Tema 2 La Célula 1

Concepto de célula: Es la unidad estructural y funcional de los seres vivos. Son unos pequeños compartimentos rodeados por una membrana y llenos de una solución acuosa hipertónica. Lo más característico es que puede reproducirse; tras crecer, creando copias semejantes a ella.

Los organismos más simples son unicelulares, mientras que los complejos son pluricelulares. El hombre, por ejemplo, tiene 1014 células. Además, los organismos pluricelulares tienen las células especializadas por funciones, siendo muy diferentes en tamaño y forma cada tipo de células.

Composición de la célula: La célula, está compuesta por un 70% de agua, un 20% de proteínas y aproximadamente un 2% de ARN y un 1% de ADN. El 7% restante son otras moléculas (glúcidos, lípidos,…).

Tamaño de la célula: Mide entre 5 y 100 micras de diámetro. Difícilmente puede ser más pequeño o más grande (aunque hay excepciones). No puede aumentar más por la relación S/V, ni ser más pequeña para que puedan caber dentro los orgánulos celulares.

Diferencias entre la célula eucariota y la procariota:

	Procariota	Eucariota
Organismos	Bacterias y Cianobacterias	Protoctistas, Hongos, Plantas y Animales
Tamaño	1 a 10 micras	5 a 100 micras
Metabolismo	Anaerobio y Aerobio	Solo Aerobio
Orgánulos celulares	Pocos o ninguno	Núcleo, Mitocondrias, Cloroplastos, Retículo endoplasmático, Aparato de Golgi, etc.
DNA	DNA circular en el citoplasma	DNA lineal en cromosomas y con envoltura nuclear
RNA y proteínas	RNA y proteínas sintetizados en el mismo compartimento	RNA sintetizado y procesado en el núcleo, proteínas sintetizadas en el citoplasma
Citoplasma	Sin citoesqueleto, corrientes citoplasmáticas. endo y exocitosis ausentes	Citoesqueleto compuesto por proteínas, corrientes citoplasmáticas, existe endo y exocitosis
División	Separación de cromosomas por unión a la membrana	Por unión al huso mitótico
Organización	Unicelulares	Pluricelulares

Semejanzas entre células procariotas y eucariotas: Las rutas metabólicas son iguales y la forma de almacenar la información, también son iguales, que son la utilización de ARN y ADN.

Compartimentalización celular: La Compartimentalización celular, ha resultado una ventaja evolutiva de la célula eucariota frente a la procariota. En primer lugar, permite especializar funciones en los orgánulos, debido sobre todo a la gran cantidad de reacciones de síntesis y degradación que se dan en la célula. Una cosa importante es que cada compartimento debe tener una composición proteica diferente, como pueden ser proteínas hidrolasas, de síntesis, etc.

Otra cosa importante es que estos compartimentos están relacionados entre si, no directamente (alguno si como son el núcleo y el retículo endoplasmático), mandándose las proteínas en vesículas.

Estos compartimentos están en unas posiciones determinadas y ese sitio se mantiene con el citoesqueleto. Algunos orgánulos se mueven y las vesículas cuando se desplazan, lo hacen con la ayuda del citoesqueleto.

Por último, esta compartimentalización produce en la célula un aumento de tamaño.

Origen de los orgánulos: Para explicar el origen de los compartimentos, llamados orgánulos celulares, hay 2 hipótesis diferentes, como son:

• Invaginación de la membrana: A partir de una célula procariota antigua, se produjo una invaginación de la membrana, que rodeó al ADN y se formó finalmente el núcleo y el retículo endoplasmático, que están unidos. Esta teoría puede explicarse con la doble membrana que rodea el núcleo, que puede proceder de la membrana externa.

• Mecanismo que origina las mitocondrias: Una célula procariota se introdujo en un eucariota ancestral mediante fagocitosis. Esta célula procariota era aerobia y ya se quedó dentro y pasó a formar parte de los orgánulos celulares. Se explica por la doble membrana de las mitocondrias y por que puede sintetizar sus propias proteínas con el ADN que contiene y los ribosomas que también podemos encontrar junto al ADN en su interior.

El citoplasma: El citoplasma está formado por el citosol, que ocupa un 50% del total y es una solución acuosa hipertónica de diversas moléculas, como pueden ser sales minerales y otras, de tal manera que tiene una consistencia gelatinosa

El núcleo: Es el orgánulo más grande (10% del volumen total) y es el almacén de la información ya que dentro de él está la mayor parte del ADN de la célula. Además podemos encontrar ADN en las mitocondrias.

Estructura del núcleo: Presenta una envoltura nuclear, constituida por una membrana interna que presenta proteínas anclantes y donde se van a unir proteínas filamentosas que forman la lamina nuclear, que va a soportar la estructura del núcleo. La membrana externa es continua con la del retículo endoplasmático. Tienen casi la misma composición, incluso va a tener adheridos ribosomas. También tiene unidas proteínas fibrosas que soportan el núcleo y lo rodean. Presenta estructuras llamadas poros nucleares, que van a permitir el transito citoplasma ! núcleo. Permiten la salida de ARNm y de las sub-unidades ribosomales. Los poros, también permiten la entrada, por ejemplo de proteínas nucleares. El paso a través de los poros es altamente selectivo, por lo que solo van a poder entrar proteínas nucleares (que están señalizadas con un pequeño péptido), y solo pueden salir ARNm maduro y sintetizado por completo. Para esta selección, los poros están formados por grandes complejos proteicos (más de 100 proteínas). Solo pueden pasar libremente pequeñas moléculas hidrosolubles. Además podemos decir que para el transito de sustancias a través del poro, hace falta energía. Por otro lado, tenemos el nucleolo, que es una estructura muy densa dentro del núcleo, pero no es un orgánulo, ya que no tiene membrana sino que es una zona donde el ADN está muy condensado. La función del nucleolo es la síntesis de ARN ribosómico. Además, tenemos la cromatina que es la unión del ADN y proteínas histonas.

Estructura de los ácidos nucleicos: Son polímeros de nucleótidos, los cuales están formados por nucleósidos y grupos fosfatos, uniéndose por enlaces fosfodiester. Un nucleósido es un azúcar y una base nitrogenada. El azúcar y la base son diferentes en el ADN y el ARN.

	ARN	ADN
Azúcar	Ribosa	Desoxirribosa
Base	A-G-C-U	A-G-C-T

El ARN es una hebra sencilla que puede plegarse, pudiendo formar estructuras tridimensionales diferentes. Por otro lado, el ADN, al ser bicatenario puede formar otras estructuras, por ejemplo, el modelo de Watson y Crick explica la estructura secundaria, que es una doble hélice, formada por dos cadenas antiparalelas totalmente complementarias (A-T; C-G).

Funciones de los ácidos nucleicos: Dentro de los ARN, nos los podemos encontrar con varias funciones, como pueden ser:

• Ribosómico: Síntesis de proteínas.

• Mensajero: Transporta información del ADN a los ribosomas.

• Transferente: transporta aminoácidos para formar las proteínas.

• Nucleolar.

• Hay otros más con muchísimas funciones (enzimática, etc).

El ADN, se encarga de almacenar la información genética, por lo que en el ADN están los llamados genes, que son secuencias de ADN que contienen la información para un ARN o para una proteína funcional. Además, hay secuencias que regulan la trascripción. Dentro del gen hay secuencias codificantes pero hay otras que no son codificantes (intrones), sino que aumentan la variabilidad proteica. Primero, se sintetiza un pre-ARNm, el cual madura, eliminándose los intrones.

El genoma: Es el conjunto completo de la información genética almacenada en el ADN de un organismo. Contiene 24 cromosomas distintos ya que hay 22 cromosomas autosomas, cada uno de ellos con 2 copias idénticas más 2 cromosomas sexuales diferentes (XX mujer; XY hombre). Las células, aún con la misma información, son diferentes al no expresar los mismos genes cada una de ellas. En el ADN, se van a producir la replicación, la transcripción y la reparación cuando hay algún error en la replicación o alguna mutación.

Empaquetamiento del ADN: Una célula contiene más o menos 2 metros de ADN y el núcleo solo tiene de 5 a 8 micras, por lo que está altamente condensado. Ese empaquetamiento, no puede ser excesivo, ya que no se podría replicar, transcribir o reparar, ya que los enzimas han de poder acceder al ADN. En el empaquetamiento, podemos distinguir varios niveles:

Collar de perlas: el ADN se enrolla en los nucleosomas que está formado por 8 histonas 2H2A, 2H2B, 2H3, 2H4, quedando el ADN enrollado unas 146 pares de bases por nucleosomas y unos 200 pares de bases entre cada nucleosomas. La longitud se reduce unos 2/3.

Fibra de 300 nm: Los nucleosomas se ponen alrededor de un eje, formado este por histonas del tipo H1.

Bucles: La fibra de 300 nm se enrollan sobre si misma formando bucles, quedando el ADN más empaquetado aún.

Forma condensada de cromatina.

Forma condensada en rodillo, donde los bucles se enrollan de una forma concéntrica y compactándose más. Estos rodillos se suceden en rosetas.

Cromosoma: solo se forman cuando la célula va a dividirse, en esta forma el ADN no es activo transcripcionalmente.

Al final, el ADN se ha empaquetado unas 50000 veces.

Según el estado en el que se encuentre la célula, distinguiremos 2 estados del cromosoma, como son el cromosoma interfasico y el metafásico. La célula, tiene 2 fases, como son la denominada fase M, en la cual la célula se divide y la llamada Interfase, en la cual la célula crece en tamaño y va realizando sus funciones; dentro de esta tenemos 3 sub-fases: G1: Deriva de “gap”, que significa vació, ya que en esta fase no hay síntesis, al igual que en la G2; hay una fase intermedia, llamada S, que deriva de síntesis, ya que en esta fase se replica o duplica el ADN.

Dentro de estas distintas fases, diferenciamos el cromosoma mitótico o metafásico y el cromosoma interfasico. En el mitótico, es donde hay un máximo empaquetamiento del ADN, que se debe principalmente a la necesidad de un mejor reparto del material genético. Ene l interfasico, la cromatina está mucho más dispersa, debido a la necesidad de realizar la transcripción para la síntesis de las proteínas. La condensación, es variable en el cromosoma interfasico, dando lugar a la heterocromatina (zona más condensada) y a la eucromatina (zona menos condensada). La eucromatina es mucho más activa transcripcionalmente que la heterocromatina. En cada tipo de célula, la eucromatina y al heterocromatina son diferentes, ya que cada uno de esos tipos, expresa unos caracteres diferentes. El estado también puede varias por la actividad celular.

Dentro de todos los cromosomas hay unas secuencias especializadas en la replicación, que son especialmente 3, como por ejemplo, los orígenes de replicación, que no son más que secuencias que indican donde debe empezar la replicación del ADN. Las células eucariotas, tienen muchos orígenes de replicación, agilizándose la replicación.

Otra de estas estructuras, es el centrómero, que permite la unión de las 2 cromátidas de cada cromosoma tras la replicación. Además, en el centrómero se va a formar el cinetocoro, que es un complejo proteico asociado al centrómero y al huso mitótico, permitiendo la división de las cromátidas hermanas en al mitosis.

Por último, tenemos el telomero, que esta en los extremos de los cromosomas. Son secuencias repetidas, cuyas funciones son el aseguramiento de la replicación completa del cromosoma, ya que sirve para que actúe el ARN cebador y no se pierda parte del cromosoma. Al otra función es la de proteger al cromosoma de la hidrólisis por las nucleasa que hay dentro del núcleo y que podrían destruir todo el cromosoma, pero las telomerasas siempre están añadiendo nuevos telomeros, por lo que nunca llegaran al principio real del cromosoma.

Por último, podemos decir que la representación ordenada por tamaño y forma de los cromosomas, se denomina Cariotipo.

Tema 3 La célula II

Orgánulos citoplasmáticos:

Ribosomas: No son orgánulos propiamente dichos, ya que no poseen membrana. Están formados por ARN ribosómico y proteínas (ribonucleoproteínas). Presentan una subunidad pequeña y otra grande, que tienen diferente peso molecular y diferente coeficiente de sedimentación, estando formadas la subunidad grande por 49 proteínas y 3 moléculas de ARN y la pequeña por 33 proteínas y 1 molécula de ARN.

El ARN ribosómico se sintetiza en el nucleolo, mientras que las proteínas ribosómicas son sintetizadas en el citoplasma. Tras formarse, los ARN se asocian con las proteínas ribosómicas, las cuales entran al núcleo a través de los poros, formándose las 2 subunidades.

La subunidad pequeña, es la que tiene la función de unirse al ARN mensajero y en ese momento la subunidad grande se une al conjunto. La subunidad pequeña, tiene un sitio de unión para el ARN mensajero y otro para el ARN transferente, que va colocando los aminoácidos, los cuales son unidos por la subunidad grande, que tiene función catalítica.

Normalmente, los encontramos formando estructuras complejas llamadas polisomas o polirribosomas, que son conjuntos de ribosomas que leen a la vez la mima hebra de ARN mensajero, sintetizándose muchas copias a la vez de la misma proteína, consiguiéndose una síntesis muy rápida.

En la célula, distinguimos 2 poblaciones de ribosomas, como son los ribosomas libres, que sintetizan proteínas y que se encuentran libres en el citosol y aquellos que están unidos al retículo endoplasmático, esta ordenación depende del péptido señal que posean, pudiendo enviarlos al citosol o al retículo endoplasmático.

Retículo endoplasmático: Es un sistema de sacos y tubos que ocupa mucho citoplasma. Estos tubos dejan en el interior el denominado lumen. Hay 2 tipos:

• Retículo endoplasmático rugoso: presenta en su membrana externa ribosomas, por lo que se encarga de sintetizar proteínas y cuando finaliza, las proteínas entran en el lumen o se queda en la membrana. Esto depende del llamado péptido señal y de la solubilidad de la proteína. Una vez dentro del lumen, las proteínas son plegadas y pueden ser glucosiladas.

• Retículo endoplasmático liso: Este no posee ribosomas y además es más escaso que el rugoso, y este interviene en la síntesis de lípidos (fosfolípidos, colesterol,etc), siendo muy importante para la formación de las membranas. En algunos tipos de células puede ser muy grande, al tener estas células funciones especiales (músculo almacenamiento de calcio; células secretoras de esteroides, etc)

Aparato de Golgi: Está formado por la asociación de unos sacos aplanados o cisternas, que están apilados formando los llamados Dictiosomas. A su alrededor hay muchísimas vesículas de transporte, que transporta proteínas y lípidos que se sintetizan en el retículo endoplasmático. Hay también vesículas intercisternas, que van trasladando las proteínas entre las diferentes proteínas. Y al final del Golgi, también hay, que so las llamadas vesículas de secreción. Podemos diferenciar la cara cis y al cara trans. La cara cis es la más próxima al retículo y por ello es la receptora de las vesículas procedentes del retículo. La trans es la más próxima a la membrana y de allí parten las proteínas a la membrana o a otros orgánulos. Su función es la de clasificar, empaquetar y distribuir las proteínas según su destino final. Además, también modifica proteínas en las cadenas de las glucosilaciones.

Lisosomas: Son vesículas rodeadas por una membrana y que pueden tener tamaños y formas variadas. Tienen en su interior enzimas hidrolíticas, que pueden degradar macromoléculas (proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos, lípidos) en sus componentes elementales. Son hidrolasas ácidas, es decir, su pH de acción es ácido (5-6). Se consideran que son centros de reciclaje, ya que degradan restos celulares, proteínas no funcionales o incluso destruyen células no funcionales(autosuicidio). También degradan materiales fagocitados en sus compuestos elementales y después, liberan los elementos y pueden ser reutilizados por la célula. Su importancia es que encierran esas enzimas en una estructura, que si estuviesen libres podrían destruir la célula. Además el pH citosólico no podrían actuar. Ese pH ácido se consigue en los lisosomas gracias a la bomba de protones que introduce protones al interior. Y para evitar su destrucción, tienen la membrana muy glucosilada, protegiéndola contra la acción de las enzimas hidrolíticas.

Ensosomas: Son vesículas grandes rodeadas por una membrana y su función es la misma del aparato de Golgi, pero para la endocitosis de forma que cuando hay una endocitosis, manda de vuelta ala membrana las proteínas de la vesícula y el resto lo introduce en los lisosomas. Hay 2 poblaciones, como son los tempranos y los tardíos. Los tempranos son los más cercanos a la membrana, mientras que los tardíos están más cerca de los lisosomas. Estos endosomas tienen pH ácido, mayor este en los tardíos, por lo que poseen una bomba de protones.

Peroxisomas: Parecidos a los lisosomas y su función es la de contener enzimas oxidativas, usadas en la oxidación de los lípidos. Se produce peróxido de hidrógeno, que resulta muy dañino para la célula, pero el peroxisoma tiene una enzima que destruye el peróxido de hidrógeno.

Mitocondrias: Orgánulos con tamaño y forma parecidos a las bacterias. Tienen 2 membranas con composición y función diferente. La membrana interna está muy replegada y estos pliegues hacen que haya muchos enzimas que participan en la fabricación (fosforilación) del ATP, que se hace con la ayuda de la degradación de la glucosa. En el interior, presentan ADN, ribosomas, ARNt, que les vale para sintetizar aproximadamente un 10% de sus proteínas. Otro parecido con las bacterias es que pueden multiplicarse dividiéndose en 2.

Clasificación de las proteínas: las proteínas, se fabrican en los ribosomas, pudiendo ser esta fabricación en los ribosomas del retículo endoplasmático o en los ribosomas libres del citoplasma. Las proteínas fabricadas en los ribosomas libres, pueden tener varios destinos, como pueden ser el propio citosol, para lo cual no tienen péptido señal. Otros destinos son el núcleo, las mitocondrias, los peroxisomas o el retículo endoplasmático. Para entrar en las mitocondrias, en los perixomas y en el retículo, las proteínas poseen un péptido señal, que es reconocido mediante receptores y es introducido mediante proteínas translocadoras (transportadoras).

Citoesqueleto: Es una red de proteínas fibrosas (o filamentosas) que se extienden por casi todo el citoplasma, formando una malla entrelazada. Sus funciones son las de organizar y estabilizar todo el citoplasma, ya que determina la posición de los orgánulos y los demás componentes (cromosomas, etc) en todo el citoplasma. También va a guiar el movimiento de la célula, así como el de los orgánulos citoplasmáticos. Otra de sus funciones es la de dar consistencia y forma a la célula. Una de sus características, es que es una estructura muy dinámica (reorganización continua), como puede darse en la mitosis. Los filamentos que constituyen el citoesqueleto son de 3 tipos:

• Filamentos intermedios: Su principal función es la soportar una gran fuerza de tensión, permitiendo a la célula resistir el estrés mecánico que supone el estiramiento de la célula. Se encuentran en casi todas las células animales. Aparecen alrededor del núcleo, se extiende y se unen a las uniones intercelulares. También están en el núcleo, constituyendo la lámina nuclear, que le dan fuerza al núcleo. Los filamentos intermedios están formados por subunidades proteicas que son proteínas fibrosas muy largas que forman mediante entramados una especie de cuerda. Estos filamentos, son muy abundantes en células con gran estrés mecánico, como en las células de la epidermis, donde los filamentos están formados por queratina, mientras que en el tejido conjuntivo y en el músculo es la pimentina y en el tejido nervioso son los neurofilamentos.

• Microtúbulos: Su función es la de organizar el citoplasma, determinando la posición de los orgánulos, así como guiar los movimientos de estos y de las vesículas. Además, en la mitosis, forman el huso mitótico y además en algunos tipos de células forman cilios y flagelos. Su estructura es la de un tubo hueco y largo formado por 13 protofilamentos, que stán formados por tubulinas. Se dice que estos tubos un extremo +, donde hay una polimerización continua y un extremo - que es donde el túbulo se despolimeriza. Esta propiedad es muy importante porque determina la dirección del movimiento de los orgánulos. El centrosoma, que se encuentra próximo al núcleo, es quien durante al interfase fabrica los microtúbulos. En el centrosoma (o centro organizador de microtúbulos) está el llamado centríolo que está formado por pequeños microtúbulos. Se dice que son los centríolos los que organizan los microtúbulos. Durante la mitosis los centríolos darán lugar a los polos del huso mitótico. También el centrosomas interviene en la formación de lso cuerpos basales a partir de los cuales surgen los cilios y los flagelos. Los microtúbulos tienen muchas proteínas accesorias, entre las que hay 2 fundamentales como son las estabilizadoras de microtúbulos (muy importante en cilios y flagelos). El otro tipo son proteínas motoras, que utilizan la energía del ATP para mover vesículas, orgánulos, etc a lo largo de los microtúbulos. Suelen ser 2 tipos, como las dineinas y las quinesinas. Los cilios y los flagelos son muy inestables y móviles, por lo que en su movimiento están implicadas las dineinas. Los cilios aparecen en muchas células eucariotas y en ellos, los microtúbulos están rodeados por una membrana. Su función es la de mover líquidos. Los flagelos son parecidos pero bastante más largos por lo que moverán la célula entera. Su única particularidad es la disposición de lso microtúbulos, que es 9+2 (9 pares alrededor y 1 par en le centro).

• Filamentos de Actina: Su función es la de darle fuerza a la superficie celular, pero también participa en los movimientos celulares como la fagocitosis o en las células musculares. También son muy importantes en las microvellosidades, a las que dan fuerza y también durante la división celular. Su subunidad menor es la actina que es 1 proteína globular (actina G). son también muy dinámicos, con un extremo + y uno -. Se encuentran entrelazados entre sí, siendo más resistentes de esta forma. Tienen proteínas accesorias, que estabilizan. También poseen proteínas motoras que están asociadas y que son las miosinas, que son proteínas que pueden hidrolizar ATP para obtener energía. Hay 2 tipos de miosina, la 1 que solo tiene 1 molécula y al 2 que son 2 moléculas con las colas entrelazadas.

Tema 4: Membrana Plasmática

Funciones:Su función principal es la de separar el interior de la célula del exterior. Tiene muchas funciones más como dar forma a la célula. También es una barrera semipermeable o selectiva, es decir, solo va a dejar pasar las moléculas necesarias (nutrientes) y que salgan los desechos.

También controla el volumen de la célula así como la asimetría iónica, es decir, la diferencia de iones entre el interior y el exterior de la célula, que s algo muy importante. El medio extracelular tiene mucha Na+ y Cl-, mientras que dentro hay mucha menos concentración. El principal catión intracelular es el K+, habiendo más dentro que fuera. Debe de haber compensación de cargas, por lo cual hay aniones dentro como el fosfato, bicarbonatos, proteínas cargadas, etc. Hay otro ión muy importante como el Ca2+, que está menos concentrado en el interior aunque sus concentraciones tanto en el interior como en el exterior son muy pequeñas.Son las bases de muchas reacciones. Por ejemplo, el K+ es el responsable del potencial de membrana -)+.El Na+ participa en el transporte de sustancias. El Ca2+ es importante para la señalización celular (comunicación) y también para la contracción muscular.

Otra de las funciones de la membrana es la de tener actividad enzimática por catalizar muchas reacciones. También puede metabolizar la Energía química en otros tipos de Energía (eléctrica, osmótica, etc).

Por otro lado, la membrana presenta receptores que captan estímulos internos, además de intervenir en las reacciones Ag-Ac así como en los reconocimientos necesarios en la reproducción.

Todas las membranas no realizan todas las funciones, sino que se especializan, aunque la selectividad y el mantenimiento de la asimetría iónica si son generales en todas las células.

Composición de la membrana: presenta proteínas (~48%), glúcidos (2~4%) y lípidos (~48%). Los lípidos son principalmente fosfolípidos entre los que hay muchos tipos y todos ellos son moléculas antipáticas. La cabeza es hidrofílica y la cola hidrofóbica. Se forman miscelas. Pero las membranas están formadas por una bicapa, donde las cabezas se disponen hacia fuera de la bicapa y las colas hacia el interior de esa bicapa. Además de los fosfolípidos aparecen glucolípidos y colesterol. Dentro de las proteínas podemos diferenciar las proteínas intrínsecas que son las que hay romper la membrana para extraerlas; estas proteínas son normalmente transmembranales. También hay algunas unidas covalentemente a los lípidos. El otro grupo son las extrínsecas o periféricas que se pueden separar por simple agitación. Por último los glúcidos aparecen como glucolípidos o como glucoproteínas, dependiendo la relación de la función de la célula.

Estructura de la célula: el modelo actual es el llamado mosaico fluido, en este modelo los lípidos forman una bicapa y en esta están inmersas las proteínas al igual que el colesterol. El nombre viene de que la estructura es muy fluida y esta fluidez permite que las proteínas puedan moverse por la bicapa. Esta fluidez se debe a que los lípidos se mueven, presentándose 3 tipos de movimiento:

• Movimiento rotacional: gira alrededor de su propio eje y este movimiento depende de la energía térmica.

• Movimiento traslacional: intercambian posiciones entre ellos.

• Movimiento flip-flop: las proteínas cambian de monocapa. Este movimiento es raro y está controlado enzimáticamente por medio de las flipasas.

La fluidez de la bicapa está afectada directamente por la temperatura, así como la composición lipídica, ya que las colas de los lípidos interaccionan entre ellas dado rigidez a la bicapa. Si los fosfolípidos formantes de la membrana están formados por ácidos grasos de cadena corta, la bicapa será más fluida al interaccionar menos entre ellos. También influyen las instauraciones, las cuales aumentaran la fluidez de la membrana. Otro componente que influye es el colesterol, que hace que las membranas tengan rigidez. La importancia de la fluidez es por que permiten la interacción de las proteínas que son muy importantes en la señalización celular.

Por otro lado, permite que las proteínas y los lípidos recién sintetizados puedan distribuirse por la membrana. Así como en la endocitosis o en una fusión de membranas. Por último permite la uniforme distribución entre células hijas tras la división celular.

Otra propiedad importante es su asimetría que puede ser teniendo en cuenta las proteínas o los fosfolípidos, lo cual influye en la distribución de funciones en la bicapa (señalización, etc). La asimetría empieza en al formación de la membrana y lo más llamativo es que los glúcidos están hacia fuera de la célula, lo cual se denomina glucocálix. Su función es la de ayudar en el reconocimiento celular y en la adhesión celular y la de proteger química y mecánicamente a la célula.

Uniones celulares: Las células se unen formando tejidos, estando más presentes en los epitelios. Hay 3 grupos divididos por las funciones que desempeñan:

Uniones de adhesión o estrechas: Sellan la unión celular de forma que impiden el paso de sustancias entre las células.

Uniones de adhesión: Su función es la de unir mecánicamente las células a sus vecinos y a la llamada lamina basal, que es material extracelular al que se sujetan las células epiteliales.

Uniones de comunicación: Comunican 2 células mediante una especie de pequeños túmulos.

En las uniones estrechas vemos que dan selectividad, eligiendo lo que dejan pasar. Es muy importante por que asegura que el transporte sea unidireccional a través del epitelio. Evitan el reflujo de las sustancias a la luz del órgano. Además, tienen otra función que es la de no permitir el paso de las proteínas de la membrana apical a la membrana basolateral, que son totalmente distintas. Aparecen varios tipos de proteínas y algunas pertenecen al grupo de las Ocludinas y de las Claudinas. Estas diferencian la permeabilidad de las uniones.

En las uniones de adhesión vemos que se hace mediante la unión de los citoesqueletos entre células o a la matriz extracelular. Es muy importante en los tejidos con un estrés mecánico grande (corazón, piel,…). Existen varios tipos, unas son las uniones adherentes que unen los filamentos de actina de las 2 células. El otro tipo, son los desmosomas que unen los filamentos intermedios. Esos filamentos están unidos por proteínas Caderinas que dependen del Ca2+. Hay otro tipo que son los hemidesmosomas que unen la célula a la lámina basal y sus proteínas pertenecen al grupo de las Integrinas.

Las uniones de comunicación permiten que 2 células se comuniquen mediante unos poros intercelulares por donde pueden pasar determinadas sustancias químicas o iones. Se llaman también uniones “gap”. Presenta muchísimas estructuras llamadas conexones, que están formados por 6 subunidades proteicas (conexinas). Al unirse 2, forman un poro. Están regulados con lo que pueden ser abiertos y cerrados, lo que depende del pH y de la concentración de iones.

Su importancia es que permiten que las células estén acopladas eléctrica o mecánicamente, de forma que cuando se produce un cambio en una célula, la otra también sufre dicho cambio (si están abiertas las uniones). Se dice que esas células constituyen un sincitio.

Tema 5 Transporte a través de la membrana

Difusión simple: La sustancia ha de ser liposoluble. En general, los liposolubles como las hormonas esteroides no tendrán problemas. Aparte de estos, pueden pasar moléculas muy pequeñas y apolares, como el O2 y el CO2, que también pueden pasar sin ningún problema y que son necesarios para la respiración. Más difícilmente pasan las moléculas polares. Moléculas como la glucosa y los aminoácidos muy difícilmente tanto por su tamaño como por ser hidrosolubles, pero no es imposible, ya que aunque lentamente terminan pasando al igual que los iones por tener carga eléctrica así como por estar hidratados en disolución.

La difusión se define como el movimiento neto de un soluto respecto al disolvente a favor de su gradiente de concentración. Un gradiente de concentración es una diferencia de concentración entre 2 zonas, pasando de donde más concentrado está a donde menos. La velocidad de las moléculas por difusión simple (cantidad de sustancia / tiempo) viene dada por la ley de Fick, que dice que esta velocidad es proporcional al área por el que las sustancias difunden, al gradiente de concentración (más concentración -> más velocidad) y es inversamente proporcional a la distancia que la molécula tenga que recorrer. El coeficiente de proporcionalidad es el coeficiente de difusión que depende del tamaño de la molécula y de la interacción molécula-disolvente.

Al estudiarla a través de la membrana hay que tener en cuenta el coeficiente de reparto (Kx), que es el coeficiente de la concentración de la sustancia en medio lipídico partido de la concentración de la sustancia en el medio acuoso. Para calcular esta Kx se utilizan embudos de decantación, se pone un medio acuoso con la sustancia y se añade el medio lipídico, se agita y decanta. Tras esto se ve la concentración de la sustancia en cada uno de los medios. Podemos decir que mientras más grande sea este coeficiente Kx, mayor velocidad y viceversa.

Se simplifica por que para una sustancia y una membrana
va a ser constante y se llama coeficiente de permeabilidad. Si en vez de velocidad hablamos de flujo(J) simplificamos aún más.

La permeabilidad será la pendiente de la recta que forme la función anterior, pero al aumentar la presión, también aumenta el flujo. Además cuando
entonces
.

Hablamos de flujo neto, ya que todas las moléculas se siguen moviendo hasta que la concentración en el equilibrio es constante en ambos medios. Esto ocurre cuando dejamos la sustancia mucho tiempo. Cuando J= 0, se dice que esa sustancia está en equilibrio y ocurre que dc es constante y por tanto Jn también se hace 0.

Difusión facilitada: Para facilitar el transporte de sustancias necesarias que tardan mucho en introducirse en la célula por difusión simple, las células tienen permeasas.

Características:

• La velocidad con la que la molécula pasa es mayor de la que podría esperarse si esa molécula pasara por difusión simple.

• Es selectiva (o específica), además mucho. Por ejemplo solo deja pasar la D-glucosa no la L-glucosa.

• Tienen una velocidad máxima de transporte, es decir, al aumentar dc, aumenta la velocidad pero llega un momento en el que la velocidad se hace constante o sea, el transporte se satura.

• Presenta inhibición competitiva, es decir, 2 sustratos muy parecidos pueden competir y por ello el transporte se inhibe y disminuye, como por ejemplo entre la D-glucosa y la D-galactosa.

Estas características son compatibles con la existencia de transportadores.

Al igual que con la difusión simple, la fuerza es el gradiente de concentración (siempre que la molécula no tenga carga eléctrica).

También depende del número de transportadores y de la velocidad con la que el transportador libera la sustancia (turnover).

KtAfinidad de la molécula con el transportador. A menor Kt menor afinidad. Si Kt es igual a [S] entonces
. Además la Kt y la velocidad máxima son características de cada transportador.

Lineweaver-burk: Nos permite calcular fácilmente Vmax y Kx. Se representa el inverso de la V respecto al inverso de la concentración. entonces:
y

entonces:

esta recta no pasará por el origen sino que corta el eje OY en 1/Vmax

También existen transportadores de sustancias cargadas eléctricamente. Por ejemplo, en todas las células tenemos el transportador de cloruro-bicarbonato. El Cl- esta más concentrado fuera de la célula, mientras que el HCO3- está más concentrado en el interior. Por tanto, hay un intercambio iónico. Las sustancias orgánicas son bastante impermeables y necesitan ayuda para entrar a la célula y para salir de ella. Esto regula el pH, siendo su función más importante. A estas sustancias también les afecta el gradiente eléctrico ya que a través de la membrana hay una diferencia de potencial eléctrico. Por tanto le dificultara la entrada a los iones negativos pero también ayudará a la salida del HCO3- y a la salida de iones positivos. Tenemos que hablar por tanto de gradiente electroquímico.

entonces:

El equilibrio de un ión se alcanza cuando el gradiente electroquímico sea 0, por lo que el flujo neto desparece.

Las temperaturas son siempre de 37ºC que es la media del cuerpo humano.

Esta ecuación nos va a permitir calcular el llamado potencial de equilibrio del ión, que es el potencial en el que el ión está en equilibrio. Esta es la llamada ecuación de Nerst:

Además, hay otro tipo de difusión facilitada a través de canales. El canal es una proteína transmembranosa que deja un poro hidrofílico por el que pasan las moléculas. Los canales que se han descrito son principalmente iónicos. Sus características son:

Son muy selectivos. Hay canales de Na+, de K+, de Cl-, de Ca2+, etc. Y solo dejan pasar un tipo de ión. La regulación de la selectividad no se conoce muy bien.

Están regulados, es decir, se pueden abrir o cerrar. Existen varios tipo de canales en base a su regulación:

• Canales activados por voltaje: cuando el exterior es positivo por ejemplo se cierra, pero al variar el voltaje, vuelve a abrirse. Hay zonas capaces de detectar esos cambios. Son muy importantes para generar los potenciales de acción.

• Canales regulados por ligando: el ligando es una señal química que puede ser extra o intracelular. Son muy importantes en al sinapsis.

• Canales regulados mecánicamente: una deformación mecánica hace que el canal se abra, como por ejemplo en las células ciliadas del oído.

Además de estos 3 tipos hay canales no regulados, que siempre están abiertos y a los que se les llama canales de fuga. Los de K+ están en todas las células y son los que generan la diferencia de potencial de la membrana.

Estos canales van a funcionar igual que antes en lo que respecta a los gradientes de iones.

No tienen cinética de Michaelis-Mentel sino que aumenta con la concentración de sustancia indefinidamente ya que en un segundo pueden pasar hasta un millón de iones, por lo que es difícil saturar los canales.

los canales también pueden ser para el agua, concretamente las Acuoporinas, de las que hay entre 9 y 12 tipos dependiendo de la célula y de cómo funcionen. El agua pasa a favor de gradiente químico ya que aunque es polar no tiene carga eléctrica. Por ello se habla de gradiente osmótico. La presión osmótica es la presión que tendríamos que ejercer para evitar el flujo neto de agua a través de una membrana que separa una solución de otra que contiene agua pura.

 Presión osmótica.

Coeficiente osmótico. Su significado es que con una solución de NaCl dependiendo de C y de la interacción entre electrolitos, puede estar totalmente disociado o no. Tiene un valor de 0 a 1 y por ejemplo en el NaCl es 1.

n Numero de moléculas que haya en al solución. Cuando tenemos NaCl en agua, tenemos Na+ y Cl- separados y tanto uno como otro van a ejercer presión. Por ello, tenemos que tener en cuenta en cuantas moléculas se disocia la sal.

T Temperatura.

R Constante de la ecuación de los gases ideales.

C Concentración de la sustancia.

Los líquidos corporales son siempre 300 miliosmolar

Transporte activo: Se da cuando hay que mover moléculas en contra de gradiente químico o eléctrico. Por ello hay transportadores especiales con gasto de energía. Esta energía se puede suministrar por hidrólisis del ATP, llamándose bombas iónicas o ATPasas. La más importante es la Na+-K+-ATP asa o bomba de Sodio-Potasio. El Na+ está más concentrado fuera por lo que hace falta energía para sacarlo. Al igual que el K+ que está más concentrado dentro de la célula. Por cada ATP hidrolizado esta bomba saca 3 Na+ e introduce 2 K+. Está en todas las células y es muy importante ya que va a generar y mantener los gradientes de Na+ y K+. También ayuda a regular la osmolaridad y genera algo de potencial eléctrico ya que saca 3 cargas positivas y solo introduce 2. Cuando un transportador es de este tipo, se denomina transportados electrogénico. Se inhibe por la Ouabaina que se une a los lugares donde debería ir el K+, interrumpiendo el trabajo. La Ouabaina se utiliza para problemas cardíacos al aumentar la concentración de Na+ ya que en las células cardíacas hay un intercambiador que saca Ca2+ si entra Na+. Por ello al aumentar el Ca2+, mejora la concentración.

Otra bomba importante es la Ca2+-ATPasa que está en la membrana plasmática y en los orgánulos que acumulan Ca2+ como en el retículo de las células musculares lisas. Mantiene el gradiente de Ca2+ que sirve para la señalización celular.

También tenemos la H+-ATPasa que es muy importante por ejemplo en los túmulos renales y que lo que hace es acidificar la orina. También está en los lisosomas que contienen sustancias ácidas.

Otra también importante es la H+-K+-ATPasa que está en las células estomacales para ayudar a la secreción de jugos gástricos ácidos.

El otro tipo de Transporte activo es el llamado transporte activo secundario, que se dedica al transporte de glucosa caprturada por ejemplo en el intestino. Funciona introduciendo la sustancia en contra de su gradiente usando la tendencia que tiene el Na+ a entrar en las células a favor de gradiente. Une el Na+ al transportador y aumenta la afinidad del transportador por la glucosa, entonces cambia su conformación y los libera dentro. Esto se denomina transporte acoplado.

Es secundario por que para mantener el gradiente de Na+, este tiene que salir y es sacado por la Na+-K+-ATP asa.

Otro ejemplo de co-transportador sería el de aminoácido y Na+ y otro ejemplo más sería el de Cl- -Na+-K+.

Estos co-transportadores son electrogénicos, excepto el último que es electroneutro.

Cuando todos están en el mismo sentido se habla de co-transporte o sinporter pero si las sustancias se mueven en sentidos contrario hablamos de intercambiador o antiporter. Como puede ser el intercambiador neutro Na+-K+ que es muy importante en la regulación del pH celular. También tenemos el Na+-Ca2+ que es electrogénico.

Podemos decir que todos los transportes secundarios van acoplados a sodio.

Hay otro tipo de transporte activo que es terciario, que es utilizado por los dipéptidos y tripéptidos debidos a la hidrólisis de las proteínas en la digestión. Estos transportadores introducen los péptidos en contra de gradiente acoplados a H+, cuyo gradiente es mantenido por el intercambiador Na+-H+. Además el gradiente de Na+ es mantenido por la bomba Na+-K+. Por ello se habla de transporte terciario y es usado por muchos antibióticos.

El transporte activo tiene una cinética de forma Michaelis.Mentel o de saturación.

La diferencia entre transporte activo y difusión facilitada es que esta última no necesita energía sino que siempre va a favor de gradiente de concentración.

Tema 6 Regulación del volumen celular

El volumen ha de estar en unos límites más o menos constantes.

Medio interno: todo lo que rodea a la célula, limite constante de pH y osmolaridad para una mejor distribución de agua.

Pero cada vez que entra algo a la célula, varía la osmolaridad y por arrastre osmótico entra agua, pero hay mecanismos compensatorios como favoreciendo que salgan iones de las células estimulando las Na+-K+-ATPasa, que hará que salga agua, pero también pueden activar canales de iones para mantener el volumen celular constante.

Pero además de esta regulación en medios isoosmóticos, hay mecanismos de regulación en medios anisosmóticos, es decir que no tienen igual osmolaridad que el plasma. Este puede ser por ejemplo el tubo digestivo y otros como los riñones (médula renal) donde hay una hiperosmolaridad muy grande.

En medios hiperosmóticos: Cuando ponemos una célula (glóbulo rojo) en un medio hiperosmótico, pierde agua, pero rápidamente se ponen en marcha los mecanismos de aumento de volumen (RAV), para lo cual ha de entrar agua. Para ello ha de aumentar la entrada de iones que arrastren agua. El ión principal es el Na+, cuya entrada es estimulada y que a favor de gradiente entra de forma muy fácil, pero también entrará Cl- con el Na+, con lo que no habrá cambio eléctrico en la célula. Puede estimular el Cl- -Na+-K+ o también se pueden estimular el Na+-H+ y el HCO- -Cl-. Con su combinación no cambia el potencial de la membrana. Es una regulación muy rápida, pero también hay células que viven normalmente es ese medio y que necesitan una regulación a largo plazo y lo que ocurre es que las células aumentan la síntesis de sustancia osmóticamente activas, como los aminoácidos, los alcoholes u otras sustancias.

En medio hipoosmóticos: En este caso las células en medios hipo, aumentan su volumen al entrar agua, por lo que tendrán que activar los mecanismos de reducción del volumen. A corto plazo, hacen salir K+ que está menos concentrado en el exterior, pero también puede intervenir la Na+-K+-ATP asa, pero menos ya que gasta energía. Se estimulan canales de K+ y de Cl- hacia el exterior (Cl- ext " int). También se pueden activar transportadores e intercambiadores sobre todo de K+ y de Cl-. A largo plazo no se conoce ningún mecanismo ya que en el organismo no hay zonas hipoosmóticas constantes y por ello no se conocen los mecanismos.

En la regulación del volumen participa el citoesqueleto manteniendo el volumen tirando para que no se hinche o ayudando a la endo o exocitosis.

Tema7 Transporte a través de los epitelios.

Los epitelios están polarizados. Una membrana da a la luz (del intestino, del estomago, etc) y otra da al líquido que rodea a la célula y que está en contacto con los capilares sanguíneos. En principio cuando una sustancia ha de atravesar un epitelio puede hacerlo atravesando la célula (vía transcelular), por lo que debe de atravesar 2 membranas o bien pasar por las uniones celulares (vía paracelular), pero por ahí solo pueden pasar agua y electrolitos y en algunos casos es prácticamente impermeable. Por ello normalmente usa la vía transcelular.

Absorción a través de los epitelios: La sustancia llega por la luz hasta las células epiteliales y entran a las células mediante el transportador o método específico para cada sustancia (glucosa glucosa-Na+). Debido a esta entrada, la concentración aumenta en las células, por lo que deberá haber un transporte activo para no perder nada de la sustancia. Tras ello atravesaría la célula y pasaría a los capilares, para lo cual habrá solo transporte facilitado (difusión facilitada, canales, etc). Si hay algo acoplado, sale de la célula por su transportador específico (Na+-K+-ATPasa). En cada membrana de las células habrá transportadores específicos y que evitaran la perdida de sustancia al no poder volver a la luz.

Las uniones de adhesión evitan el cambio de las proteínas de al membrana basolateral por las de la membrana apical.

Secreción: Para asegurar una secreción de Cl-, en la membrana basolateral hay co-transportadores de Cl- - Na+ - K+, y de esta forma el Cl- se puede concentrar en las células epiteliales y por canales saldrá a la luz. El Na+ saldría por la membrana basolateral por la bomba de Sodio-Potasio y el Potasio saldrá por canales. Este ejemplo en el caso del epitelio intestinal puede verse afectado por la toxina del cólera, con lo que aumenta la secreción, por lo que al arrastrar agua produce diarreas.

En las vías respiratorias, la fibrosis quística hace que no haya canales, por lo que no habrá secreción de Cl- y por tanto de agua, pudiendo taponar las vías respiratorias dando lugar a infecciones.

Las fuerzas que van a conducir el agua: El agua puede pasar a través de las membranas (vía transepitelial) o a través de las uniones intracelulares (vía paracelular). A la vez que la membrana de la célula es muy permeable al agua, pasa lo mismo en los epitelios. El agua se mueve normalmente por arrastre osmótico, es decir, es arrastrado por aquello que entre o salga de la célula. A nivel de epitelio es muy importante el gradiente de presión hidrostático que afecta mucho al endotelio de los vasos sanguíneos. A través del intercambio , influye en la filtración del plasma a través del endotelio y que se debe a la fuerza del corazón, que confiere al plasma una fuerza que genera la presión hidrostática.

Tema 8 Transporte a través de la membrana citoplasmática

Las células eucariotas están continuamente captando macromoléculas y fluidos mediante la endocitosis, pero también de una forma continua, segregan macromoléculas y fluidos por medio de la exocitosis. Ambos procesos tienen en común que en ellas interviene la formación de vesículas de membrana. En una membrana normalmente hay muchas depresiones (invaginaciones) que presentan unas cubiertas o mallas formadas por proteínas, de las cuales las más importantes son las clatrinas. Lo que ocurre en la endocitosis es que la membrana se va invaginando hasta que se forma una vesícula endocítica con su cubierta de proteínas. En la exocitosis las vesículas procedentes del aparato de Golgi se mueven hasta la membrana, se funden con esta y liberan el contenido al exterior de la célula.

Endocitosis: Dentro de la endocitosis distinguiremos entre la pinocitosis (líquidos) y la fagocitosis (solidos).

La pinocitosis es la “bebida” de la célula ya que ingiere fluídos y moléculas, formando pequeñas vesículas (<250 nm). Este proceso lo llevan a cabo todas las células del organismo, de forma que siempre están ingiriendo parte de su membrana plasmática. Siendo tan rápido que en poco más de media hora podrían ingerir toda su membrana. Pero esta membrana no desaparece ya que al mismo tiempo se produce la exocitosis , la cual reconstruye la membrana de todas las células.

La fagocitosis es la “comida” de la célula ya que incluye la ingestión de microorganismos, de células viejas, etc, formándose unas vesículas más grandes. Este proceso solo es realizado por células especializadas o fagocíticas. La fagocitosis tienen además, una función defensiva contra microorganismos extraños, como es el caso de los leucocitos. La fagocitosis siempre está regulada, es decir, que la célula fagocítica tiene receptores que reconocen sustancias extrañas. Normalmente en ese reconocimiento intervienen los anticuerpos o las proteínas del sistema de complemento, siendo intermedios entre los reconocimientos.

La endocitosis empieza en las depresiones con clatrina y dentro de la endocitosis podemos distinguir entre endocitosis de fase fluida, la cual es continua y capta fluidos y sustancias que haya en ese momento en el medio externo) y regulada, en la cual intervienen receptores específicos que reconocen la molécula o endosito, estos receptores se concentran en las depresiones recubiertas de clatrina y así aseguran el aumento de la eficacia de captación de una molécula concreta.

La recubierta de clatrina desaparece tras la formación de las vesículas.

El destino final de los fagosomas son los lisosomas para destruir su contenido. Por otro lado el destino de los receptores vuelve a ser la membrana para que puedan volver a funcionar, pero cuando estos receptores están estropeados se destruyen en los lisososmas o bien como ocurre en las células polarizadas, se lleva a cabo la trancitosis, es decir, los receptores se envían a la membrana basolateral (desde la apical), pudiendo usarse para conducir moléculas desde la membrana apical hasta la basolateral.

Exocitosis: Sirve para el transporte de macromoléculas desde el aparato de Golgi hasta el exterior de la célula. Este proceso está mediado por vesículas que se fusionan con la membrana para que los lípidos y las proteínas recién sintetizadas en el Golgi se incorporen a la membrana. Así, la célula no disminuirá de tamaño. Podemos distinguir entre la exocitosis constitutiva y la regulada:

La constitutiva se da en todas las células y sirve para la secreción de muchas de las glucoproteínas de la matriz extracelular.

La regulada solo se da en células especializadas en segregar diferentes sustancias, como pueden ser hormonas como la insulina o diferentes tipos de enzimas (digestivas, pancreáticas, etc). Se regula por que las moléculas que van en vesículas se almacenan cerca de al membrana hasta que alguna señal les indica que se han de segregar al exterior.

Tema 9 Potencial de membrana en reposo

Todas las células eucariotas tienen un potencial de membrana en reposo que es negativo en el interior respecto del exterior. Este potencial varía de unas células a otras. En las células nerviosa, por ejemplo, tiene un valor aproximado de -70 mV, mientras que en las musculares es de -90 mV y en los glóbulos rojos es de -25 mV.

El signo negativo solo indica que el interior es negativo respecto al exterior y nos indica la diferencia. Normalmente todas las células tienen un potencial de membrana (Em) estable, pero puede sufrir variaciones. Cuando el Em disminuye, va hacia valores positivos (-70 mV -60 mV), por lo que se dice que al célula se despolariza; pero si su Em aumenta (-70 mV -90 mV) se dice que la célula se hiperpolariza.

Estos cambios son muy importantes por que las proteínas pueden tener aminoácidos cargados y afectar a la configuración de dichas proteínas como en los canales afectados por voltaje.

Propiedades que determinan el potencial de membrana:

• Asimetría iónica: si ella no habría potencial de membrana. El liquido intracelular y el extracelular son electroneutros, por lo que si colocásemos 2 electrodos en el Lec, por ejemplo, no encontraríamos diferencia alguna de potencial, lo mismo que en el Lic. Solo encontraremos diferencia de potencial si medimos entre Lic y Lec y esta diferencia es lo que se conoce como potencial de membrana en reposo.

• Permeabilidad selectiva: La membrana tiene más permeabilidad para determinados iones que para otros, lo cual se debe a unos canales iónicos muy selectivos. Sin esta permeabilidad iónica, lo iones no se moverían y no habría diferencia de potencial.

Estas 2 características están en todas las células.

Elementos estructurales de las membranas para generar potencial de membrana

• Bicapa lipídica: Es aislante e impermeable a los iones. La bicapa se comporta como el dieléctrico de un condensador, es decir, puede separar cargas y acumularlas, pero ha de haber algo que las aísle y es la propia bicapa la que actúa de dicha forma. Esto, le da la propiedad de capacitancia, es decir, es capaz de separar cargas. La cantidad de cargas es igual a los voltios aplicados por la capacitancia
  . La unidad usada para la capacitancia es el Faradio, que se define como aquel condensador capaz de acumular una carga (Q) de un culombio cuando se aplica un potencial de un voltio
  . La membrana biológica tiene una capacitancia de 1-3 F/cm2

• Canales iónicos: Permiten que los iones fluyan a través de la membrana y por tanto generen una corriente eléctrica. Esta propiedad se conoce como conductacia. Pero un canal iónico presenta una resistencia al movimiento de un ión, por lo que la resistencia es inversa a la conductancia
  . Por otro lado, cuando el ión se mueve, generará una corriente eléctrica.

Si comparamos la membrana con un circuito, la membrana es un circuito del tipo:

El potencial eléctrico se genera mediante un flujo de iones, de forma:

Suponemos: dos recipientes separados por una membrana semipermeable, en los cuales tenemos la misma concentración de NaCl. Por ello, no se generará potencial ya que ambos disoluciones están en equilibrio (no hay asimetría).

Si la membrana es totalmente impermeable, aún con una diferencia de concentración, no habrá diferencia de potencial, ya que no están en contacto. Cada compartimento está en un equilibrio interno

No se generará diferencia de potencial ya que las cargas positivas y negativas se moverán en conjunto a favor de gradiente de concentración.

Al estar muy hidratado, el Na+ tiene menos permeabilidad y por ello, pasará en menor cantidad generándose un potencial de membrana. Esto se conoce como potencial de difusión del ión.

Si solo es el Cl- el que puede moverse a través de la membrana, se va a mover hacia la derecha ya que hay un gradiente de concentración, pero se va a generar un potencial a la izquierda y a la derecha y por ello el Cl- tenderá a volver a la izquierda. El equilibrio se alcanzará cuando el gradiente químico sea igual al gradiente eléctrico.

e=-q eq=0

En el caso de la membrana plasmática en reposo, el ión más permeable es el K+, que se debe a los canales de fuga de K+ y que en reposo están abiertos, siendo muy permeable.

En reposo, la célula no solo es permeable al K+, pero es el más permeable.

Según Goldman el potencial de la membrana, teniendo en cuenta que hay más de un ión a los que la membrana es permeable además de tener en cuenta la permeabilidad de cada ión sería:

(esta ecuación es un desarrollo de la anterior).

En las células nerviosas, la PCl- es " 0, mientras que la del K+ es unas 50 veces mayor que la del Na+.

Em= EK+= ENa+ pero se parece más al K+ porque es 50 veces más permeable que el Na+. El Em tiende a parecerse al del ión más permeable. La cantidad de iones que se tienen que mover para dar lugar al potencial de membrana. Q=C· Vm

Q=1F/cm2 ·75mV= 10-6F/cm2 ·(75·10-3V)= 75·10-9 culombios/cm2

La constante de Faraday nos dice que 1 mol de una sustancia cargada tiene 96500 culombios(redondeamos a 105), por lo que:

1 mol-------- 105 culombios

X= 75·10-14 moles/cm2

X------------ 7'5·10-9culombios

En una célula en reposo, hay flujo neto de salida de K+ ya que no está en equilibrio por que el Na+ también influye en el potencial de membrana.

Em=Ek+ flujo neto=0 no hay flujo.

Em=EK+ flujo neto>0 flujo de salida.

Em=ENa+ flujo neto<0 flujo de entrada.

Por la ley de Ohm:

(g conductancia 1/R)

A mayor diferencia, mayor será el movimiento del ión. A la diferencia de Em y E del ión se le llama fuerza electromotriz. Felectromotriz=Em-Eión

Además la fuerza electromotriz del potasio es menor que la del sodio.

Pero para que el potencial de membrana sea constante y no fluctúe en reposo, la cantidad de K+ que sale ha de ser igual que la de Na+ que entra. Por ello ambas corrientes han de ser iguales y esto es por que la gNa+ es muchísimo más pequeña que la del K+.

La conductancia tiene en cuenta la permeabilidad y la concentración del ión por lo que no es lo mismo que la permeablidad.

La célula no se agota ni se satura de Na+ gracias a la Na+-K+-ATPasa que contrarresta el flujo de Na+ y de K+. si inhibimos la bomba de sodio, la célula pierde los gradientes y el potencial eléctrico a través de la membrana. Además, es electrogénica, ya que saca 3 sodios e introduce 2 potasio, pero esto es muyy pequeño respecto del potencial eléctrico de la membrana.

Tema 11 Potenciales de acción

Son cambios bruscos y transitorios en el potencial de la membrana durante los cuales se va a producir una inversión en el potencial eléctrico (positivo en el interior) y luego se vuelve de nuevo al potencial de reposo. Para una célula nerviosa:

Los potenciales de acción son las señales usadas por el sistema nervioso para mandar información de un lugar a otro, tanto información sensorial como información motora.

Estos potenciales se dan en todas las células que sean excitables como las nerviosas, musculares, endocrinas, oocitos, etc, pero no todas como en las pancreáticas.

Tienen una duración variable. Pueden ser potenciales de espiga, que duran de 1 a 3 milisegundos, o bien de meseta, en los que su duración es de más o menos 300 milisegundos (0'3 s).

Características de los potenciales de acción: el estímulo necesario para el potencial de acción, es una despolarización, la cual se debe a estímulos variados (físicos, químicos, mecánicos, etc). Hace falta que esa despolarización alcance un calor umbral, el cual depende de la célula, etc y que oscila entre -50 mV y -60 mV. Si no se llega al umbral, se vuelve al potencial de reposo y cuando esto sucede, se llaman potenciales subumbrales. Otra características es que son de tipo “todo o nada”, es decir, o se dan o no se dan, pero cuando se dan son todos iguales. Otra característica es que se propagan a largas distancias sin modificarse su amplitud y su forma. Cuando se alcanza el umbral, el potencial de la membrana se invierte y se hace positivo el interior de la célula. Otra característica es que al repolarizarse hay una hiperpolarización y otra es que después de producirse uno, hay un periodo de tiempo durante el cual no se va a producir otro potencial de acción. A este tiempo, se le llama periodo refractario, de los cuales hay 2 tipos; puede ser absoluto, en el cual es imposible producir otro potencial de acción o relativo que depende de la intensidad del estímulo.

Es necesario llegar al valor umbral para que esta despolarización sea capaz de abrir canales sensibles a voltaje. La entrada de sodio estimulará al salida de potasio, pero hay un potencial que impide la salida de potasio, pero esto es contrarrestado por la entrada de sodio. El potasio compensa la entrada de sodio hasta que cuando no es suficiente por una entrada masiva de sodio.

El valor del umbral depende de 2 causas: de la densidad de canales sensibles a voltaje de esa célula (a más canales, menor valor umbral), pero también depende de las características del canal, ya que unos se abren mejor que otros (a mejor apertura, menor umbral).

Teniendo esto en cuenta, hay células más excitables que otras. La excitabilidad se mide mediante unas curvas en las que se representa la intensidad o el volumen del estímulo aplicado frente al tiempo del estímulo. En estas curvas se ve el voltaje mínimo y el tiempo mínimo necesario para excitar a la célula. La curva es una asíntota, la cual no toca los ejes. Los puntos que están en la curva, serían estímulos umbrales, mientras que los que están por debajo son estímulos subumbrales y los que están por encima estímulos superumbrales. Una vez hecha la curva, se determinan 2 parámetros, los cuales nos dicen si la célula es más o menos excitables; estos parámetros son la reobase, que es el mínimo valor de voltaje para producir una respuesta; y por otro lado se determina la cronaxia, que es el tiempo mínimo necesario para excitar a la fibra con una intensidad doble de la reobase.

Los potenciales de acción tienen un periodo refractario, el cual puede ser absoluto, que se debe a que los canales de sodio están inactivados durante un tiempo. El relativo, se debe a que no todos los canales se cierran al mismo tiempo y cada uno se comporta de forma aislada. Este tiempo refractario se debe también a que la membrana está hiperpolarizada durante un tiempo, por lo que hasta que no vuelva al reposo, no se alcanzará el umbral.

Potencial en espiga: Presenta 3 fases: despolarización, repolarización y posthiperpolarización.

• Despolarización: Aumenta muchísimo la permeabilidad al sodio, hasta que PNa+ = 20 PK+ y en ese momento Em" 50 mV. Por ello, en el pico del potencial de acción, el potencial se invierte al aproximarse al potencial de equilibrio del sodio, mientras que en reposo se acerca al potencial de equilibrio del potasio. Este aumenta de la permeabilidad del sodio se debe a que al producirse una despolarización, se abren canales de sodio sensibles a voltaje, con lo que el sodio entrará a la célula y de una forma muy grande, ya que tiene una gran fuerza electromotriz. Al entrar sodio, la membrana se va a despolarizar aún más, produciendose un círculo vicioso. El sodio entrará e intentará entrar hasta que el potencial de la membrana sea de 61 mV, pero como el potasio también influye, solo se aproxima y siempre se llegará a este mismo punto.

• Repolarización: Estos canales de sodio tienen 2 compuertas. Cuando el canal está en potencial de reposo, la primera compuerta está cerrada, pero al despolarizarse, esta compuerta se va a abrir. La segunda compuerta va a cerrarse debido al mismo efecto, pero se cierra muy lentamente y al cerrarse, el canal ya no es utilizable. Cuando el potencial vuelve a un voltaje parecido al de reposo, se vuelve al estado inicial. En -70 mV (reposo), el canal esstá cerrado, cuando se despolariza el canal de sodio se abre y el sodio entra pero rapidamente se cierra la otra compuerta, pero se dice que está inactivado ya que un canal al estar cerrado se puede abrir otra vez pero si está inactivado no se puede abrir, por lo cual se habrá de volver al potencial de reposo para que el canal vuelva a su estado original. Entonces, al inactivarse deja de entrar sodio y se vuelve al potencial pero el sodio que ha entrado es sacado rápidamente por la bomba de sodio-potasio, pero además ocurre que hay canales de potasio sensibles a voltaje, los cuales osn más lentos que los de sodio, con lo cual el potasio saldrá también de la célula. Al salir y dejar de entrar cargas positivas, la célula se repolariza, debido a que aumenta la permeabilidad al potasio y disminuye la del sodio.

• Posthiperpolarización: Se debe a que hay más canales de potasio que en reposo, por lo que bajará su concentración y con ello el voltaje. Esto se debe a que estos canales son lentos en cerrarse. Además, el potencial de equilibrio del potasio es de -81 mV, por lo que la membrana tiende a este, hasta que se vuelve al valor constante de reposo de -70 mV.

Potencial en meseta: Este tipo de potencial dura más que el de espiga. La despolarización sucede de la misma forma (aumenta la permeabilidad al sodio). Al llegar al pico, disminuye debido a la inactivación de los canales de sodio. La meseta se debe a que al estar en un valor, aumenta la conductancia al calcio (Ca2+), que está más concentrado fuera, con lo que al abrir los canales, entrará y el potencial de membrana disminuye (despolarizada) (disminuye conductancia al sodio y aumenta la del sodio), con lo que se mantiene un valor más o menos constante y en un momento determinado, se cierran los canales de calcio y se repolarizará la célula (aumenta al conductancia al potasio y disminuye la del calcio). Esto aumenta el periodo refractario.

Potenciales marcapasos: Se producen en unas células especiales con potencial de membrana inestable, por lo que descargan potenciales de acción de forma automática y sin estímulo exterior. Esto se da en el corazón, lo cual le da una determinada autonomía al corazón, lo cual aunque el sistema nervioso nno mande estímulos para su funcionamiento. También se da en el estomago para la contracción de este. Tiene una lenta despolarización debida a una lenta corriente de sodio que continuamente lo va induciendo continuamente. La conductancia del sodio va fluctuando continuamente. Pero hay otra razón, y es que hay una disminución de la conductancia al potasio y un aumento fluctuante de esta. En estos casos, el pico de la despolarización se debe a un aumento muy grande de la conductancia al calcio ya que hay canales de calcio sensibles a voltaje.

Diferencias entre potenciales subumbrales y un potencial de acción: Los potenciales subumbrales son graduados, es decir, pueden tener más o menos intensidad dependiendo del estímulo, mientras que los potenciales de acción al ser de tipo todo o nada son todos iguales. Los potenciales subumbrales se pueden sumar, pero los potenciales de acción no. Esto quiere decir que si aplicamos un estímulo que produzca una pequeña despolarización pero si antes de volver al reposo, se suman al anterior hasta llegar al umbral. Pero los potenciales de acción como son de tipo o nada y tienen un periodo refractario no son sumables. Además, los potenciales subumbrales no pueden propagarse a largas distancias, pero los de acción si.

Propagación del potencial de acción: Este potencial de acción producido se propaga, ya que ese potencial es el estímulo necesario para que se produzca el siguiente potencial de acción. Esto se debe a que un potencial de acción necesita una despolarización y por ello una entrada de sodio. Este sodio afecta a las proximidades, las cuales se despolarizarán y afectara al potencial de membrana, dando lugar a una despolarización suficiente para producir otros potenciales de acción. Esto se hace continuamente como si fuese una reacción en cadena.

Con esto, consigue desplazarse largas distancias sin modificarse. Por otro lado, los potenciales subumbrales no pueden desplazarse, ya que aunque los sodios introducidos produzcan una despolarización, puede haber una perdida y por ello, el potencial se va haciendo más pequeño. Otro problema de la propagación es la necesidad de una gran velocidad, lo cual se consigue aumentando el diámetro de la fibra nerviosa (menor resistencia) o como en los vertebrados, revistiendo la fibra nerviosa con una sustancia aislante, con lo que se consigue una disminución en la perdida de iones y el potencial va dando saltos, por lo que se conoce como conducción saltatoria, mientras que la anterior es continua. Esa sustancia aislante es la vaina de mielina, que está formada por unas células llamadas células de Schwann, las cuales están enrolladas alrededor del axón formando muchas capas alrededor de este (posee esfingomielina). No lo cubren totalmente, ya que ha de haber zonas donde la fibra está en contacto con el medio exterior para que se produzca el potencial de acción al entrar los sodios. Estos huecos se conocen como nódulos de Ranvier. En el organismo poseemos tanto fibras amielínicas (si cubierta) como células mielínicas (con cubierta), lo cual depende de la velocidad que se necesite para el transito del estímulo. La corriente saltatoria tiene la ventaja de disminuir la energía gastada, al cual se usa en reestablecer los gradientes iónicos, de lo que se encarga la sodio-potasio-ATPasa. Si estimulamos una fibra nerviosa en un punto, el estímulo se transmitirá tanto a la izquierda como a la derecha, de una forma continua. Pero cunado se propaga en un sentido, no puede volver hacia atrás, ya que la fibra en ese punto está en periodo refractario. Por ello, la fibra se suele estimular en un extremo y no en el centro de la fibra nerviosa.

Tema 12 Comunicación celular

En los organismos pluricelulares, las células han de comunicarse para poder coordinar sus funciones. Una forma puede ser la unión “gap”, con lo que con que una célula reciba información, aquellas con las que está unidas también la recibirán. Puede haber células que en su membrana tengan señales reconocibles por otras células con receptores específicos.

Pero la forma más usual es la segregación de sustancias químicas al medio por parte de una célula señalizadota. Esta señal se transportará y afectará a las células diana, la cual para reconocer la señal tendrá receptores específicos para esa señal.

Las señales pueden tener naturalezas químicas muy diferentes, por lo que se suelen agrupar por el mecanismo utilizado:

• Hormonas: Las células endocrinas segregan las hormonas a la sangre y estas se transportan a largas distancias, por lo que se conoce como comunicación endocrina, por lo que se las llama comunicación telecrina.

• Por mediadores locales: Estas sustancias se sintetizan por una célula y actuarán en una zona cercana. Se llama comunicación Paracrina. Pueden ser por ejemplo los factores de crecimiento. Son muy importantes en inflamaciones, cicatrizaciones, etc.

• Por neurotransmisores: Comunicación neuronal, nerviosa o sináptica. La información se puede transmitir a largas distancias, pero al llegar al final del axón, liberan sustancias químicas que recorren pequeñas distancias

En todos estos tipos, hay receptores en la membrana de la célula diana. Una célula responde a una señal o no dependiendo de que tenga receptores para esa señal o no los presente. Esto, viene dado por el ADN, es decir, cada tipo de célula expresará unos receptores dianas específicos y no otros. Incluso en determinados momentos, hacen falta más receptores, para lo cual se estimula la transcripción del ADN. La respuesta a la señal depende del tipo de receptor que puede variar en diferentes tipos de células, pero también puede variar debido a la maquinaria intracelular, es decir, cuando la señal se une al receptor, se provoca en la célula diana una respuesta intracelular completamente distinta que en otra célula diferente porque se utilizan distintos mecanismos de traducción de la señal.

Otra cosa curiosa es que una célula puede presentar distintos receptores para distintos sustratos y cuando estos actúan a la vez, la respuesta es mayor que la suma de los efectos de cada una de esas sustancias por separado. Esto es lo que se conoce como potenciación.

El proceso señal intracelular receptor señal intracelular, se denomina transducción.

Las señales externas darán lugar a una señal intracelular y esta a otras intracelulares. El efecto final puede ser la activación de una enzima (rápido), la estimulación del citoesqueleto (también rápido) o puede estimular la expresión genética (lento). Estos mecanismos son cascadas de activación y tienen varias funciones. La primera es la transmisión física de una señal exterior al interior. Por otro lado, la señal ha de ser entendible por la célula. También casi todas ellas se van a amplificar por que una sola molécula puede activar 2, 4, etc. Además, puede divergir hacia varias dianas diferentes. Otra función es que al tener varias etapas, estos pueden ser regulados por varios factores.

Dependiendo de su naturaleza química, las señales se agrupan en:

• Señales extracelulares hidrosolubles

• Señales extracelulares liposolubles.

La mayoría son hidrosolubles, pero también hay liposolubles. Dependiendo de esto, variará el receptor. Si es hidrosoluble, no atravesará la membrana y le receptor estará en el exterior de la membrana (receptores de membrana). Si son liposolubles, pueden pasar y el receptor puede ser citosólico o nuclear.

• Señales extracelulares liposolubles: Encontramos hormonas esteroideas y también las hormonas tiroideas. Las hormonas regularán la expresión genética, siendo sus efectos de carácter lento. También hay receptores de membrana. Hay otra molécula, que es el oxido nítrico, cuyos efectos son muy rápidos ya que activa enzimas. Se produce en las células endoteliales de los vasos sanguíneos y actúa sobre las células del músculo liso de los vasos sanguíneos, las cuales se relajan y esto, facilitará el flujo sanguíneo. Estimula una enzima (guanilato ciclasa) que transforma el GTP en GMP cíclico y este activa proteínas kinasas G que pasan del estado inactivo a activo y que fosforilará proteínas. Estas proteínas fosforiladas darán lugar a la vasodilatación. En la inactivación participará una fosfodiesterasa que hidrolizará el CMPC a GMP. La viagra inhibe la fosfodiesterasa y por ello se prolonga la vasodilatación que da lugar a la erección. Hay muchas fosfodiesterasas, de las cuales, en este proceso participa el tipo V. Pero también inhibe la de tipo VI que participa en la visión y por ello, tras tomar la viagra, puede producirse visión azulada como efecto secundario.

• Señales extracelulares hidrosolubles: No pueden para por la membrana y por ello se unen a receptores de membrana. Estos receptores son proteínas transmembranarias, que ayudan a producir el efecto interior derivado de la recepción de la señal. Tenemos varios tipos de receptores:

• Receptores ligados a canales iónicos: La señal se une al receptor y se abre un canal iónico por el que los iones pueden entrar o Sali.estos son canales regulados por ligando.

La señal exterior se va a transformar en una señal eléctrica, cambiando potencial eléctrico de la membrana. Este tipo de receptores actúan en la sinapsis. Los neurotransmisores abren o cierran canales vaciando el potencial de otra célula nerviosa. También hay canales de Ca2+, que provocan un cambio en la concentración interior de este ión, que es mayor en el exterior que en el interior.

• Receptores ligados a proteínas G: Dependen del GTP. Cuando tienen unido GTP está activo y si tienen GDP está inactivado. Cuando el receptor se une a la señal, cambia su conformación e interacciona con la proteína G que se une al GTP y se activa. Las proteínas puede abrir un canal iónico o activar una enzima.

Son los más numerosos (cientos de ellos) y participan con hormonas, mediadores locales, neurotransmisores, etc. Hay distintos tipos de proteínas G pero todas ellas están formadas por 3 subunidades: ,  y . Cuando está inactiva, la  tiene unido GDP y cuando el ligando se une al receptor, este se activa y activa la proteína G. Cuando el receptor se une a esto, disminuye la atracción por el GDP que se separa y se une al GTP, con lo que la proteína está activada. Además, se disocia la subunidad - interaccionaran con otra enzima (activándola) o con un canal iónico. La subunidad  también puede activar un enzima o un canal. Después, pasa a ser (la ) GTP-asa y se inactiva ella misma. La proteína G una vez activada, puede activar sobre un canal iónico (lo abre o lo cierra), con lo que cambia el potencial iónico de la membrana y por ello, esto se usa en la sinapsis. Otras veces pueden activar o inhibir enzimas y concretamente sobre las adenilato ciclasa (que convierte el ATP en AMPc) y sobre la fosfolipasa C (que es un tipo de fosfolípido de la membrana, debido al inoxitol, que son hidrolizados y producen inoxitol trifosfato y diacilglicerol).

Todas estas sustancias que se producen so mensajeros secundarios, para diferenciarlos de las señales extracelulares (mensajeros primarios).

Adenilato ciclasa: Transforma el ATP en AMPc. Pueden formarse varios AMPc mientras la adenilato ciclasa esté activa. Una vez producido el AMPc, este activa una proteína kinasa (A), la cual fosforilará proteínas desfosforiladas y cuando se fosforilan, se activan. Este efecto, será rápido, ya que lo que se activa es un enzima. La vuelta a la normalidad, se da cuando el GTP se hidroliza y la kinasa se inactiva por lo mismo que lo anterior.

Fosfolipasa C: La activación es igual a la anterior hasta la división de la proteína G, cuya subunidad  reacciona con la fosfolipasa que descompondrán el fosfolípido de inositol en inositol trifosfato y diacilglicerol.

Inositol trifosfato: Se libera al citoplasma. Se dirige hasta el retículo endoplasmático y liberará Ca2+ desde este mediante la apertura de canales dependientes de ligando (IP3). Después se separa y se destruye. Se formarán tantos IP3 como se pueda durante el tiempo que la fosfolipasa está activa.

Diacilglicerol: Se queda en la membrana y activa una proteína kinasa (por que necesita Ca2+ liberado por IP3), esta kinasa C activa, fosforilará proteínas.

Cuando se abre un canal de Ca2+, este entra en la célula por gradiente de concentración. El calcio puede activar canales iónicos dependientes de calcio o bien se va a unir a la calmodulina que sin Ca2+ está inactiva. Al calmodulina al activarse, va a activar proteínas kinasas (kinasas Ca-M) la cual fosforilará proteínas. Este mecanismo parece estar muy relacionado con la memoria. Por tanto, el calcio debería bajar sus niveles, lo cual lo hace por la ATPasa de calcio, pero también puede salir por un intercambiador Na+-Ca2+.

• Receptores ligados a enzimas: El propio receptor tiene actividad enzimática por lo que al unirse a la señal, se activa su actividad enzimática. Hay varios tipos, uno de los más importantes es el guanilato ciclasa, que va a convertir GTP en GMPc que activará kinasas G. este receptor es el del factor natriurético auricular que aumenta la eliminación normal de Na+ y H2O. es auricular porque se produce en la aurícula en el corazón. Esto lo hacen si aumenta la presión arterial, con lo que esta vuelve a bajar. El otro tipo es el Tirosina-kinasa, llamados así por que fosforilan los aminoácidos tirosina de las proteínas. Estos receptores van a mediar los efectos de los factores de crecimiento y de la insulina. Están muy relacionados con el cáncer porque los factores de crecimiento van a regular el crecimiento de las células.

Cuando la señal exterior se une al receptor, dos de estos interaccionan y forman un dímero de los que una fosforila al otro y esta último se activa. Interacciona con muchas proteínas intracelulares, de los que la más importante son las Ras, por que producen un 30% de los canceres por un fallo en el ADN que lo codifica y vuelve Ras hiperactivo.

Tema 13 La Sinapsis

La sinapsis es un tipo de comunicación entre neuronas o entre neuronas y células musculares. Es una unión funcional, no física. El sistema nervioso es uno de los que va a coordinar a todos los demás sistemas. El otro será el sistema endocrino. Su particularidad es que es muy rápido gracias a la velocidad de los potenciales de acción. Además, al llegar al final de una célula, el potencial debe llegar a al siguiente, lo cual también es muy rápido.

Neuronas: Tienen soma o cuerpo celular, en el que está el núcleo y todos los orgánulos. Luego, tienen una larga prolongación que es el axón o fibra nerviosa. Normalmente, tienen vainas de mielina alrededor de este axón, siendo por tanto células mielínicas. Al final del axón está el llamado terminal axónico que es un engrosamiento. Presentan muchas ramificaciones cortas en el soma, llamadas dendritas. En los axones hay muchos microfilamentos que los refuerzan además de ayudar a que las vesículas con los neurotransmisores puedan llegar hasta el terminal axónico. En el cueelo axónico es donde comienza el axón y es muy importante por que tiene muchos canales de Na+ sensibles a voltaje.

Desde un punto de vista morfológico, hay 2 tipos de sinapsis, la cual se produce desde el terminal de un axón, lo cual puede producirse en el soma ( sinpasis axosomática) o en una dendrita (sinapsis axodendrítica) y hay un tipo que se produce entre 2 terminales axónicos (sinapsis axoaxonica) y otro que se da en unos engrosamientos de las dendritas llamados espinas (sinapsis Axoespinosa). A parte de estas, hay un tipo especial, que se da entre dendritas de 2 neuronas (sinapsis dendrodendrítica).

Pero desde un punto de vista funcional, hay 2 tipos diferentes:

• Sinapsis eléctrica: Se producen a través de las uniones “gap”, pudiendo pasar potenciales de acción entre 2 neuronas conectadas. Existen en el adulto pero son muy escasas. Son más importantes en el desarrollo embrionario, haciendo que el sistema nervioso evolucione sincronizadamente. Las sinapsis dendrodendríticas son de este tipo.

• Sinapsis química: Intervienen en ella una neurona llamada neurona presináptica y otra llamada neurona postsinaptica. La neurona presináptica enviará la información a la neurona postsináptica. Hay un espacio entre ambas neuronas llamado espacio o hendidura sináptica y se llama así por que está mediada por sustancias químicas las cuales son neurotransmisores. Cuando el potencial de acción llega al terminal, va a hacer que se abran canales de Ca2+ sensibles a voltaje. Al abrirse, el Ca2+ entra y unas vesículas que contienen los neurotransmisores, liberan por exocitosis a estos neurotransmisores al espacio sináptica, siendo por ello una exocitosis regulada. La señal es el aumento del Ca2+. Los neurotransmisores difunden por el espacio sináptico y llegan a la membrana postsináptica que tiene receptores para ellos. El neurotransmisor llega al receptor y este puede estar ligado a un canal iónico (puede abrirlo o cerrarlo) o puede estar ligado a una proteínas G, caso en el que puede abrirse un canal o bien puede ser una proteína G ligada a una enzima. (ver tema anterior) Siempre se va a abrir un determinado canal iónico. Puede ocurrir que se abra una canal de Na+, con lo que este ión entra y el potencial de membrana se despolariza. Puede también que se abra un canal de K+, con lo que este ión sale y el potencial de membrana se hiperpolariza. Puede que se abra un canal de Cl- y que la membrana se hiperpolarize al entrar este ión. Si se abre un canal de Na+ y de K+, al ser mayor la fuerza electromotriz del Na+ que la del K+, entonces la cantidad de Na+ que va a entrar será mucho mayor que la de K+ que va a salir, por lo que la célula se despolariza. Pero hay más posibilidades, como que se cierre un canal de Na+, con lo que la membrana se hiperpoliariza; si se cierra un canal de K+, la membrana se despolarizará.

Normalmente hacen falta varias descargas sinápticas para generar un potencial de acción. Pueden ser 1 o más células las que den dichas descargas sinápticas.

A estos cambios en el potencial de la membrana se les llama potencial postsináptico excitador (PPSE si se da un despolarización) o potencial postsináptico inhibidor (PPSI si se da un hiperpolarización).

Todo esto se da si queremos trasmitir un potencial de acción que se ha producido en el cuello del axón, donde hay muchos canales de Na+ sensibles a voltaje que producen estos potenciales de acción.

Características de la sinapsis química y diferencias con la sinapsis eléctrica.

• Es unidireccional, yendo de la neurona presináptica a la postsináptica, ya que en la postsináptica no hay neurotransmisores y en la presináptica no hay receptores para dichos neurotransmisores. Por ello, en la sinapsis dendrodendrítica hay sinapsis eléctrica, ya que ninguna de ellas tiene neurotransmisores. Por otro lado, la sinapsis eléctrica puede ser bidireccional ya que pueden comunicarse mutuamente al ser un cambio de potencial en la membrana de una de esas dendritas.

• La sinapsis química tiene un retraso sináptico, lo cual quiere decir que hay un corto periodo de tiempo al pasar de la neurona presináptica a la postsináptica, lo cual no pasa en la eléctrica porque no ha de darse todo el proceso anterior, ay que solo es necesario un cambio de potencial de membrana.

• La sinopsis química puede presentar fatiga y la eléctrica no. Esto quiere decir que los neurotransmisores pueden agotarse debido a múltiples descargas consecutivas.

• La sinapsis química puede ser excitadora o inhibidora, mientras que la eléctrica solo es excitadora.

Eliminación de los neurotransmisores en la sinapsis química: Al producirse una sinopsis química, los neurotransmisores deben eliminarse del espacio sináptico para que si llega otra señal, esta se pueda transmitir. Estos neurotransmisores se eliminan por varios mecanismos. Algunas veces son recaptados por el terminal pre-sináptico y vuelven a ser usados. También pueden ser hidrolizados por unas enzimas que los degradan y que se encuentran en el propio espacio sináptico. Además, rodeando las células del sistema nervioso, hay unas células llamadas células de la glía que ayudan a la eliminación de estos neurotransmisores.

Integración sináptica: Los potenciales post-sinápticos tienen intensidad muy pequeña (<1mV) por lo que un solo potencial post-sináptico va a dar lugar a un potencial de acción. Por ello, es necesario que se sumen varios potenciales post-sinápticos para que se alcance el potencial de umbral y se de el potencial de acción.

Una neurona recibe miles de sinapsis y no todas son iguales, es decir, puede haberlas excitadoras o inhibidoras. Todos estos potenciales se suman (o integran) y si se alcanza el umbral, se descarga el potencial de acción. El primer potencial de acción tras una sinapsis se va a producir en el cuello axónico (o cono axónico) ya que hay una gran cantidad de canales de Na+ sensibles a voltaje, siendo el lugar de la célula donde el umbral es más bajo.

En este fenómeno diferenciamos 2 tipos:

• Sumación temporal: Una sola neurona pre-sináptica descarga varias veces a los largo del tiempo en una misma neurona post-sináptica. Se ve favorecido cuanto más lentos sean estos potenciales post-sinápticos. La duración depende de 2 características de la membrana post-sináptica, como son la resistencia de la membrana y su capacitancia. Al aumentar cualquiera de ellas, el potencial se hará más largo.

• Sumación espacial: Se da cuando varias neuronas pre-sinápticas descargan simultáneamente sobre una misma neurona post-sináptica. También influye la resistencia de la membrana, que al aumentar, hace que el potencial sea más fácil de producirse y otro factor nuevo como es la resistencia del citoplasma que al disminuir hace que sea más fácil provocar un potencial de acción.

Teniendo esto en cuenta, una sinapsis axosomática será más efectiva que una axodendrítica.

También pueden darse fenómenos contrarios de modulación:

• Inhibición presináptica: Hay una tercera neurona, que es inhibidora y que establece sinapsis con el terminal presináptico. Libera un neurotransmisor que casi siempre es inhibidor que es el GABA que se une a receptores del terminal sináptico (receptor gabaérgico) que está acoplado a un canal de Cl-, por lo que al abrirse, la membrana se hiperpolariza. Entonces, al producirse una sinapsis, una despolarización abre un canal de Ca2+, pero debido a la hiperpolarización previamente producida, estos canales de Ca2+ se mantienen cerrados.

• Facilitación presináptica: La tercera neurona presente, será en este caso una neurona excitadora. Esta tercera neurona libera un neurotransmisor que hace que la membrana de la neurona presináptica se despolarice y esto facilita la apertura de los canales de Ca2+ que liberan los neurotransmisores.

• Facilitación tetónica o post-tetónica: En la neurona presinaptica se descargan muchos potenciales de acción muy rápidamente, lo cual abre canales de Ca2+ que es eliminado, peor como llegan muchos potenciales antes de que todo el Ca2+ se elimine, vuelve a entrar y se va acumulando, haciendo que se liberen una gran cantidad de neurotransmisores.

• Inhibición o depresión tetónica: Se produce una disminución de presión de la transmisión sináptica debido a que tras llegar muchos potenciales de acción seguidos, los neurotransmisores se pueden agotar, produciéndose entonces la llamada fatiga.

Diferencias entre sinapsis nerviosa y sinapsis neuromuscular

• La sinapsis neuromuscular solo usa un neurotransmisor y siempre es el mismo, que es la Acetilcolina mientras que en la sinapsis nerviosa se usan muchísimos neurotransmisores de diferentes composiciones químicas.

• La Acetilcolina casi siempre es excitadora en la sinapsis neuromuscualr, mientras que en la sinapsis nerviosa puede ser inhibidora o excitadora.

• La sinapsis neuromuscular es de tipo uno a uno, ya que un solo potencial pre-sináptico da lugar a un potencial de acción post-sináptico, llamándose este potencial único potencial de placa.

• En la sinapsis neuromuscular, una fibra motora recibe señales de un solo terminal nervioso.

Temas 14 y 15 Receptores sensoriales

Son las estructuras que van a permitir detectar los distintos tipos de estímulos tanto del mundo externo como del mundo interno. El sistema nervioso nos permite relacionarnos y responder a esos estímulos externos o ser capaz de regular muchas funciones del organismo. En general, para llevar a cabo este funcionamiento, el sistema nervios funciona en base a una estructura conocida como arco reflejo, que está constituido por un receptor, una fibra sensitiva o aferentes por donde se envía la información al sistema nervioso central que la interpreta y da una respuesta, que es enviada por otra fibra llamada fibra motora o eferente. Esas órdenes suelen acabar en un efector que puede ser un músculo, una glándula, etc.

Un receptor sensorial es un traductor biológico capaz de transformar los distintos tipos de energía del medio en señales eléctricas que es lo “único” que el sistema nervioso entiende. Podemos clasificarlo según distintos criterios:

• Por su morfología:

• Receptores Primarios: Aquel en el que la propia terminación nerviosa es la que va a actuar como receptor. Son los mecanorreceptores, los táctiles, los del dolor, temperatura, del olfato, etc).

• Receptores secundarios: Aquellos en los que aparecen una célula especializada que puede ser o no nerviosa que actúa como receptor. Esta célula envía la información a la fibra nerviosa sensitiva. Son los receptores del gusto, del oído o de la visión.

• Por el origen de la información:

• Exteroceptores: La información procede del exterior.

• Interoceptores: La información procede del interior del organismo, sobre todo de los órganos.

• Propioceptores: Están en las articulaciones y en las extremidades (músculo, tendones). Su función es la informarnos de la posición que tienen esas extremidades o articulaciones en el espacio.

• Por al calidad o modalidad del estímulo:

• Mecanorreceptores: Aquellos que responden a un estímulo mecánico, como pueden ser los receptores táctiles, auditivos, del aparato vestibular (equilibrio), etc.

• Termorreceptores: Informan de la temperatura, tanto interna como externa.

• Quimiorreceptores: Responden a estímulos químicos como pueden ser el receptor de la presión parcial de O2 y de CO2, del gusto o del olfato.

• Nociceptores: Son los receptores del dolor. Responden al estímulo doloroso. Se incluyen muchos tipos: temperaturas extremas, sustancias químicas, mecánicas, etc.

• Fotorreceptores: Responden a las ondas electromagnéticas de la luz. Son los propios de la visión.

La transducción del estímulo nervioso por los receptores sensoriales:

• En los receptores primarios: En general, cuando el estímulo actúa sobre el receptor, se van a abrir o cerrar determinados canales iónicos. Si se abre un canal de Na+, este entra y se produce una despolarización de la membrana, llamado también Potencial Receptor que es de tipo subumbral. Este potencial receptor, en los receptores primarios, a nivel del primer de Ranvier, genera un potencial de acción, ya que es en esa zona donde el umbral es más bajo. Este potencial de acción se transmite al sistema nervioso central. A este potencial receptor se le puede llamar también potencial generador, ya que da lugar a un potencial de acción.

• En los receptores secundarios: Hay una célula especializada que actúa de receptor y al ser estimulada, provoca un cambio en el potencial de acción de la membrana. A ese cambio se le llama potencial receptor. La diferencia está en que esta célula establece contacto con la fibra nerviosa, mandandose la información desde el receptor por medio de una sinapsis hasta la fibra nerviosa que conducirá esta información hasta el sistema nervioso central. Al potencial post-sináptico se le llama en este caso potencial generador ya que da lugar al potencial de acción en la fibra nerviosa.

Información que ha de captar el sistema nervioso de un estímulo: El sistema nervioso debe de extraer 4 tipos de información:

• Modalidad: Debe de conocer que tipo de estímulo es el que se recibe. Esto se da dependiendo de la vía sensitiva usada y de la zona de la corteza cerebral a donde llega esa información. Esto se conoce como Teoría de Müller. Cada receptor está especializado en captar una determinada modalidad. Se dice que el estímulo adecuado para un tipo de receptor es aquel para el que el receptor tiene un umbral más bajo. La especificidad no es absoluta, sino que pueden responder a varios estímulos, como los receptores luminosos, que pueden captar la energía electromagnética de cualquier estímulo si este es lo suficientemente alto.

• Intensidad: Ha de diferenciar las intensidades mayores o menores de los estímulos que recibe del exterior. Se diferencia por la frecuencia de descarga de los potenciales de acción. A mayor intensidad, mayor potencial receptor y por ello, aumentan las descargas de potenciales de acción. Otra forma es según el número de receptores que se estimulan ya que a mayor intensidad del estímulo, mayor numero de receptores serán estimulados. Un determinado estímulo, dará lugar a un potencial generador, el cual producirá la descarga de potenciales de acción, de forma que a mayor intensidad del estímulo, mayor será la amplitud del potencial generador y una mayor frecuencia de descarga de impulsos.

• Umbral de intensidad del receptor: Es la intensidad mínima capaz de estimular a un determinado receptor sensorial.

• Umbral diferencial de intensidad: Es la diferencia de intensidad entre 2 estímulos para que sean detectados como diferentes. Depende mucho de la intensidad inicial del estímulo, ya que cuanto mayor sea, mayor será el umbral diferencial, es decir, más difícil es detectar un cambio de intensidad.

Duración del estímulo: Nos encontramos con un “problema” ya que casi todos los receptores, si el estímulo persiste durante mucho tiempo, dejan de descargar, o sea, se adaptan. Por ello, podemos distinguir 2 tipos de receptores:

• Receptores fasicos: Se adaptan rápidamente al estímulo y dejan de descargar. No nos informan de la intensidad del estímulo, sino que solo informan de la velocidad con la que actúa el estímulo.

• Receptores tónicos: Se adaptan lentamente y descargan durante casi todo el estímulo dependiendo del tipo de receptor. Nos informan de la intensidad del estímulo. Serán por ejemplo el receptor del dolor. El receptor llamado Corpúsculo de Pacini es una terminación nerviosa rodeada por cubiertas de tejido conectivo. Si se empuja la primera capa, esta empujará a las demás hasta abrir los canales de Na+ de la terminación, pero las capas pueden reorganizarse ondulándose de forma que la capa más interior no volverá a tocar la fibra nerviosa hasta que llegue otro estímulo.

Además, podemos decir que a parte de esta adaptación a nivel de receptor, también se adapta el sistema nervioso central.

Localización del estímulo: Afecta sobre todo a los mecanorreceptores. Se localizan sabiendo por el camino recorrido por la señal nerviosa y en la zona de la corteza cerebral en que termine. Hay que tener en cuenta el Umbral de distancia, es decir, la distancia mínima entre 2 estímulos para poder detectarlos como diferentes. A la zona abracada por una misma fibra nerviosa se le llama Campo receptivo, el cual será más grande donde haya menos receptores. A menor campo receptivo, mayor sensibilidad.

Fotorreceptores: Tenemos dentro de estos 2 tipos de células, como son los conos y los bastones, que se diferencian en morfología y en función, debiendo su nombre a su morfología. En la morfología, la mayor diferencia está en el segmento exterior. En el segmento interno están todos los orgánulos. El terminal es igual que el de las neuronas. En el segmento exterior está el pigmento fotosensible, es decir, la sustancia química que absorbe la energía de la luz. En el bastón, en el segmento extrerior, hay discos interiores de membrana, mientras que en los conos hay repliegues de la propia membrana. La función de estos discos o repliegues es la de aumentar la superficie de membrana que permite que haya una mayor cantidad de pigmentos fotosensibles.

También se diferencian por sus funciones, ya que los bastones son los responsables de la visión nocturna por que debido a las discos de membrana, son más sensibles, permitiendo ver ondas luminosas más cortas; por su parte, los conos son los responsables de la visión diurna y por ello de la visión de los colores. Los conos tienen una mayor resolución que los bastones, pero los bastones tienen una mayor cantidad de pigmentos y por ello podemos ver con poca cantidad de luz.

Proceso de transducción del estímulo luminoso: El pigmento fotosensible del bastón es la Rodopsina que está formado por una proteínas (escotopsina) y a esta está unida el 11-cis-retinal que es el aldehído de la vitamina A (retinol). En la oscuridad, la rodopsina está en esta forma, pero cuando la luz incide en este pigmento, el 11-cis-retinal al absorber la luz, cambia se conformación pasando a la forma todotrans, es decir escotopsina más todo-trans-retinal, separandose en 2 compuestos diferentes. Luego, por una isomerasa, el retinal vuelve a su forma original y se regenera la Rodopsina.

Esta transformación tiene muchos pasos intermedios, destacando la metarrodopsina II o rodopsina activada, pero como estos compuestos intermedios son muy inestables, es un proceso muy rápido (ms).

Esta metarrodopsina II interacciona con una proteína G de la membrana de los discos del segmento exterior, llamada Transducina, la cual activa la fosfodiesterasa de GMPc, por lo cual hidrolizará este GMPc.

A continuación, como en la membrana de los conos y bastones hay un canal de Na+ regulado por GMPc, por lo que cuando hay GMPc este canal está abierto, pero cuando se hidroliza el GMPc, el canal se cierra y deja de entrar Na+, por lo que la membrana se hiperpolariza. Por ello, el potencial receptor es hiperpolarizante. Los potenciales de acción se producen cuando los fotorreceptores segregan un neurotransmisor inhibidor del proceso anterior, por lo que al disminuir un inhibidor, se provocará una excitación.

En los bastones, solo hay una proteína que está unida al 11-cis-retinal que es la escotopsina, mientras que en los conos hay diferentes opsinas, cada una de las cuales absorberá una determinada longitud de onda, pudiendo por ello diferenciar colores (cada tipo de cono absorberá una longitud de onda y diferenciará una sola gama de colores). Por ello, hay 3 tipos de conos diferentes:

• Conos que absorben los tonos verdes.

• Conos que absorben el rango del rojo.

• Conos que absorben el rango del azul.

Adaptación a la luz y a la oscuridad: Hay un mecanismo, como es la inversión del ciclo anterior para aumentar el pigmento inicial y por ello la sensibilidad (adaptación a la oscuridad) o al revés cuando tenemos mucha luz, se descomponen los pigmentos para disminuir la sensibilidad (adaptación al exceso de luz).

Podemos decir que los bastones al tener más pigmentos, son más sensibles que los bastones.

Mecanorreceptores: Dentro de esta clase de receptores, diferenciamos desde un punto de vista morfológico diferenciamos entre:

• Terminaciones nerviosas libres.

• Terminaciones nerviosas libres con estructuras asociadas. Suelen modular la adaptación a su sensibilidad (corpúsculo de Paccini).

Estos 2 grupos, contienen todos los receptores táctiles, así como los nociceptores y los propioceptores. Estos mecanorreceptores presentan canales iónicos en su membrana que suelen estar ligados por filamentos al citoesqueleto. Cuando se produce una deformación mecánica, estos filamentos tiran del canal y lo abren. También pueden abrirse a movimientos en la bicapa lipídica.

• Células receptoras no nerviosas.

Dentro de estos, tenemos los receptores del oído interno, tanto los del sistema auditivo como los del equilibrio. Estos receptores presentan estructuras ciliadas donde estos cilios están ordenados de menor a mayor tamaño. Entre ellos hay un filamento de unión que está ligado a los canales iónicos de esta célula receptora. Cuando se mueven hacia el más grande, el canal se abre y cuando se mueven hacia el pequeño, los canales se cierran. Cuando el canal se abre, entran cationes y se despolariza la membrana. Tras esto, se abren los canales de Ca2+ y se libera por ello los neurotransmisores. Además, entra K+ porque estas células están en una cavidad con endolinfa que tiene una altísima concentración de K+.

Quimiorreceptores: Desde un punto de vista morfológico, diferenciamos dos grupos diferentes:

• Primarios: son terminaciones nerviosas libres. En estos, el más importante es el olfato. Estos receptores actúan con mensajeros secundarios, mediante proteínas G, etc. Muchas sustancias se unen al receptor y activa una proteína G que activa la adenilato ciclasa. Esta, aumenta el AMPc, el cual se une a canales iónicos y los abre. Entran cationes que despolarizan la membrana y dan lugar a la producción de un potencial de acción. También hay diferentes olores que pueden aumentar el inoxitol trifosfato o el GMPc que también abrirán canales. También hay receptores para el dolor, ya que hay sustancias químicas nocivas que se unen al receptor o bien, generalmente, el estímulo nocivo al dañar las células, provocando que las células liberen sustancias químicas que son las que se unirán a esos receptores de dolor. Estos, son de muchos tipos y o bien abren o bloquean un canal dando lugar a cambios. Dentro de estos quimiorreceptores, los hay de tipo visceral que pueden detectar concentraciones de O2 y CO2 estando en las grandes arterias y que intervienen en la regulación de la respiración y de la circulación. También podemos encontrar estos receptores a nivel del sistema nervioso central para funciones similares y son principalmente receptores de H+.

• Secundarios: son los del gusto que son células especializadas que están en los bastones gustativos. Tienen microvellosidades en las que están los receptores. Hay 4 sabores fundamentales y cada uno tiene un modo de acción diferente:

• Salado: aumento la [Na+] y aumenta su entrada despolarizando la célula.

• Ácido: los H+ entran por el canal de Na+ y despolarizan la membrana o bien bloquean canales de fuga de K+.

• Dulce: el sabor, se une a receptores (como los olores) e interacciona con una proteína G.

• Amargo: Mezcla entre ácido y dulce o bloquean canales de K+ o actúa con proteínas G.

Hoy día se está hablando de un nuevo sabor debido al glutanato o Unami.

Termorreceptores: Son primarios y los hay de frío y de calor. Aún no se conoce el mecanismo de transmisión de la información.

Tema 16 El músculo

Son los efectores principales del Sistema Nervioso y nos permite relacionarnos con el medio. Bombean la sangre, permiten el movimiento del alimento en el tubo digestivo, etc.

Se estudia por que la contracción del músculo se debe a la contracción conjunta de todas sus células.

Hay 3 tipos de músculos:

• Esquelético: está uniendo el esqueleto. Es el que nos permite movernos, hablar, etc. También se llama músculo estriado por que en su estructura se aprecian estrías de varios colores. También se llama músculo voluntario por que es de control voluntario. Además podemos decir que se controla por el Sistema Nervioso somático.

• Visceral: Forma las vísceras (estomago, intestino). Su nombre más importante es el del músculo liso por que no tiene estrías. También se conoce como músculo involuntario por que está controlado por el Sistema Nervioso autónomo (simpático y parasimpático).

• Cardíaco: Forma el corazón. Tiene características de los 2 anteriores ya que es estriado y a su vez es involuntario y autónomo.

Estructura del músculo esquelético: El músculo esquelético está formado por numerosas células llamadas fibras musculares porque son muy largas. Son tan largas que ocupan toda la longitud del músculo. Son células multinucleadas porque se forman durante el desarrollo embrionario por la fusión de células precursoras o mioblastos. Estas fibras se caracterizan porque tienen muchas mitocondrias ya que necesitan mucha energía para poder contraerse. Otra característica es su membrana llamada Sarcolema, siendo su característica principal la capacidad de generar potenciales de acción. Además, presenta muchísimos repliegues o invaginaciones llamadas túbulos T o transversos, cuya finalidad es permitir que los potenciales de acción se puedan propagar al interior de las células musculares, lo más cerca posible del retículo, llamado en el músculo retículo sarcoplasmático. Este retículo, tiene la función principal de almacenar Ca2+ para que cuando se vaya a producir la contracción, el Ca2+ se pueda liberar desde el retículo. Tiene unas estructuras especializadas que en sus extremos está muy ensanchada, llamadas cisternas (ensanches). Estas estructuras se llaman triadas.

En su interior, la fibra muscular presenta cientos de miofibrillas, las cuales presentan alternativamente bandas claras y oscuras. La banda oscura es la llamada banda A dentro de la que hay una zona más clara que es la banda H. a veces, puede aparecer la línea M. La banda clara es la banda I, en cuyo centro está la línea Z. El espacio comprendido entre 2 líneas Z recibe el nombre de Sarcomera y se considera la unidad estructural del músculo.

La banda I (clara) está formada por filamentos proteicos o miofilamentos delgados. Están formados por 2 cadenas enrolladas helicoidalmente de actina F. Además, aparecen otras 2 proteínas que son la tropomiosina y la troponina. La primera también es filamentosa y se enrolla en los surcos de la actina. La segunda presenta 3 subunidades C, T e I. La C tiene la capacidad de unirse al Ca2+. La T a la tropomiosina y la I tiene una función inhibidora.

Los filamentos gruesos van a estar formados por la meiosis (forma banda A). La miosina presenta 2 zonas llamadas cabeza y cola. La cabeza tiene la capacidad de unir ATP y tiene capacidad ATPasa, obteniendo energía. Además, tiene otro lugar de unión para la actina. Entre la cabeza y la cola, hay una región flexible que permite que se mueva. La misma aparece formando dimeros mediante el enrollamiento de sus colas. Además, estos dimeros se unen a otros formando el filamento grueso. Las miosinas se disponen simétricamente a partir de una zona central.

Mecanismo de contracción: Se explica por la teoría de deslizamiento de filamentos gruesos y delgados. Las miosinas se mueven y por ello, tiran del filamento delgado hacia el centro de la sarcomera. La línea Z se acercan al tirar los filamentos delgados. El sarcomero se acorta. Pero en este proceso, solo se acortan las bandas H y las I. La banda A se mantiene constante ya que el filamento de miosina permanece igual. Para que miosina y actina interaccionen, se forman los puentes cruzados entre las cabezas de las miosinas y los lugares de unión de la actina. Cuando la miosina hidroliza el ATP, a la cabeza se quedan unidos ADP+Pi. En este estado, se dice que está activada o energizada y así es capaz de unirse a la actina.

Cuando se unen, se liberan primero el Pi y después el ADP. Cuando se libera el Pi, hay un movimiento de la cabeza y al liberarse el ADP hay un mayor movimiento de esta cabeza. Cuando se mueve, tira del filamento de actina. La unión actina-miosina es bastante estable y para que se separen, hace falta que el ATP se una a la molécula de miosina.

Como se regula la contracción: Se regula por el Ca2+, que desencadena la contracción porque cuando no hay Ca2+ en el citosol, la tropomiosina bloquea los sitios de unión entre actina y miosina. Cuando aumenta la concentración citosólica de Ca2+, el Ca2+ se une a la troponina y esta se desplaza y desplaza a la tropomiosina, dejando libres los sitios de unión actina-miosina.

La concentración de Ca2+ aumenta debido (en el músculo esquelético) siempre a ordenes del SN somático. O sea, el Ca2+ aumenta y por ello la contracción se dará siempre por ordenes del SNS. Estas ordenes, son potenciales de acción que viajan por los axones de las motoneuronas y que en su terminal, establecen sinopsis químicas con la membrana del músculo (sinopsis neuromuscular). Esta sinapsis es 1 a 1 debido a su particular estructura. Los terminales del axón, se invaginan en los músculos. Además, están aislando por una célula de Schwann. Todo esto, aumenta la eficacia de esta sinapsis.

Mecanismo de la contracción: Un potencial de acción en un nervio, da lugar a otro en el músculo y este, da lugar a una contracción muscular. Estos, son potenciales en espiga. Las contracciones son más largas que los potenciales debido a la lenta disminución del Ca2+ al volver al retículo. Cuando llegan varios potenciales seguidos, las contracciones se pueden sumar y por ello el Sistema Nervioso puede controlar la fuerza de contracción muscular. Esto, es una sumación temporal. La máxima fuerza a base de sumación temporal se da al llegarse al tétanos. (Nunca hay potenciales en meseta en el músculo esquelético).

Hay otro mecanismo que es aumentar el número de fibras musculares que se contraen a la vez. Normalmente, una fibra solo recibe señales de un terminal axónico, pero las neuronas al acercarse al músculo se ramifican e inervan varias (cientos-miles) de fibras musculares. Todas las fibras inervadas por la misma motoneurona, se vana contraer a la vez. A este conjunto, se le llama unidad motora. Cuando el Sistema Nervioso quiere contracciones más fuertes, puede mandar más ordenes a más unidades motoras a la vez, siendo las contracciones más fuertes.

La fuerza que se desarrolla puede ser así controlada, pero también depende de factores externos como la carga que se opone a la contracción. Si la carga es tan grande que el músculo no puede acortarse, la tensión que se desarrolla es mayor. Estas, son contracciones isométricas.

Hay otro tipo de contracciones, en las que no se modifica la tensión, pero el músculo se acorta. Estas, son las isotónicas. Normalmente, no se dan por separado, sino que primero se da la isométrica hasta que se vence la carga opuesta, momento en el que se produce la contracción isotónica.

Curvas de tensión-longitud: Se representa la tensión a distintas longitudes del músculo. Para obtenerlas, se usan dispositivos especiales.

En ellos, se modifica la longitud del músculo con un motor y se excita con un electro-estimulador. Estas curvas, se dan cuando sin estimular el músculo, lo vamos estirando. Se desarrolla una tensión pasiva debido a los compuestos elásticos del músculo, los cuales se tensionan al oponerse al sobreestiramiento. También se representa la tensión total que es la que se da al estimular el músculo y formarse los puentes cruzados más la tensión pasiva producida por los materiales elásticos. Se obtiene la tensión activa que es al diferencia entre la tensión total y la tensión pasiva, siendo la que se debe a la propia estimulación del músculo.

La tensión activa depende del número de puentes cruzados.

La longitud normal de un músculo esquelético es aquella a la que puede desarrollar una mayor tensión.

Tema 17 El músculo liso

Diferencias entre el músculo liso y el esquelético: Las células del músculo liso son totalmente diferentes a las del músculo esquelético. Son más pequeñas y solo tienen un núcleo. Son fusiformes (ovaladas). Presentan miofibrillas y filamentos de actina y miosina, pero estos no están ordenados regularmente y por ello no tienen estriaciones. No tienen líneas Z. Tienen unas estructuras llamadas cuerpos densos a los que se anclan los filamentos. No tienen troponina. No presentan túbulos T y en su lugar hay invaginaciones de membranas llamadas caveólas. Tienen un retículo sarcoplasmático mucho menos desarrollado.

Hay 2 tipos de músculo liso:

• Visceral o unitario: Están en la mayoría de las visceras. Se llama unitario porque entre sus células hay muchas uniones “gap” que van a hacer que las células se contraigan sincrónicamente formando un sincitio funcional.

• Multiunitario: Las células son independientes ya que no hay uniones “gap”. Están en el iris, en los piloerectores, etc.

Contracción en el músculo liso: Los puentes cruzados se forman de igual forma que en el músculo esquelético. Así como la interacción miosina-actina. La regulación no es dependiente de troponina-tropomiosina. Se da al aumentar el Ca2+, el cual se une a la calmodulina y al unirse, activan una proteína kinasa dependiente de (Ca2+)4-calmodulina. Esta kinasa fosforila la miosina y cuando esto sucede, la miosina puede interaccionar con la actina. Se usan 2 moléculas de ATP, una para fosforilar la miosina y otra en el puente cruzado miosina-actina. En este caso, la contracción estará regulado por el Sistema Nervioso autónomo (simpático y parasimpático) pero también va a haber una regulación hormonal o por sustancias químicas.

También hay un control miogeno (por él mismo). Todas estas regulaciones se explica porque el Ca2+ puede ser liberado desde el retículo sarcoplasmático o bien entrar desde fuera. Si se da por un potencial, será una regulación nerviosa. Si el Ca2+ entra por canales por ligando, será una regulación por fármacos, hormonas u otras sustancias químicas. Hay otro tipo de canales en algunos músculos, donde están regulados mecánicamente. Esto, se da por ejemplo en los vasos sanguíneos y en el intestino. Para eliminar el Ca2+, hay bombas de Ca2+ en la membrana y en el retículo sarcoplasmático.

Hay algunos tipos de músculo liso, los cuales son capaces de auto-excitarse debido a células marcapasos, las cuales no tienen potencial de membrana estable sino que siempre están variando. A estas fluctuaciones se les llama ritmo de ondas lentas porque el potencial se despolariza e hiperpolariza sin alcanzar el umbral. Cuando hay otro estímulo sobre estas ondas, puede haber una mayor despolarización y darse por ello potenciales de acción en espiga que provocarán la contracción.

Normalmente, habrá una estimulación que modulará la actividad del músculo liso pudiendo haber tanto excitación como inhibición al haber más tipos de neurotransmisores. No existe la unión neuromuscular como tal sino que las terminaciones acaban de forma difusa en unos engrosamientos, donde se encuentran los neurotransmisores.

También puede haber un control hormonal o por otras sustancias químicas.

Otra diferencia, está en el tipo de contracción. En el músculo liso hay un cierto grado de contracción sostenido llamado tono contráctil. Esto, permite su relajación. Es posible porque su contracción es mucho más lenta en todos sus puntos y por ello, consumen mucha menos energía, por lo que no se fatiga. Además de esta contracción tónica, pueden darse otras más rápidas llamadas también fásicas que empiezan y acaban muy rápidamente. También puede haber contracciones más lentas porque en algunos tipos de músculo liso, los potenciales van a ser en meseta, habiendo por ello una contracción más lenta. Normalmente, las contracciones tónicas no dependen de la estimulación nerviosa, sino que se debe a los factores hormonales, etc.

Algunos tipos de músculo tienen una gran plasticidad, es decir, que cuando aumentan su longitud, también va a aumentar la tensión pero al cabo de un instante, esa tensión disminuye de forma que puede mantenerse en una mayor longitud sin tener mayor tensión. (adaptación por estrés).

Tema 17 El músculo cardíaco

Diferencias estructurales con el músculo esquelético y el liso: Las células son pequeñas (igual que el liso). Son uninucleadas. Contienen estriaciones o sarcomeras porque los filamentos de actina y de miosina están ordenados. Contienen troponina (la regulación de la contracción es muy parecida a la del músculo esquelético). Hay una diferencia, ya que en el músculo esquelético todo el Ca2+ procede del exterior y por ello su retículo estará mucho menos desarrollado.

La mayor diferencia es que la células del músculo cardíaco al ser pequeñas van a presentar muchas uniones llamadas discos intercalares en los que aparecen desmosomas que le dan fuerza mecánica y además, aparecen uniones “gap”. En consecuencia, el músculo cardíaco se comporta como un sincitio funcional (igual que el liso).

Como se estimula el corazón: Se estimula por las células marcapasos (autónomas), las cuales son células musculares modificadas que no tiene filamentos de actina ni de miosina por lo que no se contraen y que generan de forma rítmica los potenciales.

El Sistema Nervioso autónomo puede modular esas contracciones tanto en frecuencias como en fuerza. Hay otras células musculares modificadas que están especializadas en conducir los potenciales a todo el corazón.

El potencial de acción que aparece en el corazón, son en meseta debido a la entrada de Ca2+ del exterior durante la meseta. Mientras dure el potencial, dura la contracción pero como estos potenciales son tan largos, va durar lo mismo que al contracción. El músculo no se tetanizará ya que como son tan largas, cuando acaba el periodo refractario, no pueden sumarse las contracciones. Tiene el mismo mecanismo de contracción (idéntico) que el músculo esquelético. Solo se diferencia por el origen del Ca2+.

Curvas de longitud-tensión: Son muy parecidas. Difieren en que el mismo esquelético tiene una longitud a la que se desarrolla una tensión máxima. Mientras que en el cardíaco al longitud normal es más pequeña de aquella a la que se desarrolla la tensión máxima. Esto es importante porque al aumentar la cantidad de sangre que vuelve, aumentan la longitud y por ello la tensión o fuerza de contracción. Esto, implica un mayor bombeo de sangre al aumentar la fuerza de las contracciones.