Una célula eucarionte, a diferencia de la procarionte, se encuentra dividida de manera intrincada por membranas internas. Estas membranas crean compartimentos cerrados en los que los conjuntos de enzimas pueden actuar sin interferencia de las reacciones que se producen en otros compartimentos.
Estas estructuras conforman distintos organelos (u orgánulos).
- Sistema de endomembranas
- Desplazamiento de proteínas
Sistema de endomembranas
Los organelos del sistema de endomembranas son parte de una red dinámica integrada en la que los materiales se envían y regresan de una parte de la célula a otra. Casi en su totalidad se trasladan entre los organelos, por ejemplo, del aparato de Golgi a la membrana plasmática, en pequeñas vesículas de transporte limitadas por membrana que se desprenden de un compartimento donador de membrana. Los organelos del sistema de endomembranas son:
Núcleo
En general, es el organelo más importante en las células eucariontes. Está cercado por una membrana doble conocida como envoltura nuclear y se comunica con el citosol a través de poros nucleares que perforan la envoltura.
Retículo endoplásmico
La membrana nuclear externa se continúa con la membrana del retículo endoplásmico (RE), un sistema de sacos y tubos membranosos interconectados que, con frecuencia se extienden a todo lo largo de la célula. El RE es el sitio principal de síntesis de membranas nuevas en la célula. Grandes áreas del sistema tienen ribosomas adheridos a la superficie citosólica, por lo que se denomina retículo endoplásmico rugoso (RE rugoso). Los ribosomas llevan a cabo la síntesis activa de proteínas que después se liberan en el lumen o en la membrana del RE.
El retículo endoplásmico liso (RE liso) es escaso en la mayoría de las células, pero está muy desarrollado en otras, debido a que realiza funciones particulares, como la síntesis de hormonas esteroides en las células de la glándula suprarrenal y es el sitio donde se detoxifica una variedad de moléculas orgánicas incluido el alcohol en las células hepáticas.
Complejo de Golgi
Suele situarse cerca del núcleo, recibe proteínas y lípidos desde el RE, los modifica y luego los remite hacia otros destinos en la célula. Los sacos de enzimas digestivas denominados lisosomas, degradan los organelos desgastados, como también las macromoléculas y las partículas capturadas por la célula por endocitosis.
Peroxisomas
Son organelos pequeños delimitados por una única membrana. Contienen enzimas que se emplean en una variedad de reacciones oxidativas que degradan lípidos y destruyen moléculas tóxicas.
Muchos de los organelos delimitados por membranas como el RE, el complejo de Golgi, las mitocondrias y los cloroplastos, se mantienen en sus localizaciones relativas en la célula, por adherencia al citoesqueleto en especial a los microtúbulos. Los filamentos del citoesqueleto constituyen carriles de desplazamiento de los organelos y de dirección del tránsito de las vesículas entre ellos.
Vías a través del citoplasma
Se puede distinguir una vía biosintética en la que sintetizan proteínas en el retículo endoplásmico, se modifican a su paso por el aparato de Golgi y se transportan del aparato de Golgi a varios destinos. Esta ruta también se le conoce como la vía secretora, ya que muchas de las proteínas sintetizadas en el RE se secretan de la célula. Hay dos tipos de actividades secretoras:
- Secreción constitutiva: Los materiales se transportan en vesículas secretoras de los sitios donde se producen para descargarse en el espacio extracelular en forma continua.
- Secreción regulada: Los materiales se almacenan en paquetes delimitados por membrana y se descargan sólo como respuesta a un estímulo apropiado.
En algunas de las células donde ocurre la secreción regulada, los materiales que se secretan se almacenan en grandes gránulos secretores densos y delimitados por membrana.
A través de la vía endocítica, los materiales se mueven de la superficie externa de la célula a los compartimentos, como los endosomas y lisosomas que se localizan dentro del citoplasma.
Desplazamiento de proteínas
Cuando una célula se va a dividir, necesita duplicar los organelos con membranas que hay en su interior, este proceso no es espontáneo y requiere de materiales. Para ello, existen diversos mecanismos por los que las proteínas entran directamente en los organelos delimitados por membranas desde el citosol.
La síntesis de casi todas las proteínas de la célula comienza en los ribosomas del citosol. El destino de cualquier molécula protéica sintetizada en el citosol depende de su secuencia de aminoácidos que puede contener una señal de distribución (o péptido señal) que dirige la proteína hacia el organelo que la requiere.
Transporte regulado
Las proteínas que se desplazan desde el citosol hacia el núcleo se transportan a través de los poros nucleares que penetran las membranas nucleares interna y externa; los poros actúan como puertas selectivas que transportan macromoléculas específicas en forma activa, pero también permiten la difusión libre de moléculas más pequeñas.
Transporte transmembrana
Unos translocadores protéicos transmembrana dirigen el transporte específico de proteínas a través de la membrana desde el citosol hacia un espacio que es topológicamente distinto. Por lo general, la molécula de proteína transportadora tiene que plegarse para poder deslizarse a través del translocador; de este modo por ejemplo, tiene lugar el transporte inicial de determinadas proteínas desde el citosol hacia el lumen del RE o hacia el interior de las mitocondrias.
Transporte vesicular
Las proteínas que se desplazan desde el RE hacia un compartimento del sistema de endomembranas o desde él, se transportan por medio de un mecanismo que es fundamentalmente diferente de los otros dos. Estas proteínas son conocidas como vesículas de transporte que se cargan con proteínas desde el espacio interior de un compartimento o luz a medida que se desprenden de su membrana.
Secuencias señal
La mayoría de señales de clasificación de las proteínas residen en una región continua de la secuencia de aminoácidos de 15-60 residuos de longitud característicos. A menudo estas secuencias señal se encuentran en el extremo N-terminal; una vez se ha completado el proceso de clasificación, unas peptidasas señal (o señales peptídicas) especializadas eliminan la secuencia señal de la proteína.
En algunos casos las señales de clasificación están compuestas por varias secuencias internas de aminoácidos que adoptan una disposición tridimensional característica de sus átomos de la superficie de la proteína denominadas una región señal.