Fundamentos de Biología Celular: Citoesqueleto, Organelos y Células Troncales

Citoesqueleto: Estructura y Dinámica Celular

El citoesqueleto es una red compleja de filamentos proteicos que se extiende por todo el citoplasma de las células eucariotas, desempeñando roles cruciales en su funcionamiento.

Funciones Esenciales del Citoesqueleto

• Soporte estructural: Mantiene la forma celular y la organización interna.
• Organización intracelular: Posiciona los orgánulos y dirige el tráfico vesicular.
• Movimiento celular: Permite la locomoción de la célula y el movimiento de sus componentes internos.

Componentes Principales del Citoesqueleto

1. Microfilamentos (Filamentos de Actina)

• Diámetro: Aproximadamente 8 nm.
• Función: Implicados en la contracción muscular y celular, formación de microvellosidades y pseudópodos.
• Polimerización: Se forman por la adición de monómeros de actina G (globular) para crear filamentos de actina F (filamentosa), un proceso que consume ATP.
• Estructuras clave: Forman el anillo contráctil durante la citocinesis en la mitosis.
• Proteínas asociadas: Incluyen espectrina, distrofina y miosina, fundamentales para su función y estabilidad.

2. Filamentos Intermedios

• Diámetro: Aproximadamente 10 nm.
• Características: Proporcionan estabilidad estructural y resistencia mecánica a la célula. Son no polares y su formación no consume energía (ATP o GTP).
• Tipos comunes: Queratina (en células epiteliales), vimentina (en células mesenquimatosas) y láminas nucleares (en el núcleo).

3. Microtúbulos

• Diámetro: Aproximadamente 25 nm.
• Función: Esenciales para el movimiento cromosómico durante la división celular, la estructura y movimiento de cilios y flagelos, y el transporte intracelular.
• Polimerización: Se forman por la adición de dímeros de tubulina, un proceso que requiere GTP.
• Organización: Generalmente se organizan a partir del centrosoma, que actúa como un centro organizador de microtúbulos (MTOC).

Organelos Celulares: Compartimentos Esenciales de la Célula Eucariota

Los orgánulos celulares son estructuras subcelulares especializadas que realizan funciones específicas, vitales para la supervivencia y el funcionamiento de la célula.

Núcleo Celular

• Función principal: Contiene el material genético (ADN) de la célula, organizado en cromosomas.
• Estructura: Rodeado por una envoltura nuclear doble, perforada por poros nucleares que regulan el paso de moléculas.
• Nucleolo: Una región dentro del núcleo especializada en la síntesis de ribosomas.

Ribosomas

• Función: Son las "fábricas" de proteínas, donde ocurre la traducción del ARN mensajero (ARNm) a proteínas.
• Localización: Pueden encontrarse libres en el citoplasma o asociados al Retículo Endoplásmico Rugoso (RER).
• Composición: Compuestos por ARNr (ARN ribosomal) y diversas proteínas.

Retículo Endoplásmico (RE)

• RER (Rugoso): Cubierto de ribosomas, su función principal es la síntesis y plegamiento de proteínas destinadas a la secreción, inserción en membranas o entrega a otros orgánulos.
• REL (Liso): Carece de ribosomas y está involucrado en la síntesis de lípidos (incluyendo esteroides), el metabolismo de carbohidratos y la detoxificación de fármacos y toxinas.

Aparato de Golgi

• Función: Modifica, clasifica y empaca proteínas y lípidos sintetizados en el RE, preparándolos para su transporte a destinos específicos.
• Regiones: Consta de tres regiones funcionales: cis (entrada), medial y trans (salida).
• Transporte: Forma vesículas de transporte que brotan de sus cisternas para distribuir las moléculas.

Mitocondria

• Función: La "central energética" de la célula, produce la mayor parte del ATP a través de la fosforilación oxidativa.
• ADN propio: Contiene su propio material genético (ADNmt) y ribosomas, lo que apoya la teoría endosimbiótica.
• Apoptosis: Juega un papel crucial en la iniciación de la apoptosis (muerte celular programada) mediante la liberación de citocromo c.

Lisosomas

• Características: Son orgánulos con un pH ácido interno (aproximadamente 5).
• Enzimas: Contienen una variedad de hidrolasas ácidas que degradan macromoléculas, desechos celulares y patógenos.
• Enfermedades asociadas: Disfunciones lisosomales pueden causar enfermedades de almacenamiento lisosomal, como la enfermedad de Tay-Sachs y la enfermedad de Gaucher.

Peroxisomas

• Función: Especializados en la degradación de ácidos grasos y la neutralización de sustancias tóxicas, produciendo peróxido de hidrógeno (H₂O₂) como subproducto, que luego es degradado por la enzima catalasa.
• Origen: Se forman a partir del Retículo Endoplásmico Liso (REL).

Células Troncales: Potencial Biológico y Aplicaciones Terapéuticas

Las células troncales, también conocidas como células madre, son células no especializadas con la capacidad única de autorrenovarse y diferenciarse en diversos tipos de células especializadas del cuerpo.

Características Fundamentales de las Células Troncales

• Indiferenciadas: No tienen una función específica definida inicialmente.
• Autorrenovación: Pueden dividirse y producir más células troncales idénticas a sí mismas.
• Diferenciación: Tienen la capacidad de transformarse en células especializadas (ej., células musculares, nerviosas, sanguíneas).

Tipos de Células Troncales según su Potencial de Diferenciación

• Totipotentes: Capaces de formar un organismo completo, incluyendo tejidos extraembrionarios (ej., el cigoto y las primeras células embrionarias).
• Pluripotentes: Pueden diferenciarse en cualquier tipo de célula del cuerpo, pero no pueden formar un organismo completo por sí solas (ej., células madre embrionarias).
• Multipotentes: Tienen la capacidad de diferenciarse en varios tipos de células dentro de un mismo linaje o tejido (ej., células madre hematopoyéticas).
• Unipotentes: Solo pueden diferenciarse en un único tipo de célula, aunque mantienen la capacidad de autorrenovación (ej., células madre musculares).

Ejemplos de Células Multipotentes y sus Derivados

• Hematopoyéticas: Dan origen a todas las células sanguíneas (glóbulos rojos, blancos, plaquetas).
• Mesenquimatosas: Pueden diferenciarse en células de hueso, cartílago, grasa y tejido conectivo.
• Neurales: Generan neuronas, astrocitos y oligodendrocitos en el sistema nervioso.
• Cutáneas: Incluyen queratinocitos y células de los folículos pilosos.
• Epiteliales: Presentes en tejidos como el digestivo, renovando sus células.

Factores de Pluripotencia Clave

La pluripotencia en células madre embrionarias y células iPS es mantenida por la expresión de un conjunto de factores de transcripción, entre los que destacan:

• Oct4
• Sox2
• Nanog

Mecanismos Reguladores Importantes en Células Troncales

• División asimétrica: Un tipo de división celular donde una célula hija mantiene el estado de célula troncal, mientras que la otra se diferencia.
• Nicho de células troncales: Es el microambiente especializado dentro de un tejido que regula el destino y el mantenimiento de las células troncales.

Aplicaciones Médicas y Terapéuticas de las Células Troncales

El estudio y uso de células troncales ofrece un enorme potencial en la medicina regenerativa y el tratamiento de enfermedades:

• Regeneración de tejidos: Reparación de tejidos dañados o enfermos (ej., piel, cartílago, médula espinal).
• Tratamiento de enfermedades: Investigación y terapias para afecciones como la enfermedad de Parkinson, Alzheimer, diabetes tipo 1, lesiones medulares y enfermedades cardíacas.

Células iPS (Células Pluripotentes Inducidas)

Las células iPS son células somáticas adultas que han sido "reprogramadas" genéticamente para adquirir un estado pluripotente, similar al de las células madre embrionarias. Esto se logra mediante la introducción de un "cóctel" de factores de transcripción específicos, comúnmente conocidos como OSKM:

• Oct4
• Sox2
• Klf4
• Myc

Esta tecnología ha revolucionado la investigación en células troncales al ofrecer una fuente ética y personalizada de células pluripotentes.