Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia

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APUNTES BIOLOGÍA Y MICROBIOLOGÍA Grado en Enfermería Universidad Rovira i Virgili AprenAI 2026-2027 Apuntes de Biología y Microbiología (Enfermería): estructura celular, membranas, ciclo y división, leyes de Mendel, citogenética y herencia mitocondrial.

APREN.AI Índice Bloque I: Biología Celular 1 Introducción y microscopía Hitos históricos en el descubrimiento celular Fundamentos ópticos: aumento frente a límite de resolución Modalidades de microscopía y fuentes de radiación Consolidación de la teoría celular clásica 2 Organización procariota vs eucariota El árbol filogenético universal y el reloj evolutivo Organización del material genético: nucleoide frente a núcleo Compartimentación citoplasmática, ribosomas y citoesqueleto 3 Membrana plasmática y modelos estructurales 1. Arquitectura y organización general de la membrana plasmática 2. Composición lipídica y dinámica de la bicapa 3.

Tipos de proteínas de membrana y modelos estructurales 4.

El glucocálix y especializaciones de membrana 4 Transporte a través de membrana y endocitosis Transporte pasivo a través de la membrana plasmática Difusión facilitada: canales, transportadores y acuaporinas Transporte activo y bomba sodio-potasio Mecanismos de endocitosis y exocitosis Ruta endosomal y tráfico del colesterol LDL 5 Sistema de endomembranas y tráfico vesicular Organización general y arquitectura del retículo endoplasmático Retículo endoplasmático rugoso (RER): síntesis proteica y control de calidad Retículo endoplasmático liso (REL): síntesis de lípidos, calcio y detoxificación Aparato de Golgi y dinámica de maduración de cisternas Tráfico vesicular bidireccional, secreción y biosíntesis de orgánulos Lisosomas: hidrolasas ácidas, compartimentación y vías digestivas 6 Peroxisomas, mitocondrias, ribosomas y citoesqueleto Peroxisomas: oxidación desacoplada y detoxificación celular Mitocondrias: arquitectura de membrana y bioenergética Ribosomas: maquinaria de síntesis proteica Citoesqueleto: microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos 7 Núcleo interfásico y matriz extracelular Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 1 El núcleo celular interfásico: arquitectura y transporte Organización de la cromatina y niveles de compactación El nucléolo: biogénesis de ribosomas Matriz extracelular (MEC): componentes fibrosos y fluidos Integrinas y transducción de señales bidireccional Bloque II: Ciclo Celular y División 8 Regulación del ciclo y mitosis 1.

Dinámica proliferativa y fases del ciclo celular 2. Regulación molecular y puntos de control 3. Muerte celular comparada: necrosis y apoptosis 4. Arquitectura del cromosoma mitótico 5. Etapas de la mitosis y citocinesis 9 Meiosis y gametogénesis humana Significado biológico de la meiosis Profase I y mecanismos de recombinación Segregación cromosómica y no disyunción Espermatogénesis y espermiogénesis Ovogénesis y dinámica folicular Comparativa funcional entre ambas gametogénesis 10 Bloque III: Genética Mendeliana — Principios y patrones de transmisión 1. Antecedentes históricos y bases cromosómicas 2. Conceptos fundamentales de la genética mendeliana 3.

Relaciones alélicas y patrones de dominancia 4. Penetrancia y expresividad génica 5.

Leyes canónicas de Mendel Bloque IV: Citogenética Humana 11 Cariotipo y alteraciones estructurales Estructura cromosómica y cariotipo humano Protocolo de obtención del cariotipo y bandeo cromosómico Alteraciones estructurales: deleciones y duplicaciones Inversiones cromosómicas Translocaciones: recíprocas y robertsonianas El cromosoma Filadelfia en la leucemia mieloide crónica 12 Aneuploidías y diagnóstico prenatal Alteraciones cromosómicas numéricas: conceptos fundamentales Aneuploidías autosómicas en la especie humana Aneuploidías que involucran a los cromosomas sexuales Cribado no invasivo, diagnóstico prenatal y asesoramiento genético Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 2 Bloque V: Herencia Humana 13 Trastornos monogénicos autosómicos y ligados al sexo Bases moleculares de las mutaciones génicas puntuales Herencia autosómica recesiva Herencia autosómica dominante Cromosomas sexuales y regiones de homología Herencia recesiva ligada al cromosoma X Herencia dominante ligada al cromosoma X Herencia holándrica ligada al cromosoma Y y caracteres influidos por el sexo Cuadro comparativo de trastornos monogénicos arquetípicos 14 Genoma y patología mitocondrial El genoma mitocondrial humano y sus particularidades moleculares Herencia matrilineal y aporte gamético Poliplasmia, segregación mitótica y heteroplasmia Efecto umbral energético y compromiso multisistémico Espectro clínico de las patologías mitocondriales y consejo genético 15 Resumen para repasar Microscopía y organización celular Transporte de membrana y orgánulos Núcleo, ciclo celular y división Genética humana y citogenética Soluciones de las preguntas de repaso Estos apuntes pueden contener errores u omisiones.

Son un material de apoyo y no sustituyen al temario oficial ni al profesorado: contrasta la información importante. Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 3 1 Introducción y microscopía AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las aportaciones de Hooke, Leeuwenhoek, Schleiden, Schwann y Virchow a la citología. Distinguir conceptualmente el aumento del límite de resolución en un microscopio. Comparar los fundamentos ópticos y fuentes de energía del microscopio fotónico, de fluorescencia y electrónico. PIÉNSALO ANTES DE LEER 1 ¿Por qué aumentar mil veces una fotografía digital desenfocada no revela nuevos detalles de la imagen?

La biología celular estudia la unidad básica morfológica, funcional y reproductiva de la vida. Para comprender las estructuras biológicas microscópicas, el desarrollo histórico de la citología dependió directamente de la invención y el perfeccionamiento continuo de los instrumentos ópticos de observación.

BLOQUE I Biología Celular 1 Introducción y microscopía 2 Organización procariota vs eucariota 3 Membrana plasmática y modelos estructurales 4 Transporte a través de membrana y endocitosis 5 Sistema de endomembranas y tráfico vesicular 6 Peroxisomas, mitocondrias, ribosomas y citoesqueleto 7 Núcleo interfásico y matriz extracelular Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 4 ESQUEMA Organización general del Bloque I: Biología Celular Hitos históricos en el descubrimiento celular Desde la Antigüedad clásica, médicos griegos y romanos recurrían a esferas o discos pulidos de vidrio para examinar de cerca los bordes y lesiones infectadas de combatientes heridos.

Este empleo de lentes simples representó el primer antecedente directo de la magnificación artificial de objetos biológicos. La formulación formal de la morfología microscópica avanzó de manera decisiva durante el siglo XVII gracias a dos figuras pioneras: Robert Hooke: En el año 1665, examinó finos cortes de corteza vegetal muerta (súber o corcho) mediante un microscopio compuesto rudimentario. Registró la presencia de cavidades poligonales ordenadas y vacías parecidas a celdas de un panal, a las que otorgó el término histórico de células. Aquellos límites correspondían exclusivamente a las paredes celulares vegetales desprovistas de citoplasma.

Anton van Leeuwenhoek: Hacia 1674, este comerciante neerlandés pulió artesanalmente lentes simples biconvexas de gran curvatura con las que logró visualizar y registrar por vez primera microorganismos vivos presentes en gotas de agua estancada. Acuñó el nombre de animáculos para describir protozoos y bacterias de vida libre, y documentó con notable exactitud morfologías celulares diversas como espermatozoides humanos y glóbulos sanguíneos. COMPRUEBA 2 ¿Qué componente tisular observó en realidad Hooke al examinar el súber en 1665?

Bases y microscopía Historia, postulados y fundamentos de resolución Procariotas y eucariotas Organización celular y diversificación evolutiva Membrana y transporte Mosaico fluido, permeabilidad y tráfico Organelas y citoesqueleto Endomembranas, bioenergética y soporte celular Núcleo y matriz Cromatina interfásica y microambiente extracelular Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 5 Fundamentos ópticos: aumento frente a límite de resolución El estudio celular cuantitativo requiere distinguir con claridad dos propiedades ópticas fundamentales: el aumento o magnificación y el poder de resolución.

El aumento describe la relación numérica entre la magnitud de la imagen generada y las dimensiones reales de la muestra. Por el contrario, la riqueza real de detalles perceptibles viene fijada de forma estricta por su límite de separación espacial. DEFINICIÓN El límite de resolución ( ) es la distancia geométrica mínima indispensable que debe separar a dos puntos de una muestra para que el sistema óptico los proyecte como dos entidades individuales y separadas.

La capacidad analítica de un instrumento se designa como poder de resolución ( ), definido matemáticamente de manera inversa al límite resolutivo: A menor distancia , mayor es el poder de resolución del sistema y más finos son los detalles tisulares discernibles en la imagen final. ERROR FRECUENTE Confundir incremento de aumento con aumento de resolución. Si un microscopio óptico aumenta una imagen por encima de 1000x sin acortar la longitud de onda luminosa ni variar la apertura angular, produce «aumento vacío»: la estructura se agranda pero borrosa, sin desvelar ningún detalle interno adicional.

Modalidades de microscopía y fuentes de radiación La longitud de onda ( ) de la radiación incidente determina de manera directa el límite resolutivo que un instrumento es capaz de proporcionar físicamente: LR P R P R = LR 1 LR λ Microscopía óptica de campo claro (fotónica): Aplica radiación del espectro visible ( a ). Genera imágenes bidimensionales, invertidas y virtuales, con un límite operativo útil de aumento de 1000x. Admite el examen de preparaciones vivas o desvitalizadas teñidas sobre un fondo intensamente iluminado.

1 390 nm 750 nm Microscopía de fluorescencia y luz ultravioleta: Incorpora lámparas de emisión corta (como lámparas de vapor de mercurio) y filtros dicroicos selectivos con longitudes de onda menores a . Al reducir la longitud de onda de irradiación respecto a la luz blanca, alcanza un poder resolutivo netamente superior al microscopio de campo claro. Permite visualizar sustancias con autofluorescencia natural (clorofila, vitamina D o flavinas) o bien moléculas acopladas a fluorocromos. 2 520 nm Microscopía electrónica: Sustituye los fotones por un haz focalizado de electrones acelerados al vacío con una longitud de onda extraordinariamente corta ( ).

Su poder de resolución resulta órdenes de magnitud superior, posibilitando distinguir la ultraestructura celular e interacciones a escala nanométrica (como la incorporación de nanopartículas antibacterianas). 3 λ 0,005 nm Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 6 Modalidad de microscopio Fuente de energía empleada Longitud de onda ( ) Capacidad resolutiva relativa Óptico de campo claro Luz blanca visible 390 – 750 nm Básica (aumento útil hasta 1000x) Fluorescencia / luz UV Lámpara de mercurio / UV selectiva Menor a 520 nm Intermedia (superior a campo claro) Electrónico Haz de electrones Aprox.

0,005 nm Ultraestructural (máximo poder resolutivo) EJEMPLO Ensayos de tinción citológica diferencial con el fluorocromo naranja de acridina: tras la excitación por longitudes de onda violeta o ultravioleta, el complejo formado con el ADN emite radiación verde-amarillenta, mientras que su unión a cadenas de ARN emite fluorescencia roja brillante dentro del mismo compartimento tisular. COMPRUEBA 3 ¿Por qué el microscopio electrónico alcanza un poder de resolución tan superior al del fotónico?

Consolidación de la teoría celular clásica Durante la primera mitad del siglo XIX, las observaciones sistemáticas con microscopios acromáticos demostraron patrones biológicos transversales comunes a todos los seres vivos: Matthias Schleiden (1838): Como botánico, constató que las distintas partes del vegetal (raíz, hoja, tejido vascular), a pesar de exhibir morfologías heterogéneas, comparten la característica obligada de hallarse integradas íntegramente por células organizadas. Theodor Schwann (1839): Como zoólogo, extendió dicha premisa al reino animal.

Pese a la gran especialización morfológica entre eritrocitos, adipocitos, neuronas u ovocitos, determinó que todos los tejidos animales se estructuran en unidades celulares análogas a las vegetales. λ Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 7 CRONOLOGÍA Desarrollo histórico de la teoría celular Ambos autores unificaron la disciplina al establecer los dos primeros postulados canónicos de la teoría celular: 1. La totalidad de los seres vivos se encuentran constituidos por una o por múltiples células. 2. La célula constituye la unidad anatómica y estructural elemental de la vida.

Pese a su trascendencia, Schleiden y Schwann mantenían el error conceptual de que las células podían formarse por precipitación acelular espontánea a partir de fluidos internos preexistentes. En el año 1855, el patólogo Rudolf Virchow desterró definitivamente la generación espontánea y completó la formulación teórica al dictaminar el tercer postulado: Omnis cellula e cellula Toda célula procede indefectiblemente de otra célula preexistente mediante un proceso de división o escisión previa.

El estudio de las divergencias en las secuencias moleculares del ARN ribosomal de la subunidad menor sitúa el origen de la biodiversidad celular en un ancestro unicelular ancestral común denominado progenote (para la división filogenética de este linaje en Bacteria, Archaea y Eucarya, véase «Bloque I: Biología Celular — Organización procariota vs eucariota»). COMPRUEBA 4 ¿Qué carencia teórica de Schleiden y Schwann resolvió el postulado añadido por Rudolf Virchow en 1855?

1665 Hooke observa cavidades en corteza vegetal y acuña el término células 1674 Leeuwenhoek visualiza microorganismos vivos acuáticos a los que llama animáculos 1838-1839 Schleiden y Schwann definen la célula como unidad estructural en plantas y animales 1855 Virchow promulga 'omnis cellula e cellula', descartando la generación espontánea Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 8 IDEAS CLAVE Hooke acuñó el vocablo célula en 1665 al analizar súber vegetal, mientras que Leeuwenhoek describió en 1674 los primeros microorganismos vivos denominados animáculos.

El poder de resolución ( ) es estrictamente inversamente proporcional al límite de resolución ( ), dependiendo de la longitud de onda de la radiación utilizada. La microscopía electrónica utiliza un haz electrónico con longitud de onda cercana a , lo que optimiza su resolución miles de veces frente a la luz visible. La teoría celular unificada declara que la célula es la unidad composicional y estructural básica, completada por Virchow en 1855 con el axioma de que toda célula surge de otra preexistente. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 5. ¿De qué manera cuantitativa se relacionan matemáticamente el poder de resolución y el límite de resolución? 6.

¿Por qué un microscopio de fluorescencia ofrece una resolución superior a un microscopio óptico de campo claro? BLOQUE I: BIOLOGÍA CELULAR 2 Organización procariota vs eucariota AL ACABAR SABRÁS Diferenciar la organización genómica procariota y eucariota (superenrollamiento frente a cromatina nuclear). Explicar el fundamento molecular del reloj filogenético y el origen de los tres dominios a partir del progenote. Comparar la compartimentación membranosa, los ribosomas y el citoesqueleto en ambos modelos celulares. PIÉNSALO ANTES DE LEER 7 ¿Por qué una bacteria de apenas un micrómetro de longitud logra almacenar un cromosoma que extendido mediría cientos de veces su tamaño sin poseer histonas?

El árbol filogenético universal y el reloj evolutivo La clasificación moderna de los seres vivos establece una división fundamental en tres grandes dominios: Bacteria, Archaea y Eucarya. Esta ordenación filogenética surge a partir de las diferencias halladas en las secuencias de nucleótidos del ARN ribosomal de la subunidad menor. El análisis de P R LR 0,005 nm Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 9 estas secuencias demostró que las tres líneas divergieron de manera independiente a partir de un antepasado común ancestral denominado progenote (el último ancestro común universal).

DEFINICIÓN Progenote: entidad biológica celular primordial que constituye el antepasado común del cual derivan evolutivamente los tres dominios actuales (Bacteria, Archaea y Eucarya). Las biomoléculas informativas, como los ácidos nucleicos o las secuencias de aminoácidos en las proteínas, funcionan como un reloj evolutivo. Las mutaciones se van fijando en el material genético con una frecuencia relativamente constante a través de periodos prolongados. Por ello, dos linajes que divergieron recientemente de un antecesor común compartirán un mayor grado de homología en sus secuencias, mientras que divergencias más remotas acumularán un número significativamente mayor de sustituciones.

ESQUEMA Árbol filogenético universal de tres dominios Tradicionalmente, los organismos que carecen de compartimentación interna se agrupaban como procariotas, distinguiéndose entre eubacterias (bacterias verdaderas) y arqueobacterias (bacterias primitivas). No obstante, el reloj molecular confirmó que Archaea y Bacteria presentan divergencias moleculares profundas. COMPRUEBA 8 ¿Por qué se utilizan las secuencias de ARN ribosomal de la subunidad menor para trazar la filogenia universal en lugar de caracteres morfológicos externos?

Organización del material genético: nucleoide frente a núcleo La diferencia etimológica entre ambos tipos celulares refleja su arquitectura nuclear: procariota («antes del núcleo») y eucariota («núcleo verdadero»). Las células eucariotas delimitan su genoma mediante una doble membrana provista de complejos de poro denominada envoltura nuclear. Esta barrera genera una compartimentación estricta entre el carioplasma y el citoplasma circundante, aunque permite el transporte macromolecular activo.

Bacteria Procariotas con pared de peptidoglicano Archaea Procariotas primitivos emparentados filogenéticamente Eucarya Organismos con núcleo compartimentado y endomembranas Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 10 En contraste, las bacterias albergan su genoma en una región irregular carente de membrana llamada nucleoide, en contacto directo con el citosol celular. DEFINICIÓN Nucleoide: región del citoplasma bacteriano, carente de envoltura membranosa limitante, donde reside condensado el cromosoma bacteriano circular.

A nivel cromosómico, las divergencias estructurales y cuantitativas son sustanciales: Procariotas: portan habitualmente una única molécula de ADN bicatenario, circular y cerrado mediante enlace covalente. Carecen de histonas para empaquetarse en nucleosomas (véase «Bloque I: Biología Celular — Núcleo interfásico y matriz extracelular»). Para compactar su genoma en el nucleoide, emplean el superenrollamiento, una conformación terciaria donde el eje de la doble hélice rota y se pliega sobre sí mismo. Eucariotas: albergan una dotación mayor de material genético repartida en múltiples cromosomas lineales bicatenarios.

Este ADN se asocia íntimamente a octámeros de histonas para estructurar la cromatina. DEFINICIÓN Superenrollamiento: torsión helicoidal de tercer orden que sufre el eje de la doble hebra de ADN circular cerrado, permitiendo su compactación tridimensional en el interior celular sin recurrir a histonas. ERROR FRECUENTE Asumir que las células procariotas condensan su material genético con histonas o que se dividen formando huso mitótico. Las bacterias no poseen histonas ni forman microtúbulos del huso: compactan su ADN por superenrollamiento y segregan sus dos copias de ADN asociándolas a la membrana durante la fisión binaria.

COMPRUEBA 9 ¿De qué mecanismo físico-químico dependen las bacterias para compactar su cromosoma si carecen de proteínas histonas? Compartimentación citoplasmática, ribosomas y citoesqueleto La microscopía electrónica evidencia un contraste drástico en la complejidad interna del citoplasma. Las células eucariotas presentan una extensa compartimentación subcelular constituida por orgánulos rodeados de membrana (mitocondrias para la respiración aeróbica, retículo endoplásmico para la síntesis lipídica y proteica, aparato de Golgi para la distribución molecular, así como plastos y vacuolas en células vegetales).

Este laberinto membranoso deja un volumen libre proporcionalmente menor de fase soluble o citosol. Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 11 Por su parte, las células procariotas carecen de orgánulos delimitados por endomembranas, con la notable excepción de las invaginaciones membranosas fotosintéticas halladas en las cianobacterias. Dado su menor tamaño, el transporte y el flujo interno de solutos procariotas ocurre eficazmente por difusión simple. Respecto a las estructuras no membranosas: Ribosomas: se encargan del ensamblaje de proteínas mediante un mecanismo molecular análogo en ambos dominios.

No obstante, los ribosomas procariotas son sensiblemente más pequeños y poseen un menor número de componentes estructurales frente a los ribosomas eucariotas. Citoesqueleto: mientras que las eucariotas disponen de un citoesqueleto elaborado integrado por microtúbulos y filamentos que regulan la contractilidad, el soporte y el movimiento celular, las procariotas únicamente poseen una red citoesquelética sencilla y primitiva. Cubierta y división celular: las procariotas cuentan con pared celular compuesta característicamente por peptidoglicano (mureína o glucopéptidos) y se dividen asexualmente mediante fisión binaria (bipartición).

Las células eucariotas presentan paredes celulares de celulosa (en vegetales) o de quitina (en hongos), y recurren a la segregación cromosómica mediante el huso mitótico durante la mitosis y la meiosis (véase «Bloque II: Ciclo Celular y División — Regulación del ciclo y mitosis»). Parámetro celular Célula procariota Célula eucariota Envoltura nuclear Ausente (material genético en el nucleoide). Presente (doble membrana con poros). Organización del ADN Cromosoma único, circular, sin histonas (superenrollado). Múltiples cromosomas lineales asociados a histonas (cromatina). Orgánulos membranosos Ausentes (salvo membranas fotosintéticas en cianobacterias).

Presentes y diversos (mitocondrias, RE, Golgi, vacuolas, etc.). Ribosomas Menor tamaño y menor número de componentes. Mayor tamaño molecular y mayor complejidad proteica. Citoesqueleto Simple y rudimentario. Complejo y dinámico (soporte, motilidad y tráfico interno). Pared celular Compuesta de peptidoglicano (glucopéptidos). Ausente o formada por celulosa/hemicelulosa o quitina. Tipo de división Asexual por bipartición directa (sin huso). Asexual por mitosis y sexual por meiosis (con huso mitótico). COMPRUEBA 10 ¿Qué peculiaridad estructural presentan las cianobacterias frente al resto de células procariotas en cuanto a su citoplasma?

Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 12 IDEAS CLAVE Los seres vivos divergen en tres dominios primarios (Bacteria, Archaea y Eucarya) a partir de un ancestro común universal denominado progenote. El ARN ribosomal de la subunidad menor actúa como cronómetro molecular gracias a que acumula mutaciones a un ritmo relativamente constante. El cromosoma bacteriano es único, bicatenario, circular cerrado y se compacta en el nucleoide mediante superenrollamiento, careciendo de histonas. Las células eucariotas delimitan su genoma lineal con envoltura nuclear y presentan cromatina asociada a proteínas histonas.

A diferencia del citoplasma procariota (carente de orgánulos con membrana salvo en cianobacterias), la célula eucariota posee una profunda compartimentación de endomembranas. La división bacteriana se realiza por fisión binaria sin intervención de huso mitótico, mecanismo exclusivo de los eucariotas. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 11. ¿En qué consiste el principio del reloj molecular aplicado a los árboles filogenéticos? 12. ¿Cómo se diferencian el nucleoide bacteriano y el núcleo eucariota en cuanto a delimitación física y material genético?

BLOQUE I: BIOLOGÍA CELULAR 3 Membrana plasmática y modelos estructurales AL ACABAR SABRÁS Describir la composición y las características biofísicas de la bicapa según el mosaico fluido. Diferenciar los tipos de proteínas de membrana y su procedimiento experimental de extracción. Explicar el experimento de Frye y Edidin sobre la difusión lateral de proteínas. Detallar la constitución química y los cometidos funcionales del glucocálix. PIÉNSALO ANTES DE LEER 13 ¿Por qué una célula viva gasta energía enzimática para trasladar lípidos de una monocapa a otra si ambos lados están en contacto con agua? Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 13 1.

Arquitectura y organización general de la membrana plasmática La membrana plasmática constituye el límite perimetral de la célula. Presenta un espesor medio comprendido entre 5 y 10 nm. Actúa como una barrera semipermeable fundamental. Esta envoltura regula activamente el tránsito molecular hacia el citoplasma y delimita compartimentos funcionales internos. La estructura básica compartida por todas las envolturas celulares recibe el nombre de membrana unitaria. Permite una continuidad funcional y de tránsito vesicular entre el retículo endoplasmático, el complejo de Golgi y la superficie celular. Esquema de compartimentación y sistemas membranosos de la célula eucariota.

Las membranas de los orgánulos intracelulares presentan un grosor menor que la plasmática y muestran una proporción proteica sensiblemente superior. Químicamente, la membrana celular está constituida por lípidos, proteínas y glúcidos. En términos de masa seca, las proteínas representan alrededor del 50 % del total. Dado que las proteínas son moléculas mucho más voluminosas que los lípidos, esta distribución corresponde numéricamente a una proporción de 1 proteína por cada 50 a 100 lípidos. 2. Composición lipídica y dinámica de la bicapa El armazón estructural primario consiste en una bicapa continua de lípidos anfipáticos.

Estas moléculas presentan una región hidrofílica en contacto con el medio acuoso intra o extracelular y una porción hidrofóbica oculta en el interior de la membrana. Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 14 DEFINICIÓN Una molécula es anfipática cuando contiene al mismo tiempo una región polar hidrofílica (con afinidad por el agua) y una región apolar hidrofóbica (que repele el agua y se disuelve en solventes apolares). Los componentes lipídicos fundamentales pertenecen a tres familias: Fosfoglicéridos: lípidos polares basados en glicerol que constituyen la fracción más abundante de la bicapa.

Esfingolípidos: lípidos complejos derivados de esfingosina, relevantes en la superficie externa. Colesterol: esteroide carente de fosfato que se intercala entre los fosfolípidos. Aumenta la estabilidad mecánica, previene la congelación celular a bajas temperaturas y modula la fluidez. Glicolípidos: lípidos asociados covalentemente a restos glucídicos, orientados exclusivamente hacia la hoja extracelular. Los ácidos grasos apenas contienen átomos de oxígeno ni puntos polares en sus cadenas hidrocarbonadas. Por esta razón, interaccionan débilmente con solventes polares como el agua o alcoholes pequeños.

En contraste, se disuelven con rapidez en disolventes apolares convencionales (éter dietílico, cloroformo, benceno, tolueno, xileno, hexano, ciclohexano o tetracloruro de carbono) y disolventes fluorados. La disposición en bicapa restringe la entrada de solutos hidrosolubles caóticos. Al mismo tiempo, sus componentes disfrutan de notable movilidad según el modelo molecular aceptado. DEFINICIÓN El mosaico fluido es el modelo estructural formulado en 1972 por S. Jonathan Singer y Garth L. Nicolson. Describe la membrana como una bicapa lipídica bidimensional y fluida en la que se hallan embebidas o asociadas proteínas globulares con disposición asimétrica.

Dentro de esta matriz fluida, los lípidos realizan dos movimientos principales con regímenes cinéticos totalmente distintos: ERROR FRECUENTE Asumir que el movimiento transversal lipídico ocurre con la misma frecuencia y espontaneidad que la difusión lateral. El flip-flop espontáneo es un evento extraordinariamente infrecuente. En las células vivas requiere el concurso de transportadores proteicos específicos denominados flipasas, que catalizan activamente la traslocación de lípidos consumiendo energía. Difusión lateral: desplazamiento dentro del mismo plano de la monocapa. Es un proceso extremadamente rápido y espontáneo desde el punto de vista termodinámico.

Un fosfolípido puede recorrer longitudinalmente una bacteria en tan solo 1 o 2 segundos. 1 Difusión transversal (flip-flop): traslocación de un lípido desde una monocapa hacia la opuesta. Requiere que la cabeza polar hidrofílica atraviese el interior hidrocarbonado apolar, lo que supone una barrera termodinámica desfavorable. 2 Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 15 COMPRUEBA 14 ¿Por qué la difusión lateral de un fosfolípido es termodinámicamente favorable mientras que el movimiento de flip-flop está fuertemente impedido? 3. Tipos de proteínas de membrana y modelos estructurales Las proteínas otorgan a cada membrana sus competencias operativas específicas.

Se estudian experimentalmente mediante electroforesis en geles de poliacrilamida. Unwin y Henderson determinaron que la mayoría de estas macromoléculas poseen secuencias hidrofóbicas en su estructura primaria constituidas típicamente por dominios en -lámina o conformaciones en . Dichas regiones cruzan la bicapa interaccionando con las colas lipídicas y manteniendo la orientación funcional de la proteína. Diagrama de la membrana plasmática mostrando componentes y el glucocálix.

β h lice α e ˊ Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 16 ESQUEMA Proteínas de membrana según asociación Tipo de proteína Modo de asociación con la bicapa Procedimiento de extracción analítica Integrales o transmembrana Atraviesan total o parcialmente la bicapa mediante dominios anfipáticos (monopaso, multipaso o complejos multiméricos). Disrupción drástica de la bicapa lipídica mediante detergentes. Periféricas Unidas a las superficies externa o interna mediante enlaces electrostáticos débiles no covalentes con cabezas lipídicas o proteínas integrales. Tratamiento con soluciones salinas concentradas que alteran las fuerzas electrostáticas.

Ancladas a lípidos Situadas fuera de la bicapa pero unidas covalentemente a ácidos grasos, grupos isoprenilo o glicosilfosfatidilinositol (GPI). Escisión enzimática específica o tratamiento químico del anclaje covalente. Las proteínas integrales canalizan el flujo de solutos o actúan como transductores de señales. Representan aproximadamente el 60 % de las dianas farmacológicas celulares actuales. La movilidad de las proteínas intramembranales quedó evidenciada empíricamente gracias a los experimentos de Larry Frye y Michael Edidin en 1970.

Proteínas de membrana Según su modo de unión Integrales Penetran la bicapa Monopaso Un segmento alfa- hélice 〰 Multipaso Múltiples hélices de paso Periféricas Uniones electrostáticas débiles Ancladas a lípidos Enlace covalente a lípidos Anclaje GPI Cara externa extracelular Acilación o prenilación Ácido graso o isoprenilo Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 17 EXPERIMENTO DE FRYE Y EDIDIN (1970) COMPRUEBA 15 ¿Qué conclusión directa se extrajo del experimento de fusión celular de Frye y Edidin? 4. El glucocálix y especializaciones de membrana La superficie externa de la membrana plasmática exhibe una rica envoltura hidrocarbonada conocida como glucocálix.

Los glúcidos presentes son cadenas cortas de oligosacáridos (generalmente de hasta 20 monosacáridos lineales o ramificados) unidos mediante enlace glucosídico a lípidos (glicolípidos) o proteínas (glicoproteínas). Representan entre el 2 % y el 10 % del peso seco membranoso total.

CAUSAS Y CONSECUENCIAS Cadenas de oligosacáridos Glicolípidos y glicoproteínas externos Asimetría de membrana Orientación exclusiva extracelular Funciones biológicas del glucocálix Protección mecánica Barrera frente a rozamiento y agentes Identidad y grupos sanguíneos Marcadores antigénicos de superficie Adhesión leucocitaria Interacción mediada por selectinas En tipos celulares absorbentes, como los enterocitos del epitelio intestinal, el glucocálix antenular adquiere un grosor superior a 1 visible al microscopio electrónico.

Este entramado recubre las microvellosidades, estructuras que incrementan exponencialmente el área funcional de contacto epitelial desde unos 15 iniciales hasta cerca de 300 . El glucocálix desempeña funciones celulares esenciales: Barrera física y protección: resguarda la superficie contra daños mecánicos y contribuye al tamizado de moléculas de bajo peso molecular. Fusión celular: se provocó la fusión de células humanas y células de ratón en cultivo, generando células híbridas binucleadas denominadas heterocariones.

1 Marcaje con fluorocromos: se aplicaron anticuerpos específicos marcados con rodamina (fluorescencia roja) para las proteínas humanas y con fluoresceína (fluorescencia verde) para las proteínas murinas. 2 Observación temporal: inmediatamente tras la coalescencia celular, cada marcador se confinó a su hemisferio original. Tras 40 minutos de incubación a temperatura fisiológica, ambas señales fluorescentes se distribuyeron homogéneamente entremezcladas por toda la superficie.

3 μm m2 m2 Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 18 Reconocimiento e histocompatibilidad: determina la especificidad de los antígenos de los grupos sanguíneos y guía la migración de células durante el desarrollo embrionario. Adhesión celular e inflamación: las selectinas del endotelio vascular reconocen carbohidratos en linfocitos circulantes, facilitando su anclaje y migración a los focos de infección.

Dianas de patógenos: bacterias como cepas patógenas de Escherichia coli, virus como el de la gripe y protozoos emplean lectinas de superficie para unirse a glúcidos concretos de la célula diana antes de invadirla; algunos agentes patógenos son capaces incluso de incorporar cubiertas de glúcidos análogas a las del huésped para evadir la detección inmunitaria. COMPRUEBA 16 ¿Cómo intervienen las selectinas endoteliales y los sacáridos de membrana en la respuesta inflamatoria? IDEAS CLAVE La membrana plasmática mide entre 5 y 10 nm de grosor y exhibe una proporción ponderal de aproximadamente 50 % de proteínas, correspondiente a 1 proteína por cada 50 a 100 moléculas lipídicas.

El modelo del mosaico fluido (Singer y Nicolson, 1972) define la bicapa como una matriz anfipática móvil donde las proteínas se intercalan asimétricamente. El movimiento lipídico de difusión lateral es rápido y favorable, mientras que la difusión transversal (flip-flop) está termodinámicamente impedida y requiere enzimas flipasas. Las proteínas se clasifican en integrales, periféricas y ancladas a lípidos, habiéndose demostrado su movilidad lateral en el heterocarion de Frye y Edidin (1970). El glucocálix está compuesto por oligosacáridos de hasta 20 unidades asociados a glicoproteínas y glicolípidos externos, claves en protección, grupos sanguíneos y adhesión mediada por selectinas.

COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 17. ¿Por qué las soluciones salinas hiperconcentradas consiguen desacoplar a las proteínas periféricas sin lisar la bicapa? 18. ¿Qué función cumple el colesterol sobre el estado físico de la bicapa lipídica frente a cambios térmicos? Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 19 BLOQUE I: BIOLOGÍA CELULAR 4 Transporte a través de membrana y endocitosis AL ACABAR SABRÁS Diferenciar los mecanismos de transporte pasivo y activo según su gasto energético y permeabilidad. Explicar el funcionamiento de los canales iónicos con compuerta, las acuaporinas y los transportadores carrier.

Describir las etapas de la endocitosis y la exocitosis en sus distintas modalidades funcionales. Analizar el ciclo vesicular del colesterol LDL y la maduración compartimental de la ruta endosomal. PIÉNSALO ANTES DE LEER 19 ¿Por qué el agua pura puede entrar rápidamente a través de la membrana celular aunque el interior lipídico sea fuertemente hidrofóbico? Transporte pasivo a través de la membrana plasmática La bicapa lipídica actúa como una barrera semipermeable selectiva. Las moléculas pequeñas y apolares la cruzan con mayor rapidez que aquellas grandes o con carga eléctrica.

El transporte pasivo se produce a favor del gradiente de concentración o electroquímico, por lo que ocurre de manera espontánea sin requerir aporte de energía química. En la difusión simple, los solutos atraviesan directamente los lípidos de la membrana. Este mecanismo lo emplean gases y moléculas no polares ( , , benceno, ) y moléculas polares pequeñas sin carga neta como la urea, el glicerol y el agua. Las sustancias cargadas o electrolitos no pueden difundir de este modo a través del núcleo hidrofóbico.

DEFINICIÓN La ósmosis es el flujo neto de agua a través de una membrana semipermeable desde el compartimento con menor concentración de solutos hacia aquel con mayor concentración de solutos. El comportamiento celular depende directamente de la tonicidad del entorno: Medio isotónico: las concentraciones de soluto dentro y fuera de la célula están equilibradas, por lo que no existe movimiento neto de agua. Medio hipotónico: la concentración de soluto externa es menor; el agua ingresa a la célula generando presión hídrica. Medio hipertónico: la concentración exterior de soluto es mayor; el agua sale de la célula, lo que produce deshidratación celular.

O 2 N 2 CO 2 Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 20 Para evitar daños osmóticos, organismos como bacterias o vegetales poseen paredes rígidas, mientras que ciertos protozoos emplean vacuolas pulsátiles o bombas iónicas. En el organismo humano, la reabsorción osmótica de agua en el epitelio intestinal recupera los litros de secreciones digestivas diarias, evitando una deshidratación crítica. COMPRUEBA 20 ¿En qué dirección se desplaza el agua durante la ósmosis en relación con la concentración de solutos?

Difusión facilitada: canales, transportadores y acuaporinas Las moléculas que no pueden atravesar la bicapa lipídica por sí solas utilizan proteínas transmembrana (véase «Bloque I: Biología Celular — Membrana plasmática y modelos estructurales»). Existen dos categorías principales de proteínas de transporte pasivo: Propiedad Proteínas de canal Proteínas transportadoras (carriers) Mecanismo Forman poros hidrofílicos continuos que comunican ambos lados de la membrana. Se unen al soluto específico y sufren un cambio conformacional reversible. Especificidad Basada en tamaño y carga eléctrica de la partícula. Muy alta, análoga a la unión enzima- sustrato (distingue estereoisómeros).

Cinética Flujo muy rápido; puede saturarse a concentraciones iónicas sumamente elevadas. Cinética saturable intermedia; la velocidad máxima depende de los cambios de forma. Los canales iónicos permiten el tránsito rápido de iones ( , , , ), esencial para la conductancia eléctrica en neuronas y células musculares. Hodkin y Keynes demostraron que presentan compuertas reguladas: Activados por voltaje: responden a variaciones en la diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana. Activados por ligando: se abren o cierran tras la unión de una molécula señalizadora específica.

Mecanoactivados: su apertura depende de fuerzas mecánicas o estiramiento, como ocurre en los estereocilios del oído interno ante estímulos sonoros. Na+ K+ Ca2+ Cl Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 21 Esquema del flujo de agua por ósmosis y mediante canal de acuaporina. Las acuaporinas (AQP) son proteínas de canal con estructura helicoidal dedicadas al flujo selectivo de agua. Incrementan notablemente la permeabilidad hídrica celular en tejidos con alta demanda de transporte. La hormona vasopresina estimula la retención hídrica en los túbulos colectores renales mediante la modulación de las acuaporinas AQP2.

Defectos genéticos en estos canales provocan la diabetes insípida nefrógena congénita, donde el riñón no responde a dicha hormona y excreta grandes volúmenes de orina. ERROR FRECUENTE No confundas una proteína de canal con un transportador carrier. Los canales abren un túnel continuo y filtran únicamente por tamaño y carga; los carriers ligan el sustrato mediante un sitio estereoquímico específico y experimentan un cambio de conformación antes de liberar la molécula al otro lado. COMPRUEBA 21 ¿Cómo discrimina un transportador mediado por carrier a las moléculas que traslada?

Transporte activo y bomba sodio-potasio El transporte activo desplaza moléculas en contra de su gradiente de concentración o electroquímico. Como este movimiento no es espontáneo, la proteína requiere realizar un trabajo acoplado a una fuente de energía, típicamente la hidrólisis de ATP. Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 22 DEFINICIÓN La bomba sodio-potasio ( ) es una ATPasa de transporte activo primario que mantiene gradientes iónicos asimétricos entre el citoplasma y el medio extracelular. Esta proteína bombea hacia el exterior y hacia el citoplasma.

Dicha asimetría iónica cumple tres funciones críticas: ESQUEMA Mecanismos de transporte celular COMPRUEBA 22 ¿Por qué la bomba de sodio-potasio requiere consumir ATP? Mecanismos de endocitosis y exocitosis Para la incorporación y expulsión de macromoléculas, detritos o grandes volúmenes de líquido, la célula recurre al transporte mediado por vesículas de membrana. Estos procesos también consumen energía metabólica. Na /K + + Na+ K+ Generar el potencial electroquímico necesario para el impulso nervioso en neuronas y la contracción muscular. 1 Mantener la regulación y el equilibrio osmótico del volumen celular frente al exceso de proteínas citosólicas.

2 Establecer el gradiente de sodio que impulsa el transporte activo secundario de nutrientes, como azúcares y aminoácidos.

3 Bajo peso molecular Moléculas e iones pequeños Transporte pasivo Sin gasto de ATP Difusión simple Gases y solutos apolares Difusión facilitada Canales, acuaporinas y carriers Transporte activo Requiere energía metabólica Bombas iónicas Bomba sodio- potasio Transporte en masa Vesículas y macromoléculas Endocitosis Internalización celular Exocitosis Secreción hacia el exterior Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 23 La endocitosis engloba material extracelular mediante invaginaciones de la membrana para formar vesículas o vacuolas endocíticas: Diagrama de la fagocitosis englobando partículas de gran tamaño celular.

La fagocitosis consiste en la ingestión de partículas grandes, microorganismos o restos celulares mediante extensiones de la membrana, formando fagosomas de gran calibre (con un diámetro superior a 250 nm). Protozoos parásitos como Trichomonas vaginalis emplean la actividad fagocítica para capturar células de levadura (Saccharomyces cerevisiae) y sobrevivir dentro de su hospedero humano. Esquema de la pinocitosis captando fluido y solutos del medio extracelular. La pinocitosis es la captación inespecífica de fluidos del medio extracelular y solutos disueltos a través de vesículas de pequeño tamaño. La endocitosis mediada por receptor constituye una vía altamente selectiva y eficiente.

Permite internalizar macromoléculas presentes en concentraciones extracelulares muy bajas gracias a su unión a receptores de membrana. La proteína clatrina, de morfología filamentosa, se ensambla en una red poligonal en la cara citosólica y promueve la invaginación y el desprendimiento de la vesícula. En sentido opuesto, la exocitosis vierte al espacio exterior sustancias empaquetadas en vesículas procedentes del aparato de Golgi (véase «Bloque I: Biología Celular — Sistema de endomembranas y tráfico vesicular»). Se clasifica en dos modalidades: Constitutiva: ocurre en todas las células de manera continua.

Suministra componentes a la matriz extracelular y renueva proteínas y lípidos de la propia membrana plasmática. Regulada: típica de células secretoras especializadas (neuronas, células glandulares y epitelio digestivo). Las vesículas almacenan hormonas, enzimas o neurotransmisores y no se fusionan Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 24 espontáneamente; precisan una señal activadora, principalmente un aumento de la concentración de calcio citoplasmático, además de ATP y GTP. COMPRUEBA 23 ¿Qué estímulo intracelular desencadena la fusión de vesículas en la exocitosis regulada?

Ruta endosomal y tráfico del colesterol LDL El material internalizado por pinocitosis o endocitosis mediada por receptor ingresa en la vía endosomal, un sistema de compartimentos membranosos que clasifica y redistribuye los componentes celulares: PROCESO Maduración de la ruta endosomal Endosomas tempranos: se forman aproximadamente en el primer minuto tras la endocitosis bajo la membrana plasmática. Funcionan como el centro primario de recepción y clasificación de vesículas. Endosomas de reciclado: estructuras que reciben vesículas desde los endosomas tempranos y retornan receptores y lípidos a la membrana plasmática sin degradarlos.

Cuerpos multivesiculares: surgen a partir de endosomas tempranos mediante invaginaciones internas de su propia membrana y reciben vesículas con hidrolasas procedentes de la red trans- Golgi. Endosomas tardíos: maduran a partir de los cuerpos multivesiculares a los 5-15 minutos de la captación. Se localizan próximos al complejo de Golgi y al núcleo, reciben hidrolasas ácidas y terminan transformándose en lisosomas maduros.

Un caso de transporte vesicular transcelular es la transcitosis: las vesículas se internalizan en una región celular, interactúan con los endosomas y viajan hasta fusionarse con una zona distante de la membrana plasmática para liberar su contenido, constituyendo una vía de transporte en lugar de Vesícula endocítica Pérdida de la cubierta de clatrina 1 Endosoma temprano Aparición al minuto bajo la membrana 2 Cuerpo multivesicular Formación de vesículas internas e hidrolasas 3 Endosoma tardío Cerca del núcleo a los 5-15 min 4 Lisosoma Degradación enzimática del contenido 5 Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 25 reciclado.

El procesamiento del colesterol ejemplifica la ruta endosomal completa: COMPRUEBA 24 ¿Qué factor físico-químico dentro del endosoma permite separar la lipoproteína LDL de su receptor? IDEAS CLAVE El transporte pasivo desplaza solutos a favor de gradiente sin gasto de energía química mediante difusión simple o difusión facilitada. La ósmosis es el paso de agua hacia compartimentos con mayor concentración de soluto, facilitado masivamente por acuaporinas en tejidos específicos como el túbulo renal bajo la acción de la vasopresina.

Las proteínas de canal forman poros hidrofílicos con compuertas regulables, mientras que los transportadores carrier requieren acoplamiento molecular y cambios conformacionales estereoespecíficos. La bomba utiliza ATP para generar los gradientes electroquímicos esenciales del potencial de acción y el transporte secundario. La endocitosis engloba fagocitosis, pinocitosis y endocitosis mediada por clatrina; esta última procesa macromoléculas como las LDL a través de endosomas tempranos, reciclaje de receptores y lisis degradativa final. El colesterol insoluble circula en sangre dentro de complejos lipoproteicos de baja densidad (LDL).

1 El complejo LDL se fija a su receptor específico en la superficie celular. 2 Se invagina la membrana recubierta por clatrina, formando una vesícula que se desprende y pierde rápidamente su cubierta proteica. 3 La vesícula se fusiona con el endosoma. El medio ácido interno del compartimento debilita la unión y disocia el LDL de su receptor. 4 Los receptores se segregan hacia vesículas de transporte que los devuelven a la membrana plasmática para su reutilización. 5 La partícula de LDL avanza hacia los lisosomas, donde las hidrolasas degradan la lipoproteína y liberan el colesterol libre al citoplasma.

6 Na /K + + Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 26 COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 25. ¿En qué se diferencia cinéticamente el transporte por canal iónico del transporte por proteína transportadora (carrier)? 26. ¿Cuál es la consecuencia fisiológica de una mutación que inutiliza los canales AQP2 en el riñón? 27. ¿Qué ocurre con los receptores de LDL una vez que la vesícula endocítica se fusiona con el endosoma temprano?

BLOQUE I: BIOLOGÍA CELULAR 5 Sistema de endomembranas y tráfico vesicular AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las funciones metabólicas y estructurales del RER frente al REL Explicar el modelo de maduración de cisternas y la polaridad funcional del aparato de Golgi Distinguir lisosomas primarios, secundarios y cuerpos residuales según su actividad lítica Detallar el mecanismo protector de activación ácida de las hidrolasas lisosomales PIÉNSALO ANTES DE LEER 28 ¿Por qué las enzimas digestivas de los lisosomas no destruyen a la propia célula si se produce una pequeña fuga en su membrana?

Organización general y arquitectura del retículo endoplasmático El sistema de endomembranas integra compartimentos intracelulares interconectados funcionalmente mediante vesículas de transporte. El retículo endoplasmático (RE) constituye una red continua de cisternas aplanadas y túbulos delimitados por una bicapa lipídica de unos 5 nm de espesor. Esta red representa más del 50 % de la superficie membranosa celular y encierra un compartimento interno único denominado lumen.

La membrana del retículo se continúa anatómicamente con la lámina externa de la envoltura nuclear y se prolonga hacia las cercanías de la membrana plasmática (véase «Bloque I: Biología Celular — Membrana plasmática y modelos estructurales»). Estructural y funcionalmente, el RE se divide en dos dominios: el retículo endoplasmático rugoso y el retículo endoplasmático liso. Retículo endoplasmático rugoso (RER): síntesis proteica y control de calidad El retículo endoplasmático rugoso se organiza en cisternas aplanadas con ribosomas adheridos a su vertiente citosólica.

En él se sintetizan las proteínas de secreción, las componentes integrales de membrana y las destinadas al sistema vacuolar y lisosomas. Durante su traslocación al lumen, las Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 27 proteínas sufren modificaciones covalentes esenciales, entre las que destaca la glicosilación inicial mediante la incorporación cotraduccional de oligosacáridos catalizada por transferasas. DEFINICIÓN Una chaperona es una proteína especializada que asiste en el correcto plegamiento tridimensional de cadenas polipeptídicas nacientes y supervisa el control de calidad luminal antes de autorizar su tránsito vesicular.

El RER dispone de un riguroso sistema de inspección estructural. Las proteínas chaperonas y diversas lectinas identifican los residuos glucídicos terminales para verificar el plegamiento nativo. Si una molécula presenta conformaciones anómalas persistentes tras varios intentos, el sistema de control de calidad impide su progresión hacia el complejo de Golgi: la proteína defectuosa se retrotransloca hacia el citosol para su degradación. COMPRUEBA 29 ¿Qué consecuencia celular inmediata tiene el fallo persistente en el plegamiento de una proteína luminal en el RER?

Retículo endoplasmático liso (REL): síntesis de lípidos, calcio y detoxificación El retículo endoplasmático liso carece de ribosomas y adopta una morfología de túbulos curvos e interconectados. Esta ausencia de ribosomas y su disposición tubular aumentan sustancialmente la relación entre la superficie de membrana y el volumen del orgánulo. La mayor parte de las enzimas del REL se sintetizan previamente en el RER. Entre sus funciones metabólicas sobresalen: Biosíntesis lipídica: genera la mayoría de los lípidos estructurales de las biomembranas, como glicerofosfolípidos y colesterol, así como hormonas esteroideas a partir de precursores lipídicos.

También ensambla lipoproteínas de baja densidad destinadas a transportar lípidos por el torrente circulatorio. Reservorio de calcio: secuestra iones libres del citosol mediante bombas activas de membrana dependientes de ATP. Su liberación controlada actúa como segundo mensajero esencial en procesos como la contracción muscular. Detoxificación de xenobióticos: metaboliza compuestos lipófilos nocivos (fármacos como barbitúricos o etanol) mediante oxigenasas de la familia del citocromo P450.

DEFINICIÓN El citocromo P450 es una familia de enzimas hemoproteicas oxigenasas del REL con baja especificidad de sustrato que oxidan compuestos hidrófobos y toxinas para volverlos hidrófilos y solubles en agua, facilitando su excreción. Ca2+ Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 28 PARA RECORDARLO La exposición crónica a sustancias tóxicas o barbitúricos induce una rápida proliferación adaptativa de las membranas del REL hepático, incrementando la tolerancia celular.

Característica Retículo endoplasmático rugoso (RER) Retículo endoplasmático liso (REL) Morfología Sacos y cisternas aplanadas fenestradas Red tubular curvada e irregular Presencia de ribosomas Sí, asociados en la cara citosólica No presenta ribosomas Funciones nucleares Síntesis proteica, glucosilación inicial y plegamiento Lípidos, almacén de y detoxificación Enzimas características Glucosiltransferasas y chaperonas de control Sintetasas lipídicas y citocromo P450 Aparato de Golgi y dinámica de maduración de cisternas Descrito originalmente por Camillo Golgi en 1898, el complejo de Golgi actúa como centro clasificador y director del transporte macromolecular.

Se estructura en dictiosomas formados por pilas de sacos aplanados y vesículas asociadas que exhiben una clara polaridad morfofuncional: Cara cis (de entrada o proximal): orientada hacia el núcleo y el RE, posee una morfología convexa con fenestraciones periféricas. Recibe las vesículas de transición procedentes del retículo. Cisternas mediales: compartimentos centrales donde se ejecutan modificaciones enzimáticas secuenciales. Cara trans (distal o de maduración): orientada hacia la membrana plasmática, presenta una luz más dilatada y concavidad manifiesta. Origina vacuolas de condensación y vesículas de secreción.

El tráfico intra-Golgi se explica mediante el modelo de maduración de cisternas: los compartimentos cis se forman por fusión de vesículas procedentes del RE y maduran desplazándose físicamente hacia el polo trans, mientras las enzimas específicas de cada compartimento retroceden en vesículas de transporte retrógrado. DEFINICIÓN La red trans-Golgi (TGN) es la estación clasificadora final del complejo de Golgi encargada de segregar y empaquetar proteínas y lípidos en vesículas de transporte hacia lisosomas, membrana celular o gránulos secretorios.

En el Golgi tienen lugar procesos de fosforilación proteica, maduración y remodelación de cadenas de carbohidratos ligadas a proteínas y lípidos, y proteólisis de precursores inactivos (como el procesamiento proinsulina-insulina). Ca2+ Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 29 PROCESO Ruta biosintética y secretora de endomembranas COMPRUEBA 30 ¿En qué cara del complejo de Golgi se produce la recepción inicial de las macromoléculas procedentes del retículo endoplasmático?

Tráfico vesicular bidireccional, secreción y biosíntesis de orgánulos El transporte de lípidos y proteínas se sostiene sobre una comunicación de vesículas revestidas (muchas rodeadas de clatrina para su exportación específica). Este flujo es bidireccional: la vía anterógrada comunica el RE con el Golgi y este con los destinos diana, mientras que vías retrógradas reciclan componentes hacia compartimentos proximales.

Desde la TGN parten dos modalidades de exocitosis (véase «Bloque I: Biología Celular — Transporte a través de membrana y endocitosis»): El complejo de Golgi participa directamente en la diferenciación del gameto masculino originando el acrosoma durante la espermiogénesis (véase «Bloque II: Ciclo Celular y División — Meiosis y gametogénesis humana»).

Diversas vesículas golgienses repletas de enzimas líticas coalescen sobre el RER Síntesis y plegamiento de proteínas 1 Vesículas de transición Transporte anterógrado hacia el dictiosoma 2 Cara cis del Golgi Recepción y fosforilación inicial 3 Cisternas mediales Glucosilación y remodelado glucídico 4 Red trans-Golgi Clasificación y empaquetamiento selectivo 5 Destino final Exocitosis o ruta hidrolítica lisosomal 6 Secreción constitutiva: proceso ubicuo y continuo en todas las células. Regenera componentes lipídicos y proteicos de la membrana plasmática y vierte moléculas a la matriz extracelular sin necesidad de señales externas inductoras.

1 Secreción regulada: propia de células especializadas (glandulares, epitelio digestivo, neuronas). Las moléculas se concentran en gránulos de secreción que sólo se fusionan con la membrana diana tras recibir un estímulo químico, dependiente de un incremento citosólico de y consumo de ATP y GTP. 2 Ca2+ Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 30 polo anterior del núcleo hasta conformar un casquete enzimático crucial para atravesar la zona pelúcida del óvulo. Esquema del desarrollo del acrosoma a partir de vesículas de Golgi COMPRUEBA 31 ¿Qué estímulo iónico dispara la exocitosis de vesículas en la vía secretora regulada?

Lisosomas: hidrolasas ácidas, compartimentación y vías digestivas Los lisosomas son orgánulos esféricos delimitados por membrana simple dedicados a la degradación digestiva intracelular en las células animales. Albergan en su matriz luminal cerca de 60 tipos de enzimas hidrolasas ácidas, que engloban proteasas, lipasas, glucosidasas y nucleasas. DEFINICIÓN Una hidrolasa ácida es una enzima lítica lisosomal cuya actividad catalítica óptima se restringe a un entorno ácido (alrededor de pH 5), evitando la destrucción accidental de la célula si escapa al citosol neutro. ERROR FRECUENTE Asumir que las hidrolasas lisosómicas destruyen el citosol ante una microfuga accidental.

Las hidrolasas ácidas carecen de actividad a pH citosólico fisiológico (~7,2). Sólo operan activamente dentro del lumen ácido del orgánulo, generado por bombas de protones. Las enzimas lisosomales se etiquetan específicamente con grupos manosa-6-fosfato en el complejo de Golgi para su empaquetamiento en la TGN hacia los endosomas tardíos. Al alcanzar el lisosoma definitivo, pierden los receptores de manosa-6-fosfato y se activan por acidificación extrema.

Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 31 Diagrama de digestión lisosomal por endocitosis, autofagia y liberación enzimática Esquema de las vías de degradación endocítica y autofágica en lisosomas Según su estadio fisiológico funcional se distinguen: Lisosoma primario: vesícula de transporte recién desprendida del Golgi que contiene las hidrolasas ácidas sin haber contactado aún con el sustrato que va a degradar. Biología Celular y Genética Humana: Célula a Herencia 32 Lisosoma secundario: resultado de la fusión del lisosoma primario con una vesícula que porta sustratos digestivos (fagolisosoma o autofagolisosoma).

Corresponde al orgánulo en plena digestión activa y exhibe un contenido marcadamente heterogéneo. Cuerpo residual: vesícula madura con residuos indigeribles. Puede persistir almacenado en el citoplasma o verter su contenido al espacio extracelular mediante exocitosis. DEFINICIÓN La autofagia es la vía de digestión celular por la cual un lisosoma degrada componentes y orgánulos propios deteriorados (como mitocondrias o fragmentos de retículo) envueltos en membranas internas para reciclar sus componentes moleculares. COMPRUEBA 32 ¿Por qué la ausencia de receptores de manosa-6-fosfato y un pH luminal más bajo…