Orgánulos (Histología Básica) PDF

Histología Básica Diferenciación celular Citoplasma Las células son las unidades funcionales y estructurales El componente más externo del citoplasma es la mem- de los seres vivos. Pese a la gran v...

Histología Básica Diferenciación celular Citoplasma Las células son las unidades funcionales y estructurales El componente más externo del citoplasma es la mem- de los seres vivos. Pese a la gran variedad de animales, plan- brana plasmática, o plasmalema, que constituye el límite tas, hongos, protistas y bacterias, hay solo dos tipos básicos entre el medio intracelular y el ambiente extracelular. En de células: las procariontes y las eucariontes. el citoplasma se localizan el citoesqueleto, los orgánulos y Durante la evolución de los metazoarios, poc pocoo a po poco, los depósitos o inclusiones, por lo general temporarios, de las células fueron modificándose y especializándose y hidratos de carbono, proteínas, lípidos o pigmentos. Son pasaron a ejercer determinadas funciones con mayor ren- ejemplos de orgánulos las mitocondrias, el retículo endo- dimiento. El proceso de especialización se denomina dife- plasmático, el complejo o aparato de Golgi, los lisosomas renciación celular. En esta se observa una secuencia de y los peroxisomas. Los espacios entre los orgánulos y los modificaciones bioquímicas, morfológicas y funcionales depósitos está ocupado por la matriz citoplasmática o cito- que transforman una célula primitiva indiferenciada, que sol, de consistencia variable entre sol y gel, que contiene cumple solo las funciones celulares básicas esenciales para diversas sustancias como aminoácidos, proteínas, otras su supervivencia, en una capaz de realizar ciertas funciones macromoléculas, nutrientes energéticos y iones. Aunque se con gran eficacia. considere que la membrana es el límite externo de la célula, La diferenciación celular también es un proceso impor-- en realidad hay continuidad entre el interior de la célula y tante durante el desarrollo embrionario; por ejemplo, los las moléculas extracelulares. La membrana plasmática con- precursores de la célula muscular se alargan, sintetizan pro-- tiene proteínas denominadas integrinas que se unen a los teínas fibrilares contráctiles y dan origen a una célula adap-- filamentos del citoesqueleto localizados en el citoplasma tada para la conversión eficiente de energía química en tra-- y a las macromoléculas extracelulares. Por medio de esas bajo mecánico. Durante la diferenciación, la síntesis de gran uniones, se verifica un intercambio constante de influen- cantidad de determinadas proteínas precede a las modifica-- cias en los dos sentidos, entre el citoplasma y el medio ciones morfológicas; un ejemplo es la síntesis de las proteí-- Cuadro 2.1). extracelular (C 2.1). nas contráctiles actina y miosina por parte de los precursores El citoplasma de las células eucariontes está dividido de la célula muscular. en compartimentos por membranas que regulan el trán- sito intracelular de iones y moléculas. Esos compartimen- tos crean microambientes intracelulares, lo que aumenta Para más información mucho el rendimiento de las actividades celulares. Células madre o troncales Membrana plasmática En todos los tejidos, algunas células conservan una gran capacidad para diferenciarse en células especializadas del La membrana plasmática o plasmalema tiene un espe- sor de entre 7,5 y 10 nm, y al microscopio electrónico tejido en el que se localizan. Esas células indiferenciadas, o aparece como una estructura trilaminar denominada uni- de diferenciación incompleta, se denominan células madre dad de membrana (fig figss. 2.1 a 2.4), llamada así porque esa o troncales y su principal función es multiplicarse por mito- estructura es común a todas las membranas que hay en las sis para sustituir a las que mueren por envejecimiento nor- células. Las membranas celulares se componen, principal- mal o que los procesos patológicos destruyen. Cuando se las mente, de dos capas de moléculas de fosfolípidos cuyos cultiva in vitro vitro en el labora laboratorio orio,, es posible inducir a las cé cé- grupos no polares (hidrófobos) miran hacia el centro de lulas madre o troncales a diferenciarse en tipos celulares de la membrana. Los grupos polares (hidrófilos) de esos lípi- otros tejidos. Por ello, los investigadores tratan de usar las dos quedan en la superficie interna (intracelular) y externa células madre o troncales de un tejido para corregir lesiones (extracelular) de la membrana (fig fig.. 2.1). Al parecer, el de otros; pero, hasta el momento, los resultados prácticos aspecto trilaminar de las membranas se debe al depósito de osmio durante la preparación de la muestra sobre esos todavía son poco satisfactorios, por motivos que se hallan grupos hidrófilos localizados en las superficies de las mem- fuera del ámbito de este libro. Es un tema promisorio y fas- branas (fig fig.. 2.1). Además de los fosfolípidos que, en medio cinante, pero muy complejo. En el futuro es posible que se acuoso, se organizan de manera espontánea en dos capas curen muchas enfermedades con células madre o troncales, sin gasto de energía, las membranas celulares contienen pero su uso en la práctica médica aún es muy limitado. otros lípidos, como glucolípidos y colesterol. En las membranas, la composición lipídica de cada mitad de la bicapa es diferente, lo que crea una asimetría. En los eritrocitos, por ejemplo, hay mayor abundancia de fosfati- Principales componentes de las células dilcolina y esfingomielina en la capa externa, mientras que la fosfatidilserina y la fosfatidiletanolamina se concentran Las células presentan dos partes fundamentales: el más en la mitad interna. Los glucolípidos tienen cadenas citoplasma y el núcleo. Los diversos componentes del cito- de oligosacáridos que se proyectan hacia afuera, desde la plasma, por lo general, no se observan en los preparados superficie celular, lo que contribuye a acentuar la asimetría comunes teñidos con hematoxilina-eosina. En esos prepa- de la membrana plasmática. rados el citoplasma aparece rosado y el núcleo teñido de Mediante el microscopio electrónico se confirmó que las azul oscuro o morado. moléculas proteicas se insertan en forma total o parcial en la 24  Histología Básica Proteasoma  Orgánulo no membranoso membranoso en forma  Degradación de prot proteínas: eínas:  Las proteínas proteínas que se van van a degradar tienen de barril u Dañadas que estar unidas a moléculas de ubiquitina  Formado por proteínas proteínas que son u Reguladoras proteasas. u AnAntigénicas tigénicas Filamentos de actina o  Orgánulos no membranosos membranosos que Asociados con otras proteínas participan en: Proteínas asociadas con los filamentos de actina: microfilamentos forman parte del citoesqueleto  Las uniones celular celulares es  La profilina, profilina, brevina, fragmina fragmina y gelsolina  Tienen un diámetro diámetro de 6 nm  La estructur estructuraa celular regulan su polimerización  Están formados por la polimeriza-  La locomoción locomoción celular  La espectrina, espectrina, fodrina y filamina estabili- ción de monómeros de actina G que  Los movimientos movimientos de orgánulos orgánulos zan las redes de los filamentos de actina forman filamentos de actina F  La contr contracción acción celular celular  La villina y la fimbrina mantienen mantienen los filamentos de actina formando haces paralelos  La vinculina y la actinina-α actinina-α unen los fila- mentos de actina a la membrana celular  La miosina junto junto con con la actina actina int inter ervienen vienen en la contracción de las células. Filamentos intermedios  Orgánulos no membranosos membranosos que Asociados con otras proteínas participan en: Tipos de filamentos intermedios: forman parte del citoesqueleto  La estructur estructuraa celular  Filament ilamentos os de quera queratina: solo se localizan  Tienen un diámetro diámetro de 8 a 10 nm  La fijación del núcleo en células epiteliales. Forman haces que se  Se forman a partir partir de tetrámer tetrámeros os  La unión de la membrana membrana al citoesqueleto citoesqueleto denominan tonofibrillas que se autoensamblan formando  El mant mantenimient enimientoo y la reor reorganización ganización de la  Filament ilamentos os de vimentina: vimentina: se encuentran filamentos fuertes y estables envoltura nuclear en los fibroblastos y otras células de origen mesenquimático  Filament ilamentos os de desmina: se encuentran encuentran en las células musculares  Proteína Pr oteína ácida fibrilar glial: se localizan en los astrocitos.  Neurofilamentos: Neur ofilamentos: se localizan en las neuronas.  Laminas nucleares: nucleares: se localizan localizan en la car caraa interna del nucleolema Microtúbulos  Orgánulos Or gánulos no membranosos que Junto a las proteínas asociadas con los Los microtúbulos forman: forman parte del citoesqueleto microtúbulos (MAP) participan en:  Centriolos formados por nueve nueve tripletes  Son estructur estructuras as cilíndricas rec rectas tas  La rigidez rigidez y conserv conservación de la forma celular celular de microtúbulos. Dos centriolos forman un y rígidas  La regulación regulación del movimiento movimiento intrac intracelular elular centrosoma, que es el centro de organiza-  Su diámetro diámetro ext externo es de 25 nm de orgánulos y vesículas ción de los microtúbulos  Se forman por la polimerización de  La compar compartimentalización timentalización intrac intracelular elular  El axonema axonema de los cilios formados por dímeros de tubulina  La estructur estructuraa y movimiento movimiento de cilios y nueve dobletes y dos singletes centrales  13 prot protofilament ofilamentosos de tubulina flagelos de microtúbulos forman un microtúbulo membrana (figfig.. 2.3 2.3)). Algunas Algunas de esas molécula moléculass son por poros os una o varias veces, y por ello, se dividen en proteínas de funcionales por donde transitan ciertos iones y moléculas. paso único y proteínas de paso múltiple (fig fig.. 2.4). ). El con- Otras proteínas de la membrana plasmática son receptores trol y movimiento de las proteínas en la membrana están- de hormonas o de otras moléculas señalizadoras y de macro-- dirigidos por las balsas lipídicas, que son zonas (dominios) moléculas estructurales del medio extracelular. Una función en la membrana plasmática con altas concentraciones de importante de la membrana plasmática es el mantenimiento colesterol y glucoesfingolípidos que disminuyen la fluidez. de la composición del medio intracelular, que es diferente del En las balsas lipídicas hay una variedad de proteínas inte- líquido extracelular. grales y periféricas relacionadas con la señalización celular. Las proteínas, que representan alrededor de 50% del Las proteínas de la membrana se sintetizan en el retículo peso de la membrana plasmática (ese porcentaje varía endoplasmático rugoso, se completan en el complejo de mucho en otras membranas celulares), se dividen en dos Golgi y se transportan hacia la superficie celular en vesícu- grupos. Las proteínas integrales están incorporadas direc- las (fig fig.. 2.6). Las proteínas de membrana tienen diferentes tamente en la estructura de la membrana, mientras que funciones como transporte, recepción de señales, unión las proteínas periféricas no están incluidas en la mem- entre las células o de las células con moléculas extracelula- brana, sino unidas a su superficie intracelular o extracelu- res, actividad enzimática y función estructural. lar mediante uniones iónicas. Las proteínas periféricas se extraen con facilidad por medio de soluciones salinas, pero La superficie externa de la membrana se halla recubierta las proteínas integrales solo se extraen después de la des- por una capa mal delimitada, con abundantes hidratos de trucción de la estructura de la membrana, por lo general, carbono, llamada glucocáliz, bien visible al microscopio mediante detergentes. Algunas proteínas integrales, deno- electrónico (figfig.. 2.2). El glucocáliz se compone de las cade- minadas proteínas transmembrana, atraviesan por entero nas glucídicas de las glucoproteínas y los glucolípidos de la la membrana y sobresalen tanto en la cara intracelular membrana y de glucoproteínas y proteoglucanos que secre- (citoplasmática) como en la superficie externa de la mem- tan las células. El glucocáliz participa del reconocimiento brana. Determinadas proteínas transmembrana contienen entre las células y de la unión de las células entre sí y con las moléculas largas y plegadas que atraviesan la membrana moléculas extracelulares. 26  Capítulo 2 / Intr Introducción oducción al estudio de las células. células. Citoplasma Citoplasma *UXSRVSRODUHVGHORV IRVIROtSLGRVKLGUyILORV 'HSyVLWRV GHRVPLR UHGXFLGR &DGHQDVGHiFLGRV 3DUWH JUDVRV KLGUyIRED    &ROHVWHURO  QP QP QP QP Este esquema ilustra la bicapa lipídica que compone las membranas celulares (der echa).). Las bandas derecha bandas,, a la izizquierda,, repr quierda representan esentan las dos capas FIGURA 2.1 oscuras que se observan al microscopio electrónico, causadas por el depósito del osmio en las partes hidrófilas de las moléculas de fosfolípidos. El intercambio de sustancias entre las células y el medio en el que viven se realiza a través de la membrana. Las Para más información moléculas pequeñas y ciertos iones, como Na+, + K y Ca2+, Modelo del mosaico fluido pueden atravesar la membrana plasmática por los canales formados por las proteínas integrales. Cuando el transporte es a favor de gradiente, esto es, que va desde donde la con- La integración de las proteínas en la membrana depende, centración de moléculas o iones que se transportan es alta principalmente, de la interacción de los aminoácidos lipofí-- a donde la concentración es baja, el transporte no requiere energía, es decir, es un transporte pasivo y se llama difusión. licos de la superficie de la proteína con los lípidos de la mem-- Si en el transporte se atraviesa directamente la membrana brana. En cambio, la posición de las proteínas en relación plasmática se llama difusión simple, pero si es a través de con el plano de la membrana plasmática suele estar deter-- proteínas de membrana transportadoras, se llama difusión minada por la asociación con moléculas del citoesqueleto facilitada. Por el contrario, si el transporte es desde donde (véase más adelante). Cuando las impulsa el citoesqueleto, la concentración es baja a donde la concentración es alta, las proteínas se deslizan a lo largo del plano de la membrana entonces es en contra de gradiente, requiere energía y es fig.. 2.5). porque la bicapa lipídica es fluida (fig 2.5). La distribución denominado transporte activo. de las proteínas en mosaico en la bicapa lipídica de la mem-- La entrada de macromoléculas y de partículas mayores brana plasmática originó el modelo de mosaico fluido para en la célula se produce en bloque, por mecanismos que las membranas celulares (figsfigs.. 2.3 y 2.5). Como Como sucede concon involucran modificaciones visibles en la membrana plas- los lípidos, la distribución de las proteínas también es dife-- mática. Esa entrada de material en cantidad se denomina rente en las dos capas de la membrana. Como es el caso con endocitosis. Exocitosis es el mecanismo equivalente, pero los glucolípidos, la porción glucídica de las glucoproteínas en sentido contrario, desde el interior de la célula hacia afuera. Sin embargo, desde el punto de vista molecular, la también sobresale hacia afuera de la célula. endocitosis y la exocitosis son mecanismos diferentes que dependen de la participación de proteínas distintas. Existen tres variedades de endocitosis: pinocitosis de fase líquida, endocitosis mediada por receptores y fagocitosis. Pinocitosis En la pinocitosis o endocitosis de fase líquida, se for- man pequeñas invaginaciones de la membrana que tienen líquido extracelular y las sustancias contenidas en este. Las vesículas de la pinocitosis (de unos 80 nm de diámetro) se desprenden de la membrana por la actividad del citoesque- leto, se empujan hacia la profundidad del citoplasma y, la mayoría de las veces, se fusionan con los lisosomas (véase más adelante). En las células endoteliales de los capilares sanguíneos, el citoesqueleto y las proteínas motoras impul- Esta micrografía electrónica del corte de la superficie san las vesículas de pinocitosis hasta la superficie opuesta FIGURA 2.2 de una célula epitelial ilustra el aspecto de la unidad de de la célula, donde se fusionan con la membrana plasmá- membrana, con dos líneas oscuras separadas por una ban- tica y liberan su contenido hacia el medio extracelular. En da clara. En la superficie externa de la membrana, el depósito de material poco ese caso, la pinocitosis tiene la función de desplazar las denso es el glucocáliz. (100 000x). x). moléculas de la sangre de los vasos capilares hacia el medio 27  Capítulo 2 / Intr Introducción oducción al estudio de las células. células. Citoplasma Citoplasma $ Histología aplicada La fibrosis quística (mucoviscidosis) es una enfermedad heredi-- taria causada por un defecto del transporte de iones y agua en la membrana plasmática, que afecta a 1 de cada 2 000 recién nacidos. El gen causante se localiza en el cromosoma 7. En la % fibrosis quística, las secreciones exocrinas son muy viscosas y obstruyen los conductos de las glándulas (páncreas, glándulas salivales) y las vías respiratorias, principalmente los bronquios. La obstrucción dificulta el pasaje de las secreciones y predispo-- ne a los órganos afectados a infecciones locales y fibrosis. & extracelular de los tejidos (NdeT: y recibe la denominación especial de transcitosis o citopempsis). Endocitosis mediada por receptores La superficie celular contiene re rece ceptore ptoress de diversas moléculas, como hormonas proteicas y lipoproteínas de baja densidad (LDL LDL,, low density lipoproteins poproteins).). Esos Esos rec recep- tores pueden estar dispersos por toda la superficie de la célula o localizados en zonas limitadas, denominadas fosi- tas con cubierta. La molécula que tiene gran afinidad con determinado receptor es su ligando. La unión del ligando El experimento demuestra la fluidez de la membrana ce ce-- con el receptor activa las moléculas del citoesqueleto; si FIGURA 2.5 lular. La membrana plasmática aparece como dos líneas los receptores están alejados, se desplazan en la bicapa paralelas que representan la porción lipídica en la cual lipídica y se concentran en un área pequeña de la mem- están sumergidas las moléculas proteicas. En este experimento, dos tipos de células brana (fig fig.. 2.7). La cubierta de la fosita, que se localiza en la (A) de cultivo (una sola con las proteínas marcadas) se indujeron a fusionarse (B). cara citoplasmática de la membrana, se compone de varias Pocos minutos después de la fusión, las moléculas marcadas (fluorescentes) se proteínas, en especial, de clatrina. La clatrina y proteínas difundieron por toda la superficie de la célula nueva (C). Sin embargo, en muchas asociadas forman una malla de hexágonos y pentágonos. células las proteínas transmembrana están fijas en sus sitios, por medio de uniones Arrastradas por los filamentos del citoesqueleto, las fositas con el citoesqueleto. 9HVtFXOD GHWUDQVSRUWH &RPSOHMRGH*ROJL 5HWtFXOR HQGRSODVPiWLFR &DUDFLV FLV JUDQXODU &LWRVRO &DUDWUDQV WUDQV 0HPEUDQD SODVPiWLFD Las proteínas transmembrana se sintetizan en el retículo endoplasmático rugoso, se FIGURA 2.6 transportan en vesículashacia el complejo de Golgi, en el cual se modifican, y de allí, de nuevo en vesículas, van hacia la membrana plasmática. Este ejemplo muestra la síntesis y el transporte de una glucoproteína, cuya porción glucídica aumenta en el complejo de Golgi. 29  Histología Básica conn cubier cubiertata sese de despr sprenden enden de la membrana plasmá plasmática tica y 0HPEUDQD forman las vesículas con cubierta. /LJDQGRV FHOXODU Una vez que las vesículas cubiertas penetran en el cito- plasma pierden el revestimiento de clatrina y se fusionan con los endosomas, un sistema de vesículas y túbulos loca- lizados en el citosol, cerca de la superficie celular (endo- 9HVtFXOD somas tempranos) o a mayor profundidad (endosomas SLQRFtWLFD 5HWRUQRGHORV tardíos). En conjunto, forman el compartimento endosó- FRQFXELHUWD UHFHSWRUHVKDFLDOD mico. Las membranas de todos los endosomas contienen PHPEUDQDFHOXODU bombas de H+ que, accionadas accionadas por por la ener energgía deldel ATP ATP,, acidifican el interior de esos orgánulos (cisternas endosó- micas). Las bombas son proteínas transmembrana trans- portadoras de iones o moléculas. Las moléculas de clatrina que se separan de las vesículas con cubierta van hacia la 9HVtFXOD SLQRFtWLFD cara interna de la membrana plasmática y se reutilizan. Las moléculas contenidas en los endosomas pueden seguir más de una vía (fig fig.. 2.7). Los receptores se separan de )XVLyQFRQ sus ligandos en razón de la acidez del endosoma y pueden HQGRVRPD WHPSUDQR retornar a la superficie celular para que se los reutilice. Un ejemplo (fi figg. 2.8 2.8)) s on lo loss re recce pt ptores ores para las la s lip lipopr oproteínas oteínas de baja densidad o LDL (con colesterol abundante), que se utilizan varias veces. Por lo general, los ligandos se trans-- 3URWHtQDV fieren hacia los endosomas situados a mayor profundidad GHFXELHUWD en el citoplasma (endosomas tardíos). En cambio, en algu-- FODWULQD nos casos, el ligando se devuelve al medio extracelular par araa utiliz utilizaarse de nuenuevo. vo. Es lo que que suce suce de con con elel ligando (QGRVRPD transferrina, una prote proteína ína dedel plasma sang sang uíne íneoo trans transpp or- WDUGtR tadora de hierro que deja los iones de hierro dentro de la célula y se devuelve al líquido extracelular para retornar a 'LJHVWLyQ la sangre. A veces, el complejo del ligando con el receptor HQHOOLVRVRPD pasa desde los endosomas hasta los lisosomas, donde las enzimas lisosómicas lo destruyen. 1~FOHR Representación esquemática de la vía endocítica y del Fagocitosis FIGURA 2.7 reciclaje de la membrana. Los ligandos, como las hormo- Algunos tipos celulares, como los macrófagos y los leu- nas y los factores de crecimiento, se unen a receptores cocitos polimorfonucleares (neutrófilos), se especializan en específicos de la superficie celular y se los internaliza por medio de vesículas de englobar y eliminar bacterias, hongos, protozoarios, células pinocitosis recubiertas por clatrina y otras proteínas.Tras la separación de las mo- lesionadas y moléculas que son innecesarias en el medio léculas de cubierta, las vesículas de pinocitosis se fusionan con el compartimento extracelular. Por ejemplo, cuando una bacteria invasora endosómico en el cual el pH bajo causa la separación entre los ligandos y sus se fija a la membrana del macrófago, este emite prolonga- receptores. La membrana con los receptores vuelve a la superficie celular para ciones citoplasmáticas, denominadas seudópodos, que se usarse de nuevo. Por lo general, los ligandos se transfieren hacia los lisosomas. extienden sobre la bacteria y acaban por incorporarla en Todo el desplazamiento de las vesículas se realiza mediante la actividad del cito- una vesícula intracelular, el fagosoma. La fagocitosis es un esqueleto y proteínas motoras. mecanismo que depende de la unión de la partícula a recep- tores de la superficie celular, a excepción de la fagocitosis de materiales no biológicos como carbón o asbesto inha- La exocitosis consiste en la fusión de vesículas citoplas- lados y detritos biológicos producidos por la inflamación, máticas con la membrana plasmática y la expulsión del cicatrización o muerte de las células en la que no partici- contenido de la vesícula hacia afuera de la célula sin que pan receptores. El ligando adherido al receptor promueve haya rotura de la superficie celular. Un ejemplo típico es modificaciones en la capa citoplasmática localizada debajo la expulsión de las moléculas almacenadas en las vesículas de la membrana, denominada capa cortical. Esta capa con- de las células secretoras, como se produce en las glándulas tiene muchos filamentos de actina y suele tener consisten- salivales y el páncreas. La exocitosis es un proceso com- cia de gel. El complejo ligando-receptor desencadena un plejo porque todas las membranas de la célula tienen carga proceso mediado por Ca2+ que activa activa la pr proteína oteína gels gelsolina olina negativa debido a los radicales fosfato en los fosfolípidos. y transforma el gel cortical en un sol, lo que posibilita que la célula emita los seudópodos de la fagocitosis. Los bordes Por ello, cuando las estructuras cubiertas por membrana se de los seudópodos se fusionan y forman el fagosoma. La acercan, estas se repelen, salvo cuando existen interaccio- formación de los seudópodos es independiente de clatrina, nes moleculares que determinan el proceso de fusión. Es lo pero sí requiere que los filamentos de actina se reorganicen que sucede en la exocitosis, que median diversas proteínas mediante su polimerización y despolimerización. específicas (proteínas fusogénicas). 30  Capítulo 2 / Intr Introducción oducción al estudio de las células. células. Citoplasma Citoplasma )RVLWDFRQFXELHUWD SULQFLSDOPHQWHFODWULQD 5HFHSWRUHVSDUD/'/ /'/ 5HWRUQRGHORVUHFHSWRUHV\GH ODPHPEUDQDKDFLDODVXSHUILFLH /DVSURWHtQDV 9HVtFXOD (QGRVRPD /'/GHQWUR /LVRVRPD GHFXELHUWDYXHOYHQ FRQFXELHUWD GHOHQGRVRPD DODVXSHUILFLHFHOXODU La internalización de las lipoproteínas de baja intensidad (LDL) es importante para mantener baja la concentración de LDL de los líquidos ex- FIGURA 2.8 tracelulares. Las LDL, con abundancia de colesterol, se unen con gran afinidad a sus receptores en las membranas celulares. Esta unión activa la formación de vesículas de pinocitosis a partir de las fositas con cubierta. Después, las vesículas pierden la cubierta, que se devuelve a la cara interna de la membrana celular. Una vez que pierden el revestimiento, las vesículas se fusionan con los endosomas. En la etapa siguiente, las LDL se transfieren hacia los lisosomas, en los que sufren la digestión, y las células aprovechan sus moléculas. En la exocitosis, la membrana de la vesícula citoplas- a las moléculas señalizadoras de una manera específica y mática se fusiona con la membrana plasmática, pero en la preprogramada. endocitosis se forma una vesícula que utiliza porciones de Las moléculas señalizadoras difieren en cuanto a su la membrana plasmática. Así, en la exocitosis la superficie solubilidad en agua. Las moléculas pequeñas e hidrófob hidrófobaas celular gana membrana, y en la endocitosis, la pierde. Las (liposolubles), como las hormonas esteroides y las tiroi- partes de membrana que retira la endocitosis retornan a la deas, se difunden a través de la membrana celular y acti- membrana plasmática gracias a la exocitosis y se establece van proteínas receptoras ubicadas dentro de las células. En un flujo de membrana (fig figss. 2.7 y 2.8). cambio, las moléculas señalizadoras hidrófilas, incluso los neurotransmisores, la mayoría de las hormonas y muchos mediadores químicos de acción local (secreción paracrina) Captación de señales activan proteínas receptoras localizadas en la superficie de la célula diana. Esos receptores son proteínas que atra- Las células de los organismos multicelulares se comuni- viesan todo el espesor de la membrana celular (proteínas can para organizar el crecimiento de los tejidos y la prolife- transmembrana) y pasan la información recibida a molé- ración mitótica, y coordinar las funciones de los diferentes culas intermediarias citoplasmáticas que retransmiten la órganos. Muchas células pueden establecer uniones comu- señal hasta su destino intracelular final. Entre las proteínas nicantes (Capap.. 4) que posibilitan el intercambio de iones y intermediarias asociadas con receptores de la superficie moléculas pequeñas entre células contiguas. Por los cana- celular, las más estudiadas son las proteínas G, que recibie- les de las uniones comunicantes, las moléculas señalizado- ron esa denominación porque se combinan con nucleótidos ras pasan directamente de una célula a otra, sin atravesar el de la guanina (GDP o GTP). Cuando el “primer mensajero” medio extracelular. (hormona, secreción paracrina, neurotransmisor) se fija al Laas molé molécula culass señaliz eñalizadoras adoras ex extrac tracelulares elulares participan participan receptor, se produce una modificación de la conformación de tres tipos de comunicación. En la señalización endo- en el receptor que activa el complejo de la proteína G con crina, las moléculas de señal se denominan hormonas y lle- GDP (fig fig.. 2.10). El GDP se transforma en GTP y se libera la gan a las células diana transportadas por la sangre. Células subunidad alfa de la proteína G, que actúa sobre los efecto- diana son las que tienen receptores para una determinada res. Con frecuencia, el efector es una enzima que convierte un precursor inactivo en un segundo mensajero activo que señal química. En la señalización paracrina, las moléculas se difunde en el citoplasma. El segundo mensajero dispara actúan solo en el lugar, sobre células cercanas, y se inacti- una cascada de reacciones moleculares que conducen a una van con rapidez. Cuando la secreción paracrina actúa sobre modificación del comportamiento celular. el mismo tipo celular que la sintetizó, recibe el nombre de señalización autocrina. El tercer tipo de comunicación por señales extracelulares es la señalización sináptica, exclusiva Mitocondrias del tejido nervioso, en la que las moléculas neurotransmiso-- ras actúan en los contactos celulares especiales denomina-- Las mitocondrias (fig fig.. 2.11) son orgánulos esféricos o dos sinapsis (Capap.. 9). alargados, que miden de 0,5 a 10mmm de ancho y hasta hasta 10 mm Cada célula tiene un conjunto diferente de proteínas de longitud. Las mitocondrias están en todas las célu- receptoras (fig fig.. 2.9), lo que posibilita que la célula responda las excepto en los eritrocitos y queratinocitos terminales. 31  Histología Básica Su distribución en la célula varía, y tienden a acumularse en los lugares del citoplasma donde el gasto de energía es más intenso, por ejemplo, el polo apical de las células ciliadas, la pieza intermedia de los espermatozoides y la base de las células transportadoras de iones (figfig.. 4.27). Estos orgánu- los transforman la energía química contenida en los meta- bolitos citoplasmáticos en energía que la célula utiliza con facilidad. Alrededor de 50% de esa energía se almacena en Histología aplicada Diversas enfermedades se deben a defectos en los receptores. Por ejemplo, el seudohipoparatiroidismo y un tipo de enanismo provienen dedefectos ode la faltade receptores para lahormo-- na paratiroidea y la somatotrofina, respectivamente. En estos enfermos, hay producción de hormonas, pero las células diana Las células responden a las señales químicas según los no responden debido a la falta de receptores adecuados. FIGURA 2.9 receptores que contengan. En este esquema se muestran Otro ejemplo es la deficiencia de receptores para LDL en la tres células con receptores diferentes y el medio extracelu- superficie celular. En la mayoría de estos casos, hay una alte-- lar que tiene muchos ligandos que interactúan solo con los receptores adecuados. ración genética autosómica dominante. Al no captarse en las Como el medio extracelular contiene gran variedad de moléculas en baja con- células, la concentración de LDL (que contiene colesterol) au-- centración, es esencial que los ligandos y los respectivos receptores no solo sean menta en el plasma sanguíneo. complementarios, sino que también tengan gran afinidad. (QHVWDGRGHUHSRVRHOQXFOHyWLGR (QHVWDGRGHUHSRVRHOQXFOHyWLGR &XDQGRXQDKRUPRQDXRWURSULPHU &XDQGRXQDKRUPRQDXRWURSULPHU JXDQRVLQDGLIRVIDWR*'3ILMDODV PHQVDMHURVHXQHDXQUHFHSWRU VXEXQLGDGHVGHODVSURWHtQDV* pVWHSURPXHYHHQODVXEXQLGDGαGH GHQRPLQDGDVDOIDαEHWDβ\ ODSURWHtQD*HOFDPELRGH*'3SRU JDPDγγ\ \SRUHOORQRWLHQHQ SRUHOORQRWLHQHQ HOQXFOHyWLGRJXDQRVLQDWULIRVIDWR FRQWDFWRFRQORVUHFHSWRUHV *73ORTXHDFWLYDODSURWHtQD* 5HFHSWRU (IHFWRU 3ULPHU (IHFWRU 5HFHSWRU PHQVDMHUR b b ␣ ␥ ␣ ␥ *73 *'3 3URWHtQD* *'3 ␤ ␣ ␤ ␣ ␥ ␥ 'HVSXpVGHDOJXQRVVHJXQGRVOD /DSURWHtQD*VHGLVRFLDHO*73 /DSURWHtQD*VHGLVRFLDHO*73 VXEXQLGDGњWUDQVIRUPDHO*73HQ XQLGRDODVXEXQLGDGαVHGLIXQGHD *'3\VHLQDFWLYD(QWRQFHVOD ORODUJRGHODPHPEUDQD\VHILMDD VXEXQLGDG␣YXHOYHDDVRFLDUVHFRQ XQHIHFWRUDOTXHDFWLYD(QHVWD ODVRWUDVFRQORTXHUHFRQVWLWX\HHO VLWXDFLyQHOVLVWHPDHVWiDFWLYDGR FRPSOHMRαβγ En este esquema se muestra cómo las proteínas G se unen y se separan de los efectores intracelulares. (Adaptado y reproducido con autorización FIGURA 2.10 de Linder M, Gilman AG: G proteins, SciAm 1992:267;56.). 32  Capítulo 2 / Intr Introducción oducción al estudio de las células. células. Citoplasma Citoplasma Para más información Captación de señales por receptores intracelulares Las hormonas esteroides son moléculas pequeñas hidró- fobas (solubles en lípidos) que se transportan en la sangre mediante la conjugación reversible con proteínas del plas- ma. Una vez liberados de sus proteínas transportadoras, los esteroides se difunden a través de la membrana plasmática de la célula diana y establecen la combinación reversible con proteínas receptoras específicas localizadas en el núcleo y el citoplasma. Cuando la hormona se combina con el re- ceptor, este se activa y adquiere alta afinidad para secuen- cias específicas del DNA que actúan como estimuladores de la transcripción génica y aumentan la expresión de genes específicos. Un miembro diferente de una familia de proteí-- nas receptoras reconoce cada hormona esteroide. Las hor- monas tiroideas son aminoácidos modificados, lipofílicos, que también actúan sobre receptores intracelulares. las uniones fosfodiéster del ATP, o adenosina trifosfato, y 50% 0% re restan stante te se disipa disipa como calor utilizado utilizado para para cons onser er-- var la temperatura del cuerpo. La actividad de la enzima ATPasa, muy común en las células, libera la energía alma- cenada en el ATP cuando la célula la necesita para realizar el trabajo, sea osmótico, mecánico, eléctrico, químico o de otra naturaleza. Cuando hay un elevado número de mitocondrias se incrementa la acidofilia del citoplasma. Las mitocondrias Fotomicrografía del revestimiento interno del estómago. pueden teñirse específicamente mediante técnicas de his- FIGURA 2.11 Las células más grandes contienen numerosas mitocon- toquímica enzimática que detectan algunas de sus enzi- drias en el citoplasma. También se observan los núcleos mas como las que intervienen en la síntesis del ATP o en el localizados en el centro de esas células. (Gran aumento.) transporte de electrones. Las mitocondrias presentan, al microscopio electró- nico, una estructura característica (fig figss. 2.12 y 2.13A 2.13A).). Se componen de dos membranas. La membrana interna presenta proyecciones hacia el interior del orgánulo, las crestas mitocondriales. Esas dos membranas delimitan dos compartimentos. El localizado entre las dos membranas se denomina espacio intermembrana; el otro compartimento está limitado por la membrana interna y contiene la matriz mitocondrial. Las crestas de la mayoría de las mitocondrias tienen aspecto aplanado, como anaqueles (crestas lamina- res), pero las células que sintetizan esteroides, como las de las glándulas suprarrenales (Cap ap.. 4), presentan también crestas tubulares. Las crestas aumentan la superficie de la membrana interna de la mitocondria y contienen las enzi- mas y otros componentes de la fosforilación oxidativa y del sistema transportador de electrones. La degradación inicial de las moléculas de glúcidos, lípi- dos y proteínas se lleva a cabo en el citosol. El producto final de esas vías extramitocondriales produce acetil-coen- zima A (acetil-CoA), que ingresa en las mitocondrias y se Representación tridimensional de una mitocondria, con combina con el ácido oxalacético para formar ácido cítrico, FIGURA 2.12 sus crestas que penetran en el espacio que ocupa la matriz lo que da comienzo al ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs). mitocondrial. Nótense las dos membranas que forman la En ese ciclo energético se producen varias reacciones de mitocondria y tambiéndelimitan el espacio intermembrana. La superficie interna descarboxilación que generan CO2 y cua cuatro pares de H+ que de la mitocondria presenta las partículas elementales en las que se producen se eliminan mediante reacciones específicas catalizadas por transformaciones de energía para formar ATP. 33  Histología Básica A B Labilidad estructural de las mitocondrias comprobada por la microscopia electrónica. A. En el cen centrtroo de la micr microfotogr ofotografía, afía, se obser observa va una mito mito-- FIGURA 2.13 condria con sus membranas, crestas (C) y matriz (M). Asimismo, nótense las numerosas cisternas aplanadas del retículo endoplasmático rugoso (RER), con ribosomas en la superficie citoplasmática (50 000x.) B. Microfotografía electrónica del músculo estriado esquelético en un enfermo de miopatía mitocondrial. Las mitocondrias están muy modificadas (flechas) y muestran distensión acentuada de la matriz (punta de flecha). deshidrogenasas. Los iones H+ reaccionan con el oxígeno hacia su matriz el exceso de Ca2+ cuando la concentración para formar H2O. Por Por la actividad activ idad de los citocr cito cromos omos a, a, de ese catión se eleva mucho en el citosol. Además de las b y c, la coenzima Q y la citocromo oxidasa, el sistema enzimas del ciclo del ácido cítrico, la matriz mitocondrial transportador de electrones, que se localiza en la mem-- contiene las enzimas que participan de la b-oxidación de brana mitocondrial interna, libera energía que se captura los ácidos grasos y desempeña un papel importante en ese para formar ATP a partir de adenosina difosfato (ADP) mecanismo metabólico. Los peroxisomas también toman y fosfato inorgánico. En condiciones aerobias, la glucó-- parte de la b-oxidación de los ácidos grasos, pero en menor lisis extramitocondrial más el ciclo del ácido cítrico y el proporción que las mitocondrias. sistema transportador de electrones originan 36 moles Las mitocondrias también participan en el proceso de de ATP por cada mol de glucosa. Este rendimiento es 18 muerte celular programada o apoptosis. Cuando la célula veces mayor que el obtenido por la glucólisis que se rea-- recibe señales internas o externas para su apoptosis, las liza en condiciones anaerobias. mitocondrias liberan el citocromo c al citoplasma y así se Las partículas redondeadas de más o menos 9 nm de inicia la cascada de reacciones enzimáticas proteolíticas diámetro, denominadas partículas elementales, que se fijan que conducen a la apoptosis. por un pedúnculo a la cara interna de la membrana mito- El DNA de las mitocondrias se presenta como filamen- condrial interna (fig fig.. 2.12), contienen las enzimas para la tos dobles y circulares, semejantes a los cromosomas de las fosforilación de ADP en ATP, con el uso de fosfato inorgá- bacterias. Esos filamentos se sintetizan en la mitocondria y nico y energía. La teoría más aceptada sobre el funciona- su duplicación es independiente del DNA del núcleo celu- miento de las mitocondrias (teoría quimiosmótica) admite lar. Las mitocondrias contienen tres tipos de RNA: RNA que la síntesis de ATP se produce a expensas de un flujo de ribosómico (rRNA), RNA mensajero (mRNA) y RNA de protones a través de las partículas elementales (figfig.. 2.14). La cantidad de mitocondrias y el número de crestas por transferencia (tRNA). Sus ribosomas son menores que los orgánulo son proporcionales al metabolismo energético del citosol y semejantes a los de las bacterias. Las mitocon- de las células; las que consumen mucha energía, como las drias tienen su propio sistema para la síntesis de proteínas, células del músculo estriado cardiaco, tienen gran cantidad pero, debido a la pequeña cantidad de DNA mitocondrial, de mitocondrias con un número elevado de crestas. solo se producen algunas proteínas locales. La mayoría de Entre las crestas mitocondriales hay una matriz amorfa, estas se sintetiza en los polirribosomas libres en el citosol. con abundantes proteínas y una pequeña cantidad de DNA Estas proteínas tienen una secuencia pequeña de ami- y RNA. Muchas veces, la matriz presenta gránulos esféri- noácidos, que es una señal que indica su destino, y se las cos y electrodensos, con abundancia de Ca2+, cuya cuya función función transfiere a las mitocondrias mediante un mecanismo que puede estar relacionada con la regulación de las enzimas requiere energía. de la matriz, o bien, con la necesidad de mantener baja la En la mitosis, cada célula hija recibe alrededor de la mitad concentración de ese catión en el citosol. Aunque no sea el de las mitocondrias de la célula madre. En las células hija, y reservorio principal de ese catión, la mitocondria transfiere siempre que sea necesario, se pueden formar mitocondrias 34  Capítulo 2 / Intr Introducción oducción al estudio de las células. células. Citoplasma Citoplasma Teoría quimiosmótica de la formación de ATP en las mitocondrias. En el centr centroo se observa observa la formación de un flujo de elec electrtrones ones desde la matriz matriz FIGURA 2.14 hacia el espacio intermembrana a expensas de la energía del sistema transportador de electrones que se localiza en la membrana mitocondrial interna. A la izquierda,, la mitad de la energía izquierda energía derivada derivada del reflujo reflujo de pr prot otones ones produc producee ATP ATP;; la energía energía restant restantee origina calor. calor. A la derecha,, la derecha la proteína termogenina, que se halla en las mitocondrias del tejido adiposo multilocular (CapCap.. 6), 6), forma una vía libre libre para el reflujo de los electr electrones; ones; ese reflujo reflujo disipa la energía en forma de calor, sin producir ATP. nuevas por crecimiento, seguido de la división del orgánulo Ribosomas por fisión. Las mitocondrias presentan ciertas características Los ribosomas son pequeñas partículas electrodensas en común con las bacterias y, por ello, muchos investi-- que miden entre 20 y 30 nm, compuestas por dos subu- gadores admiten que estas se originaron en una bacteria nidades, una mayor y otra menor. Los ribosomas están ancestral aerobia que se adaptó a una vida endosimbiótica compuestos por cuatro tipos del RNA ribosómico (rRNA) en una célula de eucarionte. La endosimbiosis es una sim-- y cerca de 80 proteínas diferentes. Hay dos tipos de riboso- biosis intracelular. mas: uno se halla en las células de procariontes (bacterias), los cloroplastos y las mitocondrias; el otro está en todas las células de eucariontes. Los dos tipos de ribosomas se componen de dos subunidades de tamaño diferente. En las Histología aplicada células de eucariontes, la mayor parte del RNA de las dos subunidades (rRNA) se sintetiza en el nucléolo. Todas las Hay varias enfermedades, por lo general con disfunción mus-- proteínas se sintetizan en el citoplasma, migran hacia el cular, que derivan de defectos mitocondriales. Por presentar núcleo a través de los poros nucleares (Cap. 3) y se aso- un metabolismo energético muy elevado, las células (fibras) cian con los rRNA. Una vez listas, las subunidades mayor y musculares esqueléticas son mucho más sensibles a los de-- menor, por separado, salen del núcleo por los poros nuclea- res y pasan al citoplasma donde cumplen sus funciones. Las fectos mitocondriales. Una de las primeras señales de esas subunidades de los ribosomas solo se unen cuando se aso- enfermedades es la ptosis (caída) del párpado superior, a lo cian con un RNA mensajero para la síntesis de las proteí- que, comúnmente, siguen dificultades para deglutir y debili-- nas. Debido a la gran cantidad de grupos fosfato del rRNA, dad de los miembros inferiores. Son enfermedades heredita-- los ribosomas son basófilos. Por ello, los lugares del cito- rias causadas por mutaciones del DNA mitocondrial o del DNA plasma que contienen ribosomas abundantes se tiñen con nuclear. En el primer caso, la herencia es exclusivamente ma-- intensidad con colorantes básicos, como el azul de meti- terna porque todas las mitocondrias del embrión derivan del leno o el azul de toluidina. Esos sitios basófilos también se óvulo, sin participación del espermatozoide. En el segundo tiñen con hematoxilina. Los polirribosomas son grupos de ribosomas unidos caso, la herencia puede ser materna o paterna. Por lo general, por una molécula de RNA mensajero (fig ig.. 2.15A). 2.15A). El El men men- en esas patologías las mitocondrias presentan alteraciones saje que contiene el mRNA es el código para la secuencia morfológicas acentuadas (figfig.. 2.13B). 2.13B). de aminoácidos en la molécula proteica que se sintetiza, y los ribosomas desempeñan un papel importante en la 35  Histología Básica decodificación, o traducción, del mensaje para la síntesis proteica. Numerosas proteínas, como las que se destinan al citosol, las mitocondrias y los peroxisomas, se producen en polirribosomas que permanecen aislados en el citosol. Los polirribosomas que traducen mRNA que codifican proteínas para su secreción en las cisternas del retículo endo-- plasmático rugoso se fijan a la membrana del retículo por el lado de las subunidades mayores de sus ribosomas cuando se hallan en proceso de elaborar las proteínas res- pectivas (fig fig.. 2.15B). Esas proteínas se secretan, como las enzimas de las glándulas salivales o el páncreas, o se alma-- cenan en la célula, como las enzimas de los lisosomas y los gránulos de los leucocitos. Otras proteínas, como las proteínas integrales de las membranas celulares, también se sintetizan en los polirribosomas que se fijan al retículo endoplasmático rugoso (fi fig g. 2.6). 2.6). Retículo endoplasmático El retículo endoplasmático es una red de canales y sáculos FIGURA 2.16 intercomunicantes, compuestos por una membrana con- El retículo endoplasmático es una red intercomunicante tinua. El retículo endoplasmástico liso (par partte ant anterior erior del de vesículas aplanadas, vesículas redondas y túbulos, for- dibujo)) no pr presenta esenta ribosomas ribosomas,, per peroo el rugoso o gr granular anular tiene muchos ribosomas mada por una membrana continua, y que delimita un espa- fijados a su superficie. Además, nótese que las cisternas del retículo rugoso tienen cio muy irregular, la cisterna del retículo endoplasmático. forma de sáculos, mientras que en el liso son tubulares. Los cortes dan la impresión de que las cisternas están sepa- radas, pero el estudio de las células enteras al microscopio electrónico de alta resolución reveló que son continuas (fig fig.. 2.16). ). En alg algunas unas regiones regiones,, la superfic superficie ie citosólic citosólicaa (ex exter terna) na) Retículo endoplasmático rugoso de la membrana del retículo endoplásmico se halla recu- El retículo endoplasmático rugoso (RER) es abundante bierta de polirribosomas que sintetizan proteínas que se en las células especializadas en la secreción de proteínas, inyectan en las cisternas. Eso permite distinguir entre dos como las acinosas del páncreas (enzimas digestivas), los fibro-- tipos de retículo endoplasmático: el rugoso o granular y el blastos (colágeno) y los plasmocitos (inmunoglobulinas). El liso o agranular. retículo endoplasmático rugoso se compone de cisternas en 3ROLUULERVRPDOLEUHFX\DSURWHtQD $3ROLUULERVRPDOLEUHFX\DSURWHtQD 3ROLUULERVRPDXQLGRDOUHWtFXOR %3ROLUULERVRPDXQLGRDOUHWtFXOR SHUPDQHFHHQHOFLWRSODVPD