Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas

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APUNTES BIOLOGÍA CELULAR Grado en Odontología Universidad de Barcelona AprenAI 2026-2027 Domina la estructura celular, fluidez de membrana, transporte vesicular, retículo endoplásmico, Golgi, lisosomas y endocitosis para Biología Celular. APREN.AI Índice 1 Modelos experimentales y métodos de estudio en biología celular 1. Organización estructural: células procariotas frente a eucariotas 2. Organismos modelo en la investigación celular 3. Técnicas de microscopía y visualización celular 4. Cultivo celular in vitro: primarios frente a líneas continuas 5. Aplicaciones biomédicas: modelos de diferenciación muscular 6.

Fraccionamiento celular y centrifugación diferencial 2 Compartimentación intracelular, equivalencia topológica y señales de direccionamiento Compartimentación en la célula eucariota Origen evolutivo y relaciones de equivalencia topológica Mecanismos de tráfico intracelular de proteínas Señales de clasificación molecular y patología médica Membrana plasmática 3 Organización lipídica, fluidez y microdominios Composición molecular y asimetría lipídica Dinámica de la bicapa y transporte transversal Factores que modulan la fluidez y efecto del colesterol Autoensamblaje anfipático y aplicaciones biomédicas Balsas lipídicas (lipid rafts) 4 Proteínas de membrana, polaridad celular y glucocáliz Tipología de asociación proteica a la bicapa lipídica Clasificación funcional de las proteínas de membrana Polarización celular y restricción de la difusión lateral El glucocáliz: arquitectura glucídica y funciones Bases moleculares del sistema de antígenos eritrocitarios ABO Retículo endoplasmático rugoso 5 Translocación cotraduccional y N-glucosilación 1.

Organización estructural del RER, microsomas y la vía secretora 2. Destinos de síntesis y maquinaria de translocación cotraduccional 3. Procesamiento en el translocón e inserción de proteínas transmembrana 4.

Mecanismo de N-glucosilación cotranslocacional 6 Plegamiento, control de calidad y degradación ERAD Chaperonas moleculares y prevención de la agregación hidrofóbica Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 1 El ciclo de la calnexina y el control de calidad glucídico Degradación asociada al retículo endoplásmico (ERAD) y proteólisis citosólica Fisiopatología del estrés de retículo y el paradigma de la mutación CFTR 7 Retículo endoplasmático liso — Funciones metabólicas especializadas Morfología y especialización tisular del retículo endoplasmático liso Biosíntesis de lípidos de membrana y simetría bicapa Desintoxicación de xenobióticos y sistema del citocromo P450 Metabolismo glucídico y liberación sistémica de glucosa Homeostasis de calcio y el retículo sarcoplasmático 8 Aparato de Golgi — Estructura compartimentada y procesamiento de glucoproteínas Organización estructural y polaridad del dictiosoma Dinámica de transporte: modelo de maduración de cisternas Procesamiento secuencial de glucoproteínas y O-glucosilación Citoquímica y marcadores enzimáticos del dictiosoma 9 Tráfico vesicular — Cubiertas COPI, COPII, clatrina y reciclaje retrógrado KDEL Principios del tráfico vesicular y tipos de cubiertas proteicas Citoesqueleto en el flujo vesicular y alteración farmacológica Vía retrógrada y circuito de rescate mediado por KDEL Rutas de salida desde la red trans-Golgi: secreción y clatrina 10 Rutas de exocitosis — Secreción constitutiva, secreción regulada y polarización Clasificación y bifurcación de rutas en la red trans-Golgi (TGN) Exocitosis constitutiva: renovación y aporte basal Biogénesis y maduración de los gránulos de secreción regulada Mecanismos de activación: transducción de señales y flujo de calcio Fisiología de la secreción polarizada y localizada 11 Lisosomas — Biogénesis, hidrolasas ácidas y patología del almacenamiento Organización estructural y microambiente ácido lisosómico Biogénesis y tráfico vesicular de las hidrolasas ácidas Heterogeneidad morfológica y vías de convergencia lisosómica Patología del almacenamiento lisosómico (LSD) Terapia de reemplazo enzimático (ERT) y barrera hematoencefálica 12 Vías de degradación endocelular — Autofagia y fagocitosis Vías convergentes de degradación lisosómica Macroautofagia celular y reciclaje de orgánulos Relevancia fisiológica y patológica de la autofagia Fagocitosis profesional y opsonización inmunitaria Formación secuencial del fagolisosoma Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 2 13 Sistema endocítico — Endocitosis mediada por receptor, tráfico endosomal y transcitosis Modalidades de entrada: clasificación de las vías endocíticas Maquinaria molecular de la endocitosis mediada por clatrina Compartimentos del sistema endosomal: maduración y acidificación progresiva Rutas post-endocíticas de receptores: reciclaje frente a degradación lisosómica Transcitosis y movilización regulada desde endosomas de reciclaje 14 Resumen para repasar Modelos, métodos y compartimentación celular Membrana plasmática Retículo endoplásmico rugoso y liso Aparato de Golgi, tráfico vesicular y exocitosis Lisosomas y sistema endocítico 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: Membranas y Endomembranas 3 1 Modelos experimentales y métodos de estudio en biología celular AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las características estructurales entre células procariotas y eucariotas en micrografías electrónicas. Comparar las ventajas y limitaciones de los cultivos primarios respecto a las líneas celulares inmortalizadas. Determinar la secuencia de sedimentación de orgánulos celulares en un protocolo de centrifugación diferencial.

PIÉNSALO ANTES DE LEER 1 ¿Por qué un orgánulo como el núcleo precipita a baja velocidad mientras que los ribosomas requieren ultracentrifugación? La biología celular investiga la estructura y el funcionamiento de las unidades vivas empleando sistemas modelo representativos y técnicas analíticas complementarias. Para comprender estos procesos, resulta imprescindible partir de la organización biológica básica y dominar las herramientas de observación, cultivo y separación subcelular. ESQUEMA Modelos y métodos en biología celular 1. Organización estructural: células procariotas frente a eucariotas La arquitectura interna define la gran división de los seres vivos.

Las células procariotas presentan un diseño simplificado: su diámetro ronda típicamente 1 µm, carecen por completo de envoltura nuclear y albergan un único cromosoma circular disperso en el citoplasma. Su interior no contiene orgánulos membranosos, aunque exhibe una alta concentración de ribosomas dedicados a la síntesis proteica. Modelos biológicos Procariotas, levaduras y metazoos Microscopía Óptica, electrónica e inmunofluorescencia Cultivos celulares Primarios y líneas continuas Fraccionamiento Aislamiento por centrifugación diferencial Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 4 Por el contrario, las células eucariotas poseen un diámetro habitual de 10 a 100 µm.

Su material genético está estructurado en cromosomas lineales dentro de un núcleo delimitado por membrana, y disponen de un elaborado sistema de endomembranas (para su estudio detallado, véase «Compartimentación intracelular, equivalencia topológica y señales de direccionamiento»). Micrografía electrónica de transmisión de bacteria con nucleoide y pared. En la microscopía electrónica de transmisión (MET), las imágenes se forman a partir del paso de un haz de electrones a través de la muestra, generando tonalidades en escala de grises.

Las regiones electrodenso impiden el paso de electrones y se observan oscuras (como las agrupaciones de ribosomas), mientras que las zonas menos densas, como el nucleoide con ADN bacteriano, permiten una mayor transmisión del haz y se aprecian claras. Parámetro Célula procariota Célula eucariota Diámetro medio Alrededor de 1 µm 10 a 100 µm Envoltura nuclear Ausente (región nucleoide) Presente (núcleo verdadero) Genoma Cromosoma único circular Múltiples cromosomas lineales Endomembranas Ausentes Presentes (retículo, Golgi, orgánulos) COMPRUEBA 2 ¿Por qué el ADN de una bacteria aparece más claro que los ribosomas en una micrografía electrónica de transmisión?

Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 5 2. Organismos modelo en la investigación celular Para descifrar los mecanismos biológicos universales se seleccionan especies con ventajas de manipulación, ciclos de vida cortos y genomas accesibles: Escherichia coli: bacteria con un tiempo de duplicación de 20 a 60 minutos, ideal para dilucidar vías metabólicas elementales y genética procariota. Saccharomyces cerevisiae: levadura que actúa como eucariota unicelular básico; se replica cada dos horas y comparte mecanismos celulares clave con células humanas.

Arabidopsis thaliana: crucífera de rápido crecimiento utilizada en genética vegetal, desarrollo, floración, fructificación e inserción de genes por vectores virales. Caenorhabditis elegans: nematodo transparente idóneo para rastrear el desarrollo embrionario celular y analizar mutaciones del sistema nervioso. Drosophila melanogaster: mosca indispensable en estudios genéticos debido a su rápida descendencia y facilidad para identificar fenotipos mutantes. Xenopus laevis y Danio rerio (pez cebra): modelos clásicos para la biología del desarrollo y la embriología.

Mus musculus (ratón): mamífero cuya proximidad filogenética y fisiológica con Homo sapiens lo convierte en el modelo estándar para estudios biomédicos y embriológicos. 3. Técnicas de microscopía y visualización celular Dado que las células vivas son prácticamente translúcidas, su estudio morfológico exige tinciones o sistemas ópticos especializados. La microscopía óptica ofrece un límite de resolución a partir de 0,2 µm, suficiente para observar tejidos y límites celulares.

La microscopía electrónica supera este límite y permite resolver la ultraestructura de los orgánulos: Microscopía electrónica de transmisión (MET): examina secciones ultrafinas para visualizar compartimentos internos como el retículo o el núcleo. Microscopía electrónica de barrido (MEB): analiza la superficie de la muestra generando imágenes tridimensionales de su relieve exterior. Microscopía de fluorescencia e inmunodetección: utiliza anticuerpos conjugados con fluorocromos dirigidos contra antígenos específicos (por ejemplo, verde para microtúbulos y rojo para centrómeros), o fluoróforos directos como el DAPI, que tiñe selectivamente el ADN.

La lámpara emite longitudes de onda concretas que excitan las moléculas marcadas. En células vivas, se acoplan proteínas quiméricas como la proteína fluorescente verde (GFP, de Aequorea victoria) o variantes rojas a proteínas estructurales (actina o tubulina). Microscopía de contraste de fases: microscopio óptico invertido que permite observar cultivos celulares vivos adheridos sin necesidad de teñirlos ni fijarlos. COMPRUEBA 3 ¿Qué limitación fundamental comparten la microscopía óptica convencional fijada y la microscopía electrónica para el análisis dinámico celular? Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 6 4.

Cultivo celular in vitro: primarios frente a líneas continuas El cultivo de células requiere condiciones asépticas en una campana de flujo laminar, soportes plásticos esterilizados y un incubador regulado a 37 °C, 5 % de CO y 95 % de O con medios provistos de nutrientes, glucosa, hormonas y factores de crecimiento. DEFINICIÓN La inhibición por contacto es la detención fisiológica de la división mitótica que experimentan las células normales cuando alcanzan la confluencia formando una monocapa continua. Un cultivo celular primario proviene de la disgregación mecánica o enzimática de un tejido original.

Presenta un número restringido de duplicaciones (viabilidad acotada en torno a unos 7 días en placa sin subcultivo), sufre envejecimiento replicativo y detiene su división celular por inhibición por contacto al aproximarse al 90 % de confluencia. Para multiplicarlas, se tratan con tripsina para despegarlas y resembrarlas en placas nuevas. Por contraposición, una línea celular continua o inmortalizada (cuyo ejemplo histórico paradigmático es la línea humana HeLa, procedente de un carcinoma de cuello uterino) deriva con frecuencia de tejidos tumorales. Sus células proliferan de modo indefinido, carecen de inhibición por contacto y acumulan alteraciones génicas.

Característica Cultivo primario Línea celular inmortalizada Origen celular Tejido sano directamente aislado Tumores o células transformadas Capacidad proliferativa Limitada (envejecen) Ilimitada (inmortal) Inhibición por contacto Presente (monocapa) Ausente (sobrecrecimiento) Fidelidad fisiológica Muy alta respecto al organismo Modificada genéticamente ERROR FRECUENTE Asumir que los resultados obtenidos en líneas continuas inmortalizadas reproducen con total fidelidad el comportamiento de los tejidos sanos in vivo. Las líneas celulares han acumulado mutaciones y carecen de las señales sistémicas e interacciones paracrinas presentes en el organismo de tipo salvaje. 5.

Aplicaciones biomédicas: modelos de diferenciación muscular Los cultivos primarios permiten reproducir programas de diferenciación tisular humana que difieren en aspectos clave de los modelos roedores. En la musculatura esquelética adulta residen células satélite en estado quiescente. Tras una lesión miofibrilar, estas células proliferan y generan células precursoras mononucleadas llamadas mioblastos. En el cultivo in vitro a partir de una biopsia, los mioblastos proliferan de forma individualizada (fase de unos 15 días) y, al alcanzar confluencia, se fusionan entre sí para dar lugar a miotubos multinucleados alargados (alrededor de los 12 días de diferenciación).

Mediante electrodos acoplados al cultivo Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 7 primario, es posible emitir descargas eléctricas graduadas para desencadenar la contracción muscular de los miotubos y monitorizar su metabolismo dinámico a distintas velocidades. Asimismo, estos cultivos se usan para evaluar fármacos en miopatías o estudiar proteínas reguladoras del glucógeno muscular como la PTG, cuya sobreexpresión estimula la acumulación de reservas energéticas. 6. Fraccionamiento celular y centrifugación diferencial Para determinar las propiedades metabólicas o enzimáticas de los orgánulos sin los artefactos de la fijación microscópica, es obligatorio aislarlos físicamente.

El proceso parte de la homogeneización mecánica del tejido, que rompe la membrana plasmática manteniendo intactos los compartimentos internos. A continuación, el homogeneizado se somete a centrifugación diferencial, aplicando ciclos sucesivos de velocidad y fuerza centrífuga crecientes.

En cada paso, los componentes de mayor masa y densidad sedimentan en el fondo formando un precipitado o pellet, mientras que los elementos más ligeros permanecen en el sobrenadante y se transfieren al siguiente tubo: PROCESO Secuencia de la centrifugación diferencial Homogeneizado Ruptura de membrana plasmática 1 Sedimento nuclear Precipitación a baja velocidad 2 Mitocondrias y lisosomas Sedimentación a velocidad media 3 Microsomas y membranas Separación a alta velocidad 4 Ribosomas y citosol Ultracentrifugación final a 150.000 rpm 5 Baja velocidad: sedimentan las estructuras más masivas y densas, principalmente los núcleos celulares.

1 Velocidad media: tras recuperar el primer sobrenadante, sedimentan orgánulos como mitocondrias y lisosomas. 2 Alta velocidad: precipitan fragmentos de retículo endoplásmico y vesículas derivadas de la membrana plasmática (microsomas). 3 Ultracentrifugación: a velocidades extremas (hasta 150.000 rpm), sedimentan los ribosomas, quedando en la fase líquida soluble el citosol. 4 Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 8 COMPRUEBA 4 Si tras centrifugar un homogeneizado a baja velocidad se recoge el sedimento, ¿qué estructura celular predominará en esa fracción y por qué?

IDEAS CLAVE Las células procariotas carecen de núcleo y miden cerca de 1 µm, mientras que las eucariotas poseen núcleo, endomembranas y miden entre 10 y 100 µm. La elección del organismo modelo depende del proceso que se estudie: bacterias para vías simples, levaduras para funciones eucariotas y metazoos para desarrollo o genética. Los cultivos primarios conservan el estado fisiológico normal y presentan inhibición por contacto, a diferencia de las líneas continuas inmortalizadas como HeLa. La miogénesis in vitro permite monitorizar la fusión de mioblastos mononucleados en miotubos contráctiles para farmacología y estudios metabólicos.

La centrifugación diferencial separa orgánulos en orden decreciente de tamaño y densidad: núcleos, mitocondrias/lisosomas, retículo/membrana y finalmente ribosomas. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 5. ¿En qué orden sedimentan los orgánulos subcelulares durante una centrifugación diferencial? 6. ¿Qué diferencia esencial existe en la proliferación de un cultivo primario respecto a una línea celular continua al cubrir el fondo del recipiente? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 7. ¿Qué estructura celular sedimenta en el primer paso a menor velocidad en la centrifugación diferencial? 8. ¿Cuál es la característica definitoria de una línea celular continua como HeLa? 9.

¿Por qué Caenorhabditis elegans es especialmente útil en estudios de desarrollo? Retículo endoplasmático a) Núcleos celulares b) Ribosomas citosólicos c) Mitocondrias y lisosomas d) Capacidad proliferativa ilimitada a) Presencia de inhibición por contacto b) Origen en tejidos embrionarios sanos c) Pérdida total de material genético d) Por su transparencia corporal a) Por poseer células gigantes multinucleadas b) Por carecer por completo de ADN c) Por su cubierta calcificada opaca d) Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 9 10. ¿Qué proceso ocurre durante la miogénesis a partir de un cultivo primario muscular?

2 Compartimentación intracelular, equivalencia topológica y señales de direccionamiento AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las relaciones de equivalencia topológica entre los distintos compartimentos celulares y el espacio extracelular. Distinguir los tres mecanismos fundamentales del tráfico intracelular de proteínas. Comparar las secuencias señal lineales con las regiones señal conformacionales. Explicar las bases moleculares de la hiperoxaluria primaria tipo 1 asociada al mal direccionamiento proteico. PIÉNSALO ANTES DE LEER 11 ¿Por qué el contenido soluble de un lisosoma o de una vesícula secretora nunca entra en contacto con el citosol durante su transporte?

Compartimentación en la célula eucariota El incremento del tamaño celular durante la evolución planteó un problema físico insoslayable: el cociente superficie/volumen se reduce drásticamente al aumentar el radio. Para solventar este límite difusivo y multiplicar la superficie activa de membrana donde ocurren reacciones metabólicas complejas (como la síntesis de lípidos descrita en «Retículo endoplasmático liso — Funciones metabólicas especializadas»), la célula eucariota desarrolló la compartimentación intracelular.

Esta estrategia divide el citoplasma en microentornos aislados delimitados por bicapas lipídicas, garantizando que vías incompatibles transcurran en paralelo sin interferencia enzimática. Los miotubos se fragmentan en mioblastos a) Las células satélite se degradan b) El tejido pierde capacidad contráctil c) Los mioblastos se fusionan en miotubos d) Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 10 Esquema de la distribución de orgánulos en una célula eucariota compartimentada. La proporción cuantitativa de estos recintos varía según la función tisular.

En un hepatocito representativo, el citosol representa aproximadamente el 54% del volumen de la célula, mientras que el conjunto de los orgánulos engloba el 46% restante. Dentro de ese porcentaje membranoso, las mitocondrias ocupan cerca del 22%, el retículo endoplásmico rugoso (RER) un 9%, el complejo de retículo liso y aparato de Golgi un 6%, el núcleo un 6%, y los peroxisomas, lisosomas y endosomas cerca del 1% cada uno.

En cambio, si analizamos la superficie total de bicapa lipídica, la distribución cambia radicalmente: Compartimento membranoso Hepatocito hepático (% superficie total) Célula exocrina del páncreas (% superficie total) Membrana plasmática 2 % 5 % Retículo endoplásmico rugoso (RER) 35 % 60 % Retículo endoplásmico liso (REL) 16 % < 1 % Aparato de Golgi 7 % 10 % Membrana mitocondrial externa 7 % 4 % Membrana mitocondrial interna 32 % 17 % Nótese que la membrana del retículo endoplásmico representa cerca del 50-60% del total celular, mientras que la membrana plasmática solo abarca del 2 al 5%.

Esta enorme inversión estructural en el RER del páncreas exocrino refleja su intensa síntesis de enzimas digestivas, a diferencia del hepatocito, que requiere un amplio REL para el metabolismo de lípidos y abundantes crestas mitocondriales para sostener energéticamente sus rutas catabólicas. Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 11 COMPRUEBA 12 ¿Por qué la membrana plasmática representa un porcentaje tan bajo del total de membranas celulares frente al retículo endoplásmico? Origen evolutivo y relaciones de equivalencia topológica Para interpretar el tránsito entre compartimentos, se debe recurrir a la historia filogenética.

Según la teoría de Lynn Margulis, los orgánulos eucariotas surgieron por dos vías distintas: Esta divergencia evolutiva dicta el concepto de equivalencia topológica, que define qué regiones pueden comunicarse directamente mediante fusión y gemación de vesículas sin cruzar bicapas hidrofóbicas. Diagrama de relaciones topológicas y tráfico vesicular entre los compartimentos celulares. Bajo este criterio, el nucleoplasma y el citosol son espacios topológicamente equivalentes, pues los complejos de poro nuclear forman canales acuosos abiertos y continuos entre ambos.

Por su parte, la luz interna (lumen) del retículo endoplásmico, del aparato de Golgi, de los endosomas y de los lisosomas es topológicamente equivalente al espacio extracelular. Por esta razón, cuando una vesícula de secreción brota del Golgi y se fusiona con la membrana plasmática, su contenido soluble se descarga al medio externo sin franquear ninguna membrana biológica. Invaginación de la membrana plasmática: En un ancestro procariota anaerobio primitivo, pliegues internos de la membrana externa rodearon el material genético. Este proceso generó la envoltura nuclear de doble membrana (con poros) y las cisternas contiguas del retículo endoplásmico.

1 Endosimbiosis: Una célula procarionte ancestral fagocitó una eubacteria aeróbica sin digerirla. Dicha bacteria evolucionó hacia la mitocondria moderna, conservando su propio ADN circular bacteriano. Su membrana interna deriva de la membrana bacteriana original, mientras que la externa es homóloga a la vesícula de captación del hospedador.

2 Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 12 ESQUEMA Equivalencia topológica de los espacios celulares Espacio de origen Compartimento topológicamente equivalente Mecanismo de comunicación posible Citosol Nucleoplasma Difusión o transporte por poro nuclear Lumen del RE / Golgi Lumen de endosomas, lisosomas y medio extracelular Fusión y gemación vesicular (tráfico vesicular) Matriz mitocondrial Citosol bacteriano ancestral Translocación transmembrana específica (sin vesículas) ERROR FRECUENTE Nunca asumas que el transporte vesicular puede trasladar proteínas hacia el interior de la mitocondria o del núcleo.

Las vesículas solo pueden transferir componentes entre compartimentos topológicamente equivalentes (vía secretora y endocítica). El tráfico hacia la matriz mitocondrial o el estroma exige translocadores transmembrana específicos. COMPRUEBA 13 Si un dominio proteico queda expuesto hacia la luz del retículo endoplásmico, ¿hacia dónde quedará orientado al llegar a la membrana plasmática mediante transporte vesicular? Mecanismos de tráfico intracelular de proteínas Salvo las pocas proteínas codificadas en el genoma mitocondrial, casi todas las proteínas celulares inician su traducción en ribosomas libres del citosol.

Su destino final se alcanza mediante tres mecanismos físicos bien delimitados: Espacio citosólico Continuo a través de poros nucleares Citosol Fluido intracelular citoplasmático Nucleoplasma Medio interno del núcleo celular Espacio luminal y exterior Interconectado mediante vesículas Lumen RE y Golgi Vía biosintética y secretora Lumen endosomas y lisosomas Vía endocítica y degradativa Espacio extracelular Exterior de la membrana plasmática Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 13 Transporte regulado (o transporte por poro): Las moléculas fluyen entre el citosol y el núcleo a través de los complejos de poro nuclear.

Es un proceso selectivo que discrimina por tamaño y requiere gasto de energía en forma de ATP o GTP. Transporte transmembrana: Ocurre desde el citosol hacia el retículo endoplásmico, las mitocondrias o los peroxisomas. Las proteínas deben cruzar la bicapa utilizando transportadores proteicos específicos o translocadores de membrana. Transporte vesicular: Implica la deformación y escisión de una membrana (gemación) en un orgánulo donador para formar una vesícula cargada con solutos luminales y proteínas de membrana. Esta vesícula viaja por el citoplasma y experimenta un evento de fusión con el orgánulo diana.

PROCESO Mecanismos de transporte proteico celular 1 Traduc ción en riboso mas Síntesis proteica ini cial en el citosol 2 Reconoci miento de señal Identificación de se cuencias o regiones de clasificación 3 Vía de translocación Acceso por poro, transmembrana o en trada al RE 4 Tráfico ve sicular Gemación y fusión ve sicular hacia el des tino final COMPRUEBA 14 ¿En qué se diferencian el transporte transmembrana y el transporte vesicular a nivel de integridad de la membrana? Señales de clasificación molecular y patología médica La dirección de cada polipéptido depende de marcas intrínsecas reconocidas por receptores celulares de clasificación.

Günter Blobel recibió el Premio Nobel de Medicina en 1999 por descubrir estos códigos moleculares, conocidos como señales de clasificación. Si un polipéptido carece por completo de estas señales, permanece como proteína soluble en el citosol por ruta predeterminada por defecto. Esquema del reconocimiento de una secuencia señal en la proteína plegada. Existen dos variantes fundamentales de estas señales: Secuencia señal: Tramo continuo de aminoácidos en la estructura primaria del polipéptido (frecuentemente de 15 a 60 residuos). Suele situarse en el extremo amino-terminal (N-terminal) o Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 14 carboxi-terminal (C-terminal).

A menudo es eliminada tras la importación mediante una peptidasa señal (véase «Retículo endoplasmático rugoso — Translocación cotraduccional y N-glucosilación»). Región señal (parche conformacional): Conjunto de aminoácidos dispersos en la secuencia lineal que quedan yuxtapuestos y expuestos en la superficie únicamente cuando la proteína adopta su estructura terciaria nativa. No se eliminan tras el transporte.

Destino intracelular Naturaleza y posición de la señal Características químicas canónicas Núcleo celular Secuencia señal interna (NLS clásica) Rica en aminoácidos básicos cargados positivamente (Lys, Arg) Peroxisoma Secuencia C-terminal (PTS1) Tripéptido consenso Ser-Lys-Leu (SKL) Lumen del RE Secuencia N-terminal Segmento continuo de 5 a 10 aminoácidos hidrofóbicos Matriz mitocondrial Secuencia N-terminal anfipática Residuos con carga positiva alternados con hidrofóbicos Las secuencias señal son necesarias y suficientes para el direccionamiento.

En ingeniería genética, si se fusiona la señal NLS al gen de una enzima normalmente citosólica como la piruvato quinasa, la proteína de fusión resultante se redirige por completo hacia el interior del núcleo celular. Asimismo, las proteínas fluorescentes como la GFP se fusionan a señales de orgánulos diana para mapear su localización en células vivas. La alteración de un único aminoácido en estas señales acarrea graves consecuencias patológicas. Por ejemplo, en el antígeno T grande del virus SV40, la mutación puntual de una lisina crítica por una treonina en su secuencia NLS clásica bloquea su importación nuclear y la confina anormalmente en el citoplasma.

En el ámbito biomédico humano, la hiperoxaluria primaria tipo 1 es una enfermedad hereditaria originada por un defecto de clasificación: la enzima alanina-glioxilato aminotransferasa debe residir habitualmente en el peroxisoma. Determinadas mutaciones alteran su señalización generando una secuencia de importación mitocondrial; aunque la enzima retiene actividad catalítica completa, al localizarse en la mitocondria hepática en lugar del peroxisoma no puede metabolizar correctamente el glioxilato, lo que dispara los niveles de oxalato urinario y causa nefrolitiasis y cálculos biliares severos.

Otras dolencias, como ciertas hipercolesterolemias genéticas, se asocian a defectos en secuencias de tráfico. Paralelamente, la biotecnología aprovecha estos mecanismos para la producción de biofármacos: al sintetizar proteínas terapéuticas recombinantes (como la insulina, hormona de crecimiento o eritropoyetina) en biorreactores bacterianos o de levaduras, se les acoplan secuencias señal de secreción al medio. Esto permite que los microorganismos expulsen el fármaco directamente al sobrenadante, evitando la lisis y centrifugación invasiva del cultivo. COMPRUEBA 15 ¿Qué significa experimentalmente que una secuencia señal sea «necesaria y suficiente» para el transporte?

Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 15 IDEAS CLAVE La compartimentación celular incrementa la superficie membranosa disponible y segrega vías metabólicas incompatibles dentro de microentornos aislados. El nucleoplasma y el citosol son topológicamente equivalentes gracias a los complejos de poro, mientras que la luz del RE, Golgi y lisosomas equivale al exterior celular. El tráfico proteico se efectúa mediante transporte regulado por poro, transporte transmembrana mediado por translocadores o transporte vesicular entre compartimentos equivalentes.

Las señales de clasificación pueden ser secuencias continuas lineales (generalmente terminales) o regiones conformacionales formadas tras el plegamiento terciario. La mutación de un único aminoácido en una señal de clasificación puede redirigir erróneamente una enzima funcional y causar patologías graves como la hiperoxaluria primaria tipo 1. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 16. ¿Por qué el transporte vesicular es incapaz de transportar proteínas directamente al interior de la matriz mitocondrial? 17. ¿Qué alteración molecular explica la hiperoxaluria primaria hereditaria tipo 1? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 18.

¿Qué porcentaje aproximado de las membranas celulares totales representa el retículo endoplásmico? 19. ¿Qué compartimentos intracelulares son topológicamente equivalentes al citosol? 20. ¿Qué composición caracteriza canónicamente a la señal de importación peroxisómica PTS1?

Aproximadamente el 22 % a) Alrededor del 85 % b) Cerca del 50-60 % c) Del 2 al 5 % d) El lumen del retículo endoplásmico a) El espacio extracelular b) El nucleoplasma nuclear c) El interior del lisosoma d) Un residuo fosforilado en el carbono 6 a) Tripéptido C-terminal Ser-Lys-Leu b) 5 a 10 aminoácidos hidrofóbicos N-terminales c) Repeticiones ricas en aminoácidos ácidos d) Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 16 21. ¿Qué define funcionalmente a una región señal o parche conformacional frente a una secuencia señal?

Se escinde siempre por una peptidasa a) Se ubica únicamente en el extremo N-terminal b) Está formada por aminoácidos yuxtapuestos al plegarse c) Consiste exclusivamente en lípidos unidos d) Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 17 3 Organización lipídica, fluidez y microdominios AL ACABAR SABRÁS Diferenciar la composición lipídica de las caras externa y citosólica de la membrana. Explicar el efecto amortiguador del colesterol sobre la fluidez de membrana ante cambios térmicos. Distinguir el mecanismo y función de flipasas frente a escramblasas. Describir la organización molecular y relevancia biológica de las balsas lipídicas.

PIÉNSALO ANTES DE LEER 22 ¿Por qué las células que mueren por apoptosis son reconocidas por el sistema inmunitario sin derramar su contenido? La membrana plasmática define el límite celular y regula el intercambio con el medio extracelular. Singer y Nicolson propusieron en 1972 el modelo del mosaico fluido, describiendo la membrana como una disolución bidimensional constituida por una bicapa lipídica con proteínas intercaladas. Sus componentes interaccionan mediante fuerzas no covalentes, lo que otorga a la estructura un carácter dinámico y flexible.

Membrana plasmática 3 Organización lipídica, fluidez y microdominios 4 Proteínas de membrana, polaridad celular y glucocáliz Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 18 ESQUEMA Organización y funciones de la membrana Esta barrera lipídica presenta una permeabilidad selectiva condicionada por la hidrofobicidad del interior membranoso. Las moléculas hidrofóbicas pequeñas atraviesan la bicapa con facilidad. Los gases como el oxígeno o el dióxido de carbono difunden rápidamente, al igual que solutos apolares como el etanol. Las moléculas polares sin carga de pequeño tamaño, como el agua, la urea o el glicerol, presentan un paso moderado.

En cambio, los iones cargados y las moléculas polares grandes requieren transportadores específicos (véase «Membrana plasmática — Proteínas de membrana, polaridad celular y glucocáliz»). Esquema de las funciones de transporte y transducción de membrana. La arquitectura de la membrana varía según la función tisular. Se proyecta en cilios y flagelos móviles en el epitelio respiratorio, forma microvellosidades que expanden el área absortiva del enterocito y adquiere gran deformabilidad en los eritrocitos para circular por capilares estrechos sin lisarse.

Composición molecular y asimetría lipídica En peso seco, la membrana plasmática típica contiene aproximadamente un 50 % de lípidos y un 50 % de proteínas, a los que se asocian cadenas hidrocarbonadas.

Una célula típica contiene entre 500 y 1000 tipos diferentes de lípidos repartidos en tres clases principales: fosfolípidos, colesterol y Bicapa lipídica Matriz hidrofóbica bidimensional Lípidos mayoritarios Fosfolípidos, colesterol y glucolípidos Asimetría de monocapas Fosfatidilserina en cara citosólica Dinámica física Fluidez modulada por temperatura Difusión y transporte Movimiento lateral y flipasa con ATP Microdominios (rafts) Esfingolípidos y colesterol agrupados Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 19 glucolípidos. Estructura molecular de la fosfatidilcolina con doble enlace cis acodado. Los fosfolípidos son los lípidos más abundantes.

Su naturaleza es anfipática: presentan una cabeza polar hidrofílica (unida mediante un grupo fosfato a colina, etanolamina o serina) y dos colas apolares hidrofóbicas formadas por ácidos grasos. Cuando existe un doble enlace en configuración cis, la cadena alifática experimenta un acodamiento característico que altera el empaquetamiento molecular.

La distribución de lípidos entre ambas hemicapas es marcadamente asimétrica, como detalla la siguiente distribución porcentual: Lípido de membrana Monocapa externa (%) Monocapa citosólica (%) Fosfatidilcolina 90 10 Esfingomielina Mayoritaria Minoritaria Glucolípidos 100 0 Fosfatidiletanolamina 10 90 Fosfatidilserina 0 100 La fosfatidilserina se ubica estrictamente en la monocapa citosólica de las células viables, dotándola de carga neta negativa. En la apoptosis celular, esta asimetría se pierde: la fosfatidilserina se exterioriza hacia la superficie externa, actuando como señal fagocítica para los macrófagos inmunitarios.

Por su parte, los glucolípidos se exponen exclusivamente hacia el medio extracelular. Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 20 COMPRUEBA 23 ¿Qué repercusión inmunitaria tiene la traslocación de fosfatidilserina a la monocapa externa? Dinámica de la bicapa y transporte transversal Los lípidos no permanecen estáticos dentro de la membrana. Ejecutan tres tipos fundamentales de movimientos térmicos: Rotación: giro sobre el propio eje longitudinal de la molécula lipídica. Difusión lateral: desplazamiento en el plano de la monocapa a una velocidad de 1 micrómetro por segundo. Movimiento transversal (flip-flop): salto de una monocapa a la opuesta.

Ocurre muy raramente de forma espontánea (un evento cada varios días). Para transferir lípidos entre monocapas a velocidades compatibles con la vida, la célula dispone de enzimas especializadas. Durante la biosíntesis de lípidos (véase «Retículo endoplasmático liso — Funciones metabólicas especializadas»), los fosfolípidos se insertan en la cara citosólica. Las flipasas son translocasas específicas dependientes de ATP que devuelven selectivamente la fosfatidilserina y la fosfatidiletanolamina a la cara citosólica, sosteniendo la asimetría funcional.

En contraposición, las escramblasas son enzimas inespecíficas que mezclan fosfolípidos en ambas direcciones sin gasto energético directo, igualando la densidad de ambas monocapas durante el crecimiento de la membrana o activándose en la apoptosis. ERROR FRECUENTE Confundir flipasa y escramblasa cuesta puntos habituales en examen. La escramblasa actúa de forma inespecífica y no requiere ATP para redistribuir fosfolípidos al azar entre monocapas. La flipasa cataliza un transporte unidireccional y específico con consumo de ATP para mantener concentradas la fosfatidilserina y la fosfatidiletanolamina en la cara citoplásmica.

COMPRUEBA 24 ¿Por qué el movimiento de flip-flop espontáneo es termodinámicamente desfavorable sin translocasas? Factores que modulan la fluidez y efecto del colesterol La fluidez de la membrana determina la movilidad de receptores y la eficiencia de señalización. Tres factores controlan este estado físico: Longitud de las cadenas acilo: colas carbonadas más largas incrementan las fuerzas de van der Waals, favoreciendo el empaquetamiento y disminuyendo la fluidez. 1 Grado de insaturación: la presencia de dobles enlaces en configuración cis crea dobleces rígidos que dificultan la cristalización, incrementando la fluidez a igualdad de temperatura.

2 Efecto amortiguador bifásico del colesterol: actúa como estabilizador térmico homeostático. 3 Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 21 Diagrama de la intercalación del colesterol en la bicapa fosfolipídica. El colesterol consta de un grupo hidroxilo polar diminuto, un sistema rígido de cuatro anillos esteroides y una cadena hidrocarbonada corta apolar. Se intercala entre los fosfolípidos alineando su hidroxilo con las cabezas polares. A temperaturas fisiológicas elevadas, restringe el movimiento de las colas de ácidos grasos confiriendo rigidez y reduciendo la fluidez.

A bajas temperaturas, el colesterol impide que las cadenas alifáticas se asocien en fase de gel cristalino, impidiendo la congelación de la membrana. La composición lipídica también condiciona el espesor de la bicapa. Mientras que la membrana plasmática humana presenta un grosor promedio de 5 nanómetros, una bicapa pura de fosfatidilcolina mide 3,5 nm, una de fosfatidilcolina con colesterol alcanza 4,0 nm, y una combinación de esfingomielina con colesterol llega a 4,7 nm.

Asimismo, cada orgánulo posee una firma lipídica propia: la membrana mitocondrial interna destaca por su abundancia en cardiolipina, los lisosomas concentran esfingolípidos y la membrana plasmática posee la mayor densidad de colesterol. Autoensamblaje anfipático y aplicaciones biomédicas Debido al efecto hidrófobo en medio acuoso, las moléculas anfipáticas se autoensamblan espontáneamente. Los lípidos con una sola cola de ácido graso forman micelas cónicas de centro anhidro. En contraste, las especies cilíndricas con dos colas forman bicapas que se cierran sobre sí mismas dando lugar a liposomas, vesículas esféricas con un compartimento acuoso central.

Esta propiedad se aprovecha en la farmacología dirigida mediante formulaciones vehiculares: Fármacos hidrofílicos: se encapsulan en el lumen acuoso interior del liposoma. Fármacos hidrofóbicos: se disuelven intercalados dentro de la propia bicapa lipídica de la micela o liposoma. Los liposomas pueden fusionarse directamente con la membrana diana o internalizarse por endocitosis. Para lograr especificidad terapéutica en oncología (por ejemplo, en carcinomas mamarios), se funcionaliza la superficie externa del liposoma conjugando anticuerpos contra receptores de factores de crecimiento, minimizando la toxicidad sistémica.

Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 22 COMPRUEBA 25 ¿En qué compartimento de un liposoma transportador se alojaría un citostático hidrófilo y en cuál uno lipófilo? Balsas lipídicas (lipid rafts) Las balsas lipídicas son microdominios engrosados, ordenados y resistentes a detergentes no iónicos. Se encuentran compuestas por concentraciones elevadas de esfingolípidos, colesterol y proteínas con anclaje GPI. Poseen un empaquetamiento más denso y un grosor superior al del resto de la membrana.

PROCESO Señalización en balsas lipídicas 1 Balsa dis persa Microdominios enri quecidos en colesterol 2 Llegada de señal Reconocimiento de li gando por receptores 3 Coales cencia lateral Agrupamiento de do minios rafts 4 Amplifica ción Fosforilación y cas cada intracelular Estos dominios flotan lateralmente en la bicapa y funcionan como plataformas móviles de concentración molecular. En procesos metabólicos o inmunitarios, coordinan la transducción de señales acercando receptores con sus efectores intracelulares acoplados, multiplicando la velocidad y magnitud de la respuesta intracelular.

IDEAS CLAVE El modelo del mosaico fluido define la membrana plasmática como una disolución bidimensional anfipática con asimetría transversal entre monocapas. La fosfatidilserina reside exclusivamente en la cara citosólica y su exposición externa señala la célula para fagocitosis apoptótica. Las flipasas restablecen activamente la asimetría lipídica consumiendo ATP, mientras que las escramblasas redistribuyen fosfolípidos bidireccionalmente sin gasto energético. El colesterol ejerce un papel amortiguador: reduce la fluidez a temperaturas elevadas e impide el empaquetamiento cristalino a bajas temperaturas.

Las balsas lipídicas son microdominios enriquecidos en esfingolípidos y colesterol que concentran complejos de señalización celular. Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 23 COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 26. ¿Cuál es la función homeostática del colesterol frente a variaciones térmicas? 27. ¿Cómo se distribuyen los principales fosfolípidos entre las monocapas de la membrana celular? 28. ¿Qué diferencia estructural permite a los liposomas vehiculizar principios activos tanto hidrofílicos como lipofílicos?

MEMBRANA PLASMÁTICA 4 Proteínas de membrana, polaridad celular y glucocáliz AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las proteínas integrales de las periféricas según su modo de unión a la membrana. Explicar el papel de la polaridad celular y sus barreras en la función epitelial. Identificar los componentes y funciones biológicas del glucocáliz. Comparar los determinantes oligosacarídicos de los grupos sanguíneos del sistema ABO. PIÉNSALO ANTES DE LEER 29 ¿Por qué un glóbulo rojo del grupo O no provoca una reacción inmune hemolítica en receptores del grupo A o B?

Tipología de asociación proteica a la bicapa lipídica Mientras que la matriz de lípidos establece la barrera estructural básica de la membrana, las proteínas ejecutan casi todas sus actividades fisiológicas específicas. Estas proteínas se clasifican formalmente en dos grandes grupos según la naturaleza de su unión a la bicapa: proteínas integrales de membrana y proteínas periféricas de membrana. Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 24 Esquema de tipos de asociación de proteínas a la bicapa lipídica.

Las proteínas integrales se encuentran íntimamente asociadas a la membrana y solo pueden disociarse mediante tratamientos que desnaturalizan o rompen la bicapa, como los detergentes. Dentro de esta clase existen tres modalidades principales de inserción: Proteínas transmembrana: atraviesan de lado a lado la bicapa lipídica. Poseen dominios hidrofóbicos internos que contactan con las colas de ácidos grasos y dominios hidrofílicos expuestos a ambos lados acuosos. Pueden atravesar la membrana una sola vez (paso único o monopaso) o múltiples veces formando varias hélices alfa o barriles beta (multipaso).

Proteínas asociadas a una sola monocapa: se anclan parcialmente a la cara citosólica mediante una hélice alfa anfipática orientada paralelamente al plano de la membrana, sin llegar a cruzar hacia el espacio extracelular. Proteínas unidas covalentemente a lípidos: se unen a la membrana a través de una molécula lipídica. En la monocapa citosólica se ligan mediante una cola lipídica o ácido graso (monoacilo). En la monocapa extracelular se fijan a través de un anclaje glucosídico específico denominado anclaje GPI (glucosilfosfatidilinositol). Estas últimas se concentran preferentemente en microdominios ordenados (véase «Membrana plasmática — Organización lipídica, fluidez y microdominios»).

Por otro lado, las proteínas periféricas no penetran en el núcleo hidrofóbico. Se unen de manera débil y no covalente a la superficie de la membrana mediante interacciones electrostáticas o puentes de hidrógeno con las cabezas polares de los lípidos o, con mayor frecuencia, interaccionando directamente con dominios hidrofílicos de proteínas integrales.

Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 25 ESQUEMA Proteínas de membrana Clasificación funcional de las proteínas de membrana Desde una perspectiva operativa, las proteínas de membrana se dividen en cuatro categorías fundamentales según la tarea biofísica que desempeñan: Categoría Mecanismo de acción Ejemplos representativos Canales y transportadores Facilitan el paso selectivo de iones o moléculas hidrofílicas a través del núcleo lipídico impermeable. Bomba de Na /K (ATPasa), transportadores de glucosa. Conectores o adaptadores Anclan el citoesqueleto intracelular con macromoléculas de la matriz extracelular o células vecinas. Integrinas de adhesión.

Receptores Detectan ligandos específicos extracelulares y traducen la señal química al citosol generando una respuesta interna. Receptor de insulina, receptores de factores de crecimiento. Enzimas Catalizan reacciones metabólicas concretas directamente en la superficie membranosa. Adenilato ciclasa. COMPRUEBA 30 ¿Por qué una proteína unida mediante un anclaje GPI se clasifica como integral y no como periférica? Polarización celular y restricción de la difusión lateral La polarización celular es el proceso mediante el cual una célula genera dominios de membrana asimétricos con funciones bioquímicas distintas y segregadas.

Un ejemplo representativo es la neurona, donde el soma recibe estímulos y el axón libera neurotransmisores. Otro caso esencial es el epitelio intestinal. Proteínas integrales Interaccionan directamente con el núcleo hidrofóbico Transmembrana Atraviesan la bicapa (mono o multipaso) Asociadas a monocapa Hélice anfipática citosólica Ancladas a lípidos Enlace covalente a lípido o GPI Proteínas periféricas Unidas débilmente por enlaces no covalentes Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 26 En los enterocitos, la membrana plasmática se divide nítidamente en dos territorios especializados: Dominio apical: orientado hacia la luz intestinal.

Contiene microvellosidades y proteínas transportadoras encargadas de la captación y absorción de nutrientes. Dominio basolateral: orientado hacia el tejido conectivo y el torrente circulatorio. Contiene transportadores que transfieren los nutrientes absorbidos hacia la sangre. Para preservar esta especialización funcional, la célula necesita barreras moleculares entre ambos dominios. Sin ellas, las proteínas integrales difundirían libremente por el plano de la bicapa, homogeneizando su composición y anulando la capacidad de transporte vectorial del epitelio.

COMPRUEBA 31 ¿Qué consecuencia fisiológica inmediata tendría la pérdida de barreras entre los dominios apical y basolateral en el epitelio digestivo? El glucocáliz: arquitectura glucídica y funciones Aproximadamente entre el 2 % y el 10 % del peso de la membrana plasmática corresponde a hidratos de carbono. Cerca del 80 % de las proteínas de la membrana están modificadas como glucoproteínas. La casi totalidad de estos residuos glucídicos se proyecta exclusivamente hacia el medio extracelular, constituyendo una densa capa protectora conocida como glucocáliz.

DEFINICIÓN El glucocáliz es la cubierta extracelular formada por las cadenas de oligosacáridos unidas covalentemente a glucolípidos y glucoproteínas de la superficie celular. Los monosacáridos constituyentes más comunes en estas cadenas son la manosa, la glucosa, la galactosa, la N-acetilglucosamina, la N-acetilgalactosamina, la fucosa y el ácido siálico (ácido N- acetilneuramínico o NANA). En las glucoproteínas, estas cadenas se ensamblan covalentemente a cadenas laterales de residuos de aminoácidos concretos como serina y treonina (enlaces O- glucosídicos) o asparagina (enlaces N-glucosídicos; véase «Retículo endoplasmático rugoso — Translocación cotraduccional y N-glucosilación»).

Entre las funciones primordiales del glucocáliz destacan: Protección física y química: amortigua daños mecánicos y resguarda la membrana de agresiones enzimáticas o químicas (como el pH ácido del entorno intestinal). 1 Reconocimiento e histocompatibilidad: las cadenas oligosacarídicas actúan como marcadores de superficie celular que permiten la identificación entre células del sistema inmunitario. 2 Dianas de patógenos e infección: ciertos microorganismos utilizan componentes glucídicos específicos como receptores de anclaje para colonizar el tejido.

Por ejemplo, la toxina de la bacteria del cólera reconoce el gangliósido receptor GM en las células del epitelio digestivo para desencadenar la patología diarreica. 3 Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 27 ERROR FRECUENTE Confundir la orientación de los carbohidratos de la membrana. Ningún oligosacárido del glucocáliz apunta hacia el citosol; se sitúan rigurosamente en la superficie extracelular debido a la topología de síntesis del sistema de endomembranas.

Bases moleculares del sistema de antígenos eritrocitarios ABO La superficie de los eritrocitos humanos presenta cadenas cortas de oligosacáridos fijadas a lípidos o proteínas transmembrana que definen el sistema sanguíneo ABO. Los distintos antígenos comparten un oligosacárido núcleo común y se distinguen únicamente por la adición de un monosacárido terminal específico. Diagrama de los oligosacáridos terminales del sistema sanguíneo ABO. La arquitectura de este sistema molecular se fundamenta en las siguientes variantes: Sustancia H (Grupo O): representa el oligosacárido precursor basal compuesto por glucosa, galactosa, N-acetilglucosamina y una segunda galactosa ramificada con fucosa.

No posee ningún azúcar terminal adicional y constituye la base estructural común. Antígeno A (Grupo A): añade una N-acetilgalactosamina como azúcar terminal al residuo de galactosa de la sustancia H, mediante la acción de una enzima transferasa específica (GalNAc transferasa). Antígeno B (Grupo B): añade una galactosa como azúcar terminal sobre el mismo punto de la sustancia H, gracias a una transferasa homóloga alternativa (Gal transferasa). Grupo AB: expresa simultáneamente ambos azúcares terminales en la superficie de los eritrocitos.

Grupo sanguíneo Antígeno de membrana Azúcar terminal sobre sustancia H Respuesta frente a transfusiones A Antígeno A N-acetilgalactosamina Genera anticuerpos contra la galactosa terminal (anti-B). B Antígeno B Galactosa Genera anticuerpos contra la N- acetilgalactosamina terminal (anti-A). Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 28 Grupo sanguíneo Antígeno de membrana Azúcar terminal sobre sustancia H Respuesta frente a transfusiones O Sustancia H basal Ninguno (solo el precursor H) Genera anticuerpos tanto anti-A como anti-B. AB Antígenos A y B Ambos monómeros presentes No produce anticuerpos frente a A ni frente a B.

PROCESO Biosíntesis diferencial de antígenos ABO 1 Sustancia H (Grupo O) Oligosacárido basal con fucosa 2 Acción de glucosiltransfe rasas Adición enzimática específica 3 Antígeno A Adición de N- acetilgalactosamina 4 Antígeno B Adición de galactosa terminal COMPRUEBA 32 ¿Cuál es la diferencia molecular exacta entre el antígeno A y el antígeno B en la membrana del eritrocito? IDEAS CLAVE Las proteínas de membrana se organizan en integrales (transmembrana, asociadas a una monocapa o ancladas a lípidos como GPI) y periféricas (unidas no covalentemente a la superficie).

Funcionalmente, las proteínas actúan como transportadores o canales, adaptadores mecánicos, receptores de señalización y enzimas. La polarización celular delimita dominios apicales y basolaterales mediante barreras que impiden la mezcla por difusión lateral. El glucocáliz es una cubierta glucídica externa formada por glucoproteínas y glucolípidos que interviene en la protección física y el reconocimiento intercelular. El sistema de grupos sanguíneos ABO difiere en un solo monosacárido terminal: N- acetilgalactosamina en el antígeno A, galactosa en el antígeno B y solo la sustancia H en el grupo O. Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 29 COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 33.

¿Qué tipo de enlace fija a las proteínas con anclaje GPI a la membrana plasmática y en qué cara celular se exponen? 34. ¿Por qué un individuo del grupo O produce anticuerpos frente a la sangre de donantes del grupo A o del grupo B? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 35. ¿Qué modificación de los ácidos grasos disminuye la fluidez de una bicapa lipídica? 36. ¿Qué consecuencia fisiológica provoca la exteriorización de fosfatidilserina? 37. ¿Qué transporte lipídico transversal depende directamente de hidrólisis de ATP? 38. ¿Cuáles son los componentes distintivos de las balsas lipídicas (lipid rafts)? 39.

¿Qué tipo de proteína se une a la membrana mediante un enlace glucosilfosfatidilinositol (GPI)? 40. ¿Qué estructura celular impide que las proteínas del dominio apical se mezclen con el basolateral?

Aumento de instauraciones cis a) Acortamiento de las colas hidrocarbonadas b) Mayor longitud de cadenas saturadas c) Disminución del contenido en esfingolípidos d) Activación constitutiva de la escramblasa a) Aumento de la síntesis de colesterol b) Desencadenamiento de fagocitosis por apoptosis c) Apertura indiscriminada de canales de sodio d) Equilibrado pasivo por escramblasa a) Rotación sobre el eje molecular b) Translocación específica por flipasa c) Difusión lateral en el plano d) Fosfatidilserina y proteínas periféricas a) Esfingolípidos, colesterol y anclajes GPI b) Cardiolipina y transportadores GLUT c) Fosfatidilcolina y ácidos grasos cortos d) Proteína transmembrana de paso múltiple a) Proteína integral anclada a lípidos b) Proteína adaptadora del citoesqueleto c) Proteína periférica citosólica d) El glucocáliz extracelular a) Los anclajes de fosfatidilinositol b) Barreras proteicas de restricción c) Las balsas lipídicas d) Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 30 41.

¿Cuál es el monosacárido terminal diferencial del antígeno del grupo sanguíneo B? 42. ¿Qué aminoácidos de las proteínas se enlazan con oligosacáridos para formar glucoproteínas de membrana? Galactosa a) Fucosa b) N-acetilglucosamina c) N-acetilgalactosamina d) Leucina, isoleucina y valina a) Metionina, prolina y glicina b) Serina, treonina y asparagina c) Triptófano, fenilalanina y tirosina d) Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 31 5 Translocación cotraduccional y N-glucosilación AL ACABAR SABRÁS Distinguir las vías de síntesis citosólica y acoplada a membrana según el destino proteico.

Describir secuencialmente el mecanismo de translocación cotraduccional mediado por SRP y Sec61. Explicar la inserción de dominios transmembrana a través de secuencias de parada de transferencia. Detallar las fases de biosíntesis del precursor de N-glucosilación sobre dolicol fosfato. PIÉNSALO ANTES DE LEER 43 ¿Por qué un ribosoma que traduce una proteína secretora no concluye su síntesis en el citoplasma antes de entrar al retículo? El retículo endoplasmático rugoso (RER) constituye la puerta de entrada principal a la vía biosintética y secretora de la célula eucariota.

Su estructura en forma de sáculos aplanados interconectados y recubiertos de ribosomas le permite acoplar la síntesis proteica con la translocación hacia el lumen o la membrana, así como iniciar modificaciones covalentes fundamentales. Retículo endoplasmático rugoso 5 Translocación cotraduccional y N- glucosilación 6 Plegamiento, control de calidad y degradación ERAD Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 32 ESQUEMA Organización del sistema de endomembranas y tráfico 1.

Organización estructural del RER, microsomas y la vía secretora A nivel ultraestructural, el RER se organiza en una red de sáculos aplanados (cisternas) cuya superficie citosólica presenta ribosomas adheridos en zonas electrodensas. Esta disposición contrasta con los túbulos ramificados sin ribosomas propios del retículo endoplasmático liso (véase «Retículo endoplasmático liso — Funciones metabólicas especializadas»). Las células con alta actividad secretora, como las células pancreáticas exocrinas (productoras de enzimas digestivas) o endocrinas (productoras de insulina), presentan un RER notablemente desarrollado.

Cuando los tejidos se someten a homogeneización mecánica y fraccionamiento celular (véase «Modelos experimentales y métodos de estudio en biología celular»), las membranas del retículo se rompen y se sellan espontáneamente formando vesículas cerradas denominadas microsomas. Mediante centrifugación en gradiente de densidad, es posible separarlos con facilidad: los microsomas rugosos sedimentan a densidades mayores debido a la masa añadida de sus ribosomas, mientras que los microsomas lisos flotan a densidades menores.

La ruta intracelular de las proteínas sintetizadas en el RER fue demostrada históricamente mediante el clásico experimento de pulso y caza (pulse-chase) de George Palade en células acinares pancreáticas polarizadas: Pulso (3 minutos): incubación breve con aminoácidos radiactivos. El marcaje autoradiográfico se localiza casi exclusivamente en el RER. Caza temprana (7 minutos): sustitución por aminoácidos fríos no radiactivos. La señal se desplaza hacia el aparato de Golgi mediante vesículas de transporte.

Retículo Endoplasmático Puerta de entrada y biosíntesis RER: síntesis y N- glucosilación Translocón, ribosomas y adición de azúcares RER: plegamiento y ERAD Chaperonas y control de calidad REL: lípidos y detoxificación Metabolismo sin ribosomas Aparato de Golgi Maduración y clasificación de cargas Tráfico Vesicular Transporte mediado por cubiertas Destinos Finales Exocitosis o ruta lisosomal Apuntes de Biología Celular: Membranas y Endomembranas 33 Caza tardía (120 minutos): la radiactividad se concentra en las vesículas de secreción maduras antes de liberarse al exterior celular o incorporarse a la membrana plasmática.

COMPRUEBA 44 ¿Por qué los microsomas derivados del RER se sitúan en una fracción más densa que los del REL durante una centrifugación? 2. Destinos de síntesis y maquinaria de translocación cotraduccional En la célula existe un único fondo común o pool citosólico de…