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BIOLOGÍA 08 - MEMBRANA PLASMATICA Y MECANISMOSDE TRANSPORTE A TRAVES DE LA MEMBRANA - CBC - PREPARANDO EL EXAMEN - RESUMEN...

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Sistema endomembranoso El sistema endomembranoso es el sistema de membranas internas de las células eucariotas que divide la célula en compartimentos funcionales y estructurales,denominados orgánulos. Los siguientes orgánulos son ejemplos de partes del sistema endomembranoso en 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 Esquema de una célula típica eucariota: 1. Nucleolo con La envoltura nuclear está formada cromosomas, 2. Núcleo, 3. Ribosoma, 4. Vesícula, 5. Retículo por una bicapa lipídica que endoplasmático rugoso, 6. Aparato de Golgi, 7. Microtúbulos, 8. encapsula los contenidos del Retículo endoplasmático liso, 9. Mitocondria, 10. Vacuola, 11. núcleo.2 Citoplasma, 12. Lisosoma. 13. Centriolo. El retículo endoplasmático es un orgánulo de síntesis y transporte construido como una extensión de la envoltura nuclear.3 El aparato de Golgi actúa 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 Diagrama del sistema de endomembranas en una pueden transferir moléculas entre diversos célula eucariota típica. compartimientos.6 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

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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

Índice Historia del Concepto Desarrollo y formación del sistema de endomembranas Componentes del Sistema Envoltura Nuclear Retículo endoplasmático Funciones del RE liso Funciones del RE rugoso Aparato de Golgi Vacuolas Vesículas Lisosomas Spitzenkörper Membrana plasmática Evolución Referencias

Historia del Concepto En levaduras los lípidos son sintetizados en su mayoría por el retículo endoplásmico, mitocondrias o partículas lipídica. Una pequeña parte es sintetizada en la membrana plasmática y nuclear. 11 12 Los esfingolípidos son lípidos conformados por una cabeza polar y una cola no polar, los cuales fungen como unidades estructurales de las bicapas lipídicas. Su síntesis comienza en el retículo endoplásmico y es finalizada en el aparato de Golgi. 13 En mamíferos el proceso es similar, salvo que los primeros pasos en la síntesis de lípidos-éter se llevan a cabo en peroxisomas.14 Por esto la formación de membranas requiere del transporte de lípidos del sitio donde fue sintetizado a donde la membrana será construida. 15 No se comprende aún el funcionamiento de estos mecanismos de transporte, a pesar de ser un paso importante en la biogénesis de orgánulos.16

Desarrollo y formación del sistema de endomembranas Este sistema comienza el retículo endoplasmático rugoso (RER) que es un conjunto de pliegues membranosos 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 el RER pierde los ribosomas y forma túbulos y cisternas membranosas donde principalmente se forman lípidos: el retículo endoplasmático liso. En él se generan unas glándulas que secretan vesículas de transición https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_endomembranoso#

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que se van uniendo formando el dictiosoma con forma de media luna. 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 La envoltura nuclear separa los contenidos de núcleo del citoplasma. Está formada una membrana interior y exterior, cada una con proteínas asociadas.17 La membrana nuclear externa presenta ribosomas en su superficie y se continua en el retículo endoplasmático rugoso (RER). Esta membrana se encuentra fusionada con la membrana nuclear interna en sitios llamados poros nucleares, los cuales son pequeños orificios que perforan completamente la envoltura nuclear. Estos poros tienen un diámetro de aproximadamente 120 nm. Su función principal es fungir como compuertas que regulan la entrada y salida de moléculas del citoplasma al núcleo y viceversa.18 Los poros Diagrama del núcleo celular con la envoltura señalada en color naranja. juegan un importante papel en la fisiología de la célula, pues son áreas de gran tráfico molecular. El espacio entre las membranas de la envoltura nuclear se conoce como el espacio perinuclear y se encuentra unido al 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 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 proteínas19

Retículo endoplasmático

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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 se cree 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 alrededor del 10% del volumen de la célula. La membrana del retículo endoplasmático permite la selección de moléculas para su trasporte 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.20 El RE tiene un rol crucial en la producción, el 1 Núcleo 2 Poro nuclear 3 Retículo endoplasmático procesamiento y el transporte de compuestos rugoso (RER) 4 Retículo endoplasmático liso (REL) bioquímicos para su uso dentro y fuera de la 5 Ribosoma en el RE rugoso 6 Proteínas siendo célula. En su membrana se lleva a cabo la transportadas 7 Vesícula transportadora 8 Aparato de producción de las proteínas Golgi 9 Cara cis del aparato de Golgi 10 Cara trans del transmembranales, y lípidos que se aparato del Golgi 11 Cisternas del aparato de Golgi. 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.21 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.22 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.23 Funciones del RE liso

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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.20 23 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.20 23 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.20 23 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 catiliza a drogas o metabolitos hidrofóbicos que de otra manera se acumularían en niveles tóxicos en las membranas plasmáticas de las células.20 23 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.20 23 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.20 23 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.20 23 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.24 https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_endomembranoso#

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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.20 23

Aparato de Golgi 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.25

Micrografía del aparato de Golgi, visible como una pila de anillos semicirculares en la parte inferior. Se pueden también observar numerosas vesículas circulares cercanas al orgánulo.

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.26 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.27

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.28 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 https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_endomembranoso#

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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.29 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 tip...