lunes, 28 de noviembre de 2016

11 TRAFICO CELULAR VESICULAR

El tráfico de vesículas al interior de la célula animal involucra el movimiento de sustancias bioquímicas importantes desde sus lugares de síntesis, modificación, activación y empaquetado hacia sus blancos específicos de liberación al interior de la membrana celular. A pesar del tráfico, los organelos tienden a mantener sus áreas de fosfolípidos constante debido a un continuo reciclado de membranas, cuando unas vesículas se fusionan, otras se liberan, manteniendo un equilibrio dinámico de los organelos rodeados por membranas.

Si empleamos la analogía de la fábrica, las vesículas serian algo así como las plataformas de transporte de materiales en una línea de montaje, mientras que los rieles sobre los cuales van montadas dichas plataformas sería el citoesqueleto. Cada una de las zonas de ensamblaje principal de la fábrica vendría a ser algún Sistema de Membranas Internas, y las proteínas serian todos los trabajadores, herramientas y materiales a disposición de la fábrica para ser transformados.

Dado que las vesículas transportan las sustancias, hay que preguntarse la razón, ¿no sería más fácil liberar el contenido al citoplasma y esperar a que lleguen solas a su destino? Hay varias razones por las cuales esto no sucede, primero, el transporte de vesículas esta mediado por el citoesqueleto, que no solo las lleva a lugares concretos, también lo hace a grandes velocidades gracias a la acción de grúas moleculares miosina, dineina y quinesina, que se conocen vulgarmente como proteínas caminantes. Esto acelera la velocidad de transporte de una vesícula cientos o miles de veces. La otra razón es que muchas sustancias que transportan las vesículas son muy grandes y no pasarían por los mecanismos de transporte a través de membrana, o simplemente son toxicas y podrían autodestruir la célula.

Aunque antes se creía que los procariotas no tenían un Sistema de Trafico Vesicular, en la actualidad se reconoce la membrana externa de estos organismos producen microvesículas.

Referencias: (Black & Black, 2012; Karp, 2010, 2013; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014, 2008; Solomon et al., 2008; Tortora et al., 2010)

11.1 Tráfico intracelular

Al igual que el tráfico de cualquier mercancía, el tráfico de sustancias al interior de la célula se encuentra altamente regulado. Las vesículas funcionan como los conteiners que son llevados por barco, avión, tren o camión, de hecho esta analogía se extiende al sentido de que las vesículas deben ser transportadas por proteínas caminantes que se mueven a través de vías, las proteínas caminantes son las quinesinas y la dineina citoplasmática, mientras que las vías no son otra cosa que el propio citoesquelético. 


El sistema es tan análogo que incluso existen carriles de subido y de bajada especializados, evitando de esta forma que dos vesículas hagan un choque de trenes con sus respectivas proteínas caminantes. Sin embargo la mayoría de los esquemas del tráfico vesicular omiten a la proteína caminante y el citoesqueleto por razones de simplicidad en el modelo, además hablaremos de las proteínas camiantes con mayor profundidad cuando examinemos al citoesqueleto.

11.1.1 Fagocitosis

La fagocitosis se puede definir literalmente como un tipo de digestión interna por parte de una célula, y probablemente sea la primera digestión interna que existió. La fagocitosis es un proceso más complejo que la endocitosis aunque muchas veces empleamos estos dos términos de manera indiferenciada. Sin embargo la diferencia está en el tratamiento que recibe el material endocitado, en la fagocitosis en endosoma “llamado en este caso fagosoma” recibe un tratamiento más complejo, poco después de que el fagosoma ingresa a la célula este se fusiona con otra vesícula llamada lisosoma. Los lisosomas son vesículas que contienen las enzimas digestivas y otras sustancias químicas que degradan a la víctima. Cuando el fagosoma se fusiona con el lisosoma se forma un fagolisosoma, las enzimas digestivas y las otras sustancias químicas oxidantes empiezan a degradar a la víctima transformándola en sus componentes básicos.

Una vez se han degradado, los componentes básicos que se extraen de allí serán absorbidos por los mecanismos de transporte a través de membrana dependiendo de la naturaleza del nutriente liberado. Este modo de alimentación es muy común en los eucariortes de vida libre unicelulares como las amebas. En los eucariotes multicelulares, especialmente en los animales la fagocitosis cumple una función inmune más que de nutrición.

Muchas células del sistema inmune como los monocitos activados pueden fagocitar activamente a otras células para mantener seguro al organismo. Sin embargo a pesar de esta pequeña escala, la fagocitosis nos muestra todos los pasos que intervienen en una digestión interna: (1) captura de la presa en un compartimiento especializado; (2) digestión de la presa por parte de enzimas líticas y otras sustancias químicas oxidantes; (3) absorción de los nutrientes y procesamiento de estos integradolos a alguna ruta metabólica o bioquímica; (4) eliminación de los desechos que no fueron absorbidos. Aunque ya hemos hablado fuertemente de los puntos (2) enzimas líticas, (3) absorción y someramente del (1) captura “del cual se hablará más específicamente en ecología”. Aún no hemos hablado del (4) eliminación.

La eliminación es el proceso en el cual se desechan compuestos que no fueron absorbidos y que nunca fueron parte de las rutas metabólicas del ser vivo. Otro proceso parecido es el de excreción en el cual se desechan compuestos químicos que hicieron parte de las redes metabólicas y que potencialmente podrían detenerlas de mantenerse en el cuerpo.

En el modelo anterior podemos ver un resumen general del proceso, este esquema sirve para otros sistemas debido a que a nivel celular muchas funciones se realizan por mecanismos conservados evolutivamente. En este caso podemos ver: (1) el retículo endoplasmático rugoso donde se sintetizan enzimas y proteínas, en este caso enzimas digestivas, que luego (2) son trasportadas por vesículas al aparato de Golgi donde (3 y 4) son maduradas en sus formas activas, para (5) ser emitidas al medio externo, o fusionarse con otras vesículas para modificaciones secundarias y ser emitidas al medio externo (5b).

Por lo general la digestión enzimática empieza con (7) fagocitosis o endocitosis, la vesícula formada es enviada al aparato de Golgi directamente (7c) o fusionada a una vesícula que transporta las enzimas líticas (7a, 7b), los productos de la digestión se absorben por los mecanismos de transporte a través de membrana y los desechos eliminados (8).  Aunque estos dos procesos son semejantes no deben confundirse, la endocitosis crea un endosoma para partículas pequeñas y el fagosoma para partículas grandes, e incluso células.

Referencias: (Black & Black, 2012; Goodenough & McGuire, 2012; Karp, 2010, 2013; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014, 2008; Solomon et al., 2008; Tortora et al., 2010)

11.1.2 Endocitosis, fagocitocis y picnocitocis


La endocitosis es el proceso por el cual una célula cuya membrana externa es flexible rodea a otra partícula, puede ser otra célula u sustancia química, cuando termina de rodearla genera una vesícula interna llamada endosoma, siendo este proceso mediado por receptores o no. La endocitosis puede dividirse en tres categorías principales, la endocitosis no específica y la endocitosis específica y la fagocitocis. La endocitosis no específica también denominada pinocitosis engloba fluidos y todo material que se encuentre diluido en este.

La endocitosis específica también se denomina endocitosis mediada por receptores. En este caso la célula o partícula debe tener una serie de proteínas en si membrana que sirven como marcadores de reconocimiento. La célula que va a realizar la endocitosis también tiene otras  proteínas que sirven como reconocedores. Cuando ambos marcadores entran en contacto íntimo activan a la célula que realiza la endocitosis para iniciar el proceso.

La fagocitocis involucra la endocitocis de partículas muy grandes, del tamaño de células completas.

Independientemente del tipo de endocitosis, el resultado final es un endosoma, es decir una vesícula del sistema de membranas internas de la célula eucariota. Esta vesícula y su contenido pueden sufrir diferentes destinos dependiendo del contexto, ya sea en el sistema inmune, en la digestión celular o como una manipulación de endoparásitos para atacar a la célula.

Referencias: (Black & Black, 2012; Goodenough & McGuire, 2012; Karp, 2010, 2013; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014, 2008; Solomon et al., 2008; Tortora et al., 2010)

11.1.3 Exocitosis

La fusión de una vesícula de transporte con la membrana externa y la subsecuente descarga de su contenido se denomina exocitosis. La exocitosis probablemente ocurre de forma continua en la mayoría de las células, especialmente las que poseen una función glandular. Sin embargo, el caso que más se ha estudiado de la exocitosis ha sido la descarga de los neurotransmisores en la sinápsis neuronal, la cual de hecho puede ser señalada como una función glandular paracrina. En las neuronas la grúa molecular compuesta por dineina o quinesina se para antes de llegar a la membrana plasmática en la punta de la dendrita, justo en la sinapsis neuronal. Esto permite acumular muchas vesículas a la espera de una señal que les permita reiniciar su recorrido hasta la fusión de membranas.

La señal por lo general es la liberación de iones calcio(2+), estos iones permiten que miosina cambie a su posición activa, como si fuera un semáforo o una bandera de arranque los iones calcio(2+) permiten que la grúa molecular continúe avanzando hacia la membrana. Es probable que la exocitosis en otras glándulas ocurra por mecanismos análogos, sin embargo la neurona simplemente es el caso más estudiado.  Una vez allí las proteínas restantes de la cota se acoplan con los receptores internos de la membrana plasmática fusionando las membranas. En algunos casos cuando la vesícula abre hacia el medio externo retrocede después de descargar sus materiales, pero n la mayoría de los casos la vesícula se fusiona totalmente con la membrana externa.

Referencias: (Black & Black, 2012; Goodenough & McGuire, 2012; Karp, 2010, 2013; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014, 2008; Solomon et al., 2008; Tortora et al., 2010)

11.1.4 Yemación vesicular

La yemación vesicular se trata de la producción de vesículas externas a la célula, se trata de fragmentos de la membrana externa de tamaños que van desde os 100 nm hasta los 1000 nm. Las microvesículas funcionan como vesículas que transportan sustancias desde una célula a otra, las cuales pueden transportar ARN mensajero, ARN mensajero inmaduro así como proteínas. La principal diferencia con las vesículas internas es que se mueven a través de la matriz extracelular de forma estocástica “aleatoria” debido a la ausencia de un citoesqueleto que las transporte eficientemente  (Fevrier & Raposo, 2004; Grenier & Mayrand, 1987; Raposo & Stoorvogel, 2013)..

En la analogía de la fábrica, las microvesiculas cumplen la función de pequeños mensajeros entre las fábricas independientes.  Un tipo especial de microvesículas son las plaquetas, que juegan roles importantes en el mantenimiento de la hemostasis, y están involucradas en el desarrollo de trombos de sangre para sellar cortes, así como en los ataques cardíacos fulminantes por arterioesclerosis  (Fevrier & Raposo, 2004; Grenier & Mayrand, 1987; Raposo & Stoorvogel, 2013).

Otros tipos de microvesículas son producidos por el cáncer, las células cancerígenas envían microvesículas con ARN mensajero que se fusionan al tejido sano circundante, lo cual genera alteraciones metabólicas que favorecen la recirculacuión de nutrientes hacia el tejido canceroso, sin embargo esas mismas microvesículas portan proteínas marcadoras del cáncer que se están empleando en la actualidad para el desarrollo de vacunas para algunos tipos de cáncer  (Fevrier & Raposo, 2004; Grenier & Mayrand, 1987; Raposo & Stoorvogel, 2013).

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