Citoplasma

¿Qué es el citoplasma?

El citoplasma es la zona de las células que está entre el núcleo celular y la membrana plasmática, incluye la matriz citoplasmática, o citosol, y los compartimientos subcelulares.

El citosol constituye un poco más de la mitad (aproximadamente 55%) del volumen total de la célula, y es la región donde ocurre la síntesis y 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 las 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.

Características del citoplasma

– Sustancia acuosa y gelatinosa. El citoplasma tiene una textura semilíquida compuesta en gran parte por agua, lo que le da aspecto gelatinoso.

– Ubicación en la célula. Se encuentra entre la membrana plasmática y el núcleo, ocupando la mayor parte del interior celular.

– Composición química. Está formado principalmente por agua, sales minerales, proteínas, lípidos y carbohidratos.

– Citosol o hialoplasma. Es la parte líquida del citoplasma, donde se encuentran dispersos los orgánulos y otras estructuras.

– Presencia de orgánulos. Dentro del citoplasma se localizan los diferentes orgánulos celulares, como mitocondrias, ribosomas o lisosomas.

– Consistencia variable. Puede presentarse más fluido o más denso, dependiendo de la célula y de las condiciones internas.

– Movimiento constante. El citoplasma está en continuo movimiento (ciclosis), lo que permite el desplazamiento de sus componentes.

Funciones del citoplasma

• Medio de suspensión. Mantiene y sostiene a los orgánulos celulares en su lugar.
• Transporte interno. Permite el movimiento y distribución de sustancias, nutrientes y productos de desecho dentro de la célula.
• Espacio para reacciones químicas. En el citoplasma ocurren muchas de las reacciones metabólicas esenciales para la vida celular.
• Intercambio con el exterior. Facilita el paso de sustancias hacia la membrana plasmática para su expulsión o incorporación.
• Reserva de materiales. Almacena nutrientes como glucosa, aminoácidos y sales minerales que la célula puede usar cuando lo necesita.
• Transmisión de señales. Participa en la propagación de señales internas que coordinan la actividad celular.

Componentes del citoplasma

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:

• 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 se consideran esenciales para la vida. Entre los elementos más destacados están carbono, hidrógeno, nitrógeno, óxigeno, fósforo y 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 ion calcio es particularmente abundante en las células sanguíneas.
• Organelos membranosos. En las células eucariotas, existe una variedad de compartimientos subcelulares embebidos en la matriz citoplasmática. Estas pueden dividirse en organelos membranosos y discretos.
  • Organelos membranosos. A este grupo pertenecen el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi, ambos 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. 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 de 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.
  • Organelos discretos. Está conformado por organelos intracelulares discretos, y sus límites se observan claramente por la presencia de membranas. Están aislados de los 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.
• Organelos no membranosos. 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. Estos últimos 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 dar resistencia a la tracción y otorgar 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 libres en el citosol o anclados al retículo endoplasmático rugoso. No obstante, diversos autores consideran que los ribosomas no deben ser catalogados como organelos propiamente dichos.
• Inclusiones. Las inclusiones son los componentes del citoplasma que no corresponden a organelos, y en la mayoría de los casos no están rodeadas por membranas lipídicas. En esta categoría se incluye 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 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 dan la coloración característica a estas estructuras.

Propiedades del citoplasma

• Es un coloide. 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 el 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.
• Propiedades tixotrópicas. 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 estado de reposo y, al ser perturbados, ganan fluidez. En la cotidianidad, estamos en contacto con este tipo de materiales, como la salsa de tomate y el yogur.
• Se comporta como un hidrogel. 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.
• Movimientos de ciclosis. La matriz citoplasmática es capaz de realizar movimientos que crean una 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.

Fases del citosol

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 distinguen dos fases o estados: la fase sol y la fase gel. La primera recuerda a un líquido, y 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, pero cuando la solución se enfría, se endurece y se convierte en una especie de gel semisólido.

En el estado gel, las moléculas son capaces de mantenerse unidas por distintos tipos de enlaces químicos, entre ellos H-H, C-H o C-N. Cuando se aplique calor a la solución, retornará a la fase de sol.

En condiciones naturales, la inversión de fases en esta matriz depende de una variedad de factores fisiológicos, mecánicos y bioquímicos en el ambiente celular.

Referencias

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4. Ross, M.H., Pawlina, W. Histología. Texto y Atlas Color con Biología Celular y Molecular, 5a ed. Ed. Médica Panamericana.
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