Vesícula

Las vesículas son compartimentos formados por una bicapa lipídica que separa su contenido del citoplasma o de un entorno extracelular de base líquida. Pueden contener líquidos o gases y tienen una amplia gama de funciones en las células de todo el mundo viviente, desde la regulación de la flotabilidad hasta la secreción de hormonas.

La palabra ‘vesícula’ deriva de la palabra latina vesicula que significa ‘vejiga pequeña’ y también puede referirse a ampollas en el cuerpo o burbujas de gas en rocas volcánicas.

Ejemplos de vesículas

Las vesículas se encuentran en bacterias, Archea y plantas, así como en animales. En cada célula tienen una función distinta y la misma célula puede tener diferentes tipos de vesículas, involucradas en varios roles.

Vacuolas

Casi todas las células vegetales y muchos protistas y hongos tienen un compartimento central lleno de líquido llamado vacuola. Contiene iones, azúcares, aminoácidos, algunas proteínas, enzimas y productos de desecho. La membrana que encierra la vacuola se llama tonoplasto y el término es un indicador de su papel en el mantenimiento de la presión de turgencia dentro de la célula. La presión de turgencia es crucial para que la planta se mantenga erguida. El tonoplasto puede regular la concentración de iones en el citoplasma y así alterar su pH. Un pH bajo dentro de la vacuola ayuda a activar las enzimas que degradan los materiales biológicos. La vacuola también juega un papel en el secuestro de material de desecho y la protección del resto de la célula de daños.

El tamaño y la cantidad de vacuolas pueden variar según las necesidades de la célula. Las vacuolas animales suelen formar parte de los movimientos más grandes dentro de la célula, como la exocitosis o la endocitosis.

Vacuolas contráctiles

Las vacuolas contráctiles son orgánulos que experimentan un crecimiento y contracción periódicos para regular el contenido de agua e iones de una célula, especialmente en organismos unicelulares que no tienen pared celular. La mayoría de las células tienen una mayor concentración de iones que la región extracelular, particularmente en ambientes de agua dulce. En tales condiciones, el agua puede entrar a través de pequeños poros en la membrana celular y eventualmente hacer que la célula explote debido al exceso de presión del agua. Una vacuola contráctil protege contra esta eventualidad mediante el uso de bombas de protones en su membrana para extraer agua durante el crecimiento o la diástole.fase. Periódicamente, la vacuola se contrae y vuelve a expulsar el agua a la región extracelular. 

Aunque se desconoce la composición exacta de la membrana, o incluso el mecanismo contráctil de estas vacuolas, se ha observado como un orgánulo pulsátil en muchas especies, especialmente en protistas como ameba y paramecio.

Vesículas sinápticas

Las vesículas sinápticas se encuentran en el extremo terminal de los axones en las células nerviosas (neuronas) y contienen neurotransmisores, pequeñas moléculas involucradas en la transmisión de señales electroquímicas de una célula a otra. Estas estructuras se fusionan con la membrana plasmática de la neurona en respuesta a un cambio rápido en el potencial de la membrana eléctrica. Esto libera neurotransmisores en la hendidura sináptica, la región estrecha que separa dos neuronas. Luego, los neurotransmisores se unen y activan los receptores en la neurona siguiente o postsináptica, generando un potencial de acción que luego se transmite a lo largo de esa neurona.

Las vesículas sinápticas son pequeñas, de unos 40 nm de diámetro y contienen dos tipos de proteínas en sus membranas. Las primeras son las bombas de protones que permiten la captación selectiva de neurotransmisores. El otro grupo está involucrado en el transporte de vesículas a la membrana y el reciclaje de neurotransmisores.

Tipos de vesículas

Las vesículas se pueden clasificar según una variedad de factores, desde la función hasta la ubicación y la naturaleza de su carga. En función de su función, se pueden agrupar como los implicados en el transporte, digestión, protección, secreción u osmorregulación. También se pueden clasificar como vesículas intracelulares o extracelulares dependiendo de dónde se encuentren. Finalmente, si bien la mayoría de ellos contienen líquidos, algunos microorganismos también usan vesículas de gas para optimizar la fotosíntesis y regular la flotabilidad.

Vesículas de gas

Las vesículas de gas son estructuras que se ven en Archea y muchas especies acuáticas y posiblemente permiten que el microbio se eleve o se hunda en la columna de agua para encontrar las condiciones óptimas para la supervivencia y la fotosíntesis. La vesícula de gas también permite que la célula coloque los pigmentos fotosintéticos cerca de la superficie de la célula, cerca de la membrana. Estas estructuras son inusuales porque están formadas puramente por una membrana a base de proteínas que no tiene ningún componente lipídico. Sin embargo, estas proteínas son extremadamente hidrófobas y, por lo tanto, pueden crear una barrera entre el contenido del citoplasma y los gases secuestrados.

Vesículas extracelulares

También conocidas como exosomas, estas estructuras se encuentran en el líquido extracelular de casi todos los eucariotas. Están involucrados en la señalización intercelular y contienen grandes biopolímeros y ocasionalmente incluso material genético. De hecho, se utilizan en las vías de señalización en todo el mundo viviente, desde bacterias que utilizan exosomas para transferir material genético hasta mamíferos que lo utilizan para la presentación de antígenos y la maduración de las células inmunitarias. Desempeñan un papel en el crecimiento y desarrollo celular, así como en la muerte celular controlada, también conocida como apoptosis. Los exosomas también son cruciales para la expulsión de productos de desecho citoplásmicos y la eliminación de proteínas de la membrana plasmática.

Vesículas intracelulares involucradas en la digestión

Los lisosomas son pequeñas estructuras que se ven en las células animales y que están llenas de enzimas digestivas. Pueden fusionarse con otras estructuras membranosas y la vesícula combinada puede actuar como un orgánulo digestivo. Los lisosomas pueden fusionarse con las vacuolas alimentarias en organismos unicelulares como las amebas o vesículas endocíticas que contienen patógenos que son absorbidos por las células del sistema inmunológico.

El lisosoma contiene un impresionante arsenal de enzimas, todas las cuales actúan como hidrolasas: catalizan la descomposición de macromoléculas mediante la adición de agua. Estas enzimas trabajan a un pH más bajo que el citoplasma y pueden hidrolizar ácidos nucleicos, proteínas, carbohidratos y lípidos, todos los cuales son polímeros formados por una reacción de deshidratación. Curiosamente, el lisosoma en sí está protegido de sus propias enzimas poderosas porque la mayoría de las proteínas de su membrana están muy glicosiladas, con la adición de varias moléculas de azúcar. En caso de rotura accidental del lisosoma, el pH neutro del citoplasma ralentiza la acción de estas enzimas y protege a la célula de daños duraderos.

Etapas de la fagocitosis de ameba

La imagen muestra una bacteria engullida por una ameba, que luego la digiere y utiliza los aminoácidos y los carbohidratos simples para impulsar sus actividades. El material de desecho es expulsado por exocitosis cuando la vesícula se fusiona con la membrana celular.

Fagocitosis

En esta imagen, se muestra la fagocitosis por una célula inmunitaria. Inicialmente, el patógeno es reconocido y envuelto para formar una estructura llamada fagosoma. El lisosoma se fusiona con el fagosoma y las enzimas del lisosoma digieren el microbio. Los macrófagos son fagocitos dedicados del sistema inmunológico que pueden engullir y digerir todo, desde restos celulares y pequeños patógenos hasta grandes células cancerosas con antígenos anormales en su superficie.

Vesículas de transporte intracelular

Las vesículas también participan en el transporte a granel de materiales de una parte de la célula a otra. Por ejemplo, las proteínas sintetizadas en el retículo endoplásmico rugoso se envían selectivamente a vesículas que pasan a formar parte de la extensa red de Golgi.

Aparato de Golgi formando vesícula

Una vez dentro de la red de Golgi, estas proteínas se modifican y envían a sus destinos en función de las señales en su secuencia de aminoácidos. Algunas enzimas hidrolíticas se transportan al lisosoma, mientras que otras vesículas se fusionan con la membrana plasmática y liberan proteínas de la membrana. Estas vesículas de transporte también son importantes para transportar partículas lipídicas hidrófobas a través del citoplasma acuoso.

Vesículas secretoras intracelulares

Otra clase de vesículas se crea en la red de Golgi y estas son vesículas que transportan carga que necesita ser secretada. Pueden ser proteínas y carbohidratos necesarios para la formación de la matriz extracelular o enzimas, cofactores, hormonas y péptidos que funcionan fuera de la célula y son transportados por la sangre o la linfa. Por ejemplo, las vesículas secretoras de las células de fibroblastos liberan glucoproteínas, colágenos y otros materiales fibrosos para formar la matriz extracelular

Las células del hueso secretan minerales y proteínas de la matriz, mientras que el cartílago. Las células (condrocitos) están involucradas en la secreción de glicosaminoglicanos y proteoglicanos. Estas secreciones continúan de forma constitutiva, sin necesidad de señales externas. Las vesículas sinápticas, sin embargo, son ejemplos de vesículas que se fusionan con la membrana plasmática en respuesta a la señal de un potencial de acción. Otros ejemplos son las células que liberan hormonas, enzimas o moco.

Funciones de las vesículas

Como se ve en los diversos tipos de vesículas, pueden participar en la flotabilidad y la optimización de la fotosíntesis (vesículas de gas), la señalización intercelular y el intercambio de materiales (exosomas), la digestión intracelular (lisosomas), el transporte y la secreción (vesículas que surgen de la red de Golgi). Pueden transportar todo tipo de carga, desde grandes ampollas apoptóticas y patógenos hasta biopolímeros y material de desecho. Son necesarios para la formación y mantenimiento de la membrana plasmática, la matriz extracelular y la estructura citoplásmica interna. Las vesículas también son cruciales para el funcionamiento de las células involucradas en la digestión extracelular, como las que recubren los órganos digestivos como las glándulas salivales. Finalmente, un organismo mantiene la homeostasis coordinando las acciones de diferentes órganos a través de sus sistemas nervioso y endocrino. Ambos sistemas de órganos necesitan el funcionamiento adecuado de la red vesicular para realizar sus tareas.

  • Apoptosis : muerte celular programada y controlada que es una parte normal del crecimiento y la maduración de un organismo.
  • Presentación de antígenos : proceso mediante el cual las células del sistema inmunitario capturan antígenos y los presentan a las células T, lo que permite al cuerpo distinguir entre patógenos y sus propias células.
  • Endocitosis : absorción masiva de material por una célula a través de la invaginación de la membrana plasmática formando una vesícula.
  • Exocitosis : liberación de una gran cantidad de material de la célula cuando una vacuola o vesícula se fusiona con la membrana plasmática.

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