2.2: Estructura Celular y Compartimentos Subcelulares

Objetivos de aprendizaje

• 1: Describir los componentes básicos de la estructura celular y los orgánulos.

• 2: Comprender la organización de la cromatina en núcleo.

• 3: Comprender los mecanismos básicos de señalización celular para responder a los cambios en el entorno.

2.1

Estructura de una célula

Las células son la unidad de vida más pequeña. Una célula eucariota típica y sus componentes se ilustran en la siguiente figura.

Membrana: La membrana plasmática, la envoltura nuclear y las membranas proporcionan separación de diferentes ambientes para permitir una variedad de funciones biológicas. Las membranas son estructuras dinámicas y fluidas que permiten el movimiento selectivo de iones, fuentes de energía, vitaminas y cofactores, y desechos. Los componentes de la membrana incluyen lípidos, carbohidratos y moléculas de proteínas. La fluidez de la membrana es muy importante por sus funciones y, como consecuencia, es importante en los procesos de la enfermedad, así como en los tratamientos.

Figura\(\PageIndex{1}\): Estructura de la membrana celular

Las membranas están compuestas por lípidos dispuestos en una bicapa lipídica, con los grupos hidrofílicos de glicerol y fosfato “cabeza” de las moléculas lipídicas formando las dos capas externas y los grupos hidrófobos de “cola” dispuestos en su interior. Las proteínas son la segunda parte principal de las membranas biológicas y componen aproximadamente 20% — 80% de los componentes estructurales y funcionales de estas membranas. Muchas de estas proteínas están incrustadas en la membrana y sobresalen por ambos lados; estas se llaman proteínas transmembrana.

2.2

Compartimentos subcelulares

CITOESQUETE

es una estructura que ayuda a las células a mantener su forma y organización interna, y también proporciona soporte mecánico que permite a las células llevar a cabo funciones esenciales como la división y el movimiento. El citoesqueleto está formado por microtúbulos, filamentos de actina y filamentos intermedios.

RETULIO ENDOPLASMICO (ER)

Consiste en un sistema de estructuras tipo saco y tubo, que se expanden localmente en cisternas. Su lumen interno está conectado con el espacio intermembrana de la membrana nuclear. Parte de la sala de emergencias está tachonada en el exterior con ribosomas (ER rugosos), que participan en la síntesis de proteínas. La otra parte de la sala de emergencias está libre de ribosomas (ER lisa). Enzimas de la ER suave están involucradas en la síntesis de ácidos grasos. El RE suave también juega un papel en la desintoxicación por reacciones de hidroxilación.

APARATO DE GOLGI

Este orgánulo consiste en pilas de sacos de membrana aplanados. Su función principal es el posterior procesamiento y clasificación de las proteínas y su exportación a los objetivos finales. En la mayoría de los casos, estas se secretan como proteínas de membrana. Además, el aparato de Golgi también produce polisacáridos.

LISOSOMAS

Los lisosomas son vesículas encerradas por una bicapa lipídica. Estos orgánulos están llenos de muchas enzimas para la degradación de polisacáridos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Actúan también sobre material intracelular a eliminar e incluso contribuyen a la apoptosis de su propia célula. Los lisosomas de células especiales (p. ej., macrófagos) destruyen bacterias o virus como mecanismo de defensa.

PEROXISOMAS

Los peroxisomas están rodeados por una sola membrana. Se generan a partir de componentes del citosol y no brotan de otras membranas. La tarea principal de estos orgánulos es la realización de reacciones de monooxigenasa (hidroxilasa) u oxidasa, que producen peróxido de hidrógeno (H2O2).

MITOCONDRIAS

En una célula eucariota típica, existen en el orden de 2000 de estos orgánulos, que a menudo son de forma elipsoidal. Tienen una membrana externa lisa y una membrana interna altamente plegada con numerosas invaginaciones (cristae), que contienen la mayoría de las enzimas unidas a la membrana del metabolismo mitocondrial. Las mitocondrias son el sitio de respiración y síntesis de ATP, pero también de muchas otras reacciones centrales del metabolismo, por ejemplo, el ciclo del citrato, la oxidación de ácidos grasos, la formación de glutamina y parte de la vía que conduce a las hormonas esteroides. Las mitocondrias son los únicos orgánulos que están equipados con su propio ADN (circular), ARN y ribosomas y así pueden realizar su propia síntesis de proteínas.

Núcleo

Todas las células eucariotas muestran la presencia de un núcleo separado, que contiene la mayor parte del material genético de la célula (ADN). El ADN nuclear está organizado en varios cromosomas. El núcleo está rodeado por una doble membrana de bicapas lipídicas con proteínas integradas, llamada membrana nuclear (también conocida como la envoltura nuclear). Los poros nucleares abarcan la membrana nuclear y permiten el transporte de proteínas, ARNr, etc.

Créditos de imagen

2. Base de Datos Centro de Ciencias de la Vida (DBCLS) con licencia CC BY 4.0

3. Kelvin Song con licencia CC BY 3.0

4. Lumoreno licenciado bajo CC BY-SA 3.0

5. Agateller con licencia CC BY-SA 3.0

2.3

Estructura de la cromatina

El ADN cromosómico se empaqueta dentro de núcleos microscópicos por su asociación de las histonas H2A, H2B, H3 y H4. Estas son proteínas cargadas positivamente que se adhieren fuertemente al ADN cargado negativamente y forman complejos llamados nucleosomas. (estructura de “perlas en una cadena” de 11 nm). Cada nucleosoma está compuesto por una herida de ADN 1.65 veces alrededor de ocho proteínas histonas. Los nucleosomas se pliegan para formar una fibra de cromatina de 30 nanómetros, que forma bucles con un promedio de 300 nanómetros de longitud. Las fibras de 300 nm se comprimen y doblan para producir una fibra de 250 nm de ancho, que está fuertemente enrollada en la cromátida de un cromosoma. El nivel de estructura varía dependiendo de la etapa del ciclo celular y, como resultado, el requerimiento de transcripción o replicación del ADN.

Figura\(\PageIndex{2}\): Los cromosomas están compuestos por ADN fuertemente enrollado alrededor de las histonas - © 2010 Nature Education

Cromatina: La estructura más importante dentro del núcleo es la cromatina, que consiste, en humanos, de los 46 cromosomas. La cromatina es la combinación o complejo de ADN y proteínas que conforman el contenido del núcleo de una célula. La proteína más abundante en el núcleo son las histonas. Las histonas son ricas en aminoácidos básicos (cargados positivamente), que interactúan con cargas negativas del ADN.

2.4

Señalización celular

La señalización celular consiste en la capacidad de las células para responder a los cambios del entorno a través de señales recibidas fuera de sus fronteras. Las celdas pueden recibir muchas señales simultáneamente y también enviar mensajes a otras celdas.
Las células tienen proteínas llamadas receptores, que generalmente son proteínas transmembrana, que se unen a moléculas de señalización fuera de la célula y posteriormente transmiten la señal a través de una secuencia de interruptores moleculares a vías de señalización internas e inician una respuesta fisiológica. Diferentes receptores son específicos para diferentes moléculas. De hecho, hay cientos de tipos de receptores que se encuentran en las células, y los diferentes tipos de células tienen diferentes poblaciones de receptores.

Figura\(\PageIndex{3}\): Principales tipos de receptores transmembrana

Ejemplos de receptores de membrana:

• Receptores acoplados a proteína G
• Receptores de canales iónicos
• Receptores ligados a enzimas

El receptor puede estar localizado en la membrana celular (importante para recibir señales extracelulares) pero también puede estar presente dentro de la célula o dentro del núcleo.

Tema 2: Puntos clave

En esta sección, exploramos los siguientes puntos principales:

• 1: Las características de la membrana celular, como la bicapa lipídica y las proteínas transmembranales son muy importantes para la función celular.

• 2: La cromatina es la combinación de ADN complejo y proteínas que conforman el contenido del núcleo de una célula.

• 3: Las células tienen proteínas llamadas receptores que son importantes para recibir señales extracelulares e iniciar vías de señalización en la célula.

Verificación de Conocimientos

1. Las histonas son proteínas presentes en el núcleo de las células con la función de:

interactuando con el ADN para formar nucleosomas.

regular la fluidez de las membranas celulares.

Contestar

interactuando con el ADN para formar nucleosomas.

2. Las membranas están compuestas por lípidos dispuestos en un...

Marque todo lo que aplique.

• monocapa lipídica, con...

• bicapa lipídica, con...

• ... los grupos hidrofílicos de glicerol y fosfato “cabeza” de las moléculas lipídicas que forman las dos capas externas y los grupos hidrofóbicos de “cola” dispuestos en su interior.

• ... los grupos hidrófilos e hidrofóbicos de “cola” dispuestos en su interior.

Contestar

bicapa lipídica, con... los grupos hidrofílicos de glicerol y fosfato “cabeza” de las moléculas lipídicas que forman las dos capas externas y los grupos hidrofóbicos de “cola” dispuestos en su interior.