Matriz Citoplasmatica Y Componentes Celulares

Matriz Citoplasmatica Y Componentes Celulares

Citosol

(Redirigido desde «Matriz citoplasmatica»)El citosol o matriz citoplasmática (inglés: cytosol) es el líquido que se localiza dentro de las células. Constituye la mayoría del fluido intracelular (por sus siglas en inglés ICF). Está separado por membranas en distintos compartimientos. Por ejemplo, la matriz mitocondrial separa la mitocondria en varios apartados.

En las células eucariotas, el citosol se encuentra dentro de la membrana celular y está incluido en el citoplasma, citoplasma que también abarca la mitocondria, plastidios, y otros organelos. El citosol no abarca los fluidos internos ni estructuras de los organelos; el núcleo celular es independiente. El citosol, es entonces, un líquido de matriz alrededor de los organelos. En procariotas, la mayoría de las reacciones químicas del metabolismo toman lugar en el citosol, mientras algunas otras ocurren en las membranas o en el espacio periplásmico. En eucariotas, si bien, numerosas rutas metabólicas aún ocurren en el citosol, otras son contenidas dentro de los organelos.

El citosol es una mezcla compleja de sustancias disueltas en agua. A pesar de que el agua forma la mayor parte del citosol, su estructura y propiedades dentro de las células no es bien comprendida aún. La concentración de iones como el sodio y potasio es diferente en el citosol que en el fluido extracelular; estas diferencias en los niveles iónicos son importantes en procesos como la regulación osmótica, señalización de células y la generación de potenciales de acción en células excitables como las células endocrinas, nerviosas y musculares. El citosol, también contiene grandes cantidades de macromoléculas, las cuales, pueden alterar el comportamiento de las moléculas a través de la aglomeración macromolecular.

A pesar de que alguna vez se llegó a pensar que el citosol era una solución simple de moléculas, este tiene múltiples niveles de organización. Dichos niveles incluyen gradientes de concentración de moléculas de pequeño tamaño, tales cómo el calcio, complejos enzimáticos de gran tamaño los cuales en conjunto llevan a cabo las rutas metabólicas, y complejos proteicos, tales como los proteosomas y carboxisomas los cuales delimitan y separan las partes del citosol.

Definición

El término citosol fue introducido por primera vez en 1965 por H.A. Lardy, inicialmente hacia referencia al líquido producido por el rompimiento de las células y la granulación de todos componentes insolubles por medio de ultracentrifugación. Tal extracto celular soluble no es idéntico a la parte soluble del citoplasma celular y generalmente se le denomina fracción citoplásmica. El término citosol actualmente se utiliza para referirse a la fase liquida del citoplasma en una célula intacta.3 Esto excluye cualquier parte del citoplasma que está contenido en los organelos.4 Debido a la posible confusión entre el uso de la palabra “citosol” para referirse a ambos extractos de las células, la frase “citoplasma acuoso” se ha utilizado para describir el contenido líquido del citoplasma en las células vivas. Propiedades y composición

La proporción del volumen celular que es citosol varia: por ejemplo, mientras este compartimiento forma la mayor parte de la estructura celular en bacterias,5 en células vegetales el compartimiento principal es la gran vacuola central. El citosol se compone principalmente de agua, iones disueltos, moléculas pequeñas y una gran cantidad de moléculas solubles en agua (como proteínas). La mayoría de estas moléculas no proteicas tienen una masa molecular menor a 300 Da

Esta mezcla de moléculas pequeñas es extraordinariamente compleja, como la mayoría de las involucradas en el metabolismo (metabolitos). Por ejemplo, más de 200,000 diferentes moléculas pequeñas pueden ser producidas en las plantas, aun cuando no todas estarán presentes en las mismas especies, o en una única célula.8 Las estimaciones del número de metabolitos producidos en células individuales como E. coli y levaduras del pan predicen que son poco menos de 1,000.

Agua

La mayor parte del citosol es agua, la cual representa aproximadamente un 70% del volumen total de una célula típica.11 El pH del fluido intracelular es 7.4.12 mientras que el pH citosólico de los seres humanos fluctúa entre 7.0–7.4, y tiende a ser mayor si una célula se encuentra en desarrollo

La viscosidad del citoplasma es similar al agua pura, a pesar de que la difusión de moléculas pequeñas a través de este líquido es aproximadamente cuatro veces más lenta que la del agua pura, debido principalmente a colisiones con la gran cantidad de macromoléculas dentro del citosol. Estudios en crustáceos denominados Artemias han demostrado como el agua afecta las funciones celulares; se observó que una reducción del 20% en la cantidad de agua dentro de la célula inhibe el metabolismo, la actividad metabólica va disminuyendo conforme la célula pierde agua y se detiene al perder un 70% del nivel normal.

A pesar de que el agua es esencial para la vida, la estructura del agua en el citosol no ha sido comprendida satisfactoriamente, esto se debe principalmente a que métodos tales como la espectroscopia de resonancia magnética nuclear sólo proveen información sobre la estructura convencional del agua y no pueden medir variaciones locales a una escala microscópica. Inclusive la estructura del agua pura ha sido poco comprendida, debido a la capacidad que tiene el agua de formar estructuras tales como acumulaciónes debido a puentes de hidrógeno.

El punto de vista clásico con respecto al agua en las células implica que el 5% del agua que en ellas se contiene, está unida fuertemente por solutos o macromoléculas de agua de solvatación, mientras que la mayoría tiene la misma estructura que el agua pura.2 Esta agua de solvatación no está activa en la ósmosis y puede tener diferentes propiedades disolventes, o que algunas moléculas disueltas sean excluidas, mientras otras se concentren. Sin embargo, otros argumentan que los efectos de las altas concentraciones de macromoléculas en las células se extienden por todo el citosol y provoca que el agua en las células se comporte de manera diferente que la de soluciones diluidas.

Estas ideas incluyen proposiciones acerca de que las células tienen zonas de baja y alta concentración de agua, las cuales pueden tener efectos generalizados en las estructuras y funciones de otras partes de la célula. No obstante, el uso de avanzados métodos de resonancia nuclear magnética para la medición directa de la movilidad del agua en células vivas contradice la idea anterior, pues sugiere que 85% del agua de la célula actúa como el agua pura, mientras el resto es menos móvil y esta ligada a las macromoléculas. Iones

La concentraciones de otros iones en el citosol son muy diferentes a las del líquido extracelular, además el citosol tiene más altas concentraciones de macromoléculas cargadas como proteínas y ácidos nucleicos que el exterior de la estructura celular.

Concentraciones típicas del citosol y la sangre en mamíferos. Ion Concentración en citosol (millimolar)

Concentración en sangre (millimolar)

Potasio 139 4

Sodio 12 145

Cloruro 4 116

Bicarbonato 12 29

Aminoácidos en proteínas 138 9

Magnesio 0.8 1.5

Calcio < 0.0002 1.8

En contraste, al líquido extracelular, el citosol tiene una mayor concentración de iones de potasio y una menor concentración de iones de sodio. Esta diferencia en la concentración de iones es critica para la regulación osmótica, ya que si los niveles de iones fueran iguales dentro y fuera de la célula, el agua entraría de manera continua por medio de ósmosis, debido a que los niveles de macromoléculas dentro de la célula serían más altos que los niveles del exterior.

En cambio, los iones de sodio son expulsados y los iones de potasio tomados por la Na⁺/K⁺-AT Pasa?, y bajan su gradiente de concentración por medio de los canales iónicos de selección de potasio. La pérdida de carga positiva crea un potencial de membrana negativo. Para balancear esta diferencia de potencial, iones negativos de cloruro salen también de las células a través de los canales selectivos de cloruro. La perdida de iones de sodio y cloruro compensa el efecto osmótico provocado por la alta concentración de moléculas orgánicas dentro de la célula.

Las células pueden soportar cambios osmóticos aún más considerables, por medio de la acumulación de protectores osmóticos como betaína o trehalosa en el citosol.21 Algunas de estas moléculas permiten la supervivencia de las células cuando se encuentran totalmente secas y le posibilitan entrar en un estado de animación suspendida llamado criptobiosis.

En este caso, el citosol y los protectores osmóticos se comportan como un vidrio sólido que ayuda a la estabilización de proteínas y membranas celulares de los efectos dañinos de las desecación.

La baja concentración de calcio en el citosol permite que los iones de calcio funcionen como un mensajero secundario en la señalización del calcio. En este caso, una señal como el de una hormona o un potencial de acción abre los canales de calcio de modo que provoca inundaciones de calcio en el citosol. Este aumento repentino de calcio citosólico activa otras moléculas de señalización, como la calmodulina y la proteína quinasa C.25 Otros iones como el cloruro y potasio también pueden tener funciones de señalización en el citosol, pero aún no son bien comprendida

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