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El citoesqueleto: La estructura de las células en los seres vivos

El ser humano es una extraordinaria organización de millones y millones de células. En su interior, cada una de ellas posee una estructura que le permite realizar funciones vitales. Se conoce como citoesqueleto. A continuación, aprenderás más de su función e importancia en la célula y los seres vivos.

¿Qué es el citoesqueleto?

El citoesqueleto, es un sistema complejo de diversas proteínas encontradas en las células eucarióticas. Una estructura tridimensional y dinámica que les brinda soporte, y les permite conservar su forma.

El término citoesqueleto, tiene su origen en las primeras observaciones que se realizaron al interior de la célula. Aunque se le define básicamente como el esqueleto de las células, constituye también sus músculos, pues les da movilidad y fuerza.

Sin el citoesqueleto, las células no tendrían forma y se romperían, pues la membrana que las compone solo es una lámina de grasa. Este se encuentra extendido por todo el citoplasma, entre el núcleo y la membrana plasmática.

Funciones del citoesqueleto

Gracias a la presencia del citoesqueleto, se pueden desarrollar en las células diversas funciones. Seguidamente se nombran algunas.

  1. Brinda un soporte estructural a la célula.
  2. Ayuda a determinar, mantener o cambiar su forma.
  3. Permite resistir las fuerzas que pueden deformar la célula.
  4. Establece las posiciones de los organelos, es decir, de las estructuras contenidas en el núcleo celular.
  5. Forma una red interactiva que controla y regula el tránsito de diversos materiales dentro de cada célula.
  6. Es un componente vital para realizar la división celular (tanto en la meiosis como en la mitosis).
  7. Contribuye a la regulación metabólica.
  8. Participa en la fagocitosis (en este proceso la célula captura una partícula del medio externo como alimento).
  9. Ayuda a la célula a conectarse con el medio exterior, formando así tejidos y uniones celulares resistentes.

Las funciones que realiza el citoesqueleto en las bacterias son muy parecidas: soporte, mantenimiento o cambio de la forma, división celular, entre otras.

Estructura del citoesqueleto

Su estructura está compuesta por tres tipos distintos de fibras, clasificadas según su tamaño como: fibras de actina, filamentos intermedios y microtúbulos. Estos otorgan al citoesqueleto una propiedad y función específica. Además, actualmente se propone como cuarto componente un filamento denominado septina.

Los microtúbulos

Citoesqueleto

Los microtúbulos son tubos largos, huecos y de forma cilíndrica. Están constituidos por dímeros de una proteína conocida como tubulina: subdividida en alfa y beta. Son los principales componentes del citoesqueleto y los más grandes.

Estructura de los microtúbulos

Son estructuras bastante dinámicas, ya que pueden alargarse y acortarse dependiendo de la función. Su diámetro interno está en el rango de 20 a 25 nm y su longitud de 200 nm a 250 nm. Se encuentran dispersados alrededor del citoplasma o formando estructuras denominadas cilios, flagelos y centriolos.

Los dos extremos de los microtúbulos se pueden diferenciar entre sí, pues uno es positivo y el otro negativo. Por eso se menciona que en estos filamentos hay una polaridad. Es en estos extremos donde sucede el autoensamblaje.

Función de los microtúbulos

  1. Los microtúbulos son usados como vías para el movimiento o transporte de proteínas en las células.
  2. Estos filamentos ayudan tanto al aparato de Golgi como al retículo endoplasmático a tomar su adecuada posición.
  3. Contribuyen al mantenimiento de la forma de los leucocitos y
  4. Ayuda en el transporte de partículas grandes y otras sustancias en el citoplasma.
  5. Son esenciales en el crecimiento y transporte axónico, mediante dos proteínas motoras, la quinesina y la dineína.
  6. Participa en la exocitosis o secreción celular.
  7. En la endocitosis, ayuda a transportar las vesículas y mitocondrias al interior de la célula.
  8. Forman las fibras del huso mitótico, permitiendo el movimiento de los cromosomas durante la meiosis y la mitosis.
  9. Forman la estructura interior de los cilios y flagelos, quienes permiten la autopropulsión y el movimiento de partículas.

Enfermedades relacionadas a la falta de microtúbulos

Entre las enfermedades genéticas asociadas a microtúbulos defectuosos, como los cilios, se encuentra el Síndrome de Joubert, que afecta el desarrollo cerebral, el Síndrome de Meckel, que impide el buen desarrollo de varios órganos, y la enfermedad poliquística renal.

Además, estos defectos son los responsables de algunos casos de Parkinson. Por ejemplo, en la enfermedad de Alzheimer. En esos casos, si la proteína Tau no llega a unirse a los microtúbulos, se forman estructuras anormales que los degeneran. Este mal funcionamiento afecta el transporte en las neuronas, lo que perturba su adecuada respuesta y causa su degeneración.

Filamentos de actina

Son fibras más delgadas y sólidas, llamadas también microfilamentos. Están formadas por la proteína actina, la más abundante en las células. Esta posee dos variantes: la alfa y la beta actina. Se encuentran situadas en varias zonas del citoplasma celular.

Estructura de los filamentos de actina

Son estructuras lineales que giran en su eje, con un diámetro 3 a 7 nm, y recuerdan a una hélice. Sus extremos se encuentran polarizados, es decir, uno es positivo y el otro negativo. El extremo positivo permite la suma de nuevas moléculas de proteína actina, y el negativo la despolimerización. Por medio de estos extremos el filamento se acorta o se alarga, dependiendo de la función que vaya a realizar.

Funciones de los filamentos de actina

  1. Los filamentos de actina permiten el movimiento de distintas células, como la contracción y el desplazamiento.
  2. Contribuyen a la división celular.
  3. Permiten realizar los procesos de endocitosis y fagocitosis.
  4. Ayudan a los diversos orgánulos a comunicarse entre sí.
  5. Es un armazón que brinda soporte a la célula.
  6. Permite cambiar o mantener la forma celular.
  7. La actina puede interactuar con otras moléculas, como la miosina. Este proceso permite la contracción de algunas células, como las musculares.

Enfermedades relacionadas a la falta de filamentos de actina

Un buen número de enfermedades tienen como base la mala producción de actina o de sus proteínas asociadas. Por ejemplo, esta deficiencia puede ocasionar miopatías, variaciones en el tamaño, la forma y la función cardíaca y sordera. Los filamentos de actina y otras fibras del citoesqueleto, también se relacionan con la eliminación de bacterias dentro de la célula y de diversos virus, especialmente en procesos que fortalecen la respuesta del sistema inmune.

Filamentos intermedios

Son fibras que otorgan a las células gran resistencia a la tensión mecánica. Su tamaño es intermedio entre los otros componentes del citoesqueleto, y están formadas por diferentes tipos de proteínas. Estos filamentos se encuentran solo en células animales, ya que, la resistencia mecánica en las plantas, las realizan las paredes celulares.

Al contrario de los otros componentes del citoesqueleto, los filamentos intermedios son polímeros conformados por diversas familias de proteínas. Entre ellas se encuentran las queratinas, las vimentinas, las ubicadas en la lámina nuclear, entre otras.

Se encuentran localizados por todo el citoplasma celular, hasta la membrana, y algunas veces se unen a ella. También, se ubican en el núcleo y forman una lámina celular, una estructura que le brinda forma y unidad.

Aparecen anclados a los desmosomas y hemidesmosomas (complejos que unen diferentes células). Este anclaje se realiza a través de diversas proteínas de unión celular. Además, estos filamentos abundan en las células que enfrentan fuertes tensiones mecánicas.

Estructura

Su diámetro aproximado es de 10 nm. Siendo menor al de los microtúbulos, pero mayor al de los microfilamentos. Por esta razón, se denominan filamentos intermedios. Su forma alargada asemeja a la de una cuerda.

Presentan la particularidad de no poseer extremo positivo y negativo. De hecho, si se agrupan pierden polaridad. Esto constituye una gran diferencia con respecto a los microfilamentos y microtúbulos.

Se encuentra un subgrupo de filamentos intermedios, clasificados según la proteína que los compone. Entre los más conocidos se encuentran:

  1. Filamentos de queratina o tonofilamentos, se encuentran en las células epiteliales.
  2. De vimentina, hallados en los vasos sanguíneos y en el tejido conjuntivo.
  3. Filamentos de desmina, localizados en el músculo.
  4. De nestina, ubicados en las células madre del sistema nervioso central.
  5. Neurofilamentos, encontrados en gran parte de las neuronas.
  6. Láminas nucleares o laminofilamentos, se encuentran ubicados en el interior de la envoltura nuclear.
  7. Filamentos gliales (GFAP), que actúan como soporte al cerebro, al sistema nervioso periférico y a la médula espinal.

Función de los filamentos intermedios

Los filamentos intermedios poseen dos propiedades importantes para enfrentar la tensión mecánica: flexibilidad y resistencia. Son muy fuertes. De hecho, frente a una fuerza de tensión, pueden estirarse entre un 250 a un 350 % más de su tamaño inicial. De esta manera, disminuyen su diámetro y los monómeros que los componen pueden deslizarse entre sí. Esto es una gran diferencia con los microtúbulos y los filamentos de actina, quienes son relativamente más rígidos. También, comparados con los otros dos componentes del citoesqueleto, los filamentos intermedios ganan en estabilidad.

Además, en contraste con la actina y los microtúbulos, su función no es la de transportar otras estructuras celulares o moléculas. Esto se debe a que no poseen proteínas motoras asociadas. De hecho, los filamentos intermedios son los transportados a través de los microtúbulos y microfilamentos.

Aparte de ser tan resistentes, intervienen también en otros procesos celulares. Por ejemplo, en el anclaje de gran variedad de moléculas, como soporte para otras estructuras de la célula, y en la interacción directa con las mitocondrias, los lisosomas y el aparato de Golgi. Por lo tanto, afectan el funcionamiento y tránsito vesicular. 

Sin embargo, su labor principal es mecánica, resistiendo de este modo los cambios celulares. Los filamentos intermedios abundan en las células que experimentan continuo estrés mecánico, como las células epiteliales, nerviosas y musculares.

Los filamentos intermedios pueden renovarse mediante la adición y eliminación de moléculas nuevas. Además, bajo ciertas condiciones pueden reorganizarse. Por ejemplo, durante el movimiento celular, la división celular o como respuesta a las diversas fuerzas de tensión que soportan las células. También, en la regeneración tisular y cuando las células se aproximan a las heridas.

Los filamentos intermedios funcionan como cables intracelulares, es decir, ayudan a mantener la integridad de las células. Funcionan como conexión a otros complejos de unión, denominados desmosomas y hemidesmosomas, lo que permite la cohesión entre los diferentes tejidos.

Enfermedades causadas por la falta de filamentos intermedios

Son más de 75 enfermedades, entre las más destacadas están las miopatías, el Parkinson, la esclerosis lateral amiotrófica, entre otras. Por ejemplo, se ha mencionado que los filamentos de queratina de las células epiteliales están conectados a los desmosomas y hemidesmosomas. Cuando existen mutaciones en estos filamentos, se presenta la epidermólisis bullosa. Esta enfermedad provoca que la piel sea muy frágil y que aparezcan ampollas en respuesta a lesiones menores, al calor, a la fricción o al rascarse. También, podrían aparecer dentro del cuerpo, como en las paredes de la boca y el estómago. De hecho, hasta ejercer una pequeña presión puede separar las células de la piel y producir una descamación.

Filamentos de septina

Las septinas son un grupo de proteínas que forman complejos estructurales, como filamentos, anillos y horquillas, semejantes a un reloj de arena. Se ubican en el lugar de división de la membrana plasmática, en los anillos de los espermatozoides, y en la base de los cilios y dendritas.

Las septinas se asocian a otros filamentos, como los de actina y los microtúbulos. Sin embargo, a semejanza de los filamentos intermedios, no presentan polaridad y no participan en la generación de fuerza contráctil.

Aun así, contribuyen en otros procesos celulares como la citogénesis, la neurogénesis, la mitosis, la migración celular, y el crecimiento y polarización celular. También, participan en reclutar y organizar otras proteínas. Además, actúan como una barrera para separar cada uno de los dominios de las membranas.

Enfermedades relacionadas a la falta de septina

El mal funcionamiento de las septinas está relacionado con enfermedades degenerativas de las neuronas (Alzheimer y Parkinson), el cáncer (de colon, oral y leucemias) y las asociadas a la infertilidad masculina.

Importancia del citoesqueleto

El citoesqueleto permite el buen funcionamiento de las células. Sin esta estructura interna y dinámica, la célula no podría mantener su forma. Además, permite el movimiento celular, por medio de los flagelos y los cilios, el tráfico y la división celular. Dado que estos procesos son vitales en todos los organismos, se puede afirmar que el citoesqueleto mantiene la vida.

El citoesqueleto: La estructura de las células en los seres vivos
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