Biología celular

Células. Citología. Microscopio electrónico. Membrana plasmática. Núcleo interfásico. Cromosomas metafásicos. Retículo endoplasmático

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BIOLOGÍA CELULAR:

TEMA 1:

INTRODUCCIÓN: La teoría celular- Células procarióticas y células eucarióticas- Estructura general de las células eucarióticas- Medidas utilizadas en Biología Celular- Instrumentos y técnicas de estudio de las células: microscopía óptica, microscopía electrónica y fraccionamiento celular.

Las células del organismo se originan a partir de una sola (cigoto). Las diferencias que existen entre las células de dicho organismo se consiguen mediante diferencias en la expresión genética.

1.4. MEDIDAS UTILIZADAS EN BIOLOGÍA CELULAR.

Puesto que las células son pequeñas para poder hablar de sus diferencias son necesarias unas unidades específicas.

  • UNIDADES DE LONGITUD:

m (micra o micrómetro) !es 10 -3 mm (milésima parte del milímetro)

nm (nanómetro) !10 -6 mm

Ä (Ängstrom) ! 10 -7 mm

  • UNIDADES DE PESO:

mg (miligramo) ! 10 -3 g

g (microgramo) ! 10 -6 g d (dalton) ! peso de un átomo de hidrógeno

ng (nanogramo) ! 10 -9 g Ej: H2O !18 d

pg (picogramo) ! 10 -12 g Kd (kilodalton)! 10 -3 d. Ej: Hemoglobina:64'5 Kd

1.5. INSTRUMENTOS Y TÉCINCAS PARA EL ESTUDIO DE LAS CÉLULAS.

Al ser las células muy pequeñas y notablemente complejas. Su estudio siempre depende de una serie de herramientas que se han desarrollado en tiempos relativamente recientes.

Los microscopios sirven para el estudio de la célula en su conjunto.

  • Microscopio óptico.

Es un microscopio de luz transmitida (atraviesa la muestra) y se observa en campo claro. Consta de los siguientes elementos.

En primer lugar hay una fuente de iluminación en la parte inferior del microscopio, en su esqueleto (estativo). La luz pasa a través de un condensador, formado por una o más lentes, que centra la luz condensando la iluminación. Por encima está la platina portapiezas con un agujero en el centro a través del cual pasa la luz. La platina se puede desplazar con una serie de mandos.

Sobre la platina se dispone la muestra en una lámina denominada portaobjetos.

Después la luz pasa por el objetivo, el ocular y llega al ojo. El microscopio tiene una limitación fundamental que recibe el nombre de límite de resolución: es la distancia mínima a la cual dos puntos u objetos se pueden observar separados. Se ajusta a la siguiente ecuación:

L · r = 0'61  / AN : longitud de onda

AN: apertura numérica. Característica del objetivo que se está empleando. AN= N · sen 

N: índice de refracción entre la muestra y el objetivo.

Los mejores objetivos que existen en la actualidad tienen un ángulo =70º, sen 70º=0'94. El objetivo puede tener como máximo una apertura numérica de 1'4 en el medio ACEITE. La luz empleada es la luz visible y su longitud de onda está entre 0'4-0'7 m.

0'4 zona del violeta 0'7 rojo lejano

L · r= 0'61 ·0'4 /1'4 = 0'2 m !límite de resolución

Teórico del microscopio óptico

Podemos ver partículas que tengan como diámetro 0'2 m o más, pero esto en la práctica es imposible.

El L · r real del microscopio óptico es de 0'5 m, y ese tamaño lo tiene una bacteria (procariota) o una mitocondria (orgánulo de eucariota). Son las estructuras más pequeñas que se pueden observar.

En la mayoría de los organismos las células forman tejidos y órganos (pluricelulares) y no pueden observarse directamente, sino que deben sufrir un tratamiento hasta poder observarlos al microscopio !PROCESO DE FIJACIÓN.

Durante este proceso se inmoviliza a las células matándolas pero preservándolas y la sustancia utilizada es el fijador.

En términos químicos la fijación consiste en establecer puentes entre las diferentes macromoléculas que constituyen la célula, de forma que quedan situadas fijas en su posición original.

Por otra parte el fijador prepara a las células para la tinción (hace permeable a las células a los colorantes).

Hay que realizar rebanadas finas para poder observar los tejidos y órganos al microscopio. Se utilizan los microtomos. Existen diversos tipos, pero el más corriente es el microtomo de rotación.

En el brazo que sube y baja tenemos el tejido que queremos cortar, y para ello hay una manivela.

Cada vuelta de la manivela, el brazo se mueve un número determinado de m. Abajo hay una cuchilla que puede ser de acero, vidrio e incluso de diamante y el material depende del grosor de la sección que queramos obtener. Cada vez que el brazo baja se corta una sección que se dispone en el portaobjetos.

El grosor de las secciones para microscopía óptica es de 1-10 m. Para microscopía electrónica las secciones tienen un grosor siempre por debajo de 0'1 m.

Los tejidos y órganos son estructuras muy frágiles y no pueden cortarse directamente con el microtomo (son blandos). Antes hay que realizar el proceso de INCLUSIÓN.

La inclusión consiste en sumergir los tejidos y órganos en una sustancia que se denomina medio de inclusión que cuando está en forma líquida penetra en el interior de un tejido. Ese medio de inclusión se puede volver sólido y al volverse sólido se obtiene un bloque duro y rígido que se puede cortar en el microtomo.

Existen dos tipos principales de medios de inclusión:

  • Las parafinas que a una temperatura mayor a 55-60ºc son líquidas, y a Tª ambiente son sólidas.

  • Las resinas sintéticas, que a Tª ambiente son líquidas y a más de 70ºC se lleva a cabo un proceso de polimeriazación irreversible de forma que el bloque es imposible que vuelva a disolverse.

Hay un método alternativo a la INCLUSIÓN. La pieza puede volverse dura mediante la congelación, q2ue normalmente se realiza en nitrógeno líquido que está a temperatura baja o a nieve carbónica, es decir, Tª de -70ºC.

El seccionamiento de la pieza congelada se lleva a cabo en un microtomo con una cámara fría de -20ºC que recibe el nombre de microtomo criostático o criostato.

Cuando observamos una sección con el microscopio de campo claro no vemos prácticamente nada, pues las células suelen ser invisibles y hay que llevar a cabo el proceso de tinción, para el que se utilizan una serie de colorantes orgánicos. Cada colorante se une a un componente específico de la célula. El más utilizado es la hematoxilina que es de color azulado y se une a moléculas con carga negativa y pone de manifiesto la distribución del ADN, ARN y proteínas ácidas de la célula, ya que tiñe mucho y además, regiones como ribosomas abundantes.

Para marcar las muestras se pueden utilizar sustancias fluorescentes que se caracterizan porque absorben luz de una determinada longitud de onda y posteriormente emiten otra luz de longitud de onda más grande, y por lo tanto, una luz de menor energía. Por lo tanto, si iluminamos una muestra con fluorescente con una luz de longitud de onda a la que absorbe y lo visualizamos con unos filtros que sólo deja pasar la luz de longitud de onda resultante, lo que da lugar a fluorescente sobre azul.

En el microscopio de fluorescencia la fuente de luz es una lámpara de mercurio sometida a mucha presión, localizada en un lateral del microscopio. Esta luz es cribada por una serie de filtros.

  • Filtro de corte: deja pasar la luz de una determinada longitud de onda. Esa luz (banda de 10 nm) llega a un espejo constituido por una serie de ranuras ordenadas (espejo dicónico), el cual tiene un valor. Por ejemplo, posee un valor de 510 nm, y hace que la luz de longitud de onda menor a 510 nm la refleja, y la de longitud de onda mayor la atraviesa y pasa a un segundo filtro.

  • Segundo filtro de corte: Elimina las señales de fluorescencia, aunque deja también pasar la luz de una determinada longitud de onda.

  • La microscopía puede utilizar diferentes tipos de colorantes:

  • Fluorescina: Absorbe luz de color azul (=485 nm) y refleja una luz de =520 nm o superior, la cual es de color verdoso-amarillento.

  • Rodamina: Absorbe luz verde de =546 nm y emite por encima de 590 nm, luz roja.

  • DAPI: Absorbe =365 nm (ultravioleta) y emite luz de 420 nm o más. Esa luz es de color azul.

  • Para diferenciar cada colorante hay que utilizar una serie de filtros especiales.

    Gracias a este tipo de microscopía, se pueden observar varias estructuras en tres tejidos diferentes.

    Para llevar a cabo ciertos estudios hay que hacerlo en células vivas. Para ello hay que utilizar microscopios con sistemas ópticos especiales.

    ****ITI

    TIPOS DE MICROSCOPÍA:

    • De contraste de fases.

    • De contraste interdiferencial de Nomarski.

    Existe otra técnica que es la microscopía de campo oscuro que permite estudiar células vivas y la base de este tipo es iluminar la muestra desde los laterales y sólo la luz reflejada es la que se utiliza. Con este tipo de microscopía de campo oscuro, la célula aparece brillante sobre un fondo azul.

    Otras variantes de microscopía óptica desarrollada gracias al avance de los programas de procesamiento de imágenes:

    • Microscopía confocal. Es una variante de la microscopía de fluorescencia. Con este tipo se realizan secciones ópticas sin tener que cortar la muestra.

    • Microscopía para estudiar microtúbulos: Microscopía de contraste interdiferencial intensificado por vídeo. Los microtúbulos tienen un diámetro de 0'025 m.

    MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA:

    La fórmula L · r = 0'6  /AN sirve también para la microscopía electrónica, pero se utiliza un haz de electrones como fuente luminosa, por lo que el índice de resolución es más pequeño que con el óptico. Los electrones tienen una  que depende inversamente de su velocidad (a menor longitud de onda, mayor velocidad).

    Para que funcione, el microscopio necesita vacío para que los electrones tengan velocidad y longitud de onda. La velocidad depende del voltaje del microscopio.

    • Por ejemplo:

    Voltaje: 100.000 voltios = 0'004 nm

    El límite de resolución sería 0'002 nm.

    L · r = 0'6 ·  / AN

    Utiliza lentes electromagnéticas porque tienen más defectos que las del microscopio óptico. Por lo tanto, en la realidad la resolución del microscopio electrónico es de 2 nm.

  • Microscopio electrónico de transmisión: Semejante a un microscopio óptico. Aunque es más grande y está invertido, pero tiene los mismos elementos. La fuente de electrones que está situada arribe se denomina filamento o cátodo. Los electrones procedentes son acelerados por un ánodo que está en las cercanías del cátodo.

  • Los electrones atraviesan el ánodo y pasan por una lente electromagnética que hace de condensador y por debajo de este se sitúa la muestra. Los electrones atraviesan la muestra y paran a modo de objetivo. Posteriormente llegan a otra lente que actúa como ocular y finalmente los electrones llegan del todo del microscopio, la cual se puede quitar de la zona de paso de los electrones, entonces los electrones pasan a unas cámaras donde hay unas placas de aproximadamente 10 cm de lado, donde obtenemos un negativo que se puede procesar en un ampliador.

  • *mirar dibujo.

    En el contraste de la muestra no se utilizan los mismos colorantes que en la microscopía óptica y las secciones son muy finas (el grosor adecuado oscila entre 50-100 nm). Se utiliza un microtomo especial que utiliza cuchillas de vidrio, sobre las que se monta una estructura que es una “balsa” donde se deposita agua. Al bajar el brazo de ultramicrotomo que contienen la muestra, Los cortes quedan flotando en esa balsa, los cuales hay que cogerlos con una especie de red (rejilla, de 3 mm de diámetro).

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    MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE TRANSMISIÓN.

    Lo podemos equiparar al microscopio óptico (tiene prácticamente sus mismos componentes), pero es mucho más grande y está invertido. La fuente de electrones que está situada arribe, recibe el nombre de filamento o cátodo. Los electrones son acelerados por un ánodo que se encuentra en las cercanías del cátodo. El ánodo es como un anillo y es atravesado por los electrones. Después pasan por una lente electromagnética que hace la función de condensador. Debajo se sitúa la muestra que es atravesada por los electrones. La luz pasa a través de otra lente electromagnética que funciona a modo de objetivo. Los electrones llegan a otra lente que actúa como ocular y finalmente llegan a una pantalla situada abajo que es fluorescente. Esta pantalla se puede quitar y entonces llegan a otro compartimento (cámaras fotográficas) que tiene placas que actúan como los negativos.

    El contraste de las muestras no se lleva a cabo con los mismos colorantes y las secciones son muy finas (entre 50-100 nm). Se utiliza un microtomo especial con cuchillas de vidrio en forma de triángulo sobre las que se monta una estructura que es como una balsa con agua y al bajar el microtomo los cortes queda flotando en ella. Los cortes se pescan con una red (rejilla) de 3 mm de diámetro.

    Los electrones tienen poco poder de penetración, no son capaces de atravesar secciones muy gordas, por eso son de 50-100 nm.

    La FIJACIÓN de las muestras es doble (es específica para microscopía electrónica).

    • La primera solución fijadora es Glutaraldeido al 3% ! tampón fosfato. El ph " 7'4 y la concentración es fisiológica 0'1M.

    • La segunda fijación (postfijación) se lleva a cabo con tetraóxido de osmio (Os O4) que inmoviliza a los lípidos aunque también en un cierto grado a las proteínas.

    En el caso concreto de la microscopía de transmisión el contraste se lleva a cabo con soluciones de determinados metales pesados. Por ejemplo: Acetato de Uranilo.

    Aparecen tonos grises de diferente intensidad. Con este tipo de microscopio se pueden alcanzar 100.000 aumentos.

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    MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO.

    Se emplean los electrones que son reflejados por la muestra. Primero pasan por una lente electromagnética que funciona más o menos como el condensador del microscopio óptico. A continuación tenemos otra lente que es el deflector y después otra que actúa como objetivo. Luego hay un cilindro de latón o de cobre donde está la muestra y al llegar los electrones a la misma chocan sobre su superficie y se reflejan.

    El deflector controla el barrido del haz de electrones. En las cercanías de la muestra hay una estructura que se denomina detector, que lleva la señal a una pantalla de televisión y podemos ver en ella la superficie de la muestra. A la pantalla le podemos hacer fotos.

    El proceso que sufren las muestras es el siguiente:

  • Fijación igual que en el M.E.T.

  • Secado de la muestra en un aparato de punta crítico y queda completamente seca.

  • Sombreado con un metal, normalmente oro.

  • El L · r del M.C.B. es de 10 nm mayor del M.E.T. Por lo tanto, los aumentos que se consiguen son menores aproximadamente 20.000 veces.

    TECNICAS ESPECIALES PARA MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA (PARA M.E.B.)

    • Técnica del sombreado metálico: El MET se puede utilizar para estudiar la superficie de una muestra a grandes aumentos.

    La muestra se coloca sobre un soporte y se evapora un metal pesado sobre la misma desde un lateral. El metal se deposita sobre la muestra con un cierto ángulo y la muestra queda cubierta de forma irregular. Después se evapora sobre ella una película de carbono que es transparente y que refuerza la muestra. Queda una capa que es la réplica de la superficie de la muestra y eliminamos la muestra con un disolvente.

    Cogemos la réplica y la situamos sobre la rejilla (en la que antes hemos depositado una película de material transparente a los electrones de carbono).

    Ahora ya podemos observarla en el MET. Podemos observar estructuras tan pequeñas como macromoléculas. Por ejemplo: miosina.

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    MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE CRIOFRACTURA:

    Partimos de una célula y congelamos la muestra con nitrógeno líquido a -200ºC. Utilizamos una cuchilla para fracturar el bloque de hielo. El plano de fractura pasa por la mitad de la bicapa lipídica de la membrana.

    A partir de los dos fragmentos que hemos obtenido podemos obtener una réplica y observarla con el MET.

    Fundamentalmente se observa el interior de las membranas de las células. Por ejemplo: membrana tilacoide.

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    MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE GRABADO PROFUNDO:

    Partimos de una muestra congelada con nitrógeno líquido y posteriormente se fractura igual que antes. Ahora se sublima una capa superficial de hielo y así vemos lo que hay en el interior del citoplasma de la célula además de la membrana. Realizamos el sombreado metálico, obtenemos la réplica y la observamos con MET.

    • Tinción negativa: La muestra que queremos observar se coloca sobre una rejilla en la que hemos puesto una película de carbono transparente. La muestra puede ser desde una sección a una solución con macromoléculas. Procedemos a meter la rejilla en una solución de un metal pesado como el acetato de uranilo. La sacamos y la dejamos secar. La solución ha formado una película bastante opaca y homogénea sobre la rejilla y la zona donde se encuentra la muestra se observa más clara ! fondo oscuro.

    Es útil para observar estructuras del citoesqueleto (por ejemplo: filamentos de actina) y ribosomas.

    • Fraccionamiento celular: Hay técnicas que permiten separar los diferentes orgánulos que constituyen la célula. Son técnicas complejas donde el utensilio fundamental es una ultracentrifugación que se combina con otros tratamientos.

    Para separar los orgánulos de una célula hay que iniciar el fraccionamiento por un órgano (Ej: hígado). Hacemos una TRITURACIÓN del mismo y obtenemos lo que se denomina homogeneizado. En éste hay: células enteras, núcleos enteros, otros orgánulos que se rompen en pequeños fragmentos que se reorganizan y formas pequeñas vesículas que reciben el nombre de microsomas.

    Se FILTRA el homogeneizado a través de un tamiz y se procede a la centrifugación a baja velocidad (1000 g ). A los 10 minutos obtenemos:

    • Precipitado.

    • Sobrenadante (fundamentalmente células enteras y núcleos)

    El sobrenadante se vuelve a centrifugar a 20000 g durante 20 minutos y volvemos a obtener:

    • Precipitado (recibe el nombre de F. Microsomal porque contiene fragmentos de orgánulos en vesículas, microsomas).

    • Sobrenadante

    De nuevo centrifugamos el sobrenadante a 150000g durante 3 horas, y obtenemos:

    • Precipitado (ribosomas, virus y grandes moléculas).

    • Sobrenadante

    Nos han quedado fracciones que son mezclas de muchos elementos (NO PURAS). Supongamos que volvemos a coger la fracción mitocondrial y la metemos en una solución (tampón) para someterla a una centrifugación en gradiente. En el tubo de gradiente tenemos sacarosa cuya concentración varía a lo largo de él. Aumenta a medida que nos acercamos a la base.

    Realizamos la centrifugación y los orgánulos se sitúan en el nivel de su densidad en el tubo de centrifugación. A partir de los resultados se pueden ir obteniendo fracciones puras que podemos observar en el MET.

    Teniendo ya la fracción de la mitocondria pura, se trata con un detergente (digitonina). Este tratamiento rompe la membrana externa, formándose fragmentos de ésta, que se disponen en pequeñas vesículas, por lo que el contenido des espacio intermembranoso queda disuelto y la membrana interna queda intacta.

    El contenido de la matriz rodeado por la membrana interna se denomina mitoplastos.

    Después realizamos una centrifugación, obteniendo:

    • Precipitado (que contiene los mitoplastos)

    • Sobrenadante (que contiene el contenido del espacio intermembranoso y las vesículitas)

    Los mitoplastos se suspenden en un tampón denominado lubrón, que rompe la membrana interna.

    Se procede a una centrifugación posterior, obteniendo:

    • Precipitado (contiene la membrana interna)

    • Sobrenadante (Contiene el contenido de la matriz mitocondrial)

    Con la otra parte de la primera centrifugación se obtiene:

    • Precipitado (contiene la membrana interna)

    • Sobrenadante (contiene el espacio intermembranoso).

    Se lleva a acabo un análisis químico.

    TEMA 2:

    LA MEMBRANA PLASMÁTICA: ASPECTOS ESTRUCTURALES.

    2.1. CONCEPTO Y COMPOSICIÓN QUÍMICA.

    La membrana plasmática engloba a la célula, define sus límites o mantiene las diferencias esenciales entre el contenido interno de la célula y el medio extracelular. Está constituida ppor lípidos y proteínas, que se mantienen juntos por interacciones de tipo hidrofóbico.

    Es una estructura dinámica y fluida, donde tanto lípidos como proteínas se desplazan continuamente en el plano de la membrana.

    Los lípidos se disponen formando una bicapa, que tiene un grosor aproximado de 5 mm (50 ). Es impermeable a la mayoría de las moléculas solubles en agua.

    Las proteínas "disueltas" en la bicapa lipídica tienen como funciones: El transporte de moléculas y la catalización de reacciones enzimáticas y receptoras.

    La composición química depende de donde la mambrana plasmática se aísle.

    Composición química de la membrana plasmática de los eritrocitos:

    49% del peso seco: PROTEÍNAS { Enzimáticas, Catalizadoras, Receptoras; Estructurales }

    43% del peso seco: LÍPIDO

    8% del peso seco: HIDRATOS DE CARBONO

    • Los LÍPIDOS:

    1. - Los más abundantes son los fosfolípidos (anfipáticos). Representan el 60% del total de los lípidos y se dividen en:

    • FOSFOGLICÉRIDOS: Compuestos por un alcohol (GLICEROL), dos moléculas de ácidos grasos, una de ácido fosfórico y una molécula R.

    Los más importantes son: Fosfatidiletanolamina (FEA) que representa el 18% del total de lípidos. Fosfatidilcolina (17%) y la Fosfatidilserina (7%)

    ESFINGOLÏPIDOS: Tienen una molécula que es la esfingosina, una molécula de ácido fosfórico y un radical variable. El componente mayoritario es la esfingomielina, que representa el 18% del total de lípidos de la membrana.

    2. - GLUCOLÍPIDOS: Anfipáticos. Presentan moléculas de azúcar (15%).

    • GLUCOSILDIACILGLICÉRICOS: Glicerol + 2 moléculas de ácidos grasos + 1 azúcar.

    • CEREBRÓSIDOS: Esfingosina + 1 ácido graso + 1 azúcar simple (monosacárido)

    • GANGLIÓSIDOS: Esfingosina + 1 ácido graso + 1 azúcar complejo.

    3. - COLESTEROL: representa el 23% del total de lípidos. Posee un -OH en un extremo que le da carga negativa. Es una molécula anfipática (una porción cargada (cabeza) y otra sin carga (cola)). Influye (disminuye) en la permeabilidad de la membrana.

    4. - GRASAS NEUTRAS: 2% del total de lípidos. Moléculas no anfipáticas, son no cargadas. Son ésteres de 1 alcohol (glicerol) y 3 cadenas de ácidos grasos.

    • Los HIDRATOS DE CARBONO se localizan hacia el exterior de la membrana plasmática, o sea, hacia el espacio extracelular.

    ESTRUCTURA:

    Dimensiones pequeñas. Las primeras observaciones fueron con el microscopio electrónico y a grandes aumentos, observando que la estructura s trilaminar. De esas tres láminas, dos son densas y una es clara.

    La clara está en el centro de la MP (lámina osmiófoba) con un grosor de 25-30 A.

    Las otras dos láminas se denominan láminas osmiófilas, con un grosor de 20-25 A.

    La MP tiene un grosor medio de 75ª.

    2.2. - EL MODELO DE MOSAICO FLUIDO:

    Explica la disposición (organización molecular) de la MP. Fue creado en 1972 por Singer y Nicholson. Según este modelo, los lípidos de la membrana se organizan formando una bicapa, de tal manera que las colas no polares se sitúan hacia el interior y las cabezas hacia el citosol (exterior de la bicapa).

    Las proteínas pueden ser de muchos tipos:

    • Proteínas integrales: Incluidas dentro de la bicapa. Lo más normal es que la atraviesen, aunque puede estar sólo en la mitad de la bicapa. Interaccionan con los lípidos por relación hidrofóbica.

    • Proteínas periféricas: relacionadas con las proteínas integrales o con los lípidos. Se pueden localizar en la cara de la membrana que da hacia el citosol o la que da hacia el medio extracelular. Están cargadas, por lo que establecen relación con las partes cargadas de los lípidos.

    INTERACCIÓN DE PRTEÍNAS CON LA BICAPA LIPÍDICA.

    Las proteínas integrales están ancladas mediante enlace covalente entre moléculas de ácidos grasos y proteínas.

    La parte hidrofóbica forma una hélice (HÉLICE ). Esta hélice atraviesa una sola vez la bicapa (proteínas integrales de un solo paso). Si se atraviesa varias veces (Proteínas integrales multipaso).

    Las proteínas periféricas pueden establecer enlaces con la bicapa lipídica. Pueden establecer enlaces covalentes con ácidos grasos o bien a otras cadenas lipídicas denominadas GRUPOS PREHILO.

    Otras proteínas periféricas pueden establecer interacciones no covalentes con proteínas integrales.

    Proteínas periféricas que están en la cara externa de la MP se unen a fosfolípidos de la membrana a través de un oligosacárido determinado denominado FOSFATIDIL INOSITOL.

    2.3. - PROPIEDADES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA: Asimetría y fluidez

    Asimetría: Se cumple tanto por lípidos como por proteínas e hidratos de carbono. Quiere decir que la composición química de una mitad de la MP no es igual a la otra mitad.

    Aunque halla el mismo % de lípidos en ambas láminas (citoplasmática y exterior) al analizarlas detalladamente, se observa que su distribución es irregular. Por ejemplo: la esfingomielina y fosfatidilcolina son más abundantes en la exoplasmática. Con la fosfatidiletanolamina y fosfatidilserina ocurre lo contrario, son más abundantes en la lámina citoplasmática.

    ASIMETRÍA DE LAS PROTEÍNAS:

    Al igual que con los lípidos, ocurre con las proteínas (están distribuidas asimétricamente, lo cual se observa en las réplicas de las proteínas)

    Ej: La quinasa C se localiza exclusivamente en la lámina exoplasmática de la MP asociados a lípidos y proteínas.

    ASIMETRÍA DE LOS HIDRATOS DE CARBONO:

    Los hidratos de carbono se localizan unidos a lípidos o proteínas siempre en la cara exoplasmática de la MP.

    Fluidez: Las diferentes moléculas que integran la MP sufren movimientos que dependen de la Tª y de la composición química de la MP:

    Ej: Los fosfolípidos y glucolípidos pueden rotar sobre sí mismos, sobre un eje y son capaces de desplazarse sobre el plano de la MP. La difusión lateral es tremendamente rápida.

    Los fosfolípidos giran sobre sí mismos en plano longitudinal y también de forma lateral en la membrana, de forma muy rápida (10.000.000 de veces por seg.). Se desplaza 1 micra por seg. a 37º C. Tarda 20 seg. en recorrer una célula humana.

    A 37 ºC una molécula de fosfolípidos se desplaza a 1 micra por seg.a esto se llama MOVIMIENTO DE DIFUSIÓN.

    Hay otro movimiento que no es espontáneo, está catalizado por una enzima y requiere energía, y consiste en el sello de una molécula de fosfolípido de una lámina a otra. Este movimiento es el responsable de la asimetría de los lípidos en la bicapa, pues son capaces de transportarlos. Estas enzimas reciben el nombre de FLIPASAS.

    Uno de los factores que influyen en la fluidez es la Tª, también influye la longitud de la cadena de los ácidos grasos y el grado de saturación de esos ácido grasos (si tienen o no dobles enlaces insaturados o saturados).

    FLUIDEZ= función (Tª / longitud de cadena + grado de saturación)

    El colesterol influye sobre la fluidez de la membrana. Ese efecto depende de la Tª a la que se encuentre la membrana. A 37 ºC el colesterol tiende a hacer a la membrana plasmática menos fluida. A temperaturas bajas, el colesterol hace a la membrana más fluida que si no existiera ese colesterol. A bajas temperaturas, el colesterol evita que la membrana plasmática se congele.

    Las proteínas se desplazan rápidamente en el plano de la MP. Observado por Frye  Edidin en 1970.

    Utilizaron la fusión de células de varias especies (de ratón + células humanas). LA célula que crearon recibe el nombre de HETEROCARIONTE.

    También utilizaron la tinción con anticuerpos. Se basaron en que la célula de ratón posee una proteína que la humana no contiene.

    Los investigadores tenían un ácido que se unía a la proteína de ratón. Ese ácido iba unido a una molécula fluorescente. También contaban con otro ácido que se unía específicamente a la proteína humana, unido también a una molécula fluorescente.

    Fusionaron las células y obtuvieron heterocarionte. Lo congelan y tiñen con anticuerpos. Al observar, se dieron cuenta que la mitad de la célula presentaba fluorescencia del color de la molécula fluorescente del ratón y la otra mitad de la humana.

    El otro experimento: esperan 40 minutos tras obtener heterocarionte. Vuelven a observar: la fluorescencia del ratón y la humana están repartidas por heterocarionte. Las proteínas se han difundido lateralmente en el plano de la membrana; se distribuyen de forma homogénea.

    Así descubrieron que las proteínas pueden moverse en el plano de la membrana.

    Al aplicar una descarga eléctrica las proteínas también se mueven en la membrana plasmática.

    Sin embargo, la noción de que la membrana es un “mar de lípidos en el que navegan proteínas” es muy simple. La célula tiene mecanismos para decidir donde colocar cada proteína y ordenar la estructura de la membrana.

    Al igual ocurre con los lípidos; pueden ser más abundantes por una cara que por otra.

    Existen proteínas que sólo se localizan en una cara.

    Existen otras que se localizan en las caras laterales y basales. Por ej. : Transportador de gluasa.

    TEMA 3.

    ASPECTOS FUNCIONALES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA:

    3.1. Introducción:

    Debido a su interior hidrofóbico, la bicapa lipídica es impermeable o sirve de barrera al paso de la mayoría de las moléculas polares. Esta característica es fundamental para permitir a la célula mantener en el citoplasma una concentración de solutos diferente a la que existe en el fluido del medio extracelular. Sin embargo, la célula ha desarrollado vías para transportar moléculas solubles en agua a través de la membrana plasmática que le son necesarias (como nutrientes esenciales). Gracias a estos mecanismos, la célula excreta sustancias de desecho y regula la concentración intracelular de iones.

    El transporte de iones inorgánicos y pequeñas moléculas orgánicas solubles en agua es llevado a acabo por proteínas transportadoras (proteínas transmembranosas). Cada una de ellas regula el paso de un tipo determinado de moléculas relacionadas entre sí o de una determinada molécula. Son muy específicas.

    La célula es capaz de transportar macromoléculas e incluso partículas a través de la MP. En este caso, el mecanismo es bastante diferente e implica cambios que son observables con el microscopio electrónico.

    3.2. Transporte de pequeñas moléculas:

    Las moléculas pequeñas pueden atravesar la membrana mediante tres mecanismos, uno de los cuales está dividido en dos.

    1. - Difusión simple

    2. - Difusión facilitada: a.- Por canales

    b.- Permeasas o transportadoras

    3. - Transporte activo

    DIFUSIÓN SIMPLE:

    Implica el paso de sustancias a través de la bicapa lipídica. Se lleva a cabo a favor de gradiente electroquímico o gradiente de concentración. Las sustancias del sitio más concentrado pasan al sitio menos concentrado.

    Moléculas hidrofóbicas como el oxígeno, nitrógeno y benceno atraviesan rápidamente la BL. Otro grupo de pequeñas moléculas polares sin carga (como el agua, urea, glicerol, CO2) son también capaces de atravesar la BL pero con menor rapidez.

    Las grandes moléculas polares no cargadas (glucosa y sacarosa) son casi incapaces de atravesar la BL.

    Existe para cada sustancia un coeficiente de permeabilidad de la bicapa, el cual se expresa en cm/seg.

    La BL es 10 9 veces más permeable al agua que al sodio.

    Podemos determinar el flujo con el que se mueve una sustancia a través de la BL.

    FLUJO= P · d {} Flujo: moles/ seg·cm 2 de superficie de bicapa

    P: coeficiente de permeabilidad cm/seg.

    D { } : Diferencial de concentración a los dos lados de la BL para esa sustancia. Moles/ cm 3

    Ej: La glucosa tiene un coeficiente de permeabilidad de 10 -7 cm/seg. y la d { } = 10 -4

    moles/cm 3.

    Flujo = 10 -11 moles/ seg. cm 2 de membrana, o sea, 60.000 moléculas de glucosa por segundo en un cm 2 de membrana.

    Se puede expresar la velocidad de transporte de una determinada sustancia en relación con la concentración de la molécula transportada en ambos lados de la membrana y se obtiene en este caso que la velocidad de transporte es directamente proporcional a la diferencia de concentración entre un lado y otro de la bicapa lipídica.

    El agua tiende a atravesar la BL desde el sitio con menor concentración de solutos hacia el de mayor concentración de solutos, o sea, desde el sitio con mayor concentración de agua al de menor concentración de agua.

    Medio isotónico: Cuando ponemos la célula en un medio cuya concentración de soluto es similar a la concentración del interior de la célula, la cantidad de agua que entra es aproximadamente igual a la cantidad de agua que sale.

    Medio hipotónico: La concentración de soluto del medio es menor que la del interior de la célula, entonces entra agua en la célula.

    Célula animal: La célula estalla (lisis osmótica)

    Célula vegetal: La célula se hincha pero no estalla porque está protegida por la pared celular. Este proceso se denomina Turgencia.

    Medio hipertónico: La concentración del medio es superior a la del interior de la célula, por lo que el agua sale de la célula y ésta se arruga. Proceso denominado plasmólisis.

    DIFUSIÓN FACILITADA:

    Implica el paso de moléculas a través de estructuras especializadas de tipo proteico. Se lleva a cabo a favor de gradiente, del más al menos concentrado.

  • Se lleva a cabo a través de CANALES que hay en el centro de las proteínas transmembranosas. Una proteína o varias se unen dejando un canal en medio.

  • A pesar de que la BL es impermeable a los iones, la MP es muy permeable a ello, debido a la existencia en la MP de proteínas específicas que permiten el paso de los iones a través de la membrana. El movimiento de estos a través de la MP tienen un papel muy importante en determinadas actividades celulares: propagación del impulso nervioso, contracción muscular, cierre y apertura de los estomas en las plantas.

    Las proteínas integrales se asocian formando canales, a través de los cuales los iones atraviesan la membrana.

    Los canales pueden ser:

    • Canales permanentemente abiertos: Las sustancias pasan a favor de gradiente de concentración. Cuando se analiza la velocidad en función de la diferencia de concentración es directamente proporcional a la diferencia de concentración.

    • Canales regulados: Pueden estar en dos conformaciones: abiertos y cerrados, lo cual está regulado por dos mecanismos diferentes: por ligando y por voltaje.

    • Por ligando: Canales con dos conformaciones (abiertos y cerrados) y se pueden abrir o cerrar por inducción de una determinada molécula denominada ligando, que es una molécula diferente a la que pasa el canal, y se sitúan en un sitio específico del canal y esa unión da lugar a la apertura del canal y gracias a ella, una determinada molécula atraviesa el canal (similar a llave-cerradura). Paso a favor de gradiente.

    • Por voltaje: Entre ambos lados de la MP hay una diferencia de voltaje. En la parte exterior predominan las moléculas cargadas positivamente. En el interior de la célula predominan moléculas cargadas negativamente. En estado normal hay una diferencia de potencial igual a -70 mv denominado POTENCIAL DE REPOSO DE LA MP, el cual se puede alterar de alguna manera; esa alteración da lugar a la apertura del canal. Cuando esta alteración desaparece, el canal se cierra. Los dos estado alternan entre sí.

  • Las PERMEASAS no tienen canales. La sustancia pasa de un lado a otro de la MP mediante un cambio conformacional de esa permeasa o transportador.

  • La sustancia que va a atravesar la MP se une selectivamente a una proteína transportadora o permeasa. La unión de dichas conlleva un cambio en la conformación de la permeasa, lo que da lugar a una traslocación de la sustancia al otro lado de la MP. Es un transporte pasivo, es decir, también a favor del gradiente electroquímico.

    Pasos del proceso:

    1. - Fijación del soluto a transportar a un sitio específico de la permeasa denominado CENTRO ACTIVO. Esa unión se lleva a cabo mediante interacciones no covalentes.

    2. - Cambio de conformación de la permeasa que determina la liberación del soluto hacia el otro lado de la membrana. Este proceso se denomina PROCESO “PING_PONG”. El número de permeasas que hay en la MP es limitado, por o que la velocidad de paso sigue una gráfica diferente a la anterior; aparece en forma de curva porque en los primeros momentos la velocidad es directamente proporcional a la diferencia de concentración, pero llega un momento en que todas las permeasa trabajan al 100% y por mucho que la concentración aumente, la velocidad continúa constante.

    TRANSPORTE ACTIVO:

    En condiciones normales la concentración de iones es diferente en el interior de la célula con respecto al exterior.

    Ej: Bomba de Na+-K

    Na+: { } intracelular de 5-15 milimolar.

    { } extracelular de 145 milimolar.

    K: { } intracelular de 140 milimolar.

    { } extracelular de 5 milimolar.

    El mantenimiento de la diferencia de las concentraciones se logran gracias al TRANSPORTE ACTIVO, en contra de gradiente electroquímico y requiere un gasto energético.

    Este transporte es llevado a cabo por proteínas integrales de la MP, las cuales pueden unirse selectivamente a uno o varios sustratos o sustancias, y pueden desplazarlos al otro lado de la MP mediante cambios de conformación.

    Cuando sólo se transporta una sustancia hablamos de uniporte.

    Cuando sólo se transporta más de una sustancia hablamos de transporte acoplado:

    • SIMPORTE: Implica que dos sustancias son transportadas en el mismo sentido.

    • ANTIPORTE: Una sustancia es transportada en un sentido y la otra en sentido contrario.

    Hay varias modalidades de TRANSPORTE ACTIVO:
    1) BOMBA DE Na+-K+: Tiene en la zona que mira al exterior de la célula un sitio activo que se une específicamente al K+. En la parte de la bomba que da hacia el citoplasma presenta un sitio específico de unión al Na+. En cada ciclo de esta bomba pasan tres átomos de Na+ hacia el exterior de la célula y simultáneamente transporta dos átomos de K+ hacia el interior.

    Utiliza el ATP para suministrar la energía necesaria, el cual se hidroliza a la parte catalítica de la bomba de Na+-K en la región que da hacia el citoplasma.

    • MODELO PROPUESTO PARA LA BOMBA Na+-K:

  • Se une un átomo de Na+ al CENTRO ACTIVO.

  • Hidrólisis de ATP a ADP.

  • El fosfato inorgánico proveniente de la hidrólisis se une a una región de la bomba que da al citoplasma, lo cual determina un cambio de conformación de la bomba, la que determina la salida del Na+ al exterior.

  • Entrada de un átomo de K+. La entrada del K+ determina la hidrólisis del fosfato inorgánico. La liberación del fosfato determina un nuevo cambio de conformación de la bomba que permite la liberación del K+ en el interior de la bomba y permite la entrada de Na+.

  • El transporte se lleva a cabo en sentido opuesto, es un ANTIPORTE.

  • Bomba de glucosa: La energía necesaria para llevar a cabo el transporte activo de glucosa la suministra el transporte a favor del gradiente de Na+. Esta bomba es muy abundante en las células epiteliales del intestino (en su interior está la LUZ o CAVIDAD que está recubierta de un tejido epitelial monoestratificado y cilíndrico). Funciona con el sistema “ping-pong”. La bomba está abierta mirando hacia la luz del intestino. En esta bomba puede entrar tanto glucosa como Na+. Entrarían 2 moléculas de glucosa y 2 de Na+, lo que determina el cambio conformacional de la bomba, y las moléculas pasan al interior de la célula.

  • Mediante este mecanismo, la glucosa se va concentrando en el interior del citoplasma celular.

    Funciona mediante el mecanismo de simporte. La glucosa pasa en contra del gradiente y el Na+ a favor del gradiente.

    La glucosa puede salir mediante difusión facilitada por permeasas a favor del gradiente. El Na+ se va concentrando en el interior de la célula, y para que la concentración de Na+ sea siempre pequeña en el interior, éste sale por la otra parte de la membrana. Esto lo hace mediante la bomba de Na+-K+. El destino final de la glucosa es el torrente sanguíneo.

    El primer paso consiste en atravesar la membrana plasmática de la superficie de la célula. Se realiza mediante transporte activo: hay un bombeo continuo de glucosa hacia la célula y eso origina una elevada concentración de glucosa en el citoplasma que puede pasar a los vasos sanguíneos mediante difusión facilitada ! TRANSPORTE ACTIVO (permeasas).

    Para ello es necesario el transporte simultáneo de Na+, y tiene que haber una disminución de concentración en el citoplasma. Por eso existe el mecanismo de las bombas de Na+- K+ en la zona basal de la célula.

    3.3. - Mecanismos de ENDOCITOSIS:

    Paso de macromoléculas, partículas y líquidos a través de la MP. Las proteínas transportadoras de la MP son incapaces de transportar macromoléculas y partículas a través de la MP (no puede transportar proteínas, carbohidratos...)

    Sin embargo, la célula ha desarrollado mecanismos que permiten ingerir y secretar macromoléculas e incluso grandes partículas. Este tipo de paso supone mecanismos que implican la formación de vesículas más o menos grandes que están rodeadas de membranas (de tamaño variable). El paso puede ser en los dos sentidos y entonces se habla de dos tipos:

    • Endocitosis en sentido amplio: Implica el paso de sustancias desde el exterior de la célula hasta el interior.

    • Exocitosis: Implica el paso de sustancias desde dentro hacia fuera de la célula.

    La ENDOCITOSIS EN SENTIDO AMPLIO la podemos subdividir en:

  • Endocitosis en sentido estricto: Implica que las sustancias que pasan al interior de la célula quedan englobadas en vesículas de diámetro relativamente pequeño (50-150 m). Esas vesículas se denominan endosomas.

  • La endocitosis en sentido estricto se subdivide en dos clases:

    • Endocitosis en fase líquida o PINOCITOSIS: I plica el paso de pequeñas porciones de líquido situado en un primer momento en el medio extracelular.

    El primer paso consiste en que la MP sufre una pequeña invaginación donde se sitúan los solutos. La invaginación continúa y finalmente fusionan los bordes, alcanzando de nuevo la posición inicial. Aparece pues, una pequeña vesícula en el interior del citoplasma.

    Este proceso es llamativo en células que constituyen los vasos sanguíneos, llamadas CÉLULAS ENDOTELIALES. Una única célula es capaz de formar toda la pared. El núcleo tiene forma de “barriga” orientado hacia la luz del capilar.

    Presentan una estructura denominada lámina basal. Dichas células se encuentran incluidas en un tejido específico: el tejido conectivo. En el límite entre la célula y el tejido conectivo está la lámina basal.

    Ocurren procesos de pinocitosis cuando se forman vesículas que viajan por el citoplasma, se fusionan con la membrana y se asocian a los capilares sanguíneos. Los procesos que combinan la endocitosis y exocitosis se denominan TRANSCITOSIS.

    • Endocitosis mediada por receptor o receptores: Este tipo de endocitosis comprende aquellos procesos endocíticos en los que las moléculas a ingerir se unen primero a receptores específicos y se forman vesículas normalmente revestidas en el interior de la célula que inicialmente están recubiertas por una estructura, se llaman vesículas revestidas o forradas.

    En la zona en la que tiene lugar el proceso existen proteínas que reconocen a la molécula que se va a transportar (RECEPTORES).

    Esta primera etapa recibe el nombre de CONCENTRACIÓN. Aquí ya aparece una cubierta.

    La segunda fase consiste en una INVAGINACIÓN.

    En la etapa final de la invaginación actúa una proteína que forma na especie de anillo que va estrangulando paulatinamente los bordes. Se denomina dinamina.

    La dinamina termina por dar lugar a la SEPARACIÓN; la vesícula formada se libera.

    Poco después la cubierta se pierde. La cubierta está formada por una proteína llamada CLATRINA.

    Después de la separación, la vesícula se mueve por el citoplasma.

    La superficie de las vesículas está formada por hexágonos y pentágonos en proporción (por cada dos hexágonos hay tres pentágonos).

    Esa estructura la forma la CLATRINA. LA molécula de clatrina que forma esa red tiene una composición de 3 cadenas pesadas y 3 cadenas ligeras, y recibe el nombre TRISQUELIÓN, donde se asocian de forma espontánea y al final se forma la estructura de hexágonos y pentágonos.

  • Fagocitosis: Implica el paso de grandes partículas al interior de la célula que dan lugar a la formación de grandes vesículas llamadas fagosomas con diámetro que oscila entre (0'5-2 m).

  • La célula emite unas prolongaciones llamadas pseudópodos que van engullendo a la partícula hasta que sus bordes se fusionan y la partícula queda en el interior del citoplasma en una vesícula rodeada de membranas.

    La exocitosis supone la formación de unas pequeñas vesículas (vesículas de secreción) a partir del Ap. de Golgi. Para liberar su contenido al exterior las vesículas viajan por el citoplasma hasta que establecen contacto con la MP y el contenido pasa al exterior de la célula.

    Implica la entrada en la célula de partículas grandes (ej: bacterias) y para que pasen es necesario que tengan una serie de DETERMINANTES que son reconocidos por la célula que va a realizar la fagocitosis: Receptores en la membrana para esos determinantes.

    Se lleva a cabo mediante la formación de pseudópodos.

    En una primera etapa, el citoplasma de los pseudópodos son abundantes una serie de filamentos de ACTINA. Después los pseudópodos crecen y abrazan a la partícula. Este proceso continúa hasta que llega un momento en que se establece contacto entre los extremos de los pseudópodos y acaban englobando la partícula.

    Queda en el interior de una vesícula rodeada de membranas que recibe el nombre de FAGOSOMA. Este tipo de proceso lo llevan a cabo células especializadas en esa función que se llaman FAGOCITOS.

    Dentro de los fagocitos podemos destacar:

    • Macrófogos: Células del tejido conectivo o conjuntivo.

    • Leucocitus neutrófilos: Células sanguíneas.

    • Células micogliales: Células del tejido nervioso.

    No obstante, este proceso puede ser llevado a cabo por células no especializadas en la fagocitosis.

    3.4. La EXOCITOSIS:

    Es el proceso contrario a la endocitosis, es decir, implica la salida al exterior de material de la célula. Este material puede ser de diferente naturaleza, puede tener diferentes significados:

    • Sustancias de desecho: que la célula excreta.

    • Sustancias de secreción: tienen efectos en las cercanías o en regiones muy alejadas de la célula.

    La exocitosis se puede dividir en:

  • Migración intracelular de la vesícula: Requiere energía, y por otra parte requiere que los microtúbulos de la célula permanezcan intactos; estos actúan como guías a lo largo de las cuales las vesículas se desplazan. El responsable de ese desplazamiento son unas proteínas denominadas PROTEÍNAS MOTORAS DE MICROTÚBULOS. Estas, por un extremo, se unen a los microtúbulos, y por el otro, a la vesícula; son capaces de andar por la pared de los microtúbulos. Ese caminar requiere ATP.

  • Adhesión de las MBS (membrana de la vesícula con la membrana plasmática): Momento en el que ambas membranas establecen contacto.

  • Fusión de las MBS.

  • Liberación del material al medio extracelular.

  • TEMA 4.

    DIFERENCIACIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA

    4.1. Conceptos y tipos:

    Las diferenciaciones son regiones especiales de la MP que presentan características peculiares que las distinguen de otras regiones.

    Atendiendo a su período de existencia podemos dividir a las diferenciaciones en dos tipos:

    • Transitorias: Tienen un período de vida corto y están relacionadas con procesos metabólicos de la célula. Ej: vesículas de endocitosis y de exocitosis.

    • Estables: Son aquellas que duran toda la vida de la célula o por lo menos un período de tiempo relativamente largo. Este grupo es especialmente abundante en las células epiteliales. Una célula epitelial típica es prismática o cilíndrica, son célula más altas que anchas (ej: intestinos). Se pueden distinguir una serie de caras: una que da al medio extracelular, denominada CARA APICAL; la cara opuesta que está en las cercanías del tejido conectivo recibe el nombre de cara basal; las caras laterales que tienen relación con células vecinas.

    Podemos dividir las diferenciaciones estables en varios tipos según su forma, posición y función...

    Los REPLIEGUES se pueden dividir en varios tipos dependiendo de su localización:

    • APICALES (microvesllosidades)

    • LATERALES (interdigitaciones)

    • BASALES (laberinto basal)

    Las estructuras de contacto celular se pueden dividir atendiendo a su extensión y a su naturaleza.

  • Extensión: * ZÓNULAS b) Naturaleza: * OCLUYENTES

  • * MÁCULAS * ADHERENTES

    * FASCIAS

    Las estructuras de comunicación intracelular se dividen fundamentalmente en:

    • Uniones abiertas (GAP)

    • Plasmodesmos

    4.2. Repliegues de la MP:

    • Microvellosidades: Son invaginaciones de la MP en forma de dicho de guante que existen en determinados tipos celulares (ej: intestino). Normalmente tienen una altura de 1 m y un diámetro aproximado de 0'1 m.

    Por cada células epitelial del intestino hay 3000 microvellosidades. Esto supone una superficie 30 veces mayor que si no existieran.

    En el interior de las microvellosidades existe un paquete o haz de filamentos de ACTINA, y en él todos los filamentos tienen la misma polaridad. Esos filamentos están unidos entre sí por una serie de proteínas y a su vez unas proteínas diferentes a la MP. En concreto, las proteínas que unen a los filamentos son la FIMBRINA y la VILLINA. Cada paquete está unido entre sí por otra proteína: FODRINA. Donde terminan los filamentos de actina hay filamentos intermedios.

    La proteína que une los filamentos de actina con la MP se llama PROTEÍNA DE UNIÓN (se desconoce su naturaleza).

    El aumento de superficie que se consigue con las microvellosidades aumenta la absorción de nutrientes de la célula.

    • Interdigitaciones: Son entrantes y salientes que aparecen en las caras laterales de las células epiteliales.

    Los entrantes y salientes de una célula se acoplan con las de las células vecinas y su profundidad es variable. La función es aumentar la cohesión celular entre células vecinas.

    • Laberinto basal: Se observa en la región basal de las células epiteliales. En esta zona la MP sufre profundas invaginaciones que pueden ramificarse, de tal forma que el citoplasma está formado por numerosas lengüetas; en ese citoplasma son abundantes las mitocondrias.

    Este tipo de estructuras consistentes en numerosos pliegues llenos de mitocondrias son característicos de ciertas células epiteliales. Ej: túbulos renales (contorneados), conductos excretores (conductos estriados de las glándulas salivales).

    La función del laberinto basal es aumentar la superficie de MP, lo cual sirve para el transporte activo de determinadas sustancias hacia los capilares sanguíneos. Es necesario aporte de energía, suministrado por las mitocondrias presentes en esas regiones.

    4.3. Estructuras de contacto celular:

    Atendiendo a su extensión pueden ser de varios tipos:

    ZÓNULAS son aquellas estructuras de contacto celular que forman una especie de cinturón alrededor de la célula.

    MÁCULAS: (Procede de mancha). Son estructuras con una extensión puntual, muy limitada.

    FASCIAS: Son estructuras notablemente más grandes que las moléculas, pero su extensión tampoco es muy grande.

    Atendiendo a su naturaleza encontramos estructuras de contacto celular:

    OCLUYENTES: Son aquellos en las que el espacio intracelular desaparece. Se establece contacto entre las láminas osmófilas de las MP de las células vecinas.

    ADHERENTES: El espacio intracelular es mayor de lo normal (normalmente es de 150-200 Å) llega a ser de 300 Å.

    Las láminas osmófilas internas aparecen engrasadas y el espacio intracelular aparece denso al observarse el microscopio electrónico de transmisión.

    Combinando estos dos criterios, los tipos más comunes de estas estructuras son:

    • ZONAS OCLUYENTES: Son estructuras que rodean a la célula, zónulas en las cuales el espacio intracelular está obliterado (no existe). Normalmente aparecen en la mitad apical de la célula.

    Facilitan la cohesión estrecha entre células vecinas, de tal forma que impiden la difusión o filtración de fluidos entre esas células vecinas.

    Se observó inyectando a animales hidróxido de lantano que es denso y no puede pasar a través de estas estructuras.

    En el ámbito de la zona de unión hay proteínas integrales en estrecho contacto, las de una célula con las de la célula vecina, formando hileras.

    Al observarlo con MET se observa que las uniones estrechas forman una especie de red que rodea a toda la célula.

    • ZONAS ADHERENTES: Son estructuras de contacto celular que forman un cinturón alrededor de la célula situándose en las cercanías de las zónulas ocluyentes y en ellas el espacio intracelular está engrosado.

    En contacto con la zona engrosada hay filamentos de actina y en el espacio intracelular son abundantes las proteínas del tipo cadherinas.

    • MÁCULAS ADHERENTES O DESMOSOMAS: Son estructuras puntuales en las que el espacio intercelular es más amplio de lo normal, cercano a los 300 Å.

    En el espacio intercelular - que aparece denso- hay proteínas filamentosas, que fundamentalmente son: desmogleínas, desmocolinas y cadmerina E: permiten la conexión entre las células adyacentes.

    En la cara de la MP que da hacia el citoplasma aparece un engrosamiento o PLACA DE MATERIAL DENSO con un grosor aproximado de 150 Å.

    No es una placa homogénea, está formada por dos proteínas:

    • PLACOGLOBINA: Es aquella que está en contacto con la MP.

    • DESMOPLAQUINA: Más alejada de la membrana.

    A partir de estas placas irradian unas estructuras filamentosas, en concreto, FILAMENTOS INTERMEDIOS, que en el caso de las células epiteliales están constituidos por la proteína QUERATINA.

    Los desmosomas facilitan la cohesión entre células vecinas.

    Todas estas estructuras se asocian para formar el complejo de unión. Según este orden:

  • Zónula ocluyente

  • Zónula adherente

  • Desmosomas

    • HEMIDESMOSOMAS: Son la mitad de un desmosoma. Aparecen en la región basal de la célula.

    Permiten la unión entre la MP de la región basal y la lámina basal.

    4.4. Estructuras de comunicación intercelular:

    Son aquellas que permiten el paso de moléculas desde una célula a las células vecinas. Existen dos tipos principales:

    • UNIONES ABIERTAS; GAP o de FISURA: El espacio intercelular es notablemente fino en concreto, las membranas plasmáticas están separadas 20 Å.

    Estas estructuras son de tipo fascias (más grandes que las máculas).

    Hay numerosas partículas intermembranosas y cuando se observan con la técnica de tinción negativa se observan una serie de unidades, y en cada una de ellas aparece una especie de poro.

    Se ha determinado que existen estructuras que forman canales que conectan una célula con la adyacente. Éstos tienen forma cilíndrica con un hueco en su interior. Cada uno de ellos lo podemos subdividir en dos partes: una que pertenece a una célula y la otra perteneciente a la célula adyacente.

    Cada porción recibe el nombre de CONEXIÓN y cada uno de ellos está constituido por 6 cadenas polipeptídicas, por lo tanto, cada cilindro tiene 12 cadenas.

    El diámetro mayor del cilindro es de 60Å y el diámetro del poro interno oscila entre 20-30 Å. Las diferentes conexiones pueden estar en estado abierto o cerrado y ello se consigue mediante cambios de conformación de las proteínas que los integran.

    • PLASMODESMOS: Son estructuras de comunicación intercelular características de los vegetales con un diámetro que oscila 200-400 Å. en el ámbito de esta abertura existe una vesícula de R. Endoplasmático que recibe el nombre de DESMOTÚBULO. Se observa como a nivel de los plasmodesmos la MP de una célula se continúa con la MP de la célula adyacente.

    4.5. Cubiertas celulares, matriz extracelular y lámina basal:

    • La cubierta celular está constituida por un conjunto de materia de tipo polisacárido que se encuentran en el medio extracelular de la MP. Se encuentran íntimamente unidos a la MP mediante enlaces covalentes. La cubierta recibe el nombre de glucocálix o glicocálix.

    • La matriz extracelular es un conjunto de materia que rodea a la célula que es secretada por la propia célula. Forman una compleja red (Ej: la existente en el tejido conectivo).

    Está constituida por dos partes bien diferenciadas:

    • SUSTANCIA FUNDAMENTAL: Compuesta por una serie de moléculas, fundamentalmente los PROTEOGLICANOS (moléculas con eje proteico del que surgen cadenas de azúcares).

    • FIBRAS: Inmersas en la sustancia fundamental. Pueden ser de varios tipos: de colágeno, f. Reticulares y f. Elásticas.

    Una matriz extracelular características de los vegetales es la pared celular en la que el elemento principal es la celulosa.

    • La lámina basal se puede considerar como una matriz extracelular especial. Normalmente aparece en la cara basal de las células epiteliales.

    Tiene dos partes, una que aparece clara y otra densa.

    La que aparece clara se denomina LÚCIDA y la otra DENSA.

    La lámina LÚCIDA es la más cercana a la célula.

    El grosor de este conjunto es relativamente variable. Suele estar comprendido entre 200-800 Å. Por debajo, normalmente hay cúmulos de fibras- fibras reticulares (constituidas por colágeno). Esta zona recibe el nombre de lámina reticular.

    El conjunto de la L. Basal y la L. Reticular recibe el nombre de MEMBRANA BASAL, término introducido gracias a la microscopía óptica.

    La lámina basal está constituida por diversos tipos de moléculas: colágeno tipo 4, laminina y PROTEOGLICANOS.

    TEMA 5

    EL NÚCLEO INTERFÁSICO: estructura general y envoltura.

    5.1. Concepto de núcleo:

    El núcleo contiene la información genética en forma de ADN. Controla la actividad celular. En la mayoría de las células el ADN está organizado en una serie de unidades llamadas CROMOSOMAS. El número de cromosomas es característico de cada especie.

    Esas unidades pueden estar en dos estados:

    • Cromatina interfásica: En este estado el ADN está bastante desorganizado, muy laxa y sin condensar. Está desarrollado.

    • Cromatina metafásica (o en división): El ADN se enrolla formando múltiples niveles de organización de forma que cada cromosoma aparece muy condensado en varios niveles hasta lograr un cromosoma de dimensiones pequeñas.

    El núcleo es imprescindible para la vida de la célula. Comprobado con experimentos de Merotomia:

    Se divide a un organismo unicelular (ameba) en dos porciones, una de ellas contenía el núcleo + citoplasma, y en otra sólo citoplasma.

    La porción con sólo citoplasma moría; mientras que la otra vive. Además si a la porción citoplasmática se le añade núcleo de otra ameba, ésta vivirá.

    El núcleo es un componente de las células eucarióticas que alberga el ADN. Este ADN controla la actividad celular.

    El núcleo está limitado por una envoltura membranosa constituida por dos membranas.

    5.2. caracteres morfológicos y organización general del núcleo:

    • Caracteres morfológicos:

    Con relación al número de núcleos, no todos presentan uno, pueden presentar 0, 1, 2... núcleos.

    - Células sin núcleo: ERITROCITOS DE MAMÍFEROS: Son células que durante su proceso de diferenciación llegan a una etapa en la que expulsan el núcleo, quedando una bolsa citoplasmática cargada de hemoglobina. Como no tiene núcleo, su vida es muy corta.

    CÉLULAS CONDUCTORAS DEL FLOEMA: Transporta savia elaborada. No se mueven porque su actividad está controlada por células acompañantes a través de los plasmodesmos.

    No tienen núcleo por estar muy especializadas.

    • Células con un núcleo: La mayoría.

    • Células con dos núcleos: CONDROCITOS (células del cartílago) y HEPATOCITOS.

    • Células multinucleadas: FIBRAS DEL TEJIDO MUSCULAR ESTRIADO ESQUELÉTICO (componen fibras musculares cercanas al hueso). Son muy largas y suelen presentar unos 100 núcleos por cm de longitud. Los núcleos se sitúan en la periferia de la célula.

    • Forma: Está relacionada con la forma de la célula. Ej: Células epiteliales.

    • Células Isodeamétricas: El núcleo suele ser esférico.

    • Células Prismáticas: Son más altas que hondas, el núcleo está alargado según el eje mayor de la célula.

    • Células Aplanadas: El núcleo aparece alargado en el estado del eje mayor de la célula.

    Hay casos en los que el núcleo no guarda relación con la forma de la célula. Ej: Leucocito neutrófilos o leucocitos polimorfonucleares. Su núcleo está constituido por lóculos interfonectados entre sí por puentes finos de cromatina.

    Ej: Células adiposas de grasa blanca (la mayor parte del volumen celular está ocupado por una gran gota lipídica, y ésta desplaza el resto de los componentes celulares a la periferia. Ocurre lo mismo en la mayoría de las células vegetales (hay vacuolas que desplazan el núcleo hacia la periferia de la célula)

    • Tamaño: Es variable en función de aspectos:

  • Depende del tipo celular que consideremos. Ej: los adipocitos tienen un núcleo cuyo diámetro mayor es de 3-4- micras, y los óvulos tienen un núcleo de 40-50 micras.

  • En general, el tamaño depende de la masa citoplasmática que tiene que controlar y esa relación conoce como índice núcleo-citoplasmático.

    Y este= v. Núcleo / v.célula - v. Nuclear

    En cada tipo celular este índice debe estar dentro de unos límites determinados y esos son característicos para cada tipo celular. Cuando la célula se encuentra al principio de interfase, este índice núcleo-citoplasmático muestra unos valores notablemente alto, a lo largo de la interfase, tanto el núcleo como el citoplasma van creciendo pero hay un momento en el que el núcleo deja de crecer, pero el citoplasma continúa aumentando el volumen, debido a esto, el índice de núcleo citoplasmático va disminuyendo progresivamente y hay un momento en el que alcanza valores pequeños o que están en los límites (la célula entra en difusión).

    El tamaño del núcleo depende de la actividad metabólica. Cuando es alta, el núcleo tiende a ser más grande y poco condensado. Si la actividad metabólica es baja, el núcleo tiende a ser pequeño y condensado.

    El tamaño depende de la cantidad de ADN y proteínas que presenta el núcleo = Grado de Ploidia. Esto fue descubierto por Boveri (1901): analizaba las larvas de erizo de mar en función de su ploidia y vio que el volumen del núcleo era dos veces menor. Por lo tanto, el volumen nuclear depende del Grado de Ploidia.

    5.3. Estructura general del núcleo:

    El núcleo está rodeado por una envoltura que representa dos membranas (una externa y otra interna), cada cierta distancia la membrana externa y la interna se unen y dejan un hueco que conecta el interior del núcleo con el citoplasma, esos huecos redondeados se llaman poros nucleares y gracias a ellos se establece conexión entre el citoplasma de la célula y el interior del núcleo. Dentro del núcleo existe una lámina fibrosa de naturaleza proteica que queda justo por debajo de la envoltura, además de estos componentes tenemos la cromatina y una masa densa llamada nucleolos. La cromatina y el nucleolo están inmersos en una sustancia que se llama nucleoplasma.

    Está constituido por dos membranas, entre ellas se encuentra el espacio perinuclear, que tiene un grosor de 200 Å. La membrana nuclear externa se caracteriza por presentar ribosomas adosados a ella, la envoltura nuclear se continúa con el R. Endoplasmático rugosa.

    Hay continuidad entre el espacio perinuclear y la luz de R. Endoplasmático rugoso, la envoltura nuclear se puede considerar como una pared del R. E. rugoso. La envoltura nuclear al final de la mitosis se forma a partir de cisternas del R.E. rugoso.

    Los poros nucleares tiene un diámetro medio de 700 Å. El número de poros es variable entre unos tipos celulares y otros, su número oscila entre un centenar y hasta millones.

    En los linfocitos (células de la sangre), los poros ocupan el 1'5 % de la superficie de envoltura; sin embargo, en los ovocitos (óvulos), los poros nucleares pueden alcanzar el 25% de la superficie de la célula. El término medio es el 10%.

    Cuando la célula es muy activa, el número de poros es mayor.

    El espacio que queda entre las membranas es de 700Å, pero en el poro hacia el interior del poro hay unas estructuras proteicas que se organizan formando una estructura ortogonal donde hay una serie de proteínas: Desde el citosol hasta el núcleo, ordenados perpendicularmente al plano de la membrana.

    Las proteínas cruzan el poro y se les llama: subunidades columnares

    En el centro hay otras subunidades que en tres dimensiones forman un anillo y se les llama subunidades anulares.

    Filamentos que van hacia el interior del núcleo: cesta nuclear.

    Hay otras proteínas: Subunidades luminales

    Este conjunto de unidades proteicas se le llama “Complejos de poro” (dispuesto de forma octogonal)

    El complejo de poro tiene un diámetro exterior de 1000 Å y diámetro interno de 500 Å.

    En teoría aquellas partículas con un diámetro inferior a 500Å deberían atravesar los poros nucleares.

    Para completar la estructura, tenemos en estrecho contacto con la MI la lámina fibrosa (300-1000 Å): está constituida por 3 proteínas diferentes (lám A, lám B, lám C); las láminas son de tipo fibroso y tienen un diámetro de 10 nm y se organizan formando una red que tiene una malla cuadrada. La cromatina que está en contacto con la lámina nuclear y esa lámina fibrosa está anclada a través de proteínas de membrana a la MNI.

    5.4. Funciones de la envoltura:

    1) Compartimentar la célula y proporcionar el ambiente adecuado para que la cromatina desarrolle correctamente sus funciones.

    2) Regular el intercambio de sustancias entre el citoplasma y el núcleo a través de los poros nucleares. En el núcleo se sintetiza moléculas de ADN y ARN que necesitan la llegada de nucleótidos que se forman en el citoplasma. Por otra parte, la síntesis de proteínas en los ribosomas en los ribosomas del citoplasma, requiere primeramente que se formen los

    ribosomas que tienen como parte integrante, moléculas de ARN ribosómico que se sintetizan en el núcleo y que tienen que pasar al citoplasma. Además se necesitan moléculas de ARN mensajero que sirve de molde para sintetizar proteínas y los aminoácidos entran unidos al ARN transferente. Todas las moléculas de ARN se sintetizan en el núcleo y tienen que pasar al citoplasma donde realizan su función.

    El complejo de poro deja un diámetro interno de 500Å por lo tanto, podía suponerse que moléculas menores a ese diámetro pasen, pero eso no es cierto, ya que se ha visto que partículas de más de 90Å pasan con dificultad el poro. Esto fue realizado por Feldher (1965) que inyectó en el citoplasma de amebas, partículas de oro coloidal que tenían un diámetro entre 20-170 Å. Analizó como las partículas pasaban al núcleo. Comprobó que partículas de menos de 90Å atravesaban rápidamente. Las partículas de diámetro entre 90 y 120 Å pasaban difícilmente los poros nucleares y partículas de oro de diámetro mayor a 120 Å eran incapaces de atravesar los poros.

    Sin embargo, hay partículas mayores de 120 Å que pueden atravesar los poros. Por ejemplo, hay partículas ribonucleoproteicas de 1000 Å que atraviesan los poros ya que estas partículas sufren un proceso de deformación mediante el cual pueden traspasar el poro nuclear.

    El núcleo es capaz de importar de manera selectiva, proteínas a través de los poros, y una proteína es la nucleoplasmina de diámetro de 120 grados y el paso es mediante mecanismo de deformación.

  • Función similar a la del RER.

  • 5.5. Biogénesis y renovación de la envoltura nuclear:

    La envoltura nuclear está durante la interfase y desaparece durante la mitosis. Por lo tanto, podemos decir que la envoltura nuclear se forma en las últimas etapas de la mitosis, concretamente en TELOFASE.

    A medida que la cromatina se va condensando, aparece la envoltura nuclear, la cual se origina a partir de cisternas del RER. Al principio hay pocas cisternas, pero en una etapa ligeramente posterior, la envoltura está ya formada. Este proceso de llegada de cisternas del RER y su unión con la cromatina, hay un proceso intermedio en el cual se forma la lámina fibrosa y una vez que se ha depositado la lámina fibrosa sobre la cromatina aparecen o se adosan las cisternas.

    Durante la interfase, los componentes integrantes de la envoltura se están renovando continuamente. Las proteínas que se sintetizan en el RER pueden moverse en el plano de la membrana y pasar a la envoltura (también los líñidos).

    5.6. Nucleoplasma:

    También conocido como cariplasma. Es el líquido en el cual se encuentra sumergido la cromatina y por lo tanto rellena el interior del núcleo. Está constituido por diferentes sustancias como metabolitos (carbohidratos, lípidos y proteínas).

    TEMA 6.

    EL NÚCLEO INTERFÁSICO. CROMATINA:

    6.1. Cromatina: CONCEPTO.

    6.2. Composición química de la cromatina.

    6.3. Arquitectura molecular y niveles de organización de la cromatina.

    6.4. Funciones de la cromatina.

    6.1. Cromatina: CONCEPTO:

    El término cromatina fue acuñado para definir la sustancia que estaba contenida en el núcleo. Cuando se empezó a comprender el ciclo celular, se comprobó que la cromatina durante la división celular se transformaba en otras unidades que eran los cromosomas.

    Cuando la célula acababa de dividirse, los cromosomas se iban transformando en cromatina.

    Por lo tanto, los cromosomas y la cromatina son dos estados morfológicos y funcionales de una misma entidad.

    Tanto los cromosomas como la cromatina están constituidos por varios tipos de moléculas: ADN, proteínas y moléculas de ARN que se originan a partir del ADN.

    Al observar el núcleo con MET vemos que la cromatina presenta dos estados:

  • Muy densa. En este caso se denomina HETEROCROMATINA: Empaquetada notablemente.

  • Clara. Denominada EUCROMATINA: No muy empaquetada.

  • Ambos estados están relacionados con el grado de empaquetamiento del material genético.

    Normalmente, la heterocromatina es una cromatina inactiva, que puede ser permanente (constitutiva) o temporal (facultativa); en este último caso, puede volverse activa en un momento posterior.

    Los núcleos de las células pueden aparecer más o menos densos.

    Un núcleo que sea denso está relativamente inactivo. Por ej: núcleo de espermatozoides.

    Un núcleo en el que predomine la eucromatina es activo. Por ej: núcleo de neuronas.

    - Con relación a la cantidad de ADN que presenta una célula:

    El ADN está constituido por cromosomas, y el número de éstos depende de la especie.

    En la especie humana, la mayoría de las células somáticas tienen una cantidad de ADN de 1.000 millones de pares de bases, de pares de nucleones.

    6.2. Composición química de la cromatina:

    La cromatina está formada por:

  • ADN: Moléculas constituidas por unidades (nucleótidos), cada nucleótido está formado por un azúcar (desoxirribosa), una molécula de fosfato y una base nitrogenada.

  • En él existen cuatro bases nitrogenadas, clasificadas en:

    • Bases púricas: A (Adenina) y G (Guanina).

    • Bases pirimidínicas: T (Timina) y C (Citosina).

    Los nucleótidos se organizan formando dos hebras que constituyen la molécula de ADN. Esas hebras:

    • Se disponen con orientación antiparalela.

    • En cada hebra se puede determinar un extremo 3' y otro 5'.

    • Las bases de una hebra pueden establecer enlaces con las bases de la hebra complementaria. Se establece: C-G y A-T. Este tipo de emparejamiento se da mediante puentes de hidrógeno.

    • En el espacio se organizan formando una doble hélice. Cada vuelta tiene una longitud de 3,4 nm e incluye 10 pares de bases.

    • El esqueleto formado por azúcares y los fosfatos siempre queda por fuera de la hélice, y las bases nitrogenadas siempre se disponen hacia el interior de la hélice.

    • Las bases nitrogenadas se disponen con su plano perpendicular al eje mayor de la hélice.

    • La información contenida en el ADN viene dada por una parte por el tipo de bases y por el orden en el que se disponen las bases nitrogenadas.

    El ADN presente en el núcleo puede ser de varios tipos:

    • Hay secuencias altamente repetitivas: Cortas, constituidas por una unidad que se repite numerosas veces (incluso hasta un millón de veces). Son bastante abundantes. Su importancia relativa oscila entre 10-25 % de la molécula de ADN. Constituyen lo que se denomina como ADN SATËLITE, que es sinónimo de HETEROCROMATINA CONSTITUTIVA.

    • Secuencias moderadamente repetitivas: Secuencias que se codifican para los ARNr, ARNt y para las histonas. Se encuentran del orden de varias decenas para cada molécula de ARNt, ARNr o histonas para el hombre, en otras especies, como en anfibios, puede ser de 1000 copias.

    Los genes de las histonas se disponen siempre en la misma orientación:

    • La parte que codifica para la H4

    • La parte que codifica para la H2b

    • La parte que codifica para la H3

    • La parte que codifica para la H2a

    • La parte que codifica para la H1

    • Secuencias únicas: Son la mayoría de las secuencias que codifican para proteínas. Ocupan el 50% del ADN.

    • Un gen está constituido por un mosaico de secuencias que son de dos tipos:

    • Exones: Secuencias que se transcriben y se conservan en la molécula de ARNm madura.

    • Intrones: Secuencias que se transcriben y durante el proceso de maduración del ARNm, se pierden.

  • ARN: Hay tres tipos diferentes de ARN:

    • ARNm : Moléculas que son traducidas para formar proteínas.

    • ARNr: Moléculas de ARN que forman parte de los ribosomas.

    • ARNt: Moléculas que se encargan de transportar los aminoácidos hasta los ribosomas.

    Síntesis:

  • Síntesis de una molécula de ARN precursora (es más grande que la molécula madura)

  • Degradar parte de la molécula precursora que se transforma en la molécula de ARN madura.

    • ARNt:

    3- Proteínas: Forman parte de la cromatina:

  • Proteínas básicas: Están cargadas positivamente: HISTONAS.

  • Representan el 50% del peso del cromosoma. Existen 5 tipos de histonas y cada uno de ellos está constituido por un núcleo apolar, del cual normalmente sale un brazo cargado positivamente. En algún tipo de histonas en vez de un brazo existen 2 brazos polares.

    La zona del núcleo apolar establece interacción de tipo hidrofóbico apolares de otras histonas. La zona polar establece interacción con la molécula de ADN cargada negativamente, debido a los iones fosfato.

  • Proteínas ácidas: Están cargadas negativamente. Pueden ser de 2 tipos:

    • Estructurales: Forman el esqueleto de los cromosomas.

    • Enzimáticas: Intervienen fundamentalmente en la replicación y transcripción del ADN.

    6.3. Arquitectura molecular y niveles de organización de la cromatina:

    Cuando se observa con el ME el núcleo, la doble hélice no aparece en condiciones normales. La doble hélice de ADN sufre diversos grados de empaquetamiento cada vez más compactos, en distintos niveles de organización:

  • Cadena de ADN (doble hélice) con diámetro de 2nm.

  • Nucleofilamento. Diámetro de 10 nm.

  • Filamento de 25-30 nm de diámetro.

  • Dominio en bucle. 300 nm de diámetro de anchura.

  • NIVEL 1: Doble hélice: 2 nm de diámetro y longitud indefinida, que depende del tamaño de cada cromosoma.

    NIVEL 2: Nucleofilamento: Cuando observamos núcleos que han sido tratados, se han hecho estallar con soluciones de baja fuerza iónica, podemos ver extensiones de vomatina, y se aprecia que ésta está constituida por un filamento que tiene el aspecto de un rosario y 10 nm. El filamento recibe el nombre de nucleofilamento: consiste en la molécula de ADN que se va enrollando en núcleos de proteínas histónicas, las cuales están separadas una cierta distancia. Si tratamos el nucleofilamento con unas enzimas específicas que son endonucleasas, estas rompen de forma específica a un determinado nivel a la molécula de ADN. Empleando este tipo de enzimas, el ADN fragmentado a electroforesis, estos fragmentos se van moviendo en función de su tamaño y de su carga, y así podemos separarlos.

    Daban como resultado fragmento múltiplos de 200 pares de bases, 400 pares de bases, 800 pares de bases...

    En función de esto, Kornberg (1974) concluyó que la cromatina está organizada en unidades de 200 pares de bases que se repiten unas a continuación de otras y esas unidades reciben el nombre de nucleosomas.

    Cada nucleosoma está constituido por dos porciones:

    * Núcleo nucleosómico: está constituido por una estructura histónica que s un octámero (cadena polipeptídica) y sobre ella se enrolla una estructura de 140 pares de bases, lo que significa una vuelta y tres cuartos. Cada vuelta está formada por 80 pares de bases. Estas 8 cadenas polipeptídicas son las siguientes: 2 cadenas de la histona H2a, otras 2 de la H2b, otras 2 de la H3 y otras 2 de la H4.

    Las 2 de cada tipo están una al lado de la otra, formando pares.

    Se cree que la histona H1 establece contacto con los dos extremos de la molécula de ADN que está enrollada sobre el octámero.

    El eje mayor de la histona H1 parece disponerse de acuerdo con el eje mayor del nucleofilamento. De esta manera, la longitud de la molécula de ADN queda reducida 7 veces, con este tipo de enrollamiento.

    • Lazo internucleosómico: Tiene una longitud que equivale a 60 pares de bases y está constituido por el núcleo nucleosómico y dos mitades de lazo internucleosómico.

    NIVEL 3: Filamentos de 25-30 nm.

    Cuando analizamos el núcleo con MET ya sea la heterocromatina o la eucromatina observamos en ambas unos orgánulos de entre 25-30 nm. Esa especie de gránulos corresponden a un filamento de 25-30 nm cortado transversalmente, lo único que varía entre ambas es a densidad de esos gránulos. (heterocromatina: juntos; eucromatina: separados).

    El nucleofilamento se enrolla sobre sí mismo formando otro filamento de 25-30 nm de diámetro, pero no sabemos muy bien cómo se enrolla, existen varios modelos:

    • Modelo en superbolas: El nucleofilamento forma pequeñas bolitas una a continuación de otra.

    • Modelo de solenoide (el + aceptado): El nucleofilamento se enrolla sobre sí mismo formando una especie de hélice o muelle. Se aprecia que los octámeros se disponen en la periferia, y la H1 interviene en la unión de nucleosomas vecinos, encontrándose en el centro.

    NIVEL 4: Dominios en bucle (microcónvulas).

    El filamento de 25-30 nm es capaz de empaquetar todavía más formando una serie de bucles, una especie de lazos cuya base queda unida a proteínas no histónicas (esqueleto). Los bucles tienen una altura aproximada con respecto al eje proteico de 300 nm.

    Aparece cuando la cromatina está condensada formando los cromosomas. Cada cromátida tiene un grosor de unos 700 nm, puesto que tienen un eje no histónico del que salen los bucles.

    6.4. Funciones de la cromatina:

    • Transmisión de la I genética, que implica dos procesos:

  • Duplicación de la I genética de forma que a partir de un cromosoma se forman dos copias idénticas.

  • Reparto de esa I genética entre las células hijas.

  • La duplicación ocurre en la fase S de la interfase y el reparto durante la división mitótica.

    • Expresión de la I genética: Consiste en que la I del ADN pasa a moléculas de ARN mediante un proceso denominado TRANSCRIPCIÖN.

    Estas moléculas pasan al citoplasma y mediante el proceso de la TRADUCCIÓN se sintetizan las proteínas.

    Duplicación o replicación del ADN:

    Cuando se observa en fase S en determinadas condiciones se puede ver que el nucleofilamento se abre en dos cadenas en una serie de puntos.

    Este proceso ocurre a lo largo del nucleofilamento en varios puntos de forma simultánea. Cada punto donde se inicia el proceso recibe el nombre de punto de inicio de replicación o punto de iniciación.

    A partir de cada punto, el proceso se va extendiendo a lo largo del nucleofilamento y aquellas regiones donde ya se ha duplicado recibe el nombre de ojos de replicaciones. El proceso puede ser uni o bidireccional.

    La replicación unidireccional ocurre únicamente en un sentido y bidireccional cuando a partir del punto de inicio se extiende en ambos sentidos.

    La duplicación siempre tiene lugar en el sentido 5'-3', pero como las dos cadenas se van replicando a la vez, una se va replicando de forma continua y la otra se va fragmentando, fragmentos que reciben el nombre de fragmentos de OKAZAKI.

    • En la unidireccional una cadena sintetiza de forma continua y la otra discontinua.

    • En la bidireccional ambas cadenas presentan ambos tipos de replicaión. Independientemente del tipo de replicaión, los ojos de replicación se van haciendo progresivamente más grandes y llega un momento en que todos confluyen, se unen y al unirse quedan las dos cadenas de ADN hijas separadas.

    • LA enzima encargada de este proceso es el ADN polimerasa en un proceso semiconservativa: cada molécula recién formada: una cadena de ADN antigua y una cadena de ADN nueva.

    Transcripción:

    Proceso mediante el cual a partir del ADN se forman moléculas de ARN, la formación de dichas la lleva a cabo la ARN polimerasa y de las dos cadenas que forman la molécula de ADN sólo se copia una.

    Cada porción de ADN puede ser leída a la vez por numerosas moléculas de ARN polimerasa.

    Cuando se observa con el ME el ADN que se transcribe aparece como una serie de árboles de Navidad.

    Entre dos porciones de ADN hay una zona que no se transcribe, denominada PARTE MUERTA.

    La enzima ARN polimerasa siempre funciona en el mismo sentido: dirección 5'-3'. Este proceso NO CONLLEVA la eliminación de los NÜCLEOS NUCLEOSÖMICOS (permanecen unidos a la cadena de ADN). Durante el proceso, las histonas permanecen en su sitio. Sucede cuando la célula está en interfase.

    TEMA 7.

    CROMOSOMAS METAFÁSICOS:

    7.1. Concepto, morfología y clasificación.

    7.2. Tamaño y número de los cromosomas.

    7.3. Arquitectura molecular de los cromosomas metafásicos.

    7.4. Ultraestructura de los cinetocromos.

    7.1. Concepto, morfología y clasificación:

    Representan el estado máximo de condensación de los cromosomas en la vida de la célula Esta condensación tiene lugar en la división celular. En este estado, el ADN del cromosoma presenta una longitud entre 8000-15000 veces menor que si estuviera completamente desenrollado.

    El cromosoma. PARTES:

  • Cromátida: Con dos brazos que pueden ser iguales o desiguales en longitud.

  • Hay regiones con grosor menor: Constricciones:

    • primaria: Las dos cromátida permanecen unidas.

    • Secundaria

    Existe una zona en cada cromátida donde se localiza el ADN satélite.

    En el otro extremo: Telómeros.

    En la constriccoón primaria hay otras estructuras : Cinetocoros, asociados uno a cada cromátida.

    La constricción primaria recibe el nombre de centrómero.

    La posición en la constricción primaria. Los cromosomas se pueden dividir en:

    • METACÉNTRIOS: La constricción primaria se localiza en la mitad del cromosoma, de tal forma que los brazos tienden a tener una longitud equivalente.

    • SUBMETACÉNTRICOS: La constricción primaria está ligeramente desplazada de la mitad. La longitud de los brazos varían ligeramente (los de abajo + grandes que los de arriba).

    • ACROCÉNTRICOS: la constricción primaria está muy desplazada hacia un extremo. Unos brazos son muy pequeños, mientras que los otros dos restantes son muy largos.

    7.2. Tamaño y número de los cromosomas:

    El tamaño es ligeramente variable. Su longitud oscila entre 0'2 - 50 m. El diámetro entre 0'2-2 m.

    El número de cromosomas depende de la especie. Entre especies alejadas evolutivamente, el número de cromosomas depende de si hablamos de células somáticas o germinales.

    • Somáticas: Tienen una notación de 2n. Presentan dos juegos de cada cromosoma.

    2n = 6 : Esa célula presenta tres parejas de cromosomas, y cada pareja se llama cromosomas homólogos.

    • Germinales (gametos): Notación n.

    n = 3

    Ej: la especie humana.

    2n = 46

    n = 23 ! óvulos y espermatozoides.

    7.3. Arquitectura molecular de los cromosomas metafásicos:

    Cuando los cromosomas se observan intactos en el M.E. de barrido como con MET, la superficie es completamente lisa.

    En cada cromosoma, las cromátidas presentan una cadena nucleohistónica (ADN + histonas) muy larga y que está notablemente empaquetada. Este modelo se consiguió en 1977 gracias a LAEMMLI, propuesto en base a los siguientes experimentos:

    • Cuando se eliminan las proteínas no histónicas (tratando a los cromosomas de baja fuerza histónica), la cromatina aparecía constituida por un filamento de diámetro de 25-30 nm de grosor.

    • Si se eliminaban las proteínas histónicas el cromosoma aparecía constituido por un eje proteico del cual aparecían numerosos bucles.

    En funciones de estos dos experimentos propuso que el cromosoma metafásico está constituido por un esqueleto formado por proteínas no histónicas y sobre todo ese esqueleto, el filamento de diámetro 25-30 nm se dispone en espiral y formando una serie de bucles, que forman micromoléculas que adoptan una disposición en hélice.

    7.4. Ultraestructura de los cinetocoros:

    A nivel de la constricción primaria existen una serie de plaquitas, asociadas a cada cromátida. Cuando se observa la estructura a mayor aumento, vemos que están formados por una serie de láminas (3): 2 densas y una clara.

    1.- Una densa asociada al cromosoma: LÁMINA LINTERNA. Grosor 40-60 nm. ADN + proteínas.

    2.- Lámina clara: LÁMINA MEDIAL. El grosor oscila entre 25-30 nm. Formada por proteína fundamental. Sobre los cinetocoros, los cromosomas inciden los MICROTÚBULOS DEL USO MITÓTICO (responsables del movimiento de los cromosomas durante la mitosis).

    3.- Lámina densa: LÁMINA EXTERNA. Grosor 40-60 nm. ADN + proteínas.

    TEMA 8. NUCLEOLO Y RIBOSOMAS.

  • Composición química y estructura del nucleolo.

  • Concepto y tipos de ribosomas.

  • Estructura y composición química de los ribosomas.

  • Biogénesis de los ribosomas.

  • Síntesis proteica o funciones de los ribosomas.

  • 8.1. Composición y estructura del nucleolo.

    Es la estructura que está presente en el núcleo de la célula (durante la interfase) y durante la profase de la división celular. Se le puede considerar como una estructura especializada por diferenciación, que se encarga de la formación de los ribosomas.

    A nivel del nucleolo existe una porción del ADN que se denomina organizador nucleolar que es donde se generan las moléculas de ARNr pesadas.

    Composición química:

    Fundamentalmente compuesto por una pequeña porción de ADN, ARN y proteínas que se sintetizan en el citoplasma y son transportadas al nucleolo y proteínas ribosómicas.

  • ADN: 1-3 % del total del peso seco del nucleolo.

  • ARN: 10-30 % “ “ “ “ “ “

  • Proteínas: elementos más abundantes en el nucleolo.

  • Descubierto en 1781 por Fontana: se dio cuenta de q2ue el nucleolo sigue un ciclo característico a lo largo del ciclo celular.

    Está presente en la interfase y durante casi toda la profase de la división celular.

    Al final de la profase, el nucleolo desaparece.

    Durante el resto de la división, el nucleolo está ausente y se comienza a ver de nuevo en la interfase.

    El nº de nucleolos varía entre los distintos tipos celualres. La mayoe parte de las células poseen 1 ó 2 nucleolos.

    En los óvulos puede haber hasta 1.000 nucleolos.

    • En 3 dimensiones tiene forma esférica y en sección, redondeada. Morfología irregular.

    • Posición: Normalmente central o ligeramente desplazado hacia la periferia.

    • Tamaño: depende del tipo celular. Como término medio. 1-2  de diámetro.Existen una serie de trabajos más o menos irregulares entre los que quedan secciones con material diferente.

    • Componentes:

    • Parte amorfa: Huecos claros con el MET.

    • Parte densa: Oscura al MET. Podemos distinguir 2 regiones:

  • Centros fibrilares: Regiones fundamentalmente con ADN (corresponde a los centros organizadores nucleolares) y diversas enzimas encargadas de la transcripción. Constituidos por fibras de diámettro 7-9 .

  • Región fibrilar: Compuesta pr fibrillas de 8-10 nm de diámettro. Regiones muy densas (las más del nucleolo). Las fibrillas están constituidas por ADN y por moléculas de ARNr que se están sintetizando y proteínas asociadas.

  • Región granular: Constituida por gránulos de un diámetro apróximado de 25 nm; los cuales corresponden a las subunidades ribosómicas que se están formando. Aparece menos densa que la región fibrilar.

  • A veces, asociada a nucleolos aparece una zona de cormatina densa: Heterocromatina. Asociada al nuceolo.

  • 8.2. Concepto y tipos de ribosomas.

    TEMA 9. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO:

    9.1. Concepto y estructura del retículo endoplasmático.

    9.2. Composición química.

    9.3. Funciones del retículo endoplasmático.

    9.4. Biogénesis.

    9.1. Concepto y estructura:

    El R.E. se puede considerar como un conjunto de membranas que limitan cavidades cerradas o cisternas. Este orgánulo tiene un papel importante en la biosíntesis de proteínas y lípidos que forman parte del R.E., del AG, de lisosomas, plastos y mitocondrias y MP.

    Pero también sintetiza las proteínas que se encuentran en la luz del RE, del AG, de lisosomas y de las vesículas de secreción.

    Este orgánulo se puede dividir en 2 tipos:

  • RE Rugoso: Presenta ribosomas adosados a sus membranas.

  • Está constituido por cisternas que están interconectadas entre sí. Las cisternas en sección muestran un contorno alargado. Se conectan a su vez con la envoltura nuclear. Los ribosomas están adosados a sus membranas y están en forma de polisomas y están sintetizado proteínas. Las cisternas tienen un grosor que oscila entre 800 Å - 1 m. En lo que se refiere a la mb del RER tiene un grosor de 70 Å: el de las láminas osmófilas 15 Å y la lámina osmófoba 30Å. La mb tiene 2 caras, una citoplasmática que mira del citoplasma y una lámina que mira hacia la luz del RER. Los ribosomas se adosan a la cara citoplasmática.

    El contenido de las cavidades del RER, aparece claro cuando se observa con el ME. En algunos casos se pueden observar en él, cristales e inclusiones densos.

  • RE Liso: no tiene ribosomas adosados.

  • Está constituido por cisternas con morfología tubular, sin ribosomas.

    Cuando se analiza la distribución del RE en la célula con técnicas inmunocitoquímicas (utilización de anticuerpos que se unen a una determinada molécula específicamente queremos ver), vemos que se organiza de tal manera que aparece una red fluorescente que se distribuye por todo el citoplasma.

    * En órganos del sistema vivo, la disposición del RE varía del tipo celular que consideremos y también varía la abundancia relativa entre el RER y el REL

    * Una célula donde el RE es abundante, son las células de los acinos pancreáticos, donde el RE es rugoso y se sitúa fundamentalmente en la región basal de la célula.

    * En los hepatocitos (células del hígado) 1/3 de REL y 2/3 de RER. En este caso se sitúa disperso por todo el citoplasma.

    * En células productoras de hormonas esteroideas, la mayor parte es de REL y también se distribuye de forma homogénea por toda la red.

    9.2. Composición química:

    El estudio de la composición química se puede llevar a cabo de dos formas:

  • Sobre células intactas: Existen varias técnicas.

  • a.1.) Técnicas citoquímicas: se utilizan para detectar actividades enzimáticas y se basan en la adicción de un sustrato a las secciones de células el cual es específico de la enzima que queremos estudiar y además un segundo compuesto que modifica el anterior dando un precipitado que se puede observar por el micro. Con estas técnicas se ha puesto de manifiesto en el RE la actividad enzimática Glucosa 6 fosfatasa, la cual actúa sobre la glucosa 6 fosfato, dando glucosa + fosfato. Lo que se hizo fue incubar células fijadas con glucosa 6P más Nitrato de plomo. En aquellos lugares donde existe la enzima se genera glucosa + ácido fosfórico, el cual reacciona con el nitrato de plomo y se forma el fosfato de plomo que resulta que aparece muy denso cuando se observa por el micro, lo que indica que en estas zonas existe la enzima glucosa 6 fosfatasa, la cual es exclusiva del RE, no existe en otro lugar de la célula (excepto la envoltura nuclear).

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