Apuntes-Biología (1)-1-52 (1) PDF

Tema 0: la célula y su nicho tisular 1. Tipos de células Hay dos tipos de células: - Célula procariota: es la más simple, más primitiva y más pequeña. Son las bacterias. - Célula eucariota: es la más compleja y evolucionada. Es más grande y con un verdadero núcleo. Son el r...

Tema 0: la célula y su nicho tisular 1. Tipos de células Hay dos tipos de células: - Célula procariota: es la más simple, más primitiva y más pequeña. Son las bacterias. - Célula eucariota: es la más compleja y evolucionada. Es más grande y con un verdadero núcleo. Son el renio animal, vegetal y otros. - Vegetal: con cloroplastos para hacer la fotosíntesis y con pared celular de celulosa. - Animal: sin cloroplastos y sin pared celular de celulosa. Hay 50.000 millones de células en el organismo de los humanos y más de 300 tipos celulares diferentes. El material genético de todas nuestras células es el mismo, pero gracias a la diferenciación obtenemos varios tipos de células. La forma y el tamaño de las células es muy variable pero la mayoría mantienen los orgánulos de forma constante. Por último, las células se organizan en tejidos que al agruparse forman órganos y que al agruparse forman los aparatos y sistemas. 1  Tema 1: la membrana plasmática 1. Concepto de membrana en la célula eucariota Estructura que limita toda célula viva, haciendo de barrera entre dos medios distintos y mediando en todos los intercambios entre ambos. Es la estructura celular más antigua pero no establecida hasta el siglo XIX (cuando aparecieron las primeras herramientas para poder verla). La membrana plasmática tiene dos funciones:  Barrera entre dos medios distintos  Mediadora de todos los intercambios entre estos dos medios (energía, sustancias, información…) La evolución de la membrana: - Agrupamiento de proteínas en regiones concretas que forman dominios proteicos que a su vez se agruparon. - Invaginaciones de la membrana para aumentar la superficie de contacto con el medio externo (captación de nutrientes). - Formación de cavidades rodeadas de membrana (sistema de endomembranas). La evolución de la primitiva membrana ha dado lugar a un sistema interno de membranas especializadas en diversas funciones: orgánulos. Los orgánulos son un sistema de endomembranas que forman microdominios específicos para diferentes funciones. Según la teoría evolutiva, estos se formaron a través de invaginaciones y se quedaron en el interior de la célula formando un sistema endomembranoso (membrana de los orgánulos). 2. Estructura de la membrana. Modelo de Singer y Nicolson Según el modelo de mosaico fluido de Singer y Nicolson, la membrana plasmática es una doble capa lipídica, fluida y discontinua en la que encontramos proteínas incrustadas y, en menor nivel, azúcares. En ella, los fosfolípidos de la membrana orientan su parte hidrófoba hacia el interior y las cabezas polares hidrófilas hacia el exterior. Los azúcares siempre en el medio extracelular y están unidos a lípidos o proteínas (glicoproteínas o glucolípidos). Todas las membranas biológicas, incluidas las membranas de los orgánulos, tienen una estructura general común. Sin embargo, su composición química es variable e incluso puede invertirse dependiendo del tipo de membrana, la función que lleve a cabo o el momento celular. 1  Los componentes fundamentales de la membrana plasmática son las moléculas de lípidos que forman la bicapa y que tienen las fibras apolares enfrentadas y las cabezas polares hacia el exterior; y las moléculas de proteínas que atraviesan total o parcialmente la bicapa. Las proteínas que atraviesan por completo la se denominan proteínas integrales, mientras que las proteínas periféricas son las que se encuentran adheridas a la superficie de las proteínas integrales. En determinadas secciones hay oligosacáridos que se unen a las proteínas (glicoproteínas) y a los lípidos (glicolípidos) formando el glicocálix, orientado siempre hacia el medio extracelular. 3. La bicapa lipídica Componentes La bicapa lipídica proporciona la estructura básica de todas las membranas celulares. Está formada por fosfolípidos, colesterol y glicolípidos (azúcares adheridos a los fosfolípidos).  Fosfolípidos: los fosfolípidos son la estructura básica de la membrana formada por una cabeza polar y dos colas lipídicas. Formados por un grupo fosfato unido a un glicerol, que está esterificado con dos cadenas de ácidos grasos. Lo que distingue unos fosfolípidos de otros es el radical al que se une el grupo fosfato. La fosfatidilserina se caracteriza por tener una carga negativa. Este fosfolípido se coloca en la cara interna de las membranas. Su función es dotar de carga negativa la zona citosólica de la célula. Si hace flip-flop, se mueve a la cara externa. Esto es una señal para el inicio de la apoptosis y para los fagocitos. Estos 4 fosfolípidos son los componentes principales de las membranas celulares. 3 La diferente composición de los fosfolípidos influye en el grosor y en la curvatura de las bicapas. La PE por su fórmula bioquímica tiene una forma cónica frente a la PC y la SM que tienen estructura recta. Esto es esencial porque la PE se coloca para formar las zonas curvas de las bicapas. La morfología de los fosfolípidos va relacionada con la función.  Colesterol: el colesterol es un derivado esteroideo formado por un grupo polar en la cabeza y una estructura rígida formada por anillos. Ausente en procariotas o c. vegetales y abundante en mamíferos. o Función: la zona rígida se intercala entre las colas de los fosfolípidos, disminuyendo la fluidez de la bicapa e impermeabilidad de la membrana y aumentando su rigidez.  Glucolípidos: los glucolípidos son lípidos complejos con una estructura similar a la de los fosfolípidos en los que se ha sustituido la cabeza o grupo hidrofílico por uno o varios azúcares. o Glucolípidos neutros o cerebrósidos: unido a un solo resto de azúcar (galactocerebrósido) o Gangliósidos: se une a varios tipos de azúcares, destacando el ácido siálico. Este aporta carga negativa. Se encuentran en mayor concentración en las neuronas y también son importantes en el reconocimiento y diferenciación celular. 4 Propiedades La membrana plasmática tiene varias propiedades:  Autoensamblado: los fosfolípidos con dos colas, por su morfología, de manera espontánea forman una bicapa al contactar con el medio acuoso. Si los lípidos son cónicos, al entrar en contacto con un medio acuoso forman micelas lipídicas (estructura redonda). Para formar vesículas es esencial el autoensamblado.  Autosellado: la composición lipídica hace que la bicapa se selle espontáneamente tras romperse gracias a las estructuras en forma de semimicelas de los fosfolípidos. Esencial en la división celular y formación de vesículas.  Fluidez: posibilidad de que los lípidos se desplacen en la bicapa. La membrana posee un gran dinamismo celular y se mueve constantemente. A más fluida, la membrana es más funcional. o Movimientos: flexión de las colas, difusión lateral, rotación o flip-flop (se intercambia el fosfolípido de la zona citosólica por el de la zona extracelular). o Función: es muy importante ya que de ella dependen procesos de transporte, comunicación celular y actividades enzimáticas. o Factores de los que depende: Longitud de las colas de ácidos grasos: cuanto más cortas mayor fluidez. Saturación: cuanto más insaturadas mayor fluidez. Temperatura: al descender la temperatura disminuye la fluidez ya que pasa a estructura cristalina. Concentración de colesterol: a mayor concentración de colesterol mayor rigidez y, por lo tanto, menor fluidez porque este se coloca entre los fosfolípidos. En bacterias, levaduras y organismos poiquilotermos, sus membranas compensan la pérdida de fluidez por frío sintetizando ácidos grasos con más dobles enlaces.  Asimetría: la composición de fosfolípidos en las dos hemicapas es diferente. Hay grandes diferencias en las proporciones de los diferentes lípidos en las diferentes membranas. o Capa extracelular: mayor concentración de fosfatidilcolina, lo que provoca una mayor rigidez. o Capa citosólica: mayor concentración de fosfatidilserina para mantener la carga negativa en el interior de la célula, lo que provoca que sea más fluida. 5 Conceptos clave 1. La bicapa lipídica es el componente estructural de la membrana plasmática. 2. Es responsable de que las proteínas puedan desplazarse bidimensionalmente. 3. Proporciona carga negativa a la hemicapa interna citosólica. 4. Algunos derivados de los fosfolípidos (inositol-trifosfato) participan en procesos de señalización celular. Sirve para que la célula se comunique con otras células, con sus orgánulos o con el medio extracelular. 5. Los glicolípidos tienen importantes funciones 6 Balsas lipídicas Las balsas lipídicas son regiones especializadas de la membrana con una composición especial de lípidos (enriquecidas en esfingosina y colesterol) que retienen proteínas específicas, son zonas más gruesas y tienen asociadas proteínas de membrana que les confieren distintas propiedades y funciones. o Características:  Son microdominios con características especiales.  Intervienen en un gran número de funciones celulares: respuestas a la invasión de patógenos, homeóstasis del colesterol, angiogénesis, transducción de señales…  El colesterol y la esfingosina dan menor fluidez y aporta rigidez tanto a la capa interna como a la capa externa, lo que implica menor actividad y esto está relacionado con patologías o respuestas fisiológicas. Además, lleva a una menor capacidad de adaptación 4. Proteínas de la membrana plasmática Hay 2 tipos de proteínas en la membrana plasmática:  Integrales: integradas en la bicapa, no se desensamblan. Su funcionalidad lo necesita o Transmembrana: las zonas hidrofílicas de las proteínas deben de orientarse hacia el citosol o hacia el medio extracelular (ambos acuosos).  𝛂 hélice de paso único o múltiple (posee dominio extracelular, transmembrana y cistólico)  β lámina (permite que sustancias pasen por el poro central ej: porinas) o Unidas a lípidos por uno o más enlaces covalentes  Periféricas: unidas a otras proteínas por interacciones covalentes. Migran debido a su función o Citosólicas: unión a los lípidos de la bicapa. Se sintetizan en los polirribosomas del citosol. o Cara extracelular: anclaje por enlace glucosil-fosfatidil-inositol (GPI). Se sintetizan en el RER o Unidas a otras proteínas por interacciones no covalentes 7 Dentro de las proteínas integrales, las β lámina forman un barril que hace un poro en la membrana. Un ejemplo es la porina, que se encuentra en bacterias y mitocondrias y tiene un interior hidrófilo y un exterior hidrófobo. Las 𝛂 hélice se denominan unipaso porque solo atraviesan la membrana una vez (si hay varias es multipaso). En las proteínas transmembrana las zonas hidrofílicas deben orientarse hacia el citosol o hacia el medio extracelular (ambos acuosos). Los aminoácidos hidrofóbicos e hidrofílicos se colocan en la bicapa por su carácter polar. Dentro de las proteínas periféricas encontramos las:  Citosólicas: se pueden unir a los fosfolípidos o a las proteínas. Se sintetizan en los polirribosomas libres del citosol.  Cara extracelular: anclaje por enlace glucosil-fosfatidil-inositol (GPI). Se sintetizan en el retículo endoplasmático rugoso (RER). 8 Propiedades  Movilidad: es el desplazamiento en la bicapa lipídica. o Experimento: Para demostrar esto se fusionaron una célula de ratón con una célula humana formando una célula heterocarionte. Las proteínas se dispusieron como venían de la célula original, al cabo de un rato (40 minutos) las proteínas se desplazaron a lo largo de la membrana y adoptaron nuevas posiciones. o Movimientos: mismos que fosfolípidos, pero si el movimiento flip-flop. Las proteínas atraviesan la membrana por diferentes zonas y se desplazan por la membrana para adquirir el plegamiento definitivo. Si no hubiera fluidez, la proteína no sería funcional. o Restricciones: limitan el movimiento  Dominios proteicos: regiones donde se localizan proteínas específicas.  Unidas al citoesqueleto: pueden estar unidas al citoesqueleto. El movimiento está restringido por estar unido al citoesqueleto.  Unidas a la matriz extracelular.  Uniones celulares: al estar en uniones celulares su movimiento también está restringido Todos estos dominios y restricciones están relacionados con la funcionalidad de la célula ya que en unos momentos necesita una estructura y en otros otras.  Asimetría: hay diferente contenido de proteínas de membrana, lo que significa una distinta funcionalidad. o Polaridad morfofuncional: Las proteínas se distribuyen según su especialidad en la membrana. Hay una disposición de proteínas en superficies apical, basal y basolateral (proteínas “en dominios”).  Ejemplo: En los enterocitos hay unas proteínas diferentes que tendrán unas características específicas según la zona en la que se encuentren, por ejemplo, en la zona apical de las microvellosidades hay proteínas encargadas de coger la glucosa. RELACIÓN MORFOLOGÍA-FUNCIÓN o Proteínas de la membrana de los eritrocitos:  Espectrina: da la forma bicóncava y permite adaptarse. Las mutaciones del gen que codifican la espectrina son los responsables de ciertos tipos de anemia. 9  Glucoforia: se une a diferentes restos de azúcares (ac. Siálico es el principal) proporcionando carga negativa.  Banda III: es un canal aniónico (poro que permite el paso de aniones) que facilita el intercambio de Cl- y CO3H- (O2 y CO2).  Anquirina: relaciona las diferentes proteínas. 1 0 Funciones Las funciones de la membrana plasmática son:  Transporte: - Barrera de separación del medio extracelular (también de carga) - Absorción de nutrientes: transporte de moléculas (oxígeno, glucosa, aminoácidos) - Transporte de macromoléculas - Secreción de moléculas - Reciclaje  Reconocimiento: diferenciación y adulto  Antigénica: antígenos de superficie específicos. Relacionado con el rechazo de órganos  Estructural: de anclaje para el citoesqueleto y para la matriz extracelular  Receptora de moléculas de señal química (hormonas, neurotransmisores o factores de crecimiento)  Transductor de señales: una información que recibe la célula la convierten en otra señal (foto diapositiva siguiente)  Enzimática 5. Glucocálix Está en la zona externa de la membrana plasmática de la célula. Se trata de un conjunto de glucolípidos y glucoproteínas a los que se añaden los proteoglucanos (glucoproteínas que han sido secretadas a la matriz extracelular y que luego son adsorbidas)  Funciones directas: o Protectora: rodean la membrana plasmática y forman una barrera o Estructural: ayuda a la orientación y anclaje de proteínas o Aislante: por ejemplo, se evita que eviten muchos iones calcio (Ca2+) porque es citotóxico o Migración: permite que la célula migre no solo en el periodo embrionario sino también en el adulto o Diferenciación: pérdida de azúcares o Reconocimiento de células vecinas (inhibición por contacto): al estar en contacto con otras células expresan unas proteínas que no expresan cuando no están con células alrededor. o Reconocimiento de agentes externos “etiquetas celulares”:  Virus de la gripo (ác. Siálico)  Virus HIV (gp 120  Vibrio cholerae (gangliósido) 1 1 La glicoterapia utiliza el alcaroide de Morus alba reconoce la glicoproteína 120 y la neutraliza combatiendo el virus HIV. Cuando el gangliósido Vibrio cholerae reconoce la toxina hace que la adenilato ciclasa active la producción de AMPc, esto provoca que se abran unos canales de Na+ y de H2O y finalicen las diarreas provocadas por la toxina del cólera.  Funciones indirectas: o Transmisión de señales o Marcadores tumorales: sustancias que pueden detectarse, dependiendo del tipo de marcador, en sangre, orina, heces y otros tejidos del organismo y cuya presencia en una concentración superior a un determinado nivel puede indicar la existencia de un cáncer.  Mecanismo: Se utilizan anticuerpos específicos que se unen a la glicoproteína, después se observan al microscopio y se observan esos marcadores CA. Si hay muchos marcadores, hay cáncer.  Ejemplos: son el CEA, la 𝛂 fetoproteína y el CA 19-9 se utilizan para diagnosticar el cáncer 6. Biogénesis de la membrana Los componentes de la membrana pueden ser:  Proteínas integrales: son sintetizadas en los polirribosomas libres del citosol  Proteínas transmembrana: son sintetizadas en polirribosomas adheridos al RER  Proteínas periféricas: pueden ser sintetizados en polirribosomas libres o del RER  Fosfolípidos y colesterol: son sintetizados en la cara citosólica de la membrana del RE y son translocados por las flipasas. 1 2  Tema 2: especializaciones de la membrana y uniones celulares 1. La célula y su entorno. Dominio apical y basolateral La célula se relaciona con otras células y con el entorno en el que se encuentra. Hay una relación morfo-fucional asociada a esa interacción con el entorno. La polaridad morfo-funcional consiste en que la célula adapta su morfología para la función que realiza. Un ejemplo es el enterocito, que en la zona apical tiene las microvellosidades, lo que le permite aumentar la superficie de absorción. A la existencia de estos dominios es a lo que se llama polaridad morfofuncional. Dominios:  Dominio apical: superficie libre en contacto con el medio extracelular. Las proteínas realizan por transporte activo  Dominio basolateral: : superficie de la membrana en contacto con las células vecinas y con la lámina basal. Las proteínas realizan un trnsporte pasivo. LAS UNIONES ENTRE LA ZONA APICAL Y LA ZONA BASAL SON DIFERENTES PORQUE LAS FUNCIONES SON DIFERENTES. TEJIDOS Las células del tejido epitelial están unidas estrechamente mientras que las del tejido conjuntivo están rodeadas de matriz extracelular.  Epitelios: hileras de células que se originan para recubrir las cavidades internas de los órganos huecos (intestino, vejiga…). Su borde apical contacta con el medio extracelular y se apoyan sobre un tejido conjuntivo más o menos amplio.  Tejido conjuntivo: está formado por varios tipos de células mesenquimales, fundamentalmente fibroblasatos, que se encuentran inmersas en la matriz extracelular. 1  MATRIZ EXTRACELULAR Es el cemento que une las células entre sí. Es una red de macromoléculas secretadas por las células (proteoglicanos + proteínas fibrilares). Características:  Varía según el tejido, tanto en cantidad como con composición (mayoritaria en la piel y tejido óseo y minoritaria en el cerebro y médula (porque para realizar la sinapsis las células deben están muy unidas)).  La matriz se diferencia del glucocálix en las proteínas fibrilares. Formada por:  Fibras de colágeno y reticulina o Colágeno: pueden formar fibrillas de colágeno, asociarse a ellas, formar redes o ser transmembranosos.  Fibras elásticas: abundantes en paredes de grandes vasos y tubo digestivo y alveolos. o Componente fibrilar (fibrilina) o Componente amorfo (elastina) o Otros ( emilina,MAGP) Las proteínas verdes son transportadoras de glucosa, así pasa al enterocito y luego a la sangre. La concentración es más alta en la zona apical por lo el transporte ha de ser activo (el transporte activo va de mayor concentración a menor, y en la zona apical hay mayor concentración que en la basal). Sin embargo, en la zona basal el transporte es pasivo. Entre las células hay unas uniones. En la zona más próxima a la luz hay una unión estrecha que asegura la impermeabilidad en la zona apara evitar que el contenido que hay en la luz se transvase entre las células (unión adherente). Estas uniones estrechas son características porque se encuentran en la zona más próxima a la luz. En la zona lateral pero más abajo hay otras uniones celulares no tan estrechas ya que no se requiere impermeabilidad. Otras proteínas sirven de unión entre las células y la zona basal. 2  LÁMINA BASAL La lámina basal es una especialización de la matriz extracelular sobre la que se apoyan las células epiteliales. Está formada por largas fibras de colágeno IV que se organizan formando una red junto a otras proteínas (laminina, perlecano…). Características: - Se une a la membrana de las células epiteliales mediante integrinas. - Forma una barrera permeable. - Formadas por: colágeno IV, perlecano, lamiinas, entactinas y fibulinas - Dos partes:  Lámina lúcida  Lámina densa - Importante en la metástasis. Las funciones de la lámina basal son:  Barrera selectiva: deja pasar determinados componentes macrófagos pero no permite la migración celular.  En el glomérulo renal (lámina basal muy gruesa) regula el paso de moléculas de la sangre a la orina. Mutaciones en los genes que codifican la colágena que producen un trastorno renal hereditario Síndrome de Alport.  Es importante la lámina basal en la regeneración tisular. Cuando hay muerte celular la lámina basal permanece y proporciona el entramado a través del cual las células madre reparadoras pueden migrar. En relación con la metástasis, las células tumorales tienen capacidad de degradar la lámina basal y atravesarla. Así llegan a un vaso sanguíneo y migran, después se extravasan a otro tejido provocando un tumor en ese. 3 2. Concepto de especialización de la membrana - Especialización de la membrana: son aquellas modificaciones o adaptaciones que realiza la membrana plasmática para adaptarse a un medio o a otras células vecinas o a la función que van a realizar. Son regiones de la membrana plasmática que tienen unas características especiales para poder realizar una función concreta. 3. Especializaciones de las superficies libres Microvellosidades Las microvellosidades son especializaciones de la membrana en el polo apical del enterocito Diferencias con vellosidades: No hay que confundir vellosidades con microvellosidades. Las vellosidades son más grandes, y en el extremo de estas se encuentran las microvellosidades. Las vellosidades intestinales están formadas por los enterocitos (células epiteliales del intestino). Formadas por: En el interior de las microvellosidades se encuentran unos filamentos de actina unidos a la membrana de la microvellosidad mediante unas proteínas laterales. Estos microfilamentos de actina penetran en el interior de la célula para formar la red terminal que se sitúa debajo de la membrana plasmática formado el córtex celular, que da forma a la célula. La red terminal de actina, en la que se anclan los filamentos de actina de las microvellosidades, se relaciona con la actina de las uniones celulares (uniones adherentes). Todos ellos son componentes del citoesqueleto celular, lo que permite cumplir todas las funciones. Además, poseen miosina, una proteúna que les permite moverse. Función: Al aumentar la superficie de membrana se aumentan las interacciones con el bolo alimenticio y se facilita la captación de nutrientes y el paso de los mismos a la sangre. Membrana: La membrana de las microvellosidades contiene: -Proteínas transportadoras (glucosa, aminoácidos…) -Enzimas digestivos (peptidasas, glucosidasas) Lugar: No sólo hay microvellosidades 5 en el epitelio intestinal, también hay microvellosidades en los epitelios de la vesícula biliar, del útero, del saco vitelino de los túbulos contorneados del riñón… Esterocilios Los estereocilios son un tipo peculiar de microvellosidades rígidas. Se localizan en neuronas olfativas, oído interno, retina y epidídimo. Estructura: formados por filamentos de actina y se encuentran a diferentes alturas. Los estereocilios son mal llamados cilios porque su interior es como el de las microvellosidades (la de los cilios es más compleja). Funcionamiento: La matriz extracelular contacta con los estereocilios transmitiéndoles una señal con la que la célula interactúa. Se abren canales de K+ operados mecánicamente, se despolariza la membrana (cambian los iones) y se abren canales de Ca+. Al entrar este ion, los neurotransmisores de las vesículas del interior de la célula se liberen y llegan a la neurona postsináptica. A través de la neurona la señal se desplaza por el sistema nervioso hasta llegar al cerebro. (Los neurotransmisores no están en los esterocilios, están en la célula que tiene estereocilios). Ejemplo: el oído Los estereocilios del oído son sensibles a: - La aceleración lineal y a la gravedad (matriz con CO3Ca) - La aceleración rotacional (fluido en los canales semicirculares) - Movimientos muy pequeños causados por el sonido (membrana tectorial La placa tectorial estimula mecánicamente a los estereocilios (se mueve y a su vez mueve los estereocilios). En estos hay unos canales iónicos específicos de potasio. Estos canales ante el estímulo de la matriz se abren para que entre e 6 Invaginaciones Las invaginaciones son entrantes de la membrana hacia el citoplasma que aumentan siempre la superficie basolateral. Se utiliza un transporte activo, por lo que se localizan muchas mitocondrias alrededor para aportar energía. 4. Uniones de células vecinas Todas las uniones celulares están mediadas por proteínas de membrana que actúan como moléculas especializadas en la adhesión celular. (Los contactos focales se unen con la matriz extracelular) ¿quitar? Uniones estrechas u oclusivas Las uniones estrechas unen células contiguas epiteliales, formando una barrera impermeable. Función.: Su función es impermeabilizar para que no haya un transporte paracelular (entre las células). 8 Mecanismo: Las proteínas de las membranas de dos células contiguas se enfrentan y contactan entre sí, desapareciendo totalmente el espacio intercelular. Forman bandas alrededor de toda la célula. Obligan al transporte transcelular, salvo excepciones de permeabilización para algunos iones que median por transporte paracelular (pasar por el espacio intercelular entre las células). Las uniones estrechas impiden el paso de macromoléculas. Por último, forma una capa continua de separación entre medio exterior e interior (microambiente). Composición: Las grapas de unión se dan gracias a unas proteínas transmembrana que se unen para formar la unión estrecha. Todas las proteínas transmembrana se unen entre si dando lugar a una estructura llamada hebras de cierre que permiten unir bien y estrechar la unión celular. Esas proteínas son las ocludinas y las claudinas. Si solo hubiera una ocludina y una claudina sólo se impermeabilizaría en ese punto, sin embargo, la célula quiere impermeabilizar toda la superficie por lo que se unen varias proteínas formando las hebras Lugar: sitúa en la zona de unión celular más cercana a la luz (zona apical) del conducto en el que se encuentren. Son las responsables de la creación del dominio apical y basolateral (polaridad morfofuncional). Observación: La técnica de criofractura congela la muestra para formar un molde. Es utilizado en la microscopía de barrido. 9 Uniones de anclaje entre células Estas uniones unen dos células mediante unas proteínas transmembrana denominadas proteínas de adhesión. Estas se unen en el interior de la célula a otras proteínas llamadas proteínas intercelulares de anclaje a las cuales se unen filamentos del citoesqueleto (filamentos de actina o filamentos intermedios). Tipos:  Homofílica: cuando las proteínas de unión son las mismas  Heterofílicas cuando las proteínas de unión son diferentes. 10.1 Bandas de adhesión La unión adherente conecta los haces de filamentos de actina de una célula con los de la célula adyacente. Forman una banda alrededor de toda la célula. Estructura: una célula se una a la otra a través de unas proteínas de adhesión denominadas cadherinas. Estas están en el espacio intercelular. En el espacio intracelular, hay unas proteínas que participan en la unión: vinculina, 𝛂 actina y 𝛂 β ɣ cateninas. A estas se unen los filamentos del citoesqueleto (filamentos de actina). ESTRUCTURA DE LAS CADENINAS Las cadherinas son glicoproteínas transmembrana de paso único. Posee un domino extracelular que está plegado en 5 dominios homólogos. Cada dominio tiene lugares de unión a calcio (Ca2+). Estos van a cambiar la conformación de las cadherinas dependiendo de si las células se tienen que unir o no. Si la cadherina presenta calcio, adopta una conformación que permite la unión con otra célula, si no presenta el calcio, se pliega y no permite la unión con otra célula. Las cadherinas son específicas de cada tipo celular y forman una superfamilia de proteínas con estructuras muy diferentes. Microfilamentos de actina Proteínas de anclaje Dominio citosólico Funciones:  Uniones de anclaje (efecto velcro)  Adhesión transitoria en procesos de desplazamiento celular durante el desarrollo embrionario.  Participación en procesos de señalización celular transmitiendo señales extracelulares a través de fosforilaciones en el dominio citosólico (transductoras). Importancia:  Mutaciones en los genes que codifican las cadherinas producen proteínas anormales que causan muchas alteraciones en los embriones y casi siempre conducen a abortos tempranos. (incompatibles con la vida)  Las cadherinas son muy importantes en el desarrollo embrionario.  Los diferentes grupos de células se segregan según las cadherinas que expresan. (marcan su destino final)  Las cadherinas son también responsables del plegamiento de las láminas celulares al fruncir el polo apical de las células al contraer los haces de filamentos de actina. 11 12.2 Desmosomas Los desmosomas conectan filamentos intermedios de una célula con los de otra célula. Son parecidos a las bandas de adhesión, pero el citoesqueleto que se ancla a las bandas de anclaje son los filamentos intermedios o tonofilamentos. Los desmosomas no forman bandas, son como “penachos” (más puntual) en los que se unen las dos membranas contiguas. El funcionamiento: Las cadherinas de una célula se solapan con las de la otra membrana en la zona intercelular. Estas cadherinas se unen en el interior de la célula a las proteínas de anclaje, que forman una especie de placa llamada placa marginal. A esta placa marginal se unen filamentos del citoesqueleto, los filamentos intermedios, que pueden ser de diferentes tipos según el tipo de célula: - Queratina en las células epiteliales. - Desmina en las células musculares cardiacas. Lámina central Placa marginal - Vimentina en las meninges. Las proteínas que forman la placa marginal son: placoglobina, placofilina y desmoplaquina. Interdigitaciones Es una unión celular. Recuerdan a las piezas de un puzzle. La membrana de una célula acompaña a la otra, esto aumenta la superficie de unión de las células. 5. Uniones de anclaje de las células a la matriz extracelular Estas uniones son similares una unión adherente. La adhesión célula-matriz dependiente de actina ancla los filamentos de actina de la célula con la matriz extracelular. Características:  Son características de la zona basal ya que unen la célula con la placa basal o con la matriz extracelular.  A nivel molecular no tiene cadherinas sino integrinas  Sirven de adhesión con la matriz extracelular. LAS INTEGRINAS Las integrinas son proteínas transmembrana que utilizan las células para unirse a la matriz extracelular. 13 Características:  Las integrinas están formadas por dos subunidades glicoprotéicas 𝛂 y β (HETERODÍMERO)  Se unen a Ca2+ y Mg 2+ en la región extracelular.  24 tipos en humanos, 8 genes para la cadena α y 18 para la β  Cada tipo tiene propiedades y funciones diferentes. Presentan afinidad por ligandos intracelulares que modulan su actividad  Tienen dos conformaciones estructurales distintas. Se activan por unión a un ligando intracelular. (talina) Mecanismo: Las integrinas reciben una señal desde la matriz extracelular (ligando) que hace que se activen y se anclen provocando un cambio en su conformación estructural. Estos ligandos pueden estar tanto en el medio intercelular como en el medio intracelular. La zona de anclaje en el medio extracelular son proteínas de la matriz extracelular y el punto de anclaje en el medio intracelular son los filamentos de actina. Los receptores para los ligandos son unas proteínas transmembrana. Cuando el receptor se activa permite que las integrinas realicen los anclajes. Implicadas en:  Forma, orientación y movimiento celular  Ayudan a atravesar la lámina basal ya que se desactivan (no se anclan a la matriz, sino a la lámina basal)  Las integrinas también participan de forma activa durante la mitosis.  Mutaciones de los genes que codifican integrinas producen patologías muy diversas  Activación de vías de señalización intracelular o Desarrollo o metabolismo/coagulación de plaquetas o Cáncer (metástasis) Vías de estimulación: Extracelular: a través de iones como el Ca2`+ Intracelular: a través de talina unida a microfil. de actina 14 (no saber tipos de integrinas) 6. Uniones de anclaje de las células a la matriz extracelular Contactos focales La adhesión célula-matriz dependiente de actina ancla los filamentos de actina de la célula con la matriz extracelular. La proteína transmembrana es la integrina y el elemento del citoesqueleto son los filamentos de actina, que se unen a las primeras. Las proteínas de anclaje son la talina, vinculina y 𝛂-actina. Características: - Se unen dos heterodímeros de integrinas. - Los dominios extracelulares de ambas cadenas se enganchan a la matriz extracelular. - El dominio citosólico de la subunidad β se une a los filamentos de actina del citoesqueleto celular. - Las células in vitro se unen a la placa de cultivo a través de contactos focales. - Cuando se desplazan deben soltarse. Los contactos focales tienen como función realizar uniones transitorias Estimulación: para activa la integrina se necesita una doble estimulación intra y extracelular (“in-out”). Además, la activación la talina está regulada por señales extracelulares. Esto hace que los contactos focales sean muy transitorios y difíciles de ver. 15 Hemidesmosomas El hemidesmosoma ancla los filamentos intermedios de la célula a la matriz extracelular. La principal diferencia con los contactos focales es el tipo de citoesqueleto que se ancla a las proteínas de anclaje (filamentos intermedios). Las integrinas están especializadas para permitir su unión a los filamentos intermedios. A las proteínas de anclaje (distonina y plectina) se unen los filamentos de queratina (filamentos intermedios). 7. Uniones formadoras de canal (uniones gap) Las uniones Gap son pequeños canales formados por unas proteínas integrales en las membranas de dos células contiguas. Se enfrentan dos conexones o conexonas formados por 6 unidades proteicas de conexinas que forman canales que atraviesan moléculas inespecíficas. Las conexinas son específicas de cada tejido. Los dos conexones que se enfrentan forman un canal hidrofílico que puede cerrarse o abrirse para permitir el paso de sustancias en función de la concentración de Ca2+: - Ca2+ alto y pH bajo (afecta pero no se sabe cómo): cerradas. - Ca2+ bajo y pH alto: abiertas. 16 Características: Existen 25 conexinas diferentes Cada conexina tiene 4 α hélices en su estructura Hay 12 genes distintos que codifican conexinas Cada conexón puede tener distintos tipos de conexinas Las uniones gap se agrupan en “parches” de diferentes tamaños. Relacionadas con: Función de comunicación (Acoplamiento metabólico): señal muy rápida par que llegue a muchas células a la vez (para ello las células deben estar acopladas) o Acoplamiento de las células musculares lisas del intestino (peristalsis) o Acoplamiento de las células musculares cardíacas Son muy importantes durante el desarrollo embrionario hasta que se establece el sistema circulatorio EJEMPLO: sinápsis eléctrica En la sinapsis eléctrica las neuronas se unen mediante uniones gap. Permite que no haya retardo en la transmisión del impulso nervioso. Más rápidas, pero menos selectivas. En la sinapsis química hay cierto retraso en la transmisión del impulso nervioso ya que las neuronas no se unen mediante uniones Gap. 17 8. Uniones transmisoras de señal. Sinapsis La sinapsis no podría existir sin moléculas de adhesión celular que unan firmemente las membranas pre-sinapticas y post- sinapticas. Estas uniones transmiten señales entre las células. Es la forma más compleja y sofisticada de uniones celulares. Mecanismo: Participan 20 tipos de cadherinas. (Gran cantidad de proteínas) Las proteínas de armazón intercelulares articulan y facilitan el ensamblaje de cientos de proteínas (refuerzo electrondenso). Hay una gran complejidad en las proteínas que permiten aproximar las neuronas para poder realizar correctamente la transmisión de los neurotransmisores. Las neuronas requieren que las proteínas estén en buenas condiciones, si falla una no se realiza la sinapsis. Mutaciones de estas proteínas pueden dañar mecanismos implicados en aprendizaje y memoria. 18  Tema 3: Permeabilidad de la membrana plasmática 1. Permeabilidad de la membrana La permeabilidad de la membrana e s l a c a p a c i d a d d e l a m i s m a d e p e r m i t i r e l p a s o d e m o l é c u l a s e i o n e s. Depende de los factores de las moléculas, factores del medio y factores de la membrana. Factores de las moléculas Los tres principales son:  Tamaño (gases y hormonas esteroideas): atraviesan la membrana por difusión. Cuanto más pequeñas son las moléculas mejor la atraviesan.  Coeficiente de reparto: establece la relación entre la solubilidad de la sustancia en los lípidos y la solubilidad de la sustancia en el agua. (si son liposolubles)  Carga eléctrica: la membrana posee una carga negativa intracelular. Factores del medio  Gradiente de concentración: las moléculas difunden de donde hay mayor concentración a donde hay menor concentración.  Fenómenos osmóticos: si las moléculas no pueden atravesar la membrana, lo que se mueve es el agua. Según sea el medio en el que están inmersas las células, se pueden dar 3 casos: - Hipotónica (menor concentración en el exterior): la célula gana agua y se hincha poniéndose turgente. - Hipertónica (mayor concentración en el exterior): sale agua de la célula y esta se encoge. - Isotónica (misma concentración en el exterior que en el interior de la célula): no entra ni sale agua de la célula. Sin pérdida ni ganancia neta.  Gradiente eléctrico: en condiciones normales en la zona interna de la membrana plasmática hay una carga – y en la zona externa hay una carga +. En caso de que se invierta este gradiente, el paso de las cargas es diferente. La célula tiene que mantener las diferencias de concentración interna y externa. Favorece que los cationes entren debido a su carga negativa interna Es esencial mantener las constantes de sodio, potasio y calcio. El Na+ está en una mayor concentración en el m.extracelular y el K+ e el intracelular. El Cl- activa las integrinas y es muy importante, pero es citotóxico por lo que tiene que estar muy regulado. 1 Los gradientes iónicos transmembrana aportan a la célula energía potencial que utilizará como fuente de energía para el transporte activo de sustancias como glucosa o Na+; crear un gradiente de H+ en las mitocondrias para poder sintetizar ATP; o en la generación de impulsos nerviosos en membranas excitables(neuronas, receptores sensoriales y fibras musculares). Factores de la membrana.1 Bicapa lipídica Si la membrana plasmática sólo fuera una bicapa lipídica, sólo podrían interiorizarse moléculas no polares. Para permitir la entrada de sustancias polares, la membrana tiene unas proteínas transmembrana. Se dan así dos tipos de transporte mediados por proteínas:  Transporte pasivo: no requiere energía, va a favor del gradiente de concentración.  Transporte activo: requiere energía porque van en contra del gradiente de concentración..2 Canales iónicos Otro método de transporte son los canales iónicos, los cuales pueden ser:  Inespecíficos (a favor del gradiente): - Porinas (mitocondrias): son una especie de poros que forman canales en la membrana externa que permiten el paso de sustancias. No son específicos. - Uniones GAP (astrocitos, neuronas, cardiomiocitos...): uniones de conexones. Son inespecíficos.  Específicos: - Canales iónicos relacionados con la sinapsis: son dependientes de neurotransmisores. Se van a abrir o cerrar en función de los neurotransmisores. Al recibir el neurotransmisor, los canales iónicos se abren. - Alta especificidad: Son muy específicos. Son rápidos porque forma una especie de poros que se unen de forma muy sutil a los iones, por lo que estos pasan fácilmente. 2  - Mediadores de difusión simple: transporte pasivo. - Proceso muy rápido. 2.1 Tipos de canales iónicos  Canales operados por voltaje: hay diferente carga entre las dos caras de la membrana estableciéndose una diferencia de potencial eléctrico.  Canales operados por ligando: el ligando puede ser: - Extracelular: neurotransmisores. - Intracelular: proteínas G, nucleótidos.  Canales operados mecánicamente: tienen cierta unión con componentes del citoesqueleto que son los que se contraen y tiran para abrir el canal; o se relajan para cerrar.  Canales de fuga: canales de K+ muy específicos que ayudan a recuperar la concentración de K+ intracelular. Ayudan a que el potencial se estabilice durante la sinapsis. En condiciones de reposo la diferencia de potencial es -70 mV. Cuando recibe una señal para trasmitir, la diferencia de potencial cambia hasta -50 mV porque gracias al estímulo se abren los canales de sodio cambiando el potencial. Además, la entrada de sodio aumenta la diferencia de potencial y amplifica la señal a transmitir (despolarización). Cuando los canales iónicos de sodio se cierran se reestablece la diferencia de potencial gracias a los canales de K+ ya que tras abrirse tienen que recuperarse los niveles de K+. Los canales de sodio están en el Nódulo de Ranvier y los de K+ en el axón. Mutaciones en canales de Na+ o K+ pueden provocan patologías como miotonías o epilepsias. 3.3 Carriers Los carriers tienen una alta especificidad, tan alta que hay patologías causadas por anomalías en estas proteínas. Funcionan por transporte pasivo. Las proteínas cambian de conformación debido a su unión con la sustancia y en función de la actividad o inactividad. (Ejemplo: la proteína adopta una conformación para atrapar el soluto y luego cambia de conformación para introducirlo en el interior de la célula)..4 Acuaporinas El agua puede difundir a través de la bicapa, pero en una concentración muy pequeña. Las acuaporinas son unas proteínas formadas por 4 subunidades de acuapornas formadas a su vez por 6 unidades proteicas. Estas forman una especie de canal específico para el agua. En las acuapronas unos aminoácidos 2 Asparaginas se unen al oxígeno del agua para que los protones no puedan difundir libremente. Al no poder difundir libremente hace una impermeabilización e impide que el agua difunda por la bicapa lipídica y pase a través de los canales. Hay varias patologías relacionadas conmutaciones en las acuaporinas (AQP): - Mutaciones en la AQP0 provoca cataratas congénitas. - Mutaciones en la AQP2, que se encuentra en el riñón, provoca diabetes insípida. - Mutaciones en la AQP4, que se localiza a nivel cerebral, provoca trastornos cerebrales por desequilibrios en homeóstasis iónica (edemas). - Mutaciones en la AQP5, que se encuentra en los pulmones, provoca asma. 4 2. Tipos de transporte Transporte pasivo El transporte pasivo no requiere de energía y es a favor de gradiente, pero, en algunos casos, requiere una proteína específica transportadora..1 Difusión simple Las sustancias (O2, CO2, etanol y otros gases) difunden libremente a través de la bicapa lipídica, a favor del gradiente..2 Difusión facilitada Las sustancias circulan a favor del gradiente, pero se requieren unas proteínas transportadoras para poder difundir. Las proteínas carriers son las encargadas de ello. La curva llega a una velocidad máxima, pero llega un momento en el que se saturan y la curva se aplana. Tiene un límite de saturación. Un ejemplo es la difusión facilitada es la glucosa. Unas proteínas se unen a la glucosa en el medio extracelular para, mediante un cambio en su conformación, poder introducirla en el interior de la célula. Transporte activo El transporte activo permite el transporte de sustancias en contra de gradiente de la célula, por lo que necesitará energía para funcionar. Hay dos tipos:  Transporte activo primario: se trata de una bomba proteica impulsada por energía que se obtiene de la hidrólisis de ATP. (ej: bomba Na+-K+)  Transporte activo secundario: la energía que necesitan la extraen a partir de gradientes iónicos (diferencia de concentración transmembrana de iones) que se producen a partir de hidrólisis de ATP. Hay varios tipos de transportadores:  Uniporte: cuando solo se transporta una molécula.  Simporte cuando transporta dos moléculas hacia el mismo lado.  Antiporte: cuando transporta una molécula hacia un lado y otra hacia el otro..1 Transporte activo primario mediante bombas Hay varios mecanismos de transporte activo primario a partir de la hidrólisis de ATP:  Bombas tipo P: las más importante son las bombas Na+/K+ y Ca2+/ATP-asa.  Bombas tipo V: están localizadas en vesículas y lisosomas ya que tienen un pH ácido. Transporta protones. 5   Bombas tipo F: son bombas de protones que se encuentran en la membrana interna de las mitocondrias.  Superfamilia ABC: transporta moléculas o iones. Tiene dos sitos de unión de ATP y requiere más energía. P-ATPasas: bomba Na+/K+ De las bombas tipo P la principal es la de Na⁺/K⁺, que es imprescindible para la vida y un tercio de la energía celular se destina a ella. Esta bomba es muy importante porque las concentraciones de K⁺ deben ser altas en el interior de la célula y las de Na⁺ tienen que ser altas en el exterior. Para regular esto, la bomba introduce 2 K⁺ al interior y saca 3 Na⁺ manteniendo así la diferencia de potencial y utilizando la energía producida por la hidrólisis de ATP. Esto lo hace mediante cambios en la conformación que provocan cambios en la afinidad por los iones. Patologías: - En la Isquemia (patología) el oxígeno disminuye, por lo tanto, se reduce la cantidad de ATP provocando un aumento del Na⁺ y una disminución del K⁺ en el interior de la célula. Esto genera un edema y muerte celular en consecuencia. - La Ouabaina es un veneno mortal vegetal que se une al lugar específico del K⁺ bloqueando la bomba, ya que el K⁺ no puede entrar. Al no funcionar la bomba se desequilibran los gradientes bioquímicos pudiendo llegar a la muerte. - La Digoxina es un refinamiento de la Oubaina que frena la bomba para que aumenten los iones Na⁺, al haber tanta concentración de iones Na⁺ se pone en marcha la bomba Na⁺/Ca²⁺. Como consecuencia aumenta la contracción muscular. Se utiliza como cardiotónico ya que aumenta la contracción ventricular y el corazón bombea más fuerte. El Mg2+ también juega un papel importante en estos procesos. Cuando disminuyen los niveles de Mg2+ se favorece la aparición de neuropatías, encefalopatías, miopatías y retinopatías. Esto se debe a que el magnesio estabiliza el ATP y por lo tanto el aporte energético celular, teniendo una función energética celular. Provoca esas patologías porque son los órganos que más energía necesitan. 6 P-ATPasas: bomba de Ca²⁺ Otra bomba de tipo P es la bomba de Ca²⁺. La función de esta bomba es incorporar Ca²⁺ del citosol al lumen del retículo sarcoplasmático. Esta se localiza en los músculos, en el retículo sarcoplasmático. Este retículo supone un reservorio de Ca²⁺ ya que es citotóxico, por lo que hay que almacenarlo. Es imprescindible para la contracción muscular. V-ATPasas y bombas tipo F Las bombas de tipo F través del paso de protones se forma un gradiente de electrones con el que fabrica ATP. Las bombas de tipo F pueden ser reversibles (sintetizar o hidrolizar ATP). Esta bomba se localiza en la membrana de las mitocondrias. Las bombas tipo V se localizan en la membrana de los lisosomas. Estos tienen un pH ácido por lo que las bombas V introducen protones para aumentar la acidez necesaria en el lisosoma para digerir. Para contrarrestar el potencial eléctrico provocado por los protones también introduce Cl-. Superfamilia de transportadoras ABC La superfamilia ABC tiene dos puntos de unión para ATP porque requiere más energía para funcionar. Tiene una estructura compleja. Pueden transportar iones o moléculas y son esenciales. Ejemplos: - La primera proteína es la MDR, cuya sobreexpresión está asociada a la multiresistencia a las drogas y a la quimioterapia. Lo que hace es sacar el fármaco hacia fuera haciendo que este no actúe y no llegue a la célula como tal. - El Plasmodium falciparum (responsable de la malaria) ha conseguido ampliar el gen codificante de las proteínas ABC provocando resistencia a la cloroquina (utilizada para combatir la malaria) ya que no la interiorizan. - La fibrosis quística hace que las proteínas CFTR no funcionen bien por lo que no funciona bien el canal del Cl- de la bomba de Ca+. Eliminan mucho cloro con el sodio y no funciona bien. 7 2.Transporte activo secundario: gradientes iónicos Cotransporte paralelo Na⁺/glucosa Las proteínas transportadoras aprovechan el gradiente iónico del Na⁺. La unión al Na⁺ aumenta la afinidad de la proteína a la glucosa aprovechando la entrada de Na⁺ para la entrada de glucosa. Estas proteínas se localizan en la zona apical, sin embargo, en la lámina basal hay otras que son las facilitadoras de la difusión de la glucosa (difusión facilitada) para que este pase hacia a la sangre. Ambas transportan glucosa. Cotransporte antitransporte La dirección puede invertirse depndindo de las necesidades de la célula. Hay 3 proteínas que realizan este tipo de transporte:  Proteínas banda 3: intercambiadora de aniones Cl- y HCO3- en el eritrocito.  Intercambiador Na⁺/Ca²⁺: que está implicado en la contracción ventricular. Interioriza Na⁺ y saca Ca²⁺, aunque en algunas células puede funcionar al revés. Se puede iniciar tras el efecto de la ouabaina/digoxina, tras el fallo de la bomba sofio/potasio. Así, mete calcio a las células musculares del corazón. Se usa para controlar arritmias e insuficiencias cardiacas.  Intercambiador Na⁺/H+: es principal en los túbulos proximales del riñón para mantener el pH para que el intercambio de la orina en los riñones sea correcto.   3. Ionóforos Los ionóforos son pequeñas moléculas hidrofóbicas que funcionan como carriers de iones y que se disuelven en la bicapa de la membrana aumentando su permeabilidad iónica (transporte pasivo de iones). Son sintetizados por microorganismos y son utilizados como antibióticos ya que desestabilizan los gradientes de las células haciendo que entren iones que no deberían entrar provocando la muerte de la célula. Pueden ser:  Transportadores canal: la Gramicidina A forma un canal para que pasen iones H+, Na⁺ y K⁺ para desestabilizar el gradiente; la Valinomicina que introduce K⁺ para desestabilizarlo ya que en K⁺ en condiciones normales no debería atravesar la membrana.  Transportadores móviles s 8  Tema 4: transporte de macromoléculas y partículas 1. Transporte mediado por vesículas El transporte mediado por vesículas permite introducir macromoléculas y partículas a través de la membrana plasmática mediante vesículas. Comunicación constante con el medio extracelular. La membrana plasmática se invagina hasta que se ponen enfrentadas las 4 capas de la bicapa y posteriormente se forma la vesícula. Es la propia membrana la que rodea las partículas y forma la vesícula. Se producen por lo tanto una reducción de la membrana. Endocitosis: mediados por la formación de vesículas por invaginaciones de la membrana. Este proceso reduce la superficie de la membrana. Se usa para la entrada de partículas. Exocitosis: en caso de que la célula quiera eliminar partículas el proceso es a la inversa, las vesículas, que provienen del aparato de Golgi, se acoplan a la membrana plasmática fusionándose y se liberan las partículas al exterior celular. Este proceso aumenta la superficie de la membrana. La endocitosis y la exocitosis son procesos compensatorios para la membrana plasmática porque en uno se reduce la membrana y en otro se aumenta la membrana. ESTÁN EN EQUILIBRIO (para mantener el tamaño) Estos procesos suponen una fusión de las 4 hemicapas que se enfrentan. Las hemicapas internas se desplazan hacia los laterales y luego mediante unos péptidos fusinógenos se comprimen las hemicapas externas prpoduciéndose una liberación de micelas que crean un hueco en la superficie. 2. Endocitosis La endocitosis es la entrada de macromoléculas y partículas en la célula mediante una invaginación de la membrana plasmática y la formación de vesículas intracelulares. Funciones: Papel fundamental en la homeostasis celular, en la respuesta inmune, transducción de señales y comunicación celular. En general las endocitosis se consideran cualquier entrada de macromoléculas en la célula. Hay muchos tipos de endocitosis: - Pinocitosis: Endocitosis de líquido y/o partículas, desde el medio extracelular. Mediada por clatrina, caveolinas o macropinocitosis - Endocitosis mediada por receptor, internalización selectiva por un receptor - Fagocitosis: ingestión de microorganismos e inespecífica de partículas Las diferencias entre endocitosis y fagocitosis son: el tamaño de las partículas que se introducen y que en la fagocitosis hay emisión de pseudópodos, siendo muy importante la participación del citoesqueleto que lleva a la formación de los pseudópodos. Pinocitosis dependiente de clatrina Endocitosis de líquido y/o partículas, desde el medio extracelular. No hay reconocimiento específico y se lleva a cabo en regiones especializadas de membrana: depresiones recubiertas de clatrina, debajo de la membrana plasmática 2%. No hay recubrimiento por debajo de la membrana plasmática. Se da en todas las células del organismo y necesita una renovación de membrana. Por ejemplo, en los vasos sanguíneos, las células captan los nutrientes por pinocitosis y son expulsados al exterior para llegar a otras células próximas. Pinocitosis mediada por caveolinas Las características son:  Se forman “caveolas” que son pequeñas cavidades.  La caveolina no recubre toda la superficie de la membrana, sino que se coloca en las balsas lipídicas (zonas ricas en colesterol, esfingomielina y glucoesfingolípidos).  Implicadas en transporte de moléculas, en transducción de señales y también funcionan como reservorio de membrana plasmática.  La CAV-3 codifica la caveolina-3, que se encuentra en el músculo estriado y cardiaco. Mutaciones en este gen pueden causar distrofia muscular congénita (autosómica dominante).  Hay algunos virus como el virus polio que tiene afinidad pro entrar en la caveola formada por caveolina-1 mutada. Si la célula necesita aumentar su tamaño, libera estas caveolas a través de vesículas y aumentar su superficie. caveolina Macropinocitosis Endocitosis inducible y transitoria asociado con la formación de grandes extensiones de la membrana plasmática(ruffling) que conduce a la internalización de fluidos (se capta todo lo que hay en el medio extracelular) o partículas en vesículas citoplasmáticas denominadas macropinosomas En la macropinocitosis actúa el citoesqueleto. Hay participación de filamentos de actina y emisión de lamelipodios. El lemelipodio se extiende rodeando la sustancia y formado una vesícula. Incorporan múltiples antígenos disueltos del medio extracelular (tienen relación con células del sistema inmunitario). La macropinocitosis la realizan los macrófagos y, al captar todo lo que se encuentra en el medio extracelular, son puertas de entrada de patógenos como el virus del Ébola. Transcitosis Tipo especial de endocitosis donde se captan moléculas en un polo de la célula. Luego, en vesículas atraviesan la célula sin ser modificadas y se liberan en el polo opuesto. Se da en células endoteliales. Endocitosis mediada por receptor Internalización selectiva de macromoléculas en la que se precisa un receptor. Aumenta hasta 100 veces la eficiencia. La endocitosis mediada por receptores es importante porque permite a las células introducir lo que necesitan cuando lo necesitan. Se da en regiones especializadas de m.plasmática hoyos o depresiones revestidos de clatrina). La clatrina cuando ya no se necesita va a un endosoma temprano para almacenarse hasta ser necesitada. Unas proteínas transmembrana se sitúan en la superficie de la membrana plasmática. Estos tienen unos receptores que sólo reconocen las moléculas o tipo de moléculas que la célula desea introducir. Una vez se ha unido, migra hacia un hoyo revestido de clatrina. En ese hoyo se produce la succión, y se produce una vesícula rodeada de clartrina. La clatrina forma un cesto a base de hexágonos y pentágonos que forman una red. El receptor no se engancha directamente a la clatrina, se engancha a una proteína intermedia, la adaptina. El receptor tiene un tallo con un péptido que siempre es el mismo llamado péptido de reconocimiento. La adaptina tiene que reconocer al receptor antes de llevarlo a la clatrina. Hay por lo tanto un doble reconocimiento (el receptor de la membrana y la adaptina). Una vez se ha formado el hoyo, se separa la clatrina y queda una vesícula con las moléculas en su interior.  Resumen del funcionamiento de la clatrina 1. Reconocimiento de la partícula por el receptor: a través de proteína transmembrana Partes: o Dominio extracelular: Receptor específico para cada molécula o grupo de moléculas o Dominio citosólico: formado por un péptido señal de endocitosis Tir-X-Arg-Fenil-alanina, indica que el receptor se ha unido al ligando. Este péptido está escondido hasta entonces. 2. Desplazamiento (si no lo están, de los receptores hacia los hoyos o depresiones revestidas de clatrina. i. Distintos tipos o el mismo de receptores en el mismo hoyo. 3. Invaginación de la membrana: Formación de vesícula tras el desplazamiento. Se invagina por anclaje de adaptina y polimerización de clatrina. Endocitosis de la fase fluida. o Adaptinas: unidas a la parte citosólica del receptor sirven de anclaje para el ensamblaje de CLATRINA o Clatrinas: proteína citosólica de revestimiento. Se ensambla y pliega formando hélices de tres brazos o trisqueliones que polimerizan para formar una estructura o “jaula poliédrica” que reviste la vesícula. FUERZA MECÁNICA Estructura de la clatrina: La clatrina está formada por 6 cadenas polipeptídicas (3 pesadas y 3 ligeras) formando una estructura llamada trisquelión. Polimerizan formando pen-hexágonos dando lugar a una “jaula poliédrica” que reviste la vesícula En el desplazamiento de la vesícula recubierta por clatrina, participan unos filamentos de actina que se sitúan debajo de ella. 4. Liberación de la vesícula interviene la dinamina asociada a proteínas. es responsable de la fusión de las membranas y la liberación de la vesícula. Mutaciones en el gen que codifica la dinamina producen abortos tempranos (las vesículas no se sueltan) 5. Pierde la envoltura, si no, no se puede fusionar con nada. La envoltura de clatrina se suelta debido a que debajo de la membrana hay un aumento de concentración de calcio, además, hay unas proteínas encargadas de quitar el revestimiento de clatrina ATP-asa de desrevestimiento. 6. Fusión de la vesícula con endosomas: Las vesículas una vez han perdido clatrina se fusionan formando un endosoma temprano (compartimento membranoso cerca de la membrana que reparte moléculas en la célula). Tienen bombas protónicas en su membrana y su pH es ácido. Este pH hace que las proteínas cambien de conformación y se separen ligando- receptor. En esos endosomas se crean dos estructuras, una parte vesicular en la que se encuentra el ligando y otra parte tubular en la que se recogen los receptores ya que ya no son necesarios. Estos receptores vuelven a la membrana para volver a su función a través de endosomas de reciclaje. Los endosomas como tienen un pH ácido en la membrana tienen unas ATPasas protónicas para mantener ese pH ácido. En el siguiente paso, el CURL se divide en dos quedando los receptores por un lado y las sustancias por otro. Los receptores pueden ir a: a. Mismo dominio b. Distinto dominio c. A otros lisosomas 7. En la parte vesicular, los ligandos maduran y el endosoma se convierte en un endosoma tardío, de pH más ácido. 8. Le llegan hidrolasas desde el A. de Golgi y se convierte en endolisosoma donde se digiere el ligando. El compartimiento donde se produce el desacoplamiento del receptor y del ligando es el CURL (Compartimento de desacoplamiento del Receptor y Ligando). Compartimento endosomal El conjunto de endosomas tardíos y tempranos y endolisosomas se conocen como compartimento endosomal. Los endosomas son centros de distribución: estació de llegada, clasificación y reparto de moléculas que se comunica con otros compartimentos de la célula (similar al TGN). Llega material en las vesículas que provienen de la membrana vía endocitosis y otras vesículas que provienen del TGN del AG. Modelo predominante maduración: disminuye pH, intercambio de proteínas Rab y cambio morfológico interno. La membrana de los endosomas tardío y temprano y de los endolisosomas son diferentes porque tienen proteínas de membrana (Rab) diferentes. Endocitosis mediada por receptor del colesterol Gran parte del colesterol entre en la células por endocitosis mediada por receptor. Su síntesis y almacenamiento se hace en el hígado. Hay dos tipos de colesterol: a. LDL: low density lipoprotein 70%. b. HDL: high density lipoprotein 30%. El colesterol LDL es el que se introduce mediante endocitosis mediada por receptor. En el hígado se producen partículas de colesterol LDL. Este colesterol se sintetiza en colesterol esterificado (con una cola de ácido graso) para formar una partícula LDL. La partícula tiene en su interior el colesterol esterificado y está recubierta con una capa de colesterol libre y lipoproteínas. Por último, la proteína Apoproteína B-100 ensambla todo el complejo y será reconocida por el receptor de la membrana. Las células tienen un receptor en la membrana que está esperando a la llegada de una partícula de LDL. Cuando llega, esta se introduce por el medio de la clatrina. El receptor tiene una cola que se introducen en la membrana plasmática y una zona que sale de ella a la cual se unirá la proteína de la partícula de colesterol. Una causa de hipercolesterolemia es la hipercolesterolemia familiar que afecta al dominio citosólico del receptor. En estos casos, hay una mutación en la adaptina por lo que el colesterol no puede entrar en la célula ya que la proteína no es reconocida por la adaptina y no la fija. La mutación es en un solo aminoácido de la cola citoplasmática. En el examen entra la endocitosis mediada por receptores y la clatrina (patología) La acumulación del colesterol provoca placas de ateroma. Se forman debajo de la capa muscular de los vasos. Las células cargadas de colesterol (células espumosas) hacen que el  vaso se vaya cerrando. Si este se cierra mucho impide el tránsito de la sangre dando lugar a un infarto. Es una enfermedad hereditaria. En este experimento, una persona normal tarda 2,5 días en absorber el colesterol, una persona heterocigota para la enfermedad tarda 4,5 días en absorberlo (porque tiene la mitad de receptores efectivos) y, por último, una persona homocigota para la enfermedad tarda 6 días en absorber el colesterol porque su cantidad de receptores es muy reducida. El LDL pude entrar por otras vías, pero va mucho más despacio. Cuerpos multivesiculares Los cuerpos multivesiculares se originan a partir de endosomas tempranos y son orgánulos redondeados con una membrana que encierra a múltiples vesículas internas llamadas exosomas, que contienen moléculas señalizadoras. Los endosomas tempranos en ocasiones son capaces de invaginar la membrana para formar unas vesículas que almacenan proteínas que vienen de la endocitosis y se quedan en el lumen de la célula. Funciones:  Almacenan muchas vesículas y son capaces de ir a la membrana, fusionarse con ella y expulsar al exterior los exosomas mediante exocitosis. Los exosomas pueden entrar a la célula receptora vecina.  Degradación de moléculas que forman parte integral de membranas y fluido citosólico.  Señalización celular y comunicación celular. Los exosomas contienen en su membrana y en su interior diferentes tipos de proteínas e incluso de ADN.  Son pequeños y extracelulares.  Pueden cargar: proteínas, lípidos, ARNmi, ARNm y ADN. Su cargamento molecular puede entrar a la célula y alterar el comportamiento de esta.  Importantes en el sistema inmunitario.  Investigaciones de su papel en los procesos tumorales (biopsia líquida). Estos exosomas no solo pueden contagiar a las células vecinas, sino que pueden introducirse en el torrente sanguíneo y difundirse por todo el organismo. Fagocitosis Ingestión de grandes partículas: microorganismos, cuerpos extraños y células muertas. La fagocitosis solo la realizan tipos especializados del organismo como los macrófagos y los neutrófilos. Esas células circulan por los tejidos y realizan un ataque a todos los organismo extraños que quieran introducirse en el organismo. La fagocitosis consiste en, mediante la emisión de pseudópodos rodear al organismo que se va a fagocitar. Funciones:  Defensas frente a patógenos.  Destrucción de células viejas: mediante las plaquetas. Se intentar reutilizar todas las partes de la célula que todavía pueden servir.  Destrucción de restos celulares: detritus que células expulsan fuera y que son fagocitados. Etapas de la fagocitosis 1. Las bacterias o partículas que van a ser fagocitadas son marcadas por los linfocitos mediante anticuerpos IgG. 2. Se produce un reconocimiento antigénico por parte de los macrófagos gracias a las proteínas que reconocen la fracción cristalizada del anticuerpo. La bacteria está marcada con IgG, sin embargo lo que muestran al exterior para ser reconocidas es el palo de la IgG, la parte común a todas las inmunoglobulinas. 3. Activa la fagocitosis 4. A continuación se produce una invaginación de citoesqueleto para la emisión de pseudópodos con la participación de filamentos de actina, produciendo lo conocido como “cierre de cremallera”. En este cierre en cremallera se produce la exclusión del medio extracelular. 5. Exclusión del medio. Se cierran los pseudópodos y se fusionan las membranas en la parte de arriba. 6. Se forma una partícula llamada fagosoma, una vesícula de membrana (es una vesícula en cuyo interior está lo que ha sido fagocitado). 7. A esos fagosomas se unen unas vesículas que vienen de Golgi y tienen unas enzimas digestivas (que sólo actúan a pH ácido). La fusión del fagosoma y las vesículas da lugar al fagolisosoma. 8. Digestión mediante enzimas hidrolíticas a pH ácido. Estrategias para escapar:  Secretan proteínas que previenen la unión del lisosoma y el fagosoma  Rompiendo la membrana del fagosoma  Sobreviven a la unión a través de la liberación de moléculas que aumenten el pH. Destinos posibles de las macromoléculas endocitadas  Pueden ser transportadas hasta el otro polo de la célula (basal o lateral) Transcitosis.  Pueden almacenarse como sustancias de reserva (vitelo).  Pueden ser “secuestradas” en el citoplasma durante un tiempo hasta que la célula vuelve a necesitarlas (Transportador de la glucosa GT4).  Pueden ser digeridas en los endolisosomas para aprovechar los elementos resultantes de su degradación. 3. Exocitosis La exocitosis es un proceso de “exportación” celular que implica al sistema de endomembranas (RE, Aparato de Golgi) donde se forman las vesículas. Funciones: renovar membrana plasmática, proteínas de membrana, secreción de componentes de matriz extracelular, liberación de moléculas necesarias Las vesículas, cargadas de enzimas, lípidos, hormonas, se fusionarán con la membrana plasmática para liberar su contenido. También renueva los lípidos de la membrana y provoca un aumento de su superficie Exocitosis desde Golgi: secreción constitutiva La secreción constitutiva consiste en aportar sustancias constitutivas necesarias para la membrana de la célula o para el medio extracelular. Se da de forma constante y no necesita una señal inductora Las vesículas se originan en la porción terminal de Golgi. En sus extremos se forman unas vesículas que van dirigidas al exterior de la célula. La célula segrega fuera una serie de componentes. En el retículo se producen una serie de proteínas y pasan mediana vesículas a la cara cis de Golgi. Esas proteínas sufren modificaciones y son secretadas por la cara trans de Golgi para expulsar su contenido al exterior de la célula. De esas vesículas, unas tienen recubrimientos proteicos y otras tienen clatrina. Esa clatrina aparece por debajo de la membrana plasmática y en la formación de algunos tipos de vesículas, en aquellas donde la célula quiere seleccionar lo que va a expulsar fuera. Algunas vesículas de Golgi están recubiertas de clatrina. Estas vesículas al fusionarse con la membrana aportan las proteínas a la membrana. Ej: renovación de componentes de la matriz extracelular Exocitosis desde Golgi: secreción regulada Las vesículas que salen de la cara trans de Golgi están rodeadas de clatrina. Cuando la clatrina se desprende, la vesícula permanece en le citosol hasta la llegada de una molécula señal externa (como una hormona) que interacciona con un receptor de la membrana e indica que tiene que segregar la sustancia de la vesícula. Las vesículas quedan almacenadas en el citoplasma hasta que una señal las induce a unirse a la membrana. Ej: expulsión de hormonas o neurotransmisores 4. Mecanismos de transporte vesicular Los mecanismos de transporte vesicular ayudan a las vesículas a llegar hasta su destino concreto. Existen compartimentos fuente, donde se forma la vesícula. Al final, a través de un proceso selectivo y por pasos, se fusiona con su compartimento diana. Las vesículas de transporte exhiben marcadores de superficie que las identifican de acuerdo con su origen y tipo de carga, y las membranas diana presentan receptores complementarios que reconocen los marcadores adecuados.  Para ello, primero actúan un tipo de reconocimiento (proteínas Rab) y luego otro diferente (proteínas N-SNARE). Dos tipos de reconocimiento: 1. Proteínas Rab y los efectores de Rab dirigen la vesícula a puntos específicos sobre la membrana diana correcta. La vesícula posee pr. Rab y la membrana diana posee efectores Rab y se unirán cuando sean complementarias ya que los efectores solo reconocen a un tipo específicos. Antes, la vesícula se une a GTP, presentando un cambio conformacional. Entonces, la cola lipídica queda escondida. Cuando llega a la membrana, el GDP se cambia por GTP, presentando la cola lipídica y permitiendo que el efector se una con la proteína Rab en el compartimento diana adecuado. Las proteínas Rab son específicas de cada compartimento. (en el endosoma temprano y tardío son diferentes) Formadas por proteínas G monoméricas de unión a nucleótidos de Gua. 2. Las proteínas SNARE y los reguladores SNARE median la fusión de bicapas lipídicas. Confirman el compartimento diana correcto y ayudan a su fusión. Cuando se forma la vesícula, en su membrana se insertan unas proteínas transmembrana del tipo v-SNARE. Cuando se forma la vesícula, tiene una v-SNARE concreta. Las proteínas v-SNARE y las t-SNARE se encargan tanto del reconocimiento como de la fusión de la vesícula con la membrana. Son muy específicas De esta manera, la vesícula viaja por la célula hasta el compartimento en el que se tiene que unir con una proteína v-SNARE y una proteína Rab-GTP. Cuando la vesícula llega a la membrana diana, las SNARE se reconocen y un efector Rab reconoce a la Rab-GTP. Las SNARE se retuercen para que la vesícula se pegue mientras el efector Rab y la Rab- GTP siguen unidas. Una vez producida la fusión, se hidroliza el GTP en un grupo fosfato que queda como guanidildifosfato (GDP) y se separan las SNARE. La energía liberada en la hidrólisis sirve para que la Rab se separe y cambien de conformación para poder circular por el medio acuoso (esconde su cola lipídica). Esta proteína llega a la membrana y cambia el GDP por un GTP para poder actuar de nuevo. OTRA EXPLICACIÓN: La vesícula sale de Golgi con proteínas solubles en su interior o con proteínas transmembrana en la superficie. La vesícula es acompañada por la v-SNARE hasta un compartimento celular donde se tiene que unir. Aparece otra familia de proteínas, la familia de proteínas Rab. Son proteínas GTP monoméricas (solo tienen un monómero). Estas tienen un tallo lipídico que se ancla a la membrana de la vesícula. De esta manera, la vesícula viaja por la célula hasta el compartimento en el que se tiene que unir con una proteína v-SNARE y una proteína Rab-GTP. Cuando la vesícula llega a la membrana diana, las SNARE se reconocen y un efector Rab reconoce a la Rab-GTP. Las SNARE se retuercen para que la vesícula se pegue mientras el efector Rab y la Rab- GTP siguen unidas. Una vez producida la fusión, se hidroliza el GTP en un grupo fosfato que queda como guanidildifosfato (GDP) y se separan las SNARE. La energía liberada en la hidrólisis sirve para que la Rab se separe y cambien de conformación para poder circular por el medio acuoso (esconde su tallo lipofílico). Esta proteína llega a la membrana y cambia el GDP por un GTP para poder actuar de nuevo.