Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso

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APUNTES BIOLOGÍA CELULAR Grado en Biología Universidad de Barcelona AprenAI 2026-2027 Apuntes completos de Biología Celular y Genética: membranas, citoesqueleto, bioenergética, ciclo celular, herencia mendeliana y cromosomopatías para examen.

APREN.AI Índice 1 Membranas biológicas — Estructura, composición y transporte Propiedades físico-químicas de la bicapa lipídica Factores moduladores de la fluidez y componentes asociados Transporte pasivo a través de la membrana Transporte activo y transporte en masa 2 Señalización celular y transducción de señales Principios de la comunicación intercelular Receptores de membrana: canales iónicos y receptores enzimáticos Vías de las proteínas Gs y Gi: regulación del AMPc Vía de la proteína Gq: cascada de PIP2, IP3, DAG y calcio 3 Citoesqueleto y motilidad celular Microfilamentos de actina: ensamblaje y dinámica funcional Microtúbulos: ultraestructura, centrosoma e inestabilidad dinámica Microtúbulos mitóticos y drogas moduladoras Filamentos intermedios: organización y tipología tisular 4 Sistema de endomembranas y tráfico vesicular Organización del sistema de endomembranas Retículo endoplasmático rugoso (REG) Retículo endoplasmático liso (REL) Aparato de Golgi Tráfico vesicular y complejo SNARE Exocitosis y endocitosis Endosomas y sistema lisosomal 5 Bioenergética celular — Mitocondrias y peroxisomas Ultraestructura y compartimentación mitocondrial Genoma y biogénesis mitocondrial: la teoría endosimbiótica Rutas del catabolismo aerobio y ciclo de Krebs Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa Peroxisomas: estructura, enzimas oxidativas y metabolismo del peróxido de hidrógeno 6 Núcleo interfásico, cromatina y empaquetamiento génico Arquitectura de la envoltura nuclear y complejo del poro Bases químicas del ADN y proteínas cromatínicas Niveles jerárquicos de empaquetamiento génico Eucromatina frente a heterocromatina y modulación epigenética Organización del nucléolo y biogénesis de ribosomas Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 1 7 Replicación del ADN y dinámica telomérica Principios y propiedades de la replicación eucarionte Dinámica molecular de la horquilla de replicación Mecanismo de asimetría: cadena adelantada y cadena rezagada Repertorio funcional de las ADN polimerasas eucariontes Acortamiento telomérico, límite de Hayflick y senescencia 8 Transcripción, procesamiento de ARN y código genético Estructura del gen eucarionte y maquinaria de transcripción Maduración y procesamiento del ARN mensajero primario Splicing alternativo: generación de diversidad proteica Biogénesis de ARNt y ARNr Características y organización del código genético 9 Traducción, plegamiento y direccionamiento de proteínas Activación de los aminoácidos: aminoacil-ARNt sintetasas Estructura del ribosoma y fases de la traducción eucariota Dinámica de los polirribosomas Plegamiento proteico y chaperonas moleculares El sistema ubiquitina-proteasoma (SUP) Direccionamiento proteico cotraduccional y postraduccional Modificaciones postraduccionales 10 Ciclo celular, mitosis y meiosis Fases del ciclo celular eucarionte: interfase y división Control molecular: complejos ciclinas-CDK y genes reguladores Puntos de control (checkpoints) del ciclo celular Mitosis somática y arquitectura del aparato mitótico Meiosis en células germinativas y generación de variabilidad 11 Regulación de la expresión génica e interferencia por ARN Niveles de control de la expresión génica Regulación a nivel transcripcional y epigenético Interferencia por ARN (iRNA): miARN, siARN y piARN Biogénesis y procesamiento citosólico de miARN y siARN Papel de los ARN largos no codificantes (ARNlnc) 12 Organización del genoma, nomenclatura del locus y mutaciones 1.

Conceptos fundamentales de la genética y estructura del genoma 2. Arquitectura cromosómica y nomenclatura citogenética del locus 3. Clasificación de las mutaciones: origen tisular, morfología y función 4.

Mutaciones dinámicas y expansiones de tripletes 13 Genética mendeliana — Herencia autosómica y factores modificadores Principios mendelianos y análisis probabilístico Herencia autosómica dominante y mecanismos moleculares Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 2 Factores modificadores: penetrancia y expresividad Herencia autosómica recesiva y consanguinidad Heterogeneidad genética y pleiotropía 14 Herencia ligada al sexo e inactivación del cromosoma X Cromosomas sexuales y asimetría genómica Compensación de dosis génica y lyonización Bases moleculares y consecuencias celulares del mosaico femenino Herencia recesiva ligada al cromosoma X Herencia dominante ligada al cromosoma X y herencia holándrica 15 Patrones de herencia no mendeliana y rasgos multifactoriales Herencia mitocondrial y dinámica del genoma extranuclear Segregación replicativa mitocondrial y efecto umbral Impronta genómica parental y silenciamiento epigenético Herencia multifactorial y modelos cuantitativos continuos Criterios empíricos de recurrencia en enfermedades multifactoriales Comparativa de patrones no mendelianos de herencia 16 Citogenética médica y cromosomopatías numéricas Metodología citogenética y análisis del cariotipo Morfología cromosómica y nomenclatura de bandas Cromosomopatías numéricas: euploidías y poliploidías Aneuploidías autosómicas y cromosomopatías sexuales Mecanismos: no disyunción meiótica I frente a meiosis II Mosaicismo cromosómico, rescate de trisomías y disomía uniparental 17 Cromosomopatías estructurales y reorganizaciones cromosómicas Clasificación general de las aberraciones cromosómicas estructurales Anomalías estructurales desbalanceadas Anomalías estructurales balanceadas Translocaciones robertsonianas y progenitores portadores 18 Resumen para repasar Membranas biológicas y mecanismos de transporte Señalización celular y citoesqueleto Endomembranas y bioenergética celular Ciclo celular, expresión génica y replicación Genética médica y patrones de herencia Citogenética y cromosomopatías 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. Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 3 1 Membranas biológicas — Estructura, composición y transporte AL ACABAR SABRÁS Diferenciar los factores fisicoquímicos que modulan la fluidez y la asimetría de la bicapa lipídica. Distinguir los mecanismos de transporte pasivo según el tipo de molécula y proteína transportadora. Clasificar las modalidades de transporte activo primario y secundario explicitando sus fuentes de energía. Describir las etapas del transporte en masa mediante vesículas de endocitosis y exocitosis.

PIÉNSALO ANTES DE LEER 1 ¿Por qué el agua entra masivamente a una célula si el centro de la membrana es una barrera hidrofóbica e impermeable? Las membranas biológicas constituyen la base de la arquitectura celular. Delimitan la célula mediante la membrana plasmática y compartimentan el medio interno en organelas especializadas, como el sistema de endomembranas, los peroxisomas y las mitocondrias.

Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 4 ESQUEMA Organización funcional de las membranas biológicas Propiedades físico-químicas de la bicapa lipídica La estructura central de una membrana es una bicapa lipídica anfipática que aísla compartimentos acuosos cerrados y permite un pasaje semiselectivo de sustancias. Los componentes que la integran no permanecen estáticos; la célula los sintetiza en sus organelas —principalmente en el retículo endoplasmático liso— y los recicla mediante procesos de transporte vesicular. Los fosfolípidos se componen de una cabeza hidrofílica (polar) y dos colas hidrofóbicas (no polares).

La cabeza contiene glicerol, un grupo fosfato y una molécula polar específica (por ejemplo, colina en la fosfatidilcolina o serina en la fosfatidilserina). Las colas son cadenas hidrocarbonadas de ácidos grasos unidos al glicerol por un extremo carboxilo. Esta naturaleza anfipática obliga a los fosfolípidos en medio acuoso a organizarse espontáneamente en micelas o en bicapas cerradas, orientando las colas hacia el interior y las cabezas hacia el agua. Los fosfolípidos exhiben cuatro movimientos fundamentales dentro de la bicapa: Difusión lateral: desplazamiento en el plano de la propia monocapa; es el principal determinante de la fluidez.

Rotación: giro de la molécula sobre su propio eje longitudinal.

Membrana biológica Bicapa lipídica fluida y compartimentada Lípidos de membrana Fosfolípidos, colesterol y glucolípidos Fosfolípidos Moléculas anfipáticas con asimetría Colesterol Regulador de rigidez y fluidez Proteínas y glucocálix Integrales, periféricas y azúcares Mecanismos de transporte Pasivo, activo y vesicular en masa Transporte pasivo Difusión simple, canales y permeasas Transporte activo Bombas primarias y cotransporte secundario Transporte en masa Endocitosis, fagocitosis y exocitosis Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 5 Flexión: oscilación de las colas hidrocarbonadas que modifica el empaquetamiento lipídico.

Flip-flop: movimiento unidireccional de una hemicapa a la opuesta; es un proceso muy lento que consume energía metabólica y está mediado por la enzima flipasa. La distribución de los fosfolípidos confiere una marcada asimetría de membrana entre la monocapa citosólica y la no citosólica. Mientras que la fosfatidilcolina y la esfingomielina predominan en la cara no citosólica, la fosfatidiletanolamina, la fosfatidilserina y el fosfatidilinositol se localizan predominantemente en la cara citosólica. Cuando la fosfatidilserina se transloca a la cara externa, funciona como una señal reconocible que indica que la célula entrará en apoptosis.

PARA RECORDARLO La membrana mitocondrial interna presenta el fosfolípido doble denominado cardiolipina, análogo al de las bacterias procariontes, que incrementa su impermeabilidad y especificidad funcional (véase «Bioenergética celular — Mitocondrias y peroxisomas»). COMPRUEBA 2 ¿Por qué el movimiento de flip-flop requiere una enzima y consumo de energía a diferencia de la difusión lateral?

Factores moduladores de la fluidez y componentes asociados La fluidez de la bicapa a temperatura fisiológica depende de tres variables críticas: En la cara no citosólica se disponen los glucolípidos, compuestos por una cabeza glucídica polar y dos colas de ácidos grasos, con funciones estructurales y de receptor de superficie celular. Las proteínas de membrana determinan la especificidad biológica y se dividen en dos clases: Proteínas periféricas (extrínsecas): moléculas hidrosolubles unidas débilmente a las cabezas lipídicas o a otras proteínas por enlaces no covalentes en las superficies de la membrana.

Proteínas integrales (intrínsecas): moléculas anfipáticas que atraviesan parcial o totalmente la bicapa. Las proteínas transmembrana presentan tres dominios: uno no citosólico (con frecuencia glucosilado), un dominio transmembrana no polar inserto entre las colas de ácidos grasos y un dominio citosólico polar. Realizan movimientos de traslación lateral y de rotación, pero carecen de volteo completo sobre su eje. Temperatura: a mayor temperatura ambiental o biológica, mayor energía cinética y mayor fluidez de la membrana.

1 Saturación de los ácidos grasos: los ácidos grasos insaturados, con colas más cortas o dobles enlaces que generan acodamientos, incrementan la fluidez al reducir el empaquetamiento. En contraste, los ácidos grasos saturados presentan cadenas lineales más largas que se compactan densamente y disminuyen la fluidez. 2 Colesterol: esterol anfipático cuya proporción aproximada es de una molécula por cada fosfolípido. Su porción rígida hidrofóbica se intercala entre las colas y su grupo polar interactúa con las cabezas; actúa amortiguando la fluidez y otorgando rigidez mecánica.

3 Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 6 El glucocálix es la cubierta periférica de carbohidratos formada por cadenas glucídicas de glucolípidos, glucoproteínas y proteoglicanos orientados hacia el exterior celular. Posee carga neta negativa, lo que atrae iones y agua hacia la periferia pericelular, repele microorganismos con carga negativa, participa en la adhesión y migración celular, y media el reconocimiento por contacto que detiene la migración tras el choque intercelular. COMPRUEBA 3 ¿Cómo repercute una dieta rica en ácidos grasos saturados en la biofísica de la membrana plasmática?

Transporte pasivo a través de la membrana El transporte pasivo se produce sin consumo de energía metabólica, impulsado por gradientes de concentración o electroquímicos, desde zonas de mayor concentración hacia zonas de menor concentración hasta alcanzar el equilibrio dinámico. La difusión simple consiste en el paso directo de solutos a través de la bicapa fosfolipídica. Ocurre con gases disueltos ( , , CO, óxido nítrico), sustancias liposolubles (hormonas esteroideas, ácidos grasos), alcoholes pequeños sin carga e hidrocarburos. El agua puede cruzar por difusión simple en una proporción menor (aproximadamente el 10 % del tránsito total).

La difusión facilitada requiere proteínas transmembrana específicas: Canales iónicos: estructuras cilíndricas hidrofílicas que conducen iones de forma selectiva y bidireccional. Pueden ser permanentemente abiertos o disponer de compuertas activadas por tres tipos de estímulos: dependientes de ligando (unión de moléculas como acetilcolina), dependientes de voltaje (cambios del potencial de membrana o despolarización) y dependientes de deformación mecánica (estímulos de compresión en mecanorreceptores). Permeasas o transportadores (carriers): proteínas que sufren cambios conformacionales para transferir solutos polares pequeños (monosacáridos como glucosa, aminoácidos).

Se clasifican según su modalidad en uniport (transporte de un único sustrato), symport (transporte acoplado de dos solutos en el mismo sentido) y antiport (transporte acoplado de dos solutos en sentidos opuestos). Acuaporinas: canales proteicos específicos por los que fluye cerca del 90 % del agua celular. La acuaporina I es constitutiva, abierta y bidireccional en la mayoría de los tejidos. La acuaporina tipo II se halla específicamente en el túbulo colector del riñón; permanece cerrada y su apertura depende de la hormona antidiurética (ADH). Cuando el alcohol etílico inhibe la ADH, cesa la apertura de estas acuaporinas y disminuye la reabsorción de agua.

COMPRUEBA 4 ¿Cuál es el mecanismo fisiológico por el cual el consumo de alcohol provoca deshidratación a nivel de la membrana celular renal? Transporte activo y transporte en masa El transporte activo desplaza sustancias en contra de gradiente electroquímico (de menor a mayor concentración) mediante un requerimiento estricto de energía biológica. Na+ O 2 CO 2 Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 7 El transporte activo primario utiliza de manera directa la energía de la hidrólisis de ATP mediante bombas enzimáticas.

Entre ellas destacan las bombas uniporte de protones (que regulan el pH ácido de endosomas y lisosomas), las bombas de calcio en el retículo endoplasmático liso de las células musculares, y la bomba de sodio-potasio ( -ATPasa). Esta última es una bomba antiporte electrogénica que expulsa activamente 3 iones Na+ del citosol e introduce 2 iones K+ por cada molécula de ATP escindida, restableciendo el potencial eléctrico en reposo. Los transportadores ABC representan otra familia de bombas primarias; expulsan activamente quimioterápicos y fármacos citotóxicos desde el citoplasma de células tumorales hacia el medio extracelular, generando resistencia farmacológica.

El transporte activo secundario traslada una molécula en contra de su gradiente sin hidrolizar ATP de forma inmediata; aprovecha la energía libre almacenada en el gradiente electroquímico de establecido previamente por la bomba . Un ejemplo fundamental es el cotransporte (simport) de glucosa acoplado a sodio en los enterocitos intestinales y en los túbulos renales. ERROR FRECUENTE No confundas el cotransporte de glucosa impulsado por sodio con un transporte activo primario. El transportador de glucosa acoplado a es un transporte activo secundario: no hidroliza ATP por sí mismo, sino que se acopla al gradiente generado previamente por el transporte activo primario de la bomba .

Tipo de transporte Gasto de ATP Dirección del gradiente Componente de membrana Ejemplos característicos Difusión simple No A favor Bicapa de fosfolípidos directa , , esteroides, alcoholes Canales iónicos No A favor Proteínas transmembrana cilíndricas Canales de , o (voltaje, ligando) Permeasas pasivas No A favor Carriers transmembrana Uniport de glucosa basal Acuaporinas No A favor Canales acuosos específicos Acuo I (constitutiva), Acuo II (por ADH) Activo primario Sí (directo) En contra Bombas ATPasas, transportadores ABC Bomba ( ), bomba Activo secundario Indirecto En contra Cotransportadores acoplados Simport -glucosa en enterocito El transporte en masa moviliza macromoléculas hidrosolubles mediante vesículas membranosas: Endocitosis: ingreso celular que adopta dos variantes principales: la inespecífica, mediada por caveolas (invaginaciones ricas en colesterol, glucolípidos y caveolina que internalizan agua y solutos), y la específica mediada por receptores y vesículas con cubierta de clatrina.

El proceso mediado por clatrina sigue una secuencia definida: formación de la fosita revestida, invaginación y desprendimiento de la vesícula, pérdida de la cubierta (denudación), fusión con el endosoma temprano, disociación ligando-receptor por descenso de pH y maduración hacia endosoma tardío para fusionarse con Na /K + + Na+ Na /K + + Na+ Na /K + + O 2 CO 2 Na+ K+ Cl Na /K + + 3Na : + 2K+ Ca2+ Na+ Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 8 lisosomas (formando heterolisosomas; véase «Sistema de endomembranas y tráfico vesicular»). Cuando la vesícula atraviesa la célula desde un polo al opuesto sin degradarse (como en el alvéolo mamario), el proceso se denomina transcitosis.

Fagocitosis: internalización selectiva de partículas grandes en células fagocíticas (macrófagos) mediante grandes evaginaciones que generan fagosomas (hasta 20 veces mayores que una vesícula endocítica común), los cuales se fusionan directamente con lisosomas formando fagolisosomas. Exocitosis: salida de macromoléculas desde vesículas originadas en el aparato de Golgi. Puede ser constitutiva (continua y lenta, sin estímulo externo) o regulada (las vesículas de secreción se acumulan bajo la membrana plasmática y requieren una señal extracelular específica para fusionarse y liberar su contenido).

COMPRUEBA 5 ¿En qué etapa de la endocitosis mediada por clatrina se separan los ligandos incorporados de sus receptores membranales? IDEAS CLAVE Las membranas celulares son bicapas lipídicas anfipáticas y asimétricas sintetizadas en el retículo endoplasmático liso. La fluidez de membrana aumenta con temperaturas elevadas y ácidos grasos insaturados, y se reduce por ácidos grasos saturados y colesterol. El glucocálix confiere carga negativa superficial, favorece la hidratación y media fenómenos de reconocimiento y adhesión celular. El transporte pasivo comprende difusión simple, canales iónicos, permeasas facilitadoras y acuaporinas I y II sin hidrólisis de ATP.

La bomba de sodio-potasio es un transporte activo primario que expulsa e incorpora consumiendo una molécula de ATP. El transporte activo secundario utiliza la energía acumulada en el gradiente de para ingresar solutos como la glucosa contra su propio gradiente. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 6. ¿Cuáles son los cuatro tipos de movimientos que experimentan los fosfolípidos en la membrana y cuál consume energía metabólica? 7. ¿Cuál es la diferencia fisiológica clave entre la acuaporina I y la acuaporina II? 8. ¿Cómo se diferencian operativamente la exocitosis constitutiva y la regulada? 3 Na+ 2 K+ Na+ Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 9 Test Rodea la respuesta correcta.

Las soluciones están al final. 9. ¿Qué factor incrementa la fluidez en una bicapa lipídica? 10. ¿Cuál es la estequiometría iónica impulsada por la bomba Na+/K+-ATPasa por cada ATP hidrolizado? 11. ¿Qué clase de transporte celular define al simport de glucosa impulsado por iones sodio en enterocitos? 12. ¿Qué estructura de cubierta proteica participa en la endocitosis específica dependiente de receptor? 2 Señalización celular y transducción de señales AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las vías de comunicación celular según la distancia y la naturaleza del mensajero. Explicar el ciclo de activación y desactivación de las proteínas G heterotriméricas.

Comparar los mecanismos de acción de las proteínas Gs, Gi y Gq en la producción de segundos mensajeros. Describir la hidrólisis de PIP2 y el papel conjunto del IP3, el DAG y el calcio citosólico. PIÉNSALO ANTES DE LEER 13 ¿Por qué la unión de una sola hormona proteica extracelular puede generar cambios masivos e instantáneos en miles de enzimas del citoplasma?

Descenso de la temperatura ambiental a) Alta concentración de colesterol b) Mayor proporción de ácidos grasos insaturados c) Mayor abundancia de ácidos grasos saturados d) 3 Na+ expulsados por 2 K+ incorporados a) 2 Na+ expulsados por 3 K+ incorporados b) 3 Na+ ingresados por 2 K+ expulsados c) 1 Na+ expulsado por 1 K+ incorporado d) Transporte activo primario a) Difusión simple a través de la bicapa b) Difusión facilitada por carrier uniport c) Transporte activo secundario d) Clatrina a) Cadherina b) Cardiolipina c) Caveolina d) Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 10 Principios de la comunicación intercelular Las células intercambian información química para coordinar sus funciones metabólicas, el crecimiento y la división celular.

La vía de transporte de la señal química establece las distintas modalidades de comunicación: Endocrina: la molécula señal viaja distancias largas a través del torrente circulatorio sanguíneo hacia tejidos diana distantes. Paracrina: la señal actúa a nivel local sobre células vecinas dentro del mismo microambiente tisular. La propia célula emisora puede regular negativamente la liberación continua mediante receptores propios de menor afinidad que los de la célula receptora. Autócrina: la molécula señal actúa sobre la misma célula que la sintetizó y secretó.

Sináptica: comunicación característica del sistema nervioso donde los neurotransmisores recorren distancias microscópicas mediante sinapsis químicas o eléctricas, combinando la alta especificidad espacial con la velocidad de respuesta.

La naturaleza fisicoquímica del ligando determina la ubicación de su receptor celular: Naturaleza de la señal Propiedades de permeabilidad Localización del receptor Ejemplos químicos Hidrosoluble No atraviesa la bicapa lipídica Superficie de la membrana plasmática Proteínas, péptidos y aminoácidos Liposoluble Atraviesa la bicapa lipídica pasivamente Citosol o interior del núcleo Lípidos y gases Un mismo ligando extracelular puede desencadenar respuestas biológicas completamente diferentes según el tipo de receptor expresado en la célula diana.

La respuesta celular final suele involucrar modificaciones enzimáticas en el citoplasma y la activación de factores de transcripción que migran al núcleo para modular la expresión génica. COMPRUEBA 14 ¿Por qué un ligando proteico requiere obligatoriamente un receptor de superficie a diferencia de una molécula gaseosa? Receptores de membrana: canales iónicos y receptores enzimáticos Los receptores que residen en la membrana plasmática se organizan funcionalmente en tres clases elementales: Receptores asociados a canales iónicos: la unión del ligando induce un cambio conformacional que abre un poro iónico transmembrana.

El flujo pasivo de iones a favor de su gradiente electroquímico altera el potencial de membrana de forma rápida y breve. Tienen un papel protagonista en las sinapsis neuronales. Receptores con actividad enzimática: son glucoproteínas integrales con un dominio de reconocimiento extracelular, un segmento transmembrana y un dominio citosólico catalítico con actividad cinasa intrínseca. Transfieren grupos fosfato desde moléculas de ATP hacia residuos específicos de sustratos intracelulares: Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 11 Tirosina cinasas: fosforilan restos de tirosina específicos. Serina/treonina cinasas: fosforilan grupos hidroxilo en serinas o treoninas.

Receptores acoplados a proteínas G (GPCR): interactúan con complejos heterotriméricos intracelulares que traducen la señal externa hacia efectores enzimáticos. COMPRUEBA 15 ¿Qué regiones estructurales definen funcionalmente a un receptor con actividad enzimática intrínseca? Vías de las proteínas Gs y Gi: regulación del AMPc Las proteínas G heterotriméricas están integradas por tres subunidades funcionales distintas: alfa ( ), beta ( ) y gamma ( ). En estado de reposo basal, la subunidad permanece unida a una molécula de GDP y forma un complejo inactivo con el heterodímero . La subunidad alfa estimuladora ( ) activa a la enzima transmembrana adenilato ciclasa.

Esta enzima cataliza la conversión de ATP citosólico en monofosfato de adenosina cíclico (AMPc), el cual funciona como segundo mensajero soluble: El AMPc se une específicamente a las subunidades reguladoras de la proteína cinasa A (PKA), liberando sus subunidades catalíticas activas. La PKA activada fosforila dianas intracelulares que comandan procesos como la degradación del glucógeno celular para liberar glucosa energética o la síntesis de esteroides ante estímulos hormonales. En contraposición directa, la proteína Gi frena esta cascada.

La subunidad contrarresta la activación de la adenilato ciclasa y promueve la activación de la fosfodiesterasa, enzima que degrada el enlace fosfodiéster del AMPc, interrumpiendo su ciclo y extinguiendo la respuesta celular. PARA RECORDARLO La subunidad Suma AMPc estimulando la adenilato ciclasa; la subunidad Inhibe la producción y estimula a la fosfodiesterasa para cortar el mensajero. COMPRUEBA 16 ¿Cómo desactiva la fosfodiesterasa la señal iniciada por la vía Gs? α β γ G α G βγ El ligando se asocia al dominio extracelular del receptor acoplado a proteína G. 1 El receptor experimenta un cambio conformacional que induce el intercambio de GDP por GTP en la subunidad .

2 G α La subunidad -GTP se disocia físicamente del dímero y se desplaza para interaccionar con sus efectores enzimáticos específicos. 3 G α G βγ La actividad GTPasa intrínseca hidroliza el GTP de nuevo a GDP, inactivando la subunidad y restaurando la afinidad por para cerrar el ciclo.

4 G βγ G sα ATP AMPc + PP i G iα G s G i Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 12 Vía de la proteína Gq: cascada de PIP2, IP3, DAG y calcio La activación de receptores acoplados a la proteína Gq desencadena una cascada de señalización dependiente de lípidos de membrana y cationes intracelulares: ESQUEMA Bifurcación de la cascada de señalización por PIP2 ERROR FRECUENTE El IP3 no viaja directamente al núcleo para inducir la transcripción ni se une al ADN. Su única función directa como segundo mensajero es abrir los canales de compuerta de calcio en las cisternas del retículo endoplasmático liso.

El incremento de calcio citosólico resultante es el que colabora con el DAG para modular las respuestas intracelulares. La vía mediada por desempeña funciones críticas en el inicio de la división mitótica y en los procesos iniciales de la fecundación, tanto a nivel de la reacción espermática como en la activación del ovocito. La subunidad -GTP activa la enzima fosfolipasa C (PLC) anclada a la superficie citosólica de la membrana plasmática. 1 G qα La fosfolipasa C escinde el fosfoinositol difosfato (PIP2), generando simultáneamente dos segundos mensajeros distintos: diacilglicerol (DAG) e inositol trifosfato (IP3).

2 El diacilglicerol (DAG) permanece anclado hidrofóbicamente a la membrana y activa a la proteína cinasa C (PKC). La PKC fosforila factores citoplasmáticos que viajan al núcleo celular para activar la síntesis de ARN y proteínas vinculadas al crecimiento y la entrada al ciclo celular. 3 El inositol trifosfato (IP3) se difunde por el citosol y se une a canales iónicos específicos en la membrana del retículo endoplasmático liso (REL). 4 La apertura de estos canales provoca la salida masiva de iones calcio hacia el citoplasma a favor de gradiente de concentración desde el reservorio luminal.

5 PIP2 Fosfolípido de membrana escindido por PLC Diacilglicerol (DAG) Permanece anclado en membrana citosólica Proteína cinasa C Fosforila factores de proliferación celular Inositol trifosfato (IP3) Segundo mensajero hidrosoluble citosólico Canal de Ca2+ del REL Apertura de compuerta en el retículo Liberación de calcio Aumento del calcio libre citoplasmático G q Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 13 La interconexión de todas estas vías opera como una red intracelular coordinada.

Las cascadas de segundos mensajeros permiten una enorme amplificación de la señal: una sola molécula hormonal externa es capaz de generar miles de mensajeros citosólicos activos, modificando de forma potente la fisiología celular. COMPRUEBA 17 ¿Qué destinos moleculares siguen de forma inmediata los dos productos resultantes de la hidrólisis de PIP2? IDEAS CLAVE Las señales hidrosolubles requieren receptores integrales de membrana, mientras que las liposolubles acceden al citosol o núcleo. La subunidad estimula la adenilato ciclasa para elevar el AMPc y activar la cinasa PKA. La subunidad contrarresta a promoviendo la hidrólisis del AMPc mediante la activación de la fosfodiesterasa.

La fosfolipasa C hidroliza el fosfoinositol difosfato ( ) generando diacilglicerol (DAG) e inositol trifosfato ( ). El induce la liberación de desde el retículo endoplasmático liso, mientras que el DAG activa a la proteína cinasa C (PKC). COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 18. ¿Cuál es la función del intercambio de nucleótidos de guanina en las proteínas G heterotriméricas al unirse el ligando? 19. ¿Cómo se acoplan funcionalmente los dos mensajeros derivados de PIP2 durante la señalización celular? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 20. ¿Qué enzima hidroliza el AMP cíclico extinguiendo su actividad de segundo mensajero? 21.

¿Cuál es la diana directa del IP3 tras su generación citosólica? 22. ¿Qué componente lipídico de membrana escinde la fosfolipasa C en la vía Gq? G s G i G s PIP 2 IP 3 IP 3 Ca2+ Fosfolipasa C a) Proteína cinasa A b) Adenilato ciclasa c) Fosfodiesterasa d) Factores de transcripción nucleares a) Dominio catalítico de PKC b) Subunidades reguladoras de PKA c) Canales de calcio en el REL d) DAG a) Colesterol b) PIP2 c) Fosfatidilcolina d) Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 14 23. ¿Cómo activa el AMPc a la proteína cinasa A (PKA)?

3 Citoesqueleto y motilidad celular AL ACABAR SABRÁS Diferenciar la composición, polaridad y dependencia energética de actina, microtúbulos y filamentos intermedios. Explicar la inestabilidad dinámica y la función del centro organizador de microtúbulos mediada por tubulina gamma. Comparar los mecanismos de acción de las drogas antimitóticas sobre el huso de división. Identificar los distintos tipos de filamentos intermedios y su correlación como marcadores histológicos específicos. PIÉNSALO ANTES DE LEER 24 ¿Por qué un microtúbulo puede crecer de forma continua y de repente despolimerizarse en segundos?

El citoesqueleto es una red tridimensional de naturaleza proteica que carece de membrana y se distribuye por todo el citosol celular. Cumple funciones esenciales en la morfogénesis, el mantenimiento de la arquitectura tridimensional, la fijación y distribución de los orgánulos citoplasmáticos, el soporte estructural de la carioteca, el transporte intracelular, la motilidad, la citocinesis y la adhesión celular. Asimismo, constituye el soporte básico de estructuras estables especializadas como cilios y flagelos, y del aparato mitótico durante la división celular.

Microfilamentos de actina: ensamblaje y dinámica funcional Los microfilamentos están formados por monómeros de actina G (actina globular), la proteína más abundante del citoesqueleto. Al ensamblarse, esta proteína genera polímeros helicoidales denominados actina F (actina filamentosa). Estos filamentos presentan una clara polaridad intrínseca, diferenciándose un extremo positivo (+) y un extremo negativo (-). DEFINICIÓN La actina G es el monómero proteico globular soluble que, en presencia de ATP, se polimeriza para dar lugar a la actina F, la forma filamentosa estructurada con polaridad química definida.

Fosforilando sus residuos de tirosina a) Disociando subunidades reguladoras de las catalíticas b) Abriendo canales iónicos nucleares c) Uniéndose al dominio transmembrana d) Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 15 La polimerización es un proceso dependiente de ATP y transcurre en tres fases: la nucleación (formación inicial de pequeños trímeros de actina G), la polimerización o elongación activa, y el equilibrio en los extremos positivo y negativo. El complejo proteico ARP 2/3 actúa proporcionando sostén y estabilidad al extremo (-), desde donde promueve la nucleación. Los monómeros unidos a ATP tienen una alta afinidad por incorporarse, preferentemente por el extremo (+).

Tras su unión, los trímeros hidrolizan el nucleótido a ADP. En el extremo (+), la acumulación de subunidades con ATP genera un capuchón que previene la despolimerización, mientras que las regiones con ADP tienden a disociarse por el extremo (-), manteniendo un recambio continuo. Los microfilamentos se localizan principalmente debajo de la membrana plasmática integrando el córtex celular, aunque también existen microfilamentos transcelulares que cruzan el citoplasma interno.

Para cumplir sus funciones, se organizan en redes tridimensionales, haces paralelos y haces contráctiles mediante diversas proteínas asociadas: Vilina y fimbrina: forman puentes de entrecruzamiento que empaquetan los filamentos en haces paralelos muy compactos, como en las microvellosidades y estereocilios. Calmodulina: interviene en la regulación y unión de los filamentos entre sí en estas estructuras apicales. Miosina I: proteína motora implicada en el transporte vesicular y en la unión de los microfilamentos a la membrana celular.

Miosina II: motor contráctil fundamental que permite el deslizamiento de actina en la contracción muscular y la formación del anillo contráctil que estrangula el citoplasma durante la citocinesis (véase «Ciclo celular, mitosis y meiosis»). En la migración celular, los microfilamentos forman proyecciones dinámicas gracias a la polimerización en el frente de avance y a la retracción coordinada del polo posterior. Para traccionar el cuerpo celular se establecen contactos focales y fibras de estrés (haces de actina y miosina).

Asimismo, en los tejidos epiteliales los filamentos de actina se integran en uniones intercelulares (como las uniones oclusivas y uniones adherentes con cadherina, actinina y catenina) para sellar y mantener la cohesión de la capa celular impidiendo el paso paracelular no regulado. COMPRUEBA 25 ¿Por qué la hidrólisis de ATP condiciona la velocidad de despolimerización de los microfilamentos? Microtúbulos: ultraestructura, centrosoma e inestabilidad dinámica Los microtúbulos son cilindros huecos no ramificados con un diámetro externo de 25 nm.

Su pared está constituida invariablemente por 13 protofilamentos lineales dispuestos paralelamente, formados por heterodímeros de tubulina alfa y tubulina beta. La polimerización de la tubulina requiere GTP. Los heterodímeros asociados a GTP se ensamblan rápidamente en el extremo (+). A medida que avanza la elongación, el GTP unido a la tubulina beta se hidroliza a GDP. Si la velocidad de polimerización supera a la de hidrólisis, se conserva un casquete de GTP (CAP) que estabiliza el microtúbulo. Si el ritmo decae y se pierde dicho casquete, el extremo queda expuesto con dímeros-GDP inestables, provocando una rápida despolimerización y acortamiento catastrófico.

Este continuo cambio entre crecimiento y regresión se denomina inestabilidad dinámica. Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 16 DEFINICIÓN La inestabilidad dinámica es la alternancia espontánea y constante entre fases de polimerización rápida y de despolimerización brusca que experimentan los extremos de los microtúbulos, regulada por la presencia o pérdida del casquete protector de GTP. El extremo negativo (-) de los microtúbulos no se encuentra libre, sino anclado y estabilizado en el centro organizador de microtúbulos (COMT) o centrosoma. El centrosoma está compuesto por una matriz amorfa pericentriolar y un par de centríolos dispuestos perpendicularmente entre sí.

En dicha matriz se ubica la tubulina gamma, una variante molecular cuya función estriba en estabilizar el extremo negativo (-) y servir de molde de nucleación. ERROR FRECUENTE Confundir la ultraestructura de los centríolos y cuerpos basales con la del axonema. Los centríolos y cuerpos basales tienen un patrón de 9 tripletes periféricos sin microtúbulos centrales (9 + 0). En cambio, el axonema de cilios y flagelos móviles posee 9 dobletes periféricos y un par central (9 + 2). Un centríolo puede migrar a la membrana para constituir el cuerpo basal de un cilio, y a la inversa.

En células no divisoras (fase G0 o interfase), los microtúbulos irradian desde el centrosoma conformando una red de soporte y vías para el transporte intracelular mediado por proteínas motoras asociadas (MAPs motoras): Cinesina: proteína motora que transporta cargas hacia el extremo positivo (+), es decir, desde el interior celular hacia la periferia. Dineína: proteína motora retrógrada que desplaza vesículas hacia el extremo negativo (-), en dirección al centrosoma.

Microtúbulos mitóticos y drogas moduladoras Durante la división celular, los microtúbulos se reorganizan íntegramente formando el huso mitótico, clasificándose funcionalmente en tres conjuntos: La interferencia farmacológica sobre esta dinámica tiene aplicaciones clínicas antimitóticas directas, puesto que la célula no puede culminar la mitosis sin un huso funcional: Colchicina y colcemid: se unen a la tubulina libre e impiden la polimerización del microtúbulo. Vinblastina y vincristina: precipitan la tubulina libre en forma de agregados paracristalinos anormales, imposibilitando el correcto ensamblaje.

Taxol: se une al polímero estabilizándolo en exceso, impidiendo tanto la despolimerización como el remodelado dinámico celular. Microtúbulos cinetocóricos: contactan por su extremo (+) directamente con los cinetocoros de las cromátidas hermanas para dirigir su segregación hacia los polos. 1 Microtúbulos interpolares: se extienden desde polos opuestos sin anclarse a cromosomas, solapándose entre sí en la zona media celular para estabilizar y alargar el huso. 2 Microtúbulos astrales: irradian en todas direcciones desde el material pericentriolar hacia la periferia celular, anclando los polos a la corteza y posicionando el aparato acromático.

3 Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 17 COMPRUEBA 26 ¿Cuál es la diferencia de mecanismo de acción entre la colchicina y el taxol? Filamentos intermedios: organización y tipología tisular Los filamentos intermedios constituyen una familia polipeptídica heterogénea encargada primordialmente de conferir resistencia mecánica y estructural a los tejidos. A diferencia de la actina y los microtúbulos, carecen de polaridad y no intervienen en el transporte activo motorizado. Se asocian a uniones célula-célula en desmosomas (o macula adherens) y a uniones célula-matriz extracelular en hemidesmosomas. Su ensamblaje secuencial parte de cadenas polipeptídicas fibrosas monoméricas.

Dos monómeros se enrollan en un dímero paralelo. Dos dímeros se asocian de forma escalonada y antiparalela formando un tetrámero soluble desprovisto de polaridad. Los tetrámeros se unen longitudinalmente en protofilamentos, que a su vez se agrupan en protofibrillas antes de compactar el filamento intermedio maduro.

PROCESO Ensamblaje jerárquico de los filamentos intermedios Por su marcada especificidad y estabilidad, los filamentos intermedios actúan como marcadores celulares para identificar el origen embrionario y tisular en citopatología: Filamento intermedio Localización celular Compartimento Citoqueratinas Células epiteliales Citosólico Vimentina Células mesenquimáticas (fibroblastos, células endoteliales) Citosólico Desmina Células musculares (estriadas y lisas) Citosólico Neurofilamentos Células nerviosas (neuronas) Citosólico Lámina nuclear Carioteca de células eucariotas (cara interna) Nuclear Monómeros Polipéptidos fibrosos con dominio central helicoidal 1 Dímeros paralelos Dos monómeros alineados en el mismo sentido 2 Tetrámeros antiparalelos Asociación escalonada que neutraliza la polaridad 3 Protofilamentos Unión lineal longitudinal de sucesivos tetrámeros 4 Filamento maduro Empaquetamiento en protofibrillas resistentes de 10 nm 5 Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 18 La lámina nuclear es el único subtipo de distribución estrictamente nuclear.

Forma una red bidimensional adosada a la membrana nuclear interna que otorga soporte físico a la carioteca e interactúa directamente sirviendo de anclaje a la cromatina periférica condensada (heterocromatina). DEFINICIÓN La lámina nuclear es una estructura de filamentos intermedios situada en el nucleoplasma adyacente a la envoltura nuclear interna; aporta rigidez mecánica al núcleo y sirve de anclaje a la heterocromatina periférica. COMPRUEBA 27 ¿Por qué los filamentos intermedios carecen de polaridad química (+ y -)? IDEAS CLAVE Los microfilamentos de actina polarizados dependen de ATP y colaboran con miosinas I y II en la contracción, migración y citocinesis.

Los microtúbulos están compuestos por 13 protofilamentos de tubulina alfa y beta, con 25 nm de calibre externo. El extremo negativo de los microtúbulos está nucleado y estabilizado en el centrosoma mediante tubulina gamma. La inestabilidad dinámica microsecuencial radica en la ganancia o pérdida del casquete protector de GTP en el extremo positivo. Los filamentos intermedios no presentan polaridad al organizarse a partir de tetrámeros antiparalelos y ofrecen gran resistencia mecánica tisular. La lámina nuclear es el único filamento intermedio no citosólico, encargándose del soporte de la envoltura nuclear interna y la heterocromatina periférica. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 28.

¿Qué función mecánica concreta desempeña la tubulina gamma en el COMT? 29. ¿Cuál es la disposición de microtúbulos en un centríolo comparada con el axonema? 30. ¿Qué marcador tisular de filamento intermedio tipifica a las células de linaje mesenquimático? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 31. ¿Qué nucleótido requiere el ensamblaje de microfilamentos de actina? GTP a) ATP b) CTP c) UTP d) Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 19 32. ¿Qué componente celular está compuesto por microtúbulos con simetría 9 + 0? 33. ¿Qué fármaco actúa impidiendo tanto el ensamblaje como la despolimerización de microtúbulos? 34.

¿Qué filamento intermedio se ubica en el compartimento nuclear fijando la heterocromatina? 4 Sistema de endomembranas y tráfico vesicular AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las funciones estructurales y biosintéticas del retículo endoplasmático rugoso y liso. Explicar el papel del dolicol y la glucosiltransferasa en la N-glicosilación proteica inicial. Relacionar los tipos de cubiertas proteicas vesiculares (COP I, COP II y clatrina) con su ruta de tráfico intracelular. Distinguir los mecanismos de reconocimiento molecular SNARE y las diferentes clases de lisosomas según su origen funcional.

PIÉNSALO ANTES DE LEER 35 ¿Por qué las enzimas digestivas de los lisosomas no destruyen el citoplasma si una vesícula se rompe de forma accidental? Organización del sistema de endomembranas El sistema de endomembranas comprende un conjunto integrado de cavidades cerradas limitadas por membranas celulares. Estos compartimentos incluyen túbulos, cisternas, sáculos aplanados y vesículas esféricas. Todos ellos contienen una fase acuosa interna denominada lumen o luz. Este sistema engloba la carioteca o envoltura nuclear, el retículo endoplasmático rugoso (REG), el retículo endoplasmático liso (REL), el aparato de Golgi, los endosomas y los lisosomas.

Su función primordial radica en la biosíntesis coordinada, maduración, transporte vesicular e hidrólisis de macromoléculas hidrosolubles. Anillo contráctil a) Cuerpo basal b) Axonema ciliar c) Flagelo espermático d) Vinblastina a) Taxol b) Colcemid c) Colchicina d) Citoqueratina a) Desmina b) Vimentina c) Lámina nuclear d) Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 20 PROCESO Ruta biosintética-secretora anterógrada Retículo endoplasmático rugoso (REG) El retículo endoplasmático rugoso (REG) está formado por sacos aplanados y cisternas. Su membrana es una prolongación directa de la envoltura nuclear externa y comparte el mismo lumen que el REL.

Presenta ribosomas adosados en su cara citosólica gracias a proteínas receptoras transmembrana denominadas riboforinas. En los ribosomas del REG se sintetizan las proteínas no citosólicas. Estas incluyen las proteínas transmembrana, las destinadas a la secreción extracelular y las del propio sistema de endomembranas (como las enzimas de los lisosomas). Por el contrario, las proteínas del citosol, el núcleo, las mitocondrias y los peroxisomas se traducen en polirribosomas libres del citosol (véase «Traducción, plegamiento y direccionamiento de proteínas»). Una función decisiva del REG es la N-glicosilación inicial.

Este proceso consiste en la incorporación covalente de un oligosacárido a la cadena peptídica naciente mientras entra en el lumen. La enzima glucosiltransferasa toma un bloque de carbohidratos ensamblado previamente sobre un lípido especializado de la membrana llamado dolicol y lo transfiere a un residuo proteico específico. Esta modificación actúa como una etiqueta bioquímica para que la glicoproteína prosiga su transporte hacia el aparato de Golgi mediante vesículas procedentes de la zona de transición con el REL. COMPRUEBA 36 ¿Qué lípido de membrana transporta el bloque de carbohidratos en la N-glicosilación inicial?

Retículo endoplasmático liso (REL) El retículo endoplasmático liso (REL) carece de ribosomas y se organiza como una red intrincada de túbulos membranosos intercomunicados con el REG. Sus tareas fisiológicas no abarcan la síntesis proteica, sino funciones enzimáticas y homeostáticas esenciales: REG Síntesis proteica y N-glicosilación inicial acoplada a dolicol. 1 Vesícula COP II Transporte anterógrado desde el RE hacia la red cis-Golgi. 2 Aparato de Golgi O-glicosilación, modificación de azúcares y empaquetamiento terminal. 3 Vesícula de secreción Traslado hacia la membrana celular por vía constitutiva o regulada. 4 Membrana plasmática Fusión vesicular mediada por SNARE y liberación exocítica.

5 Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 21 Síntesis de lípidos: Produce fosfolípidos, triglicéridos y esteroides (en coordinación con las mitocondrias). Estos lípidos se forman en la cara citosólica de la membrana; para distribuirse hacia la hemicapa luminal, sufren movimientos de volteo o flip-flop (véase «Membranas biológicas — Estructura, composición y transporte»). Almacenamiento de calcio: Actúa como reservorio del intracelular. Este ion se acumula activamente gracias a una bomba de calcio en la membrana del retículo y se mantiene secuestrado en el lumen mediante la proteína de unión calsecuestrina.

Detoxificación: Degrada compuestos tóxicos tanto endógenos como exógenos mediante complejos enzimáticos dependientes de citocromos. El proceso incrementa la solubilidad en agua del tóxico mediante un doble mecanismo secuencial de oxidación y posterior conjugación. Metabolismo glucídico especializado: El hepatocito cuenta en el REL con la enzima glucosa-6- fosfatasa, la cual cataliza la desfosforilación de la glucosa-6-fosfato para posibilitar la salida de glucosa libre a la circulación. ERROR FRECUENTE Asumir que toda la glicosilación celular se produce de forma exclusiva en el aparato de Golgi es un fallo muy repetido en el examen.

Recuerda que la N-glicosilación inicial ocurre obligatoriamente en el REG mediante el dolicol y la glucosiltransferasa, mientras que la O-glicosilación y la maduración terminal del oligosacárido tienen lugar en el aparato de Golgi. Aparato de Golgi El aparato de Golgi se sitúa en las proximidades del núcleo y consta de una serie ordenada de sacos aplanados denominados cisternas. Muestra una clara polaridad morfofuncional compuesta por tres regiones consecutivas: Entre sus funciones químicas se encuentran la adición y remodelación de glúcidos en la O-glicosilación proteica, la síntesis de glicosaminoglicanos (GAG) y el ensamblado de proteoglicanos, los cuales hidratan la matriz extracelular.

En el Golgi también se realiza la sulfatación de GAG, que pueden clasificarse en no sulfatados (como el ácido hialurónico) o sulfatados (como el sulfato de heparán, queratán y dermatán). Finalmente, la red trans clasifica las proteínas según etiquetas moleculares intrínsecas hacia sus destinos precisos. COMPRUEBA 37 ¿En qué orden cronológico atraviesa una proteína secretora los compartimentos del aparato de Golgi? Ca2+ Red cis-Golgi: Es la cara de entrada orientada hacia el retículo endoplasmático. Recibe vesículas con proteínas y lípidos recién sintetizados procedentes del RE. 1 Cisternas intermedias: Compartimentos mediales donde ocurren transformaciones enzimáticas sucesivas.

2 Red trans-Golgi: Es la cara de salida orientada hacia la membrana plasmática. Clasifica y empaqueta las moléculas en vesículas que se dirigirán a los endosomas, los lisosomas o la superficie celular. 3 Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 22 Tráfico vesicular y complejo SNARE La comunicación entre los compartimentos del sistema de endomembranas se realiza mediante vesículas de transporte. Estas se originan por gemación desde una membrana donadora y viajan cargadas de solutos en su luz y lípidos o proteínas en su membrana.

Durante la gemación, las vesículas se revisten transitoriamente con cubiertas proteicas especializadas: Cubierta Ruta de transporte Dirección del tráfico COP II Desde el REG hacia la red cis del aparato de Golgi Anterógrado COP I Entre cisternas de Golgi o retorno desde el Golgi hacia el RE Retrógrado Clatrina Desde la red trans-Golgi hacia endosomas/lisosomas, y en endocitosis Doble (secreción y endocitosis) Para asegurar que una vesícula se fusione únicamente con su diana correcta, interviene la familia molecular de proteínas SNARE. La vesícula porta una proteína específica llamada v-SNARE, mientras que la membrana receptora exhibe una correspondiente t-SNARE.

La interacción física y el enrollamiento entre ambas proteínas fuerza el acercamiento de las dos bicapas y cataliza su fusión, evitando errores en la entrega de componentes. Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 23 ESQUEMA Variedades funcionales de lisosomas Exocitosis y endocitosis La secreción o exocitosis es la vía por la cual las macromoléculas hidrosolubles salen de la célula mediante fusión vesicular. Existen dos modalidades: Exocitosis constitutiva: Proceso constante en el que vesículas cargadas abandonan de forma continua la red trans-Golgi y se funden de inmediato con la membrana celular sin requerir señales añadidas.

Exocitosis regulada: Las vesículas se concentran como vesículas de almacenamiento cerca de la corteza celular y solo vacían su contenido cuando la célula percibe un estímulo externo específico. En sentido opuesto, la célula capta componentes extracelulares mediante endocitosis: Endocitosis por caveolas (inespecífica): Internalización continua de fluidos y solutos a través de microdominios de membrana ricos en esfingolípidos, colesterol y la proteína de andamiaje caveolina. Endocitosis mediada por receptor: Entrada selectiva acoplada a fositas cubiertas de clatrina. El ligando se une a su receptor de membrana, la fosita se invagina y forma una vesícula revestida.

Al desprenderse la cubierta proteica, la vesícula denudada se fusiona con el endosoma temprano.

Fagocitosis: Internalización de partículas voluminosas en células especializadas (como macrófagos) formando fagosomas gigantes que se fusionan de forma directa con los lisosomas para formar Lisosomas Organoides hidrolíticos con pH ácido 5,0 Lisosoma primario Dotación hidrolítica virgen sin actividad degradativa Lisosomas secundarios Estructuras activas en fases de degradación enzimática Heterolisosoma Digestión de material procedente de endocitosis Autofagosom Reciclaje de organelas envueltas por el REL Fagolisosoma Unión directa de fagosoma y lisosomas primarios Cuerpo residual Retención de desechos no digeribles Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 24 fagolisosomas.

Cuando una vesícula endocítica cruza el citoplasma desde el dominio basolateral hasta el polo apical sin verter su carga en los compartimentos endosómicos, el fenómeno se define como transcitosis (habitual en el epitelio del alvéolo mamario). COMPRUEBA 38 ¿Cuál es la función del complejo v-SNARE / t-SNARE durante el tráfico vesicular? Endosomas y sistema lisosomal Los endosomas son compartimentos intermedios situados funcionalmente entre el aparato de Golgi y la membrana celular. Poseen bombas de protones transmembrana impulsadas por ATP que acidifican gradualmente su interior.

Los endosomas tempranos se sitúan próximos a la membrana (pH aproximado de 6), donde el medio ácido induce la disociación entre los ligandos y sus receptores, permitiendo el reciclado de estos últimos. Los endosomas tardíos migran hacia el interior celular cerca del Golgi, reducen su pH a 5,5 y adquieren hidrolasas ácidas. Los lisosomas son organoides polimorfos con un pH marcadamente ácido ( ) sostenido por bombas de protones. Su matriz interna aloja hidrolasas ácidas óptimas a pH bajo: fosfatasas ácidas, proteasas, nucleasas, lipasas y glucosidasas.

Atendiendo a su estado fisiológico, se distinguen varios tipos: Lisosoma primario: Vesícula recién brotada del Golgi con dotación enzimática incompleta (suele contener menos de 20 tipos de hidrolasas) que todavía no ha participado en actividades digestivas. Heterolisosoma (vacuola digestiva): Formado por la fusión de un endosoma tardío con múltiples lisosomas primarios para digerir material captado del exterior. Autofagosoma o citolisosoma: Estructura donde fragmentos de membrana del REL envuelven organelos intracelulares envejecidos o dañados para fusionarse luego con lisosomas primarios y reciclarlos.

Fagolisosoma: Resultado de la unión directa entre un fagosoma grande y varios lisosomas primarios. Cuerpo residual: Lisosoma secundario que retiene restos moleculares no digeribles, característicos de células de larga vida como las neuronas y los miocitos cardíacos. pH 5,0 Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 25 IDEAS CLAVE El sistema de endomembranas interconecta dinámicamente la envoltura nuclear, el RE, el Golgi, los endosomas y los lisosomas a través del tráfico vesicular. La N-glicosilación proteica inicial tiene lugar en el REG transfiriendo oligosacáridos desde el dolicol mediante la glucosiltransferasa, mientras que la O-glicosilación ocurre en el aparato de Golgi.

El REL desempeña funciones no biosintéticas de proteínas: síntesis de lípidos, almacén de calcio con calsecuestrina, detoxificación por citocromos y desfosforilación de glucosa por la glucosa-6- fosfatasa. La especificidad del transporte por vesículas depende de cubiertas selectivas (COP I, COP II, clatrina) y de la unión entre v-SNARE y t-SNARE para consumar la fusión de membrana. El sistema lisosomal comprende hidrolasas ácidas (pH 5,0) encargadas de degradar sustratos endocitados (heterolisosomas), autofagocitados (citolisosomas) o fagocitados (fagolisosomas). COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 39.

¿En qué compartimento y mediante qué enzima se desfosforila la glucosa libre para su salida en los hepatocitos? 40. ¿Qué diferencia existe entre un lisosoma primario y un heterolisosoma? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 41. ¿Qué complejo proteico asegura que una vesícula se fusione únicamente con su membrana correcta? 42. ¿Qué cubierta vesicular media el transporte retrógrado desde el aparato de Golgi hacia el retículo endoplasmático? 43. ¿Dónde tiene lugar la N-glicosilación inicial de las proteínas del sistema secretor? 44. ¿Cómo se denomina el lisosoma secundario especializado en la degradación de organelos celulares envejecidos?

Caveolinas de superficie a) Pares v-SNARE y t-SNARE b) Calsecuestrinas de membrana c) Riboforinas d) COP I a) Caveolina b) Clatrina c) COP II d) En los endosomas tempranos a) En la red trans del Golgi b) En el lumen del REG c) En el citosol celular d) Endosoma primario a) Autofagosoma o citolisosoma b) Fagolisosoma c) Cuerpo residual d) Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 26 5 Bioenergética celular — Mitocondrias y peroxisomas AL ACABAR SABRÁS Diferenciar la composición y permeabilidad de la membrana mitocondrial externa e interna. Calcular el rendimiento de ATP teórico derivado de la degradación oxidativa total de una glucosa.

Explicar el mecanismo del gradiente electroquímico y la fosforilación oxidativa. Comparar las funciones oxidativas de mitocondrias y peroxisomas respecto al metabolismo lipídico. PIÉNSALO ANTES DE LEER 45 ¿Por qué respirar oxígeno permite extraer casi veinte veces más energía de un azúcar que los procesos fermentativos? Ultraestructura y compartimentación mitocondrial La mitocondria es un orgánulo semiautónomo delimitado por una envoltura de doble membrana concéntrica. Esta disposición define con precisión dos espacios anatómicos y funcionales: la cámara externa o espacio intermembrana y la cámara interna ocupada por la matriz mitocondrial.

En el citoplasma, las mitocondrias se desplazan coordinadas con elementos del citoesqueleto para posicionarse en los focos celulares con mayores requerimientos de energía. La membrana mitocondrial externa (MME) tiene un grosor aproximado de 6 a 7 nm. Posee proteínas transmembrana formadoras de canales acuosos denominadas porinas, las cuales permiten el paso pasivo y no selectivo de iones y metabolitos de hasta 5 kDa. Esta permeabilidad hace que la composición hidrosoluble del espacio intermembrana sea prácticamente equivalente a la del citosol, con una excepción crucial: alberga una elevada concentración de protones generada por el bombeo activo respiratorio.

La MME contiene receptores para la translocación de polipéptidos y la maquinaria molecular que regula los procesos de fusión y fisión. La membrana mitocondrial interna (MMI) presenta invaginaciones repliega hacia la matriz denominadas crestas mitocondriales, diseñadas para incrementar exponencialmente la superficie disponible para las reacciones bioenergéticas. A diferencia de la externa, la MMI carece de porinas y es sumamente impermeable al paso de iones. Esta propiedad se debe a su elevada proporción lipídica de cardiolipina, un fosfolípido doble característico de las membranas plasmáticas bacterianas procariontes.

La MMI exhibe una marcada asimetría y alberga el complejo multienzimático de la cadena respiratoria y la maquinaria de síntesis de ATP. DEFINICIÓN Un mitoplasto es una estructura mitocondrial desprovista experimentalmente de su membrana externa mediante lisis osmótica o detergentes suaves. El mitoplasto conserva intactas la MMI y la matriz, manteniendo operativa la respiración celular acoplada y la síntesis de ATP. Apuntes de Biología Celular y Genética: Guía de Repaso 27 COMPRUEBA 46 ¿Por qué la…