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BIOLOGÍA CELULAR:
TEMA 1:
INTRODUCCIÓN: La teoría celular− Células procarióticas y células eucarióticas− Estructura general de las células eucarióticas− Medidas utilizadas en Biología Celular− Instrumentos y técnicas de estudio de las células: microscopía óptica, microscopía electrónica y fraccionamiento celular.
Las células del organismo se originan a partir de una sola (cigoto). Las diferencias que existen entre las células de dicho organismo se consiguen mediante diferencias en la expresión genética.
1.4. MEDIDAS UTILIZADAS EN BIOLOGÍA CELULAR.
Puesto que las células son pequeñas para poder hablar de sus diferencias son necesarias unas unidades específicas.
• UNIDADES DE LONGITUD:
m (micra o micrómetro) !es 10 −3 mm (milésima parte del milímetro)
nm (nanómetro) !10 −6 mm
Ä (Ängstrom)! 10 −7 mm
mg (miligramo)! 10 −3 g
g (microgramo)! 10 −6 g d (dalton)! peso de un átomo de hidrógeno
ng (nanogramo)! 10 −9 g Ej: H2O !18 d
pg (picogramo)! 10 −12 g Kd (kilodalton)! 10 −3 d. Ej: Hemoglobina:64'5 Kd
1.5. INSTRUMENTOS Y TÉCINCAS PARA EL ESTUDIO DE LAS CÉLULAS.
Al ser las células muy pequeñas y notablemente complejas. Su estudio siempre depende de una serie de herramientas que se han desarrollado en tiempos relativamente recientes.
Los microscopios sirven para el estudio de la célula en su conjunto.
Es un microscopio de luz transmitida (atraviesa la muestra) y se observa en campo claro. Consta de los siguientes elementos.
En primer lugar hay una fuente de iluminación en la parte inferior del microscopio, en su esqueleto (estativo). La luz pasa a través de un condensador, formado por una o más lentes, que centra la luz condensando la iluminación. Por encima está la platina portapiezas con un agujero en el centro a través del cual pasa la luz. La platina se puede desplazar con una serie de mandos.
Sobre la platina se dispone la muestra en una lámina denominada portaobjetos.
Después la luz pasa por el objetivo, el ocular y llega al ojo. El microscopio tiene una limitación fundamental que recibe el nombre de límite de resolución: es la distancia mínima a la cual dos puntos u objetos se pueden observar separados. Se ajusta a la siguiente ecuación:
L · r = 0'61 / AN : longitud de onda
AN: apertura numérica. Característica del objetivo que se está empleando. AN= N · sen
N: índice de refracción entre la muestra y el objetivo.
Los mejores objetivos que existen en la actualidad tienen un ángulo =70º, sen 70º=0'94. El objetivo puede tener como máximo una apertura numérica de 1'4 en el medio ACEITE. La luz empleada es la luz visible y su longitud de onda está entre 0'4−0'7 m.
0'4 zona del violeta 0'7 rojo lejano
L · r= 0'61 ·0'4 /1'4 = 0'2 m !límite de resolución
Teórico del microscopio óptico
Podemos ver partículas que tengan como diámetro 0'2 m o más, pero esto en la práctica es imposible.
El L · r real del microscopio óptico es de 0'5 m, y ese tamaño lo tiene una bacteria (procariota) o una mitocondria (orgánulo de eucariota). Son las estructuras más pequeñas que se pueden observar.
En la mayoría de los organismos las células forman tejidos y órganos (pluricelulares) y no pueden observarse directamente, sino que deben sufrir un tratamiento hasta poder observarlos al microscopio! PROCESO DE FIJACIÓN.
Durante este proceso se inmoviliza a las células matándolas pero preservándolas y la sustancia utilizada es el fijador.
En términos químicos la fijación consiste en establecer puentes entre las diferentes macromoléculas que constituyen la célula, de forma que quedan situadas fijas en su posición original.
Por otra parte el fijador prepara a las células para la tinción (hace permeable a las células a los colorantes).
Hay que realizar rebanadas finas para poder observar los tejidos y órganos al microscopio. Se utilizan los microtomos. Existen diversos tipos, pero el más corriente es el microtomo de rotación.
En el brazo que sube y baja tenemos el tejido que queremos cortar, y para ello hay una manivela.
Cada vuelta de la manivela, el brazo se mueve un número determinado de m. Abajo hay una cuchilla que puede ser de acero, vidrio e incluso de diamante y el material depende del grosor de la sección que queramos obtener. Cada vez que el brazo baja se corta una sección que se dispone en el portaobjetos.
El grosor de las secciones para microscopía óptica es de 1−10 m. Para microscopía electrónica las secciones tienen un grosor siempre por debajo de 0'1 m.
Los tejidos y órganos son estructuras muy frágiles y no pueden cortarse directamente con el microtomo (son
Para llevar a cabo ciertos estudios hay que hacerlo en células vivas. Para ello hay que utilizar microscopios con sistemas ópticos especiales.
****ITI
TIPOS DE MICROSCOPÍA:
- De contraste de fases.
- De contraste interdiferencial de Nomarski.
Existe otra técnica que es la microscopía de campo oscuro que permite estudiar células vivas y la base de este tipo es iluminar la muestra desde los laterales y sólo la luz reflejada es la que se utiliza. Con este tipo de microscopía de campo oscuro, la célula aparece brillante sobre un fondo azul.
Otras variantes de microscopía óptica desarrollada gracias al avance de los programas de procesamiento de imágenes:
Microscopía confocal. Es una variante de la microscopía de fluorescencia. Con este tipo se realizan secciones ópticas sin tener que cortar la muestra.
Microscopía para estudiar microtúbulos: Microscopía de contraste interdiferencial intensificado por vídeo. Los microtúbulos tienen un diámetro de 0'025 m.
MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA:
La fórmula L · r = 0'6 /AN sirve también para la microscopía electrónica, pero se utiliza un haz de electrones como fuente luminosa, por lo que el índice de resolución es más pequeño que con el óptico. Los electrones tienen una que depende inversamente de su velocidad (a menor longitud de onda, mayor velocidad).
Para que funcione, el microscopio necesita vacío para que los electrones tengan velocidad y longitud de onda. La velocidad depende del voltaje del microscopio.
Voltaje: 100.000 voltios = 0'004 nm
El límite de resolución sería 0'002 nm.
L · r = 0'6 · / AN
Utiliza lentes electromagnéticas porque tienen más defectos que las del microscopio óptico. Por lo tanto, en la realidad la resolución del microscopio electrónico es de 2 nm.
Microscopio electrónico de transmisión: Semejante a un microscopio óptico. Aunque es más grande y está invertido, pero tiene los mismos elementos. La fuente de electrones que está situada arribe se denomina filamento o cátodo. Los electrones procedentes son acelerados por un ánodo que está en las cercanías del cátodo.
Los electrones atraviesan el ánodo y pasan por una lente electromagnética que hace de condensador y por debajo de este se sitúa la muestra. Los electrones atraviesan la muestra y paran a modo de objetivo. Posteriormente llegan a otra lente que actúa como ocular y finalmente los electrones llegan del todo del microscopio, la cual se puede quitar de la zona de paso de los electrones, entonces los electrones pasan a unas cámaras donde hay unas placas de aproximadamente 10 cm de lado, donde obtenemos un negativo que
se puede procesar en un ampliador.
*mirar dibujo.
En el contraste de la muestra no se utilizan los mismos colorantes que en la microscopía óptica y las secciones son muy finas (el grosor adecuado oscila entre 50−100 nm). Se utiliza un microtomo especial que utiliza cuchillas de vidrio, sobre las que se monta una estructura que es una balsa donde se deposita agua. Al bajar el brazo de ultramicrotomo que contienen la muestra, Los cortes quedan flotando en esa balsa, los cuales hay que cogerlos con una especie de red (rejilla, de 3 mm de diámetro).
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MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE TRANSMISIÓN.
Lo podemos equiparar al microscopio óptico (tiene prácticamente sus mismos componentes), pero es mucho más grande y está invertido. La fuente de electrones que está situada arribe, recibe el nombre de filamento o cátodo. Los electrones son acelerados por un ánodo que se encuentra en las cercanías del cátodo. El ánodo es como un anillo y es atravesado por los electrones. Después pasan por una lente electromagnética que hace la función de condensador. Debajo se sitúa la muestra que es atravesada por los electrones. La luz pasa a través de otra lente electromagnética que funciona a modo de objetivo. Los electrones llegan a otra lente que actúa como ocular y finalmente llegan a una pantalla situada abajo que es fluorescente. Esta pantalla se puede quitar y entonces llegan a otro compartimento (cámaras fotográficas) que tiene placas que actúan como los negativos.
El contraste de las muestras no se lleva a cabo con los mismos colorantes y las secciones son muy finas (entre 50−100 nm). Se utiliza un microtomo especial con cuchillas de vidrio en forma de triángulo sobre las que se monta una estructura que es como una balsa con agua y al bajar el microtomo los cortes queda flotando en ella. Los cortes se pescan con una red (rejilla) de 3 mm de diámetro.
Los electrones tienen poco poder de penetración, no son capaces de atravesar secciones muy gordas, por eso son de 50−100 nm.
La FIJACIÓN de las muestras es doble (es específica para microscopía electrónica).
La primera solución fijadora es Glutaraldeido al 3%! tampón fosfato. El ph " 7'4 y la concentración es fisiológica 0'1M.
La segunda fijación (postfijación) se lleva a cabo con tetraóxido de osmio (Os O4) que inmoviliza a los lípidos aunque también en un cierto grado a las proteínas.
En el caso concreto de la microscopía de transmisión el contraste se lleva a cabo con soluciones de determinados metales pesados. Por ejemplo: Acetato de Uranilo.
Aparecen tonos grises de diferente intensidad. Con este tipo de microscopio se pueden alcanzar 100. aumentos.
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MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO.
Se emplean los electrones que son reflejados por la muestra. Primero pasan por una lente electromagnética que funciona más o menos como el condensador del microscopio óptico. A continuación tenemos otra lente que es el deflector y después otra que actúa como objetivo. Luego hay un cilindro de latón o de cobre donde
puesto una película de carbono transparente. La muestra puede ser desde una sección a una solución con macromoléculas. Procedemos a meter la rejilla en una solución de un metal pesado como el acetato de uranilo. La sacamos y la dejamos secar. La solución ha formado una película bastante opaca y homogénea sobre la rejilla y la zona donde se encuentra la muestra se observa más clara! fondo oscuro.
Es útil para observar estructuras del citoesqueleto (por ejemplo: filamentos de actina) y ribosomas.
Fraccionamiento celular: Hay técnicas que permiten separar los diferentes orgánulos que constituyen la célula. Son técnicas complejas donde el utensilio fundamental es una ultracentrifugación que se combina con otros tratamientos.
Para separar los orgánulos de una célula hay que iniciar el fraccionamiento por un órgano (Ej: hígado). Hacemos una TRITURACIÓN del mismo y obtenemos lo que se denomina homogeneizado. En éste hay: células enteras, núcleos enteros, otros orgánulos que se rompen en pequeños fragmentos que se reorganizan y formas pequeñas vesículas que reciben el nombre de microsomas.
Se FILTRA el homogeneizado a través de un tamiz y se procede a la centrifugación a baja velocidad (1000 g ). A los 10 minutos obtenemos:
- Precipitado.
- Sobrenadante (fundamentalmente células enteras y núcleos)
El sobrenadante se vuelve a centrifugar a 20000 g durante 20 minutos y volvemos a obtener:
Precipitado (recibe el nombre de F. Microsomal porque contiene fragmentos de orgánulos en vesículas, microsomas).
De nuevo centrifugamos el sobrenadante a 150000g durante 3 horas, y obtenemos:
- Precipitado (ribosomas, virus y grandes moléculas).
- Sobrenadante
Nos han quedado fracciones que son mezclas de muchos elementos (NO PURAS). Supongamos que volvemos a coger la fracción mitocondrial y la metemos en una solución (tampón) para someterla a una centrifugación en gradiente. En el tubo de gradiente tenemos sacarosa cuya concentración varía a lo largo de él. Aumenta a medida que nos acercamos a la base.
Realizamos la centrifugación y los orgánulos se sitúan en el nivel de su densidad en el tubo de centrifugación. A partir de los resultados se pueden ir obteniendo fracciones puras que podemos observar en el MET.
Teniendo ya la fracción de la mitocondria pura, se trata con un detergente ( digitonina ). Este tratamiento rompe la membrana externa, formándose fragmentos de ésta, que se disponen en pequeñas vesículas, por lo que el contenido des espacio intermembranoso queda disuelto y la membrana interna queda intacta.
El contenido de la matriz rodeado por la membrana interna se denomina mitoplastos.
Después realizamos una centrifugación, obteniendo:
- Precipitado (que contiene los mitoplastos)
- Sobrenadante (que contiene el contenido del espacio intermembranoso y las vesículitas)
Los mitoplastos se suspenden en un tampón denominado lubrón , que rompe la membrana interna.
Se procede a una centrifugación posterior, obteniendo:
- Precipitado (contiene la membrana interna)
- Sobrenadante (Contiene el contenido de la matriz mitocondrial)
Con la otra parte de la primera centrifugación se obtiene:
- Precipitado (contiene la membrana interna)
- Sobrenadante (contiene el espacio intermembranoso).
Se lleva a acabo un análisis químico.
TEMA 2:
LA MEMBRANA PLASMÁTICA: ASPECTOS ESTRUCTURALES.
2.1. CONCEPTO Y COMPOSICIÓN QUÍMICA.
La membrana plasmática engloba a la célula, define sus límites o mantiene las diferencias esenciales entre el contenido interno de la célula y el medio extracelular. Está constituida ppor lípidos y proteínas, que se mantienen juntos por interacciones de tipo hidrofóbico.
Es una estructura dinámica y fluida, donde tanto lípidos como proteínas se desplazan continuamente en el plano de la membrana.
Los lípidos se disponen formando una bicapa, que tiene un grosor aproximado de 5 mm (50 ). Es impermeable a la mayoría de las moléculas solubles en agua.
Las proteínas "disueltas" en la bicapa lipídica tienen como funciones: El transporte de moléculas y la catalización de reacciones enzimáticas y receptoras.
La composición química depende de donde la mambrana plasmática se aísle.
Composición química de la membrana plasmática de los eritrocitos:
49% del peso seco: PROTEÍNAS { Enzimáticas, Catalizadoras, Receptoras; Estructurales }
43% del peso seco: LÍPIDO
8% del peso seco: HIDRATOS DE CARBONO
- − Los más abundantes son los fosfolípidos (anfipáticos). Representan el 60% del total de los lípidos y se dividen en:
FOSFOGLICÉRIDOS: Compuestos por un alcohol (GLICEROL), dos moléculas de ácidos grasos, una de ácido fosfórico y una molécula R.
Los más importantes son: Fosfatidiletanolamina (FEA) que representa el 18% del total de lípidos.
La parte hidrofóbica forma una hélice (HÉLICE ). Esta hélice atraviesa una sola vez la bicapa ( proteínas integrales de un solo paso). Si se atraviesa varias veces (Proteínas integrales multipaso).
Las proteínas periféricas pueden establecer enlaces con la bicapa lipídica. Pueden establecer enlaces covalentes con ácidos grasos o bien a otras cadenas lipídicas denominadas GRUPOS PREHILO.
Otras proteínas periféricas pueden establecer interacciones no covalentes con proteínas integrales.
Proteínas periféricas que están en la cara externa de la MP se unen a fosfolípidos de la membrana a través de un oligosacárido determinado denominado FOSFATIDIL INOSITOL.
2.3. − PROPIEDADES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA: Asimetría y fluidez
Asimetría: Se cumple tanto por lípidos como por proteínas e hidratos de carbono. Quiere decir que la composición química de una mitad de la MP no es igual a la otra mitad.
Aunque halla el mismo % de lípidos en ambas láminas (citoplasmática y exterior) al analizarlas detalladamente, se observa que su distribución es irregular. Por ejemplo: la esfingomielina y fosfatidilcolina son más abundantes en la exoplasmática. Con la fosfatidiletanolamina y fosfatidilserina ocurre lo contrario, son más abundantes en la lámina citoplasmática.
ASIMETRÍA DE LAS PROTEÍNAS:
Al igual que con los lípidos, ocurre con las proteínas (están distribuidas asimétricamente, lo cual se observa en las réplicas de las proteínas)
Ej: La quinasa C se localiza exclusivamente en la lámina exoplasmática de la MP asociados a lípidos y proteínas.
ASIMETRÍA DE LOS HIDRATOS DE CARBONO:
Los hidratos de carbono se localizan unidos a lípidos o proteínas siempre en la cara exoplasmática de la MP.
Fluidez: Las diferentes moléculas que integran la MP sufren movimientos que dependen de la Tª y de la composición química de la MP:
Ej: Los fosfolípidos y glucolípidos pueden rotar sobre sí mismos, sobre un eje y son capaces de desplazarse sobre el plano de la MP. La difusión lateral es tremendamente rápida.
Los fosfolípidos giran sobre sí mismos en plano longitudinal y también de forma lateral en la membrana, de forma muy rápida (10.000.000 de veces por seg.). Se desplaza 1 micra por seg. a 37º C. Tarda 20 seg. en recorrer una célula humana.
A 37 ºC una molécula de fosfolípidos se desplaza a 1 micra por seg.a esto se llama MOVIMIENTO DE DIFUSIÓN.
Hay otro movimiento que no es espontáneo, está catalizado por una enzima y requiere energía, y consiste en el sello de una molécula de fosfolípido de una lámina a otra. Este movimiento es el responsable de la asimetría de los lípidos en la bicapa, pues son capaces de transportarlos. Estas enzimas reciben el nombre de FLIPASAS.
Uno de los factores que influyen en la fluidez es la Tª, también influye la longitud de la cadena de los ácidos
grasos y el grado de saturación de esos ácido grasos (si tienen o no dobles enlaces insaturados o saturados).
FLUIDEZ= función (Tª / longitud de cadena + grado de saturación)
El colesterol influye sobre la fluidez de la membrana. Ese efecto depende de la Tª a la que se encuentre la membrana. A 37 ºC el colesterol tiende a hacer a la membrana plasmática menos fluida. A temperaturas bajas, el colesterol hace a la membrana más fluida que si no existiera ese colesterol. A bajas temperaturas, el colesterol evita que la membrana plasmática se congele.
Las proteínas se desplazan rápidamente en el plano de la MP. Observado por Frye Edidin en 1970.
Utilizaron la fusión de células de varias especies (de ratón + células humanas). LA célula que crearon recibe el nombre de HETEROCARIONTE.
También utilizaron la tinción con anticuerpos. Se basaron en que la célula de ratón posee una proteína que la humana no contiene.
Los investigadores tenían un ácido que se unía a la proteína de ratón. Ese ácido iba unido a una molécula fluorescente. También contaban con otro ácido que se unía específicamente a la proteína humana, unido también a una molécula fluorescente.
Fusionaron las células y obtuvieron heterocarionte. Lo congelan y tiñen con anticuerpos. Al observar, se dieron cuenta que la mitad de la célula presentaba fluorescencia del color de la molécula fluorescente del ratón y la otra mitad de la humana.
El otro experimento: esperan 40 minutos tras obtener heterocarionte. Vuelven a observar: la fluorescencia del ratón y la humana están repartidas por heterocarionte. Las proteínas se han difundido lateralmente en el plano de la membrana; se distribuyen de forma homogénea.
Así descubrieron que las proteínas pueden moverse en el plano de la membrana.
Al aplicar una descarga eléctrica las proteínas también se mueven en la membrana plasmática.
Sin embargo, la noción de que la membrana es un mar de lípidos en el que navegan proteínas es muy simple. La célula tiene mecanismos para decidir donde colocar cada proteína y ordenar la estructura de la membrana.
Al igual ocurre con los lípidos; pueden ser más abundantes por una cara que por otra.
Existen proteínas que sólo se localizan en una cara.
Existen otras que se localizan en las caras laterales y basales. Por ej. : Transportador de gluasa.
TEMA 3.
ASPECTOS FUNCIONALES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA:
3.1. Introducción:
Debido a su interior hidrofóbico, la bicapa lipídica es impermeable o sirve de barrera al paso de la mayoría de las moléculas polares. Esta característica es fundamental para permitir a la célula mantener en el citoplasma una concentración de solutos diferente a la que existe en el fluido del medio extracelular. Sin embargo, la célula ha desarrollado vías para transportar moléculas solubles en agua a través de la membrana plasmática
membrana.
Se puede expresar la velocidad de transporte de una determinada sustancia en relación con la concentración de la molécula transportada en ambos lados de la membrana y se obtiene en este caso que la velocidad de transporte es directamente proporcional a la diferencia de concentración entre un lado y otro de la bicapa lipídica.
El agua tiende a atravesar la BL desde el sitio con menor concentración de solutos hacia el de mayor concentración de solutos, o sea, desde el sitio con mayor concentración de agua al de menor concentración de agua.
Medio isotónico: Cuando ponemos la célula en un medio cuya concentración de soluto es similar a la concentración del interior de la célula, la cantidad de agua que entra es aproximadamente igual a la cantidad de agua que sale.
Medio hipotónico: La concentración de soluto del medio es menor que la del interior de la célula, entonces entra agua en la célula.
Célula animal: La célula estalla (lisis osmótica)
Célula vegetal: La célula se hincha pero no estalla porque está protegida por la pared celular. Este proceso se denomina Turgencia.
Medio hipertónico: La concentración del medio es superior a la del interior de la célula, por lo que el agua sale de la célula y ésta se arruga. Proceso denominado plasmólisis.
DIFUSIÓN FACILITADA:
Implica el paso de moléculas a través de estructuras especializadas de tipo proteico. Se lleva a cabo a favor de gradiente, del más al menos concentrado.
Se lleva a cabo a través de CANALES que hay en el centro de las proteínas transmembranosas. Una proteína o varias se unen dejando un canal en medio.
A pesar de que la BL es impermeable a los iones, la MP es muy permeable a ello, debido a la existencia en la MP de proteínas específicas que permiten el paso de los iones a través de la membrana. El movimiento de estos a través de la MP tienen un papel muy importante en determinadas actividades celulares: propagación del impulso nervioso, contracción muscular, cierre y apertura de los estomas en las plantas.
Las proteínas integrales se asocian formando canales, a través de los cuales los iones atraviesan la membrana.
Los canales pueden ser:
Canales permanentemente abiertos: Las sustancias pasan a favor de gradiente de concentración. Cuando se analiza la velocidad en función de la diferencia de concentración es directamente proporcional a la diferencia de concentración.
Canales regulados: Pueden estar en dos conformaciones: abiertos y cerrados , lo cual está regulado por dos mecanismos diferentes: por ligando y por voltaje.
Por ligando: Canales con dos conformaciones (abiertos y cerrados) y se pueden abrir o cerrar por inducción de una determinada molécula denominada ligando, que es una molécula diferente a la que pasa el canal, y se sitúan en un sitio específico del canal y esa unión da lugar a la apertura del canal y gracias a ella, una determinada molécula atraviesa el canal (similar a llave−cerradura). Paso a favor de
gradiente. Por voltaje: Entre ambos lados de la MP hay una diferencia de voltaje. En la parte exterior predominan las moléculas cargadas positivamente. En el interior de la célula predominan moléculas cargadas negativamente. En estado normal hay una diferencia de potencial igual a −70 mv denominado POTENCIAL DE REPOSO DE LA MP , el cual se puede alterar de alguna manera; esa alteración da lugar a la apertura del canal. Cuando esta alteración desaparece, el canal se cierra. Los dos estado alternan entre sí.
Las PERMEASAS no tienen canales. La sustancia pasa de un lado a otro de la MP mediante un cambio conformacional de esa permeasa o transportador.
La sustancia que va a atravesar la MP se une selectivamente a una proteína transportadora o permeasa. La unión de dichas conlleva un cambio en la conformación de la permeasa, lo que da lugar a una traslocación de la sustancia al otro lado de la MP. Es un transporte pasivo, es decir, también a favor del gradiente electroquímico.
Pasos del proceso:
1. − Fijación del soluto a transportar a un sitio específico de la permeasa denominado CENTRO ACTIVO. Esa unión se lleva a cabo mediante interacciones no covalentes.
- − Cambio de conformación de la permeasa que determina la liberación del soluto hacia el otro lado de la membrana. Este proceso se denomina PROCESO PING_PONG. El número de permeasas que hay en la MP es limitado, por o que la velocidad de paso sigue una gráfica diferente a la anterior; aparece en forma de curva porque en los primeros momentos la velocidad es directamente proporcional a la diferencia de concentración, pero llega un momento en que todas las permeasa trabajan al 100% y por mucho que la concentración aumente, la velocidad continúa constante.
TRANSPORTE ACTIVO:
En condiciones normales la concentración de iones es diferente en el interior de la célula con respecto al exterior.
Ej: Bomba de Na+−K
Na+: { } intracelular de 5−15 milimolar.
{ } extracelular de 145 milimolar.
K: { } intracelular de 140 milimolar.
{ } extracelular de 5 milimolar.
El mantenimiento de la diferencia de las concentraciones se logran gracias al TRANSPORTE ACTIVO, en contra de gradiente electroquímico y requiere un gasto energético.
Este transporte es llevado a cabo por proteínas integrales de la MP, las cuales pueden unirse selectivamente a uno o varios sustratos o sustancias, y pueden desplazarlos al otro lado de la MP mediante cambios de conformación.
Cuando sólo se transporta una sustancia hablamos de uniporte.
Paso de macromoléculas, partículas y líquidos a través de la MP. Las proteínas transportadoras de la MP son incapaces de transportar macromoléculas y partículas a través de la MP (no puede transportar proteínas, carbohidratos...)
Sin embargo, la célula ha desarrollado mecanismos que permiten ingerir y secretar macromoléculas e incluso grandes partículas. Este tipo de paso supone mecanismos que implican la formación de vesículas más o menos grandes que están rodeadas de membranas (de tamaño variable). El paso puede ser en los dos sentidos y entonces se habla de dos tipos:
Endocitosis en sentido amplio: Implica el paso de sustancias desde el exterior de la célula hasta el interior.
- Exocitosis: Implica el paso de sustancias desde dentro hacia fuera de la célula.
La ENDOCITOSIS EN SENTIDO AMPLIO la podemos subdividir en:
Endocitosis en sentido estricto: Implica que las sustancias que pasan al interior de la célula quedan englobadas en vesículas de diámetro relativamente pequeño (50−150 m). Esas vesículas se denominan endosomas.
La endocitosis en sentido estricto se subdivide en dos clases:
Endocitosis en fase líquida o PINOCITOSIS: I plica el paso de pequeñas porciones de líquido situado en un primer momento en el medio extracelular.
El primer paso consiste en que la MP sufre una pequeña invaginación donde se sitúan los solutos. La invaginación continúa y finalmente fusionan los bordes, alcanzando de nuevo la posición inicial. Aparece pues, una pequeña vesícula en el interior del citoplasma.
Este proceso es llamativo en células que constituyen los vasos sanguíneos, llamadas CÉLULAS ENDOTELIALES. Una única célula es capaz de formar toda la pared. El núcleo tiene forma de barriga orientado hacia la luz del capilar.
Presentan una estructura denominada lámina basal. Dichas células se encuentran incluidas en un tejido específico: el tejido conectivo. En el límite entre la célula y el tejido conectivo está la lámina basal.
Ocurren procesos de pinocitosis cuando se forman vesículas que viajan por el citoplasma, se fusionan con la membrana y se asocian a los capilares sanguíneos. Los procesos que combinan la endocitosis y exocitosis se denominan TRANSCITOSIS.
Endocitosis mediada por receptor o receptores: Este tipo de endocitosis comprende aquellos procesos endocíticos en los que las moléculas a ingerir se unen primero a receptores específicos y se forman vesículas normalmente revestidas en el interior de la célula que inicialmente están recubiertas por una estructura, se llaman vesículas revestidas o forradas.
En la zona en la que tiene lugar el proceso existen proteínas que reconocen a la molécula que se va a transportar (RECEPTORES).
Esta primera etapa recibe el nombre de CONCENTRACIÓN. Aquí ya aparece una cubierta.
La segunda fase consiste en una INVAGINACIÓN.
En la etapa final de la invaginación actúa una proteína que forma na especie de anillo que va estrangulando
paulatinamente los bordes. Se denomina dinamina.
La dinamina termina por dar lugar a la SEPARACIÓN ; la vesícula formada se libera.
Poco después la cubierta se pierde. La cubierta está formada por una proteína llamada CLATRINA.
Después de la separación, la vesícula se mueve por el citoplasma.
La superficie de las vesículas está formada por hexágonos y pentágonos en proporción (por cada dos hexágonos hay tres pentágonos).
Esa estructura la forma la CLATRINA. LA molécula de clatrina que forma esa red tiene una composición de 3 cadenas pesadas y 3 cadenas ligeras, y recibe el nombre TRISQUELIÓN , donde se asocian de forma espontánea y al final se forma la estructura de hexágonos y pentágonos.
Fagocitosis: Implica el paso de grandes partículas al interior de la célula que dan lugar a la formación de grandes vesículas llamadas fagosomas con diámetro que oscila entre (0'5−2 m).
La célula emite unas prolongaciones llamadas pseudópodos que van engullendo a la partícula hasta que sus bordes se fusionan y la partícula queda en el interior del citoplasma en una vesícula rodeada de membranas.
La exocitosis supone la formación de unas pequeñas vesículas (vesículas de secreción) a partir del Ap. de Golgi. Para liberar su contenido al exterior las vesículas viajan por el citoplasma hasta que establecen contacto con la MP y el contenido pasa al exterior de la célula.
Implica la entrada en la célula de partículas grandes (ej: bacterias) y para que pasen es necesario que tengan una serie de DETERMINANTES que son reconocidos por la célula que va a realizar la fagocitosis: Receptores en la membrana para esos determinantes.
Se lleva a cabo mediante la formación de pseudópodos.
En una primera etapa, el citoplasma de los pseudópodos son abundantes una serie de filamentos de ACTINA. Después los pseudópodos crecen y abrazan a la partícula. Este proceso continúa hasta que llega un momento en que se establece contacto entre los extremos de los pseudópodos y acaban englobando la partícula.
Queda en el interior de una vesícula rodeada de membranas que recibe el nombre de FAGOSOMA. Este tipo de proceso lo llevan a cabo células especializadas en esa función que se llaman FAGOCITOS.
Dentro de los fagocitos podemos destacar:
- Macrófogos: Células del tejido conectivo o conjuntivo.
- Leucocitus neutrófilos: Células sanguíneas.
- Células micogliales: Células del tejido nervioso.
No obstante, este proceso puede ser llevado a cabo por células no especializadas en la fagocitosis.
3.4. La EXOCITOSIS:
Es el proceso contrario a la endocitosis, es decir, implica la salida al exterior de material de la célula. Este material puede ser de diferente naturaleza, puede tener diferentes significados:
- Sustancias de desecho: que la célula excreta.
- Uniones abiertas (GAP)
- Plasmodesmos
4.2. Repliegues de la MP:
Microvellosidades: Son invaginaciones de la MP en forma de dicho de guante que existen en determinados tipos celulares (ej: intestino). Normalmente tienen una altura de 1 m y un diámetro aproximado de 0'1 m.
Por cada células epitelial del intestino hay 3000 microvellosidades. Esto supone una superficie 30 veces mayor que si no existieran.
En el interior de las microvellosidades existe un paquete o haz de filamentos de ACTINA, y en él todos los filamentos tienen la misma polaridad. Esos filamentos están unidos entre sí por una serie de proteínas y a su vez unas proteínas diferentes a la MP. En concreto, las proteínas que unen a los filamentos son la FIMBRINA y la VILLINA. Cada paquete está unido entre sí por otra proteína: FODRINA. Donde terminan los filamentos de actina hay filamentos intermedios.
La proteína que une los filamentos de actina con la MP se llama PROTEÍNA DE UNIÓN (se desconoce su naturaleza).
El aumento de superficie que se consigue con las microvellosidades aumenta la absorción de nutrientes de la célula.
Interdigitaciones: Son entrantes y salientes que aparecen en las caras laterales de las células epiteliales.
Los entrantes y salientes de una célula se acoplan con las de las células vecinas y su profundidad es variable. La función es aumentar la cohesión celular entre células vecinas.
Laberinto basal: Se observa en la región basal de las células epiteliales. En esta zona la MP sufre profundas invaginaciones que pueden ramificarse, de tal forma que el citoplasma está formado por numerosas lengüetas; en ese citoplasma son abundantes las mitocondrias.
Este tipo de estructuras consistentes en numerosos pliegues llenos de mitocondrias son característicos de ciertas células epiteliales. Ej: túbulos renales (contorneados), conductos excretores (conductos estriados de las glándulas salivales).
La función del laberinto basal es aumentar la superficie de MP, lo cual sirve para el transporte activo de determinadas sustancias hacia los capilares sanguíneos. Es necesario aporte de energía, suministrado por las mitocondrias presentes en esas regiones.
4.3. Estructuras de contacto celular:
Atendiendo a su extensión pueden ser de varios tipos:
ZÓNULAS son aquellas estructuras de contacto celular que forman una especie de cinturón alrededor de la célula.
MÁCULAS: (Procede de mancha). Son estructuras con una extensión puntual, muy limitada.
FASCIAS: Son estructuras notablemente más grandes que las moléculas, pero su extensión tampoco es muy
grande.
Atendiendo a su naturaleza encontramos estructuras de contacto celular:
OCLUYENTES : Son aquellos en las que el espacio intracelular desaparece. Se establece contacto entre las láminas osmófilas de las MP de las células vecinas.
ADHERENTES: El espacio intracelular es mayor de lo normal (normalmente es de 150−200 Å) llega a ser de 300 Å.
Las láminas osmófilas internas aparecen engrasadas y el espacio intracelular aparece denso al observarse el microscopio electrónico de transmisión.
Combinando estos dos criterios, los tipos más comunes de estas estructuras son:
ZONAS OCLUYENTES: Son estructuras que rodean a la célula, zónulas en las cuales el espacio intracelular está obliterado (no existe). Normalmente aparecen en la mitad apical de la célula.
Facilitan la cohesión estrecha entre células vecinas, de tal forma que impiden la difusión o filtración de fluidos entre esas células vecinas.
Se observó inyectando a animales hidróxido de lantano que es denso y no puede pasar a través de estas estructuras.
En el ámbito de la zona de unión hay proteínas integrales en estrecho contacto, las de una célula con las de la célula vecina, formando hileras.
Al observarlo con MET se observa que las uniones estrechas forman una especie de red que rodea a toda la célula.
ZONAS ADHERENTES: Son estructuras de contacto celular que forman un cinturón alrededor de la célula situándose en las cercanías de las zónulas ocluyentes y en ellas el espacio intracelular está engrosado.
En contacto con la zona engrosada hay filamentos de actina y en el espacio intracelular son abundantes las proteínas del tipo cadherinas.
MÁCULAS ADHERENTES O DESMOSOMAS: Son estructuras puntuales en las que el espacio intercelular es más amplio de lo normal, cercano a los 300 Å.
En el espacio intercelular − que aparece denso− hay proteínas filamentosas, que fundamentalmente son: desmogleínas, desmocolinas y cadmerina E: permiten la conexión entre las células adyacentes.
En la cara de la MP que da hacia el citoplasma aparece un engrosamiento o PLACA DE MATERIAL DENSO con un grosor aproximado de 150 Å.
No es una placa homogénea, está formada por dos proteínas:
- PLACOGLOBINA: Es aquella que está en contacto con la MP.
- DESMOPLAQUINA: Más alejada de la membrana.
A partir de estas placas irradian unas estructuras filamentosas, en concreto, FILAMENTOS INTERMEDIOS,
