Celula Eucariota

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LA CÉLULA EUCARIOTA

La célula en el medio tisular

Las células están organizadas formando tejidos, en los que desarrollan tanto interacciones intercelulares como interacciones con la matriz extracelular (MEC).

La interacción célula-matriz extracelular está esencialmente mediada por la integrinas de la membrana celular, y esta interacción interviene en las propiedades mecánicas de los tejidos, en el entorno de la difusión molecular la señalización celular, la dinámica de retencíón/liberación de factores de crecimiento (FGF) y la conducta migratoria de las células. La matriz extracelular está formada por estructuras fibrilares y material amorfo, y da lugar al ambiente específico de cada tejido.

La compartimentalización celular

La célula es una estructura altamente compartimentalizada. La envoltura nuclear separa los dos compartimentos principales: núcleo y citoplasma, éste limitado por la membrana plasmática.

La mayor parte de los compartimentos citoplasmáticos y organelas están delimitados por endomembranas: el reticulo endoplasmático granular (síntesis de proteínas), las mitocondrias (producción de energía), los lisosomas (degradación de proteínas y otras moléculas), los peroxisomas (procesos de oxidación) y el complejo de Golgi (modificaciones postraduccionales y distribución de proteínas dentro de la célula). El liquido citoplasmático, rico en proteínas, donde se encuentran estos organelas se denomina citosol.

El citoesqueleto, formado por microtúbulos, filamentos intermedios y microfilamentos, es esencial para definir la morfología de la célula y para establecer el tráfico intracelular de orgánulos y moléculas que se produce entre la periferia de la célula y el interior.

Modelo de flujo de la expresión genica

En el núcleo tiene lugar una parte muy importante del flujo de la información genética: la transcripción, síntesis de RNA primarios o inmaduros (pre-mRNAs) a partir del [kipedia.org/wiki/Ácido_desoxirribonucleico DNA], y el procesamiento de estos pre-mRNAs, que incluye la formación de la caperuza de 7-metilguanosina en el extremo 5', el splicing (corte de intrones y empalme de exones por el complejo llamado Splicesoma) y la formación de una cola de poli A en el extremo J'. Todo ello tiene lugar en distintos compartimentos del nucleo que no están limitados por membranas:

  • Territorios cromosómicos: dominios específicos del núcleo ocupados por cada cromosoma en interfase.
  • Nucleólo: donde tiene la síntesis del RNA ribosómicos (rRNA).
  • Cuerpos de Cajal: que acumula ribonucleoproteínas implicadas en la biogénesis de RNAs pequeños que intervienen en el procesamiento de los mRNAs y rRNAs.
  • Áreas de factores de splicing (Speckies): concentran factores implicados en el procesamiento de los mRNAs. En estas  áreas se depositan, ensamblan, fosforilan y transfieren dichos factores a las fibrillas pericromatínicas para formar los spliceosomas y la maquinaria de splicing.
  • El cuerpo PML (ProMyelocytic Leukemia): que lleva a cabo funciones reguladoras de la transcripción y contiene factores que interviene en procesos de proliferaci¢n y de apoptosis.

El DNA se empaqueta primariamente en una estructura que se llama cadena polinucleosomal. En esta estructura, cada 200 pares de bases aparece un agregado de un octámeros de histona sobre la cadena de DNA de aproximadamente 1,5 vueltas que recibe el nombre de nucleosoma. Esta cadena polinucleosomal mantenida mediante interacciones gobernadas por la histona Hl, puede formar una estructura que es el siguiente nivel de ordenación, la fibra cromatínica. Cuando la fibra cromatínica alcanza un alto nivel de plegamiento, produce estructuras muy densas que corresponden a la heterocromatina. Los dominios de heterocromatina son dominios silentes en la transcripción génica. En los dominios de eucromatina se encuentran genes cuya transcripción puede ser inducida. La relación entre eucromatina y heterocromatina es un parámetro indicativo muy importante de actividad transcripcional y de la diferenciación celular.

Por otra parte, la transcripción nucleolar de los genes ribosomales activos tiene lugar en el componente fibrilar denso del nucleolo.

Dentro de la fisiología nuclear hay otros dos aspectos muy importantes:

Control de­ tráfico núcleo-citoplsmico, de moléculas a través de poros nucleares. El número y densidad de poros es esencial, directamente proporciona­ a la actividad transcripcional de cada tipo celular.

Una vez que las moléculas de RNA mensajero (mRNA) están en el citoplasma, se produce la síntesis de proteínas en los ribosomas. Los ribosomas estan formados por dos subunidades unidas por el mRNA. El ribosoma reconoce el extremo 5' del mensajero y comienza la lectura de los tripletes de nucleótidos (codones), desplazándose a lo largo del mRNA. Seg£n van quedando espacios, nuevos ribosomas se incorporan, generando una estructura llamada polirribosoma.

En la célula, los ribosomas existen en dos tipos de configuraciones: libres en el citosol o asociados al retículo endoplásmico (RE) formando el Reticulo Endopiasmtico Granular (REG). La proporción entre ambos depende del estado diferenciado: en las células indiferenciadas hay un predominio muy grande de polirribosomas libres, mientras que en las células diferenciadas predominan los ribosomas asociados al REG, en los que se sintetizan proteínas de secreción. En las celulas tumorales existe un alto porcentaje de ribosomas libres debido a la alta proliferación celular, que está asociada a elevada síntesis de proteínas, y a una reducida secreción proteica.

El destino final de las proteínas depende de su lugar de síntesis. Las proteínas sintetizadas por los polirribosomas libres serán enzimas solubles, proteínas de­ citoesqueleto, de transporte al núcleo, otras proteínas que se incorporarán a mitocondrias y peroxisomas, etc.

Las proteínas generadas en los polirribosomas asociados al REG se transfieren al complejo de Golgi gracias a unas señales en su secuencia 5', desde donde se distribuyen. El complejo de Golgi está formado por unas subunidades llamadas dictiosomas, que presentan cisternas apiladas con una cierta curvatura. La región cóncava de las cisternas representa la región trans y la convexa, la región cis. El RE interviene básicamente en mecanismos de plegamiento de proteinas (conducido por proteínas denominadas chaperonas), modificación de proteínas (glicosilación y otras) y de distribución de proteínas a distintos compartimentos (proteínas de secreción, proteínas destinadas a membrana celular y proteínas destinadas a lisosomas).

En la región trans de­ Golgi las proteinas se secreción se empaquetan en vesículas de condensación-secreción. Este empaquetamiento presenta ventajas, ya que por un lado la célula puede liberar vesículas de secreción de forma dosificada dependiendo del estímulo que reciba, y además, es un mecanismo para proteger el contenido de estas vesículas de la acción de proteasas citosólicas.

La descarga o liberación al medio extracelular de proteínas se produce por el mecanismo de exocitosis: proceso celular por el cual las vesículas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana plasmática, liberando su contenido.

El centrosoma, formado por dos centriolos, es el centro organizador de los microtúbulos. La disposición radial de los microtúbulos, junto con la acción de las proteínas motoras permite un tráfico muy importante de vesículas. Entre ellas, las vesículas de secreción desde el complejo de Golgi a la membrana celular, pero también otras vesículas, como las de endocitosis de los endosomas que están constitutivamente en tráfico desde la periferia al interior de la célula, y el tráfico de organelas.

Las principales proteínas motoras son las de la familia de las quinesinas, que transportan hacia el extremo más de los microtúbulos y la dineína citoplasmática, que se dirige hacia el extremo menos de los microtúbulos.

Resumen

  • Las células eucariotas viven en un medio tisular que incluye la matriz extracelular y los capilares sanguíneos.
  • La compartimentalización (estructural, molecular y funcional) y el citoesqueleto son dos características esenciales de la célula eucariota.
  • La mayoría de los compartimentos del citoplasma están delimitados por endomembranas y tienen un comportamiento dinámico en función de su actividad celular.
  • El citoesqueleto determina la forma de la célula, controla el tráfico intracelular de organelos y complejos macromoleculares, interviene en la adhesión intercelular y regula la dinámica de la superficie celular y la mortalidad celular.
  • Bases celulares del flujo de información génica: transcripción, procesamiento del RNAs y traducción.
  • En el núcleo, los territorios cromosómicos (cromatina) y el nucleolo son compartimentos de transcripción, mientras que las áreas de factores de splicing (nuclear speckles) y el cuerpo nuclear de Cajal operan en el procesamiento del RNAs. El daño en el DNA induce la formación de focos de lesión señalizados por la expersión de H2AC fosforilada.
  • El DNA se asocia con histonas y otras proteínas para formar la cromatina. La configuraciónde la cromatina en eucromatina (dispersa) y heterocromatina (compacta) se relaciona con la actividad y represión transcripcional de los genes, respectivamente. Las histonas H3K9me3 y H4k20me3 marcan silenciamiento génicos y las H3Ac y H4Ac activación transcripcional.
  • El nucleolo contiene los genes ribosomales y dirige la síntesis de los rRNAs (80% del RNA celular) y el ensamblaje de los pre-ribosomas.
  • El complejo del poro nuclear regula el tráfico núcleo-citoplasma de RNAs y proteínas. El número de poros nucleares se relaciona con la actividad transcripcional.
  • La síntesis de proteínas (traducción) se produce en los polirribosomas. La organización de los polirribosomas, libre o asociados al retículo endoplásmico rugoso (REG), determina el destino celular de las proteínas sintetizadas.
  • El transporte transmembrana y vesicular transfiere las proteínas secretoras desde el REG al complejo de Golgi.
  • En el complejo de Golgi las proteínas secretoras sufren modificaciones post-transduccionales y se segregan en vesículas de secreción. La exocitosis de las vesículas de secreción descarga las proteínas al espacio extracelular.

Referencias

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