Célula eucariota (citoplasma)
Explorarás cómo el citoplasma eucariota organiza citosol, citoesqueleto y organelas para cumplir funciones vitales, y aprenderás a identificar la función y relación de cada estructura.
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El porqué del tema
¿Para qué estudiamos este tema?
En los temas anteriores comprendiste que la célula eucariota está delimitada por la membrana celular y que su material genético está protegido dentro del núcleo. Pero entre la membrana y el núcleo existe un espacio extenso, dinámico y muy organizado: el citoplasma.
Estudiar el citoplasma responde a una pregunta central de la biología celular: ¿cómo logra la célula eucariota realizar simultáneamente funciones tan distintas como degradar, sintetizar, transportar, sostener y transformar energía? La respuesta está en su compartimentación interna: el citoplasma contiene una matriz fluida, un esqueleto de proteínas y organelas especializadas.
En los exámenes de admisión de la UNMSM este tema es uno de los más preguntados de citología. No basta saber los nombres de las organelas: hay que dominar qué función cumple cada una, qué tipo de membrana presenta, en qué tipo celular se encuentra y cómo se relaciona con las demás estructuras.
Este tema se apoya directamente en la membrana celular —porque muchas sustancias deben cruzarla para llegar al citoplasma— y deja preparado el camino hacia la biología molecular, porque los ribosomas citoplasmáticos ejecutan la traducción de la información que viene del ADN.
Antes de empezar
Lo que necesitas saber antes
Antes de entrar al citoplasma, recuerda dos ideas del tema anterior.
1. La membrana celular regula el paso de sustancias. Según el modelo de mosaico fluido, la membrana es una bicapa lipídica con proteínas. Las sustancias pueden atravesarla por:
- Difusión simple: sin proteínas transportadoras y sin gasto de energía. Pasan gases como y , moléculas liposolubles y algunas moléculas pequeñas polares, como el glicerol.
- Difusión facilitada: a favor del gradiente de concentración, pero mediante proteínas transportadoras o canales; así ingresan aminoácidos y glucosa.
- Transporte activo: en contra del gradiente y con gasto de ATP; el ejemplo clásico es la bomba de sodio y potasio ().
2. El núcleo presenta envoltura nuclear y poros. La envoltura nuclear tiene dos membranas; la membrana externa tiene ribosomas adheridos y se continúa con el retículo endoplasmático rugoso. Esto es importante para entender la síntesis de proteínas.
1. El citoplasma y la matriz citoplasmática
1.1. ¿Qué es el citoplasma?
El citoplasma es todo el contenido celular ubicado entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear. Está formado por:
- La matriz citoplasmática o citosol.
- El citoesqueleto.
- Las organelas u organoides.
- Las inclusiones citoplasmáticas.
No es una masa uniforme: es una estructura dinámica, con regiones más fluidas y otras más viscosas, y con organelas que se mueven e interactúan.
1.2. El citosol: un coloide con propiedades especiales
El citosol, también llamado matriz citoplasmática, es el medio interno fluido donde están suspendidas las organelas. Está compuesto mayoritariamente por agua, iones, proteínas enzimáticas, aminoácidos, azúcares, ARN y otras moléculas.
Químicamente, el citosol se comporta como un coloide: sus macromoléculas forman partículas dispersas que no se sedimentan con facilidad. Por eso presenta propiedades como:
- Movimiento browniano: las partículas coloidales se mueven de manera caótica por el choque con las moléculas de agua.
- Efecto Tyndall: la luz se dispersa al atravesar el medio coloidal, por lo que un haz luminoso se puede visualizar.
- Tixotropía: es la capacidad del citosol para cambiar reversiblemente de estado más fluido a más viscoso.
El citosol puede presentar dos fases:
| Fase | Otro nombre | Característica |
|---|---|---|
| Citogel | Plasmogel | Mayor proporción de proteínas, más viscoso |
| Citosol | Plasmosol | Mayor proporción de agua, más fluido |
La tixotropía permite que una célula como la ameba modifique su consistencia y desarrolle el movimiento ameboide: el ectoplasma se gelifica y el endoplasma fluye.
1.3. Funciones del citosol
El citosol no es solo un espacio de relleno. En él ocurren reacciones metabólicas fundamentales, como:
- Glucólisis: degradación inicial de la glucosa.
- Fermentación láctica y alcohólica.
- Síntesis de proteínas por ribosomas libres.
- Almacenamiento temporal de compuestos energéticos como glucógeno en animales y almidón en vegetales.
Esquema de célula eucariota animal en corte con sus organelos principales.
2. Citoesqueleto: sostén, forma y movimiento interno
El citoesqueleto es una red tridimensional de proteínas filamentosas y tubulares que recorre el citoplasma. No es un simple armazón rígido: es dinámico, se desarma y se reorganiza continuamente.
Está formado por tres componentes principales.
2.1. Microfilamentos
- Están compuestos sobre todo por actina.
- Se forman como cadenas dobles de actina enrolladas.
- Tienen un diámetro pequeño, aproximadamente 7 nm.
- Participan en:
- Sostén de la membrana.
- Movimiento ameboide.
- Contracción muscular junto con la miosina.
- Ciclosis: corriente citoplasmática que desplaza organelas en células vegetales.
- Formación del anillo contráctil durante la citocinesis.
2.2. Filamentos intermedios
- Tienen un diámetro intermedio, alrededor de 10 nm.
- Son muy estables y resistentes a la tensión.
- Su composición varía según el tipo celular:
- Queratinas en células epiteliales.
- Vimentina en células del tejido conjuntivo.
- Desmina en células musculares.
- Láminas nucleares en la envoltura nuclear.
- Brindan soporte mecánico y anclan organelas.
2.3. Microtúbulos
- Están formados por dímeros de tubulina alfa y beta.
- Son cilindros huecos de aproximadamente 25 nm de diámetro.
- Cumplen funciones esenciales:
- Mantener la forma celular.
- Servir como vías de transporte intracelular: las vesículas y organelas se desplazan sobre ellos.
- Formar el huso acromático durante la división celular.
- Formar centriolos, cilios y flagelos.
| Componente | Proteína principal | Función destacada |
|---|---|---|
| Microfilamentos | Actina | Movimiento, ciclosis, sostén |
| Filamentos intermedios | Queratinas, vimentina, etc. | Resistencia mecánica |
| Microtúbulos | Tubulina | Transporte intracelular, huso, cilios |
2.4. Centrosoma, centriolos, cilios y flagelos
El centrosoma es el principal centro organizador de microtúbulos en células animales. Contiene un par de centriolos dispuestos perpendicularmente. Cada centriolo está formado por nueve tripletes de microtúbulos; este arreglo se expresa como 9+0.
Durante la división celular, el centrosoma origina el huso acromático y los ásteres.
Los cilios y flagelos son proyecciones móviles de la superficie celular. Su estructura interna, el axonema, presenta nueve dobletes periféricos y dos microtúbulos centrales, es decir, un arreglo 9+2. Se originan a partir del corpúsculo basal y participan en locomoción o en mover el medio externo.
2.5. Citoesqueleto y movimiento de organelas
Las vesículas de fagocitosis, las mitocondrias y otras estructuras no flotan al azar: se desplazan asociadas a proteínas motoras que caminan sobre los microtúbulos y microfilamentos. Así, un fagocito puede llevar una bacteria englobada hacia los lisosomas.
3. Ribosomas: organelas sin membrana
Los ribosomas son complejos supramoleculares no membranosos formados por ARN ribosómico (ARNr) y proteínas. Están presentes en todas las células y son responsables de la síntesis de proteínas o traducción.
En eucariotas, el ribosoma completo tiene un coeficiente de sedimentación de 80S, formado por dos subunidades:
- Subunidad mayor: 60S
- Subunidad menor: 40S
Cada subunidad contiene ARNr específico y proteínas ribosomales.
Los ribosomas pueden encontrarse:
- Libres en el citosol: sintetizan proteínas de uso interno.
- Adheridos al retículo endoplasmático rugoso: sintetizan proteínas de exportación, de membrana o de lisosomas.
- Adheridos a la membrana externa de la envoltura nuclear.
Cuando varios ribosomas traducen simultáneamente un mismo ARN mensajero, se forma un polisoma o polirribosoma.
4. Sistema de endomembranas: retículo endoplasmático y aparato de Golgi
El sistema de endomembranas agrupa a la envoltura nuclear, el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi, los lisosomas, las vacuolas y la membrana plasmática. Todas estas estructuras se comunican mediante vesículas.
4.1. Retículo endoplasmático rugoso (RER)
Está formado por cisternas membranosas con ribosomas adheridos en su cara citoplasmática.
Funciones:
- Síntesis de proteínas de exportación: enzimas digestivas, hormonas proteicas, anticuerpos.
- Síntesis de proteínas de membrana.
- Inicio de la glicosilación de proteínas.
- Participa en la formación de membranas celulares.
Es muy abundante en células con alta síntesis proteica, como las células del páncreas, los hepatocitos y las células plasmáticas.
4.2. Retículo endoplasmático liso (REL)
Carece de ribosomas y sus membranas forman túbulos.
Funciones:
- Síntesis de lípidos: fosfolípidos, colesterol y hormonas esteroideas.
- Detoxificación celular: transforma sustancias tóxicas en el hígado.
- Glucogenólisis: participa en la liberación de glucosa desde el glucógeno.
- Almacenamiento de calcio en células musculares.
4.3. Aparato de Golgi
Está formado por apilamientos de cisternas aplanadas llamadas dictiosomas. Presenta dos caras:
- Cara cis: más cercana al retículo endoplasmático, recibe vesículas.
- Cara trans: más alejada, empaqueta y distribuye.
Funciones:
- Maduración y selección de proteínas provenientes del RER.
- Empaquetamiento en vesículas de secreción.
- Formación de los lisosomas primarios.
- Formación de la pared celular vegetal durante la citocinesis.
- Glicosilación de proteínas y lípidos.
- Formación del acrosoma en espermatozoides.
5. Lisosomas: la digestión celular
Los lisosomas son organelas monomembranosas formadas a partir del aparato de Golgi. Contienen enzimas hidrolíticas capaces de degradar proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos y lípidos.
Se distinguen:
- Lisosoma primario: recién formado, solo contiene enzimas digestivas.
- Lisosoma secundario: se forma al fusionarse el lisosoma primario con una vesícula que contiene material por digerir.
- Cuerpo residual: estructura que queda cuando el lisosoma no puede degradar por completo ciertos materiales.
Funciones:
- Heterofagia: digestión de partículas externas incorporadas por fagocitosis o pinocitosis.
- Autofagia: digestión de organelas desgastadas de la propia célula.
- Autólisis: digestión total de la célula envejecida o dañada.
6. Peroxisomas y glioxisomas
6.1. Peroxisomas
Son organelas monomembranosas presentes en células animales y vegetales. Contienen enzimas oxidasas y catalasas.
Funciones:
- Formación y degradación de peróxido de hidrógeno ().
- La catalasa convierte el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno:
- Participan en la beta-oxidación de ácidos grasos de cadena larga.
- En células vegetales participan en la fotorrespiración junto con cloroplastos y mitocondrias.
6.2. Glioxisomas
Son peroxisomas especializados de células vegetales, sobre todo en semillas en germinación. Contienen enzimas del ciclo del glioxilato, que permite transformar lípidos en glúcidos, nutriendo a la plántula antes de que realice suficiente fotosíntesis.
7. Vacuolas: almacenamiento y regulación hídrica
Las vacuolas son organelas monomembranosas de almacenamiento.
7.1. Vacuola vegetal
En células vegetales adultas suele existir una vacuola central grande. Su membrana se denomina tonoplasto y su contenido líquido es la savia vacuolar.
Contenido:
- Agua.
- Sales minerales.
- Azúcares.
- Pigmentos como las antocianinas.
- Alcaloides y productos de desecho.
Funciones:
- Regulación de la turgencia celular.
- Almacenamiento de sustancias.
- Mantenimiento del pH.
- Defensa química mediante compuestos tóxicos.
7.2. Vacuola contráctil o pulsátil
En protozoarios de agua dulce como Paramecium y Amoeba, la vacuola contráctil expulsa el exceso de agua que ingresa por ósmosis. Cumple una función osmorreguladora.
7.3. Fenómenos osmóticos en células vegetales
Cuando una célula vegetal se coloca en soluciones de diferente concentración:
- En medio hipotónico: el agua ingresa, la vacuola se agranda y la célula se vuelve turgente; la pared celular impide que estalle.
- En medio isotónico: no hay movimiento neto de agua; la célula queda flácida.
- En medio hipertónico: el agua sale, la vacuola se reduce y la membrana se separa de la pared celular; este fenómeno se llama plasmólisis.
8. Organelas bimembranosas: mitocondrias y cloroplastos
8.1. Mitocondrias
Las mitocondrias son organelas de doble membrana presentes en células animales y vegetales. Son semiautónomas, porque tienen ADN propio, ribosomas y capacidad de dividirse.
Estructura:
- Membrana externa: lisa.
- Membrana interna: presenta pliegues llamados crestas mitocondriales.
- Espacio intermembrana: entre la membrana externa e interna.
- Matriz mitocondrial: contiene ADN mitocondrial, ribosomas y enzimas del ciclo de Krebs.
- En la membrana interna se ubican las partículas ATP sintasa.
Función:
- Realiza la respiración celular aeróbica.
- En la matriz ocurre el ciclo de Krebs.
- En las crestas ocurre la cadena transportadora de electrones.
- Produce abundante ATP.
8.2. Cloroplastos y plastidios
Los plastidios son organelas de células vegetales. Según su contenido y función se clasifican en:
| Plastidio | Función o contenido |
|---|---|
| Cloroplasto | Fotosíntesis; contiene clorofila |
| Cromoplasto | Pigmentos como carotenos y xantofilas; da color a flores y frutos |
| Leucoplasto | Almacena almidón, proteínas o aceites |
El cloroplasto es el plastidio fotosintéticamente activo. Presenta:
- Doble membrana.
- Tilacoides: sacos membranosos internos; apilados forman las granas.
- Estroma: matriz interna con ADN, ribosomas y enzimas.
En los tilacoides ocurre la fase luminosa de la fotosíntesis; en el estroma, la fase oscura o ciclo de Calvin.
9. Inclusiones citoplasmáticas
Las inclusiones citoplasmáticas no son organelas: son acúmulos temporales de sustancias de reserva o de desecho.
Ejemplos:
- Glucógeno en células animales.
- Almidón en células vegetales.
- Gotas de lípidos o triglicéridos.
- Cristales minerales como oxalato de calcio.
No poseen membrana propia y su presencia depende del estado metabólico de la célula.
Comparación entre célula animal y vegetal
| Estructura | Animal | Vegetal |
|---|---|---|
| Centrosoma con centriolos | Generalmente presente | Ausente en plantas superiores |
| Pared celular | Ausente | Presente, celulósica |
| Cloroplastos | Ausentes | Presentes en células fotosintéticas |
| Vacuola central grande | Ausente o pequeña | Presente |
| Glioxisomas | Ausentes | Presentes, sobre todo en semillas |
| Lisosomas | Presentes | Menos típicos; la vacuola cumple funciones equivalentes |
| Mitocondrias, RER, REL, Golgi, peroxisomas, ribosomas | Presentes | Presentes |
Cuidado
Errores frecuentes
Evita estas confusiones, muy comunes en los exámenes:
- Confundir citoplasma con citosol. El citosol es solo la parte fluida; el citoplasma incluye citosol, citoesqueleto, organelas e inclusiones.
- Pensar que el RER sintetiza lípidos. El RER sintetiza proteínas; el que sintetiza lípidos es el REL.
- Creer que los ribosomas tienen membrana. Son organelas no membranosas.
- Afirmar que los lisosomas contienen catalasa. Las enzimas características de los lisosomas son hidrolíticas; las oxidasas y catalasas son del peroxisoma.
- Confundir actina con miosina. Los microfilamentos del citoesqueleto son de actina. La miosina actúa como proteína motora, no como componente estructural principal del citoesqueleto.
- Pensar que las vacuolas son exclusivas de vegetales. También existen en protozoarios, como la vacuola contráctil.
- Creer que el cloroplasto produce ATP como la mitocondria mediante respiración. El cloroplasto capta energía lumínica y produce ATP durante la fotosíntesis, pero su función global es sintetizar materia orgánica.
- Olvidar que mitocondrias y cloroplastos son semiautónomos. Tienen ADN propio y ribosomas, pero no son completamente independientes del núcleo.
Aprende resolviendo
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1
Una célula humana del ovario produce grandes cantidades de hormonas esteroideas. ¿Qué organela citoplasmática debe estar especialmente desarrollada?
Paso a paso:
- Las hormonas esteroideas son lípidos.
- La síntesis de lípidos en la célula eucariota se realiza en el retículo endoplasmático liso.
- Por lo tanto, esa célula tendrá un REL muy desarrollado.
Respuesta: retículo endoplasmático liso.
Ejemplo 2
Un estudiante observa al microscopio células vegetales sumergidas en solución salina concentrada. Nota que la membrana plasmática se separa de la pared celular. ¿Cómo se llama este proceso y por qué ocurre?
Paso a paso:
- La solución salina concentrada es hipertónica respecto al interior celular.
- El agua sale de la célula por ósmosis, desde el medio hipotónico interno hacia el hipertónico externo.
- La vacuola pierde agua y disminuye su volumen.
- La membrana se despega de la pared celular.
Respuesta: el proceso se llama plasmólisis.
Ejemplo 3
En un fagocito humano, una bacteria fue englobada por fagocitosis y debe ser degradada. Ordene las estructuras que participan en el proceso y explique el papel del citoesqueleto.
Paso a paso:
- La membrana engloba a la bacteria y forma un fagosoma.
- El fagosoma se desplaza por el citoplasma gracias a microtúbulos y microfilamentos.
- El fagosoma se fusiona con un lisosoma primario.
- Se forma un lisosoma secundario, donde las enzimas hidrolíticas degradan a la bacteria.
- Si quedan restos no digeribles, se forma un cuerpo residual.
Respuesta: membrana → fagosoma → desplazamiento por citoesqueleto → fusión con lisosoma → digestión.
Ejemplo 4
Una proteína digestiva debe ser sintetizada y enviada a un lisosoma. Describa la ruta desde su síntesis hasta su llegada al lisosoma.
Paso a paso:
- El ARN mensajero sale del núcleo y se une a ribosomas del retículo endoplasmático rugoso.
- El RER sintetiza la proteína y la introduce en su interior.
- La proteína viaja en una vesícula desde el RER hasta la cara cis del aparato de Golgi.
- En el aparato de Golgi la proteína es modificada, marcada y empaquetada.
- Desde la cara trans del Golgi se desprende una vesícula.
- Esa vesícula es el lisosoma primario, que contiene la enzima digestiva.
Respuesta: RER → vesícula → aparato de Golgi → vesícula → lisosoma primario.
Lo que viene
Hacia el siguiente tema
Ahora que conoces las estructuras citoplasmáticas, especialmente los ribosomas, puedes avanzar hacia la biología molecular. En el siguiente tema estudiarás cómo la información del ADN se replica y se transcribe en el núcleo; después entenderás cómo esa información llega al citoplasma para que los ribosomas la traduzcan en proteínas.
¿Lo dominas?
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Evaluación del tema
20 preguntas para medir aprendizaje real
Hasta 6 básicas, 8 intermedias y 6 avanzadas; si un nivel no alcanza, se completa con el nivel más cercano. El diagnóstico recomienda una ruta; la evaluación final actualiza el porcentaje y puede marcar el tema como aprendido.
Aprender desde las preguntas