Este documento presenta una introducción a la sección sobre los componentes celulares. Explica que la célula es la unidad fundamental de la vida y que comprender su funcionamiento es clave para entender los fenómenos biológicos. Resume la evolución del estudio celular desde un enfoque morfológico a uno bioquímico y funcional. Finalmente, anticipa que la sección abordará aspectos estructurales y funcionales de la membrana plasmática, los orgánulos membranosos, el núcleo celular y el citoes
2. Prólogo
a bioquímica es una ciencia que se ha desarrollado con un ritmo muy
acelerado en el presente siglo. Loslogros alcanzadosen losúltimos años
TJen el conocimiento de esta ciencia iian influido decisivaniente en el
progreso de numerosas ramas científicasafines,en particular en las hiomédicas.
Muchos hallazgos de la bioquímica han incidido directa o indirectamente en la
teoría y la práctica médica; por ello resulta imprescindible el dominio de los
aspectos fundamentalesde esta disciplina por parte de médicos, estomatólogos,
licenciadosen enfermería,y en general por todoel personal profesional relaciona-
do con la asistencia, docencia e investigación en el campo de las ciencias médi-
cas.
El texto fue elaborado teniendo en cuenta los intereses de las diferentes especia-
lidades de lasciencias médicas. De igual modo, éste puede ser de utilidad a estu-
diantes de cualquier otra carrera biológica. En el Tomo IV se tratan, además,
algunos aspectosespecializados de la bioqiiímica de interésclínicoactiial, lo que
permite a estudiantesdeañossuperiores ygraduadosdelasdiferentesramas delas
cienciasmédicas complementar yaplicar conocimientosadquiridosal cursar las
ciencias básicas.
Nuestros propósitos son contribuir a mejorar la comprensión de la disciplina
Bioqiiímica y destacar su importancia en la formación de profesionales de las
especialidadesmédicas. Corresponde principalmente a nuestros estudianteseva-
luar en qué medida ello se ha logrado.
Las autores
4. CmíTin.024.Flujo celular de información 427
Información molecular 427
Formasdela informaciónniolecnlar 428
Transferencia deinformación 429
Ciclocelular 429
Actividad biosintética durante el ciclocelular 431
Regulación del ciclo celular 434
Resumen 437
Ejercicios 437
CAPíTin.025.Replicación de los ADN 439
Historia delproblema 439
Aspectosgenerales 441
Requerimientos de la replicación 442
Etapas dela replicación 444
Replicaciónen procariontes 444
Replicación en E. coli 444
Origen de la replicación 445
Eventos previos a la iniciaciÓn(preiniciacióo)445
Iniciación 447
Elongación 449
Terminación 452
Modificacióndel ADN (posterminación) 453
Replicación en eucariontes 453
Complejidad del proceso 453
Replicaciónen eucariontespluricelolares 455
Fidelidad del proceso 456
Inhibidores dela replicación 457
Amanera deconclusiones 458
Resumen 459
Ejercicios 460
CAPíTUL0 26.Op@zación del genoma eucarionte 461
Genesy cromosomas 461
Genesy ADN 465
Estructura delgen 466
Familias génicas 468
Genomahumano 471
Resumen 472
E,jercicios 473
CAPfTUL027. Transcripción del ADN 475
Aspectos generales 475
Etapas dela transcripción 476
Eventos previos a la iniciación (preiniciación) 477
Iniciación 479
Elongación 480
Terminación 480
Eventosposterminación 483
Transcripción en eucariontes 485
Síntesisy maduración de losARNr 486
Síntesisy maduración de los ARNt 487
Unidadesde transcripción 487
Síntesisy maduración delosARNm 490
Inhibidores dela transcripción 493
Resumen 494
Ejercicios 495
CmíTin.028.Código gen6üco 497- -
Primeros pasos 497
Descifrado del código 498
Codonesdeterminación 501
Codon de iniciación 502
Universalidad del código 503
Estructura del código 503
Descodificación 505
Resumen 506
Ejercicios 507
CAPíTUL029.Ribosomas 509
Primeros indicios 510
Composiciónmolecular 510
Estructura tridimensional512
1,ocalización de los componentes 512
Dominios funcionales 515
Riogénesis de los ribosomas 516
Ribosomaseucariontes 517
Polirribosomas 518
Resumen 518
Ejercicios 519
CAPíTULo30. 'ihducción 521
Primerosaportes 521
Características generales 522
Eventos previos a la iniciación 522
Iniciación 525
Formación del complejo depreiniciación 525
Incorporación delfmet-ARNt,526
Incorporación delARNm 526
Formación del complejo de iniciación 70s 526
Elongación 527
Incorporación delaminoacil-ARNt 527
Formación del enlacepeptídico 529
Translocación 529
Terminación 530
Traducción en eucariontes 530
Posterminación 532
Distribución deproteínas 533
Consideraciones energéticas 534
Inhibidoresdela traducción 535
Resumen 536
Ejercicios 536
5. c m 031. Reeombinari6n genética 537
Historiadelproblema 537
Tiposderecombinacióngenética 538
Modelo de Holliday 539
Comprobacióndel modelo 541
FormacióndelintermediariodeHolliday 542
Enzimología dela recombinación 542
Significadobiológico de la recombinación 545
Resumen 546
Ejercicios546
CAPfirrr.032. Mutadones 549
Definicionesy nomenclatura 549
Conceptodemutación 549
Tiposde mutaciones 550
Mutacionesgénicas 550
Mutagénesis 551
Mutágenos análogosdebases 551
Mutágenos químicos 552
Sustanciasintercalantes 553
Radiaciones 553
Consecuenciasdelasmutaciones 553
Mutacionesmayores 555
Supresión 556
Mutacionesen humanos 557
Resumen 558
Ejercicios 559
CAPínno33.Comervaei6ndelainformaci6ngenetiea 561
Modificación-restricción561
Daños al ADN 564
Basesmal apareadas 564
Basesperdidas 564
Alteracionesdebases 564
Roturadeuna hebra 564
Rotura en las 2 hebras 565
Enlacesentrecruzados565
Sistemadereparación 566
Fotorreactivación 566
Reparación por escisión 566
Reparaciónpor recombinación 567
SistemasSOS 569
Reparación deotrosdaños 569
Alteracionesdela reparación 569
Resumen 571
Ejercicios 571
CAPfiur,~34.Regulaci6ndela expresi6n genetiea 573
Aspectosgenerales 573
Regulacióntranscripcional 574
Inducción enzimática 574
Mecanismodeatenuación 581.-
Eficienciadel promotor 582
Regulaciónpostranscripcional 582
Regulación en encariontes 583
Regulación pretranscripcional 584
Regulacióntranscripcional 585
Regulaciónpostranscripcional 585
Resumen 586
Ejercicios 587
CAPfiULo35. k o l o g l a del ADN reeombiinante 589
Procedimientogeneral 589
Obtención de genes específicos 591
Recombinación in vitro 591
Vectores 593
Identificacióndel gen recombinado 595
Pmblemenlaproduccióndepmteínaseucariontes 596
Expresión de genesclonados 596
Experiencia típica 596
Empleodiagnóstico 598
Perspectivas 599
Resumen 600
Ejercicios 601
6. Introduccióna la sección
omo fue considerado en el capítulo4, la célula es la forma fundan~entalde
r; .:organización de la materia viva; de aquíse deduce quela comprensión del
-/ funcionamientocelular constituyeun elementofundamental para elconoci-
miento de losfenómenos biológicos en su conjunto.
La primeraaproximación del hombre al estudiode la célula se produjo a través desu
morfología, auxiliado en sus inicios por instrumentos ópticos de amplificación de
imágenes.Desdelosprimeros momentossehizoevidentequelascélulaseran estructu-
ras complejas con elevado nivel de organización interna.
El desarrollode losestudiosbioquímicos,quedemostraron la posibilidad de analizar
algunasfunciones celulares en preparados libres de células -especialmente algunas
actividades enzimáticas-, abrió un período importante de adquisición de nuevos co-
nocimientos acerca del funcionamiento de estas células. Se descubrieron las vías y
ciclosmetabólicosy avanzódemanera extraordinaria elconocimientosobrela estruc-
tnra y función de las enzimas, asícomosu función reguladora en elmetabolismo.
En una etapa pareció que el conocimiento bastante completo de la función celular
estaba relativamente cerca y que consistiría en identificar todas y cada una de las
enzimas celulares, así como las reacciones que ellas catalizaban; de este modo, una
imagen reduccionista de la célula,comoun pequeño sacodonde las enzimasllevaban
a cabosufunción,cobróalgún valor ein elpensamientodelosbioquímicos. Pronto esta
7. imagenafrontódificultadesal ponerseen evidenciaquemuchasfuncionesmetahólicas
requerían,nosololoscatalizadoresenzimáticoscorrespondientes,sinodedetermina-
dasestructuras con un elevadogradodeorganización;tal fueelcasodela síntesisde
proteínasenrelacióncon losrihosomasodela respiracióncelularconlasmitocondrias.
Demanerasimultáneaeldesarrollodelosmétodosdeestudiodelamorfologíacelular-
especialmentela microscopia electrónica-fuerevelandola extraordinaria compleji-
dad dela citoarquitectura,a elloseunióelcúmulodeinformaciónobtenida mediante
métodoscomolahistoqnímicay la inmunohistoquímica,loscualespermitieronhacer
un análisisqueintegrabala estructura y la funcióndediversoscomponentes.
Hoy resultaevidentequesiqueremoscomprenderadecuadamentea lacélula,la visión
del pequeOo sacorepleto deenzimastiene queser desplazada por la deun complejo
estmcturalyfuncional,dondetan importantessonlascaracterísticascinéticasdeuna
enzima comosu ubicaciónintracelularysusatributos topológicos.
Deestemodo sejustifica plenamentela inclusióndeestasección"componentes celu-
lares" en un textodebioquímica; desdeluego,ellectordeberá tener presente queel
contenidoes eminentementefuncionaly losdetallesmorfológicossonconsiderados
en la medida quecontribuyena esteobjetivo. El estudiocada vez más complejosobre
la morfología celular sigue siendo objeto de estudio primordial en disciplinas de
caráctermorfológicocomola Histología.Sindudasnosvamosacercandoa una sínte-
sis de conocimientos que muchos reconocen comouna disciplina independiente, la
Biología Molecular, en nuestro caso se considera como una parte de la propia
Bioquímica.
El enfoqueeminentementefuncionalnosha decidido tratar losaspectosestmcturales
de algunoscomponentescelulares (mitocondriasy ribosomas)en capítulosdeotras
seccionesdonde seestudian susfunciones.
En esta sección se tratan aspectosestructurales y funcionalesde los componentes
celulares,cnáies sonlamembranaplasmáticay losorganelosmembi.anau>sinhamlulares,
el núcleo celular y el citoesqueleto.
Enestetextopodrá comprobarsecómoestosconocimientossonretomadosnecesaria-
mentepara lograrmejor comprensióndelfuncionamientoyregulacióndelmetabolis-
mo celular,cobrandofuerza una concepcióndelarelaciónestmctnra-funcióna todos
losnivelesde organizacióndela materia viva.
Sin embargo,debequedar claro que una célula es un objetomuy complejo, con un
elevadísimogradodeorganizacióncuyacomprensiónrequiereaúndeintensasinves-
tigaciones.
8. Lasmembranasbiológicassonorganizacionessupramacromolecularesflexibles
y fluidasquedelimitanlascélulasdelmediocircundante(membrana plasmática),o
constituyenelsistemadeendomembranascaracterísticodelascélulaseucariotasy
que condicionala compartimentacióndeéstas;además,lasmembranasdelimitan a
muchosorganeloscitoplasmáticos.
Aunque la composiciónmolecular de lasmembranas biológicasvaria segúnel
tipodecéluladelcualformeparte,einclusodesulocalizaciónintracelular,todasellas
presentanun conjuntodecaracteristicascomunestantoenrelaciónconsucomposición
molecularysuorganizaciónestructural generalcomocon susfuncionesbásicas.
Enestecapítuloseestudiaránestascaracteristicascomunesatodaslasmembranas
biológicas y además, se tratarán las especificidadesestructurales generales de la
membranaplasmática,haciendoénfasisen algunasdesusfunciones,particularmente
lasrelacionadascon elpaso desustanciasa travésdeella.
Componentesmolecularesde lesmembranas
Las distintasmembranas biológicasestán constituidasfundamentalmentepor
Lípidosy proteínas,poseen además,glúcidosen pequeñascantidades. LosLípidosylas
proteínas son los componentesfundamentalesque se encuentran en proporciones
variables según el tipo de membrana; en las membranas mielínicas los Iípidos
constituyencerca de180% desumasay lasproteínasalrededorde120 %,en tantoque
enlamembranainternadelasmitocondriaslaproporcióndeambosconstituyenteses
inversa,-20 % deIípidosy80 % deproteínas. Entreestoslímitesexisteuna gamade
proporciones diversas de dichos componentes; analizaremos algunos aspectos
particularesdecadaunodeloscomponentesmolecularesdelasmembranas.
Lípidmdemembrana
Losopid~s<lwxenwnbranfonnandopartedelasmembrana~presentanlapropiedad
deseraníipátieascomosemrdará,éstasede-
unapomónpolary otraapolar(capítulo13).DichosIípidosdemembranassonfdátidos
deglicerinayesñngolípidos;lostriacilglicéridosseencuenhan en cantidadesínfimas.
Algunostiposdemembranaposeencolesteroly éstemdecolesterol.
9. La característicaanfipáticadelosprincipalesIípidosdelasmembranascondiciona
la organización estructuraldeéstos enforma demicela obicapa (Fig.20.1),en la cual
los grupos polares se disponen hacia el exterior de ésta e interactúan con el medio
acuosoa través depuentesdehidrógenoydeinteraccioneselectrostáticas.Lascadenas
apolares, a su vez, sedirigen hacia elinterior, entreellas seestablecenatracciones por
unionesbidmfóbicas y por fuerzasde Van der Waals.
Fie. 20.1. Reuresentación esriaeial de un seemento de bieaiia liuídica. En negro. átomos de carbono;
En la Fig. 20.2 puede apreciarselaforma en queelcolesterolserelaciona con los
fosfolípidos;comoseha dicho, la bicapa,estructura fundamental delasmembranas, es
fluida;ellodependedesu composición.La longitud de lacadena y elgrado de insatu-
ración de los ácidos grasos, -que constituyen los fosfátidos de glicerina y
esfingolípidosinfluyen deformadeterminante en esta propiedad; deesta manera los
ácidos grasos de cadena corta y losinsaturadoslimitan el "empaquetaniiento" de las
cadenashidrófobasy por tanto contribuyen a la fluidez. La presencia de colesterolen
la membrana eierce efectossobresu fluidez."
La bicapa lipídicaesasimétrica, ya queladisposicióndesuscomponentesdifiere
en cada una de lascapas. La mayoría de las moléculasde fosfatidilserina yfosfatidil
etanolamina seencuentran enla capainterna, en tantoque, en la externa predominan
las defosfatidil colina y esfingomielina;eldifosfatidilglicerolseencuentra sóloen la
membranainterna delamitocondria yen algunasmembranas bacterianas. El inositol
en el fosfatidilinositol, así como el 4,s-difosfoinositol fosfoglicérido (PIP,) forman
parte también dela membrana plasmática yen elcasodel PiP2esfuentede2segundos
mensajeros.
Losplasmalógenosforman parte también de algunasmembranascomoeltejido
nerviosoyelcorazón. Como veremosmás adelante,algunos glúcidosseunen a Iípidos
formando los glucolípidos.
El espesor de la bicapa lipídica mide aproximadamente entre 6y 9 nm para la
mayoríadelasmembranas; estabicapase comportacomouna barrera permeablepara
las sustancias lipídicas, e impermeables a los iones y compuestos polares con la
excepción del agua (Fig. 20.3).
11. Fig. 20.5. Disposición en la membrana plasmática de la gliroforina, proteína intrínseca de las
glóbulos rojos humanos.
(Tomado de Bioquímica. L. Stryer. Segunda edición, 1982).
Lasproteínasperiféricassedisponenenlasuperficieinternaoexternadelabicapa
y se unen, por interaccionesdébiles de tipo electrostático,a la cabeza polar de los
Iípidosdelamembrana,por locualsonfácilmenteseparadascon eluso desoluciones
salinas.Estasproteínassonsolublesen solventespolares.Entrelasproteínasperiféri-
cashay algunascon actividad enzimática.
Lasporcionesdelasproteínasdemembranaqueseincluyenen la bicapa lipídica
poseen elevadocontenidodeaminoácidosapolares,con predominiodelaestrnctura
en héliceu ódeconformadónP; comofueestudiadoenelcapitulo12,laestructuraen
héliceudelasproteínasminimizael carácter hidrofnico.de1enlacepepiídico.
Glúeidosde membrana
En todaslascélulaseucariotasseencuentrauna cantidaddeglúcidos,formando
partede lasmembranas,particularmentedelaplasmáiica.Losglúudossehallanunidos
deforma covalentea Iípidoso proteínas para formar glicolípidoso glicoproteínas,
respectivamente.La fracciónglucídicaconstituyeentre 2y 10%;desde el punto de
vista estructural sonoligosacáridos,queen sumayoríaestán unidosa proteínasyen
menorcantidad a losIípidos. Losoligosacáridosdelasmembranasestándispuestos
hacia lacara no citoplasmática(Fig.20.6),éstoscumplenlasfuncionessiguientes:
1.Contribuyena la orientacióndelasproteínasen lamembrana.
2. Participanen la interacciónentremembranasdecélulasdistintas.
3.Tienen una funciónfundamentalen laspropiedadesinmunológicas
delasmembranas.
Los azricares que se encuentran formando parte de estos glicolípidos y
glicoproteínas son: glucosa,galactosa,manosa, fucosa,N acetil galactosaminay el
ácidosiálico.Laasimetríasemantienedebidoa queel pasoespontáneodemoléculas
deuna capa a laotra escasinulo.
Modelodelmosaicofluido
El modelodemembrana delmosaicofluidofuepropuesto por Singery Nicolson
en 1972,ésteescapazdeexplicarnumerosaspropiedadesfísicas,químicasy biológicas
12. Fig. 20.6. Reprcsentacih de la capa lipidies externa de una rnemhrana plasrnátira Iiipotétiea. Les
oligosaeáridos integrantes de los gangliósidos están constituidos por diversos monosacá-
ridos indicadas con Ictras.
('romado de Moleeular Biulog? af thc crll. R. Albci-ts et al., 1983).
de lasmembranas; seacepta universalmente comola organizaciónestructural más
probable de loscomponentes de las membranas biológicas.
El modelo se propuso sobre la hase del estudio de la composición química y
propiedadesfísicasde las membranas biológicas, asícomode resultados experimen-
talesenloscualessecomparó elcomportamiento demembranas sintéticaspreparada5
en ellaboratorio, a partir de una mezcla de fosfolípidosy algunas proteínas, con el
comportamientodelasmemhranasnaturales.
En lafigura 20.7 puedeapreciarse una representaciónesquemáticadelmodelo.Se
considera que las proteínas forman un mosaico dentro de la hicapa lipídica, que
constituye la estructura básica; además, las proteinas experimentan movimientos
laterales.En estemodelo puede observarse la disposiciónde losglúcidosen la cara no
citoplasmática; lasproteínas periféricas selocalizanhacia amboslados, yel conjunto
adoptauna estructuratridimensional compacta yflexible.
,N Bicapa
lipídica
. '
Fig. 20.7. Modelo del mosaico fluida.
(Tomado de Bioquímies. L. Strper.
Segunda edición, 1982).
El grado de fluidez de una membrana influye en sus funciones,si aumenta su
fluidezseincrementa su permeabilidad al agua y a otras moléculas e iones,en tanto
1.Los Iípidosy proteínas organizadosen forma de mosaico.
2. Lasmembranas sonestructuras fluidasdondelos Lípidosy proteinas pueden efec-
tuarmovimientosdetraslación dentrodela misma capa.
3.Ashetia enladisposiciónde losIípidos, lasproteínas yespecialmentelasglúcidos.
13. Membrana plasmática
La membrana plasmática seorganizacomouna doblecapa continua, delgada, de
4a 5nni de espesor.En algunas células, por fueradelamembrana,existe una cubierta
celular que la cubrey protege. La membrana plasmática individualiza a la célula y
permite que ésta se relxione con el medio; su desarrollo constituyó un eventocruiial
en el proceso de evolucibn de la materia viva (capítulo 3).
La membrana plasinática está constituidadeforma siniilar a la descrita para las
membranas hinlúgicas, por lo cual aquí trataremos sólo las particularidades más
relevantes.
En un niisiii~~tipo de nieinbrana plasmáticase han podidoaislar e identificar unas
100proteínas diferentes, y teniendoen cuenta losdistintostiposdemembranas plasmá-
ticasestudiadas seIia determinadola presenciade numerosas enzimas,algunasde ellas
exhiben una Ion~alizaciúnbistica especifica,comolas disacaridasas -localizadas en las
n~icrovellosidadesdc la niucosa intestinal-, en tanto otras presentan una ubicación
más universal -iVl'l'asa dependientede Na' y K'.
Lasproteínastransportadorai,la$queforniancanalesylosreceptoresdemembrana
tienen una especial relevancia, ya quedesempeña una función vital en elintercambio
desustancia,energía einti)rniaciúndelacélulacon su entorno(Fig.20.8).Las proteína?
de membrana pueden presentar adeniás funciún estructiiral,constituir antígenos o
alguna otra funcibn especifica.
Ligando
l
Pro
1 l l ~eceitorde
teína Proteína Bomba membrana
canales transpoitadora
Fig. 20.8. 'Tipos de proteínas de menihranas. Ohs6rvesc Wmu todas rllas son proteínac integrales.
La membrana plasmática del eritrocito (figura20.9)ha sido muy estudiada
dehido a la relativa facilidad de su aislamiento y purificación, contiene 52 90de
proteínas, 40 % de lípidos y 8 % de glúcidos en forma de oligosacáridos. La
distribucibn de lasproteínas enla bicapa estambién asimétric-,lasperiféricaq queson
mássolublesseencuentran en la caracitoplasmática, lasexternasestán más asociadas
a loslípidos. Lasglicoproteínassedisponen en la cara externa olnminal.En elcapítulo
63el lector puede ampliar detalles al respecto.
Las proteínas transportadoras son proteínas integrales de membrana, tienen
especificidady seunen a la sustanciaquesedebe transportar. Loscanales oporos son
proteínas intrínsecas que crean un ambiente "acuoso" en su interior debido a la
conformación adoptada por sus niveles terciarios y cuaternarios, lo que permite la
difusión de sustanciasen ambos sentidos a través de la muiihrana; lassustanciasse
mueven a favor del gradiente. Aunque estas proteínas canales muestran cierta
especificidad,nose unen a lasustancia quesedebe trausportar y laselectividad parece
más biénestar relacionada altamaíio ycarga eléctricade la sustancia transportada. El
flujoa través del canal secontrola por la regulación de su apertura y cierre.
Las proteínas receptoras son proteínas transmembrauales cuya funciún
especializada esconstituir un eslabún fundamental en la comunicaciún intercelnlar,
14. Banda 111
'1;-. -gH~exiracelularEspacio-.- l l. ~. ,
. .
Bicapa -
lipídica
.... r, *Y .i .< .., < <
Citoplasma
HOOC
Fig. 20.9. Disposiri6n de la banda 111 y de
la glicoforina (GP) en la mcnilirn-
na del critracito.
NHZ (Tomado de Moleeular Bh>logyof
thc cell. R. Alhcrts el al., 1983).
ellascaptan alguna?señales quíniicasdel exteriorytrasmiten una información Iiacia
elinterior de la célula. No todos los receptores son proteinas de membrana, pues en
algunoscasosla proteína receptora seencuentra localizadaen el interior de la célula y
noformaparfede la nienilnma plasniática.Sehace referenciasúloa losreceptoresde
membrana. Estosde acuerdo con sus respuestas ante lasseñalespueden:
1.Regular el paso de determinadassustanciaso iones a través de canales.
2. Modificarla actividad de algunas enzimas.
3.Provocar cambiosdeconformacióny fiinción dedeterminadas proteinas.
4. Facilitar procesos de endocitosis.
5. Inducir la transcripciún dealgún segmentodel ADN.
La estructura de los receptoreses muy variada, pueden estar formadospor una
cadena polipeptídica o cnnstituir oligómerus más o menos complejos. En muchos
casossepueden distinguir 3dominios: uno extracelular, glicosilado,relacionado cnn
elreconocimientomolerular de laseñalquíniica;otroqueatraviesa lamembrana, y un
tercero, intracclular relacionado con la trasinisii,n de la información (Fig.20.10).
Bicapa
lipídica
Fk.20.10. Estriirtiira dc un receptor de nirriitiran~.(a) I>ifcrentesdominios: DE dominio cxtraiclular
Por donde Sr unic el lizande, 1Yl' diiniinio transineniliranal y DC dominio citoplasmático por
dondc se expresa o lrasmitc la respuesla a la scñel. (1,) Al unirse el ligando sc produce una
transi<información que provoca la aclivaciím dcl centro catalítico inactivo (CCl) y se
conviene en centro cairlílico activo (CCA),lo que pcrmile que ocurra la reacción cniiniútica.
15. Fig. 20.11. Mierofotngrafia electr6nicii dc
la superficie de un linfocito. La
lineión específica permite ver la
cubierta celular o gliioeálix.
(Tomado de Mulerular Biology of
tlie ccll. B. Alherts el al., 1983).
El reconocimientoy unión de la señalal dominio externode la proteína receptora
provoca un cambio conformacional en ésta, el que setrasmite al dominio intracelular
y desencadena el tipo de respuesta correspondiente. En el capítulo 59,en ocasióndel
estudiode la comunicación celular, ellector podrá ampliar este aspecto.
Las membranas plasmátieas de célulasanimalesposeen colesterolen cantidades
elevadas, hasta una relación de 1:l con losfosfolípidos.De igual forma el contenido
de oligosacáridos es relativamente elevado, al compararlo con el de otro tipo de
membranas comosepuede comprobar en latabla 20.1.
nbla20.1. Con~posiCiÓnaproximada deIIpidos en distintasmembranas celulares
Tipo de lipido MFH MPE MIE MlT RE
Colaterol 17 23 22 3 6
Glicolipidos 7 3 28 hz hz
1.0s dores se dan en por cientos del peso total de lipidos.
Leyendas: MPH: membrana plasmátiea hepática. MPE: membrana plasmática del eritrocito. MIE:
niieliim 5117: mitocandria. RE: rrtiriilo cn<loplásniiro.trr: trazas.
Los glúcidos presentes en la membrana parecen tener importancia en las
interacciones de lascélulas, específicamente en el reconocimiento entre ellas.
A la zona externa de la membrana plasmática, abundante en glúcidos, se le
conoce con el nombre de glicocalix (Fig. 20.11). Con frecuencia se adsorben
glicoproteínasy proteoglicanos,secretados por la propia célula,a esta cara externa de
lamembrana plasmática.
16. La cubierta celular está formada por polisacáridos. En las células vegetalesla
pared celular está constituida por celulosaypectina. En algunas célnlasanimalesestá
presenteuna capa deheteropolisacáridoquerodea a la membrana yforma la cubierta
externa;ésta,aunquenotienefunciónrelacionadaconlapermeabilidad delamembrana,
puedesinembargo, actuarcomofiltro,por ejemplo,elácidohialurónicopresenteenel
tejido conectivopuede, en cierta medida, modificar la velocidad de difusión a través
delamembrana.
Funcione8 de la membrana piasm4tica
Lasmembranas plasmáticaspresentan un conjunto defuncionescomo:
1.Delimitan la célulay la interrelacionan con otras.
2. Presentan permeabilidad selectiva,permiten elpaso libre de algunassustancias e
impiden el de otras según el tamaño ysolubilidad de éstas.
3. Participan en los mecanismos mediante los cuales la célula secreta y expulsa
sustanciasal exterior.
4. Contribuyen al mantenimientodelbalance hidromiueral delascélulas.
5.Trasmiten ondasexcitatoriasa lascélulasvecinasen respuesta dealgunas señales.
6.Reciben señalesdelmedioa través de lasproteínas receptorasde membranas.
7. Participan en el transporte selectivode sustancias entrela célulay el medio.
8.Incorporan grandes moléculasmediante el mecanismo de fagocitosis.
9. Confieren especificidadantigénica a la célula.
Transportede sustanciasa través de las membranas
Por sunaturaleza apolarlabicapa lipídicadelamembrana plasmáticaactúacomo
barrera impermeable para losionesylasmoléculas polares con laexcepcióndelagua.
Eltransportede moléculas pequeñas a través dela bicapa lipídicaserealiza mediante
proteínastransmembranales especializadas;estasmoléculastransportadoras sonmuy
específicasy cada una acepta una determinada molécula o un grupo de ellas muy
relacionadas.El paso demoléculasmayores, comolasmacromoléculas,a través delas
membranasseproduce por losmecanismos deendoyexocitosis,queserán estudiados
enelcapítulo21. Algunasmoléculasapolares síson capacesdeatravesar libremente la
bicapa lipídica, ellodepende de su solubilidad y tamaño. (Fig.20.12).
Existen mecanismos diferentes relacionados con el transporte de sustancias a
través de las membranas: en algunos casos el paso se produce sin la intervención de
transportador alguno ( difusión simple y ósmosis ), en otros, el paso ocurre con la
participación de alguna proteína transportadora (transportepasivo y activo) o que
delimitaun espaciopor donde pasa lasustancia (poros ocanales); yen otra$ocasiones
elpasoocurrepor movimientosdelamembrana queincluyea lasustancia quesedebe
transportar (endocitosisoexocitosis).
En elprimer casosetrata demoléculaspara lascualesla membrana plasmáticaes
permeable, loquele permite difundir,estodependeráúnicamente de la diferencia de
concentración de dicho soluto fuera y dentro de la célula, o sea, de su gradiente de
concentración.La velocidaddedifusiónen estecasoesdirectamente proporcional a la
diferencia de concentración delsoluto.
Estetipode transporteserealiza a favor delgradientey no requiere deenergía ni
detransportador, aunque en algunos casos,participan aly n a s proteínas queforman
canales y permiten el paso de determinadas sustancias mediante el mecanismo de
- F;apolares
Moléculas H20
Moléculas glucosa
polares mayores sacarosaE&
Bicapa lipídica
Fig. 20.12. Pcrrnealiilidatl selcitiv" de la
hieapa lipídiea.
17. 1 1 canal
Bicapa
Fig. 20.13. Mecanismo de difusi6n simple.
Éste ocurre a ti-a& dc la bicapa
lipídira ti cn alguna caros, a tra-
vés dc proteíiias que funcionan
cm10 canales.
(Tomado de Mi>lecula~.Biolegy
of thc cell. 1%.Alberts et al.. 19113).
Fig. 20.14. s) Des disi>liieiirnesdc ceiicen-
traciancs d i f ~ r ~ n t c sdcl niisnio
soluto, sepanidas por una " I C ~ I -
hrana simipcrnieal>leqw pcrmilf
cl pasa dcl disolvente pcro ni, del
snlutii. El disulventc pasara del
ienipartinicnlii de menor eoiircri-
tracióii IC,) al de i i i q i i i . cnnien-
trariiin IC,) hasta que se igualen
las conccntrecion~sen ambos la-
dui, h) ta eoluiiinndel líquidosube
en C. y hoja en C,. A la presión
que se ilrlw ejercrr en C' para
evitar el ascenso dc la rolumma dc
liquido sc denomina preiiiin
osniótira.
difusión simple (Fig. 20.13). Al igualarse las concentraciones de la sustancia
transportada, fuera ydentrodela célula elflujoneto se hace cero.
La ósmosis es un caso particular de la difusión simple, pues lo que atraviesa la
membrana esellíquido.Sien ambosladosdeuna membranasemipermeableexisten2
solucionescon concentracionesdiferentesde un solutoqueno puede atravesarla, se
produce elpaso del solventeacuosodesdeelladodondeseencuentra la soluciónmás
diluida hacia la más concentrada, hasta que ambas concentraciones se igualen. Se
conocecomopresión osmóticaa lafuena quehay queejercer en elladode la solución
máqconcentrada(C, en lafigura 20.14) para impedir el paso delagua desdeelladode
la soluciónmás diluida (C,en la figura).
Membrana semipermeable
Transportemediantepmteúias
Poros o canales
Eltransporteconla participacióndeproteúia puedeserpor porosocanalesyeneste
casoelmecanismoessimilaraldedifusiónsimple,comoseha señalado.Loscanalesylos
poros sonproteínas transniembranales quedelimitanespaciosa travésdeloscualesse
realiza el paso de algunas sustancias; los poros son menos selectivosy dejan espacios
mayores,un ejemploloconstiiuyenlospom delamembrana nuclear.Loscanalesposeen
mayor selectividaden cuanto a la sustancia que losatraviesa,esta selectividadparece
estar relacionadacon su tamañoy carga, puesno presentan sitiosdeunión paraellas. A
diferencia de los poros, que siempre se mantienen abiertos,la apertura y cierre de los
canales están regulados por determinados ligandos u otras señales, un ejemplo 10
constituyenloscanalesdel Na'.
18. En eltransportepasivo participan proteínas transmembranalesconocidascomo
permeasas o "translocasas" ,este tipo de transporte se realiza también a favor del
gradientey selellama pasivo porque no requiere deenergía.
Las proteínas transportadoras reconocen a la o las sustancias específicas
transportadaspor ellas;tienen un wmportamientosimilara lasenzimasencuantoa su
capacidad para saturarse,asícomopara experimentar inhibicióndetipo competitiva.
La diferencia fundamental con lasenzimas esque no transforman su ligando.
Cuandolaproteína transportadoraescapazdetransportar sólouna molécula,se
dicequeelprocesoesuniporte; cuandoelpaso de una determinadasustancia depende
del trasportesimultáneode otra, el procesosedenomina cotransporte. Éstesedesigna
comosimportesiel paso de ambassustancias seproduce en el mismosentido, en caso
contrario seconocecomoantiporte.
En lafigura 20.15 seobserva laformadeactuardeuna proteína transportadora en
elcasode uniporte, ésta presenta 2 conformaciones; también seaprecia comoel paso
de una a otra resulta esencial para la realización de su función. En la figura 20.16 se
puede apreciar la diferencia que existe en el comportamiento en la velocidad de
transporte en el casode la difusión simpley la facilitada (transporte pasivo).
Bicapa
lipídica
nGradiente de
concentración
,
Proteína
transportadora
.....--a!:
3 _--- -
.e ,,--
' /, Difusión
facilitada
/ i
Km Concentraciónde la
molécula transportada
Lasproteínas queintervienen en eltransporte activoseconocen con el nombre de
bombas y sonproteínas transmembranales. La concentración de ionesy otros solutos
en el interior y exterior de las células es diferente (tabla 20.2); esta diferencia es
esencialen elmantenimiento de un potencial energético,debido a la existencia de un
Fig. 20.35. Mecanismo de transporte pasi-
vo. El cirmhio de conformacibn
resulta esencial para la función de
la proteínatransportadora.
(Tomado de Molecular Uiology
of the cdl. U. Alberts et al., 1983).
Fig. 20.16. Cinéticadel transporteen el caso
de la difusión simple p la difusión
facilitada. Obsérvese que el com-
portamiento cinético cn el segun-
, da caso resulta similar al de las
enzimas.
componentes cePulares y anetica molecdar 383
19. gradientedeconcentracióny a la diferencia de cargaseléctricas, lo que condiciona el
potencial electroquímico, esteúltimo está ligado a procesos fundamentales como la
generación del impulso nervioso, la contracción muscular y la síntesis de ATP. El
mantenimiento de la concentración iónica diferente dentro y fuera de la célula se
garantiza por laexistenciadel transporte activo.
Tabla20.2 Concentracióniónica (ml3q.C')dentroyfuera dela rnenibrana celular, en
mamíferas
Componente Concentraciónintracelular Concentración extracelular
Cations
Nn*
K*
Mg2*
ea:*
H+
Aniones
L1-
Nota: Tanihién mnstituycn animes numerosas los ácidos nucleicos y otras sustancias
El transporte activo se realiza en contra del gradiente de concentración, por lo
cual requiere de energía, un ejemplo típico y muy estudiadoloconstituye la enzima
adenosínhifcsfatasa dependientedeNa' y K*(ATPasaN¿*-Kidependiente),estaenzima
constituye una bombaque utilizala energía de hidrólisis del ATPpara extraer 3iones
Na'hacia elespacio extracelular eincorporar 2 iones K'hacia el interior de la misma
célula (Fig. 20.17). Puede comprobarse cómo se le une un grupo fosfato del ATP, lo
cual condiciona elcambioconformacionalque lepermite realizar sofunción.
La bomba de Na+-K'contribuye a regular elvolumen celular,ya que cooperapara
mantener la concentración de solutos dentro y fuera de la célula donde las
macromoléculas yotroscompuestoscumplen funcionesimportantes.
2
Fig. 20.17. La honiha de Na+-K*reqiiierr energía en furnia de ATP para su acción. La proteína se
fosforila y experimenta una traaisri,i>forniaeión,la cual resulta necesaria para realizar su
función. Al deefusfurilarse la I>ainl>iirecupera su conformaeiún inicial.
(Tomado de Maleeular Bielogy of the r d . R. ilbcrts et al., 1983).
384
20. Potencial de membrana en reposo
La diferencia del contenido iónico dentro y fuera de las céliilas condiciona una
diferenciade potencial eléctrico, donde el interior de la célula es más negativo que el
exterior; esta diferenciase debe en gran medida al funciouamientode lasbombas,en
especiala la ATPasa Na--K' dependiente, ya que provoca en so acción un deshalance
instantáneode cargaspor la salidade 3iones de sodio y la entrada de 2 de potasio. A
esta diferencia contribuye, adeinás, la presencia de proteínas aniúnicas de forma
predominante en el interior de la célula.
Ladiferencia de potencialentreelexterior y elinterior de laictlulas oscilade -20a
-200mv y el valor en muchos tejidos, como el riervioso,es de -70mv.
Sipor alguna causa, como pudiera serla entrada de ionesde sodioal interior de la
célula,ladiferenciade potencialsehace menor,seproduciría una despolarizaciúii.Por
elcontrario,si la entrada de ionescloruro (CI-)ola salida de K+provoca unincremento
de la diferencia de potencial con respecto al wlor de reposo, en esecasose produce
una hiperpolarización. Estos cambios de los valores de potencial en las células
excitables están relacioiiados con la trasniisión del impulsonervioso (rapitulo64)y
otros procesos fisiológicos.
Diferenciaciónde la membranaplasmátiea
La membrana plasinática de algunas células experimentan diferenciaciones
relacionadas con su especialización, ello permite que cumplan mejor su función; de
esiamanera sepuedeencontrarla structura en forma dereborde "en cepi1lo"presente
en lostúbulos renales; olas diferenciaciones que hacen posible la unión oadherencia
con otras células como los desmosomaso nexus, o la disposición característica de la
membrana plasmática de las células de la mucosa intestinal; en este último caso se
compmeba la presencia de abundantesproyecciones finas del citoplasmacubiertas
p>rlamembrana plasmáticadenominadasmicrovellosidad6(Fig.22.18), queaumentan
viy. 21J.18. En la niiri-ofotoprafia puede
ohserrarse el rihorde e n cepillo
de la inuiess intestinal. l.%
mirroiello~id.desinerrrnrntm
iiotahleiiicnle la superficie de ah-
c o r e i h
('l'omadode Histalogia. D. Frrrer.
Cuarta edición, 19751.
21. considerablemente la superficie de absorción efectiva,aspectofundamental en la
funcióndedichascélulas.
Resumen
Las membranas biol6giras son organizaaones supramacromoleeularesflexi-
blesyfluidas,formadasfundamentalmenteporIípidosyproteínasen proporciones
variables según el tipo de célula y la loeaüzaaón intracelular de la membrana
Ademásdeüpidos yproteínas,las membranas animalessuelentener determi-
nadostiposdeglúudosen sucomposición,losüpidospresentesen estasestructuras
se caracterizan por ser anfiphtieos y se organizan formando bicapas que confor-
man la estructura básica delas membranas.
Lasproteínaspueden serexúhecasointrínsecasdeacuerdocon suubicación
en lassuperñciesoen elinteriordela bicapa, respectivamente.Lasintrínsecasson
másabundantesyentreellasseencuentrannumerosasenzimas,lasproteínastrans-
portadoras y los receptoresde membranas.
Losgbícidosseencuenban unidosa proteínasoIípidosformandoglicoproteínas
o glicolípidos, se loealizan hacia la cara externa o luminal de las membranas y
contribuyen a la orientaciónde las proteínas.
La membrana plasm6tica está formada por una doble capa continuay delga-
da, quedelimitaa la célula y permite queésta se relacione con el medio; por fuera
delamembranaplasmhtica existeuna cubierta celular quela cubre y protege. Las
funciones de esta membrana son variadas, pero el paso selectivo de sustanciases
una delasfunaones másimportantes.
La bicapa Lipídica resulta permeablea las moléculas apolares, e impermeable
a los iones y moléculas polares con la excepaón del agua. La incorporación de
maeromoléculas a través de las membranas se produce por el mecanismo de
endocitosisqueser4 objeto de estudioen el capitulo21.
Losmecanismos de transporte de sustanciaa través de la membrana sonde3
tipos: difusiónsimple,transporte pasivo y transporte activo. En el primer casono
serequiere detransportador ni deenergíay elpaso delsolutoserealiza a favordel
gradiente.Eltransporte pasivo serealizatambihn a favor delgradiente deconcen-
tración, peroserequiere lapresencia deuna proteína transportadora aunqueno se
precisa de energía. El transporte activo requiere la participación de algunas pro-
t e h conocidascomobombas, quefuncionan con consumode energía; el paso de
sustanciaen estecasosereaiiza en contra delgradiente deconcentración,un ejem-
plotípicodeesíetipodetransportadorloconstituyelaATPasaNa'-K+ dependiente.
Las membranas plasm5ticas experimentandiferenciacionesrelacionadascon
la especialización celular, que le permiten a la célula realizar de manera más
eficientesufunción.
Ejercicios
1.;Por quélasmenibranasbiológicasconstihiyenestruciurassupraii~acromoleculares?
2. Enumereloscomponentesfundan~eiitalesdelasmembranas biológicasy explique
lasproporcionesen queellosscencuentran.
3.;Cuál es la propiedad común quetienen los lípidospresentes en las membranas
biológicasy digapor quéestapropiedadesfundamentalpara constituirlaestructu-
ra básica delasmembrana?
4. EnumerelosdistintostiposdeIípidosy expliquecómosedisponenen lasmembra-
nas.
5.Citelosdistintostiposdeproteínaspresentesen lasmembranasbiológicasy expli-
quelasdiferenciasentre ellas.
22. 6. Mencione las distintas funciones que cumplen las proteínas en la membrana
plasmática.
7. Expliquela importancia delcarácter informacional en la realizacióndelasfuncio-
nes delasproteínas demembrana.
8.Expliquela disposición de los glúcidosen la membrana plasmática.
9. Citelas funcionesdela membrana plasmática.
10. Establezca una comparación entre la difusión simple y el transporte pasivo en
relación con requerimientos energéticos,necesidadde proteína transportadora y
dirección delflujo desustancia.
11.Establezca una comparación entreeltransporte activoy pasivo. Refiérase a los3
aspectos indicados en elejercicionumero 10.
23. Entrelascaracterktim quedistinguena una célulaeucariotatípica,junto conla
presencia de un núcleo bien delimitado, se encuentra el hecho de que estas células
poseen,ademásdelamembranaplasmálica,un complejosistemademembranasinter-
nasdenominadossistemadeendomembranas
Este complejosistema parece ser imprescindiblepara el mantenimiento de la
actividadvitaldelascélulasquetienen un volumen relativamentegrande. El sistema
deendomembranasestáausenteen laspequeñascélulasprocanatas.
La extensióndelsistemadeendomembranassededucecuandoseconoceque,en
las célulaseucariotastípicas, estas endomembranasrepresentan del 95 al 98 % de
todaslas membranascelulares,de modo quela membranaplasmáticaquerodea a la
célula sóloesuna pequeña fraccióndeltotal de ellas.
Las endomembranas no son homogéneas, presentan un definido grado de
diferenciaciónyespecializaciónqueconducea laformacióndeorganelossubcelulares
distinguiblesdesdelospuntosdevistaestmcturaly funcional,por loque resulta muy
válido estudiar estos componentes celulares bajo la denominación de organelos
membranososinternos(Fig.21.1).
Tipos de organelosmembranm internos
Los organelos membranosos internos de las células eucariotas son: retículo
endoplasmático,aparatodeGolgi,lisosomas,peroxisomas,mitocondrias,membrana
nuclearycloroplastos.
El retículo endoplasmático constituye la mayor fracción del sistema de
endomembranas, representa del 50 al 70 % de las membranas internas, posee 2
variedades: el retículo endoplasmático liso y el retículoendoplasmáticorugoso.
El aparatode Golgi representa entre 5y 10% del total delas endomembranas,
mientras queloslisosomasyperoxisomasrepresentan menosdel 1 %.
Estos4organelosmembranososseestudian detalladamenteen estecapítulo,las
mitocondriasy la membrana nuclearse tratarán en otros capítuloslas primeras se
estudiarán en la respiración celular (secciónVI) y la segundacuando se estudie el
núcleocelular(capítulo23).
Los cloroplastos son organelos membranosos típicos de las células vegetales
(capitulo45).
24. Fig. 21.1. Imagen de una célula eucariontf
vista por medio del rniiroarapio
electrónico. Ohsérvesc la prcsen-
ria en el interior celular de nume-
rosas estruettiras de aspecto
mernbranoao.
(Tomadode Priniipesde Biochimie.
AL. Lehninger, 1985).
Retículo
endoplasmáti
rugoso
Lisosoma
Peroxisoma
Aparato de
Golgi
Nucléolo
Mitocoodrias
Núcleo
Membrana
plasmática
Estructura general de las endomembranas
Sibien la composición exacta de cada una de las membranas que integran los
organelosmembranosos intracelulares difieredeuno a otro,todosellospresentan una
estructura general común que responde al modelo de mosaicofluido. Esto significa
que las membranas intracelulares presentan una doble capa de lípidos donde se
encuentrandiferentesproteínas; estosconstituyentessemantienen unidos mediante
interacciones débiles. Lasdiferencias de composiciónserefieren al tipo y proporción
de losdiferentes lípidos de la bicapa y a las proteínas que están asociadas.
Los organelos membranosos internos de la célula se distinguen además por la
forma deorganizarseen elespaciointracelular.
Algunosorganelosmembranosos,comolasmitocondrias,presentanensuestructnra
una doble membrana pero la mayoría posee una sola.Todas estas diferencias de los
organelosmembranososserelacionanconlafunciónquedesempeñanenelmetahlismo
celular.
Funcionesgeneraiesdelos organelosmembranosos
Cada organelomembranosorealizafuncionespropias,queen conjuntoposibilitan
funciones como:
1.Compartimentación. El sistema de endomembranas divide el espacio celular en
compartimientos,a su vez mantieneseparadasdiferentessustanciasqueparticipan
en elmetabolismo, comolas enzimas, lossustratosy loscofactores; esto hace que
cada organelo membranoso constituya un reducto metabólicocasiindependiente
del resto de lacélula,loque posibilita queen una célulapuedan ocurrir, demanera
25. simultánea, procesos metabólicos incompatibles de producirse en un mismo
comparümiento.
2. Establecimientodegradientes deconcentración.Elcaráctersemipermeabledelas
membranasbiológicasposibilitaquea través de ellasseestablezcangradientesde
concentración de diferentessustancias,estosgradientes de concentración repre-
sentan determinada energíapotencialquepuede manifestarsedurante variasfun-
cionescelulares.
3. Disponibilidad de áreas de superficie. Muchas funciones celulares sólo pueden
realizarseen lasmembranas oa través de ellas. Los organelos membranosos pro-
veen extensassuperficiesdondeseproducen diferentesreaccionesmetabólicas,ya
travésdeestasáreasseUevaa caboelintercambiodesustanciaentrecompartimien-
tos.
4. Incremento de las velocidadesde losprocesos metabólicos. En relación con los2
aspectosanterioresseencuentra lafuncióngeneral de lasendomembranas deace-
lerar lavelocidadcon quepueden ocurrir, en elinterior delascélulas,determinados
procesosdependientesde ladifusióndesustancias.La compartimentación reduce
losespaciosintracelulares, dondelossustratosdeben difundir para interaccionar
conlasenzimasquelostransforman; por otra parte, muchossustratosdifunden en
las2dimensionesdeterminadas por lasmembranas, locualincrementa demanera
extraordinaria la velocidad para tener accesoa lossitiosactivosde enzimaslocali-
zadasen lapropia membrana.
5.Generaciónde nuevasmembranas. Hasta donde seconoce,lasmembranas biológi-
cas sólo se forman por crecimiento de membranas preexistentes. El sistema de
endomembranas provee un soporte que posibilita el crecimiento de las propias
membranas, locual resulta imprescindible para elciecimiento y lamultiplicación
celulares.
Relacionesentrelosorganelosmembranosos
La diferenciación de los organelos membranosos y su delin~itaciónde
compartimentos celulares separados,no implican que losorganelosson totalmente
independientes. Los organelos membranosos establecen importantes relaciones
estructuralesy funcionales entre sí; éstas son un área de intensa investigación en la
actualidad.
El retículo endoplasmático es el organelo membranoso más abundante en la
mayoría delascélulaseucariotm, gran parte delinterior celular seencuentra ocupado
por elconjuntodemembranasque componen esteorganelo.
En las seccionescelulares preparadas para obtener imágenes de microscopia
electrónica, el retículo endoplasmático aparece como un conjunto de espacios muy
aplanados rodeados por una membrana; seconsidera queesteorganeloesun enorme
sacomembranoso único,muy replegadoycomprimido,conectado también por una
serie de finostubos (fig. 21.2).
El espacio encerrado dentro del retículo endoplasmático constituye un
compartimento intracelular independiente y suele denominarselumen o espacio
cisternal. La separación entre las membranas del retículo endoplasmáticoes de
20 a 30 nm, éste también presenta continuidad con la membrana nuclear externa
Y en él se distinguen 2 porciones diferentes, tanto desde los puntos de vista
estructural como funcional (fig. 21.3).
El retículo endoplasmáticorugoso secaracteriza por presentar gran cantidad de
nbosomas unidosa la cara externa desus membranas, queledaelaspectoqueorigina
Fig. 21.2. Esquema del retículo
endoplasmático. Nótese que se
distinguen porciones con aspecto
de sacos aplanadas, micntras en
otras nonás existen tubos
inembranosos finos qrre iirterco-
neitan los anteriores.
(Tomado de Moleeular Biology
ofthe cell. B. Alberts et al., 198.1).
26. RE rugoso RE liso
IFig. 21.3. Imagen al niicn,sropiii rleelróni-
co dc una seceiijn de célula. don-
de se obserraii porciones del retí-
culo endoplasniático: reticulo
endoplasmYieo liso (RE lisni y re-
tículo endoplasniátiw rugoso (RE
rugoso).Puede iipreciarsc el asper-
to diferente de anihas porciones
del retículu.
(Tomado de Molerular Biulogy of
thc ccll. B. Alherts et al., 1983).
Fig. 21.4. Relículo endopla~máticurugoso
(RErugosa) en un corte de célula
observado al microscopio electró-
nico. Las membranas del retículo
endoplasmático rugoso forman
cisternas con aspecto de sacos ma)
aplanados y apiladus.
(Tomado de Molecula~.Biology uf
the cell. B. Alberts et al., 1983).
su denominación;suorganizaciónesen formadesacosaplanadosyapiladosllamados
cisternas (fig. 21.4).
El retículo endoplasmático rugoso está presente en todas lascélulas nucleadas,
pero esmucho más abundante en célulassecretoras que sintetizan proteínas las que
luegoson exportadas al exterior de la célula.
El retículoendoplasmáticolisoes continuacióndel mgosoyrepresenta porciones
del retículo endoplasmático desprovistas de ribosomas; seorganizaenforma definos
tubos interconectados conlas cisternasdelretículoendoplasmáticorugoso; además es
muyabundanteenlascélulasquesintetizanIípidosdeformaactiva,aunqueen general
representasólouna pequeña fracción del retículo endoplasmático (Fig.21.3).
27. El término "microsoma", que aparece con frecuencia en textos de bioqnímica,
seutiliza para denominar pequeñas vesículas que se originan por fragmentacióny
sellaje del retículo endoplasmático, al someter las células bajo técnicas de
homogeneización. Según la porción del retículo endoplasmático donde seoriginan,
se formarán microsomas rugosos o lisos que pueden ser separados mediante
centrifugación; aunque estos microsomas no conservan toda la estructura del
retículo endoplasmático, han resultado muy útiles en el estudio de algunas
características de este organelo membranoso.
La función del retículo endoplasmáticorugoso esfundamentalmentela síntesis
de proteinas -en especial glicoproteíuas. Las prnteinas se sintetizan en los
ribosomas que tapizan la superficie externa del retículo endoplasmático rugoso;
hoy se sabe que estos ribosomas unidos a este retículo son idénticos a los que se
encuentran libres en la célula.
En la actualidad seconsidera qnela mayoría otodas lasproteínas sintetizada en
el retículo endoplasmático rugoso comienzan su síntesisen los ribosomas libres pero,
una vezformado elpéptido señal (capítulo46), una "partícula reconocedoradeseñal"
seunea éstee impide la continuación de la síntesis. Esta partícula intervienetambién
en el reconocimiento de receptores específicosen la superficie externa del retículo
endoplasmáticorugoso. Una vezunidoelribosoma a lamembrana, launiónseestahiliza
y la síntesisproteínica continúa.
Esta síntesis de proteínas se produce de modo que la cadena polipeptídica en
crecimientosurgehaciaelespaciodellumeno bien queda incorporada a la membrana
(incorporación cotraduccional) (Fig.21.5).
Ademásdelproceso biosintéticodescrito,sesabequealgunasproteínassintetizadas
en los ribosomas libres pueden ser incorporadas a las membranas del retículo
endoplasmático rugoso y a otros organelos membranosos (incorporación pos-
traduccional); para estoscasos hay evidencias muy clarasde que existen secuencias
señales específicas y de que, al menos en algunos de ellos, el proceso requiere el
consumode energía.
Se plantea que posiblemente todas las proteínas sintetizadas en el retículo
endoplasmático rugoso experimentan un proceso de glicosilación;no existeacuerdo
de que este proceso de glicosilaciónseinicie en el retículo endoplasmático mgoso o
sea privativo del aparato de Golgi.
Se ha postulado que la glicosilación de las proteínas sintetizadas en el retículo
endoplasmático rugoso puede ocurrir simultánea al crecimiento de la cadena poli-
Eliminación del péptido señal Cadena poli&ptidica terminada
con péptido señal eliminado
Fig. 21.5. Síntesis de proteínas en el retícu-
lo endoplacmático nigoso. La sin-
tesiseomienzaen ribosomaslibres,
pero una vez formado el péptido
señal el complejo se une a la su-
perficie externa del retículo
endoplasmático, y la unión se
estabilizapor proteínasespecíficas,
postcriormcnte la síntesis de pro-
teínas continúa.
(Tomado de Molecular Biology of
the rcll. B. Alberts et al., 19113).
Componentescelularesy Oui&ica mkcular 393
28.
29. procesamiento de glicosilaciones -sobre todo en residuos de serina y treonina-,
modificacióndelosoligosacáridosunidosa radicalesdeasparagina, proteólisisparcial,
sulfataciónyadicióndeácidosgrasos.Todosestoscambiossoncataii7adospor enzimas
localizadasen el sistema de cisternas del Golgi.
Las biomoléculas que maduran en el aparato de Golgi emergen a través de su
región trans -aunquetambién dealgunas cisternas intermedia$-en forma de vesículas
que siguen diferentesdestinos dentro de la célula (fig.21.7).
..
Membrana plasmática basal
El aparato de Golgi tiene uiia participación destacada en la preparacibn y
concentración de proteínas que son secretadaspor la célula; de hecho el aparatode
Golgiestá muy desarrollado en las célulasque realizan esta función secretora.
Losproductosdesecreciónuiia vez madurosyconcentradosseseparandelaparato
de Golgi en forma de yesictila.donde ruele ocurrir una concentraciónulterior. Las
vesículasde secrecibiise adoiaii a la iiirinhrana plasmática y se fusionan con ésta y
vierten su contenido al exterior de la celula, en un proceso denominado exocitosis,
queseproduce ante estímulosespecíficos.
Los lisosomas son yesículas 'meinbranosas de tamaño y forma diversos, cuya
heterogeneidad obedece a las distintas etapas evolutivas de su ciclo funcional;
constituyen orgaiielos que están implicados en la degradación de diferentes
biomoiéculas,por lo cual se lescompara con un aparatodigestivointracelular. Esta
Fig. 21.7. I'roceso dc maduración de
biumolliulas en el aparato de
Golgi. Las hiomelbcuias ingresan
al aparato de Golgi por su región
iis y se van trasladando hacia la
región trans, en c u y trinsita ru-
frcn modifieaeionrs de distinto
tipo. Las Ihiamoléeulas maduras
emergen en forma de vesículas que
siguen diferentes destinos en la
célula.
(Tomado de Molecular Biologs of
the ecll. B. Alherts et al., 1983).
-
Componentescelularesy Genética molec~phr 395
30. Fig. 21.8. Aspecto de los lisosomas prima-
rios y secundarios en una imagen
de microseopia electrónica.
Lisosomaprimario(LP)y lisosoma
secundario (LS).
(Tomado de Molccular Biologv of
the eell. B. Alberts et al., 1983).
funcióntípica deloslisosomasserealizagraciasa lasenzimashidrolítieasquesuman
variasdecenasdediferenteshidrolasas,capacesdeactuarsobrelosdistintossustratos.
Las enzimaslisosomalesse sintetizanen el retículo endoplasmático,de donde
pasan alaparatodeGolgi.Lasenzimaslisosomalessecaracterizanporserglicoproteinas
y poseen un pHóptimoenla regiónácida.Ellisosoma,comoorganeloindependiente,
seorigina por evaginacionesdelaparatodeGolgien forma depequeñasvesículasde
0 5pm dediámetro,quesedenominanlisosomasprimarios(fig.21.8).
Lamembrana deloslisosomasposeeuna bombadeprotones(H')dependientede
ATP, que mantiene el interior de esteorganeloen un valor de pH cercanoa 5,0, en
correspondenciaconelvalorópthodepHpara laaccióndelashidrofasasquecontiene.
Lascaraeterísücwdepermeabilidaddeestamembranasontalesque,mienhasmantienen
separadas sus potentes hidrolasas del resto de la célula, permiten la salida de los
productosdedegradacióndelas biomoléculas quesondigeridas.
Losmecanismos,medianteloscualeslasenzimaslisosomalessondirigidashacia
la formación deesteorganelo,no estándeltodoaclarados,peroselesha atribuidoun
elevadosignificadoa lapresenciaen lasenzimaslisosomalesdeun oligosacáridoque
contienemanos6fosfato,locualseconsideraun marcador específicodeestasenzimas
yquepudiera participar en interaccionescon receptores vinculadosa su transporte
intracelular.
Losüsosomas participanenelrecambionormaldeloscomponentescelularesyen
la digestión dematerialesprovenientesdelexteriorcelular;tambiénintervienenenla
remodelación de tejidos durante la embriogénesis y el desarrollo, e incluso en
mecanismosemergentesdesupervivenciacelular anteun inadecuadosuministrode
nuhientes.
En su funcionamientolos lisosomas primarios dan origen a diversos tipos de
lisosomassecundariosdevariada morfología,cuyanomenclaturadivergedeun autor
a otro. Resulta de interés referirse a 2 tipos de lisosomas secundarios,ya que sus
denominacionessebasan en elorigen delmaterialen procesodedigestiónlocalizado
en su interior, los autofagosomas (lisosoma secundario autofágico) y los
heterofagosomas(lisosomasecundarioheterofágico).
Los heterofagosomasson vesículas digestivas que se forman por la fusión de
lisosomasprimarioscon vesículasheterofágicas,constituidaspor invaginacionesde
la membranaplasmáticaqueincluyenen suinteriormaterialprovenientedelexterior
celular(fagocitocisy pinocitocis).
La fagocitocisyla pinocitocisson2variantesdeun procesogeneral denominado
endocitocis;comosu nombre indica,la endocitocis consiste en la incorporación al
interior celularde material proveniente del exterior. En el caso de la fagocitocis el
materialincorporadoesrelativamentevoluminoso(virus,bacterias,fragmentosde
otrascélulasycomplejossupramacromoleculares),mientrasquelapinocitd serefiere
a la incorporacióndemoléculasopequeñasporcionesdelmedioextracelular.
Elmecanismogeneraldelaendocitocisconsisteenlainvaginacióndelamembrana
plasmática,conformacióndeuna vesículadondequedaincluidoelmaterialendocitado;
por tanto, la membrana que rodea este material tiene su origen en la membrana
plasmática.Al menos,en algunoscasosel mecanismodeendocitocissedesencadena
por la unión delmaterial queseráendocitadoen losreceptoresespecíficoslocalizados
enlapropia membranaplasmática.
Losautofagosomasseformanpor lafusiónde lisosomasprimarioscon vesículas
autofágicas,quecontienenen su interiormaterialprocedentede la propia célula.El
origen y formación de las vesículas autofágicasse desconoce. En la figura 21.9 se
representan estos procesosde autofagia y beterofagia.Al lisosomasecundarioque
contieneen suinteriormaterialquenoes digeriblesete denominacuerpo residual.
Se ha descrito un numeroso grupo de enfermedades hereditarias debidas a
deficiencias de algunas de las enzimas lisosomales; estas enfermedades de
"ates0ramiento"con frecuenciaafectanelnormaldesuroUodelsistemanerviosocentral
y deotrosórganos. Escomúnobservaren célulasdepacientesconestasafeccionesun
gran númerodelisosomasdistendidosy "abarrotados", conelsustratonodigeridode
la enzima que estáen déficit(fig.21.10).
31. Membrana plasmática
Fagocitosis
Fig. 21.9. Esquema representativo de los
evenloa que ocurren durante la
autofagia (a) y durante la
Iieterofagia (b).Lisosuma primario
(LP). Autafagosoma y hcternfago-
sonis. En ambas casos, una vez
englobado en una vesícula el ma-
terial a digerir, sc produce la fu-
sión ron lisosomas primarios y se
inicia la degradación de las biomo-
Iéculas secuestradas.
(Tomado de Maleeular Biolugy of
thc iell. B. Alberts el al., 1983).
Los lisosomas también están implicados en otro tipo de alteraciones, como los
procesosiníiamatoriosydegenerativos. En otras partes del textosehará referencia a
algunasdeestasenfermedades.
Losperoxisomassonpequeñosorganelosmembranosos deforma esférica,queen
loscortesestudiados al microscopioelectrónico,suelen presentar en su interior zonas
de aspectocristalino (fig.21.11).
En lamayoría delas célulaslosperoxisomasno rebasan los025 pm de diietro,
pero en algunas, comolas del hígado y el riñón, alcanzan 0,spm.
Los peroxisomas se originan por vesiculación del retículo endoplasmático que,
en ocasiones,selesobserva unidospor porcionestubulares. No obstante,la mayoría de
las proteínas de losperoxisomas son importadasdesdeelcitoplasma.
Sibien el contenido enzimático de los peroxisomas es variable de un tipo celular
a otro,entodosloscasosparecen estar presentesenzimasqueintervienenenelmetabo-
delperóxidodehidrógeno(H,O,).En efecto,lacatalaiaparticipa en laoxidación
dealgunassnstancias,utilizandod&ectamenteel oxígenomolecularsegúnla reacción:
Fig. 21.10. Imagen de niieruscopin clertró-
nira de células provenientes dc uii
paciente afectado con la enferme-
dad de Ta!-Sacfis. Lisosomas sc-
tundarios (1.S): Obsérreiise los
lisosonias secundarios dilatados
por inateri:il de tipo iipídiro
(gangliósidos) no digerido.
(Tomadode Prinripcs de Riocliimie.
1 . . I.dininger, 1982).
32. Fig. 21.11. Peroxisomas vistos por medio
del microscopio electrúnico.
Peroxisomas (P) Obsérvense lar
zonas centrales de aspecto crirta-
lino earaiteristieas de estos
nrganelos.
(Tomado de hlolecular Biology of
the rell. B. Alherts et al.. 19831.
Fig. 21.12. Vesiculas cubiertas ohserradas
por medio del microscopio elec-
trónica. V&culas cubiertas (VC).
Estas estnicturas participan en el
"trasiego" de distintos eomponen-
tes entre diferentes membranas de
las células. La cubierta de aspccto
poliédrico está formada funda-
mentalmente por la proteina
clatrina.
fTomadu de Molecular Biology Of
the eell. B. Alberts ct al., 19831.
Por su parte la peroxidasa tiene a su cargo la descomposición del H,O,, una
sustancia potencialmentedañina para lacélula:
Losperoxisomasintervienen en procesosde detoxificación,yen algunos tejidos
pneden participar en la degradación deácidosgrasos.En las plantas estosorganelos
cumplen diversasfunciones que incluyenprocesos metabólicosque permiten a sus
célulasconvertirácidosgrasosen glúcidos,locualesimposibleen lascélulasanimales.
Relacionesdel sistemadeendomembranas
Como se señaló inicialmente el sistema de endomembranas se encuentra
relacionado de maneras estructural y funcional; ejemplo de estas relaciones son
las que se establecen entre el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi, así
como entre los peroxisomas y los lisosomas. Sin embargo, hoy día se atribuye
una función vital en las relaciones entre membranas y vesículas membranosas
que establecen conexiones no sólo entre los organelos del sistema de
endomembranas, sino de éstos con la propia membrana plasmática; estas
vesículas constituirían verdaderas unidades para transportar componentes de
membranas y proteínas específicas entre las diferentesmembranas celulares.
Cuandolasvesículasde secreciónsefusionan con la membrana plasmática no
sóloviertensu secreciónalexterior,sinoquesu membrana seintegra a la plasmática.
También seha observadoqueloscomponentes deestas vesículasson reciclados,de
modoquetambiénseforman vesículasporinvaginación delamembranaplasmática,
lascualesseintegran denuevoal sistemadeendomembranas; estoexplicaquenose
produce un crecimientoüimitadodela membrana plasmáticaenlascélulassecretoras,
además, tiene un sentido económico dado por la reutilización de algunos
componentesdelaspropiasvesículassecretoras.Relacionessimilaresparecenestable-
cerse entre otros organelos membranosos, aunque el retículo endoplasmático y el
aparato de Golgi seencuentran en elcentro de estosvínculos.
Las vesículastransportadoras explican el crecimientode otras membranas a
partir dela incorporación de algunoscomponentesal retículoendoplasmático.Con
frecuencia estas vesículasseobservan envueltas por una capa de aspectopoliédrico,
a las cualesseles hadenominado vesículascubiertas,yelcomponente fundamental
desu envoltura es una proteína denominada clatrína (fig.21.12). Probablementela
formación yseparación dela cubiertade clatrina guarde relacióncon la orientación
deestas vesículas hacia diferentescompartimientoscelulares.
Además de estas vesículas de transporte, en elinterior de las célulasexisteuna
llamada proteína transferidora defosfolípidos,quetraslada moléculasdeestetipode
Iípidos entre diferentes organelos membranosos como pudieran ser el retículo
endoplasmático y las mitocondrias. Sin dudas, el conocimiento sobre las
complejidadesestructuralyfuncional del sistemadeendomembranas seencuentra
en su inicio.
Resumen
Lasc6lulas eueariotas presentan ensuinteriorun complejosistemade mem-
branas, las cuales componen un diverso coqjunto de organelos membranmm
intraeelulares.
33. Losorganelosmembranow intracelularrs son: elreticuloendoplasmático,el
aparato de Golgi, loslismmas, los peroxisomas, las mitoeondrias, la membrana
nuclear y los elomplastos.
Los cloroplsstosd o seencuentran en células que llevana caboel procesode
fotosíntesis, el resto está praente con mayor o menor desarrolloen la mayoría de
las células eucariotas.
Laestructura generaldelasendomembranassecorrespondeconelmodelode
mosaico fluido, cada organelo membranoso se diferencia de los demás por las
composiciones tipídica y proteica de m membranas y el modo de organizarse
&as.
Las funciones generales que reaüzan los organelos membranasosson las si-
guientes:
-
2. Establecimientode gradientesde concentración.
3. Disponibilidaddeáreasde superñcie.
4. Incrementode la velocidad de los procesos metabótim.
5. Generación de nuevasmembranas.
El retlculoendoplasmáticoes el organelo membranoso más extenso; susfun-
cionesse relacionan conla síntesisde proteínasque han deser exportadasal exte-
rior de la célula, la modificación estmctural de estas proteínas y la síntesis de
tipidos. En algunascélulas también realiza funcionesde detoxiñcación.
En elretículoeudoplasmáücosedistinguen2porciones denominadasreticulos
endoplasmaíticos liso y mgoso, cuya diferencia fundamental es la presencia de
ribosomasasociados a la superficieexterna del segundo.
El aparato deGolgiesun centroprocesadorydistribuidordemacromoléculas
enelinteriordelascélulas.Esteaparatointervieneenlamodificaciónpastradufoón
denumerosas proteínas. Estas modificacionesson glimilaciones y modiñcaciones
de los oligosacáridos unidos a las proteínas, pmteólisis parcial, sulfatacióny adi-
ción de dcidos grasos.
El aparato de Golgi adopta una estructura peculiar formada por una seriede
sacos aplanados de superf~cielisa, cuyos coqjuntosseles denomina dictiosomas.
Los productos madurados en el aparato de Golgi salen al exteriorde las célulaso
son distribuidos a otros compartimientos intracelulam a través de vesículas de
transporte.
Los lisosomasconstituyen centros de la digestión intracelular de numerosas
biomolécuias; ellos secaracterizan por poseer numerosas bidrolasas cuyo pH óp-
timoseencuentraen la zonaácida. Seoriginanen elaparato de Golgienforma de
pequeñas vesículas denominadas tisosomas primarios; estos lisosomasprimarios,
por fusión con otras membranas, dan lugar a lisosomas secundarios de tipo
autofspicoo beterofágicosegúnel origen delmaterial quesedigiereen suinterior.
La deficiencia hereditaria de enzimas lisosomalesocasiona diversas enfermeda-
des. Losperoxisomassonpequeños organelosmembranososenformadevesículas
quesuelenpresentar ensuinterior un contenidodeaspectocristalino;debidoa sus
h a s ,intervienenen reaccionesdeoxidacióndediferentessustanciasy, en espe-
cial, en la descomposicióndel 50,el cual se forma en estas reacciones y puede
dañino para la célula.
Todoslos organelosmembranososintracelulam presentan relaciones estnic-
-ales yfuncionalesentresí; estasrelacionespueden ser por conünuidadFísicade
membranaso,loqueesmáscomún,por lacomunicaciónqueseestableceentre
Componentescelularesy Gedtica molecular 399
34. ellos y con la membrana p l d i i c a por medio de las vesículas de transporte.
'Igmbién una proteína transferidora de fosfolípidos eontnbuye al intercambio de
componentes entre los diferentes organelos membranosos.
Ejercicios
1. Enumere todoslosorganelosintracelulares queestán formadospor membranas.
2. ¿Cuáles la estructura generalde las membranas que constituyen a los organelos
membranosos intracelulares? ;Cuáles características lasdistinguen?
3. Explique las funciones generales delosorganelos membranosos.
4. ¿Cuáles son lascaracterísticasestructurales y funcionales de las 2porciones del
retículo endoplasmático?
5.Explique cuáles son losmecanismos que intervienen en la unión de los ribosomas
con el retículo endoplasmáticorugoso.
6. ¿Cuálesla participación delretículoendoplasmáticoenla formación demembra-
nasintracelulares?
7. ¿Cuáles son lascaracterísticasestructuralesyfuncionalesdelaparatode Golgi?
8.:Mediante cuálmecanismolosproductos madurados en elaparatode Golgialcan-
zan otras localizaciones?
9. ¿Cuálesson lasfunciones generales de loslisosomasycómose asegurael cumpli-
miento de estas funciones?
10. ¿Cuáles son las diferencias entre un lisosoma primario, un autofagosoma y un
heterofaeosoma?-11.¿Cuálesson las característicasestructurales y funcionalesdelos peroxisomas?
12.;,Cómo seestablecenlas relacionesestructurales y funcionalesentre losdiferentes
organelosmembranosos?
35. El citoplasmaseconsiderabaunafasesolubleamorfa,y aunquedesdehaceun siglo
seplanteóporalgunosinvestigadoreslapresenciadeesiructurastravecularesen&,estas
estrnctnmsediemnporartefactosh&qne,apíohdamente2déca&ah;is,mmediante
técnica$especialesde microscopia electrónica, quedó establecida la existencia de tal
esqueletocelular.Entonceshoy,citosoleseltérminomás usadopara designarelmedio
internoacuoso,dondesehallan losorganelosy lasmoléculasdisueltasintracelularmente,
loqueequivaldríaa la antiguaconcepcióndelcitoplasmaamorfo.
El citoesqneletoesuna complejared defilamentosy microhibulosqueatraviesa
elcitoplasma y determinalaformadecadacélula,asícomosuorganizaciónestmctural
interna. Diversos tipos de movimientos celulares están asociados con esta finared
tridimensionaldeestructurasproteínicasqueconformanelcitoesqueleto.
Losprincipalesavanceslogradosen elconocimientodeestadinámicaestructura
subcelular derivan de estudios realizados en músculos y en tejidos, cuyas células
presentan cilioso flagelos, los cuales poseen funcionesevidentementeasociadas al
movimientomecánico. Loscomponentesmolecularespresentesen estasestructuras,
están también en aquéllas que conformanel citoesqueletode todas las células. Los
filamentosy microtúbnlosque participan en los movimientos del músculoy de los
cilios presentan propiedadesmuy semejantesa las observadasen el citoesqneleto,
pero difieren en estabilidad. Los movimientos del citoesqueletoson muy Iábiles y
cambiantes,mientrasque losdelmúsculoy delosciliossonmásestables.
En estecapítulotrataremos lascaracterísticasdelosdiferentescomponentesdel
citoesqneleto: los microfilamentos,los filamentos intermediosy los microtúbnlos.
Para elloseestudiaránlasinteraccionesquealgunasdrogasmtablecen conalgunosd e
suscomponentesmoleculares,lascualeshan servidodeinsustituibleinstmmentopara
conocersudinámica,ynaturalmentesereferiránlasfuncionesquesehallan asociadas
a estasorganizacionessubcelulares.
Porúltimosetratará delosgránulosbien definidosquepermanecenen elinterior
dealgunostiposdecélulasespecializadasy a loscualesselesconocecomoinclusiones
citoplasmáticas.
Citoplasmasoluble
A laluzdelmicroscopioópticosedenominócitoplasmaal contenidodelimitado
Porlamembranaplasmática; algunosdistinguieronuna zonaperiférica quellamaron
36. Fig. 22.1. Esquema de la trama del
citoesqueleto. Se representan los
microfilamentos, los microlúbu.
los, la membrana y otras estructu
ras del citoplasma.
(Tomadode Prineipesde Biochimie.
AL. Ldininger, 1982).
exoplasma oplasmagely una másfluida enelinterior,el endoplasma oplasmasol. No
hay dudasdequeel endoplasmaesunafaseacuosa,peroeshidiosposteriorespermitieron
descubrir latrama defüamentosymicrotúbulosqueleproporcionanuna armazón, por
locual pasó a la historia la idea del citoplasma comoun contenido amorfo. Ello no
niega que, a pesar de la existenciade losorganelos y el reconocidocitoesqueleto,hay
un mediointerno representado por elcitosol. El término, surgidodelfraccionamiento
celular por medio dela centrifugación, se aplica a la fracción soluble que seobtiene
despuésde centrifugar un homogeneizadode tejido a elevadísimasvelocidades. Este
citosol es particularmente abundante en las células poco diferenciadas; en éste se
hallan las proteinas yenzimassolublesdela matriz citoplasmática,entreestasúltimas
seencuentran lasde la glucólisisy las encargadas dela activacióndelosaminoácidos,
previoa labiosíntesisdelas proteínas. Por supuesto queen esta faseacuosatambién se
hallan losdistintos metaholitos queintervienen en las transformaciones químicasdel
metabolismointermediario.
Los microfilamentosson estructuras queresultan dela polimerizaciónde un tipo
fundamental de proteína: la actina;existen, por lomenos,6 tipos diferentes deactina
enlascélulasdelosvertebrados. Estas proteinas homólogassoncodificadaspor genes
diferentes,quedeterminan cadenas polipeptídicascon secuenciasy propiedades muy
semejantes.El lectordeberemitirse al capítulo 66para profundizar enlosaspectosde
estas proteínas descubiertasy estudiadas en detalle en eltejido muscular.
Por debajo dela membrana plasmática hay hacesdefilamentosquesecontinúan
con una trama similar la cual atraviesa el citoplasma. ~stos'microfilamentosse
relacionan durante su recorrido con vesículas del retículo endoplasmático, con
microtúbulos y otros organitos (Fig. 22.1).
Estos microfilamentos tienen una existenciamuy dinámica,su polimerización y
despolimerización permiten los movimientos delos organelos delcitoesqueleto.Los
microfilamentos de otras células que no sean las musculares son menos fáciles de
localizar, tanto por su dinámica como por aparecer de ordinariomenos agregados;
existen excepcionescomoel caso de las microvellosidades de lascélulas intestinales
dondeforman haces compactos (Fig.22.2).
La actina globularo actina G,queseobtienede losmicrofilamentosde lascélulas
musculares, tieneun pesomolecularde41000Dyseasnciaa un Caz*y a una molécula
de ATP. El calcio contribuye a mantener la estructura globular de la molécula. La
funcióndelATPes curiosa,ya quelapolimerizacióndela actina enlaformacióndelos
37. Fig. 22.1. Miciofot<igi-afids de célula5
cpitcllnlc del icitestina. Las i i i i ~
irovcllwidader se iihscivaii coniii
exteiiiioiiss digiialer de la inciii-
br;in;i pliisinirica. Ciidii inicio-
vcllosidiid contiene aproximada-
~nieiitr40 iiiicrufilametitos.
(Tnnindo dz Molrciilni Biolngy of
ihc c z i l B. Alberts ct al.. 1983).
filamentos es un proceso espontáneo, pero resulta acelerado por la hidrólisis de aquél.
Los CTP, GTP y TTP pueden sustituir al ATP in virro sin afectar el proceso de
polimerización. Los microfilamentos o filamentos de actina, observados al microscopio
electrónico, presentan una doble hélice que seforma por la polimerizacióii de moléculas
de esta proteína con unas 13.5 moléculas por vuelta (Fig. 22.3).
En estos estudios se Iia puesto de manifiesto que la velocidad de polimerización
no es constante. La formación del núcleo de polimerización inicial es muy lenta y 'k
requiere de la participación de otras proteínas.
e
En el citoplasma existe una reserva de moléculas de actina libre en equilibrio con -- .
la actina polimerizada (actina F) y este equilibrio depende del control de factores ,'
36 n m
celulares que permite la coordinación de los movimientos; por ejemplo, uno de estos
factores es la proteína profilina, la cual se une a la actina e interfiere con la
polimerización; se desconoce a través de qué mecanismos reguladom se debilita esta - 1asociación.
Cada molécula de profilina se une a una molécula de actina y de este modo
interfiere con la polimerización. Hay algunas evidencias aisladas que sugieren la
existencia de mecanismos reguladores, los cuales inodulan la interacción
actina-profilina, afortunadamente se establece un dispositivo de control capaz de
disparar una rápida polimerización.
La mayor parte del conocimiento acerca del equilibrio dinámico entre la , -
polimerización y la despolimerización de la actina, así coiiio de los movimientos en
10s que participan los microfilainentos, proviene de estudios realizados con un tipo de
Fig. 22.3. Dibujo esqueiuitico de u n fi-
drogas: las citocalasinas, obtenidas de algunas especies de moho (Fig. 22.4). ~a~iiciitodc iictinii. Se scfialan los
Estas sustancias interactúan con las moléculas de actina por uno de los extreinos 3h nin de loii$tud y las 13,) uiiib
del filamento e impiden su poliinerizacióii. Se ha comprobado que el uso de estas dades de acliiiii que correspon-
drogas inhibe varios movimientos celulares, como la locomoción celular, la Iagocitosis, dcn ii iiiia vucltii de l a disposi-
ción hclicoid;il eii 1;~ iicssióii de
la citocinesis y otros. Sin embargo. ellas no interfieren la mitosis ni la contracción iiioiióincroi.
C o m ~ n t e s~~~~s y -tia mIecPar 403
38. Fig. 22.4. Estructura química de la
ritoealasina B.
Fig. 22.5. Dlbiijo esquemático que repre-
senta la pro~resiónde un filames-
lo por la einéticr polimeriza-
ción-despolimcr?zaeiún en extre-
mos apuestos. Los monómeros de
artina-G sc representan por un eo-
lor diferente.a) A partir de un ins-
tante arbitrario O. b) Se comienza
a alargar el extremo (+) en la mis-
ma medida que ls estructura de-
crece por el extremo (-). e) Trans-
currido un intervalo determinado
se aprecia cn la figura el desplaza-
miento del filamento.
muscular, en la cual no intervienen la polimerización ni la despolimerización de
filamentosIábiles.
Contrario a la acción de las citocalasinas,existeotrotipo de drogasdel grupode
los alcaloides: la faloidina, que estabiliza los filamentos de actina, de manera que
impidesu desorganización; cuando esta sustanciaseleinyecta a losprotozoos,como
la ameba (lafaloidinanoatraviesalamembrana),impidelosmovimientosameboides.
Parece claro queladinámicadelaformación y desagregaciónde losmicrofilamentos
esesencial para la consecuciónde los diferentesmovimientos que dependen de estas
estructuras
Cabedestacarquetosfüamentosdeactinasonestnicturasquepresentanpolatidad,
esdecir, que susextremos sondiferentes,porque éstaesuna propiedad que permite
explicarcómoocurren algunos de losmovimientos en losque ellosparticipan.
La afinidaddelasmoléculasdeactinapara asociarseesdiferenteen cada extremo.
La concentracióncríticadeactinaübreesaquéllaa lacuallavelocidaddeincorporación
es igual a la de disociacióndel polímero. Parece que la hidrólisis delATPprovoca un
cambioconformacional,demanera quelaconcentración críticase hacemenor enuno
delosextremosqueenelotro; por tanto,en determinadasconcentracionesintermedias,
el tilamento se puede mantener en un estado estacionario,segúnel hecho de que las
moléculas seseparan predominantemente de un extremo (-) y se añaden de manera
predominante al otro(+).En elestado estacionariola velocidadneta deincorporación
al extremo (+)esigual a la de desagregación del extremo (-).La consecuenciadeesto
(Fig.22.5)esquelalongitud delfilamentopermanececonstante,perose va desplazando
en el espacio desdeel extremo (-)al (+).
'desplazamiento'
Existen numerosos ejemplos donde la actina se polimeriza rápidamente; en los
sereshumanostenemoselcasode lasplaquetas; cuandoéstasresponden antelalesión
de un vasosanguíneo se desarrollan móltiples prolongaciones finas que intervienen
en la formación y contracción del coágulo. Estas proyecciones contienen grandes
cantidadesdeñiamentosquesehan estnicturado apartir delpwlde actinaG. Además
de la profilina, ya mencionada, que une una buena proporción de la actina
despolimerizada, otras proteínas capaces de unirse a la actina se han descrito en la
mayoría de lascélulasde vertebrados einvertebrados.
Principalesfuncionesde las microñlamentos
Existen 2 tipos clásicos de movimientos celulares en que estas estructuras
constituyen lafuerza motriz: lascorrientes citoplasmáticas, conocidascomociclosis,
39. y el movimiento ameboide,característicodelas amebasy demuchas célulaslibres;
juntocon losdemáscomponentesdelcitoesqueletocontribuyenalas transformaciones
sol-gelqueexperimentanlascélulas. Losmicrofilamentos,mediantelosmecanismos
de su dinámica que hemos estudiado,participan en las funciones de endocitosisy
exocitosis.
Sonestructurastubulares presentesen elcitoplasmadelascélulaseucariotas,se
distribuyen preferentemente alrededor del núcleo y aparecen en el microscopio
electrónicocomosisusextremossefijaranen la membranaoenformacionescercanas
a ella.
Comolosmicrofilamentos,losmicrotúbulossonmuy Iábiles,sobretodo los que
forman parte del citoesqueleto,pues los que se hallan en cilios y flagelos son más
estables.
Losmicrotúbulossonelresultadodelapolimerización deun tipofundamentalde
proteína globular: la tubnlina; esta proteína constituye un dímero formado por 2
monómerosquepresentanestructurasprimariasmuy semejantesy pesomolecularde
55000cada uno. Sedistinguen comoalfa-tubulinay beta-tubulina.
Un alcaloide,lacolchicina,seune aldímerodetubulinaeinbibesupolimerización,
mientrasqueotra droga,eltaxol, estabilizala estructura delos microtúbulos,ya que
favoreceel proceso inverso.
Colchicina
Elcortetransversaldeun microtúbulopermiteobservar13unidadesdispuestasen
formacircularalrededor de un ejeimaginario central (Fig.22.6), cada una deestas
unidadescorresponde a un componente de los 13protofilamentos que integran el
microtúbulo.
En cadaorotofilamentolasunidadesdealfavbeta tubulinasealternan alolargo-
deéste,de modo quecada subunidad quedaentre 2subunidadesdistintas; además,
cuandoseestudiala disposicióndelosprotofilamentosa lolargodelmicrotúbulo,las
subunidadesalfaybeta sedisponenenformaescalonadaeintegranun retículoregular
definido.
En la dinámica de la polimerización-despolimerizaciónde los microtúbulos
interviene el GTP. como lo bacía el ATP en los filamentosde actina: ~articiaan2
moléculasdeGTPen laadicióndecadadímero,una deetlasestáunida reversiblemente
Y sebidrolizademanerasimultáneaconelensamblaje;laotramoléculadeGTPseune
deformairreversibley noeshidrolizada.
Losmicrotúbulostambién presentanpolaridady susextremossedenotanpor (+)
Y (-); ellossevan "ensamblando" desdelosdenominadoscentrosorganizadores,los
cuales protegen su extremo (-) como si estuviera encapsulado, presumiblemente
estableciendointeraccionesconproteínas específicasqueinhibeoelcrecimientode
eseextremo.Esteextremoencapsulado seencuentraen la región adyacenteal núcleo
(centrocelularocitocentro)durante la interfasey la mitosis.
Fig. 22.6. Organiraeióii molecular de los
niierotúbulos. a) Dihu,ja esqueniá-
tiro de uii mierotúbirlo en vista
luiigitudiiial. bl Microfatografía
de u n corte transversal dc un
microtúbule.
(Tomado d e Prineipes d e
Biochimie. AL. Lehninger, 1982).
40. A partir de estos sitios precisamente es que se iniciará la organización de los
microtúbulos,razón por la queestoscentrossedenominancentrosorganizadores,los
cualesestánrelacionadoscon loscentríolos.
De estas interacciones dependerá también la unión de los microtúbulosa los
componentesmembranalesy aalgunasproteínasenzimáticasqueantessecreíanlibres
en lafracciónsolubledelcitoplasma. Sehan descrito2tiposprincipalesdeproteínas
accesorias:las tau y lasMAP (microtubulesassociatedproteins).Lasprimeras, de
peso molecular entre 60 y 70 mil, se enlazan a la tubulina e incrementan la
polimenzación. Las MAP de peso molecular entre 200 y 300 mil parecen poseer 2
dominios,unoseenlazaal microtúbulo,mientrasqueelotroqueda librey puedeestar
involucradoen la unión a otroscomponentescelulares: lasmejoresconocidassonla
dineínay lanexina.Para lacomprensióndelsentidodealgunasdeestasinteracciones,
esprecisoantesesbozarlasprincipalesfuncionesen queintervienenlosmicrohíbulos.
F'rinapales funcionesde IOBmicmtiíbuios
La adopcióndelasformascaracterísticasdealgunostiposcelulares,asícomode
susprolongacionestienenquever con laorientacióny distribucióndelosmicrohíbulos.
Los axonesdelascélulasnerviosasson un ejemplotípicodeestafunción.
Numerososcambiosquetienenlugaren lamorfogénesisestánrelacionadosconla
fundónmecánicadelosmicrotúbulos.La induccióndelaplacoda en ladiferenciación
del cristalinoseacompaña dela aparicióndenumerososmicrohíbulos, por citar solo
un caso.
Todaslascélulaseucariotastienen una geometría es~acialdistintiva. dadanor lau
posición de sus organelos; esta polaridad celular depende de la integridad de los
microtúbulos. Cuandosondestruidos,eldesplazamientocelularsetorna azarosoy
pierdesucarácterdireccional.
No cabeduda quelosmicrohíbulossepueden constituirenuna especiedesistema
detransporteinterno,loquepermitiríalacirculacióndemacromoléculas,al delimitar
canalesen el citoolasma.
Seconocequeen algunosreceptoressensorialessehallanpresentesconjuntosde
microtúbulos,locualpresumequeintervengandealgunamaneraen latransducción
dediferentesformasdeenergíaen esosneurorreceptores.
En el capítulo23seexponela participación en la mitosisde los microtúbulos.
Por último, loscilios,flagelos y centríolossonderivadosdelosmicrotúbulos.
De todo lo dicho, se comprende que los microtúbulosintervienen en muchos
movimientos celulares guiando algunas corrientes citoplasmáticas, que pueden
transportar gránulos de secreción hacia la superficie celular,donde descargan su
contenido por exocitosis: movimientos que agrupan en un polo de la célula a las
proteínas integralesde la membrana plasmática; movimiento de los cromosomas
durante la divisióncelulary otros.
Seconsideracomomuy probablelaintervencióndirectadelosmicrotúbulosenla
generación de fuerzas en el caso de los movimientos ciliares o flagelares; estos
movimientos provocan un desplazamiento del líquido extracelular respecto a las
células,siellasestánfijadas,odelapropiacélula,sieslibrey suficientementepequeña.
Filamentosintermedias
Si bien los 2 tipos más importantes de componentes del citoesqueletoson los
microfilamentosy losmicrotúbulos,caracterizadospor sudinámicalabüidad,existe
otrotipodefilamento,dediámetrointermedioentreaquéllosy queresultasermucho
másestable.Estapropiedad sedebeaquesusconstiiuyentesmolecularessonproteínas
de naturalezafibrosay no globular,queloshace muy resistentesa la extraccióncon
41. soluciones de variadas concentraciones salinas y con detergentes no iónicos; sin
embargo, esta insolubilidad hace posible su observación microscópica mucho más
fácilqueladelosrestantescomponentesdelcitoesqueleto.En lafigura 22.7se presentan
microfotografíascorrespondientes a 2tipos celularesdiferentes.
Losfilamentosintermedios tienen una disposiciónque también parece partir del
centrode la célula,pero con recorridosmenossinuosos;sehallan relacionadoscon las
zonas de las células que están bajo grandes tensiones.
Varios tipos de proteínas están presentes en los filamentos intermedios, tienen
pesosmolecularesquevarían de 40000 a 200000Dy sepolimerizan sin dar lugar a
estructurastan regulares comolas de losmicrotúbulos y microfilamentos; elnúmero
deestas proteínas fibrosas varía segúnel tipo de célula y la especie.
Cadañlamentoparecepresentarunhímero comounidaddepolimerización,aunque
ellono está confirmado, y todavía los factoresque controlan estas estructuras y sus
funciones son objetode especulación. Lo que sisepuede afirmar esque cada tipo de
célula presenta filamentos intermedios característicos, que están constituidos por
~roteínasdiferentes queseasocian;ejemplode elloson losfilamentosde queratinaen
las célulasepiteliales,losde vimentina en losfibroblastos y losneurofilamentos de las
neuronas.
precisa mente,^^ diversidadhacemucho másdificilsuestudioy eldesusproteínas
constituyentes.Laasociacióndeestasproteínasfibrw parecepresentar características
estructurales semejantes a lade la colágena (capítulo 68).
Deacuerdo conloexpresadosecomprende quelapolimerizacióndelosfilamentos
intermedios,hasta el momento, parece serun proceso irreversible; de ellono deben
deducirsequeelnúmero,tamaño y disposicióndeestasestructurashan demantenerse
constantes a lolargo de toda la vida celular. Sehan descubiertoenzimas proteolíticas
quedegradan específicamenteun tipou otrodefilamentosintermedios,y sedesconoce
cómoes regulada la actividad de estas enzimas NI vivo; in vitro,muchas de ellasson
activadas por el Caz'; lo cierto es que la única forma conocida en que pueden ser
desagregadoslosfilamentosde estaclasees,mediante la hidrólisisdesusproteínas, en
péptidos más pequeños.
En tanto no sedemuestre locontrario, la función de losfilamentos intermedios
parecerestringida a soportemecánicodela estructura celular.
Sedenominan inclusionesa lasestructuras que existen en elcitoplasma, ynoson
másqueverdaderos almacenesdesustanciasespecíficasquesehallan disponiblespara
ser utilizadas en la célula o por el organismo. Estas sustancias incluyen desde
compuestos de reserva energética -como la grasa y el glucógeno- hasta elementos
simples-comoel hierro y pigmentos comola melanina.
Glóbulos de grasa
Esta inclusionesseencuentran en las célulasdeltejido adiposodelosmamíferos,
son cúmulos de Iípidos del tipo de los triacilgliceroles (capítulo 13).Ellos son una
reserva deenergía muy eficiente,debidoal elevadocontenido calórico queposeeesta
clasede Iípidos; en losadipocitos pueden llegar a ocupar más del 90 % del volumen
celular (Fig. 22.8).
No obstante,estas inclusionesaparecen en otras célulasdelorganismo, comolas
muscularesyen loshepatocitos; en estosúltimospueden acumularseexcesivamentey
causar daño hepático bajo determinadas circunstancias, es el denominado hígado
grasoqueen algunos casos puede evolucionar hacia la cirrosishepática. En la figura
22.9aparece una niicrofotografia electrónicade un adipocito.
Fig. 22.7. MicrofotograBas de filanientos
interrncdios. a) Por técnicas de
inmuiionuoreseeneia se visualizan
filamentos intermedias de
vimeiitina. h) Neurafilamentas
presentes en un sector de
axoplasnia cn el axón gigante de
una lombriz marina.
('hmsdo de Molecular Biolagy of
the cell. B. Albere et al., 1983).
42. Fig. 22.8. Mierofotagrafia de un adipocito.
Se observa el citoplwma reducido
a un fino borde periférico y el
núcleo prominente, desplazados
por un gran glóhulo de grasa.
(Tomado de Bioquímiea. L. Stryer.
Segunda edición, 1982).
Fig. 22.9. Mirrofotografia de barrido de un
adipoeita.
(Tomadade Bioquímiea. L. Stryer.
Segunda edición, 1982).
El glucógeno es un polisacárido formado por unidades de glucosa, lo que le
permiteconstitnir,igual quelostriacilgliceroles,una reservaenergéticapara lacélula
o el organismo (capítulo 10).Los gránulos de glucógenoofrecen un aspecto bien
densoen lasmicrofotografias(Fiz.22.10).- , -En el gránulo,ademásseencuentranlasenzimasqueparticipan en lassíntesisy
degradación del polisacárido, y otro conjunto de enzimas que tienen una función
reguladora del metabolismodel glucógeno. Tantoel peso molecular del glucógeno,
como la proporción en que se hallan las proteínas enzimáticas en el gránulo, son
variables,demodo queestasinclusiones poseen diámetrosquevan desdelos 1000a
los 4 000 nm.
408
43. Monocapa de enzimas específicas
que recubren la molécula de glucógeno
Fig. 22.10, Microfotagrafia dc los gránulos de glucógeno. a) Las inclusiones citaplssmátieas, en este
casa gránulos de glucógena, sc ubscrvan corno múltiplrs zonas densamente oscurecidas. h)
Kepresentacih csqueiiiitira de un gránulo de glucógcno.
(Tomado de Molceular Binlogy af the ccll. B. Alherts et al., 1983).
Resumen
La fase soluble que se obtiene como sobrenadanteen una centrifugación de
muy elevada velocidad se conoce como citosol. Las téenicas avanzadas de
micmsmpia electrónica no niegan que el medio interno celular,donde se encuen-
tranlosorganelosyelcitoesqueleto,sehalla bañadopor unafaseacuosa,elcitosol.
En éste se encuentran disueltos metabolitos, proteínas y enzimas solubles. El
dtoesqueletoes una complejared de ñlamentosy microtúbulosque atraviesanel
dto~lasmavdeterminalaformacelular.asícomolaoreanizaa6ndelhialonlasma,. - -Losmicroñlamentossonelresultadodela polimerizacióndemonómerosdela
proteínaacüna,una delas 2proteínas fuodamentalesqueparticipanen la propie
dadconírácüldeLasfibrasmuxulares. Estospoümeros,en el casodelosñlamen-
tos del citoesqueleto de una célula cualquiera, se agregan y despolimerizan de
forma continua, lo cual les confíere una dinámica en su loealizaci6n, iamaiío y
estabiüdad,además, lespermite interveniren funcionesrelacionadascon algunos
movimientos celulares.
Eatadinámicay suimportanciaen algunaspropiedades celulareshan podido
ser estudiadas con la ayuda de drogas que, como la citocalasina, impiden la
polimerizaci6n delas moléculasdeactina. La profia esuna proteína quepareee
tener una funci6n parecida en el control fisiol6gico del equilibrio
polimerización-despolimerizaci6nde los microfilamentos.
Sise interfierela mecánica normal de los microñlamentnsse impide la loco-
moci6n wlular, la fagdhis, la citocinesisy el desarroiio de las digitacionesque
ocurreen la respuesta fiiol6gicade lasplaquetas, entreotros procesos.
Losmicmtúbulosposeen unadinámicasimilar,peroestánconstituidosdeotra
pmteiaa,la tubuüna
Las2 estnictur~scitadas presentan polaridad y generalmenteen un extremo
Predominala desagregaciónde los monómeros, y en el opuestola polimerización,
mcterísoca que hace posible la movilidad de ambos.
44. Los mkmtúbulos del citoesqueletotienenuna dimímicasemejantea la de los
microñlamentos, pero como los pdúaeros estables de acüna se hallaron en los
músculos, existentambiénmicmtúbulosmásduraderosymenoscambiantesenlos
dios y melos.
Los mieroffibulos se originan de ordinario en regiones adyacentes al niideo
celular, denominadas centros organizadores, éstos están relacionados con los
centrfolos.
Las proteínas accesoriasestablecennexosentrelas moléculas detubulina y de
éstascon otros componentescelulares.
Los microtúbulos son determinantes en la especioadad de la forma de los
diferentestiposdecélulas,intervienenenlamorfogénesis,enlaformacióndelhuso
mitótico, confieren polaridad a las c6lulas que la poseen, parece que desempeñan
unafunciónen algunosnenmrreeeptoresy, pormipuesto,forman parteimportante
del sistema eirnilatorio intraeelular.
Por Ultimo, los filamentosintermedioslos forman diferentesproteínas en las
disüntas células: y son más establesquelos mimíüamentos y microhíbulos. Tam-
biénsediferenciandeaquéJlosen queLasproteínas quelosintegran sonfibmsas en
vez de globulares. Su diversidad ha hecho másdiñd el estudioy comprensión de
snsestnictnrasyfunciones:enlascélulasepiteüalesexistenfilamentosdequeraüna;
en los fibmblastos y la mayoría de otras célulassueleestar presente la vimentina,
entre las proteínas componentesdelosfilamentosintermedios.
Sepresume que estos filamentosse destniyan por pmteólisisy se han aislado
enzimasespecííicaspara snsdiversasproteúias constituyentes.
Las 3estructnras esindiadasconformanelcitoesqueleto,quecomosunombre
indicaconstiíuyeel soporte meesnicodel coqjunto de la arquitectura celular.
Las inclusionescitoplasmáticasson acumulacionesdesustancias quesealma-
cenan durante algún tiempo en la célula Los exponentes más comunes son los
glóbulos de grasa y los gránulos de glucógeno, ambos tienen función de reserva
energ6tica para la célula o el organismo.
Ejercicios
1.Realiceunacomparaciónentrelasproteínasqueintegranlosmicrofilamentosy los
microtúhulos.
2. ¿Quécaracterísticaespecialpresentan lasproteínasdelosfilamentosintermedios
queno la poseen lasdelosmicrofilamentosy microtúbulos?
3. ¿Cuáleselsentidodelgran dinamismoquepresentan lasestructuraspoliméricas
fundamentalesdelcitoesqueleto?
4. Trate de deslindar las funcionesde los microfilamentos, los microtúbulos y los
filamentosintermediosquelesson propiasylas quelesson comunesa los3.
5. La división celularno seafectapor la drogacitocalasina,perosípor la colchicina.
¿Quéconclusiónpuedeusted inferir en cuantoa lasestructuras delcitoesqueleto
queintervienenen la mitosisy lasqueno lohacen?
6. De acuerdo con lo estudiado en el capítulo 18 y en éste, jcree usted que los
gránulosdeglucógenoconstituyensistemasmultienzimáticos?
7. ;,Son los glóbulos de grasa inclusionesexclusivasdel adipocito?
45. Ladiferenciafundamentalentrelascélulasprocariotasy eucariotaseslapresencia
en estasúltimasdela envolturanuclear quesepara al ADN; tambiénexistendiferen-
cias entre los procesos relacionados con el ADN y los procesos que ocurren en el
citoplasma.En lascélulasprocariotas,la síntesisdeARN (transcripción)ylasíntesis
deproteína (traducción)sellevana cabocasidemanerasimultánea,sinhabersesepa-
radosaúnlosARNmdelADN. Laaparición,durante elprocesoevolutivo,delaenvol-
turanuclear posibilitólaseparaciónentrelosprocesos detranscripciónytraducción,
loquepermitióeldesarrollodeambos.
En estecapítulodescribiremoslasdiferentesestructurasdelnúcleo: laenvoltura
nuclear,elnucléolo, la cromatina-cromosomasy eljugo nuclear, además,haremos
referenciaa larelaciónentreestasestructurasysufunción.
El estudiodelnúcleocelularconstituyeun ejemplofehacientedelprincipio de
laoiganizacióndelasmacromoléculas,ya quepodemosobservarduranteeldesarrouo
dela mitosiscómodiferentesestructuras nuclearesdesaparecenbajodeterminados
mecanismos de regulación, no del todo conocidos,y vuelven a formarse,entre otras
causas,porelmnocimientomolecularentresuscomponentes.Lapropiedaddelm n e
cimientomolecularligadoalasdiferentesestruchuasfuetratada enelcapítulo9.
Cuando la célulase encuentra en interfasepodemos ver todas las estructuras
nucleares: elmaterialgenéticoseencuentraestructurado en formadecromatina,la
envolturanuclearestápresentey podemosobservaralmenosun nucléolo. Cuandoen
lacélulacomienzaladivisiónmitótica,ocurrencambiosqueconducena ladesapari-
cióndelaenvolturanuclear, a la conversióndela cromatina en cromosomasy a la
desaparicióndelnucléolo. Una vez terminada la separación delmaterial genético
en 2partes iguales,entrelascélulashijas,seproducenloscambiosqueledevuelven
a lacélulalaestructnra queteníaen lainterfase.
Componentesestmcturaiesdel ~IWX
Podemosdividiralnúcleoen loscomponentesestructuralessiguientes(Fig.23.1):
l.Envolturanuclear.
2. CromaOna
3. Nucléolo.
4. Nncleoplasma ojugo nuclear.
