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Apuntes-Biologia-Celular.pdf tracyfdezz Biología Celular e Histología 1º Grado en Biología Facultad de Biología Universidad de Oviedo Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 BIOLOGÍA CELULAR TRACY FERNÁNDEZ DELGADO 1 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 TEMA 1: MEMBRANA PLASMÁTICA La membrana plasmática no es visible a microscopía óptica, por lo que habitualmente no es posible distinguir los límites entre las células (aunque se pueden llegar a intuir cuando se colorea el citoplasma) y los núcleos son los que permiten diferenciarlas. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. 1. FUNCIONES o Actúa como una barrera separando el interior de la célula del medio extracelular y manteniendo las concentraciones iónicas a ambos lados de la membrana. Esta característica de la membrana plasmática es extensible al resto de membranas celulares (orgánulos membranosos). o Interviene en el desplazamiento y la expansión celular, salvo en el caso de que se trate de células ancladas formando tejidos reales. Estos movimientos son principalmente de reptación. o Se encarga del transporte de moléculas permitiendo el paso de determinados iones, proteínas, etc. a través de transportadores. o Recibe y traduce (transmite) la información mediante receptores específicos, es decir, que dependen de la función de la célula. o Da forma a la célula. 2. COMPOSICIÓN 2.1. EVOLUCIÓN DEL CONCEPTO DE MEMBRANA La membrana plasmática está formada principalmente por lípidos y proteínas. Desde el principio se llegó a la conclusión de que los lípidos se distribuían en la membrana plasmática formando una bicapa lipídica, quedando los extremos hidrófilos hacia el exterior y los hidrófobos hacia el interior. No obstante, la distribución de las proteínas no estaba tan clara. El modelo de Davson-Danielli proponía que las proteínas se disponían rodeando a los lípidos de la bicapa. Además, con la llegada de la MET, el descubrimiento de la unidad de membrana reforzaba la hipótesis de Davson y Danielli (se observaban dos regiones más oscuras que corresponderían con las proteínas y una región central más clara que sería la bicapa lipídica). Más tarde, la criofractura a microscopía óptica (mediante la cual se separan la hemimembrana externa y la interna tras una congelación y posterior corte de la membrana) demostró que las hemimembranas no eran homogéneas y desmontó el modelo de Davson-Danielli. Posteriormente éstos desarrollaron el modelo de mosaico fluido, que sigue vigente. NOTA: MET imágenes en 2D. MEB imágenes en 3D 2 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 2.2. MODELO DE MOSAICO FLUIDO. COMPONENTES DE LA MEMBRANA Principales componentes de la membrana plasmática: -Lípidos: forman la bicapa lipídica. -Proteínas: pueden ocupar una o ambas Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. hemimembranas y encontrarse en la cara externa o interna de la membrana. -Glucolípidos y glucoproteínas: parte glucídica unida a un lípido/ una proteína. 2.2.1. PROTEÍNAS Las proteínas de la membrana llevan a cabo diversas funciones, por ejemplo, se encargan del transporte de sustancias, son conectores, reciben la información y se encargan de su traducción, y también pueden ser enzimas ancladas a la membrana. Pueden ser además de dos tipos: integrales o periféricas. Las proteínas integrales están unidas fuertemente a la membrana (a los lípidos) mediante enlaces covalentes y es muy difícil separarlas (pueden ocupar una o ambas hemimembranas). Las proteínas periféricas en cambio están unidas por interacciones no covalentes a otras proteínas de la membrana. La mayor parte de las proteínas de la membrana son glucoproteínas, es decir, están asociadas a un grupo glucídico que se dispone en la cara externa de la membrana. Esto resulta en que la membrana sea asimétrica. Para el estudio de los componentes de la membrana se suelen utilizar los eritrocitos (pues el proceso es sencillo y barato). Para ello se realiza la lisis osmótica del eritrocito, se vacía su contenido y se vuelve a sellar, obteniendo vesículas selladas con la cara externa hacia fuera y vesículas con la cara interna hacia dentro. Como consecuencia del uso de los eritrocitos, sus proteínas de membrana son muy conocidas, siendo las más importantes: Espectrina: proteína periférica que actúa de forma activa como bipéptido, es decir, para que lleve a cabo su función se necesitan dos péptidos iguales unidos helicoidalmente. Se asocia a muchas proteínas formando redes por la parte interna de la membrana y por ello se encarga de regular la forma del eritrocito. Esto es muy importante para que pueda llevar el oxígeno a todas las células atravesando los capilares sanguíneos. Glucoforina: glucoproteína integral transmembrana formada por un gran grupo glucídico que extiende evitando que los eritrocitos se agolpen a la entrada de la fenestración obligándolos a que dejen cierta distancia entre ellos y pasen de 1 en 1. 3 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 Si por una mutación la glucoforina falla, otra proteína de membrana desarrolla el grupo glucídico y lleva a cabo su función. Si esto no pasara, sería una mutación incompatible con la vida (abortos naturales). Banda 3: proteína integral que da varias vueltas en la membrana plasmática y ayuda en el transporte del anhídrido carbónico: en los capilares sistémicos el eritrocito deja el 02 y recoge CO2 (anhídido carbónico). Para que este no se escape, la enzima anhidrasa carbónica lo transforma en carbonato. A través del canal banda 3 sale el carbonato y entran iones cloro, de forma que el carbonato viaja por el plasma hasta los capilares pulmonares en los que ocurre el proceso contrario. Las proteínas de membrana pueden realizar dos tipos de movimientos, difusión lateral y rotación. Para impedir estos movimientos en los casos en los que no interesa (en el intestino delgado no se llevaría a cabo la absorción si las proteínas especializadas en ello se movieran por toda la membrana) se forman uniones entre las células originando dominios de membrana (zona de membrana delimitada por estas uniones por la que se pueden mover las proteínas). Se forman por la unión de proteínas a una sustancia externa, a las proteínas de otra membrana o a un elemento inmóvil del interior de la propia célula. Esto último no está demostrado, pero tiene que existir algo similar, pues hay dominios de membrana en células de vida libre (ej. Espermatozoide). 2.2.2. LÍPIDOS Hay 3 tipos de lípidos en la membrana plasmática: fosfolípidos (grupo fosfato) que son la gran mayoría, glucolípidos (grupo glucídico) y colesterol. Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas, es decir, están formados por una parte polar (cabeza) y otra apolar (cola). Este carácter anfipático hace que puedan formar micelas y bicapas, aportando dos propiedades a la membrana: capacidad de formar bicapas espontáneamente y de autoensamblarse. La fluidez de la membrana también la aportan los fosfolípidos (al estar formados por un ácido graso saturado y otro insaturado, este deja más espacio entre los lípidos) y el colesterol en una cantidad adecuada (en exceso reduce la fluidez y en muy pocas cantidades la membrana pierde resistencia a la hipotermia, por lo que cuando baja la temperatura se cristaliza y rompe). NOTA: las membranas negras son bicapas lipídicas artificiales/sintéticas Los fosfolípidos de la membrana pueden realizar movimientos de difusión lateral, rotación, flexión y flip-flop (saltos de una hemimembrana a otra), que requiere mucha energía y también es habitual en el colesterol. La fosfatidilserina es el único con carga y generalmente está en la hemimembrana interna, de ahí que sea responsable de otras 2 4 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 propiedades de la membrana: la asimetría (tmb glucolípidos/proteínas) y cierto poder reductor del citosol (carga negativa) esencial para que las reacciones del interior de la célula se produzcan. Los glucolípidos (de los que depende la existencia de los grupos sanguíneos, pues constituyen los antígenos 0, A y B de la membrana del eritrocito) pueden ser simples, de los cuales el más representante es el galactocerebrósido (presente especialmente Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. en las membranas de las células de Schawnn que forman la vaina de mielina), o complejos, de los que es más representante el gangliósido (presente especialmente en las membranas de las neuronas de la médula espinal). Los glucolípidos complejos se diferencian por tener muchos azúcares y ácido siálico (NANA), el cual tiene carga negativa y colabora en la asimetría de la membrana y el poder reductor del citosol. 3. RENOVACIÓN/ENVEJECIMIENTO DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA La renovación total de la membrana plasmática en una persona sana de mediana edad se produce cada 3-5 días y tiene lugar por los propios movimientos de la célula (endocitosis, exocitosis…). Cuando las células envejecen también lo hacen las membranas (una célula envejecida no tiene porqué pertenecer a un organismo envejecido, puede ser de alguien joven que haya sufrido algún tipo de patología. En este caso con el tiempo la célula envejecida desaparece.) y sufren una serie de cambios graduales: aumenta la concentración de colesterol, los lípidos sufren ataques generalmente oxidativos (peroxidación lipídica), va desapareciendo gradualmente la asimetría (la fosfatidilserina empieza a aparecer en la hemimembrana externa) y aumentan en gran medida los movimientos de flip-flop, lo que supone que la célula gaste energía innecesaria (de la cual escasea). TEMA 2.LAS MEMBRANAS Y EL TRANSPORTE DE SUSTANCIAS 1. TRANSPORTADORES Las membranas celulares permiten mantener distintas concentraciones de iones en el medio extracelular e intracelular y el paso libre (difusión simple) de moléculas hidrofóbicas y sin carga a través de ella sin la acción de las proteínas de transporte presentes en ellas, que sí son necesarias para el paso de iones y moléculas grandes. Estas proteínas de transporte pueden ser de dos tipos: Proteínas transportadoras: experimentan un cambio conformacional en su estructura para transportar sustancias de un lado de la membrana al otro. Canales iónicos/proteínas de canal: canales acuosos por los que pasan los iones de un lado de la membrana al otro cambiando la carga total de ambos lados. Pueden estar abiertos o cerrados y se distinguen cuatro tipos: o Regulados por voltaje, en los que influye la carga de la membrana (esta varía y produce la apertura del canal), son abundantes en las neuronas, pero están presentes en el resto de las células. 5 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 o Regulados por ligando extracelular, presentan una zona tridimensional a la que se une un ligando específico procedente del medio extracelular y provoca la apertura del canal. o Regulados por ligando intracelular, son iguales que los anteriores pero el ligando procede del medio intracelular. o Regulados mecánicamente, son los más antiguos en la evolución y se activan por presión, roce… están relacionados con los órganos de los sentidos. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. 2. PASO DE MOLÉCULAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA En el paso de moléculas a través de la membrana hay que tener en cuenta el gradiente electroquímico (determinado por la concentración y la carga de las moléculas) y que la célula tiende al equilibrio. Se distinguen dos tipos de transporte a través de la membrana: Transporte pasivo: es a favor de gradiente por lo que no necesita aporte de energía y se lleva a cabo mediante difusión simple, canales iónicos y proteínas transportadoras. Transporte activo: es en contra de gradiente por lo que implica un gasto de energía y sólo se realiza a través de proteínas transportadoras. Las proteínas transportadoras pueden realizar dos tipos de transporte, uniporte (se transporta 1 molécula) o acoplado (se transportan 2 moléculas) que puede ser tipo simporte si ambas van en la misma dirección o tipo antiporte si van en sentido contrario. Por ejemplo, en el intestino delgado las células tienen muchas proteínas transportadoras porque tiene lugar una absorción masiva de glucosa en contra de gradiente, sin embrago esta absorción no supone un gasto de energía. Se debe a que tiene lugar un transporte acoplado tipo simporte en el que la glucosa aprovecha para entrar en la célula cuando lo hace un ión Na+ a favor de gradiente. Para que no llegue un punto en el que la concentración de los iones sodio sea mayor en el interior de la célula, la bomba Na+/K+ ATPasa expulsa iones sodio e introduce iones potasio en contra de gradiente (transporte activo acoplado antiporte). TEMA 3. ENDOCITOSIS En la endocitosis se produce una invaginación de la membrana que da lugar a una vesícula que se incorpora al interior de la célula y se puede dirigir a diversos orgánulos. La exocitosis es el proceso contrario. En una célula existe un equilibrio entre ambos procesos, responsable de la renovación total de la membrana plasmática cada 3-5 días. Además de la endocitosis, existe otro mecanismo de introducción de moléculas al interior de la célula, la fagocitosis (evaginación, la membrana se extiende, rodea la partícula generalmente de gran tamaño y la introduce en la célula). Hay dos tipos de endocitosis, la pinocitosis (se introducen moléculas pequeñas sin uso de receptor) y la endocitosis mediada por receptor. 6 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 1. ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTOR Un receptor es una partícula con composición tridimensional característica presente en la cara externa de la membrana y con el que encaja perfectamente un ligando concreto. Cuando varios receptores se unen a sus ligandos, estos se internalizan en vesículas. Generalmente se necesita que la vesícula presente un recubrimiento proteico. Una de estas proteínas de recubrimiento más conocidas es la clatrina (trisquelión formado por 3 cadenas pesadas con un engrosamiento en sus extremos y 3 cadenas ligeras; las clatrinas se entrelazan entre sí formando una especie de caparazón que protege a la vesícula). Este recubrimiento tiene 2 funciones: ayudar en la internalización (la facilitan al tirar de la invaginación hacia dentro) y captar los receptores (están unidos a la clatrina, impidiendo que se pierdan, por un adaptador llamado adaptina). Hay un tipo de adaptina para cada endocitosis: o AP1: vesículas desde el aparato de Golgi a los lisosomas (llevan las proteínas degradativas presentes en estos últimos, enzimas). o AP2: vesículas de endocitosis de membrana plasmática o AP3: vesículas desde el aparato de Golgi a la membrana plasmática (secreción regulada) Sólo se conoce bien la composición (la secuencia aminoacídica del receptor a la que se une) de la adaptina 2 (AP2). La dinamina es la molécula más importante de todas las que se encargan de romper el vínculo entre la membrana y la vesícula recién formada; sólo interviene en las vesículas recubiertas con clatrina. Cuando la vesícula se internaliza completamente, la clatrina y la adaptina se separan de la vesícula y ésta queda libre en el citosol. Otro tipo de recubrimiento proteico de las vesículas son los coatómeros, que pueden ser COPI (1) o COPII (2). El COPII se encarga del movimiento anterógrado (habitual) desde el RE al aparato de Golgi. El COPI lleva a cabo el transporte retrógrado en el aparato de Golgi (hacia cisternas anteriores o incluso del aparato de Golgi al RE), la secreción constitutiva y el transporte de vesículas al lisosoma desde el endosoma temprano. Junto al COPI actúa el ARF, cuya función es análoga a la adaptina. Los ARF están ya formados en el citosol unidos a una molécula de GDP, y por ello están inactivos. En algún momento llega la señal de que se necesita formar una vesícula con COPI y por tanto que se necesita activar el ARF. Para ello, el ARF-GDP se pone en contacto con el GEF (factor intercambiador de nucleótidos de guanina) y este hace que el ARF deje de estar unido al GDP y que se una a GTP, sufriendo un cambio conformacional. Una vez activos, los ARF-GTP se anclan a la membrana plasmática y a ellos se unen los coatómeros para tirar de la vesícula. Con el COPII pasa lo mismo pero la molécula que funciona como adaptador es SarI. 2. RECONOCIMIENTO VESÍCULA-ORGÁNULO 7 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 En la célula existe un mecanismo de seguridad para el reconocimiento entre las vesículas y los orgánulos que permite que sólo las vesículas que tienen que ir a un orgánulo diana lo consigan. Este mecanismo tiene 2 partes: o El sistema SNARE: la vesícula de partida presenta una proteína v-SNARE característica y el orgánulo de llegada una proteína t-SNARE. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. Cuando estas dos proteínas interaccionan se produce un reconocimiento progresivo que si es exitoso permitirá que se pongan en contacto sus membranas. Esto ocurre en todos los orgánulos capaces crear vesículas. o El sistema Rab: el Rab está inactivo en el citosol unido a GDP, cuando llega una señal que indica la necesidad de crear una vesícula, se activa. Para ello el Rab-GDP se pone en contacto con GEF consiguiendo que el Rab se separe del GDP y se una a GTP. Una vez activo, se une a la membrana (próximo al v-SNARE) de la vesícula que se está formando. Una vez que la vesícula está formada y llega al compartimento diana, el reconocimiento tiene lugar en 2 fases. El receptor de Rab de la membrana del orgánulo se pone en contacto con el Rab-GTP, produciéndose un reconocimiento receptor-ligando. Si este es correcto la membrana de la vesícula se aproxima y el v-SNARE y el t-SNARE se ponen en contacto. Cuando se produce el reconocimiento total, las membranas de la vesícula y del orgánulo se unen y se fusionan completamente. Posteriormente, moléculas NSF junto a una proteína adaptadora y aporte de energía separan el v-SNARE del t-SNARE y el Rab se separa del receptor por hidrólisis. Esto hace que se puedan volver a usar. NOTA: hay muchas moléculas de v-SNARE, t-SNARE y Rab, pero son distintas para cada orgánulo 3. POTOCITOSIS La potocitosis es un tipo de endocitosis mediada por receptores en la que se forman caveolas recubiertas por la parte externa por una proteína llamada caveolina. Estas caveolas no se forman solas (se ven varias a la vez), sino que se aprovechan de los ligandos que se aproximan a unas zonas de la membrana muy ricas en ciertos lípidos (colesterol y esfingolípidos), las llamadas balsas lipídicas. TEMA 4. EXOCITOSIS FAGOCITOSIS La fagocitosis es un mecanismo de introducción de moléculas, generalmente de gran tamaño, al interior de la célula. Para ello, se produce una evaginación de la membrana: se extiende emitiendo unos brazos denominados pseudópodos que atraparán a aquello que se quiera 8 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 digerir. Para que se produzca la fagocitosis debe tener lugar un reconocimiento secuencial entre la célula fagocitante y la partícula que se va a digerir: los anticuerpos se unen a la partícula por su parte variable (Fab) recubriéndola completamente y los Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. receptores de la célula fagocitante reconocen la parte constante (Fc) de los anticuerpos, comenzando la fagocitosis. Esto se denomina cierre en cremallera. EXOCITOSIS La exocitosis es el proceso contrario a la endocitosis y se distinguen 2 tipos: la exocitosis constitutiva, cuya finalidad es reparar la parte externa de la célula (presente en TODAS), y la secreción regulada, la exocitosis propiamente dicha (presente SOLO en células secretoras con función de liberar sustancias). TEMA 5. UNIONES CELULARES Tipos de tejidos: epiteliales (están en contacto con la luz y no hay espacio entre sus células, de ahí que las uniones célula-célula estén en mayor proporción que las célula-matriz) y conjuntivos (están debajo del tejido epitelial y las células están inmersas en una matriz extracelular, de ahí que las uniones célula-matriz estén en mayor proporción que las célula- célula). UNIONES CELULARES DESDE DISTINTOS PUNTOS DE VISTA FISIOLÓGICO 1- UNIONES OCLUYENTES (Cel-Cel). No dejan espacio entre las células y participan enlaces proteicos. 2- UNIONES DE ANCLAJE (Cel-Cel/Cel-Matriz). Queda espacio entre las células y participan elementos del citosqueleto, filamentos de actina y filamentos intermedios: o Uniones de anclaje con filamentos de actina: si son Cel-Cel se denominan UNIONES ADHERENS y si son Cel-Matriz, CONTACTOS FOCALES. 9 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 oUniones de anclaje con filamentos intermedios: se son Cel-Cel se denominan DESMOSOMAS y si son Cel-Matriz, HEMIDESMOSOMAS. 3- UNIONES DE COMUNICACIÓN (Cel-Cel). Hay dos tipos: GAP o NEXUS (propio de células animales, aparecen muchos y pueden estar en cualquier sitio), y PLASMODESMOS (propios de células vegetales). MORFOLÓGICO SEGÚN EL ESPACIO QUE OCUPAN MÁCULA (uniones puntuales con las células que contacta) ZÓNULA (uniones que cubren toda la superficie de la célula con todas las células adyacentes) FASCIA (características del tejido muscular) SEGÚN LA DISTANCIA QUE LAS SEPARA OCCLUDENS (no hay distancia) ADHERENS (hay distancia) Estas clasificaciones desde el punto de vista morfológico se pueden combinar para dar lugar al fisiológico: ZÓNULA OCLUDENS = UNIONES OCLUYENTES (hay una y siempre en la parte apical cuando existe), ZÓNULA ADHERENS = UNIONES ADHERENS (debajo siempre de zónula ocludens, por lo que sólo existe si existe ésta y sólo una), MÁCULA ADHERENS = DESMOSOMAS (presentes por toda la célula, hay varios). UNIONES CÉLULA-CÉLULA UNIONES DE CIERRE (OCLUYENTES/ZÓNULA OCCLUDENS): Uniones fuertes presentes en la zona apical de la estructura cuando separa dos ambientes muy distintos (ej. Luz y tejido conjuntivo). Sirven para la formación de dominios de membrana y son habituales, por ejemplo, en el intestino delgado. En su formación participan dos proteínas transmembrana, ocludinas y claudinas, de forma que las de una célula se unen a las de una célula vecina (siempre claudinas con claudinas y ocludinas con ocludinas) formando una red que favorece el cierre. Estas uniones son más o menos anchas según las unidades de hermetismo. UNIONES DE ANCLAJE: Participan elementos del citoesqueleto. La célula posee una proteína transmembrana que se pone en contacto con otra proteína transmembrana de la célula contigua (o con matriz). Esta proteína está unida por el interior de la célula a unas moléculas que sirven de nexo con los filamentos de actina o intermedios. Los filamentos intermedios no paralelos entre sí, filamentos de actina paralelos entre sí. UNIONES CÉL-CÉL CON FILAMENTOS DE ACTINA (UNIONES ADHERENS/ZÓNULA ADHERENS): Las proteínas transmembrana que intervienen se denominan cadherinas, las cuales funcionan en forma de bipéptido y son calcio-dependientes, necesitan estar en un medio con alta concentración de calcio para activarse. Si disminuye la concentración de calcio, pierden su rigidez y en consecuencia su capacidad de unirse a otras cadherinas. Las 10 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 moléculas proteicas a las que se unen y sirven de intermediarias con los filamentos de actina se denominan cateninas. Las cadherinas tienen vital importancia en el desarrollo embrionario, concretamente las de tipo E (presentes en estratos endoteliales y epitelios), N (estratos nerviosos) y P. Al comienzo del desarrollo embrionario hay 2 capas, el ectodermo y el endodermo. Para crear el mesodermo (capa intermedia), determinadas células del ectodermo dejan de Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. producir cadherina E, se aíslan individualmente y caen en el espacio intermedio entre las capas. Una vez allí, retoman la producción de cadherina E y se vuelven a aglutinar dando lugar al mesodermo. Más adelante, es necesario crear estructuras nerviosas. Para ellos, ciertas células del ectodermo encargadas de producir las primeras estructuras nerviosas dejan de producir cadherina E y producen en su lugar cadherina N, quedando asociadas entre sí pero separadas del resto. Gracias a los filamentos de actina, se invaginan y comienzan a formar el filamento neuronal. Así se han ido formando todas las estructuras sensitivas durante el desarrollo embrionario. UNIONES CÉL-CÉL CON FILAMENTOS INTERMEDIOS (DESMOSOMAS/MÁCULA ADHERENS): Están presentes en células sometidas a grandes tensiones (piel,corazón…) Presentan un aspecto característico gracias a las moléculas que lo componen: proteínas transmembrana (de la familia de las cadherinas), llamadas desmogleínas y desmocolinas, que se unen a los filamentos intermedios por medio de unas moléculas llamadas desmoplaquinas y placoglobinas y que forman una placa muy densa (reconocible a ME) unida por un lado a las proteínas y por otro a los filamentos intermedios. La estructura formada por una zónula occludens (A) + zónula adherens (B) + desmosoma (C) se denomina COMPLEJO DE UNIÓN, el cual es visible a microscopía óptica. 11 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 TEMA 6. UNIONES CÉLULA MATRIZ. UNIONES DE COMUNICACIÓN La lámina basal es una estructura que actúa como frontera de afianciamiento entre el tejido Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. epitelial y el conjuntivo y está formada por dos estructuras: lámina rara (en contacto con el tejido epitelial) y lámina densa (en contacto con tejido conjuntivo), ambas con gran cantidad de filamentos y proteínas. A veces, puede aparecer la lámina reticular bastante gruesa debajo de la lámina densa. Cuando están las 3 hay ocasiones en las que se puede ver a microscopía óptica y recibe el nombre de membrana basal. La lámina basal tiene muchas funciones (filtración, barrera de seguridad, cicatrización y regeneración), y es más o menos gruesa según su función. A la lámina basal se anclan las proteínas de las células epiteliales dando lugar a las uniones célula-matriz. UNIONES CÉLULA-MATRIZ CONTACTOS FOCALES: Las proteínas transmembrana en esta ocasión no pertenecen a la familia de las cadherinas sino de las integrinas y se unen a elementos específicos de la lámina basal, fundamentalmente fibroneptina. Hacia el interior de la célula se une a ciertos elementos intermediarios entre la integrina y los filamentos de actina, algunos de ellos son la talina y la vinculina. En microscopía se observan las fibras de actina ordenadas paralelamente entre sí en la unión de contacto focal, formando las denominadas fibras de estrés (permiten seguir el contorno de la célula). HEMIDESMOSOMAS: Si están, hay varios. A ME presentan un aspecto similar a medio desmosoma (los contactos focales se ven muy mal), pero en realidad en cuanto a características moleculares se parecen a los contactos focales: sus proteínas transmembrana son de la familia de las integrinas (desmosomas- cadherinas) y estas establecen una unión con elementos de la lámina basal, generalmente laminina. La molécula puente que forma una placa y une a las integrinas con los filamentos intermedios es la plectina. UNIONES DE COMUNICACIÓN PLASMODESMOS: células vegetales 12 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 UNIONES TIPO GAP O NEXUS: No tienen función de unión, sino de comunicación. Para su descubrimiento, en las células que se sabía que intercambiaban información (no mediante sinapsis, pues eran intercambios demasiado rápidos), se introdujeron moléculas de distinto tamaño. Pasado un tiempo, se observó que algunas pasaban a otras células y que su diámetro no superaba 1,5 nm. Así se descubrieron los conexones (auténticos agujeros), elementos fundamentales de las uniones tipo GAP. Cada conexón está formado por 6 conexinas, y en función del tipo que sean estas, se distinguen conexones homoméricos (todas conexinas iguales) y conexones heteroméricos (conexinas distintas). Los conexones de las células vecinas no tienen porqué ser iguales y se unen en el espacio intercelular funcionando como proteínas transmembrana por las que pasan las moléculas. Un conexón por sí sólo no tiene función, tiene que haber una gran concentración para disparar una señal de la célula (uniones tipo GAP grandes y pequeñas). NOTA: Las uniones tipo GAP se parecen en MET a la zónula occludens, pero de éstas sólo hay 1 y en la zona apical. Los conexones pueden estar abiertos o cerrados a voluntad de la célula: si la concentración de calcio es baja o el pH es alto, están abiertos; si la concentración de calcio aumenta o baja el pH, se cierran. Si baja el pH, los lisosomas dejan de funcionar, se abren, y los enzimas de su interior se liberan al citoplasma degradándolo todo. Para evitar que la muerte celular se extienda a otras células, se cierran los conexones. TEMAS 7: CITOESQUELETO. GENERALIDADES El citoesqueleto está formado por un conjunto de filamentos proteicos distribuidos por toda la célula y cuya función es dar estabilidad a la célula, adhesión, transporte, favorecer los movimientos celulares… Hay 3 tipos de filamentos fundamentales: o Filamentos de actina: son los más pequeños, se distribuyen por la periferia de la célula y están formados por actina. o Microtúbulos: son los más grandes y se distribuyen por el centro de la célula. o Filamentos intermedios: tiene un tamaño intermedio entre los anteriores, se disponen por toda la célula y actúan como cuerdas que resisten la tensión FILAMENTOS DE ACTINA De todos las isoformas de la actina, los filamentos de actina están formados por actina G, presenta un centro activo al que se pueden unir ATP o ADP indistintamente (misma afinidad). La actina G tiene polaridad, es asimétrica, está formada por una cabeza y una cola, de forma que la cabeza de una se une a la cola de otra linealmente formando los filamentos. Los filamentos van formándose o deshaciéndose según las necesidades de la célula (crece por el 13 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 extremo + mayoritariamente, por el – en menor proporción) y, aunque pueden estar aislados, a veces se asocian helicoidalmente para dar más rigidez a la célula. La polimerización es el proceso por el que se incorporan más actina G al filamento (lado +), y para que lo hagan, las nuevas actina G deben de estar unidas a ATP. La despolimerización es el proceso por el que se separan monómeros de actina G del filamento, para que lo hagan, deben de estar unidos a ADP. Estos procesos no implican hidrólisis de ATP, sino que esta tiene Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. lugar por el centro del filamento. No se sabe a donde va la energía liberada en esa hidrólisis, pero sí se sabe que la tendencia del filamento de actina a crecer o decrecer viene determinada por su proporción en actina unida a ATP y a ADP. Para que se forme un filamento de actina, deben de ponerse en contacto 2 proteínas: ARP2 y ARP3 (Proteína Relacionada con la Actina). Estas se unen formando un casco que funciona como cebador para que comience a colocarse la actina. También participan en la formación de ramificaciones en los filamentos, muy frecuentes pues forman redes en la célula. La distribución de actina G en la célula depende de sus necesidades; en una célula normal suele haber una proporción similar de actina G y filamentos de actina. Los filamentos de actina constituyen la corteza celular (fibras de estrés), que se cree que es fundamental para dar forma a la célula. PROTEÍNAS ASOCIADAS A LOS FILAMENTOS DE ACTINA - Proteínas asociadas positivamente (ayudan en polimerización) - Proteínas asociadas negativamente (ayudan en despolimerización) +) Filamina: proteína dimérica (2 monómeros para estar activa, se unen por la cabeza y se separan por la cola). Por sus colas se unen a los filamentos y dan estabilidad a las redes de filamentos. -) Gelsolina: ayuda a deshacer las redes. Se activa cuando aumenta la concentración de calcio o aumenta la temperatura rompiendo los filamentos y uniéndose a los extremos + impidiendo que polimericen. α-Actinina y fimbrina: ayudan a tener las fibras paralelas; para mayor distancia entre ellas ser usa la α-actinina, y para que estén algo más compactas la fimbrina. +) Profilina: favorece la polimerización acercando de forma muy eficiente los monómeros. 14 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 -) Cofilina: favorece la despolimerización separando monómeros de 1 en 1. Talina y vinculina: funcionan como nexos en los contactos focales entre los filamentos de actina y las integrinas. Proteína de capuchón: protegen al filamento de actina haciéndolo estable si es necesario para su función en la célula. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. TEMA 8. PROTEÍNAS MOTORAS ASOCIADAS A FILAMENTOS DE ACTINA La función de las proteínas motoras asociadas a los filamentos de actina es mover los filamentos con hidrólisis de ATP. La más conocida de ellas es la miosina, que presenta muchas isoformas y todas ellas salvo la 4 mueven el filamento hacia el extremo +. Las más importantes son la miosina I y la miosina II. La miosina I está formada por una cabeza y una cola rígida que constituyen una cadena pesada a la que se unen cadenas ligeras. La miosina II está formada por dos cadenas pesadas asociadas por la cola y varias cadenas ligeras con diversas funciones. La cabeza es esencial pues en ella está el sitio de unión a la actina y el sitio donde tiene lugar la hidrólisis de ATP. MIOSINA II En el tejido muscular estriado esquelético (encargado de movimientos voluntarios) la fijación de actina y miosina II es tan estable que dan lugar a estrías/fibras que se extienden por todo el tejido. Ocupan toda la célula disponiéndose en sarcómeros y quedando los orgánulos en la periferia (salvo las mitocondrias que se intercalan entre ellos para proporcionarles energía). En estos sarcómeros (estructuras fijas) los filamentos de actina permanecen estables uniéndose al denominado Disco Z por el extremo +. La miosina II forma filamentos gruesos que se disponen entre los filamentos de actina, quedando sus colas hacia el centro y las cabezas (con los sitios de unión a la actina) hacia fuera, orientadas hacia los filamentos de actina. El deslizamiento de las cabezas sobre los filamentos de actina hacia el extremo + consigue que los filamentos de actina se muevan y se aproximen, provocando la contracción. Este proceso requiere ATP. El último disco Z se ancla a la membrana plasmática y así se contrae la célula completa. En el tejido muscular liso (encargado de movimientos involuntarios), el núcleo ocupa una posición central, pues las células no presentan sarcómeros ni filamentos gruesos permanentes. En cambio, estos filamentos se forman cuando es necesaria la contracción y, para ello, una 15 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 señal activa la miosina II (que está inactiva con sus cadenas plegadas) por fosforilación de sus cadenas ligeras (gasto de ATP) y se unen formando un filamento grueso transitoide/transitorio. En esa señal que activa a la miosina, interviene la calmodulina (que se activa al aumentar la concentración de calcio) que activa a la calmodulinaquinasa, la cual produce la fosforilación que activa a la miosina II. En este caso, los sarcómeros no se anclan a la membrana, sino que filamentos intermedios se anclan a los filamentos de actina y miosina y tiran de la membrana. La miosina II no sólo interviene en el tejido muscular, sino que está presente en procesos como la formación de vesículas (en las invaginaciones la miosina II tira de la actina contrayéndola y formando la vesícula) o la citocinesis. La citocinesis es la división real de una célula en dos células hijas mediante el estrangulamiento de la membrana plasmática. Este proceso requiere una contracción con filamentos de actina y miosina, que se asocian transitoriamente contrayendo la membrana (estrangulamiento) hasta que se forman dos células con sus respectivas membranas plasmáticas. MIOSINA I La miosina I (en contacto con los filamentos de actina) no se encarga de la contracción, sino que posibilita movimientos. Hay que tener en cuenta que la miosina I sólo se mueve con el filamento al que está unido su cabeza y que siempre se mueve hacia el extremo + de dicho filamento. OPCIÓN 1: las colas de la miosina I están ancladas a un filamento de actina anclado a la membrana plasmática. Si las cabezas se apoyan en otro filamento de actina (no anclado a la membrana), consiguen que este se desplace hacia su extremo – (pues la miosina mueve su cabeza hacia el extremo + y consigue tirar del filamento). OPCIÓN 2: las miosinas I apoyan sus cabezas en el filamento de actina anclado a la membrana plasmática (por su extremo +) mientras que las colas se encuentran unidas a una vesícula (puede ser una vesícula, como una mitocondria, etc.). Permiten el transporte de la vesícula hacia el extremo + del 16 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 filamento anclado (al desplazarse las cabezas de las miosinas hacia allí). OPCIÓN 3: las miosinas I apoyan sus colas en la membrana plasmática y mantiene una unión con el filamento de actina unido a sus cabezas de forma que se moverá hacia su extremo – (igual que opción 1 pero en vez de filamento anclado a la membrana, directamente la membrana). Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. ESPECIALIZACIONES DE LA CÉLULA Formas especiales con algún tipo de función que adoptan las células. Los filamentos de actina y sus proteínas asociadas permiten las especializaciones siguientes: - Corteza celular: red de filamentos de actina. - Filopodios y microvellosidades: estructuras puntuales que se disponen hacia el exterior de la célula formando una especie de dedos. Se diferencian en que los filopodios se mueven mientras que las microvellosidades están fijas (rígidas) y sirven para aumentar la superficie de absorción. - Lamelipodios: estructuras extendidas en la superficie hacia el exterior de la célula. Se disponen en oleadas permitiendo el movimiento y se forman después de los filopodios. Los filopodios y lamelipodios se encargan de formar pies de avance, necesarios en la captación de los nutrientes, mediante polimerización y despolimerización (esto último en la zona contraria al avance, deshaciendo los contactos focales), y también forman conos de crecimiento en las neuronas durante el desarrollo embrionario. - Invaginaciones: estructuras que se crean hacia el interior de la célula. - Estereocilios: tienen la misma composición que las microvellosidades (y también son rígidos) pero son mucho más grandes. TEMA 9. MICROTÚBULOS Mientras que la unidad más pequeña que participa en la creación de los filamentos de actina es la actina G (monómero, en la formación de los microtúbulos es el dímero de tubulina α y tubulina β (si se considera como unidad al dímero, pues facilita buscar analogías con los filamentos de actina G). Este dímero se diferencia en cabeza y cola, y al unirse forman polímeros (protofilamentos) con polaridad, estando la alfa-tubulina hacia el extremo – y la beta-tubulina hacia el extremo +. Un microtúbulo está formado por 13 protofilamentos que dejan un agujero en el centro. Tanto la tubulina alfa como la beta presentan sitios de unión a GTP y GDP, pero es la tubulina beta la que sufre la transformación entre GTP (polimerización) y GDP (despolimerización). Cuando se produce una polimerización rápida, el microtúbulo es rico en GTP y presenta una constitución recta. Cuando se produce una despolimerización rápida, los microtúbulos son ricos en GDP y se curvan /tuercen. El mecanismo de des/polimerización de los microtúbulos es la inestabilidad dinámica, por la que en función de la cantidad de GTP o GDP tienen tendencia a crecer o a acortarse. 17 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 Los microtúbulos se encuentran apoyados por el extremo - en un centro organizador de microtúbulos denominado MTOC, imprescindible para que lleven a cabo su función. La causa no está clara, pero los microtúbulos son fundamentales para mantener la estabilidad e integridad de los orgánulos, sobre todo del aparato de Golgi (está próximo al MTOC y apoyado sobre microtúbulos). MTOC Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. El MTOC está formado por dos centriolos perpendiculares (formados por tripletes de microtúbulos) alrededor de los cuales se encuentra el material pericentriolar, formado por distintos tipos de proteínas (destaca la γ(gamma)-tubulina, que funciona como un cemento que une los centriolos y el material pericentriolar a los microtúbulos, por la alfa- tubulina). El MTOC se encuentra en posición central y desde él salen los microtúbulos en todas direcciones, pues tienen que llegar a toda la célula para asegurar una buena disposición vesicular. ESPECIALIZACIONES CELULARES Los microtúbulos permiten las siguientes especializaciones: - Cilios: evaginaciones de la membrana plasmática formadas a partir de microtúbulos paralelos entre sí y que presentan un tope en la parte de abajo (corpúsculo basal) que actúa como un MTOC, colocando el extremo – hacia la base del cilio y el extremo + hacia el exterior. - Axones: en la zona basal presentan un centriolo que actúa como tope ordenando los microtúbulos (como un mini MTOC) de forma que el extremo – queda hacia la base del axón y el extremo + hacia el botón sináptico. Este orden es necesario para la transmisión del impulso nervioso. - Dendritas: no presenta ningún tope y los microtúbulos están dispuestos al azar HUSO MITÓTICO Aparecer sólo en la mitosis, fase que no todas las células experimentan y en la que el MTOC y los microtúbulos se duplican. Por ello, no se considera una especialización de los microtúbulos como tal, sino de una fase del ciclo de vida de la célula. PROTEÍNAS ASOCIADAS A LOS MICROTÚBULOS Existen muchas proteínas asociadas a los microtúbulos, y muchas de ellas se agrupan bajo la denominación MAP (proteínas asociadas a los microtúbulos), pues no tiene nombre específico. De las proteínas asociadas a los microtúbulos destacan MAP-2 y TAU, ambas directamente relacionadas con el sistema nervioso. Se encargan de permitir mantener los microtúbulos a una cierta distancia exacta entre ellos y de que se mantenga su rectitud. La MAP-2 está en las dendritas y deja más distancia entre los microtúbulos, mientras que TAU está en el axón y deja más próximos los microtúbulos. Otras proteínas ayudan a favorecer la polimerización o despolimerización. Destaca la catastrofina, que ayuda a la despolimerización favoreciendo la rápida disminución del tamaño de lo microtúbulos). 18 Todos los planes de suscripción incluyen descargas sin publicidad con coins a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 PROTEÍNAS MOTORAS Las proteínas motoras se mueven sobre el microtúbulo con gasto de ATP. - Quinesina: se mueve por el microtúbulo desde el extremo – al extremo +. Está formada por dos cadenas pesadas y varias cadenas ligeras. Cada cadena pesada tiene una cabeza donde tiene lugar la hidrólisis de ATP y se apoya al microtúbulo, y una cola; las colas se entrelazan. - Dineina: se mueve desde el extremo + al extremo -. Está formada por dos cadenas pesadas, en las cabezas tiene lugar la hidrólisis de ATP y la unión al microtúbulo, y las colas se entrelazan. En las colas se unen los elementos de la célula que se quieren transportar. Sobre todo, se transportan vesículas con una gran velocidad y eficacia. En las células que no están sanas, quedan sustancia de desecho en el citoplasma que impiden el correcto transporte. En la dineína, se conoce el sistema de agarre a aquello que se quiere transportar, el denominado complejo dinactina. En la quinesina debe de existir algo similar. La espectrina ayuda en la formación de este enganche. En resumen, el MTOC se encuentra en posición central y dispuestos hacia los vértices están los microtúbulos, con el extremo – hacia el centro (único a MTOC por tubulina alfa) y el extremo + hacia la periferia de la céula. Si se va a transportar desde el centro hacia la periferia, interviene la quinesina, y al contrario ocurre con la dineína. CILIOS Los cilios presentan una disposición 9+2 dobletes de microtúbulos (hay organismos no mamíferos con estructura 9+0), dos centrales completos y 9 periféricos incompletos (en un par, el A está completo y el B, al estar apoyado en A, está incompleto). Los cilios se ven a microscopía óptica (al contrario que las microvellosidades) y su movimiento es en forma de látigo (flagelo movimiento ondulatorio). Esta disposición 9+2 se denomina anoxema, y una serie de proteínas colaboran en su mantenimiento: - Radio o cabeza de radio: van desde el microtúbulo A de cada par al par central. - Nexina: asocian el microtúbulo A de un par al B del siguiente. - Vaina: rodea al par central - Tectina: funciona de nexo entre el microtúbulo A y B de cada par, manteniéndolos unidos. - Dineina ciliar: está formada por 3 cabezas globulares orientadas desde el microtúbulo A de un par hacia el B del siguiente, sin tocarlo. La dineína y la nexina permiten que el cilio recupere su forma cuando se detiene el movimiento. 19 Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-10815450 El anoxema está apoyado sobre un corpúsculo basal formado por 9 tripletes de microtúbulos unidos entre sí por unas estructuras proteicas llamadas fibras de conexión. El corpúsculo basal no está presente en el cilio formado en el desarrollo embrionario, sino que se forma posteriormente constituyendo el cilio estable. Entre el anoxema y el corpúsculo basal hay una zona de transición en la que no están presentes los microtúbulos centrales. Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. TEMA 10. FILAMENTOS INTERMEDIOS Los filamentos intermedios se localizan en las zonas sometidas a grandes tensiones, formando cuerdas y encargándose de sujetar y sostener la célula (estabilidad mecánica). No hay elementos que se repiten en su construcción, pues en cada filamento está formado por una proteína distinta. Están presentes en vertebrados, en invertebrados y células vegetales no hay (puede ser que los tengan pero que estén formados por proteínas distintas a las de los vertebrados). Hay 4 grupos de proteínas que engloban los filamentos intermedios: Queratinas: pueden ser de tipo I (ácidas) o de tipo II (neutras o básicas). Están activas si se unen entre sí y están presentes en las células epiteliales y sus derivados. Vimentina y proteínas relacionadas: - Vimentina: es la