con una orientación polar marcada: la cara cis (receptora de vesículas del RER) y la cara trans (emisora de vesículas de transporte hacia la membrana u otros orgánulos). Modifica y clasifica proteínas, además de ensamblar polisacáridos de la pared vegetal. Lisosomas: vesículas ácidas originadas en el aparato de Golgi cargadas de hidrolasas ácidas.

Constituyen la estación de reciclaje citoplásmico degradando macromoléculas a monómeros para aprovechamiento energético o anabólico. COMPRUEBA 18 ¿Qué ruta sigue una glicoproteína de secreción desde su síntesis hasta el medio extracelular? Orgánulos de almacenamiento, detoxificación y energía Diversos compartimentos gestionan el estrés redox y el suministro energético celular: Peroxisomas: orgánulos unienvoltura donde ocurren procesos de reducción-oxidación. Albergan la enzima catalasa, que neutraliza el peróxido de hidrógeno ( ) descomponiéndolo en agua y oxígeno para evitar lesiones en lípidos y ADN. Vacuolas: orgánulos membranosos que ocupan hasta el 80 % del citosol en vegetales y hongos.

Almacenan iones ( , ), proteínas y sustancias tóxicas defensivas (como la nicotina), ejerciendo funciones líticas en taxones desprovistos de lisosomas. Mitocondrias: factorías metabólicas donde ocurre la respiración celular aerobia. Oxidan moléculas como la glucosa para producir adenosín trifosfato (ATP). Poseen doble membrana: la interna se repliega en crestas rodeando la matriz mitocondrial, la cual alberga ribosomas, enzimas y ADN mitocondrial propio. Cloroplastos: presentes en células fotosintéticas vegetales. Poseen doble membrana envolvente y una red interna llamada grana (pilas de sacos aplanados denominados tilacoides) inmersa en el fluido del estroma.

Retienen pigmentos captadores de luz (clorofilas y carotenoides) indispensables para la fotosíntesis. El citoesqueleto Red filamentosa proteica citoplasmática responsable de aportar sostén estructural, mantener la forma celular y dirigir el tráfico de vesículas y los movimientos mecánicos. Sus tres filamentos esenciales son los microfilamentos de actina, los filamentos intermedios (como queratina) y los microtúbulos de tubulina. H O 2 2 K+ Cl La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares 11 ERROR FRECUENTE Asignar genoma propio a orgánulos del sistema de endomembranas como Golgi o lisosomas.

Únicamente el núcleo, las mitocondrias y los cloroplastos contienen ADN capaz de codificar proteínas en su interior. PROCESO Ruta del tráfico de proteínas en el sistema de endomembranas IDEAS CLAVE El núcleo coordina la duplicación génica y contiene el nucléolo para ensamblar complejos ribosómicos. El RER sintetiza proteínas de membrana y exportación, mientras que el REL procesa y sintetiza lípidos. El complejo de Golgi posee polaridad funcional (caras cis y trans) para la maduración vesicular. Las mitocondrias y cloroplastos son orgánulos de doble membrana especializados en transformaciones energéticas.

El citoesqueleto se compone de actina, filamentos intermedios y tubulina para sustento y movimiento. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 19. ¿Cuál es la función protectora concreta que realiza la enzima catalasa en los peroxisomas? 20. ¿En qué compartimento mitocondrial se localiza el ADN propio de este orgánulo?

Traducción en RER Ribosomas vierten cadenas nacientes al lumen del retículo 1 Transporte vesicular Vesículas de transición se desprenden hacia Golgi 2 Entrada cara cis Recepción y fusión vesicular en el complejo de Golgi 3 Salida cara trans Empaquetamiento selectivo hacia destinos diana 4 Destino final Fusión con membrana plasmática o derivación lisosomal 5 La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares 12 Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 21. ¿Qué orgánulo membranoso contiene hidrolasas ácidas para el reciclaje de macromoléculas? 22. ¿Cuál es la polaridad receptora en el aparato de Golgi para el material que proviene del RER? 23.

¿Qué componente del citoesqueleto está constituido específicamente por monómeros de tubulina? 24. ¿En qué región del cloroplasto se ubican los pigmentos clorofílicos y carotenoides? 4 Resumen para repasar Organización y modelos celulares Concepto Definición clave Célula procariota Célula primitiva y de menor tamaño (1-10 µm) que carece de núcleo delimitado por membrana, propia de Bacteria y Archaea. Célula eucariota Célula evolucionada y de mayor tamaño (5-100 µm) dotada de núcleo verdadero y compartimentos membranosos (Eukarya). Célula vegetal Célula eucariota caracterizada por la presencia de pared celular rígida, cloroplastos y una gran vacuola central.

Célula animal Célula eucariota sin pared celular ni cloroplastos, distinguida por contener centriolos. Peroxisoma a) Lisosoma b) Nucléolo c) Ribosoma d) Matriz crestal a) Cara trans b) Cara cis c) Estroma basal d) Fibras de colágeno a) Microfilamentos b) Filamentos intermedios c) Microtúbulos d) En la cara cis interna a) En el estroma fluido b) En los poros de la envuelta c) En los tilacoides d) La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares 13 Membrana plasmática y transporte Mecanismo / Componente Función y características Bicapa de fosfolípidos Estructura básica anfipática con cabezas hidrófilas hacia los medios acuosos y colas hidrófobas enfrentadas al interior.

Proteínas de membrana Distribución asimétrica en la bicapa (integrales, periféricas y transmembrana) para transporte y comunicación celular. Glúcidos de membrana Cadenas oligosacáridas situadas exclusivamente en la superficie externa para reconocimiento e identidad celular. Difusión simple Paso pasivo a favor de gradiente de concentración para sustancias pequeñas y liposolubles sin gasto energético. Ósmosis Flujo pasivo de agua a través de la membrana determinado por el gradiente de concentración de solutos. Difusión facilitada Transporte pasivo a favor de gradiente electroquímico mediante proteínas de canal (como CFTR o acuaporinas) o permeasas (GLUT-1).

Transporte activo Movimiento contragradiente dependiente de hidrólisis de ATP ejecutado por bombas (como la ). Orgánulos celulares y citoesqueleto Orgánulo / Estructura Función principal Núcleo y nucléolo Custodia del genoma con doble membrana y poros; el nucléolo sintetiza ARN ribosómico e inicia el ensamble ribosómico. Ribosomas Complejos de ARNr y proteínas libres o adheridos al RER que actúan como centros físicos de la síntesis de proteínas. Retículo endoplásmico rugoso (RER) Sacos aplanados con ribosomas donde se sintetizan, pliegan y modifican proteínas destinadas a secreción o membranas.

Retículo endoplásmico liso (REL) Red tubular sin ribosomas dedicada a la síntesis y procesamiento del metabolismo lipídico. Aparato de Golgi Cisternas apiladas polarizadas (cis y trans) que reciben, modifican y empaquetan proteínas y sintetizan glúcidos parietales. Lisosomas Vesículas ácidas con hidrolasas procedentes de Golgi dedicadas a la digestión y reciclaje celular de macromoléculas. Peroxisomas Orgánulos de membrana única donde ocurren reacciones redox; la catalasa neutraliza el en agua y oxígeno. Vacuolas Compartimentos voluminosos vegetales y fúngicos de almacenamiento hídrico, iones ( , ) o metabolitos secundarios.

Na /K -ATPasa + + H O 2 2 K+ Cl La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares 14 Orgánulo / Estructura Función principal Mitocondrias Orgánulos de doble membrana con crestas y matriz encargados de la respiración celular y síntesis de ATP. Cloroplastos Orgánulos fotosintéticos vegetales con doble membrana, tilacoides agrupados en grana y estroma con clorofilas y carotenos. Citoesqueleto Red filamentosa (microfilamentos de actina, filamentos intermedios y microtúbulos de tubulina) de sostén, forma y motilidad. La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares 15 Soluciones de las preguntas de repaso 1.

Porque las células humanas pertenecen al linaje eucariota animal y carecen por completo de pared celular externa. 2. En la bacteria (procariota) el ADN reside en una región desprovista de membrana llamada nucleoide, mientras que en la levadura (eucariota) se encuentra dentro de un núcleo rodeado por envoltura nuclear. 3. Los dominios correspondientes a esta organización celular son Bacteria y Archaea. 4. La pared vegetal rígida, los cloroplastos fotosintéticos y una gran vacuola central. 5. c) 1-10 µm. El tamaño medio característico de las células procariotas abarca de 1 a 10 micrómetros. 6. c) Eukarya.

Pertenecen al dominio Eukarya por presentar organización eucariota y orgánulos membranosos. 7. d) Centriolos. Los centriolos participan en la dinámica animal y no se hallan en células vegetales superiores. 8. d) En un nucleoide sin membrana. El material génico procariota se agrupa en el nucleoide sin membrana que lo separe del citoplasma. 9. Porque poseen carga eléctrica y son insolubles en el ambiente hidrófobo que forman las colas de ácidos grasos. 10. Porque el núcleo de la bicapa lipídica es fuertemente hidrófobo, lo que permite disolver sustancias lipofílicas pero repele solutos con carga neta. 11.

El canal forma un poro continuo para el paso iónico selectivo, mientras que el transportador sufre modificaciones estructurales secuenciales con cada evento de carga y liberación. 12. Aporta la energía libre necesaria para transportar solutos en contra de su gradiente electroquímico natural. 13. c) Hacia el interior de la bicapa. Las colas apolares se disponen encaradas entre sí en el espesor interno huyendo del entorno acuoso. 14. d) Reconocimiento y señalización celular. Los carbohidratos en la cara extracelular participan en el reconocimiento y confieren identidad a la célula. 15. c) Difusión facilitada.

El flujo de agua mediante proteínas de canal (acuaporinas) constituye un fenómeno pasivo facilitado. 16. c) Apertura del poro al exterior. La unión del grupo fosfato modifica la conformación de la bomba facilitando la descarga de sodio al exterior. 17. Para impedir que sus hidrolasas ácidas degraden de forma indiscriminada las estructuras esenciales de la célula. 18. Se sintetiza y pliega en el RER, viaja en vesículas a la cara cis del complejo de Golgi para su procesamiento, se expide por la cara trans y se vierte por exocitosis en la membrana. 19. Descompone el peróxido de hidrógeno residual de las reacciones oxidativas en agua y oxígeno inocuos. 20.

Se ubica en la matriz mitocondrial, el fluido interno delimitado por la membrana interna plegada. 21. b) Lisosoma. Los lisosomas actúan como centros de digestión y reciclaje celular mediante hidrolasas ácidas. La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares 16 22. c) Cara cis. La cara cis recibe los flujos vesiculares provenientes del retículo endoplásmico rugoso. 23. d) Microtúbulos. Los microtúbulos se forman mediante la polimerización estructurada de tubulina. 24. d) En los tilacoides. Las clorofilas y los carotenoides se hallan anclados a las membranas de los sacos tilacoidales. La Célula: Estructura, Membrana y Orgánulos Celulares 17