Citoplasma y Citoesqueleto: Funciones y Componentes Celulares

Citoplasma
Función del citoplasma. El citoplasma es una dispersión coloidal, un fluido granuloso, que se encuentra en el interior
de la célula, entre el núcleo celular y la membrana plasmática. ... Por ello, en el citoplasma se llevan a cabo diversas e
importantes reacciones moleculares para el funcionamiento de la célula
Su función es albergar los orgánulos celulares y contribuir al movimiento de estos. El citosol es la sede de muchos de los
procesos metabólicos que se dan en las células.
El citoplasma se divide en ocasiones en una región externa gelatinosa, cercana a la membrana, e implicada en el
movimiento celular, que se denomina ectoplasma; y una parte interna más fluida que recibe el nombre de endoplasma y
donde se encuentran la mayoría de los orgánulos.4 El citoplasma se encuentra en las células procariotas así como en las
eucariotas y en él se encuentran varios nutrientes que lograron atravesar la membrana plasmática, llegando de esta
forma a los orgánulos de la célula.
Citoesqueleto
El citoesqueleto es una estructura celular compuesta por filamentos. Se encuentra dispersa por
el citoplasma y su función es principalmente de sostén, para mantener la arquitectura y forma
celular. Estructuralmente se compone de tres tipos de fibras
Funciones Dar forma
Como su nombre lo indica, la función “intuitiva” del citoesqueleto es proporcionar estabilidad y forma a la
célula. Cuando los filamentos se combinan en esta red intrincada, le otorga a la célula la propiedad de
resistir a la deformación.
Sin esta estructura, la célula no sería capaz de mantener una forma específica. No obstante, es una
estructura dinámica (contrariamente al esqueleto humano) que le otorga la propiedad a las células de
cambiar de forma.
Movimiento y uniones celulares
Muchos de los componentes celulares están unidos a esta red de fibras dispersas en el citoplasma,
contribuyendo al arreglo espacial de los mismos.
Una célula no se parece a un caldo con distintos elementos flotando a la deriva; tampoco es un ente
estático. Al contrario, es una matriz organizada con los orgánulos ubicados en zonas específicas, y este
proceso ocurre gracias al citoesqueleto.
El citoesqueleto está involucrado en el movimiento. Esto ocurre gracias a las proteínas motoras. Estos dos
elementos se combinan y permiten los desplazamientos dentro de la célula.También participa en el
proceso de fagocitosis (proceso en el que una célula captura del medio externo una partícula, que puede o
no ser alimento). El citoesqueleto permite conectar a la célula con su medio exterior, física y
bioquímicamente. Este papel de conector es el que permite la formación de tejidos y uniones celulares.
Filamentos de actina
Los filamentos de actina poseen un diámetro de 7 nm. También son conocidos como microfilamentos. Los
monómeros que constituyen los filamentos son partículas en forma de globo.
Aunque son estructuras lineales, no tienen forma de “barra”: giran en su eje y recuerdan a una hélice.
Están unidas a una serie de proteínas específicas que regulan su comportamiento (organización,
localización, longitud). Existen más de 150 proteínas capaces de interactuar con la actina.
Los extremos se pueden diferenciar; uno se denomina más (+) y el otro menos (–). Por estos extremos,
el filamento puede crecer o acortarse. La polimerización es notablemente más rápida en el extremo más;
para que ocurra la polimerización, se requiere ATP.
La actina también puede estar como un monómero y encontrarse libre en el citosol. Estos monómeros se
encuentran unidos a proteínas que impiden su polimerización.
Funciones de los filamentos de actina
Los filamentos de actina poseen un papel relacionado con el movimiento celular. Permiten que distintos
tipos celulares, tanto de organismos unicelulares como de pluricelulares (un ejemplo son las células del
sistema inmune), se desplacen en sus ambientes.
La actina es bastante conocida por su papel en la contracción muscular. Junto con la miosina se agrupan
en los sarcómeros. Ambas estructuras hacen posible dicho movimiento dependiente de ATP.
Filamentos intermedios
El diámetro aproximado de estos filamentos es de 10 µm; de allí el nombre “intermedio”. Su diámetro es
intermedio con respecto a los otros dos componentes del citoesqueleto.
Cada filamento se estructura de la siguiente manera: una cabeza con forma de globo en el N terminal y
una cola con forma similar en el carbono terminal. Estos extremos se conectan entre sí por una estructura
lineal formada de hélices alfa.
Estas “cuerdas” presentan cabezas globulares que tienen la propiedad de enrollarse con otros filamentos
intermedios, creando elementos entrelazados más gruesos.
Los filamentos intermedios se ubican en todo el citoplasma celular. Se extienden hasta la membrana y a
menudo están unidos a esta. Estos filamentos también se encuentran en el núcleo, formando una
estructura llamada “lámina nuclear”.
Este grupo se clasifica a su vez en subgrupos de filamentos intermedios:
– Filamentos de queratina.
– Filamentos de vimentina.
– Neurofilamentos.
– Láminas nucleares.
Función de los filamentos intermedios
Son elementos sumamente fuertes y resistentes. De hecho, si los comparamos con los otros dos
filamentos (actina y microtúbulos), los filamentos intermedios ganan en estabilidad.
Gracias a esta propiedad, su función principal es mecánica, resistiendo los cambios celulares. Se
encuentran abundantemente en tipos celulares que experimentan constante estrés mecánico; por
ejemplo, en células nerviosas, epiteliales y musculares.
A diferencia de los otros dos componentes del citoesqueleto, los filamentos intermedios no pueden
ensamblarse y deshacerse por sus extremos polares.
Son estructuras rígidas (para poder cumplir con su función: el soporte celular y respuesta mecánica al
estrés) y el ensamblaje de los filamentos es un proceso dependiente de fosforilación.
Los filamentos intermedios forman estructuras llamadas desmosomas. Junto con una serie de proteínas
(cadherinas), se crean estos complejos que forman las uniones entre células.
Microtúbulos
Los microtúbulos son elementos huecos. Son los filamentos más grandes que constituyen al citoesqueleto.
El diámetro de los microtúbulos en su parte interna ronda los 25 nm. La longitud es bastante variable,
dentro del rango de 200 nm hasta 25 µm.
Estos filamentos son indispensables en todas las células eucariotas. Emergen (o nacen) de pequeñas
estructuras llamadas centrosomas, y de allí se extienden a los bordes de la célula, en contraste con los
filamentos intermedios, que se extienden por toda el ambiente celular.
Los microtúbulos están constituidos por proteínas llamadas tubulinas. La tubulina es un dímero formado
por dos subunidades: la α-tubulina y la β-tubulina. Estas dos monómeros se unen por medio de enlaces
no covalentes.
Una de sus características más relevantes es la capacidad de crecer y acortarse, siendo estructuras
bastante dinámicas, al igual que en los filamentos de actina.
Los dos extremos de los microtúbulos se pueden diferenciar entre sí. Por ello se dice que en estos
filamentos existe una “polaridad”. En cada uno de los extremos —denominados más p positivo y menos o
negativo— ocurre el proceso de autoensamblaje.
Este proceso de ensamble y degradación del filamento da lugar a un fenómeno de “inestabilidad
dinámica”.
Función de los microtúbulos
Los microtúbulos pueden formar estructuras muy diversas. Participan en los procesos de división celular,
formando el huso mitótico. Este proceso ayuda a que cada célula hija cuente con un número igual de
cromosomas.
También forman los apéndices con forma de látigo usados para la movilidad celular, como cilios y flagelos.
Los microtúbulos sirven como vías o “carreteras” en las que se desplazan distintas proteínas que poseen
función de transporte. Estas proteínas se clasifican en dos familias: las kinesinas y las dineinas. Pueden
recorrer largas distancias dentro de la célula. El transporte en distancias cortas generalmente es realizado
sobre actina.
Estas proteínas son los “peatones” de las carreteras formadas por microtúbulos. Su movimiento se
asemeja bastante a una caminata sobre el microtúbulo.
El transporte involucra movimiento de distintos tipos de elementos o productos, como por ejemplo
vesículas. En las células nerviosas este proceso es bastante conocido porque los neurotransmisores son
liberados en vesículas.
Los microtúbulos también participan en la movilización de organelas. Particularmente, el aparato de Golgi
y el retículo endosplasmático dependen de estos filamentos para tomar su posición adecuada. En ausencia
de microtúbulos (en células mutadas experimentalmente), estas organelas cambian notablemente su
posición.
Otras implicaciones del citoesqueleto En bacterias
En las secciones anteriores se describió el citoesqueleto de los eucariotas. Los procariotas también poseen
una estructura similar y tienen componentes análogos a las tres fibras que componen el citoesqueleto
tradicional. A estos filamentos se le añade uno propio perteneciente a las bacterias: el grupo MinD-ParA.
Las funciones del citoesqueleto en bacterias son bastante similares a las funciones que cumplen en los
eucariotas: sostén, división celular, mantenimiento de la forma celular, entre otras.
En el cáncer Clínicamente, los componentes del citoesqueleto se han asociado con el cáncer. Ya que
intervienen en los procesos de división, se consideran “blancos” para poder entender y a tacar al
desarrollo celular descontrolado.
SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS
INTRODUCCIÓN
Una de las características distintivas de las células eucariotas respecto de las procariotas es su alto
grado de compartimentalización. La presencia de un núcleo bien diferenciado, con una envoltura nuclear
que confina el material genético al interior del núcleo, es sólo un aspecto de la separación espacial de
funciones dentro de la organización celular. El citoplasma, a su vez, se encuentra recorrido en todas
direcciones por un sistema de sacos y túbulos, cuyas paredes de membrana ofician de límite entre la
matriz citoplasmática y la luz o cavidad del sistema. Este conjunto de estructuras membranosas,
incluida la envoltura nuclear, se conoce como sistema de endomembranas (SE) o sistema vacuolar
citoplasmático (SVC).
COMPONENTES DEL SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS
Dentro del sistema de endomembranas se distinguen los siguientes elementos:
a)
Retículo endoplasmático granular o rugoso (REG o RER). Es un grupo de cisternas aplanadas que se
conectan entre sí mediante túbulos. Presente en todos los tipos celulares, se halla especialmente
desarrollado en las células secretoras de proteínas. El REG ofrece una cara citosólica tachonada de
ribosomas, a los que debe su aspecto rugoso. Los ribosomas se unen a las membranas del REG por su
subunidad mayor, mediante receptores específicos, las proteínas integrales de las membranas
cisternales conocidas como riboforinas.
b)
Retículo endoplasmático agranular o liso (REA o REL). Su aspecto es más tubular y carece de
ribosomas. Es poco conspicuo en la mayoría de las células, pero alcanza un notable desarrollo en las
células secretoras de hormonas esteroides.
c)
Aparato o complejo de Golgi. Constituido por sacos discoidales apilados, como mínimo en número
de tres, rodeados por pequeñas vesículas. Cada saco presenta una cara convexa y otra cóncava, esta
última orientada hacia la superficie celular. En las células animales se ubica típicamente entre el núcleo
y el polo secretor de la célula, en tanto en las células vegetales aparece fragmentado en varios
complejos denominados dictiosomas o golgiosomas.
d)
Envoltura nuclear. Doble membrana que encierra una cavidad, la cisterna perinuclear, en directa
continuidad con la luz del REG, del cual se considera una dependencia. Al igual que éste, presenta
ribosomas sobre la cara citosólica. Durante la división celular se desorganiza y se fragmenta en
cisternas que se incorporan al REG. Al finalizar la división, la envoltura nuclear se reconstituye a partir
de aquél.
Fig. 5.1 - El sistema de endomembranas
FUNCIONES DEL SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS
El sistema de endomembranas es asiento de enzimas que participan en la síntesis de diversos tipos de
macromoléculas: proteínas y glucoproteínas en el REG, lípidos en el REL y glúcidos complejos en el
aparato de Golgi. A la vez, el SVC proporciona una vía intracelular para la circulación de sus productos
y una sección de “empaque” para la exportación de algunos de ellos. Por último, maneja un sistema de
señales que le permite dar a los mismos el destino final para el cual fueron sintetizados,
ya sea en el interior de la célula o en el medio extracelular. Algo así como un “estampillado”, un sistema
de códigos postales que guía a las moléculas en la dirección correcta.
La vía de tránsito intracelular implica un transporte desde el RE hasta el aparato de Golgi; a partir de
éste hay dos caminos posibles: hacia las vesículas de secreción y desde allí a la membrana plasmática, o
bien hacia los lisosomas.
Fig. 5.2 - Vías de tránsito intracelular en el SE
El transporte vesicular
El transporte en el SVC se lleva a cabo por medio de vesículas, pequeñas bolsas limitadas por
membrana que se desprenden como brotes de un compartimento dador y viajan por el citosol hasta
alcanzar el compartimento receptor; entonces se fusionan a este último.Hay varios aspectos que
interesa destacar con respecto al transporte vesicular:
Fig. 5.3- Transporte vesicular
¿Qué transportan las vesículas? Cada vesícula tiene un continente (la membrana) y un contenido (su
naturaleza dependerá de cuál sea el compartimento dador); ambos se desplazan de un compartimento a
otro. Cuando se produce la fusión al compartimento receptor, el contenido de la vesícula se vuelca al
lumen del mismo. La membrana vesicular, por su parte, se incorpora a la membrana receptora. Si la
estructura diana es la membrana plasmática, entonces el contenido es vertido al medio.
¿Qué mueve a las vesículas? En su trayecto de una cisterna a otra, las vesículas son movidas por
elementos del citoesqueleto.
Fig. 5.4- Vesículas revestidas
¿Qué causa la brotación? Las vesículas que participan en el transporte, cualquiera sea el
compartimento de origen, son vesículas revestidas. Se entiende por tales a las vesículas que llevan una
cubierta formada por subunidades proteicas ensambladas a modo de enrejado sobre la cara externa de
la membrana vesicular. Dicho revestimiento es adquirido en el momento en que se produce la gemación
o protrusión de la vesícula y es su misma causa: a medida que las subunidades se ensamblan generan la
curvatura de la membrana que da origen al brote. El revestimiento se desensambla inmediatamente
después de la brotación; este paso es necesario, pues mientras las vesículas se hallan revestidas no
pueden fusionarse con otra membrana.
¿Cómo reconocen las vesículas al compartimento receptor? Las membranas de las cisternas poseen
pares de moléculas complementarias: v-SNARE (en la vesícula de transporte) y t-SNARE (en la
cisterna destino o target). La fusión de una vesícula con una cisterna sólo se produce previo
reconocimiento del par v-SNARE /t-SNARE adecuado.
Fig. 5.5 - Reconocimiento del compartimento receptor: v-SNARE = vesicle-SNAP receptor, t-SNARE =
target-SNAP receptor
¿Cómo se mantiene constante la cantidad de membrana en cada compartimento? Las membranas
vesiculares incorporadas a un compartimento receptor forman un nuevo brote (causado por proteínas
de revestimiento) y se desprenden para regresar al compartimento de origen, como vesículas de
reciclaje. El compartimento de origen, obviamente, ha de poseer las mismas t-SNARE que la cisterna
receptora. El reciclaje no sólo permite mantener constante la cantidad de membrana de los distintos
sectores del sistema, también hace posible que cada uno de ellos conserve su identidad, recuperando
las moléculas que le son propias y le otorgan sus funciones particulares.
Fig. 5.6- Reciclaje de membrana
¿Puede la membrana transportada permanecer como componente del compartimento receptor? Sí. De
hecho, éste es el mecanismo por el cual las cisternas y la membrana plasmática incorporan nuevos
componentes y crecen.
¿Cómo se corresponden las caras del sistema de endomembranas con las caras de la membrana
celular? Como consecuencia del tránsito vesicular, las moléculas de membrana sintetizadas en el RE
(liso y rugoso) o en el aparato de Golgi, llegan a integrarse a la membrana celular. Sabemos, por otra
parte, que la membrana plasmática es asimétrica: los componentes lipídicos de ambas monocapas – la
citosólica y la extracelular – son diferentes, los dominios proteicos tienen una orientación definida
dentro de la bicapa y los restos glucídicos de glucolípidos y glucoproteínas sólo se orientan hacia el
medio extracelular. ¿Dónde se genera esta asimetría? Se genera en los compartimientos de origen,
donde los componentes de membrana adoptan su orientación definitiva; luego, el transporte vesicular
se limita a mantener dicha orientación. De esta forma, todo aquello que tiene una posición luminal en el
sistema de endomembranas, pasa a una ubicación extracelular en la membrana celular, en tanto que los
componentes de la cara citosólica del sistema se integran a la cara citosólica de la membrana celular.
Fig. 5.7- Asimetría de las membranas. Correspondencia entre el SE y la membrana plasmática.
VESÍCULAS REVESTIDAS
Se conocen hasta el momento dos tipos de vesículas revestidas: las vesículas con revestimiento de
clatrina y las vesículas con revestimiento de coatómero.
El revestimiento de clatrina se ensambla a partir de subunidades constituidas por seis cadenas
proteicas enlazadas, los trisqueliones, que forman alrededor de la vesícula un enrejado donde alternan
hexágonos y pentágonos, con el aspecto de una cúpula geodésica. Llevan cubierta de clatrina las
vesículas que brotan del aparato de Golgi hacia los lisosomas, las vesículas de secreción regulada y las
formadas por endocitosis.
El revestimiento de coatómero se forma a partir de las COP (por proteínas del coatómero). Está
presente en las vesículas que viajan del RE al aparato de Golgi, las que realizan transporte dentro de
este complejo, las destinadas a la secreción continua y en todas las vesículas recicladoras.
Tanto la cubierta de clatrina como la de coatómero se unen a membrana sólo después de que otra
molécula, el ARF (factor de ribosilación del ADP) se haya fijado a la misma. El revestimiento promueve
la deformación de la membrana y la gemación de la vesícula, en tanto que el ARF le señala dónde y
cuándo hacerlo.
Si la cubierta sólo es importante para la gemación -proceso que es básicamente el mismo en cada
orgánulo- ¿por qué necesita diversos tipos de cubierta la célula? La razón más probable es que la
cubierta seleccione la carga que ha de empacarse en cada vesícula. En algunos casos, las proteínas
transportadas se localizan en la membrana, directamente unidas a la cubierta. En otros, la carga se fija
a la cubierta a través de un intermediario, un receptor, localizado en el espesor de la membrana. El uso
de cubiertas distintas posibilitaría el flete de cargas diferentes desde un mismo punto de origen y
desde diferentes departamentos.
Fig. 5.8- Participación de la clatrina y las COP en la selección del cargamento
FUNCIONES DEL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO
a)
Síntesis de lípidos. En las membranas del REL se sitúan las enzimas responsables de la síntesis de
la mayor parte de los lípidos celulares: triglicéridos, fosfoglicéridos, ceramidas y esteroides. Los
precursores para la síntesis provienen del citosol, hacia el cual se orientan los sitios activos de las
respectivas enzimas. Por lo tanto, los lípidos recién sintetizados quedan incorporados en la monocapa
citosólica del REL. Sin embargo, gracias a la participación de las flipasas del retículo, se logra el
movimiento hacia la monocapa luminal de los lípidos correspondientes, asegurándose de esta forma la
asimetría entre ambas capas, que será mantenida de aquí en más.
b)
El REL en las células musculares. El REL actúa como reservorio de calcio, el cual –frente a la
llegada de un estímulo - es liberado al citosol, donde dispara una respuesta específica. Esta función es
particularmente importante en las células musculares. Allí el REL, que toma el nombre de retículo
sarcoplásmico, adopta una conformación muy especializada. El calcio es liberado frente al impulso
nervioso desencadenado por la acetil colina en la unión neuromuscular, y una vez en el citosol participa
en la contracción muscular. Cuando retorna al REL, por la acción de una bomba de calcio, se produce la
miorrelajación.
c)
El REL en las células hepáticas. Está involucrado en dos funciones: detoxificación y glucogenólisis.
La detoxificación consiste en la transformación de metabolitos y drogas en compuestos hidrosolubles
que puedan ser excretados por orina.
La glucogenólisis (degradación del glucógeno) tiene lugar en el citosol, donde los gránulos de glucógeno
se encuentran en íntima relación con el REL. El producto de la glucogenólisis, la glucosa 6-fosfato
(glucosa 6-P), es atacada entonces por la glucosa 6-fosfatasa, enzima de la membranas del
retículo. Ésta cataliza la hidrólisis del grupo fosfato, permitiendo así que la glucosa atraviese la
membrana celular hacia el torrente circulatorio. La glucosa 6-fosfatasa no se expresa en las células
musculares, razón por la cual el glucógeno muscular no contribuye a la mantención de la glucemia.
FUNCIONES DEL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO GRANULAR
a)
Síntesis de proteínas. Todas las proteínas sintetizadas en la célula (excepto las codificadas por
ADN de mitocondria y cloroplasto) son iniciadas por ribosomas libres del citosol. Muchas de ellas, las
proteínas nucleares, las citosólicas y las que están destinadas a cloroplastos, mitocondrias o
peroxisomas, concluyen su síntesis en dichos ribosomas para luego dirigirse, por el citosol, hacia sus
compartimentos diana. Otras, en cambio, como las proteínas integrales de membrana, las de secreción
y las enzimas lisosomales, terminan su síntesis en el REG. ¿Cómo se dirige la síntesis hacia uno de estos
dos ramales? ¿Existen diferentes poblaciones de ribosomas? ¿Dónde radica la señal que conduce a
determinadas proteínas hacia el REG?
Fig. 5.9- Síntesis de proteínas en el REG. Hipótesis de la señal.
La respuesta a estos interrogantes fue proporcionada por Blobel y Sabatini, en el año 1971, cuando
propusieron su hipótesis de la señal, ampliamente corroborada después. Las proteínas que se
sintetizan en el REG tienen en su extremo aminoterminal una seguidilla de aproximadamente treinta
aminoácidos cuyos radicales son predominantemente hidrófobos. Este primer fragmento de las
proteínas recibe el nombre de péptido señal o péptido guía. No aparece péptido guía en las proteínas
del citosol, núcleo, mitocondria, cloroplasto ni peroxisoma. Cuando el péptido guía está presente, es
reconocido por la PRS (partícula de reconocimiento de la señal) situada en el citosol. La PRS interactúa
con el péptido señal y detiene la síntesis temporariamente. Entonces el ribosoma se une a las
membranas del REG. Recordemos que allí se ubican las riboforinas (receptores de ribosomas). También
hay receptores para la PRS. Una vez que el ribosoma se adhiere a las membranas reticulares, entonces
el péptido guía ingresa en un canal transmembranar, la PRS se separa y la traducción se reanuda. A
medida que la proteína crece, se vuelca hacia el lumen del REG: la síntesis proteica y la translocación a
través de la membrana son simultáneas (cotraslación).
Fig. 5.10- Sïntesis de proteínas en el REG. Cotraslación
Las proteínas que carecen de péptido señal no son reconocidas por la PRS; por este motivo no se
dirigen hacia el sistema de endomembranas y su síntesis se completa en el citosol. Muchas de ellas
atraviesan otras membranas con posterioridad (postraslación) para alcanzar su localización definitiva.
Se han encontrado otras secuencias aminoacídicas, distintas del péptido señal, que actúan como marcas
para dirigirlas a sus respectivos destinos.
Las proteínas sintetizadas en el REG pueden dividirse en dos grandes grupos: membranares y luminales
o solubles. Las membranares permanecen incluidas en la membrana, en algunos casos ligadas a ella
mediante el péptido señal; en otras, secuencias de aminoácidos internas a la cadena funcionan como
péptidos de anclaje, deteniendo la translocación de la proteína por el canal. Según la cantidad de
secuencias de anclaje que presentan, hay proteínas de paso único o proteínas multipaso. Las proteínas
intrínsecas insertas en la membrana a nivel del REG se retienen como componentes de este organoide o
son transportadas en vesículas, formando parte del “envase”, hasta incorporarse a otras membranas
del sistema o a la propia membrana plasmática.
Fig. 5.11 a - Inserción de proteínas integrales en la membrana del REG
Fig. 5.11 b- Inserción de proteínas integrales de multiple paso en la membrana del REG
Las proteínas solubles no conservan el péptido señal ni poseen otros péptidos de anclaje. Cuando el
péptido señal es escindido de la cadena (en este corte actúa una peptidasa señal ubicada en la cara
luminal de las cisternas), ésta pierde contacto con la membrana y se vuelca por completo al lumen. Si
las proteínas solubles no son residentes del REG, entonces siguen su ruta, en este caso como contenido
de las vesículas transportadoras. Podemos citar en este grupo a las proteínas de secreción y a las
hidrolasas lisosomales.
Glicosilación. La mayor parte de las proteínas sintetizadas en el REG incorporan cadenas glucídicas a su
paso por el mismo. La presencia en la cadena polipeptídica de la secuencia de aminoácidos asparagina–
x-serina o asparagina–x–treonina (x es otro aminoácido cualquiera), señal de glicosilación, marca el
sitio donde se unirá el glúcido. Todas las glucoproteínas sintetizadas en el REG reciben el mismo
oligosacárido: una cadena ramificada de doce unidades de monosacárido.
Fig. 5.12- Glicosilación nuclear.
Ésta se sintetiza sobre un lípido de membrana -el dolicol-fosfato -, y luego es transferida en bloque a
la asparagina de la señal de glicosilación (se forma un enlace N-glicosídico). En la síntesis del
oligosacárido y su posterior transferencia participan las enzimas glicosiltransferasas. El glúcido se
adiciona tantas veces como aparezca en la proteína la señal de glicosilación. Mientras la glucoproteína
aún se halla en el REG, enzimas glicosidasas remueven algunas unidades de monosacárido, al tiempo que
distintas glicosiltransferasas añaden otras nuevas. Se produce así la diversidad de cadenas a partir del
primer bloque transferido. Un núcleo del oligosacárido original, no obstante, se conserva hasta el final
en todas las glucoproteínas, de allí que esta glicosilación reciba el nombre de glicosilación nuclear.
FUNCIONES DEL APARATO DE GOLGI
El aparato de Golgi es la estación distribuidora final del sistema. Las macromoléculas sintetizadas en
REL y REG llegan a él mediante transporte vesicular y son recibidas en la cara convexa del aparato o
cara de recepción, donde se encuentra una zona de transición con el RE, la red cis. Desde allí, por el
mismo mecanismo, son enviadas a la cisterna cis, luego a la medial, y por último al compartimento trans
del complejo de Golgi, que se corresponde con su cara cóncava. A partir de otra zona de transición, la
red del trans Golgi, brotan las vesículas que contienen los productos definitivos.
El complejo de Golgi no se limita al transporte de las sustancias recibidas. En este sector, por el
contrario, se da la forma final a las moléculas que ingresan. En el aparato de Golgi tienen lugar las
siguientes reacciones:
Glicosilación terminal. Es la modificación secuencial, por remoción y adición de monosacáridos, de las
glucoproteínas sintetizadas en el REG. También se adicionan nuevos bloques oligosacarídicos
construidos por completo en el aparato de Golgi, proceso denominado O-glicosilación (el enlace entre el
glúcido y el resto de aminoácido es unión O-glicosídica).
Síntesis de heteropolisacáridos. Los heteropolisacáridos constituyentes de los glicosaminoglicanos
(GAG) se sintetizan en el aparato de Golgi y se unen a las proteínas provenientes del REG, ensamblando
moléculas complejas como el ácido hialurónico o el condroitín-sulfato destinados a la matriz
extracelular de las células animales. En las células vegetales, el aparato de Golgi sintetiza polisacáridos
de la pared celular, por ejemplo hemicelulosas y pectinas.
Síntesis de glucolípidos. Se adiciona la porción glucídica a la ceramida sintetizada en el REL.
Secreción Las vesículas que brotan de la cara trans portan los productos acabados destinados al
medio extracelular. La fusión de dichas vesículas con la membrana plasmática –exocitosis- da como
resultado la secreción o exportación de diversas sustancias: enzimas, hormonas, moléculas de la matriz
extracelular o de la pared celular, anticuerpos y otras, según el tipo celular.
Hay dos rutas secretorias: la continua o constitutiva y la discontinua o regulada.
La secreción continua o constitutiva está presente en todos los tipos celulares. Las vesículas que siguen
esta ruta se exocitan en forma continua, a medida que brotan del aparato de Golgi. Por ejemplo, se
secretan por esta vía las moléculas que se incorporan a la matriz extracelular.
Fig. 5.13- Secreción
La secreción regulada, en cambio, es propia de células secretoras especializadas. En estos casos, las
vesículas se acumulan en el polo secretor de la célula, como gránulos de secreción, y la exocitosis se
dispara sólo ante señales muy específicas. Por ejemplo, las células b de los islotes de Langerhans (en el
páncreas), contiene gránulos de insulina que son exocitados en respuesta a una elevación de la
glucemia. La secreción regulada requiere también un aumento de la concentración de calcio citosólico.
Formación de lisosomas primarios
Los lisosomas primarios son organoides derivados del sistema de endomembranas. Cada lisosoma
primario es una vesícula que brota del aparato de Golgi, con un contenido de enzimas hidrolíticas
(hidrolasas). Las hidrolasas son sintetizadas en el REG y viajan hasta el aparato de Golgi por
transporte vesicular. Allí sufren una glicosilación terminal de la cual resultan con cadenas glucídicas
ricas en manosa-6-fosfato (manosa 6-P). La manosa 6-P es el marcador molecular, la “estampilla” que
dirige a las enzimas hacia la ruta de los lisosomas. Se ha estudiado una enfermedad en la cual las
hidrolasas no llevan su marcador; las membranas del aparato de Golgi no las reconocen como tales y las
empacan en vesículas de secreción para ser exocitadas. Quienes padecen esta enfermedad acumulan
hidrolasas en el medio extracelular, mientras sus células carecen de ellas.
Lisosomas y digestión: heterofagia y autofagia
Los lisosomas primarios contienen una variedad de enzimas hidrolíticas capaces de degradar casi todas
las moléculas orgánicas. Estas hidrolasas se ponen en contacto con sus sustratos cuando los lisosomas
primarios se fusionan con otras vesículas. El producto de la fusión es un lisosoma secundario. Por lo
tanto, la digestión de moléculas orgánicas se lleva a cabo en los lisosomas secundarios, ya que éstos
contienen a la vez los sustratos y las enzimas capaces de degradarlos.
Existen diversas formas de lisosomas secundarios, según el origen de la vesícula que se fusiona con el
lisosoma primario:
Fagolisosoma: se origina de la fusión del lisosoma primario con una vesícula procedente de la
fagocitosis. Se encuentran, por ejemplo, en los glóbulos blancos, capaces de fagocitar partículas
extrañas que luego son digeridas en estos cuerpos.
Endosoma tardío: surge al unirse los lisosomas primarios con materiales provenientes de los endosomas
tempranos. Los endosomas tempranos contienen macromoléculas que ingresan por los mecanismos de
endocitosis inespecífica y endocitosis mediada por receptor. Este último es utilizado por las células
para incorporar, por ejemplo, las lipoproteínas de baja densidad o LDL.
Fig. 5.14- Endosoma temprano y tardío
Autofagolisosoma: es el producto de la fusión entre un lisosoma primario y una vacuola autofágica.
Algunos organoides citoplasmáticos son englobados en vacuolas, con membranas provistas por las
cisternas del RE, para luego ser reciclados cuando estas vacuolas autofágicas se unen con los lisosomas
primarios.
La digestión que tiene lugar en los lisosomas secundarios, ya se trate de una heterofagia- hidrólisis de
sustancias de origen exógeno- o de una autofagia –degradación de componentes celulares- da origen a
moléculas más sencillas que atraviesan la membrana lisosomal, es decir son absorbidas por el citosol
para su posterior asimilación.
Lo que queda del lisosoma secundario después de la absorción es un
residuales contienen desechos no digeribles que en algunos casos
acumulándose en el citosol a medida que la célula envejece. Un ejemplo
gránulos de lipofuscina que se observan en células de larga vida, como las
cuerpo residual. Los cuerpos
se exocitan y en otros no,
de cuerpos residuales son los
neuronas.
La activación de las hidrolasas requiere un medio más ácido que el citosol, de pH 5, que se logra por la
acción de una bomba de protones situada en la membrana lisosomal. Por otra parte, la membrana de los
lisosomas es impermeable a las enzimas y resistente a la acción de éstas. Ambos hechos protegen
normalmente a la célula de una batería enzimática que podría degradarla. Existen, sin embargo,
algunos procesos patológicos, como la artritis reumatoidea, que causan la destrucción de las
membranas lisosomales, con la consecuente liberación de las enzimas y la lisis celular. En otros casos, la
liberación de las hidrolasas cumple un papel fisiológico, permitiendo la reabsorción de estructuras que
ya no son útiles, por ejemplo la cola de los renacuajos durante la metamorfosis.
Fig. 5.15- Autofagia y Heterofagia
PEROXISOMAS
Los peroxisomas, organoides presentes en todas las células eucariontes, son vesículas ovoideas de
aproximadamente 0,5 mm, que al igual que los lisosomas están rodeadas por una membrana simple y
contienen enzimas en su interior. Esta quizá sea la única similitud, pues se originan al igual que las
mitocondrias por un proceso de fisión binaria, en este caso de peroxisomas preexistentes. Las enzimas
que contienen en su matriz se incorporan desde el citosol, siendo sintetizadas en ribosomas libres.
Según el tipo de enzimas que posean, existen muchos tipos de peroxisomas.
La principal enzima de los peroxisomas es la catalasa, que descompone el peróxido de hidrógeno
producido en el peroxisoma o el originado en otras localizaciones, como el citosol, RE y las
mitocondrias. La actividad de la catalasa es la única común a todos los tipos de peroxisomas.
En el peroxisoma, se reduce el oxígeno molecular en dos pasos. En el primero una oxidasa elimina los
electrones de varios sustratos, como aminoácidos o ácido úrico. En el segundo, la catalasa, convierte el
peróxido de hidrógeno, formado en el primer paso en agua.
La catalasa también participa en la neutralización de los aniones superóxido, O2- (radicales libres).
Estos radicales son primero eliminados con formación de H 2O2 por la superóxido dismutasa, y luego la
catalasa de los peroxisomas convierte al H 2O2 en H2O y O2.
La catalasa también neutraliza con consumo de H 2O2, sustancias tóxicas, como fenoles, formaldehído y
el etanol de las bebidas alcohólicas, por eso son más numerosos en el tejido hepático y renal.
Contiene además diferentes oxidasas, como la D-aminooxidasa, urato oxidasa y las responsables de
la b-oxidación de los ácidos grasos (este proceso tiene lugar principalmente en la mitocondria). Todas
estas enzimas oxidan sus sustratos produciendo energía térmica en lugar de ATP.
En las células vegetales, encontramos glioxisomas, que son peroxisomas especializados en el
metabolismo de los triacilgliceridos.
Las enzimas de los glioxisomas, transforman los ácidos grasos de las semillas en hidratos de carbono
por la vía del glioxilato.
Los glioxisomas, también juegan un papel central en la fotorrespiración (se denomina así dicho proceso
por requerir luz y O2 y liberar CO2), que tiene lugar en las hojas de las plantas verdes en los días de
calor intenso y baja humedad ambiente.
En los glioxisomas, se cataliza la oxidación del glicocolato a H 2O2 y glioxilato con consumo de oxígeno.
Luego el H2O2 formado es descompuesto y el glioxilato es transformado en glicina, la cual ingresa al
ciclo de Krebs.