Comunicación Celular y Orgánulos Esenciales: Receptores, Ribosomas, Mitocondrias y Plastos

Comunicación y Adhesión Celular

Las células que necesitan relacionarse entre sí deben hacerlo a través de la membrana plasmática. Para ello, utilizan receptores de membrana, es decir, moléculas presentes en la membrana (generalmente proteínas) capaces de reaccionar con ciertas sustancias del exterior que portan algún tipo de mensaje destinado a ellas. Para que el “mensaje” de la sustancia externa ingrese en la célula, no es necesario que la molécula externa entre físicamente; esto ocurre mediante el proceso denominado transducción de señal. La señal es recibida en el interior sin que la molécula mensajera cruce la membrana. La unión entre el mensaje químico externo y el receptor de membrana determina la generación de una señal intracelular, que supone el desencadenamiento de la reacción pretendida en la célula.

Uniones Celulares

En el caso de las células animales, los mecanismos de unión y comunicación entre células son fundamentales. Existen tres tipos principales de uniones celulares:

• Uniones estrechas (ocluyentes): Sellan el espacio entre células epiteliales, impidiendo el paso de moléculas.
• Uniones en hendidura (comunicantes o gap): Permiten el paso directo de iones y pequeñas moléculas entre células adyacentes.
• Uniones de anclaje (adherentes y desmosomas): Proporcionan resistencia mecánica a los tejidos uniendo los citoesqueletos de células vecinas o la célula a la matriz extracelular.

Ribosomas

Los ribosomas son partículas compactas sin membranas, con forma aproximadamente esférica, presentes en número variable (pero muy alto: entre miles y varios millones por célula). Existen también en las células procariotas, aunque son más pequeños. Se diferencian por su coeficiente de sedimentación:

• Ribosomas 80S: Se encuentran en el citoplasma de las células eucariotas.
• Ribosomas 70S: Característicos de las células procariotas, y también presentes en mitocondrias y plastos de eucariotas.

En la célula eucariota, los ribosomas 80S pueden aparecer en distintas localizaciones:

1. Libres en el citoplasma.
2. Adheridos a la membrana externa del retículo endoplásmico rugoso.
3. Adheridos a la membrana externa de la envoltura nuclear.
4. En el interior de mitocondrias y plastos (estos ribosomas son 70S, lo cual es una prueba a favor de la teoría endosimbiótica).

En ocasiones, los ribosomas aparecen en hileras o rosarios denominados polisomas o polirribosomas: varios ribosomas que están traduciendo simultáneamente la misma molécula de ARN mensajero (ARNm).

Composición de los Ribosomas

Están constituidos por ARN ribosómico (ARNr) y proteínas ribosomales.

Estructura de los Ribosomas

Todos los ribosomas están formados por dos subunidades, una mayor y una menor, separadas por una hendidura transversal. Estas subunidades pueden unirse o desacoplarse según la fase de la síntesis proteica.

Mitocondrias

Las mitocondrias son orgánulos celulares presentes en prácticamente todas las células eucariotas aerobias. Están implicadas en la mayor parte de las reacciones oxidativas celulares (respiración celular) y obtienen de ellas energía que almacenan sintetizando ATP (adenosín trifosfato). Se suelen representar como cilindros alargados, aunque su forma puede variar. El número de mitocondrias por célula es muy variable, dependiendo de las necesidades energéticas de la misma. El conjunto de todas las mitocondrias de una célula se denomina condrioma.

Estructura de las Mitocondrias

Poseen dos membranas con composición y características diferentes:

1. Membrana Externa: Su composición de lípidos y proteínas es similar a la de otras membranas celulares. Es bastante permeable debido a la presencia de porinas.
2. Membrana Interna: Muy rica en proteínas (incluyendo los componentes de la cadena de transporte de electrones y la ATP sintasa) y con una elevada impermeabilidad a iones y moléculas pequeñas (debido al lípido cardiolipina). Esta membrana interna ejerce un control selectivo del paso de sustancias hacia la matriz. Presenta numerosos repliegues hacia el interior, denominados crestas mitocondriales, que aumentan enormemente su superficie. En la cara matricial de la membrana interna se observan pequeñas esferas con un pedúnculo, los complejos enzimáticos ATPasa (o ATP sintasa), responsables de la síntesis de ATP.

Estas membranas delimitan dos compartimentos interiores:

1. Espacio Intermembranoso (o cámara externa): Relleno de un líquido con una composición similar al citosol en cuanto a iones y pequeñas moléculas, pero con proteínas específicas (como enzimas quinasas).
2. Matriz Mitocondrial (o cámara interna): Es una solución acuosa densa que contiene:

• Moléculas de ADN circular propio (ADN mitocondrial).
• Moléculas de ARN (ARNm, ARNt, ARNr).
• Ribosomas propios (70S, similares a los de las bacterias).
• Enzimas implicadas en la replicación, transcripción y traducción del ADN mitocondrial, así como las enzimas del ciclo de Krebs y de la β-oxidación de los ácidos grasos.

Plastos o Plastidios

Los plastos o plastidios son orgánulos que aparecen exclusivamente en las células vegetales y en algunos protistas (como las algas). Presentan formas variables y poseen una doble membrana (envoltura). Dependiendo del tipo de tejido celular y de su función, existen varios tipos:

Tipos de Plastos

1. Leucoplastos: Son plastos no pigmentados (sin color). Se especializan en almacenar sustancias de reserva, como almidón (amiloplastos), lípidos (oleoplastos) o proteínas (proteinoplastos).
2. Cromoplastos: Contienen pigmentos carotenoides (no fotosintéticos), que son los que dan color amarillo, naranja o rojo a estructuras como frutos, flores y raíces (ej. zanahoria).
3. Cloroplastos: Son el tipo de plasto más conocido, especializado en la fotosíntesis. Contienen pigmentos fotosintéticos, principalmente clorofila (verde) y carotenoides.

Cloroplastos

Poseen una doble membrana (envoltura) que delimita un espacio interior denominado estroma. La envoltura tiene características diferentes en cada membrana (la externa es más permeable que la interna, que contiene transportadores específicos).

El estroma alberga aproximadamente la mitad de todas las proteínas del cloroplasto. Contiene:

• ADN propio (ADN cloroplástico, circular).
• ARN.
• Ribosomas propios (70S).
• Enzimas implicadas en la replicación, transcripción y traducción del ADN cloroplástico, y las enzimas del ciclo de Calvin (fase oscura de la fotosíntesis).

Dentro del estroma se encuentra un complejo sistema de membranas internas formado por sacos aplanados llamados tilacoides. Algunos tilacoides aparecen apilados formando estructuras denominadas grana (plural de granum), mientras que otros, llamados lamelas o tilacoides del estroma, conectan diferentes grana entre sí. La membrana del tilacoide es rica en proteínas y lípidos específicos, y contiene los pigmentos fotosintéticos y los componentes de la cadena de transporte de electrones fotosintética.

Funciones de los Cloroplastos

1. Fotosíntesis: Es su función principal. La fase luminosa (captura de energía lumínica y producción de ATP y NADPH) se realiza en la membrana de los tilacoides, mientras que la fase oscura (fijación de CO2 y síntesis de glúcidos mediante el ciclo de Calvin) ocurre en el estroma.
2. Fotorrespiración: Un proceso metabólico que ocurre en presencia de luz y altas concentraciones de O2, derivado de la doble actividad (carboxilasa/oxigenasa) de la enzima RuBisCO del ciclo de Calvin.
3. Otras funciones: Además, en los cloroplastos se realizan la síntesis de algunos aminoácidos y ácidos grasos, la reducción de nitratos y nitritos a amonio, y los procesos de replicación, transcripción y traducción de su propio material genético.