Trabajo Práctico N°1.pdf

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TUCUMAN FACULTAD DE MEDICINA Trabajo Práctico N°1 “Membrana Plasmática. Transporte a través de la membrana. Asociaciones Celulares. Comunicación celular.” CARTILLA PARA EL ESTUDIANTE ...

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TUCUMAN FACULTAD DE MEDICINA Trabajo Práctico N°1 “Membrana Plasmática. Transporte a través de la membrana. Asociaciones Celulares. Comunicación celular.” CARTILLA PARA EL ESTUDIANTE  Trabajo Práctico N°1: “Membrana Plasmática. Transporte a través de la membrana. Asociaciones Celulares. Comunicación celular.” Contexto Grupo de Alumnos: Estudiantes de primer año de Medicina Área: Ciencias Biológicas. Duración: 1 semana Objetivos Al finalizar esta unidad, los estudiantes serán capaces de: 1. Comprender las bases morfofisiológicas de las membranas celulares. 2. Conocer principios básicos de comunicación intercelular 3. Adquirir conocimientos sobre diferentes tipos de proteínas de membrana y su importancia en la medicina Competencias Los estudiantes desarrollarán las siguientes competencias: Conocer la ultraestructura y distintas funciones de las membranas celulares Razonamiento crítico: Relacionarán las funciones celulares de las estructuras correspondientes en distintas situaciones clínicas. Desarrollo de la clase: se expondrán los principios biológicos y fisiológicos de las estructuras mencionadas, elaborando luego conclusiones de manera clara y coherente. Contenidos Analíticos Membranas celulares: Funciones de las membranas celulares. Estructura básica de las membranas celulares: componentes químicos. Concepto de asimetría y fluidez. Mosaico fluido. Mecanismos de transporte de moléculas a través de las membranas: Transporte activo y pasivo: diferencias. Concepto de gradiente de concentración, gradiente de voltaje o potencial eléctrico y gradiente electroquímico:  ✓ Transporte pasivo: difusión simple. Difusión facilitada. Canales iónicos: regulados por voltaje o por ligandos. Permeasas: monotransporte, cotransporte y contratransporte. Concepto y ejemplos. Acuaporinas: pasaje selectivo del agua. ✓ Transporte activo: Permeasas activas importantes en procesos biológicos: monotransporte cotransporte y contratransporte Bomba de sodio y potasio: mecanismos de transporte pasivo que dependen de la actividad de la misma. Presencia de bombas en distintos tejidos. Asociaciones celulares: ✓ Unión de las células a la matriz extracelular: a) Contactos focales; b) Hemidesmosomas. Estructura y función. ✓ Uniones transitorias entre células: Fenómenos de reconocimiento y adhesión celular. Moléculas de adhesión celular (CAM). Concepto y ejemplos de uniones hemofílicas y heterofílicas. Ejemplos de procesos biológicos en los que se observan estos fenómenos. ✓ Uniones estables entre células: ▪ Unión oclusiva (unión estrecha o zónula ocludens) ▪ Cinturón adhesivo (desmosoma en banda) ▪ Desmosoma (desmosoma puntual) ▪ Unión comunicante (nexus o unión en hendidura). Ultraestructura, composición química y función de cada una de ellas. Ejemplos de tejidos u órganos en los que se encuentran las uniones mencionadas. Comunicación intercelular y transmisión intracelular de señales: Inducción: concepto, célula inductora y célula blanco. Tipos de inducción: endocrina, paracrina y autocrina. Ejemplos. Receptor: concepto, tipos, interacción receptor-inductor. Respuesta celular. Membrana celular La integridad de la membrana plasmática es esencial para la homeostasis celular, reflejando cierta resistencia y capacidad de reparación, características que se encuentran influenciadas por la genética del huésped y por factores ambientales. In vivo, dichas membranas experimentan daños debido a una multitud de factores, tanto del entorno extracelular, como del intracelular, los cuales contribuyen a la patogénesis de enfermedades en diferentes tejidos. No obstante, para evitar consecuencias que compliquen la viabilidad de estructuras nobles, nuestras células están equipadas con diferentes vías de reparación.  En este trabajo práctico, recorreremos algunos de los conceptos vertidos para poder relacionar los cambios celulares asociados a diferentes procesos patológicos. Si bien el estudio en profundidad sobre membrana plasmática será abordado desde las clases teóricas de cada asignatura, en este espacio se hará un recorrido por los principales puntos a tener en cuenta para el desarrollo del trabajo práctico La membrana es una estructura que goza de fluidez, lo que permite movimientos de traslación de moléculas en la misma. Esta fluidez implica en su mayoría uniones no covalentes de sus componentes, que al microscopio electrónico se visualiza como una estructura en tres capas, dos externas y electrodensas, y una clara en el medio. (foto 1): Foto 1. Microscopía electrónica de una membrana plasmática (S. Golyshev) Los fosfolípidos son moléculas anfipáticas que aportan la fluidez a la membrana, la que depende de la longitud y nivel de instauración de sus ácidos grasos. En efecto cuando más cortos e insaturados son los ácidos grasos de los fosfolípidos de membrana, esta será más fluida. A su vez a mayor contenido de colesterol, mayor rigidez de la membrana, Esta estructura trilaminar es consistente con el modelo de mosaico fluido propuesto por Singer y Nicholson, donde se destaca la presencia de proteínas periféricas que se unen a las superficies de las membranas y proteínas integrales que atraviesan la membrana. En este modelo, las proteínas de membrana están ancladas por uno o más dominios hidrófobos; sus dominios hidrófilos enfrentarían ambientes acuosos externos y citosólicos. Así, al igual que los fosfolípidos, las proteínas de membrana son anfipáticas. Cada vez está más claro que la membrana está más organizada de lo que este modelo sugiere, con la presencia de dominios discretos que actúan como centros de señalización. Otra característica clave de las membranas biológicas es su asimetría, ya que las monocapas individuales que forman la bicapa lipídica, tienen distinta composición con implicancias funcionales asociadas.  También es cada vez más evidente que los lípidos de membrana no sólo actúan como disolvente para las proteínas de membrana, sino que desempeñan funciones críticas en su estructura y función. De hecho, en muchos casos parece que la unidad funcional es un complejo de proteínas de membrana y lípidos asociados (Figura 1). Estudios experimentales de complejos proteína-lípido de membrana, revelaron la importancia de los lípidos en la estabilización de las formas oligoméricas de las proteínas de la membrana, mediando en las interacciones entre proteínas y manteniendo un estado conformacional específico de una proteína de membrana y su actividad. Cabe destacar que la asimetría está dada también por: los hidratos de carbono que se ubican sólo en la monocapa externa; la disposición de las proteínas y la distinta composición de fosfolípidos en las monocapas. Sabemos que las células exponen diferentes características estructurales y funcionales en relación con el ambiente acuoso en ambos lados de una membrana. A continuación, se ilustra un modelo típico de la membrana plasmática de una célula: Figura 1. Esquema de una membrana plasmática con sus componentes Estos dominios hidrofílicos acuosos, les permiten a las proteínas de membrana conformar una barrera natural para el paso libre de moléculas cargadas a través de la membrana, lo que le otorga una permeabilidad selectiva, regulando el movimiento de moléculas específicas dentro y fuera de las células. Las proteínas de membrana también explican interacciones específicas y selectivas con su entorno extracelular. Estas interacciones incluyen: la adhesión de las células entre sí; la unión de la célula a la Matriz Extracelular; y la comunicación entre las células. Otro componente importante en la superficie de membrana es el glucídico. Al respecto, diversos oligosacáridos se unen covalentemente a lípidos (glucolípidos) y a proteínas de membrana (glucoproteínas). Estas últimas, permiten interacciones específicas de las células entre sí para formar tejidos. Mecanismos de transporte de membrana A) Transporte pasivo ✓ Difusión simple: La membrana plasmática semipermeable mantiene el ambiente interno y es completamente permeable mediante difusión (Ley de Fick) a moléculas pequeñas sin carga, a los gases (O2, CO2), moléculas lipofílicas de AG pequeños y al agua que atraviesa a través de canales proteicos específicos(acuaporinas). Este mecanismo se lleva a cabo mediante un gradiente de concentración. La ley de Fick establece los factores de los que depende la magnitud de un flujo neto de difusión. Se establece únicamente para los mecanismos de difusión simple. Ley de FICK: J = P x A x (C1-C2) J= flujo de difusión (mmol/s) P= coeficiente de permeabilidad (cm/s) A = área de la membrana ( ) C= concentraciones mmol/ ✓ Difusión facilitada: Utiliza canales o proteínas transportadoras especializadas, también se lleva a cabo mediante gradiente de concentración. Los canales iónicos de membrana: son filtros selectivos: el tamaño del poro es restrictivo por lo que solo algunos iones los puede atravesar. Los poros están formados por estructuras proteicas grandes. Glosario: - Gradiente Químico: Se da la presencia de un gradiente químico entre dos puntos de un sistema, separados por cierta distancia, o entre dos soluciones separadas por una membrana, cuando existe una diferencia de concentración entre las mismas. - Gradiente eléctrico: Se da cuando existe una diferencia de potencial eléctrico entre ambos lados de la membrana. Esto genera un movimiento neto de cargas, aún en ausencia de un gradiente de concentración. - Gradiente electroquímico: Se da cuando se presentan los dos gradientes en simultáneo, y por lo tanto dos fuerzas impulsoras afectando a la misma partícula.  B) Transporte activo. A través de proteínas o canales transportadores depende de la hidrolisis del ATP para obtener energía. Y permite el transporte de las moléculas a través de las membranas en contra de un gradiente de concentración. Transporte activo primario: Son aquellos procesos realizados con consumo de energía libre metabólica. En el organismo existen varios mecanismos de esta clase, entre ellos el transporte activo de Na+ y K+. Todos los sistemas de transporte activo tienen sitios para la fijación de cationes, los cuales son llevados de un lado a otro de la membrana a través de la estructura proteica. Las proteínas que realizan el transporte activo son enzimas que aceleran la hidrolisis del ATP, es decir son ATPasas. La transformación de ATP en ADP + P (fosfato) es la reacción que provee la energía libre para el transporte activo. Las ATPasas, también llamadas son llamadas bombas, por su efecto de trabajar en contra de un gradiente. La ATPasa que actúa en el mecanismo de transporte de Na+ y K+ se llama Na+/K+ ATPasa. Mecanismo de funcionamiento de Na+/K+ ATPasa La Na+/K+ ATPasa se encuentra en todas las células del organismo. Transporta ion sodio hacia el exterior de la célula y potasio hacia el interior y genera una diferencia de potencial a través de la membrana. La ATPasa realiza su función efectuando, en forma cíclica cambios conformacionales entre dos estados E1 y E2. En el estado E1 fija ATP del lado interno de la membrana, el ion Na+ se fija a los sitios de unión correspondiente y se libera potasio al interior celular. El Na+ queda ocluido en la estructura proteica y la enzima desprende ADP, quedando unido a ella un grupo fosfato (P) La ATPasa forma entonces la configuración E2, libera Na+ del lado externo de la membrana, fija K en los sitios de unión correspondiente, y se desprende el ion fosfato que había quedado unida a la enzima. Esta cambia entonces la conformación, volviendo al E1 y el ciclo se reanuda. La Na+/K+ ATPasa, tiene 3 sitios de unión para el Na+ y 2 para el K+ y en cada ciclo transporta esas cantidades de iones e hidroliza una molécula de ATP. El transporte de 3 cargas positivas hacia afuera y dos negativas hacia adentro, genera una diferencia de potencial siendo el interior de la célula electronegativo con respecto al exterior. Por eso a esta bomba se la llama electrogénica.  Fig. 2. Sodio-Potasio ATPasa Importancia de la bomba de Na+/K+ ATPasa: efecto Donnan: Las proteínas dentro de las células tiene cargas negativas y mayor osmolaridad en comparación con el medio externo. Para equilibrar la carga y los osmoles, entra agua (por osmosis) y cargas positivas a la célula haciendo que se hinche y se rompa (efecto Donnan) Las células necesitan la ATPasa de Na+ y K+ - para bombear continuamente Na+ al exterior, contrarrestando la osmolaridad y el flujo constante de carga. Transporte activo secundario ✓ Contratransporte: mecanismo acoplado que puede transportar una especie en contra de su gradiente de potencial electroquímico, a expensas de la energía libre suministrada por otra especie que se desplaza en sentido contrario, a favor de su gradiente de potencial electroquímico. ✓ Cotransporte: mecanismo acoplado que puede llevar una especie en contra de su potencial electroquímico a expensas de la energía libre suministrada por otra especie que se desplaza en el mismo sentido a favor de su gradiente. C) Transporte de macromoléculas y partículas. Los mecanismos antes descriptos no pueden transportar macromoléculas como las proteínas, polinucleótidos y polisacáridos. Estas sustancias son transportadas por mecanismos relacionados con la fusión de vesículas a la membrana: ▪ Endocitosis: Las células incorporan partículas mediante la fusión a la membrana externa, y su liberación al interior: La pinocitosis: se da cuando la membrana celular engloba agua y solutos, como los antígenos y las inmunoglobulinas. La fagocitosis aparece cuando las membranas celulares engloban partículas como las bacterias. ▪ Exocitosis: Las células pueden también liberar productos secretores mediante la fusión de vesículas a la membrana interna y su liberación hacia el exterior de la célula. Por ejemplo en el caso de las células productoras de insulina, empaquetan a la hormona en vesículas secretorias y en respuesta a señales extracelulares, estas vesículas se fusionan con la membrana plasmática, produciéndose la liberación de insulina al exterior.  D) Transporte de agua. La mayoría de las células son muy permeables al agua. Si un glóbulo rojo es sumergido en una solución hipotónica o hipertónica aumenta o disminuye su volumen respondiendo al gradiente osmótico impuesto. En condiciones fisiológicas no existe un gradiente osmótico entre el interior y el exterior de la mayoría de las células, siendo los flujos unidireccionales de agua importantes e iguales en ambos sentidos. Entre ellas podemos encontrar las acuaporinas. Propiedades eléctricas: potencial de membrana-potencial de reposo-potencial de acción a) Potencial de membrana: La diferente distribución de iones a un lado y otro de la membrana genera una diferencia de potencial o diferencia de voltaje (∆V) (Potencial de membrana). Siendo el interior electronegativo con respecto al exterior, esta ∆V puede calcularse con la siguiente ecuación: ∆V = - ∆V= diferencia de voltaje = Voltaje interior = Voltaje exterior b) Potencial de membrana de Reposo: Se llama potencial de reposo al potencial de membrana en estado estacionario, en el que no existe un flujo neto de cargas a través de la membrana. Está determinado por las concentraciones iónicas intracelulares y extracelulares a los que la membrana es permeable y a los valores de permeabilidades que tiene cada ion para esa membrana. Su valor es ∆V= -60 a – 90 mV c) Potencial de acción: El potencial de membrana en reposo puede cambiar cuando se produce un cambio en la permeabilidad a los iones. Como el Na, el K y Ca. Estos cambios generan la pérdida del potencial de reposo, generando lo que se conoce como Potencial de acción, que implica un cambio de voltaje temporario de la membrana celular, retornando luego a su potencial de reposo. Estos cambios suceden en las células nerviosas y musculares y son responsables de la propagación de los impulsos. Asociaciones Celulares Uniones transitorias entre células: Fenómenos de reconocimiento y adhesión celular. Moléculas de adhesión celular (CAM). Concepto y ejemplos de uniones hemofílicas y heterofílicas.  Mecanismos de adhesión celular que no implican complejos de unión La mayor parte de las funciones de los organismos pluricelulares resultan de la interacción coordinada de las células entre sí y con la matriz extracelular. Aún células sin relación fija en un tejido, como los leucocitos de la sangre que viajan por todo el organismo, deben interactuar de manera muy específica con las otras células y con la matriz extracelular estableciendo uniones que no son visibles al microscópico electrónico. En estas uniones intervienen glucoproteínas de transmembrana que participan en la adhesión intercelular necesaria en procesos como la migración, repuesta inmune, agrupamiento de células en la formación de tejidos y órganos en el desarrollo embrionario, o en el inicio de la formación de una unión estable. La adhesión celular es un proceso selectivo mediado por glucoproteínas de transmembrana llamadas Moléculas de Adhesión Celular (CAM) que se fijan a componentes de la matriz y del citoesqueleto y que comprenden cuatro familias: ✓ Selectinas ✓ Miembros de la superfamilia de las inmunoglobulinas ✓ Miembros de la superfamilia de las integrinas ✓ Cadherinas Las moléculas CAM pueden mediar adhesiones hemofílicas entre ligandos (moléculas) iguales y adhesiones heterofílicas entre ligandos de distinto tipo. I) Selectinas: poseen dominios extracelulares capaces de reconocer secuencias específicas de oligosacáridos pertenecientes a glucolípidos y glucoproteínas de la superficie de otras células. La fijación de las selectinas a sus ligandos depende de calcio. Se conocen tres tipos principales: SELECTINA E (en los endotelios de los vasos sanguíneos), SELECTINA L (de los leucocitos) y SELECTINA P (de las plaquetas y endotelios). La función de las selectinas se restringe al territorio vascular. Las selectinas median uniones heterófilas, es decir que sus oligosacáridos son diferentes a los de las glucoproteínas y glucolípidos con los que se unen. Por ej. Una Selectina leucocitaria puede unirse a un oligosacárido de la membrana endotelial y de ese modo mediar la interacción transitoria entre leucocitos circulantes y la pared vascular, en sitios donde hay inflamación (figura 3). Figura 3. Selectinas  II) Miembros de la superfamilia de las inmunoglobulinas: Se llaman así porque poseen uno o más dominios de tipo inmunoglobulina característicos de las moléculas de anticuerpos. Median la adhesión intercelular independiente de calcio, leucocito- endotelio. Las más conocidas son: ▪ I-CAM: Molécula de adhesión intercelular, presente en células endoteliales, a las que se unen selectinas o integrinas expresadas en la superficie de células sanguíneas para que estas atraviesen el endotelio. La interacción es entonces heterofílica. ▪ V-CAM: Molécula de adhesión de las células vasculares. Se encuentra en células endoteliales, en macrófagos y muchas células del sistema inmunológico. Se une a integrinas, la interacción es heterofílica. ▪ N-CAM: Molécula de adhesión de las células nerviosas. Se encuentran en neuronas, intervienen en la organización del sistema nervioso. Se unen por interacción hemofílica. III) Miembros de la superfamilia de las integrinas: Las integrinas son la principal clase de moléculas CAM que median la adhesión entre las células y la matriz y las adhesiones célula-célula. Presentan sitios de unión para la mayoría de las proteínas de la MEC: colágeno, fibrinógeno y laminina. Median uniones heterofílicas que dependen de calcio o magnesio. Las células se adosan a la Matriz Extracelular (MEC) subyacente a través de dos tipos de uniones dependientes de integrinas: En el tejido conectivo, por medio del contacto focal, en el que interviene una integrina, cuyo dominio citosólico se une a una fibra de actina del citoesqueleto a través de proteínas ligadoras y cuyo dominio extracelular se une con una fibra de colágeno a través de la fibronectina de la matriz extracelular. En el tejido epitelial, por medio de los hemidesmosomas en los que la integrina, por medio de su dominio citosólico se une a través de proteínas ligadoras, que forman una placa discoidal, a los filamentos intermedios de queratina, y por su dominio externo, se conecta con las fibras colágenas tipo IV de la lámina basal , por medio de la laminina (figura 4). Figura 4. Integrinas  Las uniones entre las células y la matriz, que contienen integrinas, se encuentran en células muy móviles y poco adhesivas, como los queratinocitos cutáneos, y en células inmóviles muy adhesivas, como los epitelios. Hay integrinas que sólo se expresan en los leucocitos y median interacciones intercelulares, en lugar de relaciones entre las células y la matriz. Como vimos participan en la fijación de los leucocitos a moléculas de la familia de las inmunoglobulinas, en la superficie de las células endoteliales. “Mientras que las integrinas de muchas células están siempre en un estado competente adhesivo, las integrinas de las células sanguíneas tienen que ser activadas antes de mediar la adhesión celular. Esto les permite circular libremente hasta que sean activadas por un estímulo adecuado. Por ejemplo las plaquetas son activadas por el contacto con un vaso sanguíneo dañado, lo que activa a su vez vías de señalización intracelular, que activan una integrina en la membrana de las plaquetas, alterando su conformación, para que pueda unirse al fibrinógeno estimulando la formación del coágulo sanguíneo.” A demás de sus funciones en la adherencia, las integrinas actúan en la transducción de señales activando el sistema de segundo mensajero para activar ciclo celular, diferenciación, reorganización del citoesqueleto, regulación de la expresión de genes o apoptosis. IV) Cadherinas: Son moléculas de adhesión hemofílicas dependientes de Ca++ que participan en las uniones celulares estructurales. Podemos encontrar desmosomas y cinturón en banda. DIAPÉDESIS Es un proceso fisiológico que nos permite comprender como participan estos tres tipos de moléculas CAM en forma coordinada en un tipo de respuesta inmunológica. Cuando sucede una infección, los leucocitos deben desplazarse desde el torrente sanguíneo hacia los tejidos. En ese sentido, es muy importante su extravasación (Diapédesis) que requiere la formación y ruptura sucesiva de contactos intercelulares entre estas células sanguíneas y las células endoteliales. En las células endoteliales normales la selectina P se localiza en vesículas intracelulares y no se expresan en la membrana plasmática. Cuando estas células son activadas por señales liberadas por otras células circundantes de la zona de infección, la expresan en su membrana. En consecuencia, los leucocitos cercanos se adhieren débilmente a través de los oligosacáridos a las selectinas del endotelio, disminuyendo su velocidad de desplazamiento, como si rodaran sobre el mismo (rodamiento, rolling). Para que tenga lugar una adhesión firme entre las células endoteliales activadas y los leucocitos es necesario que sobre la superficie de éstos se expresen integrinas (por acción de factores liberados por el endotelio activado) las cuales se fijan a moléculas de la superfamilia de las inmunoglobulinas expresadas constitutivamente sobre la superficie endotelial.  Esta unión firme permite a los leucocitos atravesar la pared de los capilares (diapédesis) y entrar al tejido lesionado (figura 5) Figura 5. Diapédesis Factores de que afectan la adhesión celular La adhesión firme a la matriz extracelular impide la migración celular. En ciertos casos células inmóviles deben transformase rápidamente en móviles. Por ej. Una herida cutánea se cierra por la migración rápida de los queratinocitos circundantes hacia la zona lesionada, esta transición requiere la desunión de las células de la matriz extracelular. Las desintegrinas son moléculas que al unirse a las integrinas inhiben la fijación de las células con los componentes de la matriz, por competencia con el sitio. Las desintegrinas presentes en los venenos de serpientes, al interferir en la agregación plaquetaria, son en parte responsables de las propiedades anticoagulantes de los venenos. Otros factores de desunión contienen proteasas, como el fibrinógeno y las metaloproteasas, que degradan los componentes de la matriz. permitiendo la migración celular. Papel de la adherencia celular en la metástasis En el cáncer, las células escapan de los mecanismos normales del control del crecimiento y proliferación.  Los tumores malignos desprenden células capaces de salir de la masa tumoral primaria, penetrar en la corriente sanguínea por los conductos linfáticos e iniciar el crecimiento de tumores secundarios en otras partes del cuerpo. Esta propagación del tumor se llama metástasis. Las células metastásicas poseen propiedades especiales en la superficie celular ya que deben ser menos adherentes que otras células para poder liberarse de la masa tumoral, atravesar paredes vasculares o la membrana basal de los tejidos y ser capaces de formar colonias secundarias. La presencia de receptores capaces de unirse a laminina se correlaciona con la conducta metastásica del cáncer mamario y de las células de los melanomas; ya que estos receptores ayudan a las células cancerosas a penetrar membranas basales ricas en lamininas. Por el contrario, las células malignas contienen un pequeño número de integrinas, que se unen a fibronectinas, lo que aumenta la capacidad para desplazarse sobre la matriz extracelular. La pérdida progresiva de cadherina E de la superficie de las células cancerosas aumenta el nivel de malignidad de estas al favorecer su dispersión. Uniones estables entre células ❖ Unión oclusiva (unión estrecha o zónula occludens) ❖ Cinturón adhesivo (desmosoma en banda) ❖ Desmosoma (desmosoma puntual) ❖ Unión comunicante (nexus o unión en hendidura). Ultraestructura, composición química y función de cada una de ellas. Ejemplos de tejidos u órganos en los que se encuentran las uniones mencionadas. Como ejemplo, se pueden identificar las moléculas previamente referidas, en la estructura y función de tres tipos de complejos de unión entre células en los tejidos epiteliales: zónula occludens, zónula adherens y desmosomas (figura 6) Figura 6: Uniones estables célula-célula y célula-matriz  La zónula occludens, también conocida como unión estrecha o hermética, se ubica en la región luminal de las células epiteliales y forma una barrera que impide el paso de sustancias entre las células, destacando su importancia en epitelios de transporte como el intestino delgado. Está compuesta por proteínas como claudinas, ocludina y JAM, que forman cordones oclusivos de los espacios intercelulares. La zónula adherens, cinturón adhesivo ó desmosoma en banda, se sitúa debajo de la zónula occludens y está relacionada con la adhesión celular mediante moléculas de cadherina, que se unen al citoesqueleto de actina a través de la vinculina. Estas uniones son fundamentales para mantener la integridad estructural de los tejidos epiteliales y en la división de las membranas celulares en dominios apical y basolateral. Por último, los desmosomas, (desmosoma puntual), son estructuras focales con forma de placa, que se distribuyen en la superficie celular y son comunes en tejidos expuestos a fuerzas mecánicas, como la epidermis y el intestino. Están formados por proteínas como placoglobina, desmoplaquina y cadherinas, que anclan filamentos intermedios de queratina y contribuyen a la resistencia a la tracción de los tejidos (foto 2) Los Nexus o uniones comunicantes son canales que comunican los citoplasmas de células epiteliales adyacente. Cada canal está compuesto por conexones. La pared del conexón se forma por asociación de 6 proteínas transmembranosas llamadas conexinas, que están presentes en ambas células y al unirse forman el canal. Foto 2. Microscopía uniones en membrana plasmática (autor: Antonio Pelaez) Comunicaciones intercelulares Una de las grandes diferencias entre organismos unicelulares y pluricelulares es que, en los primeros, cada célula es un organismo independiente que compite con el resto por los factores vitales. En los organismos pluricelulares, las células cooperan entre sí con un objetivo común: la supervivencia del individuo del cual forman parte. Si partimos de un huevo o cigoto vemos que todo el camino que se recorre hasta llegar al organismo pluricelular está dado en respuesta a señales que reciben las células. Aún más, una vez formado y hasta su muerte, todas las acciones de ese organismo dependen de la comunicación entre sus células. Estas necesitan comunicarse entre sí para poder regular el desarrollo y organización tisular, para controlar el crecimiento y la coordinación de sus funciones. Para esto, las células deben poseer un sistema de generación y transmisión de señales, y de recepción, traducción y elaboración de una respuesta a dicha señal. Así podemos encontrar: - Células señal o efectoras: son las encargadas de la generación y transmisión de la señal - Células blanco o receptoras: son responsables de la recepción y respuesta a dicha señal Entonces, podemos separar la comunicación celular en dos fases: o Generación y transmisión de la señal o Recepción y respuesta a la señal o Generación y transmisión de las señales Las señales son moléculas químicas que sintetizan las células. Una vez generada la señal, el mensaje contenido puede ser transmitido de distintas maneras: ✓ Comunicación intercelular directa ✓ Comunicación por moléculas unidas a la membrana plasmática ✓ Comunicación por moléculas secretadas: autocrina, paracrina, endocrina Comunicación intercelular directa Las moléculas señal como hormonas y segundos mensajeros como el AMPc y el IP3, pueden moverse a través de uniones en hendidura o nexus. La mayoría de las células en el adulto están comunicadas por este tipo de unión, pero en algunas la transmisión del mensaje resulta más evidente (figura 7) Figura 7. Uniones Nexus  Comunicación por moléculas unidas a la membrana plasmática de la célula efectora Este tipo de comunicación tiene mucho que ver con el reconocimiento y adhesión celular, y con el control de la proliferación y supervivencia celular, necesarios para la formación y mantenimiento de los tejidos (figura 8) Por ejemplo: Las selectinas, integrinas y proteínas CAM del tipo de las inmunoglobulinas actúan en conjunto para que los glóbulos blancos de la sangre puedan salir de la circulación hacia el tejido infectado o lesionado. Una selectina P, en las células del endotelio capilar es el primer “aviso” para que el leucocito deje la circulación y pase al tejido. Figura 8: Comunicación por moléculas unidas a la membrana Comunicación por moléculas secretadas Las células pueden comunicarse entre sí sin estar en contacto directo utilizando diferentes moléculas que funcionan como señales químicas entre la célula que la produce y la célula diana. Las moléculas señales, también denominadas “ligandos”, pueden actuar de tres formas diferentes en las comunicaciones por moléculas secretadas (figura 9): ❖ Autocrina: la molécula señal actúa sobre receptores ubicados en la membrana de la célula que la produjo. Este mecanismo permite la autorregulación de las funciones celulares. ❖ Paracrina: la molécula señal es liberada al líquido intersticial y difunde a células vecinas, modificando su función. ❖ Endocrina: la molécula señal, en este caso denominada hormona, llega al torrente sanguíneo para así alcanzar células alejadas del sitio de producción.  Figura 9. Mecanismos de comunicación celular (autocrino, paracrino) La selectividad está dada por la presencia de receptores específicos para estas moléculas en la célula blanco. Si las células son neuronas que vierten su neurotransmisor a la sangre se llama mecanismo neuroendócrino. En la señalización autócrina y parácrina, para que la molécula señal tenga efecto local, su difusión debe estar restringida, ya sea porque es rápidamente incluida al interior celular por endocitosis, degradada por enzimas extracelulares o porque queda atrapada por la matriz extracelular. Un ejemplo típico de señalización parácrina ocurre a nivel de la unión neuromuscular al liberarse acetilcolina del terminal axónico que interactúa con el receptor nicotínico de la fibra muscular. La acetilcolina libre de la hendidura sináptica es rápidamente degradada por la acetilcolinesterasa. Receptores Celulares Estructuralmente son proteínas, algunos con unión a lípidos (lipoproteínas), que produce directa o indirectamente, una interacción con un ligando, lo que conlleva a la activación de moléculas efectoras del medio intracelular responsables de iniciar una respuesta. Este mecanismo, se lleva a cabo siguiendo algunos pasos a detallar: Paso 1: Reconocimiento de un ligando con su receptor. Paso 2: Transducción del mensaje extracelular en una señal intracelular o un segundo mensajero. La consecuencia final es la generación de un segundo mensajero o la activación de una cascada catalítica de señalización intracelular.  Paso 3: Transmisión de la señal del segundo mensajero al efector apropiado, que puede ser una enzima, un factor de transcripción, un canal iónico, etc. Paso 4: Modulación del efector: las cascadas de señalización, en general, activan proteínas cinasas (enzimas que transfieren grupos fosfato a diferentes residuos de las proteínas) y/o fosfatasas (enzimas que desfosforilan proteínas), alterando la actividad de sus sustratos. Paso 5: Respuesta de la célula al estímulo original. La respuesta final dependerá de la integración y sumación de múltiples señales intracelulares que están activas o inactivas en el mismo momento. Paso 6: Terminación de la respuesta por mecanismos de control en alguno de los niveles de la vía de señalización. Los receptores pueden dividirse en 4 categorías de acuerdo con su ubicación y al mecanismo de transducción de señales que tienen asociado: Canales iónicos activados por ligandos Los canales iónicos son poros presentes en la membrana celular que permiten el paso de iones a través de la membrana celular lipídica impermeable. El flujo de calcio, potasio y sodio es muy importante en muchos procesos celulares, como la contracción muscular en el corazón, la liberación de insulina pancreática, la transmisión de impulsos en el sistema nervioso, como el dolor, y la activación de linfocitos T. A diferencia de los receptores asociados a proteína G, los canales iónicos facilitan el flujo iónico pasivo hacia el equilibrio, dependiendo de las diferencias de concentración de iones a través de la membrana, así como el potencial de membrana (es decir, la diferencia de potenciales eléctricos entre el interior y el exterior) La presencia de mutaciones en los genes de los canales iónicos puede alterar el flujo de iones y el equilibrio electroquímico. Las anomalías en los canales iónicos se han asociado con diversos trastornos como epilepsia, ataxia, diabetes mellitus, arritmias cardíacas y cáncer. Es por eso que los canales iónicos cada vez son más importantes en el proceso de descubrimiento de fármacos (figura 10) Figura 10. Canales iónicos Receptores asociados a proteína G: (Tema a desarrollar en clases teóricas) Receptores catalíticos Estas proteínas integrales de membrana son activadas por la unión de su ligando y son enzimas o parte de complejos enzimáticos. Muchas hormonas y factores de crecimiento se unen a receptores de la membrana plasmática que tienen actividad enzimática en el lado citoplásmico. Receptores intracelulares Son receptores proteicos localizados en el citosol o el núcleo, capaces de relacionar señales extracelulares con la transcripción génica. Las hormonas tiroideas y esteroideas, como el cortisol, las hormonas sexuales y la vitamina D atraviesan la membrana plasmática e interactúan con sus receptores intracelulares que funcionan como factores de transcripción activados por ligando, y estimulan o reprimen la transcripción de determinados genes (figura 11) Figura 11. Receptores intracelulares ACTIVIDADES PRÁCTICAS ACTIVIDAD Nº 1 La función más importante de los neutrófilos y macrófagos (monocitos que pasan de la sangre a los tejidos) es la fagocitosis. Al acercarse a la bacteria que van a fagocitar, primero se unen a ella mediante receptores y luego proyectan seudópodos en todas direcciones alrededor de la misma. Los seudópodos se fusionan entre sí, formando una vesícula que se desprende de la membrana plasmática. Luego, en el citosol, se fusionará con lisosomas que vierten sus enzimas hidrolíticas y sustancias bactericidas parapara destruir a la bacteria:  a) Identifique en el texto precedente, acciones en las que son necesarias la asimetría o la fluidez de las membranas celulares. b) Indique de qué componentes de la membrana dependen la fluidez y la asimetría. Explique en cada caso c) Mencione otros procesos en los que sean necesarias la fluidez y la asimetría de las membranas. ACTIVIDAD Nº 2: Un jardinero, retiró rápidamente su mano al sentir el pinchazo de una espina. La rápida reacción muscular que sigue a la sensación de dolor pone de manifiesto la íntima relación entre el sistema nervioso y el sistema muscular. A nivel celular, es en la unión neuromuscular el sitio donde una neurona motora pasa el mensaje a la célula muscular para que se produzca el movimiento. Observe la figura y lea las referencias  Referencias: 1- La llegada de un potencial de acción a la terminal de la neurona motora, induce la apertura de los canales de calcio. 2- El aumento de calcio citosólico promueve la liberación de acetilcolina, la que induce la apertura de canales de sodio. 3- La entrada de sodio produce una despolarización localizada de la membrana que induce la apertura de otros canales de sodio. 4- Cuando la despolarización alcanza los túbulos T del retículo sarcoplasmático, induce la apertura de los canales de calcio. El incremento de calcio citosólico produce la contracción muscular. a) Identifique los mecanismos de transporte que se observan en el esquema, colocando los números del esquema en la línea de puntos correspondiente: Permeasas de cotransporte: …..………………………………………………………….. Permeasas de contratransporte: …………………………………………………………. Canales dependientes de voltaje: ………………………………………………………… Bomba de Ca2+: ……………………………………………………................................. Canales dependientes de ligando:……………………………………………………….. b) Señale con una cruz las características propias de los canales iónicos: Son túneles hidrofílicos. Están formados por proteínas periféricas. Existen sólo en algunos tipos celulares. Son selectivos. Existen en la membrana plasmática y en la de los organoides.  d) Normalmente, las moléculas de acetilcolina se disocian del receptor y son hidrolizadas en la hendidura sináptica por la enzima acetilcolinesterasa. El jardinero preocupado en combatir una plaga de insectos en su jardín utilizó malatión, un compuesto fosforado que se usa como plaguicida y actúa inhibiendo la acetilcolinesterasa. Éste le provocó una severa intoxicación, causándole el deceso. - Deduzca… ¿Por qué estos plaguicidas pueden provocar la muerte? - Explique por qué el calcio entra en la neurona, en vez de salir, al abrirse el canal 1 y cómo la célula lo saca nuevamente para restablecer la concentración inicial. ACTIVIDAD 3: Luego de una comida abundante, rica en hidratos de carbono, la glucosa liberada en la luz intestinal ingresa (I) a los enterocitos. De éstos pasa a la sangre (II) y se almacena en los hepatocitos (III) como glucógeno. Después de varias horas de ayuno, los hepatocitos degradan el glucógeno y la glucosa pasa a la sangre (IV) otra vez para cubrir las necesidades de otras células. a) Marque con flechas en el esquema el recorrido de la glucosa.  b) Escriba el mecanismo de transporte que utiliza la glucosa en los siguientes pasos. Compare estos dos mecanismos y explique por qué para ingresar al enterocito la glucosa debe acoplarse al sodio c) Escriba el mecanismo de transporte que utiliza la glucosa para ingresar o salir del hepatocito. ¿De qué depende la dirección del flujo de glucosa? ACTIVIDAD N° 4: a) En base a las imágenes, deduzca cuáles serían, en los ejemplos, las consecuencias de la alteración del funcionamiento de dichos transportadores de membrana: I. El Verapamil es un medicamento utilizado para la peofilaxis y tratamiento de la angina de pecho, incluida la forma vasoespástica (variante de Prinzmetal) y la angina inestable, y tratamiento de la hipertensión arterial, entre otras indicaciones. Su mecanismo de acción consiste en bloquear canales de calcio tipo L. En base a lo referido, observe la imagen que se agrega a continuación y reflexiones el por qué esta sustancia puede ser usada como cardiotónico.  CARDIOCITO II. Las proteínas de transporte sodio-glucosa, también llamadas cotransportadores sodio-glucosa o SGLT por su nombre en inglés (sodium- glucose linked transporter), son una familia de transportadores de glucosa que se encuentran en la mucosa del intestino delgado y en las células del túbulo proximal de las nefronas en el riñón. ¿Si se inhiben estos receptores, tanto a nivel del enterocito como a nivel renal… ¿qué sucedería con la glucemia?  III. El Lanzoprazol es una droga que disminuye la secreción de ácido clorhídrico por las células del estómago. Indique cuál es el mecanismo por el cual esta droga ejerce su efecto. CÉLULA PARIETAL GÁSTRICA ACTIVIDAD Nº 5 Los neutrófilos son células sanguíneas encargadas de la primera respuesta a la infección. Para ello deben salir del torrente sanguíneo atravesando la pared de los vasos, llegar al tejido afectado e interactuar con otras células del sistema inmune. I) Durante esta travesía los glóbulos blancos experimentan uniones transitorias con las células endoteliales de los capilares sanguíneos. a) ¿Qué células del sistema inmune activan al endotelio para iniciar el proceso? b) ¿Cuál es la respuesta del endotelio a la activación indicada en (a)? c) Observe atentamente en el esquema las interacciones que ocurren entre el endotelio y el leucocito. Reconozca e indique: Cómo se denominan las moléculas que median este tipo de uniones. Indique su composición química y función Cuáles son las moléculas que intervienen en la adhesión débil y en la adhesión firme entre el endotelio y el leucocito. Explique las consecuencias de cada una de estas interacciones d) Para llegar al sitio de infección los neutrófilos deben migrar por el tejido conectivo. Indique cómo se fijan a la matriz extracelular para avanzar. II) Durante el proceso esquematizado ocurren fenómenos de comunicación celular. Complete el siguiente cuadro con ejemplos que identifique en el mismo: Tipo de comunicación Células implicadas Nexus Por moléculas unidas a la membrana Por moléculas secretadas ACTIVIDAD Nº 6: “Florencia pronto cumplirá 13 años, y ya comenzó a sentir cambios en su cuerpo.” Estos se deben a que sus hormonas hipofisiarias (LH y FSH) comenzaron a estimular sus ovarios para que produzcan otras hormonas (estrógenos y progesterona), que actuando en conjunto regularán sus ciclos menstruales. Las siguientes imágenes representan los mecanismos de acción por los cuales actúan estas hormonas. Obsérvelas atentamente A- B- - Indique colocando la letra correspondiente a cada esquema sobre la línea de puntos, a qué tipo de receptores se unen las hormonas. Recuerde que la naturaleza química de las hormonas hipofisarias es peptídica y de las ováricas es esteroidea: Estrógenos:............... Progesterona:.......... FSH:.................................. LH:……………………....... Bibliografía: ▪ De Robertis Biología Celular y Molecular. - De Robertis h - Hib – 16º Edición (2012) – Editorial Promed. ▪ Clases Teóricas. ▪ Actualización en temas teóricos en Biología para Médicos (2019) Relaciones estructurales y funcionales entre las células - Comunicación Intercelular (Publicación del Dpto. Biomédico Or. Biología) ▪ Temas de Biofísica, Mario Parisi. McGraw Hill Interamaericana Editores. Cuarta Edición 2004. ▪ Sistemas Integrados Sandra K. Leeper- Woodford. Linda R Adkison. Wolkers Kluber 2016 Publicaciones consultadas: ▪ Campos Muñiz, C.; Fernández Perrino, F.J. Evolution ofthe Concepts of Architecture andSupramolecular Dynamics of thePlasma Membrane. Membranes 2023,13, 547. ▪ Valencia-Expósito A, Gómez-Lamarca MJ, Widmann TJ and Martín-Bermudo MDD (2022) Integrins Cooperate With the EGFR/Ras Pathway to Preserve Epithelia Survival and Architecture in Development and Oncogenesis. Front. Cell Dev. Biol. 10:892691. ▪ Renard, K.; Byrne, B. Insights into the Role of Membrane Lipids in the Structure, Function and Regulation of Integral Membrane Proteins. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 9026