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Sistema endomembranoso

El sistema endomembranoso es el sistema de membranas internas existente en las células eucariotas, que divide la célula en compartimentos funcionales y estructurales, denominados orgánulos.
Los siguientes orgánulos son ejemplos de partes del sistema endomembranoso de las células eucariotas:

  • La #Membrana plasmática o membrana celular funciona como barrera de protección que regula la entrada y salida de sustancias en la células.[1]
  • La #Envoltura nuclear está formada por un complejo de dos membranas, que delimita los contenidos del núcleo mediante la membrana nuclear interna (INM) y al mismo tiempo forma una cisterna perinuclear, separada del citoplasma mediante la membrana nuclear externa (ONM).[2]
  • El #Retículo endoplasmático es extenso distribuido en toda la célula, construido por sáculos (cisternas) y túbulos, que funciona como orgánulo de síntesis y transporte, como una extensión de la envoltura nuclear.[3]
  • El #Aparato de Golgi un sistema multicisternal compacto y localizado, que funciona como el sistema de empaquetado y de entrega de moléculas.[4]
  • Los #Lisosomas son las unidades “energéticas” de la célula. Utilizan enzimas que analizan las macromoléculas y también actúan como sistema de recogida de residuos.
  • Las #Vacuolas actúan como unidades del almacenaje en algunas células.[5]
  • Las #Vesículas son pequeñas unidades de transporte delimitadas por membranas que pueden transferir moléculas entre diversos compartimientos.[6]
Diagrama del sistema de endomembranas en una célula eucariota típica.

Cabe mencionar que las membranas de cloroplastos y mitocondrias no están consideradas como parte del sistema, pero se piensa que evolucionaron a partir de este.

El sistema endomembranoso también proporciona un sistema de transporte para las moléculas móviles a través del interior de la célula, así como superficies interactivas para la síntesis de lípidos y de proteínas.

Los orgánulos del sistema endomembranoso pueden estar intercomunicados de dos maneras: mediante contacto directo o mediante la trasferencia de segmentos de membrana en forma de vesículas.[7]​ A pesar de esto, las membranas de los diferentes orgánulos no son idénticas; varían sus estructuras y funciones. El grosor, la composición molecular, y el comportamiento metabólico de una membrana pueden ser modificados a lo largo de la vida de la célula. Las membranas que componen el sistema endomembranoso se construyen a partir de una bicapa lipídica, con proteínas unidas a cada lado o atravesándolas y otras moléculas de reconocimiento.[8]

En células procariotas es raro encontrar endomembranas, sin embargo en diversas bacterias fotosintéticas la membrana plasmática se encuentra plegada hacia el interior de la célula de modo que su citoplasma se encuentra rodeado de capas de membrana capaces de captar luz.[9]​ Estas capas pueden incluso estar encapsuladas en estructuras llamadas clorosomas en bacterias tipo chlorobia.[10]

Desarrollo y formación

Este sistema endomembranoso parece comenzar en el retículo endoplasmático rugoso (RER) que es un conjunto de membranas plegadas que son una prolongación de la membrana nuclear. En él la principal función es la síntesis de proteínas. De ellas, algunas se almacenan para luego llevarlas a otros orgánulos; y otras se quedan adosadas al mismo para hacer crecer sus membranas.
Llegado a un punto variable de su longitud, el RE ya no tiene ribosomas y forma túbulos y cisternas membranosas donde principalmente se forman lípidos es el retículo endoplasmático liso. En él se generan unas estructuras que secretan vesículas de transición, que se van uniendo formando el dictiosoma. El dictiosoma es la unidad de funcionamiento del aparato de Golgi. El conjunto de dictiosomas de una célula forma el aparato de Golgi. Esta estructura finaliza con unas vesículas de síntesis que son secretadas al citoplasma y luego darán lugar a los lisosomas, peroxisomas y vacuolas.

Componentes del Sistema

Envoltura Nuclear

 
File:Diagram human cell nucleus es.svg
Diagrama del núcleo celular con la envoltura señalada en color naranja.
 

RE

CISTERNA
perinuclear>
INM
Membrana
Nuclear
Interna
ONM
Membrana
Nuclear
Externa
≪PORO
nuclear

La envoltura nuclear separa los contenidos de núcleo de aquellos del citoplasma. Está formada una membrana nuclear interna (INM en inglés) y una membrana nuclear externa (ONM en inglés).[11]
La membrana nuclear externa (ONM) presenta ribosomas sobre su superficie citoplásmica y se continúa con la membrana del retículo endoplasmático rugoso (RER). La membrana nuclear externa se continúa con la membrana nuclear interna (INM), en los llamados poros nucleares, pequeños orificios que tienen un diámetro de 120  nanómetros (nm). [12]
El espacio entre las dos membranas de la envoltura nuclear, se conoce como el espacio perinuclear (o cisterna perinuclear) y se encuentra unido y se continua con el lumen del RER.

La estructura de la envoltura nuclear está determinada por proteínas fibrosas llamadas filamentos intermedios. Estos forman una malla denominada lámina nuclear, la cual se acopla a la cromatina, proteínas integrales de membrana y otros componentes nucleares que se encuentran alineados a la superficie interna del núcleo. Se cree que la lámina nuclear ayuda a que sustancias dentro del núcleo lleguen a los poros nucleares, así como en la desintegración de la envoltura nuclear durante la mitosis, así como su reconstrucción al finalizarla.

Los poros nucleares tienen una selectividad muy efectiva al momento de regular el paso de materiales a través de la envoltura nuclear, considerando el gran tráfico molecular en el que se encuentran. El RNA y las subunidades ribosomales están en continuo movimiento entre el citoplasma y el núcleo. Otras sustancias como histonas, proteínas reguladoras de genes, DNA y polimerasas de RNA deben ser importadas del citoplasma, por lo que deben atravesar los poros. La envoltura nuclear típica de una célula mamífera contiene entre 3000 y 4000 poros. Cuando la célula se encuentra en proceso de síntesis de DNA cada poro transporta alrededor de 100 moléculas de histona por minuto. En etapas de rápido crecimiento cada poro también transporta subunidades ribosomales del citosol al núcleo, a una tasa de seis por minuto, aproximadamente. Estas son recién armadas y de diferentes tamaños. Estas se utilizan para la síntesis de proteínas[13]

Retículo endoplasmático

 
File:Endomembrane_system_diagram_es.svg
Retículo endoplasmático

El retículo endoplasmático (RE) es un orgánulo membranoso encargado de la síntesis y transporte de algunas biomoléculas. Es una continuación de la envoltura nuclear. En el RE se encuentra más de la mitad de la membrana total de células eucariotas. Este orgánulo está conformado por una bicapa lipídica plegada, que se ramifica en forma de túbulos. Estos están interconectados, de modo que la membrana del RE forma una sola manta que encapsula un solo espacio. Este espacio es conocido como el lumen o espacio cisternal del RE. El lumen del RE ocupa al menos el 10 % del volumen de la célula. La membrana del retículo endoplasmático permite la selección de moléculas para su transporte entre citoplasma y lumen. Puesto que se encuentra directamente conectada a la envoltura nuclear, el RE sirve igualmente como canal de conexión entre el núcleo y el citoplasma.[14]

 
1 Envoltura nuclear 2 Poro nuclear 3 Retículo endoplasmático rugoso (RER) 4 Retículo endoplasmático liso (REL) 5 Ribosoma en el RE rugoso 6 Proteínas siendo transportadas 7 Vesícula transportadora 8 Aparato de Golgi 9 Cara cis del aparato de Golgi 10 Cara trans del aparato del Golgi 11 Cisternas del aparato de Golgi.

El RE tiene un rol crucial en la producción, el procesamiento y el transporte de compuestos bioquímicos para su uso dentro y fuera de la célula. En su membrana se lleva a cabo la producción de las proteínas transmembranales, y lípidos que se encuentran en casi todos los orgánulos de la célula, incluyendo al aparato de Golgi, liososmas, endosomas, mitocondrias, peroxisomas, vesículas, membrana plasmática y el RE mismo. Además, casi todas las proteínas que serán transportadas al exterior de la células, así como las proteínas residentes del RE, aparato de Golgi o lisosomas son en primera instancia enviados al lumen del RE. Por esto una gran cantidad de proteínas que se pueden encontrar dentro del lumen del retículo endoplasmático permanecen en él por poco tiempo. Las proteínas que constantemente se pueden encontrar en el lumen se conocen como proteínas residentes del RE. La secuencia de aminoácidos de estas proteínas especiales sirve para la señalización de se retención en el orgánulo. Como ejemplo de estas se puede mencionar la proteína chaperona BiP (Proteína de Unión a Inmunoglobulina, por sus siglas en inglés), la cual identifica a otras proteínas que presentan defectos en su estructura y previene su salida del RE.[15]

El RE también está involucrado en la clasificación cotraduccional de las proteínas. Cuando un polipéptido contiene una señal secuencial del RE que pueda ser reconocida, la producción de la proteína puede detenerse. Una partícula de reconocimiento de señales transporta al polipéptido al la membrana del RE, donde es liberada y posteriormente su producción continua.[16]

En el RE se pueden identificar dos regiones que difieren en estructura y función: El RE liso (REL) y el RE rugoso (RER). El retículo endoplasmático rugoso recibe su nombre debido a que la cara citoplásmica de su membrana está recubierta por ribosomas, dándole un aspecto irregular visto desde un microscopio electrónico. El REL carece de ribosomas, por lo que tiene un aspecto liso.[17]

Funciones del RE liso

En la gran mayoría de las células las regiones lisas en el RE son escasas, y frecuentemente se encuentran intercaladas con el partes rugosas. También se puede conocer como RE transicional, pues contienen sitios de brote de vesículas que transportan proteínas y lípidos recién sintetizados hacia el aparato de Golgi. En algunas células, sin embargo, el REL es abundante y tiene funciones adicionales. El REL de estas células especializadas funciona en diversos procesos metabólicos, incluyendo la síntesis de lípidos, el metabolismo de carbohidratos, y la desintoxicación de fármacos y sustancias tóxicas.[14][17]

Las enzimas de REL son cruciales en el proceso de síntesis de lípidos como aceites, fosfolípidos, y esteroides. En vertebrados, las hormonas sexuales y esteroideas secretadas por las glándulas suprarrenales son un ejemplos de los esteroides sintetizados en el REL. Las células de órganos como este son ricas en REL.[14][17]

Los hepatocitos son otro ejemplo de células especializadas con REL abundante. En estas células se puede ejemplificar el rol que juega el REL en el metabolismo de hidratos de carbono. En hepatocitos se almacena glucógeno, el cual sirve como reserva energética y puede fácilmente convertirse en glucosa. Esto es importante para la regulación de concentraciones de azúcares en sangre. No obstante, el producto primario de la glucogenólisis es la glucosa-1-fosfato. Esta es posteriormente convertida en glucosa-6-fosfato. Una enzima del REL de hepatocitos retira el fosfato de la glucosa de modo que pueda dejar la célula y entrar a sangre.[14][17]

Las enzimas del REL también ayudan a la desintoxicación de drogas, fármacos y sustancias tóxicas. La desintoxicación habitualmente consiste en la adición de un grupo hidroxilo a una droga, incrementando su solubilidad, facilitando así su desecho. Una reacción de desintoxicación que despierta mucho interés es llevada a cabo por la familia de enzimas citocromo P450, la cual cataliza a drogas o metabolitos hidrofóbicos que de otra manera se acumularían en niveles tóxicos en las membranas plasmáticas de las células.[14][17]

Otra función especializada del REL se puede encontrar en células musculares. La membrana del retículo endoplasmático bombea iones de calcio del citosol al espacio cisternal. Cuando una célula muscular es estimulada por impulsos nerviosos el calcio es devuelto a citosol, generando la contracción de la célula.[14][17]

Funciones del RE rugoso

Muchos tipos de células exportan proteínas que son producidas por los ribosomas adheridos al RER. Los ribosomas toman aminoácidos y los ensamblan en unidades proteicas, las cuales son después trasladadas al interior de RE para modificaciones posteriores. Estas pueden sen proteínas transmembranales, las cuales están incrustadas en la membrana del retículo endoplasmático, o bien proteínas hidrosolubles, las cuales son capaces de atravesar la membrana e ingresar al lumen. Las proteínas que ingresan al retículo endoplasmático son plegadas para obtener su estructura tridimensional correcta. Algunas sustancias químicas, como hidratos de carbono o azúcares, son añadidas y una vez terminado este proceso, el RE puede transportarlas a otras partes de la célula donde son necesitadas (proteínas secretoras) o al aparato del Golgi para continuar su modificación.[14][17]

Una vez que las proteínas secretoras son formadas, el RE selecciona las proteínas que deben permanecer en citosol. Las proteínas secretoras salen del RE encapsuladas en vesículas que brotan de la membrana del RE transicional. Estas vesículas se conocen como vesículas transportadoras.[14][17]​ Una vía alternativa de transporte de lípidos y proteínas al exterior del RE es mediante proteínas transportadoras de lípidos en regiones conocidas como sitios de contacto membranales, donde el RE establece una cercana conexión con las membranas de otros orgánulos, como la membrana plasmática, aparato de Golgi o lisosomas.[18]

Además de la síntesis de proteínas secretoras, el RER forma membranas mediante la adición de proteínas y fosfolípidos. Los polipéptidos que están destinados a ser proteínas membranales son ensamblado en ribosomas. Una vez ensambladas son insertadas a la membrana del RE mismo y son sostenidas por sus porciones hidrofóbicas. El RE rugoso también produce sus propios fosfolípidos membranales, los cuales son sintetizados por enzimas incrustadas en la membrana del RE. La membrana del RE es capaz de expandirse y transferirse a otros componentes del sistema endomembranoso mediante vesículas transportadoras.[14][17]

Aparato de Golgi

 
Aparato de Golgi 3D, en su mitad inferior (corte transversal), con sus dictiosomas (cisternas).

El Aparato de Golgi está compuesto por varios compartimentos separados denominados cisternas. Su forma es similar a la de una torre de panqueques. La cantidad de cisternas que un aparato de Golgi puede tener depende de la función específica de la célula que lo contiene. El aparato de Golgi es útil en la modificación postraduccional de proteínas. El lado del aparato Golgi que recibe vesículas del RE es conocido como la cara cis. Esta usualmente se encuentra cercano al RE. La cara opuesta del aparato de Golgi se conoce como la cara trans. Los compuestos modificados dejan al aparato de Golgi por este lado. La mayoría de los compuestos modificados por el aparato son enviados a la membrana plasmática, por lo que la cara trans se encuentra usualmente viendo hacia esta.[19]

Las vesículas liberadas por el RE que contienen proteínas son modificadas en el aparato de Golgi y son preparadas para su secreción hacia el exterior de la célula o hacia otras partes de la misma. Cuando una proteína atraviesa el espacio del aparato de Golgi que está cubierto por enzimas existen muchas posibilidades en cuando a las modificaciones que las proteínas pueden sufrir. Un proceso común es la síntesis o modificación de las porciones de hidrato de carbono en glicoproteínas. El aparato de Golgi es capaz de remover y sustituir monómeros de azúcares, produciendo una gran variedad de oligosacáridos. Además de modificar proteínas, el aparato de Golgi es capaz de manufacturar macromoléculas por sí solo. En células vegetales, el aparato puede producir pectinas y otros polisacáridos que la planta necesita.[20]

Una vez que la modificación termina, el aparato de Golgi clasifica los productos y los envía a varias partes de la célula. Las enzimas del Golgi añaden pequeñas etiquetas para ayudar al reconocimiento de las moléculas. Una vez organizados los productos, el aparato de Golgi los libera brotando vesículas en su cara trans.[21]

Vacuolas

Las vacuolas, al igual que las vesículas, son segmentos de membrana que encierran un espacio dentro de la célula. Son de mayor tamaño que las vesículas y su función específica varía. Las funciones de la vacuolas es diferente para células animales y vegetales.

En células vegetales, las vacuolas ocupan entre 30% y 90% del volumen total del la célula.[22]​ La mayoría de las células vegetales maduras contienen un vaucola central grande comprendida por una membrana llamada tonoplasto. Las vacuolas de células vegetales funcionan como unidades de almacenamiento para nutrientes y desechos de una célula. Estas moléculas se encuentran disueltas en una sustancia llamada jugo celular. Algunos pigmentos que dan color a las células se pueden encontrar en el jugo celular. Las vacuolas también pueden incrementar el tamaño de una célula mediante la adición de agua. Esto controla la presión de turgencia (la presión osmótica que evita que la pared celular se colapse). Similar a los lisosomas de células animales, las vacuolas tienen un pH acído y contienen enzimas hidrolíticas. El pH de las vacuolas les permite realizar procedimientos de homeóstasis dentro de la célula. Por ejemplo, cuando el pH alrededor de la célula disminuye, los iones de H+ que penetran al citosol pueden ser transferidos a una vacuola para mantener el pH del citosol constante.[23]

En animales, las vacuolas tienen funciones en procesos de exocitosis y endocitosis. La endocitosis se refiere al proceso de adquisición de sustancias al interior de la célula, mientras que en la exocitosis las sustancias son transportadas del interior de la célula al espacio extracelular. El material a importar es encerrado por la membrana plasmática y posteriormente transferido a una vacuola. Existen dos tipos de endocitosis, fagocitosis y pinocitosis. En la fagocitosis las células pueden ingerir partículas grandes como bacterias. La pinocitosis es el mismo proceso, con la diferencia de que las sustancias ingeridas se encuentran en forma de fluido.[24]

Vesículas

Las vesículas son pequeñas unidades encapsuladas por segmentos de membrana que son capaces de transferir moléculas entre diferentes compartimentos. La mayoría de las vesículas transfieren las membranas ensambladas en el retículo endoplasmático hacia el aparato de Golgi, el cual las transporta a diferentes lugares.[25]

Existen diferentes tipos de vesículas, cada uno con una configuración diferente de proteínas. La mayoría de las vesículas se encuentran formados por regiones específicas de membranas. Cuando una vesícula brota de una membrana, esta contiene proteínas específicas en su cara citosólica. Cada membrana que recibe una vesícula tiene igualmente moléculas de reconocimiento en su cara citosólica. Estas moléculas son correspondientes a las proteínas de las vesículas que viajan hacia una membrana. Una vez que la vesícula llega a su destino se fusiona con la membrana.[26]

Existen tres tipos de vesículas conocidas: cubiertas por clatrina, por el complejo proteico COP I, o por el complejo proteico COP II. Cada tipo tiene funciones específicas en la célula. Por ejemplo, las vesículas cubiertas por clatrina transportan sustancias entre el aparato de Golgi y la membrana plasmática. Las vesículas cubiertas por COP I y COP II frecuentemente se utilizan para el transporte entre el RE y el aparato de Golgi.[26]

Lisosomas

Los lisosomas son orgánulos que contienen enzimas hidrolíticas utilizadas en la digestión intracelular. Las funciones principales de un lisosoma son el procesamiento de moléculas ingeridas por la célula, así como el reciclaje de partes celulares obsoletas. Las enzimas en el interior de los lisosomas son hidrolasas ácidas, las cuales requieren un ambiente ácido para su funcionamiento óptimo. Los lisosomas conservan un ambiente de estas características al mantener un pH de 5.0 en su interior.[27]​ En caso de ruptura de un lisosoma, las enzimas liberada no funcionarían correctametne, pues el pH del citosol es neutro. No obstante, si grandes cantidades de lisosomas se rompen la célula puede ser destruida por autodigestión.

Los lisosomas llevan a cabo la digestión intracelular en un proceso llamado fagocitosis (del griego phagein, comer y kytos, vesícula, en este caso la célula), en el cual se fusiona con una vacuola, liberando sus enzimas dentro de ella. Mediante este proceso, las azúcares, aminoácidos y otros monómeros ingresan al citosol y sirven de nutrientes para la célula. Los lisosomas también ocupan sus enzimas hidrolíticas para reciclar a los orgánulos obsoletos de la célula en un proceso denominado autofagia. El lisosoma ingiere a otro orgánulo y utiliza sus enzimas para degradar el material ingerido. Los monómeros orgánicos resultantes son transferidos a citosol para ser utilizados nuevamente. La última función de un lisosoma es la digestión de la célula misma a través del proceso de autólisis.[28]

Spitzenkörper

El spitzenkörper es un componente del sistema endomembranoso encontrado únicamente en hongos, y está asociado con el crecimiento de punta de hifa. Es un cuerpo de fase oscura compuesto por una agregación de vesículas rodeadas por membrana que contienen componentes de la pared celular. Sirve como punto de ensamblaje y liberación de estos componentes entre el aparato de Golgi y la membrana celular. El spitzenkörper es capaz de moverse y su desplazamiento genera nuevo crecimiento de puntas de hifa.

 
Ilustración a detalle de la membrana plasmática, incluyendo la estructura de un fosfolípido.

Membrana plasmática

La membrana plasmática es una membrana formada por una bicapa de fosfolípidos que separa al contenido celular del ambiente que la rodea, y regula el transporte de moléculas y señales hacia el interior y exterior de la célula. Tiene incrustadas proteínas que realizan diversas de sus funciones. La membrana plasmática no tiene una estructura fija ni rígida, las moléculas que la componen son capaces de realizar movimientos laterales. Estos movimientos, junto con los múltiples componentes que la conforman son la razón por la que se refiere a ella como "mosaico fluido". Moléculas pequeñas como dióxido de carbono, agua y oxígeno pueden atravesar la membrana plasmática libremente mediante difusión u ósmosis. Las moléculas de mayor tamaño que la célula necesita son ingresadas con la ayuda de proteínas mediante el transporte activo.[29]

La membrana plasmática de una célula tiene múltiples funciones. Estas incluyen el transporte de nutrientes a interior de la célula, el desecho de residuos metabólicos, la prevención del ingreso de materiales no deseados, la prevención de la salida de materiales que la célula necesita, la conservación del pH y presión osmótica del citosol. Las proteínas transportadoras se utilizan para cumplir estas funciones, pues permiten el paso selectivo de materiales hacia el interior de la célula. Estas proteínas utilizan la hidrólisis de ATP para bombear materiales en contra de su gradiente de concentración.[29]

Además de estas funciones universales, la membrana plasmática tiene un rol específico en organismos multicelulares. Las membranas contienen glucoproteínas que ayudan al reconocimiento de otras celulares, de modo que puedan intercambiar metabolitos y formar tejidos. Otras proteínas de la membrana plasmática permiten la unión con el citoesqueleto y la matriz extracelular. Estas funciones ayudan a mantener la forma de la célula y fijan la ubicación de las proteínas membranales. También se pueden encontrar enzimas ctalizadoras de reacciones en la membrana. Las proteínas receptoras en la membrana tiene una forma específica que depende del mensajero químico que lo active. Esto resulta en diferentes respuestas celulares.[30]

Evolución

El origen del sistema endomembranoso está relacionado con el origen de las células eucariotas mismas y este a su vez con el orgien endosimbiótico de las mitocondrias. Se han propuesto muchos modelos para la explicación de su origen (vistos en [31]​). El concepto más reciente sugiere que el sistema endomembranoso evolucionó de vesículas secretadas por la mitocondria endosimbiótica.[32]​ Este modelo, basado en vesículas de membrana externa, es actualmente el que requiere menos modificaciones a la teoría del origen de células eucariotas y explica las muchas conexiones que tienen las mitocondrias con otros compartimentos celulares.[33]

Véase también

Referencias

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  2. Davidson, Michael (2005). «The Nuclear Envelope». Molecular Expressions. Florida State University. Consultado el 9 de diciembre de 2008. 
  3. Davidson, Michael (2005). «The Endoplasmic Reticulum». Molecular Expressions. Florida State University. Consultado el 9 de diciembre de 2008. 
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  6. Cooper, Geoffrey (2000). «The Mechanism of Vesicular Transport». The Cell: A Molecular Approach. Sinauer Associates, Inc. Consultado el 9 de diciembre de 2008. 
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El sistema endomembranoso es el sistema de membranas internas existente en las celulas eucariotas que divide la celula en compartimentos funcionales y estructurales denominados organulos Los siguientes organulos son ejemplos de partes del sistema endomembranoso de las celulas eucariotas La Membrana plasmatica o membrana celular funciona como barrera de proteccion que regula la entrada y salida de sustancias en la celulas 1 La Envoltura nuclear esta formada por un complejo de dos membranas que delimita los contenidos del nucleo mediante la membrana nuclear interna INM y al mismo tiempo forma una cisterna perinuclear separada del citoplasma mediante la membrana nuclear externa ONM 2 El Reticulo endoplasmatico es extenso distribuido en toda la celula construido por saculos cisternas y tubulos que funciona como organulo de sintesis y transporte como una extension de la envoltura nuclear 3 El Aparato de Golgi un sistema multicisternal compacto y localizado que funciona como el sistema de empaquetado y de entrega de moleculas 4 Los Lisosomas son las unidades energeticas de la celula Utilizan enzimas que analizan las macromoleculas y tambien actuan como sistema de recogida de residuos Las Vacuolas actuan como unidades del almacenaje en algunas celulas 5 Las Vesiculas son pequenas unidades de transporte delimitadas por membranas que pueden transferir moleculas entre diversos compartimientos 6 Diagrama del sistema de endomembranas en una celula eucariota tipica Cabe mencionar que las membranas de cloroplastos y mitocondrias no estan consideradas como parte del sistema pero se piensa que evolucionaron a partir de este El sistema endomembranoso tambien proporciona un sistema de transporte para las moleculas moviles a traves del interior de la celula asi como superficies interactivas para la sintesis de lipidos y de proteinas Los organulos del sistema endomembranoso pueden estar intercomunicados de dos maneras mediante contacto directo o mediante la trasferencia de segmentos de membrana en forma de vesiculas 7 A pesar de esto las membranas de los diferentes organulos no son identicas varian sus estructuras y funciones El grosor la composicion molecular y el comportamiento metabolico de una membrana pueden ser modificados a lo largo de la vida de la celula Las membranas que componen el sistema endomembranoso se construyen a partir de una bicapa lipidica con proteinas unidas a cada lado o atravesandolas y otras moleculas de reconocimiento 8 En celulas procariotas es raro encontrar endomembranas sin embargo en diversas bacterias fotosinteticas la membrana plasmatica se encuentra plegada hacia el interior de la celula de modo que su citoplasma se encuentra rodeado de capas de membrana capaces de captar luz 9 Estas capas pueden incluso estar encapsuladas en estructuras llamadas clorosomas en bacterias tipo chlorobia 10 Indice 1 Desarrollo y formacion 2 Componentes del Sistema 2 1 Envoltura Nuclear 2 2 Reticulo endoplasmatico 2 2 1 Funciones del RE liso 2 2 2 Funciones del RE rugoso 2 3 Aparato de Golgi 2 4 Vacuolas 2 5 Vesiculas 2 6 Lisosomas 2 7 Spitzenkorper 2 8 Membrana plasmatica 3 Evolucion 4 Vease tambien 5 ReferenciasDesarrollo y formacion EditarEste sistema endomembranoso parece comenzar en el reticulo endoplasmatico rugoso RER que es un conjunto de membranas plegadas que son una prolongacion de la membrana nuclear En el la principal funcion es la sintesis de proteinas De ellas algunas se almacenan para luego llevarlas a otros organulos y otras se quedan adosadas al mismo para hacer crecer sus membranas Llegado a un punto variable de su longitud el RE ya no tiene ribosomas y forma tubulos y cisternas membranosas donde principalmente se forman lipidos es el reticulo endoplasmatico liso En el se generan unas estructuras que secretan vesiculas de transicion que se van uniendo formando el dictiosoma El dictiosoma es la unidad de funcionamiento del aparato de Golgi El conjunto de dictiosomas de una celula forma el aparato de Golgi Esta estructura finaliza con unas vesiculas de sintesis que son secretadas al citoplasma y luego daran lugar a los lisosomas peroxisomas y vacuolas Componentes del Sistema EditarEnvoltura Nuclear Editar Articulo principal Envoltura nuclear File Diagram human cell nucleus es svgDiagrama del nucleo celular con la envoltura senalada en color naranja RE CISTERNA perinuclear gt INMMembranaNuclearInterna ONMMembranaNuclearExterna POROnuclear La envoltura nuclear separa los contenidos de nucleo de aquellos del citoplasma Esta formada una membrana nuclear interna INM en ingles y una membrana nuclear externa ONM en ingles 11 La membrana nuclear externa ONM presenta ribosomas sobre su superficie citoplasmica y se continua con la membrana del reticulo endoplasmatico rugoso RER La membrana nuclear externa se continua con la membrana nuclear interna INM en los llamados poros nucleares pequenos orificios que tienen un diametro de 120 nanometros nm 12 El espacio entre las dos membranas de la envoltura nuclear se conoce como el espacio perinuclear o cisterna perinuclear y se encuentra unido y se continua con el lumen del RER La estructura de la envoltura nuclear esta determinada por proteinas fibrosas llamadas filamentos intermedios Estos forman una malla denominada lamina nuclear la cual se acopla a la cromatina proteinas integrales de membrana y otros componentes nucleares que se encuentran alineados a la superficie interna del nucleo Se cree que la lamina nuclear ayuda a que sustancias dentro del nucleo lleguen a los poros nucleares asi como en la desintegracion de la envoltura nuclear durante la mitosis asi como su reconstruccion al finalizarla Los poros nucleares tienen una selectividad muy efectiva al momento de regular el paso de materiales a traves de la envoltura nuclear considerando el gran trafico molecular en el que se encuentran El RNA y las subunidades ribosomales estan en continuo movimiento entre el citoplasma y el nucleo Otras sustancias como histonas proteinas reguladoras de genes DNA y polimerasas de RNA deben ser importadas del citoplasma por lo que deben atravesar los poros La envoltura nuclear tipica de una celula mamifera contiene entre 3000 y 4000 poros Cuando la celula se encuentra en proceso de sintesis de DNA cada poro transporta alrededor de 100 moleculas de histona por minuto En etapas de rapido crecimiento cada poro tambien transporta subunidades ribosomales del citosol al nucleo a una tasa de seis por minuto aproximadamente Estas son recien armadas y de diferentes tamanos Estas se utilizan para la sintesis de proteinas 13 Reticulo endoplasmatico Editar Articulo principal Reticulo endoplasmatico File Endomembrane system diagram es svgReticulo endoplasmatico El reticulo endoplasmatico RE es un organulo membranoso encargado de la sintesis y transporte de algunas biomoleculas Es una continuacion de la envoltura nuclear En el RE se encuentra mas de la mitad de la membrana total de celulas eucariotas Este organulo esta conformado por una bicapa lipidica plegada que se ramifica en forma de tubulos Estos estan interconectados de modo que la membrana del RE forma una sola manta que encapsula un solo espacio Este espacio es conocido como el lumen o espacio cisternal del RE El lumen del RE ocupa al menos el 10 del volumen de la celula La membrana del reticulo endoplasmatico permite la seleccion de moleculas para su transporte entre citoplasma y lumen Puesto que se encuentra directamente conectada a la envoltura nuclear el RE sirve igualmente como canal de conexion entre el nucleo y el citoplasma 14 1 Envoltura nuclear 2 Poro nuclear 3 Reticulo endoplasmatico rugoso RER 4 Reticulo endoplasmatico liso REL 5 Ribosoma en el RE rugoso 6 Proteinas siendo transportadas 7 Vesicula transportadora 8 Aparato de Golgi 9 Cara cis del aparato de Golgi 10 Cara trans del aparato del Golgi 11 Cisternas del aparato de Golgi El RE tiene un rol crucial en la produccion el procesamiento y el transporte de compuestos bioquimicos para su uso dentro y fuera de la celula En su membrana se lleva a cabo la produccion de las proteinas transmembranales y lipidos que se encuentran en casi todos los organulos de la celula incluyendo al aparato de Golgi liososmas endosomas mitocondrias peroxisomas vesiculas membrana plasmatica y el RE mismo Ademas casi todas las proteinas que seran transportadas al exterior de la celulas asi como las proteinas residentes del RE aparato de Golgi o lisosomas son en primera instancia enviados al lumen del RE Por esto una gran cantidad de proteinas que se pueden encontrar dentro del lumen del reticulo endoplasmatico permanecen en el por poco tiempo Las proteinas que constantemente se pueden encontrar en el lumen se conocen como proteinas residentes del RE La secuencia de aminoacidos de estas proteinas especiales sirve para la senalizacion de se retencion en el organulo Como ejemplo de estas se puede mencionar la proteina chaperona BiP Proteina de Union a Inmunoglobulina por sus siglas en ingles la cual identifica a otras proteinas que presentan defectos en su estructura y previene su salida del RE 15 El RE tambien esta involucrado en la clasificacion cotraduccional de las proteinas Cuando un polipeptido contiene una senal secuencial del RE que pueda ser reconocida la produccion de la proteina puede detenerse Una particula de reconocimiento de senales transporta al polipeptido al la membrana del RE donde es liberada y posteriormente su produccion continua 16 En el RE se pueden identificar dos regiones que difieren en estructura y funcion El RE liso REL y el RE rugoso RER El reticulo endoplasmatico rugoso recibe su nombre debido a que la cara citoplasmica de su membrana esta recubierta por ribosomas dandole un aspecto irregular visto desde un microscopio electronico El REL carece de ribosomas por lo que tiene un aspecto liso 17 Funciones del RE liso Editar Articulo principal Reticulo endoplasmatico liso En la gran mayoria de las celulas las regiones lisas en el RE son escasas y frecuentemente se encuentran intercaladas con el partes rugosas Tambien se puede conocer como RE transicional pues contienen sitios de brote de vesiculas que transportan proteinas y lipidos recien sintetizados hacia el aparato de Golgi En algunas celulas sin embargo el REL es abundante y tiene funciones adicionales El REL de estas celulas especializadas funciona en diversos procesos metabolicos incluyendo la sintesis de lipidos el metabolismo de carbohidratos y la desintoxicacion de farmacos y sustancias toxicas 14 17 Las enzimas de REL son cruciales en el proceso de sintesis de lipidos como aceites fosfolipidos y esteroides En vertebrados las hormonas sexuales y esteroideas secretadas por las glandulas suprarrenales son un ejemplos de los esteroides sintetizados en el REL Las celulas de organos como este son ricas en REL 14 17 Los hepatocitos son otro ejemplo de celulas especializadas con REL abundante En estas celulas se puede ejemplificar el rol que juega el REL en el metabolismo de hidratos de carbono En hepatocitos se almacena glucogeno el cual sirve como reserva energetica y puede facilmente convertirse en glucosa Esto es importante para la regulacion de concentraciones de azucares en sangre No obstante el producto primario de la glucogenolisis es la glucosa 1 fosfato Esta es posteriormente convertida en glucosa 6 fosfato Una enzima del REL de hepatocitos retira el fosfato de la glucosa de modo que pueda dejar la celula y entrar a sangre 14 17 Las enzimas del REL tambien ayudan a la desintoxicacion de drogas farmacos y sustancias toxicas La desintoxicacion habitualmente consiste en la adicion de un grupo hidroxilo a una droga incrementando su solubilidad facilitando asi su desecho Una reaccion de desintoxicacion que despierta mucho interes es llevada a cabo por la familia de enzimas citocromo P450 la cual cataliza a drogas o metabolitos hidrofobicos que de otra manera se acumularian en niveles toxicos en las membranas plasmaticas de las celulas 14 17 Otra funcion especializada del REL se puede encontrar en celulas musculares La membrana del reticulo endoplasmatico bombea iones de calcio del citosol al espacio cisternal Cuando una celula muscular es estimulada por impulsos nerviosos el calcio es devuelto a citosol generando la contraccion de la celula 14 17 Funciones del RE rugoso Editar Articulo principal Reticulo endoplasmatico rugoso Muchos tipos de celulas exportan proteinas que son producidas por los ribosomas adheridos al RER Los ribosomas toman aminoacidos y los ensamblan en unidades proteicas las cuales son despues trasladadas al interior de RE para modificaciones posteriores Estas pueden sen proteinas transmembranales las cuales estan incrustadas en la membrana del reticulo endoplasmatico o bien proteinas hidrosolubles las cuales son capaces de atravesar la membrana e ingresar al lumen Las proteinas que ingresan al reticulo endoplasmatico son plegadas para obtener su estructura tridimensional correcta Algunas sustancias quimicas como hidratos de carbono o azucares son anadidas y una vez terminado este proceso el RE puede transportarlas a otras partes de la celula donde son necesitadas proteinas secretoras o al aparato del Golgi para continuar su modificacion 14 17 Una vez que las proteinas secretoras son formadas el RE selecciona las proteinas que deben permanecer en citosol Las proteinas secretoras salen del RE encapsuladas en vesiculas que brotan de la membrana del RE transicional Estas vesiculas se conocen como vesiculas transportadoras 14 17 Una via alternativa de transporte de lipidos y proteinas al exterior del RE es mediante proteinas transportadoras de lipidos en regiones conocidas como sitios de contacto membranales donde el RE establece una cercana conexion con las membranas de otros organulos como la membrana plasmatica aparato de Golgi o lisosomas 18 Ademas de la sintesis de proteinas secretoras el RER forma membranas mediante la adicion de proteinas y fosfolipidos Los polipeptidos que estan destinados a ser proteinas membranales son ensamblado en ribosomas Una vez ensambladas son insertadas a la membrana del RE mismo y son sostenidas por sus porciones hidrofobicas El RE rugoso tambien produce sus propios fosfolipidos membranales los cuales son sintetizados por enzimas incrustadas en la membrana del RE La membrana del RE es capaz de expandirse y transferirse a otros componentes del sistema endomembranoso mediante vesiculas transportadoras 14 17 Aparato de Golgi Editar Articulo principal Aparato de Golgi Aparato de Golgi 3D en su mitad inferior corte transversal con sus dictiosomas cisternas El Aparato de Golgi esta compuesto por varios compartimentos separados denominados cisternas Su forma es similar a la de una torre de panqueques La cantidad de cisternas que un aparato de Golgi puede tener depende de la funcion especifica de la celula que lo contiene El aparato de Golgi es util en la modificacion postraduccional de proteinas El lado del aparato Golgi que recibe vesiculas del RE es conocido como la cara cis Esta usualmente se encuentra cercano al RE La cara opuesta del aparato de Golgi se conoce como la cara trans Los compuestos modificados dejan al aparato de Golgi por este lado La mayoria de los compuestos modificados por el aparato son enviados a la membrana plasmatica por lo que la cara trans se encuentra usualmente viendo hacia esta 19 Las vesiculas liberadas por el RE que contienen proteinas son modificadas en el aparato de Golgi y son preparadas para su secrecion hacia el exterior de la celula o hacia otras partes de la misma Cuando una proteina atraviesa el espacio del aparato de Golgi que esta cubierto por enzimas existen muchas posibilidades en cuando a las modificaciones que las proteinas pueden sufrir Un proceso comun es la sintesis o modificacion de las porciones de hidrato de carbono en glicoproteinas El aparato de Golgi es capaz de remover y sustituir monomeros de azucares produciendo una gran variedad de oligosacaridos Ademas de modificar proteinas el aparato de Golgi es capaz de manufacturar macromoleculas por si solo En celulas vegetales el aparato puede producir pectinas y otros polisacaridos que la planta necesita 20 Una vez que la modificacion termina el aparato de Golgi clasifica los productos y los envia a varias partes de la celula Las enzimas del Golgi anaden pequenas etiquetas para ayudar al reconocimiento de las moleculas Una vez organizados los productos el aparato de Golgi los libera brotando vesiculas en su cara trans 21 Vacuolas Editar Articulo principal VacuolasLas vacuolas al igual que las vesiculas son segmentos de membrana que encierran un espacio dentro de la celula Son de mayor tamano que las vesiculas y su funcion especifica varia Las funciones de la vacuolas es diferente para celulas animales y vegetales En celulas vegetales las vacuolas ocupan entre 30 y 90 del volumen total del la celula 22 La mayoria de las celulas vegetales maduras contienen un vaucola central grande comprendida por una membrana llamada tonoplasto Las vacuolas de celulas vegetales funcionan como unidades de almacenamiento para nutrientes y desechos de una celula Estas moleculas se encuentran disueltas en una sustancia llamada jugo celular Algunos pigmentos que dan color a las celulas se pueden encontrar en el jugo celular Las vacuolas tambien pueden incrementar el tamano de una celula mediante la adicion de agua Esto controla la presion de turgencia la presion osmotica que evita que la pared celular se colapse Similar a los lisosomas de celulas animales las vacuolas tienen un pH acido y contienen enzimas hidroliticas El pH de las vacuolas les permite realizar procedimientos de homeostasis dentro de la celula Por ejemplo cuando el pH alrededor de la celula disminuye los iones de H que penetran al citosol pueden ser transferidos a una vacuola para mantener el pH del citosol constante 23 En animales las vacuolas tienen funciones en procesos de exocitosis y endocitosis La endocitosis se refiere al proceso de adquisicion de sustancias al interior de la celula mientras que en la exocitosis las sustancias son transportadas del interior de la celula al espacio extracelular El material a importar es encerrado por la membrana plasmatica y posteriormente transferido a una vacuola Existen dos tipos de endocitosis fagocitosis y pinocitosis En la fagocitosis las celulas pueden ingerir particulas grandes como bacterias La pinocitosis es el mismo proceso con la diferencia de que las sustancias ingeridas se encuentran en forma de fluido 24 Vesiculas Editar Articulo principal Vesicula biologia celular Las vesiculas son pequenas unidades encapsuladas por segmentos de membrana que son capaces de transferir moleculas entre diferentes compartimentos La mayoria de las vesiculas transfieren las membranas ensambladas en el reticulo endoplasmatico hacia el aparato de Golgi el cual las transporta a diferentes lugares 25 Existen diferentes tipos de vesiculas cada uno con una configuracion diferente de proteinas La mayoria de las vesiculas se encuentran formados por regiones especificas de membranas Cuando una vesicula brota de una membrana esta contiene proteinas especificas en su cara citosolica Cada membrana que recibe una vesicula tiene igualmente moleculas de reconocimiento en su cara citosolica Estas moleculas son correspondientes a las proteinas de las vesiculas que viajan hacia una membrana Una vez que la vesicula llega a su destino se fusiona con la membrana 26 Existen tres tipos de vesiculas conocidas cubiertas por clatrina por el complejo proteico COP I o por el complejo proteico COP II Cada tipo tiene funciones especificas en la celula Por ejemplo las vesiculas cubiertas por clatrina transportan sustancias entre el aparato de Golgi y la membrana plasmatica Las vesiculas cubiertas por COP I y COP II frecuentemente se utilizan para el transporte entre el RE y el aparato de Golgi 26 Lisosomas Editar Articulo principal LisosomaLos lisosomas son organulos que contienen enzimas hidroliticas utilizadas en la digestion intracelular Las funciones principales de un lisosoma son el procesamiento de moleculas ingeridas por la celula asi como el reciclaje de partes celulares obsoletas Las enzimas en el interior de los lisosomas son hidrolasas acidas las cuales requieren un ambiente acido para su funcionamiento optimo Los lisosomas conservan un ambiente de estas caracteristicas al mantener un pH de 5 0 en su interior 27 En caso de ruptura de un lisosoma las enzimas liberada no funcionarian correctametne pues el pH del citosol es neutro No obstante si grandes cantidades de lisosomas se rompen la celula puede ser destruida por autodigestion Los lisosomas llevan a cabo la digestion intracelular en un proceso llamado fagocitosis del griego phagein comer y kytos vesicula en este caso la celula en el cual se fusiona con una vacuola liberando sus enzimas dentro de ella Mediante este proceso las azucares aminoacidos y otros monomeros ingresan al citosol y sirven de nutrientes para la celula Los lisosomas tambien ocupan sus enzimas hidroliticas para reciclar a los organulos obsoletos de la celula en un proceso denominado autofagia El lisosoma ingiere a otro organulo y utiliza sus enzimas para degradar el material ingerido Los monomeros organicos resultantes son transferidos a citosol para ser utilizados nuevamente La ultima funcion de un lisosoma es la digestion de la celula misma a traves del proceso de autolisis 28 Spitzenkorper Editar El spitzenkorper es un componente del sistema endomembranoso encontrado unicamente en hongos y esta asociado con el crecimiento de punta de hifa Es un cuerpo de fase oscura compuesto por una agregacion de vesiculas rodeadas por membrana que contienen componentes de la pared celular Sirve como punto de ensamblaje y liberacion de estos componentes entre el aparato de Golgi y la membrana celular El spitzenkorper es capaz de moverse y su desplazamiento genera nuevo crecimiento de puntas de hifa Ilustracion a detalle de la membrana plasmatica incluyendo la estructura de un fosfolipido Membrana plasmatica Editar Articulo principal Membrana plasmaticaLa membrana plasmatica es una membrana formada por una bicapa de fosfolipidos que separa al contenido celular del ambiente que la rodea y regula el transporte de moleculas y senales hacia el interior y exterior de la celula Tiene incrustadas proteinas que realizan diversas de sus funciones La membrana plasmatica no tiene una estructura fija ni rigida las moleculas que la componen son capaces de realizar movimientos laterales Estos movimientos junto con los multiples componentes que la conforman son la razon por la que se refiere a ella como mosaico fluido Moleculas pequenas como dioxido de carbono agua y oxigeno pueden atravesar la membrana plasmatica libremente mediante difusion u osmosis Las moleculas de mayor tamano que la celula necesita son ingresadas con la ayuda de proteinas mediante el transporte activo 29 La membrana plasmatica de una celula tiene multiples funciones Estas incluyen el transporte de nutrientes a interior de la celula el desecho de residuos metabolicos la prevencion del ingreso de materiales no deseados la prevencion de la salida de materiales que la celula necesita la conservacion del pH y presion osmotica del citosol Las proteinas transportadoras se utilizan para cumplir estas funciones pues permiten el paso selectivo de materiales hacia el interior de la celula Estas proteinas utilizan la hidrolisis de ATP para bombear materiales en contra de su gradiente de concentracion 29 Ademas de estas funciones universales la membrana plasmatica tiene un rol especifico en organismos multicelulares Las membranas contienen glucoproteinas que ayudan al reconocimiento de otras celulares de modo que puedan intercambiar metabolitos y formar tejidos Otras proteinas de la membrana plasmatica permiten la union con el citoesqueleto y la matriz extracelular Estas funciones ayudan a mantener la forma de la celula y fijan la ubicacion de las proteinas membranales Tambien se pueden encontrar enzimas ctalizadoras de reacciones en la membrana Las proteinas receptoras en la membrana tiene una forma especifica que depende del mensajero quimico que lo active Esto resulta en diferentes respuestas celulares 30 Evolucion EditarEl origen del sistema endomembranoso esta relacionado con el origen de las celulas eucariotas mismas y este a su vez con el orgien endosimbiotico de las mitocondrias Se han propuesto muchos modelos para la explicacion de su origen vistos en 31 El concepto mas reciente sugiere que el sistema endomembranoso evoluciono de vesiculas secretadas por la mitocondria endosimbiotica 32 Este modelo basado en vesiculas de membrana externa es actualmente el que requiere menos modificaciones a la teoria del origen de celulas eucariotas y explica las muchas conexiones que tienen las mitocondrias con otros compartimentos celulares 33 Vease tambien EditarTrafico intracelular de membranasReferencias Editar 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