Estructuras de las Células Vegetales: Los Plastos

Los plastos son orgánulos celulares delimitados por una doble membrana. Existen de varios tipos:

  • 1. Leucoplastos: Carecen de pigmentos y sirven de almacén de proteínas (proteoplastos), de grasas (oleoplastos) o de almidón (amiloplastos).
  • 2. Cromoplastos: Contienen diversos pigmentos.
  • 3. Cloroplastos: Contienen clorofila y realizan la fotosíntesis.

Características y Estructura de los Cloroplastos

Los cloroplastos son orgánulos exclusivos de las células vegetales que contienen clorofila. Poseen una forma alargada, de 5–10 µm de longitud y 2–4 µm de diámetro. Cuentan con tres sistemas de membranas, dos de las cuales forman una envoltura externa:

  • 1. Membrana externa: Contiene porinas, que confieren gran permeabilidad para moléculas de pequeño tamaño.
  • 2. Membrana interna: Mucho menos permeable, permite el paso por medio de transportadores. Junto con la externa forman la envoltura externa; no tiene ni repliegues ni crestas.
  • 3. Membrana tilacoidal: En el interior, forma extensiones llamadas lamelas o laminillas que, de tramo en tramo, se repliegan para formar unos sacos aplanados con forma de disco denominados tilacoides. Estos se apilan unos sobre otros en algunas zonas y forman agrupaciones llamadas grana.

Compartimentos del Cloroplasto

  1. Espacio intermembranoso: Situado entre las dos membranas de la envoltura, con un contenido similar al citosol.
  2. Estroma: Situado entre la envoltura externa y la membrana tilacoidal. Presenta ribosomas, diversas enzimas, un ADN circular con genes para diversas proteínas del cloroplasto, moléculas de ARN, gránulos de almidón y gotas de lípidos.
  3. Espacio tilacoidal: Espacio interno de los tilacoides que, al estar interconectados, delimitan un único compartimento común.

Fisiología del Cloroplasto: El Proceso de Fotosíntesis

En los cloroplastos tiene lugar la fotosíntesis, un proceso complejo que utiliza la energía solar para producir moléculas ricas en energía metabólica (ATP) y moléculas reductoras (NADPH) que se emplean para sintetizar moléculas orgánicas. Los procesos fotosintéticos tienen lugar en:

1. Membrana tilacoidal (Reacciones dependientes de la luz)

Empiezan captando la energía solar por los pigmentos fotosintéticos presentes en los fotosistemas y la fotólisis del agua, proceso que proporciona electrones para la maquinaria fotosintética y en el que se libera O2. La cadena de transporte recoge los electrones del agua y los utiliza para reducir las moléculas de la coenzima NADP+ y formar NADPH.

De forma semejante a la mitocondria, el transporte de electrones genera un gradiente electroquímico de protones, desde el estroma al espacio tilacoidal, que se emplea para inducir la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico. Este proceso es la fotofosforilación o fosforilación fotosintética, acoplado al transporte de electrones, y se realiza en los complejos ATP-sintasa de la membrana tilacoidal.

2. En el estroma (Reacciones no dependientes de la luz)

El ATP y el NADPH se utilizan para reducir moléculas sencillas como el CO2, iones nitrato (NO3–) y sulfato (SO42–) para elaborar moléculas orgánicas. En el cloroplasto también tienen lugar procesos metabólicos que en las células animales transcurren en el citosol, tales como la síntesis de ácidos grasos, aminoácidos y bases nitrogenadas.

La Pared Celular Vegetal

La pared celular de las células vegetales es un tipo especial de matriz extracelular compuesta por celulosa y sintetizada por la propia célula vegetal. La pared puede presentar tres capas:

  • 1. Lámina media: Capa más externa y compartida por las células contiguas, lo que favorece su unión. Está constituida por proteínas y pectinas (heteropolisacáridos con carga negativa que tienden a fijar iones Ca2+ para formar sales insolubles).
  • 2. Pared primaria: Capa más gruesa, formada por microfibrillas de celulosa de 5–10 nm de diámetro, dispuestas en planos y a las que se unen moléculas de hemicelulosa. Las fibrillas están inmersas en una matriz de hemicelulosa, pectinas y proteínas.
  • 3. Pared secundaria: Presente solo en algunos tipos celulares. Es más gruesa que la primaria y se segrega después de esta, adosada a la membrana plasmática. Está formada por varias capas de microfibrillas de celulosa paralelas en planos superpuestos que cambian de orientación. Puede impregnarse con sustancias como suberina y cutina (impermeabilizantes) o lignina (que aporta resistencia).

Funciones de la Pared Celular

  1. Soporte mecánico: Actúa de forma individual y en conjunto como un esqueleto.
  2. Resistencia: Proporciona resistencia frente a los efectos de la ósmosis; el medio hipotónico provoca que la célula se hinche contra la pared (turgescencia).
  3. Protección: Protege frente a la abrasión mecánica y al ataque de insectos.
  4. Comunicación intercelular: Se realiza por medio de plasmodesmos.
  5. Orientación del crecimiento: Ayuda a orientar el crecimiento de células y tejidos, participando en la diferenciación celular.

Formación de la Pared Celular

Se inicia como una fina lámina que aparece entre las membranas plasmáticas de las dos células resultantes de la división celular.

  • Las proteínas, las hemicelulosas y las pectinas son segregadas por el Aparato de Golgi (AG), al igual que la suberina y la lignina.
  • La celulosa es sintetizada directamente en la cara externa de la membrana plasmática por la enzima celulosa sintasa (una proteína integral de membrana).

Vacuolas: Almacenamiento y Regulación

Las vacuolas son compartimentos membranosos que acumulan distintas clases de sustancias. En algunos tipos celulares pueden ocupar hasta el 90% del citoplasma. Su membrana, conocida como tonoplasto, posee sistemas de transporte activo con las siguientes funciones:

  • 1. Bombeo de iones: Hacia el espacio vacuolar, lo que aumenta su concentración y favorece la entrada de agua por ósmosis. La presión interna de turgencia aporta rigidez mecánica.
  • 2. Bombeo de protones: Hace descender el pH interno vacuolar, de forma similar a los lisosomas.

Funciones Principales de las Vacuolas

  • Almacenamiento: De nutrientes y sustancias de desecho.
  • Regulación homeostática: Ayuda a soportar las variaciones del entorno y favorece el intercambio de sustancias.
  • Digestión intracelular: Mediante enzimas hidrolíticas aportadas por el AG.
  • Defensa del organismo: Por la presencia de compuestos tóxicos liberados ante daños por hongos o herbívoros.
  • Acumulación de pigmentos: Favorecen la interacción con polinizadores mediante el color y olor.
  • Aumento del tamaño celular: Por presión de turgencia debida a la acumulación de agua.

Peroxisomas Especializados

  1. Glioxisomas: Son peroxisomas presentes en células de las semillas oleaginosas que transforman en azúcares los ácidos grasos de los lípidos de reserva mediante el ciclo del glioxilato.
  2. Peroxisomas de las hojas: Participan, junto con mitocondrias y cloroplastos, en la fotorrespiración, proceso relacionado con la fotosíntesis. Por ello, suelen aparecer asociados a estos orgánulos.