¿Cómo expulsa la célula sus residuos o desechos?
La célula expulsa sus moléculas grandes por exocitosis. Las encierra en una vesícula, una bolsa diminuta de membrana que viaja hasta la superficie, se funde con ella y vacía su contenido fuera. El proceso gasta energía y sigue cinco pasos ordenados.
En una frase
La exocitosis es el modo en que una célula, gastando energía, saca moléculas desde su interior hasta el exterior.
Hace falta porque muchas de las sustancias que la célula maneja son moléculas grandes y polares: tienen cargas eléctricas repartidas de forma desigual, lo que las hace afines al agua. La membrana que rodea la célula, en cambio, tiene una franja central hidrofóbica que repele el agua. Esas moléculas no pueden cruzarla solas. Sin gasto de energía, no hay paso. Ese paso libre, cuando existe, se llama transporte pasivo.
El término lo propuso el bioquímico Christian de Duve en 1963.
Cómo funciona
El contenido que va a salir viaja dentro de una vesícula: una burbuja diminuta envuelta en membrana. El recorrido tiene cinco pasos.
- Tránsito. Las vesículas parten del aparato de Golgi, el orgánulo donde la célula empaqueta proteínas. Es probable que lleguen a la superficie arrastradas por proteínas motoras: moléculas que se desplazan sobre el citoesqueleto, la red interna de filamentos que hace de pista.
- Anclaje. Se establecen las primeras uniones con la membrana plasmática, la membrana externa de la célula. Ocurren todavía a distancia, más de 25 nanómetros: algo más de la mitad del diámetro de una vesícula.
- Acoplamiento. La vesícula se encaja en un porosoma, una estructura en forma de copa hecha de lípidos y proteínas, situada en la membrana plasmática. El cierre lo forma un anillo apretado de proteínas SNARE: unas están en la vesícula (v-SNARE), otras en la membrana de destino (t-SNARE).
- Cebado. La vesícula queda preparada. En las neuronas, después de este paso solo falta que entre calcio para que la liberación sea casi instantánea. En las células que secretan de forma continua no hay cebado.
- Fusión. Las proteínas SNARE funden durante un instante la vesícula con la membrana. El contenido sale al espacio extracelular. La misma fusión amplía la superficie de la membrana e inserta en ella proteínas nuevas.
En las células con núcleo, llamadas eucariotas, hay dos modalidades. La regulada se dispara cuando entra calcio. La constitutiva funciona de continuo y no depende del calcio.
La exocitosis regulada y la recuperación posterior de la membrana consumen mucha energía. Por eso dependen de las mitocondrias, los orgánulos que suministran energía a la célula.
Esquema · proceso
Los cinco pasos de la exocitosis
- TránsitoLas vesículas salen del aparato de Golgi y viajan por el citoesqueleto hacia la superficie celular.
- AnclajeSe forman los primeros enlaces a más de 25 nanómetros de la membrana plasmática.
- AcoplamientoLa vesícula se encaja en el porosoma y se cierra con un anillo de proteínas SNARE.
- CebadoLa vesícula queda lista; en neuronas solo falta que entre calcio para liberarse casi al instante.
- FusiónLas proteínas SNARE funden la vesícula con la membrana y liberan su contenido al exterior.
Un ejemplo
La sinapsis es el punto de contacto entre dos neuronas. Allí, la neurona libera neurotransmisores, los mensajeros químicos que transmiten la señal a la neurona siguiente, mediante exocitosis regulada.
El cierre SNARE tiene en este caso piezas con nombre propio. Las proteínas sintaxina-1 y SNAP25 están en la membrana plasmática, y la proteína VAMP2 está en la vesícula. Cuando entra calcio, los neurotransmisores salen casi al instante. En los animales, el principal sensor de ese calcio es la proteína sinaptotagmina. Las plantas y los eucariotas unicelulares carecen de ella.
Después, la vesícula se recupera por endocitosis, el proceso inverso, en el que la célula introduce material envuelto en membrana. La mayoría de las vesículas sinápticas se reciclan sin llegar a fundirse del todo. Se abren un momento a través del porosoma y se retiran. Es la fusión llamada «kiss-and-run» (besar y salir corriendo).
Las plantas también recurren a la exocitosis. Cuando un patógeno ataca sus células, estas liberan nanovesículas parecidas a los exosomas, las vesículas que las células eucariotas vierten al exterior.
Esquema · bifurcación
Qué pasa cuando una vesícula está lista para salir
Para recordar
- La exocitosis saca de la célula moléculas grandes que no pueden cruzar la membrana por sí solas, y gasta energía para hacerlo.
- Sigue cinco pasos: tránsito, anclaje, acoplamiento, cebado y fusión, con las proteínas SNARE como cierre.
- Puede ser regulada, disparada por calcio, o constitutiva, continua y sin calcio.
- No es exclusiva de las células con núcleo: las bacterias gram negativas también liberan vesículas.
Fuentes
Cifras
- 1963: año en que Christian de Duve propuso el término «exocitosis» [1].
- 5: pasos del proceso [1].
- Más de 25 nm: distancia a la que se forman los primeros enlaces del anclaje, algo más de la mitad del diámetro de una vesícula [1].
Datos de estudios de laboratorio en condiciones controladas. No son pautas de uso ni consejos de salud para personas, animales u objetos. Si tienes un problema de salud, consulta a un profesional.
Lo que se suele confundir
«Solo las células con núcleo hacen exocitosis.» No es así. Las bacterias gram negativas tienen un tercer mecanismo, el último descubierto. Su membrana externa se estrangula y forma vesículas que llevan señales químicas del microbio a las células del organismo que infectan o a otros microbios cercanos.
«La vesícula se vacía del todo y desaparece en la membrana.» Con frecuencia no ocurre. Al microscopio electrónico, las células que acaban de secretar muestran más vesículas a medio vaciar. Liberan solo parte del contenido. En las sinapsis, además, la mayoría de las vesículas se reciclan sin fusión completa.
«Toda exocitosis depende del calcio.» Solo la regulada. La constitutiva es continua, no necesita calcio y se salta el cebado. En los mamíferos se le asocian dos complejos de anclaje propios, ELKS y Exocyst. Queda por ver si la maquinaria de ambas modalidades es realmente distinta. Tampoco se sabe aún cómo cooperan los distintos sensores de calcio para marcar el ritmo de la liberación.
Comparación
Exocitosis regulada frente a constitutiva
| Aspecto | Regulada | Constitutiva |
|---|---|---|
| Disparador | Entrada de calcio | No depende del calcio |
| Cebado | Sí, deja la vesícula lista | No hay cebado |
| Frecuencia | Puntual, bajo demanda | Continua |
| Complejos de anclaje | SNARE: sintaxina-1, SNAP25, VAMP2 | ELKS y Exocyst |
Referencias
- Exocitosis [Internet]. Wikipedia.Licencia CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
- Jin Z, Na J, Lin X, Jiao R, Liu X, Huang Y. Plant-derived exosome-like nanovesicles: A novel nanotool for disease therapy. Heliyon. 2024-05;10(9):e30630. doi:10.1016/j.heliyon.2024.e30630 PMID: 38765146Licencia CC BY-NC-ND
Para profundizar
Libros · ver todos
Universitario · En inglés
Mechanics of Motor Proteins and the Cytoskeleton
Jonathon Howard
Sinauer Associates, 2001
This text is for biology, biochemistry and chemistry students who want to learn about the principles of protein mechanics and how it applies to the morphology and motility of cells. Understanding how motors and the cytoskeleton operate requires mechanical concepts such as force, elasticity and damping. Introductory…
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Recurso educativo · Introducción
BioInteractive
biointeractive.org
Recurso educativo del Howard Hughes Medical Institute con materiales y actividades sobre transporte celular a través de membranas, pensados para la enseñanza de biología.
Base de datos · Universitario
OPM Database
opm.phar.umich.edu
Base de datos de estructuras de proteínas de membrana con su orientación y posicionamiento calculados respecto a la bicapa lipídica, mantenida por la Universidad de Michigan.