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TEMA 1. CONCEPTO GENERAL DE CÉLULA.
1. DESARROLLO DE LA TEORÍA CELULAR.
En 1590 Hans y Zacharias Janssen fabrican el primer microscopio compuesto. En 1665 Robert Hooke, un microscopista inglés, publicó un tratado denominado "Micrographia" en el que mostró imágenes de láminas de corcho, donde se apreciaban unas subunidades que el denominó celdillas o células (aunque en realidad lo que se veia eran las paredes celulares). Anton van Leeuwenhoek, un comerciante y científico holandés, fabricó dos versiones de microscopios sencillos, y en 1674 publicó un tratado con imágenes de partes de células y pequeños organismos acuáticos. Posteriormente hizo nuevos estudios con espermatozoides y células sanguíneas. En 1838 Mattias Schleiden, un botánico alemán, publica la Teoría celular de las plantas, donde afirma que todas las plantas a pesar de sus diferencias están compuestas por células y además se originan a partír de una sola célula. Posteriormente, Theodor Schwann, un histólogo y fisiólogo alemán, publica en 1839 un tratado en el que demuestra que las células animales y vegetales eran morfológicamente y fisiológicamente similares. Tanto Schleiden como Schwann son los responsables de los dos primeros postulados de la Teoría celular:
Todos los organismos están compuestos por una o más células.
La célula es la unidad de la vida.
En 1855 Rudolf Virchow, un patólogo alemán, crea el tercer postulado de la Teoría celular:
Las células sólo pueden originarse por división de células preexistentes.
2. CARACTERÍSTICAS DE LAS CÉLULAS.
-Individualidad: la membrana plasmática de las células posee una bicapa lipídica que posee proteínas que transportan iones a través de la membrana, lo que confiere individualidad a la célula.
-Autogobierno: los genes son porciones de ADN y la mayoría al transcribirse crea moléculas de ARN, frecuentemente ARNm, el cual mediante la traducción sintetiza proteínas. Las proteínas forman el armazón de todos los orgánulos celulares y además las enzimas catalizan reacciones en la célula.
-Capacidad de reproducción: una célula para reproducirse tiene que duplicar su contenido, originando una célula idéntica. Hay estructuras cuya duplicación no está tan controlada, como en las mitocondrias, cuya duplicación no produce mitocondrias idénticas.
-Capacidad evolutiva: que ocurran variaciones al azar de la información genética provoca cambios también en la descendencia. La selección a favor de la información genética permite a su poseedor sobrevivir y propagarse en un determinado medio.
-Capacidad metabólica: las células poseen metabolismo (conjunto de reacciones catalizadas por enzimas que consiguen que la célula mantenga su orden interno y además funcione). El metabolismo requiere aporte energético, y según la forma en que el organismo reciba ese aporte se diferencian en organismos autótrofos (consiguen energía de fuentes externas del sistema vida, como las plantas) y organismos heterótrofos (consiguen energía del propio sistema vivo, como los humanos).
3. TIPOS DE CÉLULAS.
Se cree que todos los organismos que existen en la Tierra se originaron a partín de una célula primitiva hace aproximadamente 3000 millones de años. Hace aproximadamente 1500 millones de años aparecieron las primeras células eucariotas. La principal diferencia entre células eucariotas y procariotas es que las células procariotas son de un tamaño mucho menor y no presentan núcleo verdadero (su material genético se encuentra libre en el citoplasma), mientras las células eucariotas presentan núcleo, dentro del cual se encuentra el material genético. Las bacterias son células procariotas, en las cuales el ADN libre en el citoplasma se denomina nucleoide, y aparte del nucleoide solo se aprecian ribosomas libres. Su membrana plasmática está recubierta por una pared celular, y en algunas bacterias, fuera de esta pared existe otra cubierta o membrana externa. Se dividen por
estrangulamiento central (fisión binaria), y su propagación es enorme, ya que en condiciones óptimas pueden duplicarse cada 20 minutos.
4. CÉLULAS EUCARIOTAS.
Las células eucariotas son células que poseen núcleo verdadero. Si analizamos un organismo encontraremos diferentes células con funciones y morfología totalmente diferentes, por ejemplo, las células de tejidos musculares son muy diferentes a las células epiteliales o a las neuromas. Todas tienen la misma información genética, y esto ocurre por expresión diferencial de genes. La diferenciación celular es el proceso en el cual las células sufren modificaciones en su expresión génica, para adquirir la morfología y las funciones de un tipo celular específico y diferente al resto de tipos celulares del organismo.
4.2. Célula eucariota animal.
En la célula animal el centrosoma y el retículo endoplasmático se encuentran al lado del núcleo. A partír del centrosoma irradian los microtúbulos. El Aparato de Golgi está al lado del centrosoma. Los microtúbulos son los elementos del citoesqueleto que controlan la distribución de los orgánulos celulares.
4.3. Célula eucariota vegetal.
La célula vegetal en aproximadamente igual de alta, ancha y profunda (célula isodiamétrica). El volumen relativo de la vacuola es pequeño con respecto a la célula, aunque en algunas existe una única vacuola que ocupa el 90% del volúmen celular. Esa vacuola desplaza al núcleo y al citoplasma a la periferia de la célula.
5. UNIDADES DE LONGITUD Y PESO.
-Micrómetro (um): 10^-6 m -Nanómetro (nm): 10^-9 m - Angstrom (A): 10^-10 m
-Miligramo (mg): 10^-3 g -Microgramo (ug): 10^-6 g - Nanogramo (ng): 10^-09 g
-Picogramo (pg): 10^-12 g -Dalton (Da): peso de átomo de H - Kilodalton (kDa): 10^3 Da
TEMA 2. INSTRUMENTOS Y TÉCNICAS DE ESTUDIO DE LAS CÉLULAS.
Toda muestra requiere de un procesamiento para ser observada, pues la mayor parte de las células no pueden ser observadas por el ojo humano. El máximo poder de resolución de un ojo humano sin ayuda se encuentra alrededor de 0,2 mm (200 um). El máximo poder de resolución de un microscopio óptico es de 200 nm. El máximo poder de resolución de un microscopio electrónico es de 0,2 nm.
El microscopio estereoscópico o lupa obtiene una imagen aumentada de los objetos observados. Aproximadamente se pueden conseguir entre 2 y 30 aumentos.
El microscopio óptico cuenta con tres sistemas de lentes: el condensador (enfoca los rayos de luz sobre la muestra), los objetivos (magnifican la imágen) y los oculares (agregan una mayor magnificación y permiten una visualización directa del preparado). Con ellos se obtiene una imagen final virtual, invertida y aumentada de los objetos observados. Aproximadamente se pueden conseguir entre 25 y 1000 aumentos.
1. LÍMITE DE RESOLUCIÓN.
El límite de resolución es el tamaño del menor objeto que podemos observar en el microscopio o la distancia mínima a la que dos puntos pueden verse separados. Cuanto menor es el límite de resolución mejor es la resolución del microscopio. Se calcula con la ecuación:
Lr = 0,61. & / AN
observación de muestras con poco contraste (no teñidas), como espiroquetas, flagelados, suspensiones celulares, etc.
2.5. Microscopía de polarización:
En la microscopía de polarización los microscopios de polarización incorporan dos láminas polarizadoras: la primera llamada polarizador, el cual se situa debajo de la muestra y la segunda, denominada analizador, se dispone entre el objetivo y el ocular. Si la muestra tiene estructuras altamente ordenadas, estas desvían la luz (cambian el plano de la luz), y si no las tiene, no la desvían. Es utilizada principalmente en el estudio de estructuras en las que se prevé una cierta ordenación que las hará anisótropas (birrefringentes), como pareces celulares de celulosa, fibras musculares, hueso, etc.
2.6. Microscopía de contraste de fases:
La microscopía de contraste de fases presenta un médodo de iluminación que trata la luz difractada de forma diferente a la que no ha sufrido ninguna alteración, de manera que resulte una imágen visible de una muestra transparente. Con este tipo de microscopía se pueden ver células vivas sin teñir. Cuando el haz luminoso atraviesa la célula, este haz se altera. Esa diferencia es la utilizada para obtener una imágen en este tipo de microscopía. El primer paso es separar la luz directa de la luz difractada. Para ello se coloca, en un plano anterior al condensador, un diafragma anular. Después, se acelera la luz que no se ha desviado mediante un anillo o placa de fase. Así, cuando la luz directa y la luz difractada llegan al plano imágen están desfasadas en 1/2 & y los detalles de la muestra aparecen en oscuro sobre un fondo más claro.
2.7. Microscopía de contraste interferencial (DIC) de Nomarski:
Este tipo de microscopio tiene elementos comunes con respecto a la microscopía de polarización. El microscopio consta de dos prismas de Nomarski. El primer prisma, hace que el haz luminoso se divida en dos haces luminosos, de forma que dos haces luminosos lleguen a la muestra. El segundo prisma, une d nuevo los dos haces luminosos, y las diferencias de índices de refracción entre las diferentes partes de la muestra permiten obtener una imágen tridimensional. La microscopía de contraste inferencial intensificado por video permite una mayor resolución en las imágenes obtenidas. Las principales aplicaciones tanto de la microscopía de contraste de fases como de contraste inferencial son la obtención de imágenes de muestras transparentes (células vivas generalmente en cultivo, partículas subcelulares, incluyendo el núcleo, etc) y la posibilidad de observar secciones en parafina o resina sin teñir y secciones de muestras congeladas.
3. PROCESAMIENTO DE MUESTRAS PARA MICROSCOPÍA ÓPTICA.
3.1. Fijación:
Todos los tejidos, cuando se extraen del organismo o el organismo muere, sufren dos tipos de procesos degradativos: la autolisis (acción de enzimas intracelulares, es decir, autodigestión) y la putrefacción (acción bacteriana). La función de la fijación es preservar la estructura de las células y tejidos con el mínimo de alteraciones con respecto al estado vivo. Existe la fijación por métodos físicos (poco utilizada), o por métodos químicos.
Los métodos físicos principales son dos: calor, haciendo pasar por la llama el tejido, coagulando las proteínas de las células y sus estructuras, o por frio, basado en la congelación rapida de la muestra (hielo seco a -70º o nitrógeno líquido, a -196º) con el objetivo de sublimar el agua evitando la formación de cristales de hielo, que destruyen componenes y estructuras.
Los métodos químicos tienden a inmovilizar los componentes celulares mediante coagulación o formando enlaces covalentes. Consiste en someter la muestra a la acción de una solución fijadora, que está compuesta por uno o más agentes fijadores mezclados entre sí o disueltos en un tampón (evita que el pH varíe durante el proceso).
Los principales métodos de fijación son la inmersión y la perfusión vascular. En la inmersión se obtienen fragmentos del menor tamaño posible que se indroducen en solución fijadora. El problema
está en que la parte interna del fragmento no se fija bien (perfusión heterogenea). En la perfusión vascular se utiliza un animal al cual se le extrae sangre a la vez que se le introduce solución fijadora. El sistema circulatorio permite que la solución fijadora llegue a todas las células y sus partes por igual (fijación homogénea).
3.2. Inclusión:
La inclusión consiste en la obtención de secciones lo suficientemente delgadas como para que pase la luz y puedan observarse al microscopio. En microscopía óptica la mayoría de los cortes tiene un espesor de 3 a 10 um. Después de la fijación, los tejidos osn demasiado blandos o duros, por lo que es imposible seccionarlos en cortes delgados de espesor homogéneo. Para ello, hay que infiltrarlos con un material que dé consistencia al tefido y permita la sección, este es el proceso de inclusión.
El medio de inclusión más comunmente utilizado es la parafina, debido a su bajo coste y fácil manejo, aunque también se utilizan otros medios de inclusión como las resinas. La parafina es un medio hidrófobo. El agua de la muestra debe ser reemplazada por disolventes orgánicos antes de su inclusión (deshidratación). La deshidratación se produce con alcoholes (etanol o acetona) de 30º, 50º, 70º, 90º y 100º. Se debe dejar sumergido el tejido entre 30 y 60 minutos en cada alcohol. El alcohol no se mezcla bien con la parafina, por lo que hay que sustituirlo por un disolvente orgánico (agente intermediario, habitualente xileno o xilol) que tenga capacidad de mezclarse tanto con el alcohol como con la parafina (aclaramiento). De esta forma se extrae el alcohol antes de la infiltración de la muestra en parafina fundida (en condiciones normales se encuentra sólida, y para fundirla es necesario una estufa).
Se sumergen los tejidos en parafina fundida (generalmente a 60ºC), y debido al calor los agentes aclarantes se evaporan y los espacios anteriormente ocupados por ellos serán ocupados por la parafina. Una vez que se impregna el tejido con parafina, se coloca en un molde pequeño, lleno de parafina fundida, y se deja enfriar para que solidifique la parafina y se forme un bloque sólido que incluye el tejido.
3.3. Microtomía:
En la microtomía se utiliza un micrótomo de rotación o de minot para obtener secciones de un tamaño muy pequeño. Estas secciones, se colocan sobre un portaobjetos con una gota de agua, las cuales se colocan sobre una placa calefactora a 40ºC, y posteriormente se almacenan en una estufa también a 40ºC.
3.4. Tinción:
Los portaobjetos se colocan de manera vertical en recipientes para recibir los colorantes mediante una cuna que va pasando de un recipiente en otro, tiñendose todas las muestras. La luz que llega a la muestra gracias a los colorantes de esta sufre un retraso o retardo. Esta diferencia permite conseguir un contraste correcto. Las secciones se encuentran en un medio hidrófobo (parafina), por lo que el primer paso es la eliminación de la parafina utilizando xileno. Posteriormente, se hidratan las secciones empleando en este orden: etanol 100º, etanol 90º, etanol 70º, etanol 50º y finalmente agua destilada. Por último, se montan las secciones, colocando pegamento transparente (hidrófobo) y un cubreobjetos. Al ser hidrófobo hay que utilizar de nuevo xileno, consiguiendo una muestra final que durara durante un periodo muy prolongado. Para la tinción se utilizan dos colorantes: un colorante básico, la hematoxilina (se une a cargas positivas, como el citoplasma, y tiene un color rojo- anaranjado) y un colorante ácido, la eosina (se une a cargas negativas, como el núcleo o el retículo endoplasmático ruguso, y tiene un color azul).
4. TÉCNICAS HISTOQUÍMICAS, INMUNOHISTOQUÍMICAS Y DE HIBRIDACIÓN
"IN SITU".
4.1. Métodos histoquímicos:
Los métodos histoquímicos permiten demostrar y caracterizar "in situ" comopuestos, radicales o actividades enzimáticas que están presentes en los tejidos. Un ejemplo es la demostración de Calcio en un tejido. Para demostrarlo, se necesita un colorante (rojo alizarina S) que se une a aquellos
homogénea. En tercer lugar, se destruye tanto el soporte como la muestra obteniéndose una réplica de la muestra. Este método es muy útil para ver moléculas de proteínas.
Otro método utilizado es la microscopía electrónica de criofractura, donde a una célula congelada en un bluque de hielo se le fractura con una cuchilla, y se observa que las membranas se subdividen en dos partes, por lo que esta técnica es muy útil para ver lo que hay entre la doble membrana.
Un método similar al de criofractura es el de grabado profundo o criograbado. En él, se congela la muestra y se fractura, pero después se hace que se evapore la capa superficial de hielo. Es muy útil para ver elementos que están dentro del citoplasma, sobre todo el citoesqueleto.
La tinción negativa es una técnica en la cual se deja secar sobre la muestra las sales de metales pesados (acetato de uranilo y citrato de plomo). Con esta tinción, la muestra aparece más clara que lo que le rodea. También es una técnica muy útil para ver los elementos del citoesqueleto.
5.2. Microscopía electrónica de barrido:
En la microscopía electrónica de barrido los electrones no atraviesan la muestra, sino que la barren, por lo que no es necesario seccionar la muestra. Se obtienen imágenes con aspecto tridimensional. Consta de un cátodo, un ánodo, un condensador, un deflector de luz (se mueve de lado a lado barriendo la muestra con el haz de electrones), un objetivo, la muestra (la cual dispersa los electrones), un detector (recibe una parte de los electrones y hace que lleguen a la pantalla de televisión), y la pantalla de televisión.
TEMA 3. LA MEMBRANA PLASMÁTICA.
1. CONCEPTO Y COMPOSICIÓN QUÍMICA.
La membrana plasmática es una bicapa lipídica (de aproximadamente 5 nm de grosor) que delimita todas las células. Las macromoléculas que la forman son proteínas, lípidos y carbohidratos. Las macromoléculas de la bicapa lipídica están juntas por interacciones hidrofóbicas. Mantiene las diferencias esenciales entre el medio interno y el medio extracelular (es decir, gracias a la membrana plasmática la célula puede tener una composición diferente al medio extracelular), es asimétrica y fluida, y posee permeabilidad selectiva, lo que le permite seleccionar las moléculas que deben entrar y salir de la célula. De esta forma se mantiene estable el medio intracelular, regulando el paso de agua, iones y metabolitos.
Un ejemplo es la membrana de los eritrocitos, la cual está formada por un 49% de proteínas, un 43% de lípidos y un 8% de carbohidratos.
Las proteínas de membrana se dividen en varios tipos. Existen proteínas con función transportadora, otras con la función de conectar unas macromoléculas con otras (conectoras), otras funcionas como receptores (se les une un ligando y se genera un efecto dentro del citoplasma de la célula) y proteínas con función enzimática. Otras proteínas de la membrana plasmática son las glicoproteínas son moléculas compuestas por una proteína unida a uno o varios glúcidos, simples o compuestos.
Los lípidos de membrana son muy variables. Están los anfipáticos (con una parte hidrofóbica y otra hidrofílica), como los fosfolípidos (60%), colesterol (23%) y glucolípidos (15%), y están los no anfipáticos, como las grasas neutras (2%).
Los fosfolípidos están constituidos por glicerol, dos ácidos grasos y un fosfato, excepto los esfingofosfolípidos, que actúan de la misma forma a pesar de ser diferentes. El colesterol tiene un grupo OH que es el que le confiere la carga. Los glucolípidos carecen de fosfato, y están compuestos por una ceramida (esfingosina + ácido graso) y un glúcido de cadena corta.
5. ORGANIZACIÓN MOLECULAR. Modelo del mosaico fluido de Singer y
Nicolson (1972):
La membrana plasmática está formada por una bicapa lipídica. Tiene una estructura trilaminar ( láminas osmiófilas o oscuras y una lámina osmiófoba o clara). Se observa con microscopía electrómina y se tiñe con OsO5. La distancia entre la membrana interior y exterior es de unos 75 A (entre 20 y 25 las capas exterior e interior y entre 25 y 30 el espacio intermedio).
Los glúcidos de membrana siempre están mirando hacia el medio extracelular. Las proteínas de membrana son de dos tipos, integrales y periféricas (al integrales atraviesan toda la membrana y las periféricas se encuentran solo a un lado). Para que una proteína pueda ser integral debe tener al menos una porción hidrófobica (la forma más común que adquiere esa porción es la hélice alfa). Las proteínas cuya porción hidrofóbica es una hélice beta se denominan barril beta. Las proteínas con solo una porción hidrofóbica se denominan proteínas de un solo paso y las que tienen varias se denominan proteínas multipaso. Las proteínas periféricas que se unen mediante enlace covalente a la membrana se unen a los lípidos de membrana mientras que las que se unen mediante enlaces débiles se unen a la porción hidrofílica de una proteína integral.
3. PROPIEDADES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA.
3.1. Asimetría:
La membrana plasmática es asimétrica, pues está formada por glúcidos, los cuales se encuentran solo en la parte externa de la membrana, lípidos, los cuales se reparten asimétricamente en la membrana y proteínas, las cuales pueden ser periféricas o integrales.
Se realizó un experimento en el que se estudió la posición de tres diferentes proteínas en espermatozoides, y se utilizaron tres diferentes anticuerpos con fluorescencia. Se comprobó que cada una de las tres proteínas tenía una posición específica en el espermatozoide, llegando a la conclusión de que la célula es capaz de controlar la disposición de las proteínas en la membrana plasmática.
3.2. Fluidez de los lípidos:
La fluidez de los lípidos de membrana es una función que depende de la temperatura, la longitud de las cadenas lipídicas y el grado de saturación de los lípidos.
Fluidez = Temperatura / longitud de las cadenas lipídicas X grado de saturación
Los lípidos pueden rotar sobre sí mismos en la membrana (rotación), y también puede ocurrir que un lípido salte de una mitad de la bicapa a la otra (movimiento de flip-flop) con la ayuda de un tipo de proteínas, las flipasas.
3.3. Fluidez de las proteínas:
Para demostrar la fluidez de las proteínas en la membrana se realizo un experimento con microscopía de fluorescencia. Se utilizaron dos anticuerpos marcados con fluorocromos, uno rojo (antiratón), y otro verde (antihumano). Se fusionaron una célula de raton y una humana marcadas con el fluorocromo y se observó que justo después de la fusión la mitad de la célula tenía fluorescencia roja y la otra mitad verde, pero al cabo de 40 minutos, toda la célula tenía fluorescencia roja y a la vez verde, demostrándose que en células híbridas ratón-humana las proteínas de la membrana plasmática se mezclan.
4. PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA A MOLÉCULAS
PEQUEÑAS.
En el caso de que haya la misma concentración de soluto en el exterior que en el interior de la célula, ésta no sufre ninguna alteración. En el caso de que la célula posea menor cantidad de soluto que el medio extracelular, este tiende a igualarse por lo que la célula pierde volumen. En el caso de que en el medio extracelular haya menos soluto que en el interior de la célula, esta tiende a hincharse al igualarse las concentraciones y puede llegar a explotar.
4.1. Difusión facilitada a través de canales.
La exocitosis es el proceso en el cual una serie de macromoléculas sintetizadas por la célula se vierten hacia el exterior. Este proceso se puede observar a microscopía óptica de transmisión. Estas macromoléculas se sintetizan en el retículo endoplasmático rugoso, desde el que pasan al aparato de Golgi, donde sufren modificaciones, originándose vesículas de secreción. Estas vesículas se fusionan con la membrana plasmática y su contenido pasa al medio extracelular.
6. BIOGÉNESIS DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA.
La fuente primaria de membrana plasmática es el proceso de exocitosis, es decir, la membrana plasmática se forma a partír de lretículo endoplasmático rugoso. Las proteínas periféricas del interior de la célula se sintetizan en ribosomas libres, y las proteínas periféricas del exterior y las integrales se sintetizan en el retículo endoplasmático rugoso (en ribosomas acoplados al retículo). Cuando las vesículas salen al exterior en la exocitosis, los glúcidos se quedan en la cara exterior de la membrana, de ahí su asimetría.
7. CONCEPTO Y TIPOS DE DIFERENCIADORES DE LA MEMBRANA
PLASMÁTICA.
En algunos tipos de células, la membrana plasmática se ha especializado para cumplir distintas funciones. Dependiendo de su localización en la célula se distinguen varios tipos de diferenciaciones:
-Transitorias: están asociadas a la endocitosis y exocitosis.
-Estables: permanecen durante mucho tiempo en la célula. Dentro de estas se distinguen los repliegues (apicales, laterales o basales), las estructuras de contacto celular (zónulas, máculas y fascias) y las estructuras de comunicación intercelular (uniones abiertas, gap o de fisura y plasmodesmos).
8. REPLIEGUES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA.
Las microvellosidades son repliegues que se encuentran en la porción apical de la célula. Son evaginaciones a modo de dedo de guante. Su función es la de aumentar la superficie de intercambio con el medio externo (hasta 30 veces más). Estas microvellosidades tienen 1 um de diámetro y dentro de ellas se encuentran paquetes de filamentos de actina.
Las interdigitaciones son repliegues que aparecen en las caras laterales de la célula. Los entrantes de una célula están asociados con los salientes de otra, por lo que se favorece el contacto celular.
Los laberintos basales se encuentran frecuentemente en la cara basal de la célula. En realidad son entrantes hacia el interior de la célula. En esa zona, el citoplasma queda subdividido en lenguetas, y frecuentemente en ese citoplasma hay mitocóndrias. Su función es la de aumentar la superfície de intercambio. Esas mitocondrias suministran energía para el transporte activo que tiene lugar en esa zona. Aparecen frecuentemente en los túbulos renales.
9. ESTRUCTURAS DE CONTACTO CELULAR.
Las estructuras de contacto celular favorecen la coesión entre células. Según su extensión se clasifican en máculas (de pequeña extensión), fascias (estructuras un poco mayores) y zónulas (estructuras de mayor tamaño que se disponen formando un cinturón alrededor de la célula). Según su naturaleza están las estructuras ocluyentes o occludens (no existe espacio entre las células) y las estructuras adherentes o adherens (el espacio entre las células es mayor de lo normal y más denso. Sobre estas estructuras se encuentran filamentos del citoesqueleto).
9.1. Zónula ocluyente, unión estrecha o unión estanca.
Se trata de una estructura que se dispone en forma de cinturón alrededor de la célula en la que el espacio entre células no existe. Se encuentra en la región más apical. Este estructura no es contínua, es en forma de red (tiene muchos huecos) donde los límites entre las celdillas de la res están formados por proteínas integrales de la membrana. Estas proteínas integrales se encuentran enfrentadas las de una célula con las de la otra.
9.2. Zónula adherente o banda de adhesión.
Es una estructura en forma de cinturón en la que el espacio entre células está aumentado. Hay porciones extracelulares de proteínas integrales en ámbas células qu están en contacto. Esta proteína se denomina "cadheina E", y la estructura que forman permite que las células tengan un contacto íntimo. En esta estructura hay una conexión con el citoesqueleto (filamentos de actina) gracias a unas proteínas de unión.
9.3. Mácula adherente o desmosoma.
Es una estructura de pequeña extensión en forma redondeada en la que el espacio entre células está aumentado. Las proteínas integrales son cadheinas. Los filamentos que interaccionan en esta estructura son filamentos intermedios. Esas proteínas intracelulares de unión forman una placa densa.
El complejo formado por la zónula ocluyente, la zónula adherente y la mácula adherente se denomina complejo de unión.
9.4. Hemidesmosomas.
Son similares a la mitad de un desmosoma y se encuentran en la cara basal de la célula. Establecen contacto entre la célula y la matriz extracelular (denominada lámina basal). Los filamentos siguen siendo filamentos intermedios o tonofilamentos.
10. ESTRUCTURAS DE COMUNICACIÓN INTRACELULAR.
Las uniones abiertas, gap o de fisura son estructuras de tipo fascia en lo que se refiere a su exterior. En su centro existe un canal (agujero). Están constituidas por una serie de elementos llamados conexones (canales constituidos por 6 cadenas polipeptídicas), los cuales están formados por la unión de conexinas. Cuando dos conexones quedan perfectamente acoplados se pone en conexión el citoplasma de dos células vecinas. El espacio entre las células es reducido, pero existe (20 A en lugar de 100 A).
11. LÁMINA BASAL.
La lámina basal es una estructura que está en íntimo contacto con la membrana plasmática de las células epiteliales. Tiene un grusor variable (entre 200 y 800 A) y dos partes bien diferenciadas. Una de ellas es una lámina clara o lúcida y la otra es una lámina densa. Las fibrillas de colágeno se encuentran en una región de la lámina basal llamada lámina reticular (se observan como manchas oscuras). La membrana basal engloba la lámina basal y la lámina reticular.
TEMA 4. EL NÚCLEO.
1. INTRODUCCIÓN.
El núcleo es un orgánulo membranoso que se encuentra en las células eucariotas. Contiene la mayor parte del material hereditario. Su función es controlar las actividades celulares regulando la expresión génica, por lo que se dice que el núcleo es el centro de control de la célula.
La aparición del núcleo fué el primer gran salto evolutivo (aparición de células eucariotas). La diferencia del verdadero núcleo y el nucleoide de las células procariotas es la presencia de la envoltura nuclear.
Lo normal es que las células tengan núcleo, aunque hay excepciones. Algunas células como los eritrocitos al final de su formación no tienen núcleo para que todo su citoplasma pueda llenarse de hemoglobina. Además, existen células con varios núcleos, como es el caso de algunos hepatocitos del hígado, algunos ostoplastos y algunas células musculares.
La cromatina es la sustancia que esta contenida en el núcleo. Cuando se empezó a comprender el ciclo celular, se comprobó que la cromatina durante la división celular se transformaba en otras unidades al condensarse llamadas cromosomas. Los cromosomas y la cromatina son dos estados morfológicos y funcionales de una misma entidad.
Tanto los cromosomas como la cromatina están constituidos por varios tipos de moléculas: ADN, proteínas y moléculas de ARN que se originan a partir del ADN.
Al observar el núcleo con microscopía electrónica de transmisión vemos que la cromatina presenta dos estados: la heterocromatina, muy densa y muy empaquetada, y la eucromatina, poco densa (clara) y no muy empaquetada.
Normalmente, la heterocromatina es una cromatina inactiva, que puede ser permanente (constitutiva) o temporal (facultativa). La heterocromatina facultativa puede volverse activa.
2.3.1. Tipos de ADN y proteínas en la cromatina.
El ADN presente en el núcleo puede ser de varios tipos: Hay secuencias altamente repetitivas: Cortas, constituidas por una unidad que se repite numerosas veces (entre un 10 y un 25% del genoma), secuencias moderadamente repetitivas (se encuentran del orden de varias decenas) y secuencias únicas, que son la mayoría de las secuencias que codifican para proteínas (ocupan aproximadamente el 50% del ADN).
Las proteínas pertenecientes a la cromatina pueden ser básicas (histonas, muy ricas en lisina y arginina), las cuales están cargadas positivamente, o ácidas (no histonas), que están cargadas negativamente. Existen 5 tipos de histonas, la H1, H2A, H2B, H3 y H4.
2.3.2. Arquitectura molecular y niveles de organización de la cromatina.
NIVEL 1: Doble hélice: 2 nm de diámetro y longitud indefinida, que depende del tamaño de cada cromosoma.
NIVEL 2: Nucleofilamento: consiste en la molécula de ADN que se va enrollando en núcleos de proteínas histónicas, las cuales están separadas una cierta distancia. Si tratamos el nucleofilamento con endonucleasas, estas rompen de forma específica la molécula de ADN. Empleando este tipo de enzimas, el ADN fragmentado a electroforesis, estos fragmentos se van moviendo en función de su tamaño y de su carga, y así podemos separarlos.
Cada nucleosoma está constituido por dos porciones:
Núcleo nucleosómico: está constituido por una estructura histónica que es un octámero y sobre ella se enrolla una estructura de 140 pares de bases, lo que significa una vuelta y tres cuartos. Las 2 de cada tipo están una al lado de la otra, formando pares.
Lazo internucleosómico: Tiene una longitud que equivale a 60 pares de bases y es el trozo de cadena que separa dos núcleos nucleosómicos.
NIVEL 3: Filamentos de 25-30 nm. Cuando analizamos el núcleo con microscopía electrónica de transmisión ya sea la heterocromatina o la eucromatina observamos en ambas unos orgánulos de entre 25-30 nm. Esa especie de gránulos corresponden a un filamento de 25-30 nm. Lo único que varía entre ambas es a densidad de esos gránulos, pues en la heterocromatina están juntos y en la eucromatina separados. El nucleofilamento se enrolla sobre sí mismo formando otro filamento de 25-30 nm de diámetro.
NIVEL 4: Dominios en bucle, en microcónvulas o en asas. El filamento de 25-30 nm es capaz de empaquetarse todavía más formando una serie de bucles, una especie de lazos cuya base queda unida a proteínas no histónicas (esqueleto). Los bucles tienen una altura aproximada con respecto al eje proteico de 300 nm. Aparece cuando la cromatina está condensada formando los cromosomas.
2.3.3. Funciones de la cromatina.
Las principales funciones de la cromatina son la transmisión de la información genética (duplicación de la información genética y reparto a las células hijas) y la expresión de la información genética (transcripción y traducción).
2.3.4. Replicación.
La replicación es el proceso mediante el cual se duplica el ADN. Este proceso ocurre a lo largo del nucleofilamento y comienza en varios puntos de forma simultánea, llamados puntos de iniciación. Puede ser unidireccional cuando ocurre únicamente en un sentido y bidireccional cuando a partir del punto de inicio se extiende en ambos sentidos. Siempre siempre tiene lugar en el sentido 5'-3', pero como las dos cadenas se van replicando a la vez, una se va replicando de forma continua y la otra se va fragmentando (mediante fragmentos de Okazaki). Independientemente del tipo de replicación, los ojos de replicación se van haciendo progresivamente más grandes y llega un momento en que todos confluyen, se unen y al unirse quedan las dos cadenas de ADN hijas separadas. La enzima encargada de este proceso es la ADN polimerasa. La replicación es semiconservativa, es decir, cada cadena hija tiene una cadena nueva y otra cadena antigua.
2.3.5. Transcripción:
La transcripción es el proceso mediante el cual a partir del ADN se forman moléculas de ARN. Es llevado a cabo por ARN polimerasas. Cada porción de ADN puede ser leída a la vez por numerosas moléculas de ARN polimerasa. La enzima ARN polimerasa siempre funciona en el mismo sentido: dirección 5'-3'. Este proceso no conlleva la eliminación de los nucleos nucleosómicos (permanecen unidos a la cadena de ADN). Durante el proceso, las histonas permanecen en su sitio. Sucede cuando la célula está en interfase.
3. LOS CROMOSOMAS METAFÁSICOS.
Los cromosomas representan el estado máximo de condensación de la cromatina. Esta condensación tiene lugar en la división celular. El cromosoma consta de dor partes, llamadas cromátidas (cada una con dos brazos que pueden ser iguales o desiguales en longitud). Las regioes de menor grosor del cromosoma se denominan constricciones. Existen la constricción primaria, que une las dos cromáticas y donde se encuentran los cinetocoros, y las constricciones secundarias. Además, en dos extremos del cromosoma existen los denominados telómeros.
Dependiendo de su forma, los cromosomas pueden ser metacéntricos, submetacéntricos o acrocéntricos.
El tamaño es ligeramente variable. Su longitud oscila entre 0,2 y 50 um y su anchura entre 0,2 y 2 um. El número de cromosomas depende de la especie. Por ejemplo, la especie humana posee 23 pares de cromosomas (22 autosomas, el X y el Y).
En cada cromosoma, las cromátidas presentan una cadena formada por ADN e histonas muy larga y que está notablemente empaquetada. El cromosoma metafásico está constituido por un esqueleto formado por proteínas no histónicas y sobre todo ese esqueleto, el filamento de diámetro 25-30 nm se dispone en espiral y formando una serie de bucles, que forman micromoléculas que adoptan una disposición en hélice.
4. ULTRAESTRUCTURA DEL CINETOCORO.
En los centrómeros de cromosomas animales, existen una serie de plaquitas asociadas a cada cromátida. Esta estructura es el cinetocoro, el cual posee una estructura trilaminar (formada por dos discos densos y uno claro) y los cuales son centros organizadores de microtúbulos. Los discos densos (interno y externo) tienen un tamaño de unos 40 nm, y el disco claro (espacio intermedio) posee un tamaño de entre 20 y 30 nm.
6. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS (TRADUCCIÓN).
El proceso de la síntesis de proteínas consta de dos etapas, la traducción del ARN mensajero, mediante el cual los aminoácidos del polipéptido son ordenados de manera precisa a partir de la información contenida en la secuencia de nucleótidos del ADN, y las modificaciones postraducción que sufren los polipéptidos así formados hasta alcanzar su estado funcional.
6.1. Iniciación de la traducción
La traducción de una molécula de ARNm se inicia con el codón de iniciación AUG. El ARNt de iniciación se une a la subunidad mayor del ribosoma y junto a él también se unen unas proteinas llamadas factores de iniciación. A continuación, la subunidad menor reconoce el extremo 5de una molécula de ARNm, debido en parte a la presencia de la caperuza 5. Una vez reconocido el extremo 5`, el ARNt se va desplazando a lo largo de esa molécula hasta encontrar el codón de iniciación. En este momento, los factores de iniciación se liberan y la subunidad mayor se une a la subunidad menor para formar un ribosoma completo.
6.2. Elongación de la cadena polipeptídica
Los distintos aminoácidos se van añadiendo al péptido siguiendo un ciclo de tres etapas. En la primera etapa se produce la unión de un nuevo ARNt a su aminoácido correspondiente en el sitio A del ribosoma. En la segunda etapa se rompe el enlace entre el ARNt y su aminoácido gracias a la peptidil-transferasa, y a la misma vez se forma un enlace peptídico entre el primer y segundo aminoácido. Este conjunto de reacciones va acompañada de un desplazamiento de la subunidad mayor respecto de la menor. Con este movimiento, los ARNt se desplazan a los sitios P y E dejando libre el sitio A. En la tercera etapa, la subunidad menor de los ribosomas se desplaza recuperando su posición, con lo que el sitio E se libera.
6.3. Terminación de la síntesis de la cadena polipeptídica
El final de la síntesis de una proteína está indicado por un codón de paro. Una vez que uno de estos codones llega al sitio A, se une a unas proteínas llamadas factores de liberación. Debido a esta unión, la peptidil-transferasa cataliza la incorporación de una molécula de agua al último aminoácido de la cadena. A causa de esto, se libera el extremo carboxilo del péptido y la proteína queda libre en el citoplasma. Una vez que el péptido se libera, el ribosoma se libera del ARNm y se separa en sus dos subunidades. En el citoplasma es frecuente observar varios ribosomas unidos a una misma molécula de ARNm. De esta forma se pueden obtener varias moléculas de la misma proteína en un periodo de tiempo muy corto.
TEMA 6. EL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO.
El retículo endoplasmático es un orgánulo citoplasmático formado por un sistema de membranas que delimitan unas cavidades cerradas o cisternas las cuales se comunican entre sí y ocupan un 10 % del volúmen celular. Dichas membranas, poseen la estructura trilaminar típica (dos láminas osmiófilas y una lámina osmiófoba). Las cisternas del retículo endoplasmático rugoso más cercanas al núcleo están interconectadas con la membrana nuclear externa. Todas las células tienen los dos tipos de retículo endoplasmático, aunque dependiendo del tipo celular, predominará uno u otro (las células con mucho retículo endoplasmático rugoso serán células que requieran fabricar muchas glucoproteínas). Un metodo muy común para el estudio del retículo endoplasmático es el fraccionamiento celular en el cual se pueden separar fragmentos del retículo endoplasmático con ribosomas (microsomas rugusos) de fragmentos sin ribosomas (microsomas lisos).
Las membranas del retículo endoplasmático están compuestas en un 20% por lípidos (fosfolípidos y colesterol), un 70% por proteínas (enzimas y cadenas transportadoras de electrones). Las cavidades del retículo endoplasmático están formadas por soluciones acuosas de proteínas que varían dependiendo del tipo celular (inmunoglobulinas en células plasmáticas o tropocolágeno en fibroblastos).
1. FUNCIONES DEL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO RUGOSO.
1.1. Síntesis de proteínas.
Las proteínas que sintetiza el retículo endoplasmático rugoso son glucoproteínas cuyo destino es la ruta secretora, la membrana plasmática y los lisosomas. Las proteínas sintetizadas en el retículo endoplasmático presentan un péptido o secuencia señal en el extremo amino, la cual se queda anclada en el canal de translocación o translocón y poco a poco se va eliminando. Las proteínas que pasan a formar parte de la membrana del retículo endoplasmático rugoso tienden a llevar 2 secuencias señal.
1.2. Glucosilación de proteínas.
La glicosilación que se lleva a cabo en el interior del retículo endoplasmático rugoso, el primer paso es la introducción de una proteína en su interior y un N-oligosacárido común, el cual está compuesto por 14 resíduos y se une al extremo N-terminal de la cadena polipeptídica. Una vez transferido a la proteína, en el proceso de la "maduración" de la proteína, este oligosacárido sufrirá modificaciones (perderá las 3 glucosas y 1 manosa).
2. FUNCIONES DEL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO.
2.1. Metabolismo de lípidos.
El retículo endoplasmático liso interviene en varios procesos del metabolismo de lípidos. En primer lugar, interviene en la desaturación de ácidos grasos. En segundo lugar, interviene en la síntesis de fosfolípidos, los cuales se añaden a la mitad citosólica de la bicapa gracias a enimas específicas y allí se produce su maduración. En tercer lugar, interviene en la síntesis de colesterol (se sintetiza a partír de acetato) y derivados, como los ácidos biliales o las hormonas esteroideas, los cuales se transforman desde el colesterol mediante hidroxilaciones en la que interviene el citocromo P450.
2.2. Detoxificación.
La destoxificación consiste en la transformación de metabolitos y drogas en compuestos hidrosolubles que puedan ser excretados por orina. La destoxificación tiene lugar gracias a una serie de enzimas oxigenasas, entre las que se encuentra la citocromo P450. Además el retículo endoplasmático liso está involucrado en el proceso de glucogenólisis o conjugación con ácido glucurónico, la ruptura del glucógeno para liberar glucosa.
2.3. Contracción muscular.
El retículo endoplasmático liso de las células musculares, adopta una conformación muy especializada en la que actúa como reservorio de iones calcio (Ca2+). Juega un papel fundamental en el intercambio de calcio. En la contracción muscular se produce una salida de iones calcio al hialoplasma y en la relajación muscular se produce una entrada de iones calcio al retículo endoplasmático liso.
3. BIOGÉNESIS DEL RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO.
La biogénesis del retículo endoplasmático es la constante renovación de sus compuestos. La vida media de las proteínas es de entre 4 y 28 días, mientras que la de los lípidos es de entre unas horas y 2 dias. Las proteínas integrales y las periféricas de la cara luminar se sintetian en ribosomas unidos a la membrana, mientras que las proteínas periféricas de la cara hialoplasmática se sintetizan en ribosomas libres. Los lípidos se forman a partír de las membranas del retículo endoplasmático liso.
TEMA 7. APARATO DE GOLGI Y VACUOMA.
El aparato de Golgi es un orgánulo membranoso que está relacionado con el proceso de secreción celular. Generalmente va a estar localizado cerca del núcleo aunque esto varía según el tipo celular. Las subunidades que forman el aparato de Golgi se denominan dictiosomas, los cuales son sáculos
orgánicos, pigmentos flavonoides, compuestos nitrogenados, etc) y puede adoptar forma de drusa o de cristal prismático.
4. FUNCIÓN DE LAS VACUOLAS.
Las vacuolas poseen diversas funciones:
4.1. Regulación de la presión de turgencia.
Las vacuolas pueden acumular gran cantidad de soluto (lo que influye enormemente en la presión de la célula), donde juegan un papel fundamental las bombas de protones.
4.2. Elongación de las células vegetales.
Gracias al aumento de tamaño de las vacuolas al acumular gran cantidad de sustancia, la célula se ve obligada a hincharse, por lo que las vacuolas ayudan a crecer a las células vegetales al aplicar presión sobre la pared celular.
4.3. Almacén de productos.
Las vacuolas pueden almacenar diversas sustancias, tales como sustancias potencialmente nocivas, sustancias con función metabólica o sustancias involucradas en la interacción entre plantas y animales (pigmentos flavonoides y metabolitos nocivos para animales).
4.4. Función lítica.
Las bombas de protones acidifican el medio, lo que hace factible que actúen las enzimas lipídicas.
TEMA 8. LISOSOMAS Y PEROXISOMAS.
1. CONCEPTO Y TIPOS DE LISOSOMAS.
Los lisosomas son vesículas membranosas, implicadas en la digestión controlada de distintos sustratos. Cada lisosoma contiene un conjunto de enzimas encargadas de la digestión de un determinado sustrato, llamadas hidrolasas ácidas, en las cuales su actividad óptima se da a pH similar a 5. En los lisosomas existe una gran diversidad morfológica y una gran variedad de funciones digestivas. Existen los lisosomas primarios (fase inicial), los cuales son vesículas más o menos esféricas de pequeño tamaño y con un contenido poco denso a los electrones, los cuales aún no han comenzado a digerir, y los lisosomas secundarios, los cuales son lisosomas en estado funcional (han estado en contacto con el sustrato) y son más o menos densos a los electrones. Existen varios tipos de lisosomas secundarios:
1.1. Vacuolas digestivas.
También son denominadas vacuolas heterofágicas o fagolisosomas. Se caracterian porque digieren materiales que proceden del exterior de la célula.
1.2. Vacuolas autofágicas o citosólicas.
Se caracterizan por digerir orgánulos, membranas y partes de la célula que ya no son funcionales.
1.3. Cuerpos multivesiculares.
Son vesículas dentro de vesículas, es decir, los sustratos entran por pinocitosis (vesículas de pequeño tamaño) y resultan de la fusión de vesículas de pinocitosis y lisosomas primarios.
1.4. Cuerpos residuales o telolisosomas.
En ocasiones, una vez terminada la digestión los resíduos no son eliminados, sino que permanecen en los lisosomas. Estos son los denominados cuerpos residuales y no tienen función conocida.
2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS LISOSOMAS.
La membrana está constituida principalmente por lípidos y proteínas (glucoproteínas en su mayor parte). Estas proteínas pueden ser proteínas transportadoras (permiten el paso de aminiácidos, azúcares, etc, para que puedan ser eliminados o reutilizados por la célula) o bombas de protones dependientes de ATP (facilitan la entrada de los sustratos al interior de los lisosomas permitiendo mantener el pH en 5).
El contenido de los lisosomas es un líquido con gran cantidad y variedad de enzimas (proteasas, ribonucleasas, desoxirribonucleasas, fosfatasas, lipasas, glucosilasas, etc). Este grupo de enzimas es diferente dependiendo del tipo celular.
3. FUNCIONES DE LOS LISOSOMAS.
Los lisosomas participan tanto en los procesos de digestión extracelular como intracelular. En el primer caso, si los sustratos tienen orígen exógeno, la digestión es autofágica, y en el caso de la digestión heterofágica, los sustratos entran o por pinocitosis o por fagocitosis. En la pinocitosis, se forma una vesícula en el interior de la célula denominada endosoma temprano, quien se desplaza a regiones cercanas al Aparato de Golgi, donde se transforma en un endosoma tardío. Los endosomas tardíos se fusionan con un lisosoma primario y se inicia la digestión del sustrato. En los lisosomas secundarios hay moléculas que atraviesan la membrana del lisosoma y pueden ser utilizados por la célula. En la fagocitosis, la vesícula formada por endocitosis se denomina fagosoma. Se unen a lisosomas primarios para llevar a cabo la digestión de sustratos.
La digestión heterofágica está implicada en varios mecanismos. Puede actuar en la defensa contra infecciones bacterianas, en la nutrición de organismos unicelulares, en la reabsorción de proteínas y su degradación y en la producción de hormonas tiroideas.
La digestión autofágica es la digestión intracelular de sustratos endógenos. Se realiza en vacuolas autofágicas. Esta digestión interviene en procesos de remodelación de estructuras celulares y del organismo. Durante la digestión extracelular de sustratos, los lisosomas liberan las hidrolasas fuera de la célula. Esto ocurre, por ejemplo, durante la remodelación del hueso en vertebrados.
4. BIOGÉNESIS DE LOS LISOSOMAS.
Para la formación de los lisosomas intervienen el retículo endoplasmático rugoso y el aparato de Golgi. Las enzimas de los lisosomas son glucoproteínas sintetizadas en el retículo y pasan a la cara cis del aparato de Golgi. En el aparato de Golgi, estas enzimas son marcadas mediante una fosforilación de residuos de manosa (el marcador es la manosa 6P). Estas enzimas lisosomales se unen a los receptores de las membranas del aparato de Golgi, y en estas regiones se van a formar unas vesículas revestidas de clatrina con enzimas lisosomales en su interior. Una vez estas vesículas se separan del aparato de Golgi y pierden la cuvierta de clatrina, se convierten en lisosomas primarios.
5. PEROXISOMAS. DEFINICIÓN Y ESTRUCTURA.
Los peroxisomas son vesículas revestidas por una membrana y que están relacionadas con la oxidación de sustratos. Son similares morfológicamente a los lisosomas, pero no tienen hidrolasas ácidas, sino enzimas que intervienen en el metabolismo del agua oxigenada (H2O2). Su contenido
