4.5: El citoesqueleto

Habilidades para Desarrollar

• Describir el citoesqueleto
• Comparar los roles de microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos
• Comparar y contrastar cilios y flagelos
• Resumir las diferencias entre los componentes de células procariotas, células animales y células vegetales

Si tuvieras que eliminar todos los orgánulos de una célula, ¿serían la membrana plasmática y el citoplasma los únicos componentes que quedaban? No. Dentro del citoplasma, seguirían existiendo iones y moléculas orgánicas, además de una red de fibras proteicas que ayudan a mantener la forma de la célula, aseguran algunos orgánulos en posiciones específicas, permiten que el citoplasma y las vesículas se muevan dentro de la célula, y permiten que las células dentro de los organismos multicelulares se muevan. Colectivamente, esta red de fibras proteicas se conoce como el citoesqueleto. Existen tres tipos de fibras dentro del citoesqueleto: microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos (Figura\(\PageIndex{1}\)). Aquí, examinaremos cada uno.

Figura\(\PageIndex{1}\): Los microfilamentos espesan la corteza alrededor del borde interno de una célula; como bandas de goma, resisten la tensión. Los microtúbulos se encuentran en el interior de la célula donde mantienen la forma celular al resistir las fuerzas de compresión. Los filamentos intermedios se encuentran a lo largo de la célula y mantienen orgánulos en su lugar.

Microfilamentos

De los tres tipos de fibras proteicas en el citoesqueleto, los microfilamentos son los más estrechos. Funcionan en el movimiento celular, tienen un diámetro de aproximadamente 7 nm, y están hechos de dos hebras entrelazadas de una proteína globular llamada actina (Figura\(\PageIndex{2}\)). Por esta razón, los microfilamentos también se conocen como filamentos de actina.

Figura\(\PageIndex{2}\): Los microfilamentos están hechos de dos hebras entrelazadas de actina.

La actina es impulsada por ATP para ensamblar su forma filamentosa, que sirve como pista para el movimiento de una proteína motora llamada miosina. Esto permite que la actina participe en eventos celulares que requieren movimiento, como la división celular en células animales y la transmisión citoplásmica, que es el movimiento circular del citoplasma celular en las células vegetales. Actina y miosina abundan en las células musculares. Cuando tus filamentos de actina y miosina se deslizan uno junto al otro, tus músculos se contraen.

Los microfilamentos también proporcionan cierta rigidez y forma a la celda. Pueden despolimerizarse (desmontar) y reformarse rápidamente, permitiendo así que una célula cambie su forma y se mueva. Los glóbulos blancos (las células que combaten las infecciones de su cuerpo) hacen un buen uso de esta habilidad. Pueden trasladarse al sitio de una infección y fagocitar al patógeno.

Enlace al aprendizaje

Video\(\PageIndex{1}\): Para ver un ejemplo de un glóbulo blanco en acción, vea un breve video de lapso de tiempo de la célula capturando dos bacterias. Envuelve una y luego pasa a la otra.

Filamentos Intermedios

Los filamentos intermedios están hechos de varias hebras de proteínas fibrosas que se enrollan juntas (Figura\(\PageIndex{3}\)). Estos elementos del citoesqueleto obtienen su nombre por el hecho de que su diámetro, de 8 a 10 nm, se encuentra entre los de microfilamentos y microtúbulos.

Figura\(\PageIndex{3}\): Los filamentos intermedios consisten en varias hebras entrelazadas de proteínas fibrosas.

Los filamentos intermedios no tienen ningún papel en el movimiento celular. Su función es puramente estructural. Llevan tensión, manteniendo así la forma de la célula, y anclan el núcleo y otros orgánulos en su lugar. La figura\(\PageIndex{1}\) muestra cómo los filamentos intermedios crean un andamio de soporte dentro de la celda.

Los filamentos intermedios son el grupo más diverso de elementos citoesqueléticos. En los filamentos intermedios se encuentran varios tipos de proteínas fibrosas. Probablemente estés más familiarizado con la queratina, la proteína fibrosa que fortalece tu cabello, uñas y la epidermis de la piel.

Microtúbulos

Como su nombre lo indica, los microtúbulos son pequeños tubos huecos. Las paredes del microtúbulo están hechas de dímeros polimerizados de α-tubulina y β-tubulina, dos proteínas globulares (Figura\(\PageIndex{4}\)). Con un diámetro de aproximadamente 25 nm, los microtúbulos son los componentes más anchos del citoesqueleto. Ayudan a la célula a resistir la compresión, proporcionan una pista a lo largo de la cual las vesículas se mueven a través de la célula y tiran de los cromosomas replicados a extremos opuestos de una célula en división. Al igual que los microfilamentos, los microtúbulos se pueden disolver y reformar rápidamente.

Figura\(\PageIndex{4}\): Los microtúbulos son huecos. Sus paredes constan de 13 dímeros polimerizados de α-tubulina y β-tubulina (imagen derecha). La imagen de la izquierda muestra la estructura molecular del tubo.

Los microtúbulos son también los elementos estructurales de flagelos, cilios y centriolos (estos últimos son los dos cuerpos perpendiculares del centrosoma). De hecho, en las células animales, el centrosoma es el centro organizador de los microtúbulos. En las células eucariotas, los flagelos y los cilios son muy diferentes estructuralmente de sus homólogos en procariotas, como se analiza a continuación.

Flagelos y Cilios

Para refrescar tu memoria, los flagelos (singular = flagelo) son estructuras largas, parecidas a pelos que se extienden desde la membrana plasmática y se utilizan para mover una célula entera (por ejemplo, esperma, Euglena). Cuando está presente, la célula tiene solo un flagelo o unos pocos flagelos. Cuando los cilios (singular = cilio) están presentes, sin embargo, muchos de ellos se extienden a lo largo de toda la superficie de la membrana plasmática. Son estructuras cortas parecidas al pelo que se utilizan para mover células enteras (como parámetros) o sustancias a lo largo de la superficie externa de la célula (por ejemplo, los cilios de las células que recubren las trompas de Falopio que mueven el óvulo hacia el útero, o cilios que recubren las células del tracto respiratorio que atrapan las partículas importa y muévalo hacia tus fosas nasales.)

A pesar de sus diferencias en longitud y número, los flagelos y los cilios comparten una disposición estructural común de microtúbulos llamada “matriz 9 + 2". Este es un nombre apropiado porque un solo flagelo o cilio está hecho de un anillo de nueve dobletes de microtúbulos, rodeando un solo doblete de microtúbulos en el centro (Figura\(\PageIndex{5}\)).

Figura\(\PageIndex{5}\): Esta micrografía electrónica de transmisión de dos flagelos muestra la matriz 9 + 2 de microtúbulos: nueve dobletes de microtúbulos rodean un solo doblete de microtúbulos. (crédito: modificación de obra de Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College; datos de barra de escala de Matt Russell)

Ahora ha completado un amplio estudio de los componentes de las células procariotas y eucariotas. Para un resumen de los componentes celulares en células procariotas y eucariotas, ver Tabla\(\PageIndex{1}\).

Cuadro\(\PageIndex{1}\): Componentes celulares en células procariotas y eucariotas.

Componente celular	Función	Presente en Procariotas?	Presente en Células Animales?	Presente en Células Vegetales?
Membrana plasmática	Separa la célula del ambiente externo; controla el paso de moléculas orgánicas, iones, agua, oxígeno y desechos dentro y fuera de la célula	Sí	Sí	Sí
Citoplasma	Proporciona presión de turgencia a las células vegetales como fluido dentro de la vacuola central; sitio de muchas reacciones metabólicas; medio en el que se encuentran orgánulos	Sí	Sí	Sí
Nucleolo	Área oscurecida dentro del núcleo donde se sintetizan las subunidades ribosómicas.	No	Sí	Sí
Núcleo	Organelo celular que alberga ADN y dirige la síntesis de ribosomas y proteínas	No	Sí	Sí
Ribosomas	Síntesis de proteínas	Sí	Sí	Sí
Mitocondrias	Producción de ATP/respiración celular	No	Sí	Sí
Peroxisomas	Oxida y descompone los ácidos grasos y aminoácidos, y desintoxica los venenos	No	Sí	Sí
Vesículas y vacuolas	Almacenamiento y transporte; función digestiva en células vegetales	No	Sí	Sí
Centrosoma	Papel no especificado en la división celular en células animales; fuente de microtúbulos en células animales	No	Sí	No
Lisosomas	Digestión de macromoléculas; reciclaje de orgánulos desgastados	No	Sí	No
Pared celular	Protección, soporte estructural y mantenimiento de la forma celular	Sí, principalmente peptidoglicano	No	Sí, principalmente celulosa
Cloroplastos	Fotosíntesis	No	No	Sí
Retículo endoplásmico	Modifica proteínas y sintetiza lípidos	No	Sí	Sí
Aparato de Golgi	Modifica, ordena, etiqueta, empaqueta y distribuye lípidos y proteínas	No	Sí	Sí
Citoesqueleto	Mantiene la forma de la célula, asegura los orgánulos en posiciones específicas, permite que el citoplasma y las vesículas se muevan dentro de la célula y permite que los organismos unicelulares se muevan de forma independiente	Sí	Sí	Sí
Flagelos	Locomoción celular	Algunos	Algunos	No, a excepción de algunos espermatozoides vegetales.
Cilia	Locomoción celular, movimiento de partículas a lo largo de la superficie extracelular de la membrana plasmática y filtración	Algunos	Algunos	No

Resumen

El citoesqueleto tiene tres tipos diferentes de elementos proteicos. De los más estrechos a los más anchos, son los microfilamentos (filamentos de actina), los filamentos intermedios y los microtúbulos. Los microfilamentos a menudo se asocian con la miosina. Proporcionan rigidez y forma a la célula y facilitan los movimientos celulares. Los filamentos intermedios soportan tensión y anclan el núcleo y otros orgánulos en su lugar. Los microtúbulos ayudan a la célula a resistir la compresión, sirven como pistas para las proteínas motoras que mueven las vesículas a través de la célula y tiran de los cromosomas replicados a los extremos opuestos de una célula en división. También son el elemento estructural de los centriolos, flagelos y cilios.

Glosario

cilio

(plural = cilios) estructura corta, similar al pelo que se extiende desde la membrana plasmática en grandes cantidades y se utiliza para mover una célula entera o mover sustancias a lo largo de la superficie externa de la célula

citoesqueleto

red de fibras proteicas que colectivamente mantienen la forma de la célula, aseguran algunos orgánulos en posiciones específicas, permiten que el citoplasma y las vesículas se muevan dentro de la célula y permiten que los organismos unicelulares se muevan de forma independiente

flagelo

(plural = flagelos) estructura larga, similar al pelo que se extiende desde la membrana plasmática y se utiliza para mover la célula

filamento intermedio

componente citoesquelético, compuesto por varias hebras entrelazadas de proteína fibrosa, que soporta tensión, apoya las uniones célula-célula y ancla las células a estructuras extracelulares

microfilamento

elemento más estrecho del sistema citoesquelético; proporciona rigidez y forma a la célula y permite movimientos celulares

microtúbulos

elemento más ancho del sistema citoesquelético; ayuda a la célula a resistir la compresión, proporciona una pista a lo largo de la cual las vesículas se mueven a través de la célula, tira de los cromosomas replicados a los extremos opuestos de una célula en división, y es el elemento estructural de los centriolos, flagelos y cilios