Biologia celular y molecular cap 9

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Biologia celular y molecular
9. Composición Celular: organelos y citoplasma
9.1 Membrana plasmática
Es una capa o bicapa de fosfolípidos y otras sustancias que delimita toda la célula, dividiendo el medio extracelular, del intracelular 
Estructura general.
En la composición de la membrana el 40% corresponden a lípidos, el 50% a proteínas, y el 10% a glúcidos.
- Los lípidos que constituyen la membrana son fosfolípidos, glucolípidos y colesterol, y su principal función es actuar como una barrera semipermeable.
- Las proteínas que forman la membrana son integrales o periféricas, y sus funciones se relacionan con el transporte y la comunicación.
- Los glúcidos por lo general, se encuentran unidos a lípidos, formando glucolípidos, y a proteínas, generándose las glucoproteínas. Su principal función es constituir la cubierta celular o glucocálix.
Fosfolípidos
Los fosfolípidos son un tipo de lípidos saponificables que componen las membranas celulares, compuestos por una molécula de alcohol, a la que se unen dos ácidos grasos y un grupo fosfato.
Proteínas integrales y periféricas
- Proteínas integrales: son aquellas que cruzan la membrana y aparecen a ambos lados de la capa de fosfolípidos. 
- Proteínas periféricas: están no se extienden a lo ancho de la bicapa sino que están unidas a las superficies interna o externa de la misma y se separan fácilmente de la misma.
Glicoproteínas y glicolípidos
Las glucoproteínas o glicoproteínas son moléculas compuestas por una proteína unida a uno o varios glúcidos, simples o compuestos. 
Los glucolípidos son lípidos de membrana con carbohidratos en sus grupos de cabeza polar.
Distribución asimétrica de lípidos y proteínas
Dominios hidrofóbicos en proteínas de transmembrana
Presenta una estructura secundaria en α-hélice, con una longitud de unos 25 a 30 aminoácidos. Los residuos laterales han de ser en su mayoría hidrofóbicos, como alanina, leucina, isoleucina, etc. para poder interaccionar con el interior de la bicapa por fuerzas hidrofóbicas y de Van der Waals. Es importante señalar que el interior de la hélice está ocupado, y no sirve como canal. En los extremos de la hélice, pueden estar residuos con carga, que interaccionan con la cabeza polar de los fosfolípidos de la bicapa.
 
Anclaje a través de glicosil fosfatidil inositol (GPI) y de ácidos grasos.
Solubilización de proteínas de membrana
Las membranas aisladas se solubilizan incubados en presente de detergente; este produce una disgregación de los componentes de la membrana terminando en su ruptura, proceso que depende del tipo de detergente usado y de su concentración. Los lípidos y las proteínas de membrana forman en solución acuosa micelas mixtas de distintos tipos: fosfolipido-detergente, proteínas-detergente y fosfolípidos-proteínas-detergente.
 Efecto de detergentes y sales
Enzimas intracelulares asociadas a la membrana: fosfolipasas, c-Src y Ras.
Las fosfolipasas son una clase de enzimas que hidrolizan los enlaces éster presentes en los fosfolípidos.
C-Src, es una proteína tirosina quinasa no receptora que en los humanos está codificada por el gen SRC.
Las proteínas Ras junto con el gen que lleva el mismo nombre, son un conjunto de interruptores-reguladores moleculares muy importantes en una gran variedad de rutas de transmisión de señales celulares que controlan diferentes fenómenos: integridad del citoesqueleto; proliferación, diferenciación, adhesión y migración.
Características funcionales de las proteínas de membrana
Proteínas transportadoras, bombas y canales iónicos.
Los transportadores son proteínas transmembrana que usan gradientes electroquímicos para mover moléculas entre ambos lados de la membrana.
Las bombas son proteínas transmembrana que transportan iones o moléculas de un lado al otro de la membrana en contra de sus gradientes de concentración, con gasto de energía. También se llaman transportadores activos primarios. 
Los canales son proteínas integrales que crean poros o conductos hidrofílicos que comunican ambos lados de la membrana.
9.2 Sistema de endomembranas y tráfico intracelular
Secuencias que especifican localización (“targeting”) en proteínas
La destinación o targeting se define como el proceso por el cual una vesícula con un cargo determinado reconoce su comportamiento blanco. Esto ocurre por movimiento de las vesículas, generalmente a través de microtubulos desde el comportamiento dador al compartimiento aceptor y un mecanismo de reconocimiento del compartimiento aceptor. El targeting ocurre en el compartimiento blanco.
Tráfico de proteínas al núcleo
 
Estructura de los poros nucleares
Tráfico de proteínas hacia mitocondrias, cloroplastos y peroxisomas
 Vía secretora. Componentes
La vía secretora está integrada por una serie de compartimientos de membranas u organelas que participan del transporte de proteínas y lípidos entre las mismas así como de la secreción de proteínas al exterior celular.
Orgánulos (compartimentos)
 
Asociación de ribosomas al retículo endoplásmico (RE)
El dominio rugoso del retículo endoplasmático se caracteriza por organizarse en una trama de túbulos alargados o sacos aplanados y apilados, más o menos regulares en su forma, con numerosos ribosomas asociados a sus membranas. La cantidad de ribosomas asociados a sus membranas condiciona la forma de este orgánulo, de tal manera que cuando el número de ribosomas asociados aumenta, los túbulos se expanden adoptando la forma de cisternas aplanadas.
Transferencia de proteínas al RE
Reconocimiento de la señal (SRP) y receptor de SRP
La partícula de reconocimiento de señal (SRP) es una proteína multimérica, que junto con su receptor conjugado (SR), está implicada en la orientación de las proteínas secretoras a la membrana retículo endoplasmático rugoso (RER) en eucariotas, o a la membrana plasmática en procariotas
El receptor de SRP eucariota (SR llamado) es un heterodímero de SR-alfa (70 kDa) y SR-beta (25 kDa), ambos de los cuales contienen un dominio de unión a GTP, mientras que el receptor de SRP procariota comprende sólo el monómero sin apretar membrana asociado SR-alfa homólogo FtsY. SR-alfa regula la orientación de los complejos de polipéptido SRP-ribosoma-naciente a la translocon . 
Translocón
Es un complejo de proteínas asociado con la translocación de polipéptidos a través de membranas.
Secuencias topogénicas y topología de las proteínas de membrana
Una secuencia topogénicas es un término colectivo utilizado para una secuencia peptídica presente en proteínas nacientes esenciales para su inserción y orientar en las membranas celulares .
Topología de una proteína transmembrana se refiere a orientaciones (ubicaciones de N- y C-terminales) de segmentos que atraviesan la membrana con respecto a los lados interiores o exteriores de la membrana biológica ocupado por la proteína.
Proteínas ancladas por GPI
Los anclajes GPI están constituidos por glicolípidos que se unen al C-terminal de ciertas proteínas hidrófilas quedando estas ancladas en el lado extracelular de la membrana. Este tipo de proteínas de anclaje se producen por la mayoría de las células eucariotas.
Adición y procesado de carbohidratos en el RE y complejo de Golgi
La glicosilación o glucosilación es el proceso de adición de carbohidratos a una proteína. El destino de las proteínas a las que se le ha añadido una cadena de glúcidos (glicoproteínas) es ser secretadas o formar parte de la superficie celular, aunque algunas proteínas nucleares y citosólicas también están glicosiladas. Los carbohidratos de las glicoproteínas tienen funciones relacionadas con el plegamiento de proteínas en el retículo endoplasmático rugoso(REr), en el destino de la proteína en los compartimentos intracelulares y en las interacciones célula-célula.
Cis, medial y trans-Golgi
Región cis-Golgi: es la más interna y próxima al retículo endoplásmico.
Región medial: es una zona de transición.
Región trans-Golgi: es la que se encuentra más cerca de la membrana plasmática.Oligosacáridos O- y N-glicosídicos
Los oligosacáridos son moléculas constituidas por la unión de 2 a 10 monosacáridos cíclicos, de 3 en adelante pueden ser lineales o ramificados mediante enlaces de tipo glucosídicos, un enlace covalente que se establece entre grupos alcohol de dos monosacáridos, con desprendimiento de una molécula de agua.
El enlace glucosídico es un enlace covalente que se establece entre grupos alcohol de dos monosacáridos, liberando una molécula de agua. Los monosacáridos quedan unidos por un átomo de oxígeno, de ahí el nombre del enlace. La sacarosa, lactosa, maltosa, rafinosa o matotirosa son ejemplos de moléculas con este enlace.
Flujo vesicular de membranas post-Golgi
En la membranas post-Golgi, es decir, membrana plasmática y endosomas, la concentración de esfingolípidos y colesterol es mayor que en el retículo y en las membranas del aparato de Golgi. Las mitocondrias tienen, aparte de otros más extendidos, lípidos de membrana propios como el fosfatidilglicerol y la cardiolipina, que sintetizan ellas mismas.
Tráfico de proteínas al lisosomas y a la membrana
Las proteínas de la membrana plasmática y de lisosomas son transportadas selectivamente desde el RE hacia el aparato de Golgi, descargándose en las cisternas cis-Golgi.
Vía de la manosa 6-fosfato
La manosa-6-fosfato (M6P) es un monosacárido derivado de la manosa que se caracteriza por encontrarse unido a las lectinas en el sistema inmune. La M6P actúa como señal para las proteínas precursoras de las hidrolasas ácidas que están destinadas para ser transportadas hasta los lisosomas.
Exocitosis y endocitosis
La endocitosis es el proceso en el que una célula captura una sustancia, la engulle con la membrana celular y la lleva dentro.
La exocitosis describe el proceso de fusión de vesículas con la membrana celular y la liberación de su contenido fuera de la célula.
Endocitosis mediada por receptores
Tipo de endocitosis en la cual solo son incorporadas en la célula aquellas macromoléculas reconocidas por sus receptores de membrana específicos. Estos receptores son proteínas transmembrana, que se unen con las macromoléculas que se van a ingerir por el lado externo de la célula, y con una cubierta de proteínas de clatrina por el lado intracelular.
Transcitosis
La transcitosis o transporte transcelular es un conjunto de procesos que permiten el paso de macromoléculas desde un espacio extracelular a otro, es decir, desde un dominio de membrana a otro distinto, mediante la formación de vesículas.
Endosomas tempranos y tardíos
Los endosomas tempranos próximos a la membrana plasmática que reciben las vesículas de endocitosis; endosomas de reciclaje desde los que parten vesículas a la membrana plasmática y al aparato de Golgi.
Endosomas tardíos localizados en zonas más internas de la célula, que reciben vesículas cargadas de hidrolasas ácidas desde el TGN del aparato de Golgi, y envían otras recicladas de vuelta al TGN, y que terminan fusionándose con los lisosomas para la degradación de las moléculas y vesículas que contienen.
Reciclado de receptores
Los receptores, ya sin ligando unido, vuelven a la membrana plasmática en vesículas de reciclado y el ligando sigue hacia otros compartimentos para su degradación. Normalmente la salida de estas vesículas recicladas se realiza en un dominio del endosoma físicamente segregado del resto del espacio endosomal.
Fusión de membranas
Proceso por el cual las membranas de dos células se unen entre sí para formar una única membrana resultante que engloba el contenido de las dos células. A esta célula final se le llama heterocarion.
Vesículas cubiertas con clatrina, COP I y COP II
Vesiculas revestidas de clatrina; a esta estructura se le llama trasquilón. Los trisqueliones se autoensamblan y cubren la porción citoplasmática de las vesículas intracelulares. Estas vesículas recubiertas de clatrina se forman, por ejemplo, en los procesos de endocitosis mediada por receptor o en la formación de lisosomas.
COPI es un complejo multiproteico que al ensamblarse forma una cubierta que recubre y da forma a vesículas trasportadoras de proteínas y lípidos desde la cara Cis del Aparato de Golgi de retorno al Retículo Endoplasmático Rugoso (ER), donde fueron originariamente sintetizadas y entre compartimentos del propio Golgi.
COPII es un complejo de proteínas de cubierta vesicular, responsable del transporte vesicular desde el retículo endoplasmático rugoso (RER) hasta el aparato de Golgi (AG). El complejo multiproteico COPII consiste en los subcomplejos proteicos que llevan a cabo la formación de una vesícula de secreción de material reticular.
Control de calidad en el RE
El retículo endoplásmico tiene una función especial que detecta proteínas mal plegadas para, ya sea, repararlas o degradarlas. El proceso empieza cuando la proteína mal plegada es detectada por una enzima: la glucosiltransferasa. Esta le agrega una glucosa a la cadena de oligosacáridos que tiene la proteína. La glucosa es reconocida por una chaperona que se llama calnexina que la regresa para que sea bien plegada. Esto ocurre varias veces, si el problema no es corregido se dirige al proteosoma, cuya función es degradar proteínas. Allí actúan una gran cantidad de enzimas proteolíticas, de los que salen moléculas de aminoácidos que se pueden volver a utilizar para sintetizar una proteína bien plegada.
Inducción transcripcional de catalizadores del plegamiento de proteínas
El plegamiento de proteínas es el proceso expedito, termodinámicamente no espontáneo (reversible) por el que una proteína soluble alcanza su estructura tridimensional. La función biológica de una proteína depende de su correcto plegamiento, el cual es un proceso termodinámicamente irreversible por ser espontáneo. Si una proteína no se pliega correctamente, la misma no será funcional y, por lo tanto, no será capaz de cumplir con su función biológica. En estos casos, la misma puede ser susceptible de alcanzar estados aberrantes de agregación, que incluyen la formación de apilamientos amiloides causantes de neuropatías, como ocurre con el llamado prion.
Mecanismo de retención de proteínas solubles del RE
La retención RE se refiere a la proteínas que son retenidas en el retículo endoplasmático, o RE, tras el plegamiento y que se conocen como proteínas residentes en el RE.
Su localización en el RE depende frecuentemente de la presencia de unas determinadas de secuencias de aminoácidos en los extremos N-terminal o C-terminal. La señal clásica de retención RE es la secuencia KDEL en el extremo C-terminal para proteínas del lumen, y KXXX para la localización transmembranal. Estas señales permiten la recuperación de proteínas desde el aparato de Golgi, manteniéndolas eficazmente en el RE. Se están estudiando otros mecanismos de retención RE, pero no están tan bien caracterizados como la retención por medio del péptido señal.
9.3 Mitocondrias, cloroplastos y peroxisomas
Biogénesis
La biogénesis es aquel principio según el cual la vida solamente se origina de una vida preexistente (que ha existido antes).
Organización molecular
Compartimentalización del metabolismo de carbohidratos y lípidos
1. Movilización de lípidos de reserva 
2. Degradación y biosíntesis de ácidos grasos 
3. Formación de cuerpos cetónicos 
4. Degradación de aminoácidos y eliminación del amonio 
5. Fijación del nitrógeno y biosíntesis de aminoácidos 
6. Integración del metabolismo en mamíferos
Metabolismo de carbohidratos: glucólisis y la vía de la pentosa fosfato Si la célula requiere más NADPH que moléculas de ribosa, puede derivar los productos de la fase no oxidativa de la vía de la pentosa fosfato hacia la glucólisis. Como ilustra el esquema general de las dos vías, el exceso de ribulosa-5-fosfato puede convertirse en los intermediarios glucolíticos fructosa-6-fosfato y gliceraldehído-3-fosfato.
Generación de ATP
Se produce durante la fotorrespiración y la respiración celular, y es consumido por muchas enzimas en la catálisis de numerosos procesosquímicos. 
Organización molecular de los complejos captadores de energía y complejos de transferencia de energía.
 
9.4 Citoesqueleto
Actina y microfilamentos: estructura
Los microfilamentos son finas fibras de proteínas globulares de 3 a 7 nm de diámetro que le dan soporte a la célula. Los microfilamentos forman parte del citoesqueleto y están compuestos predominantemente de una proteína contráctil llamada actina.
La actina es una familia de proteínas globulares que forman los microfilamentos, uno de los tres componentes fundamentales del citoesqueleto de las células de los organismos eucariotas (también denominados eucariontes).
Concentración crítica
Se denomina concentración micelar crítica a la concentración mínima de surfactante a partir de la cual se forman micelas espontáneamente en una disolución.​ La concentración micelar crítica es un punto definido con precisión para cada compuesto y se puede conocer mediante resonancia magnética nuclear y otros métodos.
Regulación del ensamblaje
El punto de control de la mitosis o punto de control del ensamblaje del huso (SAC) , asegura que la segregación cromosómica tenga lugar de forma correcta. La comprensión de cómo las células mantienen constante el número apropiado de cromosomas después de cada división celular es una cuestión central en un sinnúmero de procesos biológicos. 
Proteínas asociadas a actina
Las proteínas de unión a actina son proteínas que se unen a la actina. Esto supone que tienen la capacidad de unirse a monómeros de actina, a polímeros o a ambos.
Muchas de las proteínas de unión a actina, incluyendo la α-actinina, β-espectrina, distrofina, utrofina y fimbrina efectúan esta unión a través del dominio de unión a actina de homología a la calponina.
Estructuras formadas por actina: racimos y redes
La actina es una proteína globular de una sola cadena polipeptídica. La estructura de la actina se caracteriza por poseer dos dominios. Cada dominio tiene dos subdominios. Además, entre los dominios existe una hendidura a la cual se une el  ATP–Mg+2.
Las actinas son una familia de proteínas globulares con capacidad de formar filamentos. Pueden presentarse en forma de monómeros, en cuyo caso recibirían el nombre de actina G, o formando microfilamentos, es decir, actina F.
Lamelipodios y filopodios
Los lamelipodios son prolongaciones transitorias de la membrana celular producidas por la acción de microfilamentos de actina los cuales pertenecen al citoesqueleto celular.
Los filopodios (en algunos textos denominados microespículas) son proyecciones citoplasmáticas delgadas similares a lamelipodios que se extienden desde el extremo directriz de células en migración.
Esqueleto submembranal
Esqueleto de la membrana eritrocitaria  El esqueleto de la membrana eritrocitaria esta formado por largos filamentos de α y β espectrina, dispuestos en una red de estructura hexagonal y con conglomerados de proteínas o nudos de unión en el centro y en los vértices.
Miosinas: Estructura y función
La miosina es una proteína fibrosa, cuyos filamentos tienen una longitud uniforme de 1,6 micrómetros y un diámetro de 15 nm, que conjuntamente con la actina, permiten principalmente la contracción de los músculos e interviene en la división celular y el transporte de vesículas.
Movimientos dependientes e independientes de miosina
· Contracciones heterométricas o isotónicas
· Contracciones heterométricas concéntricas
· Contracciones heterométricas excéntricas
· Contracciones isométricas
· Contracciones auxotónicas
· Contracciones isocinéticas
Migración celular
La migración celular es un proceso importante en el desarrollo y el mantenimiento de los organismos pluricelulares. La formación de tejido durante el desarrollo embrionario, la cicatrización y la respuesta inmune requieren de movimientos celulares sincronizados en una dirección particular y hacia sitios específicos. 
Tubulina y microtúbulos: estructura y dinámica
Cada tubulina está compuesta de dos subunidades: α-tubulina y β-tubulina. Los microtúbulos, como los filamentos de actina, son estructuras dinámicas: pueden crecer y desmontarse rápidamente mediante la adición o remoción de las proteínas tubulinas.
Los microtúbulos están formados por moléculas de tubulina, cada una de las cuales es un dímero que consta de dos proteínas globulares, llamadas α-tubulina y β-tubulina. Los dímeros de tubulina se unen formando un protofilamento. Un microtúbulo consta de 13 protofilamentos paralelos que forman un cilindro hueco.
Polaridad
Propiedad que tienen algunos agentes físicos de acumular sus efectos en puntos opuestos de ciertos cuerpos.
Proteínas asociadas
Son proteínas hidrosolubles. Por ejemplo, proteínas G se encuentran asociadas a la cara interna de la membrana plasmática y pertenecen a este grupo.
Proteínas motoras: dineínas y kinesinas
Las proteínas motoras son un tipo de motores moleculares que son capaces de mover sustratos sobre una superficies. Estas convierten la energía química en trabajo mecánico por la hidrólisis de ATP, es decir que son ATPasas.
Las dineínas son motores de microtúbulos capaces de realizar un desplazamiento retrógrado. Las dineínas llevan a cabo el transporte intracelular hacia el extremo negativo de los microtúbulos en el centro organizador de los microtúbulos que se encuentra cerca del núcleo.
Las cinesinas son un grupo de proteínas motoras que usan los microtúbulos para desplazarse de forma anterógrada. Son esenciales para la formación del huso en la mitosis y la meiosis y en la separación de los cromosomas durante la división celular y de igual forma son responsables del movimiento de mitocondrias, cuerpos de Golgi y vesículas en las células eucariontes. 
Cilias y flagelos
Un flagelo es un apéndice móvil con forma de látigo presente en muchos organismos unicelulares y en algunas células de organismos pluricelulares. Usualmente los flagelos son usados para el movimiento, aunque algunos organismos pueden utilizarlos para otras funciones.
Los cilios son proyecciones filamentosas cortas presentes en las superficies de la membrana plasmática de muchos tipos de células. De esta forma, la célula se desplaza a través del fluido o bien el fluido se desplaza sobre la superficie de la célula misma.
Función de los microtúbulos en la división celular
Los microtúbulos intervienen en diversos procesos celulares que involucran desplazamiento de vesículas de secreción, movimiento de orgánulos, transporte intracelular de sustancias, así como en la división celular (mitosis y meiosis) y que, junto con los microfilamentos y los filamentos intermedios.
Filamentos intermedios: estructura, dinámica y función
Son filamentos de proteína fibrosa de unos 12 nm de diámetro, que constituyen los componentes del citoesqueleto más estables (dando soporte a los orgánulos por sus fuertes enlaces) y más heterogéneos. Las proteínas que conforman estos filamentos, citoqueratina, vimentina, neurofilamentos, desmina y proteína fibrilar acídica de la glia, son dependientes del tejido en el que se hallen. Su función principal es la de organizar la estructura tridimensional interna de la célula (por ejemplo, forman parte de la envoltura nuclear y de los sarcómeros). También participan en algunas uniones intercelulares (desmosomas).
Queratinas, desmina, laminas
La queratina es una proteína, cuya función principal es proteger las células epiteliales, siendo además un elemento fundamental en la formación de la capa más externa de la piel.
La desmina es una de las proteínas de tipo III de los filamentos intermedios del citoesqueleto intracelular en particular de células musculares, tanto estriadas como lisas. Se encuentra cerca de la línea Z de los sarcómeros de las miofibrillas musculares, funcionando como un soporte estructural.
Las laminas son proteínas estructurales del núcleo celular eucariótico y participan además en la regulación de la transcripción.