Comunicación intracelular

Una célula con sus diferentes moléculas de ADN, ARN y proteínas es muy diferente de un tubo de ensayo que contiene los mismos componentes. Cuando una célula se disuelve en un tubo de ensayo, miles de diferentes tipos de moléculas se mezclan aleatoriamente. En la célula viva, sin embargo, estos componentes se mantienen en lugares específicos, lo que refleja el alto grado de organización esencial para el crecimiento y la división de la célula. Mantener esta organización interna requiere un aporte continuo de energía, porque las reacciones químicas espontáneas siempre crean desorganización. Por lo tanto, gran parte de la energía liberada por la hidrólisis de ATP alimenta procesos que organizan macromoléculas dentro de la célula.

Cuando se examina una célula eucariota con gran aumento en un microscopio electrónico, se hace evidente que orgánulos específicos unidos a la membrana dividen el interior en una variedad de subcompartamentos. Aunque no se puede detectar en el microscopio electrónico, es evidente a partir de los ensayos bioquímicos que cada orgánulo contiene un conjunto diferente de macromoléculas. Esta segregación bioquímica refleja la especialización funcional de cada compartimento. Por lo tanto, las mitocondrias, que producen la mayor parte del ATP de la célula, contienen todas las enzimas necesarias para llevar a cabo el ciclo del ácido tricarboxílico y la fosforilación oxidativa. Del mismo modo, las enzimas degradativas necesarias para la digestión intracelular de macromoléculas no deseadas se limitan a los lisosomas.

De esta segregación funcional se desprende claramente que las muchas proteínas diferentes especificadas por los genes del núcleo celular deben transportarse al compartimento donde se utilizarán. No es sorprendente que la célula contenga un extenso sistema de membrana dedicado a mantener solo este orden intracelular. El sistema sirve como oficina de correos, garantizando el enrutamiento adecuado de macromoléculas recién sintetizadas a sus destinos adecuados.

Todas las proteínas se sintetizan en ribosomas ubicados en el citosol. Tan pronto como la primera porción de la secuencia de aminoácidos de una proteína emerge del ribosoma, se inspecciona para detectar la presencia de una secuencia de señal de retículo endoplásmico (RE) corta.»Los ribosomas que producen proteínas con una secuencia de este tipo se transportan a la superficie de la membrana del ER, donde completan su síntesis; las proteínas producidas en estos ribosomas se transfieren inmediatamente a través de la membrana del ER al interior del compartimento del ER. Las proteínas que carecen de la secuencia de señal ER permanecen en el citosol y se liberan de los ribosomas cuando se completa su síntesis. Este proceso de decisión química coloca algunas cadenas de proteínas recién completadas en el citosol y otras dentro de un extenso compartimento delimitado por membrana en el citoplasma, lo que representa el primer paso en la clasificación intracelular de proteínas.

Las proteínas recién hechas en ambos compartimentos celulares se clasifican de acuerdo con las secuencias de señales adicionales que contienen. Algunas de las proteínas en el citosol permanecen allí, mientras que otras van a la superficie de las mitocondrias o (en células vegetales) cloroplastos, donde se transfieren a través de las membranas hacia los orgánulos. Los subsignales de cada una de estas proteínas designan exactamente a qué parte del orgánulo pertenece la proteína. Las proteínas inicialmente clasificadas en la sala de Emergencias tienen una gama aún más amplia de destinos. Algunos de ellos permanecen en la sala de emergencias, donde funcionan como parte del orgánulo. La mayoría entra en vesículas de transporte y pasa al aparato de Golgi, orgánulos separados delimitados por membrana que contienen al menos tres subcompartamentos. Algunas de las proteínas se retienen en los subcompartamentos del Golgi, donde se utilizan para funciones peculiares de ese orgánulo. La mayoría de las veces entran en vesículas que salen del Golgi hacia otros destinos celulares, como la membrana celular, los lisosomas o las vesículas secretoras especiales. (Para más información, ver a continuación Membranas internas.)