Introduccin a la Clula Vegetal Dr Francisco Javier

Introducción a la Célula Vegetal Dr. Francisco Javier Cabral Arellano Morfofisioligía Vegeta 2010

NIVELES DE ORGANIZACIÓN n n En la naturaleza existen diferentes niveles de organización, desde la unidad básica: la célula hasta tejidos complejos que forman los diferentes órganos. En las plantas vasculares encontramos raíces, tallos, hojas, flores y frutos.

Teoría Celular n n Todo organismo vivo está formado por células. La célula es la unidad fisiológica y anatómica de todos los seres vivos. Sólo se forman células nuevas a partir de células preexistentes. La información genética que se necesita durante la vida y la que se requiere para la producción de nuevas células se transmite de una generación a la siguiente.

Clasificación de los organismos en 3 DOMINIOS n n n ARCHAEA: (“antiguo” u “original”): unicelulares, carecen de organelas (Procariotas) y está formado por especies que habitan ambientes extremos o inhóspitos, “extremófilas”. Actualmente existen 3 grupos: n Metanobacterias (Oxígeno y CO 2 en metano) n Halobacterias (hasta 5. 5 M de Na. Cl) n Sulfobacterias (compuestos sulforosos) BACTERIA: no poseen núcleo u organelas, la organización es muy sencilla (únicamente organismos unicelulares), son muy pequeños (de 0. 2 a 5 micras) (Procariotas). EUKARYA: eucariotas, unicelulares o multicelulaes, contienen núcleo y organelas, sistema de endomembranas, etc. (Reinos Protista, Animalia, Fungi y Plantae)

Semejanzas y diferencias entre células procariontes y eucariontes Propiedad Células Procariontes (Eubacterias y Arqueas) Eucariontes Tamaño Pequeño (en la mayoría de los casos pocos micrómetros de longitud o diámetro Grande (en la mayoría de los casos 10 a 50 veces la longitud o el diámetro de los procariontes, las células vegetales pueden medir entre 20 y 300 micrómetrosen longitud o diámetro) Núcleo rodeado de membrana No Sí Orgánulos No Sí Microtúbulos No Sí Microfilamentos No Sí Filamentos intermedios No Sí Exocitosis y endocitosis No Sí Modo de división celular Fisión celular Mitosis y meiosis Información genética ADN unido a unas pocas proteínas ADN unido a proteínas (destacando las histonas) con las que forman los cromosomas Ribosomas Pequeño (70 S); 3 moléculas de ARN y 55 proteínas Grande (80 S); 4 moléculas de ARN y aproximadamente 78 proteínas

REINOS Del DOMINIO EUKARYA

Reino PROTISTA Euglena pailasensis

Reino FUNGI

Reino PLANTAE

Reino ANIMALIA

Los 6 Reinos (modifica la clasificación de R. H. Whittaker de 5 reinos) n n MONERA: la mayoría de los procariotas, cianobacterias y micoplasmas. ARCHAEBACTERIA: procariotas, “bacterias” que habitan en ambientes extremos (altas temperaturas y p. H muy ácidos, altas concentraciones de sal). n PROTISTAS: algas y protozoarios n FUNGI n PLANTAE n ANIMALIA

Células Eucariotas n n n Plasmalema Pared celular (presente en plantas y hongos) Núcleo Citoplasma y organelas Partículas no membranosas (ribosomas) Citoesqueleto

Floema

Célula Vegetal n n PARED CELULAR: primaria y/o secundaria PROTOPLASTO = contenido de la célula

ESTRUCTURA DE LA CÉLULA VEGETAL n n n Pared celular (pared primaria, pared secundaria, lámina media, plasmodesmos, puntuaciones simples, rebordeadas) Protoplasma: contenido de la célula a excepción de la pared celular. Membrana plasmática (plasmalema). Retículo endoplasmático (RE), membrana nuclear, membrana vacuolar o tonoplasto y esferosomas. Peroxisomas, Complejo de Golgi (Dictiosoma).

ESTRUCTURA DE LA CÉLULA VEGETAL n Citoesqueleto: microtúbulos, microfilamentos, y otros materiales proteínicos n Ribosomas n Mitocondrias n Vacuola n Plastidios: leucoplastos, cromoplastos, cloroplastos, amiloplastos, proteinoplastos, elaioplastos (contienen lípidos), etioplastos, etc.

ESTRUCTURA DE LA CÉLULA VEGETAL n n Sustancias ergásticas: inclusiones de materiales relativamente puros dentro de plastidios, tales como cristales de Oxalato de Calcio, taninos, gránulos de almidón, y cuerpos proteínicos. Citosol: fluído que contiene a la mayoría de las estructuras mencionadas.

PARED CELULAR n Además de la vacuola y la presencia de plastidios, la PARED es una de las características principales que separa a las células vegetales de las animales n Limita el tamaño del protoplasto n Previene la ruptura de la plasmalema. n Afecta el tamaño y forma de la célula n Tiene una función crítica en el transporte de sustancias (transporte apoplástico).

PARED PRIMARIA n n n Es la primera en ser secretada por la plasmalema. Está compuesta de celulosas, hemicelulosas, sustancias pécticas, agua y proteínas. También contiene en menor proporción lignina, suberina y cutina. Tiene un grosor que varía entre 1 -3 µm, y entre un 9 y un 25% de celulosa organizada en microfibrillas. El arreglo de las microfibrillas le da a la pared una apariencia cristalina, y es responsable de su resistencia debido a la fuerza de los de enlaces de hidrógeno

PARED PRIMARIA n n n Se encuentra en células en crecimiento, o bien, células metabólicamente muy activas. Se comienza a formar durante la división celular (Telofase), durante el desarrollo del fragmoplasto (lámina que se forma a través del ecuador celular). Esta estructura forma una placa celular). Además de hemicelulosas tales como xiloglucanos y xilanos, que añaden gran rigidez a la pared. Esta consta de aproximadamente 65% de agua y entre 10 -35% de pectina.

PARED PRIMARIA n Las pectinas son hidrofílicas, y favorecen la extensión y flexibilidad de la pared. n n También existen proteínas conocidas como extensinas, las cuales tienen un importante papel en el crecimiento celular. Otras proteínas tipo lectinas actúan en el reconocimiento de moléculas foráneas

Formación de la pared primaria

PARED SECUNDARIA n n n Se deposita internamente a la pared primaria, cuando la célula ha detenido su expansión. Al final de la deposición de pared secundaria, el protoplasma muere. Son mucho mas gruesas que las primarias y consisten de 41 -45% celulosa, 30% de hemicelulosas, 22 -28% lignina, la cual es un material altamente resistente a la deformación y descomposición.

PARED SECUNDARIA n n Tenemos 3 capas: S 1, S 2, y S 3 Estas capas difieren en la orientación de las microfibrillas de celulosa, las que están organizadas siguiendo un patrón mucho más denso y complejo que en la pared primaria.

APOPTOSIS n n n Consiste en la muerte celular programada En muchas células, tiene lugar cuando se deposita la pared secundaria. La pared secundaria es rica en lignina, la cual es un polisacárido hidrofóbico que limita la absorción de agua por el apoplasto y la plasmalema

PLASMODESMOS n n Los plasmodesmos son estructuras de transporte de macromoléculas, que conectan células vecinas. Actúan como canales en el transporte vía simplasto y permiten el paso de moléculas de diferentes tamaños (Azúcares, aa, nucleótidos libres y hasta partículas virales). Una célula puede tener entre 1. 000 a 10. 000 plasmodesmos. Las paredes primarias tienen áreas de puntuaciones, las cuales tienen una alta densidad de plasmodesmos, que se forman al finalizar la mitosis, en los sitios de la placa celular atravesados por segmentos de retículo endoplásmico. Los plasmodesmos representan canales recubiertos por extensiones de la membrana plasmática y atravesados por segmentos de retículo endoplásmico que se proyectan al interior de otras células, y a estas extensiones del retículo endoplásmico así forrado se le llama desmotúbulo.

Plasmodesmos

MEMBRANA PLASMÁTICA

MEMBRANA PLASMÁTICA n n Regula el flujo de sustancias disueltas dentro y fuera de la célula. Es una bicapa lipídica con una parte hidrofílica y otra lipofilica. Existen proteínas (aproximadamente un 50% de la membrana) que flotan en el espacio lipídico de la membrana. Está formada por fosfolípidos (fósforo asociado con nitrógeno, mas dos cadenas largas de ácidos grasos).

Funciones de la membrana n n n Provee una barrera con permeabilidad selectiva. Transporte de solutos: La maquinaria de transporte de la membrana permite a la célula acumular sustancias, como azúcares y aminoácidos, necesarios para impulsar el metabolismo y construir macromoléculas También es capaz de transportar iones específicos, con los que establece gradientes iónicos a través de ella misma

Funciones de la membrana n n Respuesta a señales externas: la membrana plásmática posee un papel crítico en la respuesta de una célula a los estímulos externos. Ej. Iniciar ciclo celular, producir más glucógeno, e inclusive a cometer suicidio (Apoptosis). Interacción celular: permite que las células se reconozcan y envíen señales entre sí, que intercambien materiales e información.

Funciones de la membrana n n Participa en la formación de la pared celular, ya que la celulosa es sintetizada por enzimas presentes en la plasmalema. Otros componentes de la pared que son sintetizados en el interior celular se transportan por vesículas secretoras que se fusionan con la plasmalema y vierten su contenido en el exterior

EL NÚCLEO

EL NÚCLEO n Forma: generalmente esférica, puede ser lenticular y en algunos casos lobulado n n Tamaño: generalmente entre 5 -25 µm, visible con microscopio óptico. En las ovocélulas de Cycas y coníferas alcanza más de 500 µm: 0. 5 mm. Posición: es característica para cada tipo celular, en células embrionales ocupa el centro, en células adultas generalmente está desplazado hacia un costado, debido a que el centro está ocupado por una o más vacuolas.

EL NÚCLEO n n Número: la mayoría de las células de plantas superiores son uninucleadas, aunque ciertas células especializadas pueden ser multinucleadas: cenocitos, durante un período de su existencia o toda la vida (fibras liberianas, tubos laticíferos, endosperma). Constancia: normalmente todas las células vivas tienen núcleo, aunque hay excepciones. Los elementos traqueales (xilema) y los tubos cribosos del floema carecen de núcleo a la madurez, sin embargo, estos últimos reciben la influencia del núcleo de las células compañeras.

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS n n Funciona en la formación de nuevas organelas y la síntesis de materiales y su transporte dentro y fuera de la célula. Incluye al Retículo Endoplasmático (RE), la membrana nuclear, y la membrana vacuolar. La membrana plasmatica es considerada como una entidad aparte, aunque crece gracias a las secreciones de las vesículas del Complejo de Golgi (Dictiosomas). Las membranas internas y externas de las mitocondrias tampoco se consideran parte del sistema de endomembranas.

Retículo Endoplasmático n n n Sistema de membranas paralelas que semeja un saco colapsado con capas llamadas cisternas. El RE asociado con muchos ribosomas es llamado RE rugoso. Síntesis proteica. El RE liso tiene pocos ribosomas. Este tipo de ER participa el en metabolismo de los lípidos, oxidación de ácidos grasos, síntesis de fosfolípidos, glicolípidos y esteroides.

Esquema tridimensional del retículo endoplasmático rugoso, mostrando la síntesis de proteínas

Retículo Endoplasmático n n La morfología del RE le permite funcionar como un sistema de transporte intercelular de azúcar, aminoácidos y ATP a los sitios de uso o almacenamiento. Su extensa área superficial le permite distribuir enzimas. Su asociación con ribosomas indica que está involucrado en la síntesis de proteínas. Otra función del RE es la construcción de la membrana plasmática y la pared celular.

DICTIOSOMA o APARATO DE GOLGI n n n Formado por varios sáculos membranosos, discoides, llamados cisternas, también denominadas cuerpos de Golgi. Se subdivide en tres compartimentos (cis, medio y trans) consistentes en uno o más cisternas Su función es la de recibir productos elaborados, almacenarlos, modificarlos y transportarlos al exterior de la célula o hacia otros lugares de las membranas. Por lo tanto, el dictiosoma es un centro de distribución aún mayor que el RE. El tipo de productos que los Dictiosomas reciben o transportan depende del tipo de célula. Ej. En algunas células los productos pueden ser compuestos de la pared celular, en otras podrían ser proteínas, etc.

DICTIOSOMA

Vacuola n n La membrana es más delgada que la plasmalema (7. 5 nm) y se le llama tonoplasto, que es una unidad de membrana. Transporta solutos dentro y fuera de la vacuola, y por tanto, controla el potencial hídrico de la célula (turgor celular), lo cual es muy importante en las células guarda de los estomas.

VACUOLA

Vacuola n n n Las vacuolas facilitan la absorción de agua y minerales. Las vacuolas mantienen la turgencia de la célula y facilitan la absorción de nutrientes gracias a su gran volumen de agua. También, participan en el almacenamiento de sustancias y la lisis.

CITOESQUELETO n n n Formado por microtúbulos, microfilamentos de actina y filamentos intermedios. Interviene en el movimiento celular- movilización de vesículas de transporte, organelas y ciclosis ( que se evidencia cuando los plástidos son arrastrados por ella). El citoesqueleto produce la ciclosis y está vinculado con otros procesos como división celular, crecimiento y diferenciación. Contribuye a dar forma a la célula, e intervine en el proceso de división celular. Los microtúbulos están involucrados en procesos de motilidad y morfogénesis. Son estructuras tubulares largas, rígidas, formadas por cadenas lineales de moléculas de alfa y beta

CITOESQUELETO Citoesqueleto observado con microscopio de fluorescencia (Raven et al. 1992)

CITOESQUELETO n Los filamentos intermedios, compuestos por proteínas fibrosas; son elementos relativamente estáticos que soportan tensiones, a diferencia de los microfilamentos y microtúbulos, pueden organizarse y desarmarse rápidamente.

RIBOSOMAS n n n Son orgánulos donde ocurre la síntesis de proteínas. Están dispersos en el citoplasma o asociados con el Retículo Endoplásmico Pueden existir individualmente, o asociados entre sí formando cadenas espirales llamadas polirribosomas o polisomas, las cuales están unidas por una cadena de ARN mensajero.

RIBOSOMAS También existen ribosomas dentro de las mitocondrias y cloroplastos, ya que estos sintetizan sus propias proteínas

RIBOSOMAS n n n Las subunidades pequeñas sintetizan las proteínas Estas subunidades tienen diferente coeficiente de sedimentación y están unidades por iones Mg Los Ribosomas citoplasmáticos tienen un coeficiente de sedimentación de 80 S y los aislados de cloroplastos y mitocondrias tienen un coeficiente cercano a 70 S

MITOCONDRIAS n n n Tienen forma oval (reniforme) y una estructura interna compleja. Se originan por fision, y se heredan maternamente. No forma parte del sistema de endomembranas de la célula. Poseen su propio ADN y sintetizan parte de sus proteínas, pero a la vez dependen de proteínas originadas bajo control nuclear.

MITOCONDRIAS n n Se asemejan mucho a procariotas. Lynn Margulis ha sugerido que las mitocondrias originalmente eran procariotas que invadieron células eucariotas, aunque actualmente dependan de proteínas sintetizadas en el citosol (TEORÍA ENDOSIMBIÓTICA).

PLASTIDIOS n n Existen dos tipos de plastidios con pigmentos: los cloroplastos y los cromoplastos. Los cloroplastos tienen un sistema de membranas llamado tilacoide los cuales están asociados formando grana en el interior del estroma, o líquido interno al cloroplasto.

PEROXISOMA n Organelas pequeñas (0. 2 a 1. 5 µm de diámetro). n Rodeada de membrana simple. n Contienen la enzimas que forman H 2 O 2 y la enzima catalasa que degrada H 2 O 2 en H 2 O

RESUMEN n Existen tres características principales que separan a las células vegetales de las animales: n n n a) Pared celular y por lo general la célula vegetal es más o menos rígida y tiene forma poliédrica. b) Vacuola, las cuales mantienen la turgencia celular y proveen un gran volumen y área superficial con un mínimo de protoplasto. Las células meristemáticas poseen varias vacuolas pequeñas. c) Los plastidios especialmente los cloroplastos.