Citoplasma: funciones, partes y características
El citoplasma es la sustancia encontrada en el interior de las células, que incluye a la matriz citoplasmática o citosol y a los compartimientos subcelulares. El citosol constituye un poco más de la mitad (aproximadamente un 55%) del volumen total de la célula y es la zona donde ocurre la síntesis y la degradación de las proteínas, proporcionando un medio adecuado para que se lleven a cabo las reacciones metabólicas necesarias.
Todos los componentes de una célula procariota están en el citoplasma, mientras que en los eucariotas existen otras divisiones, como el núcleo. En las células eucariotas, el volumen celular restante (45%) está ocupado por los organelos citoplasmáticos, como la mitocondria, el retículo endoplasmático liso y rugoso, el núcleo, los peroxisomas, los lisosomas y los endosomas.
Índice del artículo
- 1 Características generales
- 2 Funciones
- 3 Componentes
- 4 Propiedades del citoplasma
- 5 Fases del citosol
- 6 Referencias
El citoplasma es la sustancia que llena el interior de las células y se divide en dos componentes: la fracción líquida conocida como citosol o matriz citoplasmática y los organelos que están embebidos en ella – en el caso del linaje eucariota.
El citosol es la matriz gelatinosa del citoplasma y se compone de una inmensa variedad de solutos, como iones, metabolitos intermedios, hidratos de carbono, lípidos, proteínas y ácidos ribonucleicos (ARN). Puede presentarse en dos fases interconvertibles: la fase gel y la fase sol.
Consiste en una matriz coloidal semejante a un gel acuoso compuesta de agua – principalmente – y una red de proteínas fibrosas correspondiente al citoesqueleto, entre ellas la actina, los microtúbulos y los filamentos intermedios, además de una serie de proteínas accesorias que contribuyen a formar un entramado.
Esta red formada por filamentos proteicos se difunde por todo el citoplasma, otorgándole propiedades de viscoelasticidad y características de un gel contráctil.
El citoesqueleto es el responsable de proporcionar sostén y estabilidad a la arquitectura celular. Además de participar en el transporte de sustancias en el citoplasma y contribuir en el movimiento de las células, como en la fagocitosis. En la siguiente animación se puede observar el citoplasma de una célula animal (cytoplasm):
El citoplasma es una especie de sopa molecular donde tienen lugar las reacciones enzimáticas que son indispensables para el manteniendo de la función celular.
Es un medio de transporte ideal para los procesos de respiración celular y para las reacciones de biosíntesis, ya que las moléculas no se solubilizan en el medio y están flotando en el citoplasma, listas para ser utilizadas.
Además, gracias a su composición química, el citoplasma puede funcionar como un buffer o un amortiguador. También sirve como medio adecuado para la suspensión de los organelos, protegiéndolos – y al material genético confinado en el núcleo – de movimientos bruscos y de posibles colisiones.
El citoplasma contribuye al movimiento de los nutrientes y al desplazamiento celular, gracias a la generación de un flujo citoplasmático. Este fenómeno consiste en el movimiento del citoplasma.
Las corrientes en el citoplasma son particularmente importantes en las células vegetales grandes y ayuda a acelerar el proceso de distribución de materiales.
El citoplasma está compuesto de una matriz citoplasmática o citosol y de los orgánulos que están embebidos en esta sustancia gelatinosa. A continuación se describirán cada uno a profundidad:
El citosol es la sustancia incolora, a veces grisácea, gelatinosa y translúcida que se encuentra en el exterior de los organelos. Es considerada la porción soluble del citoplasma.
El componente más abundante de esta matriz es el agua, formando entre 65 y 80% de su composición total, excepto en las células óseas, en el enamel de los dientes y en las semillas.
En cuanto a su composición química, un 20% corresponde a moléculas proteicas. Posee más de 46 elementos usados por la célula. De estos, solo 24 son considerados esenciales para la vida.
Entre los elementos más destacados se pueden mencionar el carbono, el hidrógeno, el nitrógeno, el óxigeno, el fósforo y el azufre.
Del mismo modo, esta matriz es rica en iones y la retención de estos produce un aumento en la presión osmótica de la célula. Estos iones ayudan a mantener un equilibrio ácido-base óptimo en el ambiente celular.
La diversidad de iones encontrados en el citosol varía de acuerdo con el tipo celular estudiado. Por ejemplo, las células musculares y nerviosas tienen altas concentraciones de potasio y magnesio, mientras que el ión calcio es particularmente abundante en las células sanguíneas.
En el caso de las células eucariotas, existe toda una variedad de compartimientos subcelulares embebidos en la matriz citoplasmática. Estas pueden dividirse en organelos membranosos y discretos.
Al primer grupo pertenecen el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi, ambos son sistemas de membranas con forma de saco que están interconectados. Por esta razón, es difícil definir el límite de su estructura. Además, estos compartimientos presentan continuidad espacial y temporal con la membrana plasmática.
El retículo endoplasmático se divide en liso o rugoso, dependiendo de la presencia o no de ribosomas. El liso se encarga del metabolismo de pequeñas moléculas, posee mecanismos de detoxificación y síntesis de lípidos y esteroides.
En contraste, el retículo endoplasmático rugoso posee ribosomas anclados a su membrana y se encarga principalmente de la síntesis de proteínas que serán excretadas por la célula.
El aparato de Golgi es un conjunto de sacos en forma de discos y participa en la síntesis membranas y de proteínas. Además, posee la maquinaria enzimática necesaria para realizar modificaciones en las proteínas y lípidos, entre ellas la glicosilación. Participa también en el almacenamiento y distribución de los lisosomas y peroxisomas.
El segundo grupo está conformado por organelos intracelulares que son discretos y sus límites se observan claramente por la presencia de membranas.
Se encuentran aisladas de las demás organelos desde el punto de vista estructural y físico, aunque pueden existir interacciones con otros compartimientos, por ejemplo, la mitocondria puede interaccionar con los organelos membranosos.
En este grupo están las mitocondrias, organelos que poseen las enzimas necesarias para llevar a cabo rutas metabólicas indispensables, como el ciclo del ácido cítrico, la cadena transportadora de electrones, síntesis de ATP y b-oxidación de ácidos grasos.
Los lisosomas también son organelos discretos y se encargan de almacenar enzimas hidrolíticas que ayudan a la reabsorción de proteínas, a destruir bacterias y la degradación de organelos citoplasmáticos.
Los microcuerpos (peroxisomas) participan es reacciones oxidativas. Estas estructuras poseen la enzima catalasa que ayuda a convertir el peróxido de hidrógeno – un metabolismo tóxico – en sustancias inocuas para la célula: agua y oxígeno. En estos cuerpos ocurre la b-oxidación de los ácidos grasos.
En el caso de las plantas, existen otros organelos llamados plastos. Estos llevan a cabo decenas de funciones en la célula vegetal y los más resaltantes son los cloroplastos, donde ocurre la fotosíntesis.
La célula también posee estructuras que no están delimitadas por membranas biológicas. Entre ellas destacan los componentes del citoesqueleto que incluyen los microtúbulos, los filamentos intermendios y los microfilamentos de actina.
Los filamentos de actina están compuestos de moléculas globulares y son cadenas flexibles, mientras que los filamentos intermedios son más resistentes y están compuestos por distintas proteínas. Estas proteínas se encargan de proveer resistencia a la tracción y le otorga solidez a la célula.
Los centriolos son un dúo estructural en forma de cilindro y también son organelos no membranosos. Están localizadas en los centrosomas o centro organizados de microtúbulos. Estas estructuras dan origen a los cuerpos basales de los cilios.
Por último están los ribosomas, estructuras formadas por proteínas y ARN ribosomal que participa en el proceso de traducción (síntesis de proteínas). Pueden estar libre en el citosol o estar ancladas al retículo endoplasmático rugoso.
No obstante, varios autores no consideran que los ribosomas deban ser catalogados como organelos propiamente dichos.
Las inclusiones son los componentes del citoplasma que no corresponden a organelos y en la mayoría de los casos no se encuentran rodeadas por membranas lipídicas.
En esta categoría se incluyen un número elevado de estructuras heterogéneas, como gránulos de pigmentos, cristales, grasas, glucógeno y algunas sustancias de desecho.
Estos cuerpos pueden rodearse de enzimas que participan en la síntesis de macromoléculas a partir de la sustancia presente en la inclusión. Por ejemplo, en algunas ocasiones el glucógeno puede rodearse de enzimas como la glucógeno sintesa o glucógeno fosforilasa.
Las inclusiones son comunes en las células del hígado y en las células musculares. Del mismo modo, las inclusiones del pelo y de la piel poseen gránulos de pigmentos que les otorgan la coloración característica de estas estructuras.
Químicamente, el citoplasma es un coloide, por ello posee características de una solución y de una suspensión simultáneamente. Está compuesto de moléculas de bajo peso molecular como sales y glucosa y también por moléculas de una masa mayor como las proteínas.
Un sistema coloidal se puede definir como una mezcla de partículas de un diámetro entre 1/1.000.000 hasta 1/10.000 dispersas en un medio líquido. Todo el protoplasma celular, que incluye tanto de citoplasma como el nucleoplasma, es una solución coloidal, ya que las proteínas dispersas exhiben todas las características de estos sistemas.
Las proteínas son capaces de formar sistemas coloidales estables, ya que se comportan como iones cargados en la solución e interaccionan según sus cargas y segundo, son capaces de atraer moléculas de agua. Como todo coloide, tiene la propiedad de mantener dicha estado de suspensión, lo que otorga estabilidad a las células.
El aspecto del citoplasma es turbio porque las moléculas que lo componen son grandes y refractan la luz, este fenómeno se denomina efecto Tyndall.
Por otro lado, el movimiento browniano de las partículas incrementa el encuentro de partículas, favoreciendo las reacciones enzimáticas en el citoplasma celular.
El citoplasma exhibe propiedades tixotrópicas, al igual que algunos fluidos no newtonianos y los pseudoplásticos. La tixotropía se refiere a cambios de viscosidad en el tiempo: cuando se somete el fluido a un esfuerzo, la viscosidad del mismo disminuye.
Las sustancias tixotrópicas presentan estabilidad en el estado de reposo y, al ser perturbados ganan fluidez. En el ambiente cotidiano, estamos en contacto con este tipo de materiales, como por ejemplo la salsa de tomate y el yogurt.
Un hidrogel es una sustancia natural o sintética que puede ser porosa o no y tiene la capacidad de absorber altas cantidades de agua. Su capacidad de extensión depende de factores como la osmolaridad del medio, la fuerza iónica y la temperatura.
El citoplasma posee característica de un hidrogel, ya que puede absorber cantidades importantes de agua y el volumen varía en respuesta al exterior. Estas propiedades han sido corroboradas en el citoplasma de mamíferos.
La matriz citoplasmática es capaz de realizar movimientos que crean un corriente o flujo citoplasmático. Este movimiento es observado generalmente en la fase más líquida del citosol y es el causante del desplazamiento de compartimientos celulares como pinosomas, fagosomas, lisosomas, mitocondrias, centriolos, entre otros.
Este fenómeno ha sido observado en la mayoría de las células animales y vegetales. Los movimientos ameboides que presentan los protozoarios, leucocitos, células del epitelio y otras estructuras dependen del movimiento de ciclosis en el citoplasma.
La viscosidad de esta matriz varía en función de la concentración de moléculas en la célula. Gracias a su naturaleza coloidal, en el citoplasma se pueden distinguir dos fases o estados: la fase sol y la fase gel. La primera recuerda a un líquido, mientras que la segunda es similar a un sólido gracias a la mayor concentración de macromoléculas.
Por ejemplo, en la preparación de una gelatina podemos distinguir ambos estados. En la fase sol las partículas se pueden mover libremente en el agua, sin embargo cuando la solución es enfriada se endurece y se convierte en una especie de gel semisólido.
En el estado gel, las moléculas son capaces de mantener unida por distintos tipos de enlaces químicos, entre ellos H-H, C-H o C-N. En el momento en el que se aplique calor a la solución, retornara a la fase de sol.
En las condiciones naturales, la inversión de fases en esta matriz depende de una variedad de factores fisiológicos, mecánicos y bioquímicos en el ambiente celular.
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2008). Molecular Biology of the Cell. Garland Science.
- Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2007). Biología. Ed. Médica Panamericana.
- Fels, J., Orlov, S. N., & Grygorczyk, R. (2009). The Hydrogel Nature of Mammalian Cytoplasm Contributes to Osmosensing and Extracellular pH Sensing. Biophysical Journal, 96(10), 4276–4285.
- Luby-Phelps, K., Taylor, D. L., & Lanni, F. (1986). Probing the structure of cytoplasm. The Journal of Cell Biology, 102(6), 2015-2022.
- Ross, M. H., & Pawlina, W. (2007). Histología. Texto y Atlas Color con Biología Celular y Molecular, 5aed. Ed. Médica Panamericana.
- Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). Introducción a la microbiología. Ed. Médica Panamericana.