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La célula ¿Qué estudia la biología? La biología es la ciencia que tiene por objeto el estudio de los seres vivos. ¿Qué características tienen los seres vivos? Estos son altamente organizados, están formados por diferentes átomos que interactúan para dar lugar a moléculas. Las moléculas interaccionan...

La célula ¿Qué estudia la biología? La biología es la ciencia que tiene por objeto el estudio de los seres vivos. ¿Qué características tienen los seres vivos? Estos son altamente organizados, están formados por diferentes átomos que interactúan para dar lugar a moléculas. Las moléculas interaccionan entre sí y generan propiedades emergentes particulares y específicas que caracterizan de manera distintiva a cada nivel. Actúan como sistemas abiertos ya que se relacionan con el medio a través de intercambios de materia, energía e información. Los dos primeros intercambios permiten la autoconstrucción (crecimiento: aumento de tamaño y masa y desarrollo: la adquisición de habilidades, destrezas o capacidades diferentes) de sus estructuras, mientras que el tercero permite su continuidad en el tiempo (reproducción: capacidad de transferir información a los descendientes). Son capaces de captar estímulos físicos o químicos y responder a ellos, regular sus condiciones internas (homeostasis) y mantenerlas en un equilibrio dinámico. Están adaptados para el aprovechamiento óptimo de su entorno. Las células son el primer nivel de organización de la materia en el cual se manifiestan y cumplen aquellas características de los seres vivos, presentan dimensiones variables entre 1 y 200 micrómetros aproximadamente. Debido a su tamaño, para su observación, se deben utilizar instrumentos tales como los microscopios (Ver Fig. 1) Fig. 1: Niveles de organización de la materia [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Unidades utilizadas en Biología: Sistema internacional de unidades Teoría celular Formulada en 1838 con el aporte de numerosos investigadores (tales como Robert Hooke, Rudolf Virchow), constituye un concepto unificador en la biología. Formalmente la teoría postula que: • La materia viva está formada por células. Es decir que todo organismo vivo está compuesto por al menos una célula (unicelulares) o muchas (pluricelulares). [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar • Las reacciones químicas de un organismo vivo, incluso los procesos que producen energía y sus reacciones biosintéticas tienen lugar dentro de las células. Las funciones que puedan tener un tejido, órgano, organismo, dependen de las funciones que cumplen las células que lo componen. • Las células se originan a partir de otras células. • Las células contienen la información hereditaria de los organismos de los que forman parte y esta información se transmite de célula madre a célula hija. La célula es, por tanto, una unidad morfológica, funcional y de origen de los seres vivos. Las células aisladas pueden comportarse como un ser vivo en sí, como en el caso de las levaduras, amebas y paramecios, o bien asociarse para formar agrupaciones de células y constituir tejidos (Ver material sobre Tejidos). Más aún, los tejidos se organizan en órganos y éstos en sistemas de órganos o aparatos y el conjunto de aparatos organizan un organismo complejo como el hombre, un caracol o una medusa, todos ellos pluricelulares y con una alta complejidad. Niveles de organización de la materia El nivel de complejidad aumenta desde abajo hacia arriba; por ello, las partículas subatómicas constituyen el nivel más bajo. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Tipos celulares. Procariotas, Eucariotas. Se pueden identificar dos tipos de células: • Procariotas Son las más antiguas sobre la tierra, tienen aproximadamente 3.500 millones de años. En promedio miden 1 μ de diámetro y 8 μ de largo y se caracterizan por tener el material genético disperso en el citoplasma en una región particular llamada nucleoide (ausencia de compartimiento nuclear). No presentan compartimientos internos y su límite externo está formado por la membrana plasmática (bicapa fosfolipídica con proteínas y carente de colesterol), por fuera de ella, existe una pared celular de peptidoglucanos también llamado peptidoglicano o mureína cuya estructura permite la clasificación de Gram (+) y Gram (-). La clasificación de Gram se basa en una técnica de tinción. Las primeras (Gram (+)) presentan una gruesa capa de peptidoglucanos mientras que las segundas (Gram (–)) tienen una capa de peptidoglucanos 20 veces menor y presentan por fuera otra membrana de lipo-polisacáridos. En algunas, además, puede existir una cápsula de mucopolisacáridos. (Ver Fig. 2) Ejemplo de organismos: Con este tipo de célula lo encontramos en las bacterias y en las cianobacterias. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 2: Ultraestructura de la célula procariota Las formas de las células bacterianas pueden ser esféricas, en cuyo caso se llaman cocos, o bien bastones alargados, denominados bacilos, mientras que otras se presentan como tirabuzones (espirilos) o con aspecto de coma (vibriones). Fig.3: Formas de las distintas bacterias [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Eucariotas: Son evolutivamente las células más modernas, tienen aproximadamente 1.200 millones de años. Su tamaño varía entre 6 y 200 o más micrones. Presentan diversidad de formas y se caracterizan por tener su material genético confinado dentro de un compartimiento llamado núcleo, el que se encuentra limitado por fuera por un sistema de membranas. Además, poseen otros compartimientos en los que se desarrollan diferentes funciones; entre ellos se establece un sistema de transporte interno mediado por vesículas. Este tipo de células es el que constituye organismos como las amebas, los hongos, las plantas y los animales en general. (Ver Fig. 4) Las células de los hongos, así como los vegetales comparten la presencia de pared celular que puede ser de diferentes sustancias: Celulosa, quitina u otro polímero de amino azúcares. (Ver Fig. 5) Fig. 4: Célula eucariota animal. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 5: Célula eucariota vegetal. Composición física-química celular Para comprender la organización celular, resulta indispensable el conocimiento molecular de los componentes orgánicos e inorgánicos presentes en ella. Los seres vivos están compuestos fundamentalmente por la combinación de átomos como: Carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Además, existen otros muy necesarios como calcio, cloro, cobre, cobalto, hierro, magnesio, manganeso, molibdeno, potasio, sodio, yodo y zinc. Estos elementos son los mismos que existen en la materia inanimada, pero en la viva se diferencian en las proporciones y las combinaciones en que se encuentran. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Componentes orgánicos Función Azúcares Energía Aminoácidos Formación de proteínas Nucleótidos Formación de los ácidos nucléicos – transporte de energía- coenzima Ácidos grasos Energía Almidón Reserva de energía Celulosa Estructural Glucógeno Reserva de energía Proteínas Regulación-estructural–movimiento– catálisis– transporte – identidad – hormonas Ácidos nucléicos: ADN – Contienen la información genética. ARN Lípidos Reserva de energía – Estructura - hormonas Las células, al igual que todos los seres vivos, cumplen con un ciclo de vida, que puede ser de pocas horas hasta varios días. Este ciclo consta de una interfase y de una fase de división. En la interfase ocurren una serie de eventos preparatorios para la división. Se mencionan tres subetapas: G1-G0, S y G2 La denominación de G1 y G2 proviene del inglés gap (intervalo). Durante G1 la célula cumple con una amplia actividad bioquímica que comprende síntesis de ARN, síntesis de proteínas estructurales y enzimáticas, lípidos, hidratos de carbonos, intercambios de materia y energía, duplicación de orgánulos y crecimiento de las estructuras celulares en general. Alternativamente a seguir el ciclo, la célula puede detenerse, no dividirse y ahora cumplir su función como célula hepática, neural, muscular, y en ese caso se dice que la célula está en G0. Cuando reciba la señal retomara el ciclo desde G1 a S. En la subetapa S los eventos más relevantes ocurren en el compartimiento nuclear con la replicación del material genético (ADN) de modo que existan dos copias del mismo. En G2 comienzan a organizarse las estructuras necesarias para la formación de las células hijas, es decir, para el comienzo de la división del material genético y los elementos citoplasmáticos. La etapa de división implica la separación de la información genética (cariocinesis) mediante dos posibles procesos mitosis o meiosis, dependiendo del tipo de célula. Luego se van a dividir los componentes de la célula con la consiguiente formación de dos núcleos y posterior separación del citoplasma (citocinesis), con lo cual las células hijas tienen independencia y comienzan nuevamente una interfase. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Características de la célula eucariotas Límite celular Estructura, composición y propiedades de las membranas plasmáticas. En las células eucariotas de los animales, el límite celular comprende dos entidades morfológicamente distintas y funcionalmente asociadas. Éstas son: La membrana plasmática más interna y el glucocáliz o cubierta celular con disposición más externa. Membrana plasmática Es un componente que limita y separa el medio interno (intracelular) del externo (extracelular). Es una bicapa lipídica (fosfolípidos y colesterol) con proteínas. No es visible al microscopio óptico ya que su espesor aproximado es de 7 nm. El microscopio electrónico de transmisión (MET) posibilita su detección ultraestructural debido a que su poder resolutivo está en el orden de 0,4 nm. Empleando la técnica de criofractura se pueden obtener imágenes tridimensionales semejantes a las obtenidas por microscopía electrónica de barrido (MEB). La primera de las técnicas nombradas se basa en el congelamiento rápido del espécimen en nitrógeno líquido y su posterior fractura mediante el corte. El plano de fractura o clivaje se produce siguiendo la línea de contacto entre las dos capas lipídicas. Tal plano divide a la membrana en dos bloques: uno exoplasmático (E) y otro protoplasmático (P). Al visualizar la cara externa del bloque P mediante MEB se observa que sobresale una apariencia granulada, en tanto que al observar la cara interna del bloque E se destaca la presencia de fositas. Para la organización de las membranas (tratando de compatibilizar toda la información morfológica, química y fisiológica) se plantea: el Modelo de Singer y Nicholson, que concibe a la membrana como una bicapa lipídica en la que se intercalan unidades proteicas a intervalos variables para formar un mosaico con la capa de lípidos. A este modelo se lo conoce como Modelo de mosaico fluido y está vigente desde los años 70 (Ver Fig. 6). Fig. 6: Modelo de mosaico fluido [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar La caracterización de mosaico hace referencia al alto ensamble de moléculas (concepto estático) y el de fluido a que tanto las proteínas como los lípidos pueden desplazarse dentro de la membrana (concepto dinámico). Esta movilidad, principalmente la lateral, de las proteínas está condicionada por la bicapa fosfolipídica que es fluida a la temperatura del cuerpo. Vean los siguientes videos para comprender mejor: https://www.youtube.com/watch?v=us3gEBAiwCM https://www.youtube.com/watch?v=3_MZhwVX9D8 La bicapa lipídica es asimétrica ya que las moléculas de la hemicapa externa son neutras y en la hemicapa interna alternan fosfolípidos cargados negativamente y colesterol. Los fosfolípidos están polarizados y tienen grupos hidrofílicos en los extremos (orientados hacia los medios extra e intracelular) ricos en agua y grupos hidrofóbicos enfrentados en el centro de la bicapa. Las proteínas son de dos tipos: según su ubicación y los medios de extracción. Las del primer tipo están incrustadas, total o parcialmente, en el espesor de la bicapa, o unidas fuertemente a la misma y son llamadas proteínas integrales o intrínsecas. Son abundantes y requieren métodos drásticos para su separación (uso de detergentes). Son anfipáticas ya que revelan un doble comportamiento por sus regiones hidrofílicas e hidrofóbicas. Las de segundo tipo son llamadas extrínsecas o periféricas que se disponen adosadas a la bicapa, unidas por interacciones débiles lo que permite la utilización de métodos más sencillos para su extracción (soluciones salinas). Tanto los fosfolípidos como las proteínas extrínsecas e intrínsecas muestran asimetría química. El modelo de mosaico fluido permite comprender que los lípidos son los responsables de la formación de una barrera continua entre los compartimentos extra e intracelular y colaboran con el mantenimiento de la individualidad celular, mientras que en las proteínas residen las funciones específicas de la membrana, entendiendo por ellas el transporte, recepción de información, función enzimática e inmunológica. Glucocáliz o cubierta celular Veamos el siguiente video: (https://www.youtube.com/watch?v=YFSFEaN7NN0 ) Es un revestimiento continuo, de renovación constante, ubicado del lado extracelular de la membrana plasmática en la mayoría de las células eucariotas animales. En su composición química participan fundamentalmente glucoproteínas y glucolípidos (glicolípidos). Estos compuestos se forman por la asociación de oligosacáridos aproteínas y fosfolípidos de la hemicapa externa de la membrana. El glucocáliz es un producto de secreción de la propia célula; su espesor es de 10 a 20nm y puede [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar visualizarse al microscopio óptico utilizando coloraciones especiales. Al MET, y resaltado con nitrato de lantano se presenta formado por finos filamentos llamados anténulas microvellosas de disposición perpendicular a la superficie de la membrana. Sus funciones son:  Filtración o regulación del paso de moléculas de acuerdo con su tamaño.  Protección mecánica.  Adhesión celular.  Creación de microambientes favorables para la función celular.  Función enzimática predominantemente digestiva.  Función inmunológica. La cubierta celular participa en el reconocimiento molecular e intercelular y, en condiciones normales, permite la distinción entre células propias y células extrañas. Los antígenos A y B de los grupos sanguíneos y los antígenos de histocompatibilidad (clave para los trasplantes de órganos) son ejemplos de la función inmunológica. El ácido siálico o N acetilneuramínico colocado en el extremo libre de los oligosacáridos de las glucoproteínas tendría particular significado en esta función. Fig. 7: Formas de transporte a través de la célula [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 8: Reconocimiento celular mediado por receptores del glucocalix. Tipos y características generales: En los seres vivos hay dos mecanismos involucrados en el movimiento del agua y solutos: el flujo global y la difusión. El primero mueve agua y solutos de una parte a otra de un organismo pluricelular. Las moléculas se mueven juntas en la misma dirección. El segundo mecanismo mueve moléculas e iones hacia dentro, hacia fuera o a través de la célula. Cada molécula o ión se mueve independientemente de los otros, estos movimientos son al azar y como resultado se observa una tendencia a la distribución uniforme de las moléculas. La difusión es eficiente sólo cuando las distancias son cortas. Desempeña un papel importante en el transporte de sustancias al interior y exterior de los organismos multicelulares como entre los compartimientos dentro del organismo. Los mecanismos de difusión se pueden clasificar en base a diferentes parámetros. Se consideran mecanismos activos o pasivos según si el elemento a transportar se mueve en contra o a favor de su gradiente de concentración con el consiguiente requerimiento o no de energía celular (ATP), el uso de mediadores proteicos o no, y si la membrana experimenta cambios o no en su estructura. Transporte transmembranoso a. Difusión simple: En ella el pasaje se produce a través de aberturas momentáneas resultantes de la movilidad de las moléculas de lípidos. Realizan este tipo de transporte moléculas pequeñas, no polares y solubles en lípidos, como por ejemplo el oxígeno, el dióxido de carbono y el monóxido de carbono. Las moléculas se movilizan a favor de su gradiente de concentración. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Ósmosis: es un caso particular de difusión que realiza el agua a través de una membrana selectivamente permeable; da como resultado el paso de agua de una solución con mayor potencial hídrico a una que tenga un menor potencial hídrico. b. Difusiones mediadas por proteínas: Son realizadas por el agua, moléculas hidrofílicas y cargadas o polares. Se pueden distinguir dos tipos de proteínas transportadoras: 1. Las proteínas formadoras de canales. Forman poros hidrofílicos que atraviesan la membrana permitiendo el pasaje de iones a favor de su gradiente electroquímico; no consumen ATP y no se unen al soluto pero son específicas para él. También se puede mencionar a las acuaporinas que explican la permeabilidad del agua mostrada por ejemplo las membranas del glóbulo rojo y las células del túbulo renal. Hay varios tipos de ellas descritas para diversas células animales y vegetales. 2. Las transportadoras o carriers. Los carriers son sumamente selectivos; se unen al soluto e interactúan con él. Pueden transportar solutos: » A favor de los gradientes de concentración, entonces decimos que el transporte corresponde a una Difusión Facilitada pasiva. Este mecanismo privilegia el paso de determinados azúcares y aminoácidos. « En contra de los gradientes electroquímicos, requiere siempre el gasto de energía (ATP), y se lo denomina Difusión Facilitada Activa o simplemente transporte activo o bombas. Este mecanismo involucra el paso de iones (sodio, potasio, calcio, hidrógeno, cloro), como también de glucosa y algunos aminoácidos que hacen cotransporte activo con el sodio. El mecanismo de bomba mantiene la polarización de la membrana (con predominio de sodio extracelular y de potasio intracelular) y explica por qué, si bien el sodio ingresa a la célula por las proteínas canal y el potasio sale por el mismo mecanismo, se mantienen las concentraciones diferenciales señaladas (Fig. 9). [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 9: Tipos de transporte Transporte en masa Este tipo de transporte es realizado por moléculas de alto peso molecular (macromoléculas) e implica la formación o fusión de vesículas a la membrana plasmática con su consiguiente modificación. Este mecanismo de transporte consume energía celular (ATP). Podrá ser específico si requiere receptores especiales en áreas particulares de la superficie celular o inespecífico cuando prescinde de ellos. El transporte en masa: No implica que los solutos hayan atravesado la membrana, sino que han ingresado al citosol rodeados por un trozo de ella, de manera tal que lo extracelular sigue separado de lo intracelular. Endocitosis Implica el ingreso de sustancias líquidas y sólidas, y supone la formación de una invaginación de la membrana con participación de los filamentos de actina y de miosina en la proximidad de la misma. Los tipos de endocitosis son: Fagocitosis: se trata del ingreso de grandes partículas sólidas (bacterias, restos celulares); hay formación de seudópodos (grandes prolongaciones de la membrana que envuelve a la partícula). La fagocitosis es realizada por las amebas y en los macrófagos. Pinocitosis: se trata de líquidos con macromoléculas en suspensión; la membrana se invagina formando una depresión que envuelve a la partícula originando una vesícula. En ambos casos el contenido de la vesícula va a ser degradado por los lisosomas. Cuando la endocitosis requiere receptores específicos, las vesículas que se forman están recubiertas por una proteína especial llamada clatrina; éstas pasan por el compartimiento endosomal en el cual se se- [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar para la partícula endocitada de su receptor y éste es reciclado hacia la membrana plasmática. (Ver Fig. 10) Fig. 10 Pinocitosis Exocitosis Proceso que implica la fusión de vesículas internas provenientes del Aparato de Golgi con la membrana y la liberación de su contenido al medio extracelular, dinámica corriente en los procesos de secreción y excreción. (Ver Fig. 11) Transcitosis En este tipo de transporte en masa la vesícula que se forma por endocitosis es trasladada hacia otra región de la membrana y allí se fusiona y descarga su contenido nuevamente al exterior de la célula. Fig. 11. Exocitosis Citoplasma. Componentes sub-celulares El citoplasma celular presenta una organización ultraestructural muy compleja puesto que la presencia de membranas internas lo divide en numerosas secciones o compartimientos en los cuales se realizan funciones o actividades particulares que hacen, en su totalidad, a la prosecución de la [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar vida. A los fines didácticos podemos analizar al citoplasma mediante los siguientes componentes: o Citosol o Orgánulos No membranosos o Orgánulos Membranosos Citosol Es el verdadero medio interno de la célula; es un coloide constituido por una fase líquida (agua) con compuestos en solución entre los que podemos mencionar sales ionizadas con predominio de potasio y magnesio (cationes) y fosfatos y bicarbonato (aniones), elementos que se relacionan con la presión osmótica, el pH, cofactores enzimáticos. También es rico en glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos, que se relacionan con funciones tales como la glucólisis anaeróbica, glucogenogénesis (síntesis de glucógeno) y glucogenólisis (degradación de glucógeno), activación de aminoácidos y procesos de traducción o síntesis proteica, es decir, procesos relacionados con el metabolismo celular o actividades bioquímicas de los seres vivos. Transita entre los estados de sol-gel y gel-sol. Orgánulos no membranosos: Citoesqueleto Es un componente del citosol formado por filamentos proteicos de diferente diámetro que se disponen tridimensionalmente en el citoplasma. Es muy dinámico y capaz de una rápida reorganización. Sus elementos son: * Microtúbulos, químicamente compuestos por tubulina, proteína constituida por moléculas de alfa y beta tubulina. Son filamentos cilíndricos huecos de 25 nm de diámetro y longitud variable que participan en la forma celular, controlan el movimiento de orgánulos, vesículas e inclusiones, e intervienen en los movimientos direccionales no aleatorios de la célula (cilios y flagelos). Forman el huso mitótico e interactúan con la membrana plasmática en el anclaje y movimiento de proteínas y receptores. * Microfilamentos: también llamados filamentos de actina, son los filamentos más delgados del sistema, su diámetro es de 6 a 7nm y su proteína constitutiva es la actina, la cual en estados filamentosos tiene la propiedad de generar energía contráctil. En las células musculares estriadas se asocian con otros filamentos gruesos de miosina de15nm. Cabe señalar que la miosina se encuentra en todos los tipos celulares pero en el muscular forma estas asociaciones complejas. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Estos microfilamentos se asocian a las membranas y participan en el anclaje y movimientos de las proteínas de la misma. Estos movimientos pueden ocurrir en la membrana plasmática (lamelipodios, microespinas, seudópodos, invaginaciones, disco contráctil en el clivaje celular), como en la endocitosis y exocitosis, y movimientos intracitoplasmáticos(ciclosis). Son estructuras transitorias o pueden permanecer formadas. * Filamentos intermedios: Son filamentos proteicos químicamente formados por diferentes proteínas según la célula en que se encuentren. El grupo de las citoqueratinas, integrantes de los tonofilamentos de los desmosomas, la vimentina característica de las células mesenquimatosas, la desmina que se encuentra en los discos Z de las células musculares estriadas, la proteína ácida de las fibras gliales y las proteínas que forman los neurofilamentos. Su función se relaciona con el sostén y la tracción indispensables para mantener la forma celular y la unión entre ellas en la organización de los tejidos (Fig.12). Fig. 12: Filamentos intermedios Elementos del citoesqueleto Centríolos Este orgánulo no membranoso es exclusivo de las células eucariotas animales. En estas células durante la interfase se encuentran dos centríolos que se disponen perpendicularmente uno respecto del otro, constituyen un diplosoma, que se ubica en cercanías del núcleo y adyacente al complejo de Golgi. Con el MET se observa que cada centríolo está formado por 9 tripletes de microtúbulos, dispuestos de manera tal que forman una estructura cilíndrica de 0,3 a 0,5 µ de largo y con un extremo abierto [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar y el otro cerrado por material electrodenso. En cada triplete al microtúbulo que se orienta hacia el centro del cilindro se denomina “A”, el medio“B” y el más externo “C”, y presenta una inclinación tal que forma un ángulo con la superficie queda al conjunto de los nueve un aspecto similar a las paletas de una turbina. (Ver Fig.13). Fig. 13: Microtúbulos Cada microtúbulo “A” de un triplete se une al microtúbulo “C” del triplete adyacente. Por fuera del diplosoma se encuentra un material electrodenso de composición no del todo conocida, llamado material pericentriolar. El conjunto del diplosoma y material pericentriolar se denomina centrosoma y constituyen un centro organizador microtubular (COMT), tanto en la interfase como en la mitosis se encargan de la formación de microtúbulos los que se irradian hacia el citoplasma. Los centríolos, forman los cuerpos basales de estructuras de locomoción como cilias y flagelos. (Ver Fig. 2) Ribosomas Están constituidos por 2 subunidades, la mayor tiene un coeficiente de sedimentación de 60S y una menor de 40S; en conjunto su coeficiente de sedimentación es de 80S. Cada una de las subunidades están formadas por complejos RNA ribosómico-proteínas. Son muy abundantes. Se los encuentra libres o asociados a membranas particularmente del Retículo Endoplasmático Rugoso. Las dos subunidades se acoplan mediante un ARNm (ARN mensajero), solamente para la realización de la síntesis de proteínas por tanto son el sitio físico donde la misma se realiza. La estructura formada por el ARNm y varios ribosomas asociados, durante la síntesis de proteínas, se denomina polisoma o polirribosoma (Ver Fig.14). Los ribosomas libres sintetizan las proteínas estructurales y enzimáticas para el citosol y algunos orgánulos como peroxisomas, núcleo, mitocondrias. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 14: Ribosomas Mientras que los adheridos al RER participan en la síntesis de proteínas de secreción, proteínas de membrana y las enzimas lisosomales. Inclusiones Son cuerpos de presencia variable según el estado funcional de la célula y que resultan de su metabolismo. Entre ellos se mencionan gránulos de glucógeno, lípidos y pigmentos. Orgánulos membranosos Son componentes subcelulares estables que se encuentran en todos los tipos celulares, en algunos muy desarrollados y en otros menos desarrollados. Se caracterizan por estar limitados por membranas, y poseer una estructura, composición química y función definidas. Entre ellos podemos mencionar a: Mitocondrias Pueden adoptar diferentes formas, desde casi esféricas hasta de cilindros muy alargados; miden aproximadamente 0,5 µm de diámetro y hasta7µm de largo; son visibles al microscopio de contraste de fase y al óptico cuando son coloreadas con verde jano B. Al MET y en corte longitudinal presentan una envoltura formada por dos membranas: una externa y otra interna; entre ellas queda un espacio o cámara externa. La membrana interna, plegada formando crestas, limita una cámara o espacio interno llamado matriz mitocondrial. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar La membrana externa contiene un 40% de lípidos y es rica en colesterol, libremente permeable a los electrolitos, agua, sacarosa y otras moléculas. Mientras que la membrana interna contiene un 20% de lípidos entre ellos cardiolipina y una gran cantidad de proteínas (80%) muchas de las cuales son transportadores específicos, otras tienen actividad enzimática y/o forman parte de la cadena transportadora de electrones o cadena respiratoria. Es impermeable a iones y la glucosa. La cantidad de crestas por mitocondrias, su forma y dirección, varían en los diferentes tipos celulares. Cuanto mayor es la actividad metabólica de la célula, mayor será el número de crestas. La mayoría de las células contiene mitocondrias con crestas aplanadas y transversales, pero aquellas que secretan esteroides presentan crestas tubulares y longitudinales. En la cara interna de las crestas sobresalen partículas esféricas unidas a la membrana llamadas partículas elementales o F, que corresponden a las enzimas fosforilativas (ATP sintetasa). En la matriz mitocondrial, de estructura coloidal, se localizan las enzimas del ciclo de Krebs, los ribosomas mitocondriales o mitorribosomas, una o más moléculas de ADN circular no asociado a proteínas histónicas, a partir del cual se sintetizan los ARNm, ARNr y ARNt; además, contiene gránulos electrodensos de gran afinidad por el calcio y otros cationes bivalentes. Las mitocondrias autoreplican su DNA y transcriben sus RNA lo que permite su multiplicación numérica y la síntesis de algunas de sus proteínas, sin embargo, otras son importadas desde el citosol ya que su codificación se encuentra en la información nuclear. No son autosuficientes como para tener vida independiente, se dice entonces que, son orgánulos semiautónomos. En las mitocondrias se realiza la respiración celular, que consiste en una serie de reacciones químicas mediante las cuales se libera la energía acumulada en los alimentos de manera controlada, para permitir su acumulación bajo la forma de ATP, energía utilizable por los sistemas vivos para la realización de trabajos. Como nutrientes para obtener energía la célula utiliza a glúcidos, lípidos y proteínas y los utiliza en ese orden. Dentro de los glúcidos la glucosa es la más pronta en ser utilizada. (Ver Fig. 15) [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 15: Vías posibles en la degradación de una molécula de glucosa. La liberación de la energía contenida en una molécula de glucosa se lleva a cabo en una serie de pasos mediante los cuales se libera la energía contenida en los enlaces C-C de manera controlada. La disponibilidad de moléculas de glucosa en el citosol y la presencia de una batería de enzimas permite que la glucosa que tiene 6 átomos de carbono sea desdoblada en 2 moléculas de piruvato que tiene 3 átomos de carbono. Esta serie de reacciones químicas se denomina glucólisis o glicólisis, ocurre en el citosol, no requiere consumo de oxígeno, por tanto, se considera anaeróbica. El piruvato, producido por la glucólisis, puede seguir 2 vías, una de ellas, llamada fermentación, transcurre en el mismo citosol y como productos se obtiene, dependiendo del organismo o tipo de célula, entre otros, etanol, ácido láctico, ácido acético. La otra vía, es ingresar a las mitocondrias y cumplir con una decarboxilación (pérdida de un carbono) y transformarse en radical acetil (2 carbonos). Este se une a una coenzima llamada CoA, formando un compuesto denominado acetilCoA. Este compuesto ingresa al ciclo de Krebs o de los ácidos tricarboxílicos, que como su nombre lo indica es un ciclo, comienza y termina en el mismo compuesto, el oxalacetato (4 carbonos). El iniciador del ciclo acepta al acetilCoA formado y origina un compuesto de 6 carbonos (ácido cítrico). Así siguen una serie de transformaciones químicas que dan como productos dióxido de carbono (CO2), ATP, electrones y protones que son rápidamente tomados por coenzimas transportadoras NAD y FAD, que se reducen a NADH y FADH2. Estas coenzimas reducidas transportan y liberan esos electrones a componentes proteicos de la membrana interna de la envoltura mitocondrial que constituyen la cadena respiratoria. El aceptor final de electrones en esta cadena es el oxígeno, quien recibe a los electrones y se transforma en agua metabólica. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar El flujo de los electrones entre los componentes de esta cadena genera un gradiente de pH entre la matriz mitocondrial y el espacio intermembrana. A su vez en la membrana interna de la envoltura mitocondrial existen unos grandes complejos proteicos que presentan dos fracciones: una intramembrana llamada F0 que presenta un canal para el paso de los protones y una fracción F1 (partícula respiratoria) con actividad ATP sintetasa que mira a la matriz mitocondrial. La partícula respiratoria a expensas del gradiente protónico, realiza la síntesis de ATP (moneda energética celular). La serie de reacciones que ocurren en la mitocondria se denomina respiración celular, requiere obligatoriamente la presencia de oxígeno ya que este es el aceptor de electrones en la cadena respiratoria y las reacciones que ocurren en ella, permiten la transformación de la energía contenida en las moléculas de glucosa o de cualquier alimento, a energía utilizable por un sistema vivo (ATP) (Ver Fig.15). Por cada molécula de glucosa en un proceso fermentativo se obtienen 2 ATP que corresponden a la glucólisis mientras que respirada en la mitocondria rinde 36 ATP. A esta producción de ATP deben sumarse los 2 ATP producidos por glucólisis, de esta manera en la oxidación completa de la molécula de glucosa se obtiene un total de 38 ATP. Respiramos para obtener energía que nos permite realizar todas las funciones vitales a los seres vivos Reacción global de la Respiración Celular Glucosa + O2 = CO2 + H2O + Energía (ATP) Retículo endoplasmático Sistema membranoso que, conjuntamente con la envoltura nuclear y el aparato de Golgi, forman el sistema de endomembranas. Es una continuidad de la membrana nuclear que presenta dos variedades: el retículo endoplasmático liso el retículo endoplasmático rugoso (REL) y (RER); Son continuos uno del otro y están desarrollados en diferente grado según las funciones predominantes en la célula. El retículo endoplasmático liso (REL) se presenta como una serie de cisternas tubulares contorneadas, es polifuncional y entre sus funciones se pueden mencionar la síntesis de fosfolípidos (en to- [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar das las células) y hormonas esteroides (células de las glándulas suprarrenales y gónadas), la detoxificación en hepatocito (células del hígado), la descomposición del glucógeno a glucosa (en células del hígado y músculo), ser un compartimiento de reserva de Ca++ (células del músculo). El retículo endoplasmático rugoso (RER) al igual que el REL, es continuo con la membrana de la envoltura nuclear, se presenta como sáculos aplanados con ribosomas adheridos. Su función está relacionada con la síntesis de proteínas destinadas a salir de la célula (secreción), o ser incorporadas a las membranas celulares o ser segregadas en compartimentos especiales (por ejemplo, los lisosomas). La síntesis de proteínas es realizada por los ribosomas en el citosol celular (como se explicitará más adelante). Consiste en la lectura del mensaje del ARNm (ARN mensajero) y el enlace mediante uniones peptídicas de los aminoácidos, unidades monoméricas de las proteínas, según ordene la información del ARNm. Si el polipéptido que se está sintetizando, es una proteína integral de membrana, una de secreción o una enzima lisosomal tiene una señal muy cerca del extremo amino terminal. La señal consiste en una secuencia de aminoácidos hidrofóbicos, llamado PÉPTIDO SEÑAL, el cual es reconocido por una riboproteína. Como consecuencia de la interacción (Péptido señal– riboproteína) se detiene la síntesis y se direcciona complejo de síntesis (ribosoma- ARNm–péptidoriboproteína) hacia las membranas del RER, donde existen proteínas receptoras de ribosomas y se forma un poro en la membrana del RER, por el cual se introduce el péptido naciente y se separa la riboproteína lo que permite se reanude la síntesis el polipéptido es introducido a la luz del retículo. (Ver Fig.16) Fig. 16: Síntesis proteica asociada a RER Las cisternas del retículo posibilitan el transporte de dichas proteínas y ciertas modificaciones (como las primeras glucosidaciones en las glucoproteínas) sin que entren en contacto con otros componentes celulares. La molécula de proteína recién sintetizada transita por el RER hasta una zona de transición donde es compactada en una vesícula de transporte cuyo destino es el Aparato de Golgi. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Complejo de Golgi o Aparato de Golgi Al MET el complejo de Golgi se observa formado por sacos discoidales aplanados apilados en forma laxa y rodeados por túbulos y vesículas. Cada sáculo presenta una cara convexa, orientada hacia el núcleo, conocida como cara cis, proximal, de formación o inmadura que fusiona vesículas, y una cara cóncava o trans, distal o madura que genera vesículas, orientada hacia el polo secretor de la célula. Sus funciones son el procesamiento de lípidos y proteínas sintetizadas en el retículo endoplasmático y su distribución a otros compartimientos celulares o secreción. Dentro de los procesamientos ocurridos en esta organela podemos mencionar el agregado de azúcares terminales, eliminación de azúcares, fosforilación de azúcares, agregado de ácidos grasos, síntesis de gangliósidos, proteólisis selectiva, y la provisión de membranas a lisosomas y a vesículas de secreción. El aparato de Golgi mantiene una continuidad funcional con el retículo endoplasmático. Los ribosomas, el retículo endoplasmático, el complejo de Golgi y sus vesículas (Ver Fig. 17). Fig. 17: Sistema de endomembranas y elementos derivados Actúan conjuntamente para la producción de nuevo material para la membrana celular y de macromoléculas de exportación. Lisosomas Son orgánulos membranosos de 0,5 μ de diámetro en cuyo interior se encuentran diferentes enzimas hidrolasas ácidas. Las membranas provienen del complejo de Golgi y su contenido enzimático es sintetizado en el RER. Estas enzimas están implicadas en la degradación de proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos y lípidos. De esta manera, su función es la digestión. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Las enzimas necesitan un pH ácido de 5 para activarse y no atacan sus membranas debido a la alta glucosidación de las proteínas que la conforman. De acuerdo con su estado funcional se denominan: • Primarios: son los recién formados desde el aparato de Golgi y sus enzimas no están activas. • Secundarios: son aquellos en los cuales se encuentran el sustrato a degradar, proveniente de un fagosoma o vesícula fagocítica, pinocítica o autofágica, con el contenido enzimático del lisosoma primario; alcanzan el pH óptimo, por lo tanto, están en plena degradación. • Terciarios o cuerpo residual: son las sustancias no digeridas que permanecen un tiempo variable dentro de la célula. Peroxisomas Son orgánulos membranosos, esféricos, de 0,5 μm de diámetro que contienen enzimas oxidativas. Estas enzimas remueven el hidrógeno de numerosas moléculas orgánicas (purinas, aminoácidos) y lo combinan con el oxígeno para formar peróxido de hidrógeno (H 2O2), compuesto extremadamente tóxico para las células vivas. Su acumulación en forma de radicales libres es una causa de envejecimiento celular. Otra de las enzimas, la catalasa, escinde el peróxido en agua y oxígeno. También realizan la degradación de los ácidos grasos de cadenas largas, proceso denominado oxidación. Son productores de energía calórica, a diferencia de las oxidaciones mitocondriales que producen energía química utilizable por los sistemas vivos (ATP). Las enzimas de los peroxisomas se sintetizan en ribosomas libres y la unidad de membrana se integra con lípidos cedidos por el REL y proteínas de ribosomas libres. Vesículas con cubierta Son vesículas que se forman a partir de la membrana plasmática para el ingreso por endocitosis mediadas por receptores, es decir se forman cuando se realizan endocitosis específicas. En el lado citosólico de la membrana, en regiones donde se encuentran los receptores específicos, se encuentra una proteína periférica llamada clatrina. Al MEB estas regiones se observan deprimidas y se las denomina fositas o depresiones recubiertas. La clatrina, conjuntamente con los filamentos de actina posibilitan la formación de una vesícula con cubierta y su posterior internalización en el citosol. Las vesículas que se forman a partir de estas depresiones llevan al receptor con su ligando específico. A medida que la vesícula avanza en el citosol su cubierta de clatrina se desarma. Las vesículas endocíticas pueden seguir dos caminos diferentes: A) Ser transportadas hacia otra región de la membrana plasmática descargando su contenido nuevamente al exterior; este mecanismo se conoce como transcitosis y permite el transporte de macromoléculas desde un espacio extracelular a otro, ej.: secreción de anticuerpos desde la sangre [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar hacia el flujo de la leche materna en los mamíferos. B) Unirse a un lisosoma de dos maneras: I) Fusionarse con un lisosoma y que se produzca la degradación tanto del ligando como de los receptores. II) Que el pH disminuya en el interior de la vesícula y se separe el ligando del receptor, formándose dos vesículas una lleva el receptor y es reciclada hacia la membrana plasmática y la otra lleva el ligando y se fusiona con un lisosoma 1º para su degradación. El compartimiento en el cual se produce esta separación se conoce como Endosoma. Núcleo Está limitado por la envoltura nuclear que analizada al MET está constituida por dos membranas concéntricas que juntas delimitan el compartimiento nuclear; entre ambas existe un espacio llamado perinuclear que se continúa con el lumen del retículo endoplasmático. Estas membranas se fusionan a nivel de los poros nucleares, sitios de comunicación entre el compartimiento nuclear y el citosol. Estos poros presentan un diámetro aproximado de 100 nm, aunque la luz real del poro es estrecha y de aproximadamente 9 nm. El poro presenta una estructura compuesta por más de 100 proteínas distintas que se disponen en una simetría octogonal y que, en su conjunto se denominan complejo del poro, este es muy selectivo en el intercambio núcleo-citoplasma y viceversa. Podemos citar entre otros elementos que lo atraviesan para salir del núcleo a los ARNm, ARNt, subunidades ribosomales y para entrar a las proteínas histónicas, factores reguladores, transcripcionales y replicativos. La membrana externa es capaz de adherir ribosomas, mientras que la membrana interna en su cara nuclear se halla revestida por una lámina fibrosa de filamentos intermedios, solamente interrumpida a nivel de los poros, a ella se une la cromatina periférica. Esta lámina nuclear participa en la forma y estabilidad del compartimiento nuclear. La forma del núcleo es variada; según el tipo celular el núcleo puede ser esférico, elíptico, lobulado, reniforme, regular o irregular; puede ocupar el centro celular o estar desplazado hacia la periferia. En células secretoras, el núcleo se ubica en el extremo opuesto al polo secretor. Su tamaño varía entre 3 a 20 μ dependiendo del tipo celular. Oskar Hertwig, hacia 1890, establece lo que se conoce como relación núcleo – citoplasma de la siguiente manera: Volumen nuclear RNC =............................................................ Volumen celular – Volumen nuclear [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Esta relación aumenta antes de la división celular y durante las primeras divisiones de la embriogénesis. Está en relación directa con el contenido cromosómico y en virtud de la actividad funcional de la célula. Habitualmente hay un solo núcleo en cada célula, otras veces es doble (como ocurre en un porcentaje de células hepáticas) y aún pueden ser múltiples como en el osteoclasto. Los núcleos múltiples resultan de dos mecanismos: • Por fusión de varias células originalmente mononucleadas, lo que da lugar a un sincicio o sincitio; en este caso, las células mononucleadas se unen, pierden sus límites y los núcleos quedan dentro de una única masa citoplasmática rodeada por la correspondiente membrana plasmática. • Por divisiones nucleares o cariocinesis sin ocurrencia de las divisiones citoplasmáticas (citocinesis). Comportamiento nuclear. Composición y función Matriz nuclear Es una solución coloidal o semilíquida amorfa al MET. Ocupa todo el espacio delimitado por la envoltura nuclear y entre los componentes nucleares formes. Contiene componentes inorgánicos tales como agua e iones, posee mayor concentración de sodio y potasio que el citoplasma. Dentro de los componentes orgánicos podemos mencionar a los nucleótidos, proteínas estructurales y enzimáticas, factores reguladores. Funcionalmente posibilita la dispersión de macromoléculas como ácidos nucleicos y proteínas y solubiliza nucleótidos, materia prima para la replicación del ADN y transcripción de los diferentes tipos de ARN. Cromatina Está compuesta por una interacción estable entre el ácido desoxirribonucleico (ADN) y proteínas básicas llamadas histonas (PH). Son moléculas lineales y se presentan en número y longitud variables dependiendo de la especie. El ácido desoxirribonucleico (ADN) está compuesto por dos cadenas complementarias antiparalelas (con sentidos contrarios) de nucleótidos enrolladas en una doble hélice con giro a la derecha, capaz de almacenar la información, auto replicarse y dirigir la síntesis de ARN. (Ver Fig. 18) [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 18: La estructura del ADN Las proteínas Histonas: son básicas, y relativamente pequeñas. En mamíferos se presentan cinco tipos diferentes llamadas H1; H2A; H2B; H3 y H4. La unidad de empaquetamiento de la cromatina se denomina nucleosoma, resulta de la interacción ADN+PH y consiste en que el ADN realiza 1,8 vuelta (aproximadamente 140 pares de bases, sobre un octámero de histonas (core ó corazón) formado por 2 H2A; 2 H2B; 2 H3 y 2 H4 mientras que H1 queda por fuera del octámero y estabiliza el plegamiento, el segmento de ADN que separa dos octámeros sucesivos se denomina espaciador (aproximadamente 60 pb). (Ver Fig. 19) [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 19: Empaquetamiento del ADN La sucesión de nucleosomas origina una fibra de 11 nm llamada fibra nucleosómica. Ésta a su vez, se empaqueta a manera de hélice formando una fibra de 30 nm llamada solenoide. Una condensación ulterior ocurre cuando el solenoide forma una serie de bucles y estos se vuelven a empaquetar formando una superhélice que es el máximo nivel de condensación el cual se alcanza durante la división celular, entonces, su nombre es cromosoma (Fig 19). Este término proviene del griego kroma, color y soma, cuerpo o elemento, se presentan de a pares y se llaman homólogos ya que contiene información para los mismos caracteres. En el hombre (Homo sapiens) existen 46 cromosomas por núcleo ó 23 pares; de ellos 44 ó 22 pares son llamados autosomas, y 2 ó un par sexual o gonosomas (XX en la mujer y XY en el varón). En la metafase (etapa de la división celular) cada cromosoma se presenta replicado, por lo que presenta dos cromátidas hermanas unidas por el centrómero. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 20: Niveles de plegamiento de cromatina a cromosoma Según el estado de condensación, la cromatina se clasifica en eucromatina y hetero cromatina: La primera corresponde a los estados de menor plegamiento, mientras que la segunda presenta una mayor condensación. Esta clasificación se basó inicialmente en las propiedades tintoriales diferenciales para colorantes específicos de la cromatina, regiones poco condensadas colorean más débilmente que las muy condensadas. Actualmente también se relacionan con la actividad transcripcional y de secuencias. La eucromatina presenta una amplia actividad transcripcional y secuencias únicas, y tiene replicación temprana; mientras que la heterocromatina puede ser o no transcripcionalmente activa y se relaciona con secuencias moderada o altamente repetidas, excepcionalmente con secuencias únicas. La heterocromatina tiene dos variantes: a) Constitutiva: formada por secuencias moderadas o altamente repetidas, tiene replicación tardía, es genéticamente inactivo (no transcribe), permanece condensado durante la interfase, es constante de célula a célula. Tiene importancia estructural y de protección de la fibra de cromatina. Se encuentra en los telómeros, centrómero y en forma intercalar a lo largo de la fibra. b) Facultativa: formada por ADN no necesariamente repetitivo, varía de un tipo de célula a otro dentro de un mismo organismo, refleja la biosíntesis de diferentes proteínas por distintos tipos de células. Otro ejemplo de este tipo de cromatina lo constituye el corpúsculo deBarr o cromatina sexual, y corresponde a uno de los cromosomas X en las células somáticas de las hembras de mamíferos. Cada especie contiene una cantidad de cromatina característica: el llamado valor C. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Todas las células autosómicas en el humano tienen 46 fibras de cromatina, futuros cromosomas. Ese número es el número diploide, y a él le corresponde el contenido diploide de cromatina, lo que se expresa o simboliza como 2n - 2C. Los gametos (células sexuales) tienen la mitad de cromosomas y de cromatina; son haploides y ello se expresa o simboliza como 1n - 1C. Cromosomas. Estructura. Clasificación. Cariotipo Un cromosoma es un cuerpo observable al microscopio óptico durante la división celular y corresponde a una fibra de cromatina que ha pasado por la fase S del ciclo celular por tanto ha replicado, y además, ha alcanzado el mayor grado de condensación Elementos de un cromosoma: (Fig. 21) Fig. 21: Elementos de un cromosoma • Constricción primaria: allí se aloja el centrómero, secuencia altamente repetida de nucleótidos, capaz de unir las proteínas cinetocóricas que forman un disco y que permiten la interacción entre la cromatina y los microtúbulos del huso acromático. Estas estructuras son indispensables para permitir la separación de las cromátides hermanas durante la división celular. En los cromosomas metafásicos se visualiza como un estrechamiento en la silueta del cromosoma y permite identificar dos brazos en las cromátides, que de acuerdo a su longitud proporcional son llamados p (corto) y q (largo). [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar • Cromátides: cualquiera de las dos cadenas de un cromosoma replicado unidas por el centrómero. • Telómero: Extremo del cromosoma o cromátide que cumple con funciones de protección y permite mantener la individualidad de cada uno de ellos. • Brazos: Porción de cromatina extendida entre el centrómero y el telómero. Se los denomina p al brazo corto y q al brazo largo. • Constricción secundaria: Estrechamiento de la silueta del cromosoma a nivel de un brazo que contiene los genes que codifica los ARN ribosomales y generan el nucléolo. En el hombre aparecen en cromosomas definidos (pares 13, 14, 15, 21, y 22) (Fig. 22) • ADN-Sátelites: Son llamados así a secuencias altamente repetidas que forman cuerpos esféricos y se ubican entre la constricción secundaria y el telómero. Fig. 22: Representación esquemática de un cromosoma metafásico y el cariotipo Los cromosomas se pueden clasificar según la posición del centrómero en: (Ver Fig. 23) • Metacéntricos: en ellos el centrómero es central, por lo tanto ambos brazos (p y q) son del mismo largo. • Submetacéntricos: el centrómero está en posición subcentral; por ello el brazo p es apenas más corto que el q. • Acrocéntricos: el centrómero está muy desplazado hacia un extremo; por lo tanto el brazo p es corto. • Telocéntricos: el centrómero está ubicado en un extremo; por ello el brazo p no existe, solamente hay telómero de protección. Este tipo de cromosoma no se presenta en el cariotipo humano. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 23: Clasificación de los cromosomas Cariotipo: Es el ordenamiento del complemento cromosómico de una célula somática. (Ver Fig. 23) Se realiza ordenando los pares de homólogos decrecientes en tamaño y teniendo en cuenta otros elementos identificatorios de los cromosomas. Se observan en cromosomas metafásicos, por tanto hay que utilizar células de tejidos que se dividan continuamente o inducirlo a que lo hagan. Para ello es habitual tomar una muestra de sangre venosa periférica, separar glóbulos blancos y estimularlos en un medio nutritivo con sustancias mitógenas (fitohemaglutinina) para que entren en etapa de división, luego se detiene las divisiones en metafase con la utilización de colchicina (impide la formación del huso mitótico), luego se realiza un shock osmótico (para romper las membranas de la célula), se fija, y finalmente se estrella sobre un portaobjeto para que los cromosomas se dispersen, se colorean y se observan al microscopio óptico y se fotografían y recortando la fotografía se arma el cariotipo. (Fig. 23). Bandeos: Son coloraciones especiales que se pueden realizar a las preparaciones cromosómicas de forma tal que los cromosomas responden según sus características constitutivas dando bandas transversales diferenciales a lo largo de los brazos. Son constantes en número, grosor y posición por lo que permite el diagnóstico de alteraciones en los cromosomas. El cariotipo tiene valor diagnóstico para la detección de enfermedades cromosómicas pre y postnatales, así como en el estudio del sexo cromosómico ya que los cromosomas sexuales se identifican fácilmente, el cromosoma X es sub-metacéntrico mediano y el Y acrocéntrico corto sin satélite. El sexo cromosómico es más preciso que la cromatina sexual o corpúsculo de Barr. (Ver Fig. 24) [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Fig. 24: Determinación del sexo cromosómico Finalmente, se puede decir que con coloraciones de rutina y al MO es posible visualizar en el núcleo interfásico: • Límite núcleo-citoplasma: se ve como un límite neto entre el compartimiento nuclear y el citoplasmático, coloreado intensamente por un colorante básico del tipo hematoxilina o azul de metileno. Esta basofilia obedece a la captación de la hematoxilina por los grupos fosfatos (ácidos) del ADN, hallado en la heterocromatina marginal, y en menor grado a lo captado por la acidez de los ribosomas adheridos a la membrana externa de la envoltura. Podemos decir que la envoltura nuclear no es visible al MO y lo que se observa es ella con los accesorios por tanto deberíamos llamarla límite o frontera núcleo-citoplasma. • Matriz nuclear: se visualiza como un espacio ópticamente vacío entre los gránulos de heterocromatina, el nucleolo y el límite núcleo-citoplasma. Esta definición no es del todo correcta, ya que existen elementos formes no visualizables al MO como la eucromatina • Cromatina: se visualizan agregados de heterocromatina; de ella, se describe la marginal, la asociada al nucleolo y la libre o cariosómica. Esta última se expresa como corpúsculos bien definidos, irregulares de tamaños variables y distribuidos por todo el compartimiento nuclear. • Nucléolo: aparece como un corpúsculo de hasta 1 μm de diámetro, la mayoría de las veces basófilo, de bordes bastante regulares. Es basófilo cuando la acidez del ARN ribosomal supera la alcalinidad de las proteínas asociadas y acidófilo en caso contrario. Puede ser único, doble o múltiple. Información intracelular El flujo de la información dentro de los seres vivos plantea que: La información está contenida en la molécula de ADN, que es capaz de copiarse a sí misma en un proceso conocido con el nombre de “replicación”. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar Transcripción La información contenida en el ADN, para poder expresarse a través de la síntesis de un polipéptido, debe ser transferida a una molécula mucho más pequeña y difusible: el ARN. Este proceso, llamado “transcripción”, ocurre solamente en sectores denominados genes (Ver Fig. 25): Fig.25: Esquema de la transcripción En células eucarióticas la transcripción y la traducción ocurren en compartimentos diferentes; la decisión de iniciar la transcripción de un gen es un evento importante en la regulación de la expresión de los genes. Las larguísimas moléculas de ADN contienen la información genética codificada químicamente, para las estructuras y funciones biológicas, en la secuencia de bases de los nucleótidos que lo constituyen (Fig. 25), y son llevadas a cabo por las proteínas (cadenas de aminoácidos). Por ejemplo, una célula será capaz de producir un fosfolípido para sus membranas, no porque en su ADN esté codificado el citado lípido, sino porque contiene la información para las enzimas que intervienen en su síntesis. La transcripción implica la síntesis de ARN mediante una copia parcial de la información contenida en el ADN que le sirve de molde. [email protected] www.hospitalitaliano.edu.ar En las moléculas de ADN se intercalan sectores que: • contienen información para la síntesis de todos los polipéptidos y proteínas que potencialmente pueda producir la célula; sirven de molde para la generación de los ARN mensajeros (genes estructurales) • servirán de molde para la síntesis de varios tipos de ARN, como las transferencias, ribosomales y otros de bajo peso molecular (genes determinantes de ARN) que interviene en la síntesis de proteínas • no poseen información codificada (ADN altamente repetitivo) pero pueden cumplir funciones regulatorias o de protección como los microARN o lncARN. La t