5.5: Citoplasma y citoesqueleto

Un vistazo al interior de la celda

La figura\(\PageIndex{1}\) puede parecer una colorida obra de arte abstracto o tal vez un diseño de alfombra ultramoderno, pero no es ninguno de los dos. En realidad es un modelo del interior de una celda. Es una representación artística de lo que podrías ver si pudieras echar un vistazo dentro de uno de estos bloques básicos de los seres vivos. El interior de una celda es obviamente un espacio abarrotado y ocupado. Contiene citoplasma, sustancias disueltas y muchas estructuras; y es una colmena de innumerables actividades bioquímicas que ocurren a la vez.

Figura\(\PageIndex{1}\): Imagen del citosol, que muestra microtúbulos (azul claro), filamentos de actina (azul oscuro), ribosomas (amarillos y morados), proteínas solubles (azul claro), cinesina (rojo), moléculas pequeñas (blancas) y ARN (rosa).

Citoplasma

El citoplasma es una solución espesa, generalmente incolora, que llena cada célula y está encerrada por la membrana celular. El citoplasma presiona contra la membrana celular, llenando la célula y dándole su forma. A veces el citoplasma actúa como una solución acuosa y a veces adquiere una consistencia más parecida a un gel. En las células eucariotas, el citoplasma incluye todo el material dentro de la célula pero fuera del núcleo, que contiene su propia sustancia acuosa llamada nucleoplasma. Todos los orgánulos en las células eucariotas, como el retículo endoplásmico y las mitocondrias, se localizan en el citoplasma. El citoplasma ayuda a mantenerlos en su lugar. También es el sitio de la mayoría de las actividades metabólicas en la célula, y permite que los materiales pasen fácilmente por toda la célula.

La porción del citoplasma que rodea a los orgánulos se llama citosol, que es la parte líquida del citoplasma. Está compuesto por aproximadamente 80 por ciento de agua y además contiene sales disueltas, ácidos grasos, azúcares, aminoácidos y proteínas como las enzimas. Estas sustancias disueltas son necesarias para mantener viva la célula y llevar a cabo procesos metabólicos. Por ejemplo, las enzimas disueltas en el citosol descomponen las moléculas más grandes en productos más pequeños que luego pueden ser utilizados por los orgánulos de la célula. Los productos de desecho también se disuelven en el citosol antes de que sean absorbidos por las vacuolas o expulsados de la célula.

Aunque las células procariotas no tienen orgánulos (sí tienen ribosomas), todavía tienen citoplasma. Es dentro del citoplasma donde ocurren la mayoría de las actividades celulares, incluyendo las muchas vías metabólicas que ocurren dentro de los orgánulos, como la fotosíntesis y la respiración aeróbica.

Citoesqueleto

Aunque puede parecer que el citoplasma no tiene forma ni estructura, en realidad está altamente organizado. Un marco de andamios proteicos llamado citoesqueleto proporciona estructura al citoplasma y a la célula. El citoesqueleto consiste en filamentos y túbulos en forma de hilo que entrecruzan el citoplasma. Se pueden ver estos filamentos y túbulos en las células de la Figura\(\PageIndex{2}\). Como su nombre indica, el citoesqueleto es como un “esqueleto” celular. Ayuda a la célula a mantener su forma y también ayuda a mantener estructuras celulares como orgánulos en su lugar dentro del citoplasma.

Figura\(\PageIndex{2}\): Citoesqueleto. El citoesqueleto le da a la célula una estructura interna, como el marco de una casa. En esta fotografía, los filamentos de actina y los túbulos del citoesqueleto son verdes y rojos, respectivamente. Los puntos azules son núcleos celulares.

El citoesqueleto eucariota está formado por una red de fibras proteicas largas y delgadas. Estas proteínas filiformes se reconstruyen continuamente para adaptarse a las necesidades en constante cambio de la célula. Tres tipos principales de fibras del citoesqueleto son los microtúbulos, los filamentos intermedios y los microfilamentos (Tabla\(\PageIndex{1}\)).

• Los microtúbulos son la más gruesa de las estructuras del citoesqueleto. Por lo general, están hechos de filamentos que son polímeros de alfa y beta-tubulina e irradian hacia afuera desde un área cercana al núcleo llamada centrosoma. Dos formas de tubulina forman dímeros (pares) que se unen para formar los cilindros huecos. Los cilindros se tuercen unos alrededor de otros para formar los microtúbulos. Los microtúbulos ayudan a que la célula mantenga su forma. Mantienen los orgánulos en su lugar y les permiten moverse alrededor de la célula, y forman el huso mitótico durante la división celular. Los microtúbulos también conforman partes de cilios y flagelos, los orgánulos que ayudan a que una célula se mueva.
• Los microfilamentos están hechos de dos cadenas delgadas de actina que están retorcidas una alrededor de la otra. Los microfilamentos se concentran en su mayoría justo debajo de la membrana celular, donde soportan la célula y ayudan a la célula a mantener su forma. Los microfilamentos forman extensiones citoplasmáticas, como microvellosidades y pseudopodios, que permiten que ciertas células se muevan. La actina y la proteína miosina interactúan para provocar una contracción en las células musculares. Los microfilamentos se encuentran en casi todas las células y son numerosos en las células musculares y en las células que se mueven cambiando de forma, como los fagocitos (glóbulos blancos que buscan bacterias en el cuerpo y otros invasores).
• Los filamentos intermedios (IF) difieren en la composición de un tipo de celda a otro. El IF puede estar compuesto por vimentina, queratina, desmina o lamina. Cada tipo de célula puede tener una combinación única de IFs. Por ejemplo, los filamentos intermedios hechos de queratina se encuentran en la piel, el cabello y las células de las uñas. Los IF organizan la estructura interna de la célula sujetando orgánulos y proporcionando fuerza. También son componentes estructurales de la envolvente nuclear. Los filamentos intermedios hechos de la proteína queratina se encuentran en la piel, el cabello y las células de las uñas.

Tabla\(\PageIndex{1}\): Estructura del citoesqueleto

Característica	Microtúbulos	Filamentos Intermedios	Microfilamentos
Diámetro de Fibra	Cerca de 25 nm	8 a 11 nm	Alrededor de 7 nm
Composición de Proteínas	Tubulina con dos subunidades, alfa y beta-tubulina	Uno de los diferentes tipos de proteínas como lamin, vimentina, desmina y queratina	Actin
Forma	Cilindros huecos hechos de dos cadenas proteicas retorcidas una alrededor de la otra	Bobinas de fibra de proteína retorcidas entre sí	Dos cadenas de actina retorcidas una alrededor de la otra
Funciones principales	Movimiento de orgánulos y vesículas; formar husillos mitóticos durante la reproducción celular; motilidad celular (en cilios y flagelos)	Organizar la forma celular; posiciona los orgánulos en el soporte estructural del citoplasma de la envoltura nuclear y los sarcómeros; participa en uniones célula a célula y célula a matriz	Mantener la forma celular; permite el movimiento de ciertas células mediante la formación de extensiones citoplasmáticas o contracción de fibras de actina; involucrado en algunas uniones célula a célula o célula a matriz

Reportaje: La biología humana en las noticias

Noticias sobre un importante estudio del citoplasma de células eucariotas aparecieron a principios de 2016. Investigadores en Dresden, Alemania descubrieron que cuando las células se ven privadas de nutrientes adecuados, esencialmente pueden apagarse y quedarse inactivas. Específicamente, cuando las células no obtienen suficientes nutrientes, cierran su metabolismo, su nivel de energía baja y el pH de su citoplasma disminuye. Su citoplasma normalmente líquido también asume un estado sólido. Las células aparecen muertas y como si se hubiera establecido una especie de rigor mortis. Los investigadores piensan que estos cambios protegen las estructuras sensibles dentro de las células y permiten que las células sobrevivan condiciones difíciles. Si los nutrientes son devueltos a las células, pueden emerger ilesos de su estado latente. Seguirán creciendo y multiplicándose cuando mejoren las condiciones.

Esta importante investigación de ciencia básica se realizó sobre un organismo no humano: hongos unicelulares llamados levaduras. Sin embargo, puede tener implicaciones importantes para los humanos porque las levaduras tienen células eucariotas con muchas de las mismas estructuras que las células humanas. Las células de levadura parecen ser capaces de “engañar” a la muerte al cerrar todos los procesos de la vida de manera controlada. Los investigadores esperan aprender con la investigación continua sobre si a las células humanas también se les puede enseñar este “truco”.

Revisar

1. Describir la composición del citoplasma.
2. ¿Cuáles son algunas de las funciones del citoplasma?
3. Esbozar la estructura y funciones del citoesqueleto.
4. ¿El citoplasma está hecho de células? ¿Por qué o por qué no?
5. Nombrar dos tipos de estructuras citoesqueléticas.
6. Verdadero o Falso. El citoplasma suele ser verde.
7. Verdadero o Falso. El núcleo de una célula está lleno de citoplasma.
8. En Figura\(\PageIndex{2}\) de las diferentes estructuras citoesqueléticas anteriores (mostradas en rojo y verde), ¿qué nota de estas diferentes estructuras?
9. Describir un ejemplo de un proceso metabólico que ocurre en el citosol.
10. En las células eucariotas, todo el material dentro de la célula pero fuera del núcleo se llama ___________.
11. ¿Cómo se llama la parte líquida del citoplasma?
12. ¿Qué sustancia química constituye la mayor parte del citosol?
13. Cuando las células de levadura privadas de nutrientes permanecen inactivas, su citoplasma asume un estado sólido. ¿Qué efecto crees que tendría un citoplasma sólido en los procesos celulares normales? Explica tu respuesta.
14. ¿Cuál es la diferencia entre citoplasma y citosol?
15. Nombra las tres partes principales del citoesqueleto.
16. Listar dos funciones del citoesqueleto eucariota

Explora más

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Mire el video a continuación para conocer las proteínas motoras, que transportan material celular por el citoesqueleto.

Atribuciones

1. Citosol abarrotado por TimVickers, liberado al dominio público a través de Wikimedia Commons
2. Células fluorescentes de NIH, liberadas al dominio público a través de Wikimedia Commons
3. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0