El Citoesqueleto

Definición y Estructura

Las células que poseen paredes celulares mantienen su forma gracias a una red de fibras internas conocida como citoesqueleto. Esta red de fibras proteicas es dinámica, es decir, se encuentra en constante cambio. El citoesqueleto consta de microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos, constituidos por distintos tipos de proteínas, entre las que se encuentran la actina y la tubulina.

Funciones del Citoesqueleto

Sus funciones incluyen:

• Mantenimiento de la forma celular
• Motilidad celular
• Diferenciación celular
• División celular

Las Células en Movimiento

Para lograr el movimiento, las células emplean distintos recursos. El más común es el flagelo, que se encuentra tanto en células procariotas como eucariotas.

Flagelo Bacteriano

Los flagelos pueden estar en los extremos de las células o distribuidos en toda la superficie celular. El flagelo bacteriano es estructuralmente más sencillo que el flagelo de los eucariotas. Está constituido por tres elementos de naturaleza proteica:

• Filamento: Es la parte más visible y tiene forma helicoidal.
• Gancho o segmento curvo: Sirve de conexión entre el filamento y el cuerpo basal.
• Cuerpo basal: Está anclado a la membrana citoplasmática y a la pared celular de la bacteria. Está conformado por un eje central que atraviesa un sistema de anillos y constituye el motor del flagelo.

Los flagelos son estructuras semirrígidas, pero capaces de moverse por rotación como una hélice. Este movimiento parte del cuerpo basal y no se produce a velocidad constante, sino que la velocidad de rotación aumenta o disminuye según la energía disponible.

Flagelo de los Eucariotas

Los flagelos son delgadas prolongaciones celulares móviles constituidas por el citoesqueleto celular. Cada flagelo está compuesto por dos partes:

• Parte externa: Sobresale de la superficie celular, está recubierta por la membrana plasmática y contiene un esqueleto interno de microtúbulos y otras proteínas asociadas, llamado axonema.
• Parte interna: Se llama cuerpo basal, del que salen raíces que participan en la coordinación del movimiento.

Cilias

Son elementos libres sobre la superficie celular que se diferencian de los flagelos por ser más cortas. Cubren la superficie de algunas células, como en el caso de los ciliados o algunas células embrionarias de algunos animales.

La estructura de los flagelos y las cilias es idéntica, así como su principal función, que es posibilitar la movilidad en un medio acuoso.

La coordinación del movimiento ciliar se explica hidrodinámicamente: el movimiento de una cilia crea en el medio una onda de desplazamiento, esta onda provoca el batido de la cilia vecina, la cual entra en resonancia con la onda de movimiento creada por la primera. Si bien las actividades de las dos cilias están hidrodinámicamente ligadas, la forma de interacción entre ellas depende de la viscosidad del medio, la distancia entre las cilias, el largo de las cilias y su posición respecto al plano de batido.

Movilidad por Deslizamiento

Algunas bacterias se mueven sobre superficies sólidas mediante el deslizamiento, un mecanismo considerablemente más lento que el proporcionado por los flagelos. Este tipo de movimiento se presenta en bacterias bacilares o filamentosas, y requiere del contacto de la bacteria con una superficie sólida.

Algunas de las bacterias más conocidas con este movimiento son las cianobacterias filamentosas. Ellas secretan mucilago, un polisacárido mucoso, a través de poros en su pared y se deslizan por la tracción sobre la sustancia secretada que está en contacto tanto con la superficie celular como con la superficie sólida sobre la cual se desplaza.

Algunas células eucariotas se desplazan por movimientos ameboides. Estos movimientos son bidireccionales, por corrientes citoplasmáticas. El movimiento ameboide es típico de amebas y hongos mucosos. En ellos, el citoplasma puede cambiar de estado líquido a semisólido, llamados estado sol y estado gel. El pasaje de uno a otro de estos estados implica un gasto de energía por parte de la célula e implica que dentro de la célula se generen corrientes citoplasmáticas que provocan la formación de pseudópodos. Estos son prolongaciones del citoplasma que pueden presentar diversas formas y no solo cumplen una función motriz en los microorganismos, también son utilizados en la alimentación de muchas células que atrapan organismos más pequeños y los introducen por endocitosis.

Comunicación Celular en Organismos Pluricelulares

En los organismos multicelulares, las células deben comunicarse y, para ello, pueden generar, transmitir y recibir señales para relacionarse funcionalmente entre sí. Estas señales, que permiten que unas células influyan en el comportamiento de otras, son químicas. Las señales se denominan mensajeros químicos. Estos mensajeros constituyen información que circula por el organismo con el fin de regular sus propias funciones y de mantener la estabilidad interna en un ambiente variable.

Hay dos tipos de mensajeros químicos: las hormonas y los neurotransmisores.

Las hormonas son moléculas que se sintetizan en sitios específicos llamados glándulas, compuestas por células endocrinas, y que viajan en los sistemas de circulación hasta los sitios donde actúan, comúnmente un órgano, denominado órgano blanco.

Tanto los órganos blanco como las neuronas del tejido nervioso tienen receptores celulares en sus membranas. Los receptores celulares son proteínas específicas ubicadas en la membrana plasmática, encargadas de recibir señales fisicoquímicas del exterior celular.

Algunas hormonas son capaces de atravesar las membranas celulares, de manera que el mensaje químico llega al interior de la célula, pero los neurotransmisores y otras hormonas no son capaces de llegar al interior celular. En esos casos, algún componente de la membrana puede recibir al mensajero, interpretar la señal y transmitirla al interior de la célula.

Tipos de Comunicación Celular

Existen tres tipos de comunicación celular:

• Comunicación autocrina: Una célula establece una comunicación consigo misma. Este tipo de comunicación suele establecerse en células en activa división, como por ejemplo en un embrión o en las células tumorales.
• Comunicación endocrina: Las hormonas viajan en el sistema circulatorio completando distancias grandes.
• Comunicación paracrina: Las señales solo actúan en el entorno inmediato de la célula.
• Comunicación sináptica: Es exclusiva del sistema nervioso, las señales solo actúan sobre células adyacentes.

Estructura del Sistema Nervioso

Un sistema es un conjunto de elementos organizado que permite cumplir con un objetivo o una función determinada. En el caso de los organismos, están compuestos por sistemas o aparatos, que a su vez están conformados por un conjunto de órganos. Los sistemas biológicos son abiertos porque interactúan con el medio ambiente.

El sistema nervioso está formado por tejido nervioso, y este a su vez está compuesto por células llamadas neuronas y por un conjunto de otras células llamadas neuroglias. Las neuronas forman una red que abarca todo el organismo. Entre las neuronas hay un espacio o hendidura sináptica. Estas células poseen un cuerpo neuronal y dos tipos de prolongaciones: las dendritas y el axón.

El axón es una prolongación larga que termina en una ramificación: el teledendrón. En toda su extensión, el axón está envuelto por una proteína llamada mielina, que actúa como aislante. La vaina de mielina se interrumpe cada tanto; esos puntos sin mielina se llaman nodos de Ranvier. Por fuera de la mielina hay una capa de células llamadas células de Schwann.

La neuroglia es un conjunto de células que se ubican en los espacios que hay entre las neuronas. Sus funciones son:

• Sostén de las neuronas
• Protección, ya que algunas pueden destruir partículas extrañas
• Nutrición, porque algunas de estas células están conectadas con los vasos sanguíneos

Organización General del Sistema Nervioso

Está formado por dos subsistemas:

• Sistema Nervioso Central (SNC): Compuesto por el encéfalo y la médula espinal. Su función es recibir información, procesarla, elaborar una respuesta y enviarla a los órganos efectores.
• Sistema Nervioso Periférico (SNP): Tiene vías motoras y vías sensitivas, según sea el sentido del impulso nervioso. Las vías sensitivas captan el estímulo y conducen el impulso hacia los centros nerviosos; en cambio, las motoras conducen el impulso nervioso hacia los efectores, que pueden ser músculos o glándulas. Hay dos tipos de vías motoras que corresponden al sistema nervioso somático y al sistema nervioso autónomo. Este último está conformado por el sistema nervioso simpático y el parasimpático.

Comunicación entre las Neuronas

Prolongación del Impulso Nervioso

Las neuronas conducen señales electroquímicas llamadas impulsos nerviosos. La membrana celular de las neuronas está rodeada por fuera de cargas eléctricas positivas y en el interior de cargas eléctricas negativas. Por lo tanto, hay un potencial eléctrico entre el exterior y el interior celular. De esta manera, la membrana está polarizada. Cuando la neurona se encuentra en este estado se dice que está en reposo.

Cuando llega un estímulo nervioso a la neurona, la membrana celular se despolariza, es decir, penetran cargas positivas en el interior celular y salen las negativas. Esto genera una diferencia de potencial eléctrico. Este proceso se va propagando a lo largo de todo el axón y provoca la liberación de sustancias químicas a la hendidura sináptica para iniciar el impulso en la neurona siguiente.

Una vez que el impulso nervioso recorrió toda la membrana del axón, la neurona vuelve a su estado de reposo, es decir, salen las cargas positivas al exterior y penetran las negativas en el interior celular.

El impulso nervioso se transmite de una neurona a otra por sinapsis, que es la relación entre dos neuronas por contacto o a través de un espacio o hendidura sináptica. Hay dos tipos de sinapsis: la química y la eléctrica.

Sinapsis Química

En este tipo de sinapsis intervienen los neurotransmisores, que son proteínas que pueden inhibir o excitar el impulso nervioso. El espacio donde ocurre la sinapsis se llama hendidura sináptica y la transmisión se realiza en una dirección. La neurona anterior a la hendidura sináptica se denomina presináptica y la posterior es la postsináptica.

Los neurotransmisores son elaborados por el cuerpo de la neurona. Cuando llega el impulso nervioso, los mediadores viajan por el axón hasta el teledendrón, donde se acumulan dentro de vesículas ubicadas en su extremo. Cuando el impulso llega al teledendrón, las vesículas liberan los neurotransmisores en la hendidura sináptica. Estos hacen de mediadores hasta las dendritas de la siguiente neurona.

Esos neurotransmisores liberados se unen con los receptores de membrana específicos, ubicados en la membrana celular de la neurona postsináptica. Esto desencadena un cambio en la polarización de la neurona postsináptica que hace que el impulso se propague hacia su axón y se inicie un nuevo impulso nervioso.

Una vez que ocurre la sinapsis, los neurotransmisores son separados de los receptores. Esto ocurre porque son degradados por enzimas o pueden ser captados nuevamente por el axón.

Sinapsis Eléctrica

Este tipo de sinapsis ocurre en algunos sitios del cerebro de los mamíferos. En este caso no hay hendidura sináptica, sino que el impulso nervioso se transmite por contacto de una neurona a las neuronas vecinas. Tampoco intervienen neurotransmisores. El impulso se puede dar en ambas direcciones o en una sola.