domingo, 23 de noviembre de 2014

Mutaciones

Hoy día se define a las mutaciones como cualquier cambio heredable del genoma. Los cambios pueden ser a diferentes niveles:
1. A nivel de genes: mutaciones génicas o puntuales. 
2. A nivel de cromosomas: cambio en un segmento de un cromosoma, un cromosoma entero o inclusive un set completo de cromosomas.

Causas: 

1.  Espontáneas: errores de la ADN polimerasa durante la replicación del ADN 
2. Inducidas por agentes mutagénicos: estos agentes reaccionan con el ADN causando un cambio estructural que afecta una de las hebras de la doble hélice, causando un cambio estructural que afecta el apareamiento de bases resultado de un nucleótido alterado. Usualmente afecta a 1 de las dos hebras del ADN.


Mutaciones somáticas o germinales?

Somática: Si la mutación ocurre en una célula que desarrolla un tejido somático, dará origen a una población de células mutantes idénticas. Las células idénticas  de una población originada por mitosis a partir de una sola célula progenitora se denominan clones. 
Si la mutación es dominante se expresará en el fenotipo de aquellos organismos diploides. Si es recesiva no se expresará ya que quedará enmascarada por el alelo salvaje (dominante), una segunda mutación puede crear una mutación homocigota recesiva, pero es un evento raro.
¿Son heredables?: por definición no se heredan, ya que las células somáticas son aquellas que no origina progenie. Sin embargo hay que recordar que porciones de plantas (con mutaciones somáticas) pueden originar nuevos individuos con su eventual línea germinal. 
Consecuencias en un organismo multicelular: un ejemplo de mutaciones somáticas son las células que origina el cáncer. cuando ciertos genes (proto-oncogenes)  sufren una mutación las células inician una secuencia descontrolada de divisiones celulares resultando en una masa de células denominada tumor.
Mutación de la línea marginal: si la mutación se produce en una de las células sexuales inevitablemente pasará a la descendencia (en tanto ésta participe de la fecundación). Un fenotipo completamente normal puede tener células mutantes en su línea germinal y solo se detectará en su descendencia.
Casos especiales: recuerde que algunas mutaciones pueden afectar al cromosoma X y este se encuentra inactivado al azar en las hembras de mamíferos, por lo que pueden no expresar el fenotipo. Ej: hemofilia ligada al cromosoma X.
Mutaciones moleculares o génicas: son cambios que se producen en la secuencia de bases del ADN, que, por lo general, tienen lugar durante su replicación o autoduplicación.
Mutaciones cromosómicas: la alteración se produce en una parte del cromosoma, es decir que afecta a un grupo de genes, pueden ser deleciones, translocaciones o inversiones.
a) Las deleciones implican la pérdida de material de un solo cromosoma. Los efectos son típicamente graves, puesto que hay pérdida de material genético.

b) Las inversiones tienen lugar cuando se dan dos cortes dentro de un mismo cromosoma y el segmento intermedio gira 180° (se invierte) y se vuelve a unir, formando un cromosoma que estructuralmente tiene la secuencia cambiada. Normalmente no hay riesgo de problemas para el individuo si la inversión es de origen familiar (es decir, se ha heredado de uno de los progenitores). Hay un riesgo algo mayor si es una mutación de novo (nueva), debido posiblemente a la interrupción de una secuencia clave de un gen. Aunque el portador de una inversión puede ser completamente normal, tiene un riesgo ligeramente mayor de producir un embrión con un desequilibrio cromosómico. Esto se debe a que un cromosoma invertido tiene dificultad en emparejarse con su homólogo normal durante la meiosis, lo que puede producir gametos que contengan derivados cromosómicos desequilibrados si ocurre un entrecruzamiento desigual.

3) Las translocaciones implican el intercambio de material entre dos o más cromosomas. Si una translocación es recíproca (equilibrada) el riesgo de problemas para el individuo es similar al de las inversiones: normalmente nulo si es familiar y ligeramente mayor si es de novo. Surgen problemas con las translocaciones cuando a partir de un progenitor equilibrado se forman gametos que no contienen ambos productos de la translocación. Cuando tal gameto se combina con un gameto normal del otro progenitor, el resultado es un embrión desequilibrado que es parcialmente monosómico para un cromosoma y parcialmente trisómico para el otro.

jueves, 13 de noviembre de 2014

Composición química del ADN y su duplicación. Síntesis de proteínas

El ácido desoxirribonucleico (ADN) es un polímero de alto peso molecular formado por dos cadenas o hebras de monómeros llamados nucleótidos. Cada nucleótido está conformado por moléculas más pequeñas: una base nitrogenada (adenina, guanina, citosina o timina), un hidrato de carbono (desoxirribosa) y un grupo fosfato (fig. 1). Los cuatro tipos de nucleótidos difieren solamente en el tipo de base nitrogenada, las cuales pueden ser púricas (adenina o guanina) o pirimídicas (citosina o timina). Se les llama púricas o pirimídicas porque derivan de moléculas llamadas purina o pirimidina.

Fig. 1: Esquema de un nucleótido
El conocimiento de los componentes del ADN y otros antecedentes permitió a los científicos Watson y Crick construir un modelo tridimensional de la molécula. Este modelo propone la presencia de dos cadenas de nucleótidos entrelazadas en forma de doble hélice. Cada una de estas hebras se une a la otra por las bases nitrogenadas mediante puentes de hidrógeno, siguiendo un patrón fijo: la adenina se une a la timina y la guanina a la citosina. Los nucleótidos de cada cadena se unen a través de los grupos fosfato y la desoxirribosa (fig. 2).
Figura 2. a. Modelo de la doble hélice del ADN; b. Disposición de los nucleótidos en el ADN
El modelo descrito permite explicar cómo se pueden sintetizar nuevas moléculas de ADN: el proceso comienza con la ruptura de los enlaces de hidrógeno y la consecuente separación las dos cadenas complementarias. Esto permite que cada una de las cadenas sirva de molde para formar una cadena complementaria nueva. En este proceso participa una serie de enzimas, una de ellas es la ADN polimerasa, que permite el enlazamiento de los nucleótidos en las cadenas complementarias nuevas. Este modelo de duplicación del ADN (replicación o autoduplicación) se denomina semiconservativo, ya que cada ADN sintetizado está formado por una cadena “antigua”, que sirvió de molde, con la otra “nueva”.
El ADN es capaz de determinar el fenotipo de un organismo a través de un proceso denominado expresión génica. Mediante dicho proceso la información contenida en los genes del ADN es utilizada para especificar la constitución de las proteínas de la célula. Recordemos que un gen tiene información específica para la síntesis de una proteína determinada. Las proteínas que se sintetizan influyen en el fenotipo, desde rasgos visibles hasta otros sólo observables bioquímicamente como es el caso de las enzimas y las proteínas estructurales.
El ADN es una macromolécula, que por su gran tamaño, está imposibilitado para atravesar la membrana nuclear para llegar hasta los ribosomas, lugar de síntesis de proteína. Por esto, se requiere la participación de otro ácido nucleico, el ácido ribonucleico (ARN), el cual, sí puede salir por los poros de la membrana nuclear hacia los ribosomas.”
Para que se sintetice una proteína se requieren los siguientes eventos (fig. 3):
Figura 3. Esquema del proceso de síntesis de proteína
1. Transcripción: la información contenida en un gen del ADN se copia en un ARN mensajero (ARNm) con la participación de la enzima ARN polimerasa. De esta manera, es el ARNm el que lleva la información codificada en cuanto al tipo, cantidad y orden de los aminoácidos que formarán la futura proteína. Una vez que el ARNm ha copiado toda información desde el ADN sale del núcleo hacia los ribosomas ubicados en el citoplasma celular (fig. 4). Notemos que el gen se copia de cada hebra de ADN separados (hebra templado del gen 1 y hebra templado del gen 2).
Figura 4. Esquema de la transcripción
2. Traducción: la información transcrita en el ARNm se utiliza para determinar la secuencia (orden) de aminoácidos de una proteína. Una secuencia de tres bases nitrogenadas consecutivas o triplete del ARNm se llama codón. Éste lleva información, que se traduce en los ribosomas, para un aminoácido específico que formará parte de la proteína. Los ribosomas se unen al ARNm y lo recorren “traduciendo” la información de sus codones. Aquí entra en juego otro tipo de ARN denominado ARN de transferencia (ARNt), que se encarga de transportar un aminoácido determinado hasta los ribosomas. Un sector de este ARNt tiene un triplete llamado anticodón que es complentario con el codón del ARNm; si ambos coinciden, el ARNt deja el aminoácido en el ribosoma. Así sucesivamente van llegando otros aminoácidos que al unirse formarán una proteína (fig. 5).
Figura 5. Esquema de la traducción

Duplicación del ADN

El proceso de replicación de ADN es el mecanismo que permite al ADN duplicarse (es decir, sintetizar una copia idéntica). De esta manera de una molécula de ADN única, se obtienen dos o más "clones" de la primera. Esta duplicación del material genético se produce de acuerdo con un mecanismo semiconservativo, lo que indica que las dos cadenas complementarias del ADN original, al separarse, sirven de molde cada una para la síntesis de una nueva cadena complementaria de la cadena molde, de forma que cada nueva doble hélice contiene una de las cadenas del ADN original. Gracias a la complementación entre las bases que forman la secuencia de cada una de las cadenas, el ADN tiene la importante propiedad de reproducirse idénticamente, lo que permite que la información genética se transmita de una célula madre a las células hijas y es la base de la herencia del material genético. La molécula de ADN se abre como una cremallera por ruptura de los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias puntos determinados: los orígenes de replicación. Las proteínas iniciadoras reconocen secuencias de nucleótidos específicas en esos puntos y facilitan la fijación de otras proteínas que permitirán la separación de las dos hebras de ADN formándose una horquilla de replicación. Un gran número de enzimas y proteínas intervienen en el mecanismo molecular de la replicación, formando el llamado complejo de replicación o replisoma. Estas proteínas y enzimas son homólogas en eucariotas y arqueas, pero difieren en bacterias.

El ADN como polímero con secuencia

El ADN es el Ácido DesoxirriboNucleico. Es el tipo de molécula más compleja que se conoce. Su secuencia de nucleótidos contiene la información necesaria para poder controlar el metabolismo un ser vivo. El ADN es el lugar donde reside la información genética de un ser vivo.
El estudio de su estructura se puede hacer a varios niveles, apareciendo estructuras, primaria, secundaria, terciaria, cuaternaria y niveles de empaquetamiento superiores.

Estructura primaria

El ADN está compuesto por una secuencia de nucleótidos formados por desoxirribosa. Las bases nitrogenadas que se hallan formando los nucleótidos de ADN son Adenina, Guanina, Citosina y Timina. No aparece Uracilo. Los nucleótidos se unen entre sí mediante el grupo fosfato del segundo nucleótido, que sirve de puente de unión entre el carbono 5' del primer nucleótido y el carbono 3' de siguiente nucleótido.

Como el primer nucleótido tiene libre el carbono 5' y el siguiente nucleótido tiene libre el carbono 3', se dice que la secuencia de nucleótidos se ordena desde 5' a 3' (5' 3').


Estructura secundaria

La estructura secundaria del ADN fue propuesta por James Watson y Francis Crick, y la llamaron el modelo de doble hélice de ADN. 
           
Este modelo está formado por dos hebras de nucleótidos. Estas dos hebras se sitúan de forma antiparalela, es decir, una orientada en sentido 5' 3' y la otra de 3' 5'. Las dos están paralelas, formando puentes de Hidrógeno entre las bases nitrogenadas enfrentadas.

Cuando en una hebra encontramos Adenina, en la otra hebra hallamos Timina. Cuando en una hebra encontramos Guanina, en la otra hallamos Citosina. Estas bases enfrentadas son las que constituyen los puentes de Hidrógeno. Adenina forma dos puentes de Hidrógeno con Timina. Guanina forma tres puentes de Hidrógeno con la Citosina.

Las dos hebras están enrolladas en torno a un eje imaginario, que gira en contra del sentido de las agujas de un reloj. Las vueltas de estas hélices se estabilizan mediante puentes de Hidrógeno.

Esta estructura permite que las hebras que se formen por duplicación de ADN sean copia complementaria de cada una de las hebras existentes.

Estructura terciaria

El ADN es una molécula muy larga en algunas especies y, sin embargo, en las células eucariotas se encuentra alojado dentro del minúsculo núcleo. Cuando el ADN se une a proteínas básicas, la estructura se compacta mucho.

Las proteínas básicas son Histonas o Protaminas.


La unión con Histonas genera la estructura denominada nucleosoma. Cada nucleosoma está compuesto por una estructura voluminosa, denominada core, seguida por un eslabón o "Linker". El core está compuesto por un octámero de proteínas, Histonas, denominadas H2A, H2B, H3 y H4. Cada tipo de histona se presenta en número par. Esta estructura está rodeada por un tramo de ADN que da una vuelta y 3/4 en torno al octámero. El Linker está formado por un tramo de ADN que une un nucleosoma con otro y una histona H1.

El conjunto de la estructura se denomina fibra de cromatina de 100Å. Tiene un aspecto repetitivo en forma de collar de perlas, donde las perlas serían los nucleosomas, unidos por los linker.

El ADN debe encontrarse más compacto en el núcleo de los espermatozoides. En este caso, el ADN se une a proteínas de carácter más básico, denominadas Protaminas. El ADN se enrolla sobre estas proteínas, formando una estructura muy compacta, denominada estructura cristalina del ADN.

Estructura cuaternaria

La cromatina en el núcleo tiene un grosor de 300Å. La fibra de cromatina de 100Å se empaqueta formando una fibra de cromatina de 300Å. El enrollamiento que sufre el conjunto de nucleosomas recibe el nombre de solenoide.


Los solenoides se enrollan formando la cromatina del núcleo interfásico de la célula eucariota. Cuando la célula entra en división, el ADN se compacta más, formando los cromosomas.

Fuente: http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/contenidos18.htm

lunes, 10 de noviembre de 2014

Enzimas

Enzimas son moléculas de proteínas que tienen la capacidad de facilitar y acelerar las reacciones químicas que tienen lugar en los tejidos vivos, disminuyendo el nivel de la "energía de activación" propia de la reacción.
Representación de la estructura y secuencia de la enzima tripsina, un miembro de las enzimas del tipo de las proteasas. (Robert Stroud/ Universidad de California, San Francisco)
Una enzima es una proteína que actúa como catalizador de una reacción química acelerándola. Las enzimas son protagonistas fundamentales en los procesos del metabolismo celular. Las enzimas unen su sustrato en el centro reactivo o catalítico, que suele estar protegido del agua para evitar interacciones no deseadas. En el centro reactivo la disposición espacial y los tipos de cadenas laterales de aminoácidos son fundamentales para orientar correctamente el sustrato y poder interaccionar de la forma deseada para llevar a cabo la catálisis de la reacción. Las enzimas son muy selectivas en relación a los sustratos que modifican. Las enzimas suelen ser mucho más grandes que sus sustratos y en muchas ocasiones requieren de la participación de otras moléculas más pequeñas no polipeptídicas como las coenzimas (biotina, NADH entre otros) o los iones metálicos llamados cofactores.

Propiedades

Como propuso el químico sueco Jöns Jakob Berzelius en 1823, las enzimas son catalizadores típicos: son capaces de acelerar la velocidad de reacción sin ser consumidas en el proceso.

Algunas enzimas, como la pepsina y la tripsina, que intervienen en la hidrólisis de muchos tipos de proteínas, controlan muchas reacciones diferentes, mientras que otras como la ureasa, son muy específicas y sólo pueden acelerar una reacción. Otras liberan energía para la contracción cardiaca y la expansión y contracción de los pulmones. Muchas facilitan la conversión de azúcar y alimentos en distintas sustancias que el organismo precisa para la construcción de tejidos, la reposición de células sanguíneas y la liberación de energía química para mover los músculos.

La especificidad entre el sustrato y la enzima se ha concebido como la relación de una “llave” y su “cerradura”. La molécula del sustrato constituye la llave y la proteína constituye la cerradura; en la superficie de la proteína existe una zona específica, denominada sitio activo o catalítico, a la cual se une la molécula del sustrato para experimentar la transformación catalítica.
Las enzimas son muy eficaces. Por ejemplo, unos 30g de pepsina cristalina pura son capaces de digerir casi dos toneladas métricas de clara de huevo en pocas horas.

La cinética de las reacciones enzimáticas difiere de las reacciones inorgánicas simples. Cada enzima es específica de forma selectiva para la sustancia sobre la que causa la reacción, y es más eficaz a una temperatura determinada. Aunque un aumento de la temperatura puede acelerar una reacción, las enzimas son inestables cuando se calientan. La actividad catalítica de una enzima está determinada sobre todo por su secuencia de aminoácidos y por la estructura terciaria, es decir, la estructura de plegamiento tridimensional de la macromolécula.

Función de las enzimas

Las enzimas son proteínas que catalizan todas las reacciones bioquímicas. Además de su importancia como catalizadores biológicos, tienen muchos usos médicos y comerciales.

Un catalizador es una sustancia que disminuye la energía de activación de una reacción química. Al disminuir la energía de activación, se incrementa la velocidad de la reacción.

La mayoría de las reacciones de los sistemas vivos son reversibles, es decir, que en ellas se establece el equilibrio químico. Por lo tanto, las enzimas aceleran la formación de equilibrio químico, pero no afectan las concentraciones finales del equilibrio.

Clasificación de las enzimas

Clasificación de las enzimas de acuerdo a su complejidad

De acuerdo a su complejidad las enzimas se clasifican como:

Simples: Formada por una o más cadenas polipeltídicas.
Conjugadas: Contiene por lo menos un grupo no proteico enlazado en la cadena polipeltídica.
En las proteínas conjugadas podemos distinguir dos partes:

Apoenzima: Es la parte polipeptídica de la enzima.
Cofactor: Es la parte no proteica de la enzima.
La combinación de la apoenzima y el cofactor forman la holoenzima.

Los cofactores pueden ser:

Iones metálicos: Favorecen la actividad catalítica general de la enzima, si no están presentes, la enzima no actúa. Estos iones metálicos se denominan activadores. Ejemplos: Fe2+, Mg2+, Cu2+, K+, Na+ y Zn2+
La mayoría de los otros cofactores son coenzimas las cuales generalmente son compuestos orgánicos de bajo peso molecular, por ejemplo, las vitaminas del complejo “B” son coenzimas que se requieren para una respiración celular adecuada.
Clasificación de las enzimas según su actividad

Hidrolasas: Catalizan reacciones de hidrólisis. Rompen las biomoléculas con moléculas de agua. A este tipo pertenecen las enzimas digestivas.
Isomerasas: Catalizan las reacciones en las cuales un isómero se transforma en otro, es decir, reacciones de isomerización.
Ligasas: Catalizan la unión de moléculas.
Liasas: Catalizan las reacciones de adición de enlaces o eliminación, para producir dobles enlaces.
Oxidorreductasas: Catalizan reacciones de óxido-reducción. Facilitan la transferencia de electrones de una molécula a otra. Ejemplo; la glucosa, oxidasa cataliza la oxidación de glucosa a ácido glucónico.
Tansferasas: Catalizan la transferencia de un grupo de una sustancia a otra. Ejemplo: la transmetilasa es una enzima que cataliza la transferencia de un grupo metilo de una molécula a otra.

Reacciones de las enzimas

El hecho de que una reacción química sea termodinámicamente favorable depende de la diferencia de energía libre que haya entre los sustratos y los productos. Si esta diferencia es negativa, la reacción es espontánea. Aunque una reacción sea espontánea no significa que la velocidad de la reacción sea elevada, existiendo reacciones espontáneas que tardan segundos y otras que tardan horas. En las reacciones químicas sencillas la transformación de un sustrato en un producto suele pasar por un estado intermedio llamado estado de transición. Este estado de transición es muy inestable y suele necesitar aporte de energía. La velocidad de una reacción química depende de esta energía de activación. Para que se produzca una reacción química, sin intervención de enzimas, es necesario que los reactivos entren en contacto, para lo que es necesaria una concentración suficiente, y que el choque de moléculas tenga energía para superar la barrera de activación. Este es el motivo por el que la temperatura influye en el equilibrio químico. La enzima acelera la reacción química disminuyendo la energía de activación. La enzima lleva a cabo esta disminución de la barrera energética interaccionando con los elementos que participan en la reacción química estabilizándolos en el centro reactivo. Así, aumenta enormemente la probabilidad de que se produzca la reacción química ya que concentra y pone en contacto los elementos necesarios para la reacción. 

En algunas reacciones enzimáticas participan coenzimas que permiten que durante la reacción la enzima no sufra modificaciones químicas que le impidan repetir el proceso. La actividad enzimática se restaura con sólo reemplazar la coenzima y el complejo enzimático queda listo para catalizar una nueva reacción.

Además de las enzimas de naturaleza puramente proteica existen moléculas no proteicas capaces de catalizar reacciones como las ribozimas, formadas por moléculas de ARN.

Regulación enzimática

La regulación del metabolismo celular se lleva a cabo regulando la actividad enzimática. Existen varias formas de regular la actividad de una enzima que no son excluyentes entre sí. Se puede regular su concentración, modificar su conformación con ligandos activadores o inhibidores, modificar su localización celular o introducir modificaciones covalentes como metilación o fosforilación que incluso pueden llegar a alterar la enzima de forma irreversible. No todas las enzimas tienen la misma importancia en la regulación de una ruta. Suele ser especialmente clave la regulación de las enzimas que catalizan reacciones poco favorables con energía de activación elevada. En muchos casos las reacciones termodinámicamente desfavorables se acoplan a reacciones espontáneas favorables que les aportan energía. Éste es el caso de la hidrólisis del ATP (reacción favorable) asociada a los procesos de biosíntesis.
Usos de las enzimas

La fermentación alcohólica y otros procesos industriales importantes dependen de la acción de enzimas, sintetizadas por las levaduras y bacterias empleadas en el proceso de producción. Algunas enzimas se utilizan con fines médicos. En ocasiones son útiles en el tratamiento de zonas de inflamación local; la tripsina se emplea para eliminar sustancias extrañas y tejido muerto de las heridas y quemaduras.

lunes, 13 de octubre de 2014

Estructura. Asociaciones. Propiedades. Clasificación y Funciones de las Proteínas

Las proteínas como moléculas ejecutoras

Composición Química y Clasificación

Son las sustancias que componen las estructuras celulares y las herramientas que hacen posible las reacciones químicas del metabolismo celular. En la mayoría de los seres vivos (a excepción de las plantas que tienen más celulosa) representan más de un 50% de su peso en seco. Una bacteria puede tener cerca de 1000 proteínas  diferentes, en una célula humana puede haber 10.000 clases de proteínas  distintas.
Las proteínas son biopolímeros (macromoléculas orgánicas), de elevado peso molecular, constituidas básicamente por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N); aunque pueden contener también azufre (S) y fósforo (P) y, en menor proporción, hierro (Fe), cobre (Cu), magnesio (Mg), yodo (Y), etc.
Estos elementos químicos se agrupan para formar unidades estructurales (monómeros) llamados Aminoácidos, a los cuales podríamos considerar como los "ladrillos de los edificios moleculares proteicos". Estos edificios macromoleculares se construyen y desmoronan con gran facilidad dentro de las células, y a ello debe precisamente la materia viva su capacidad de crecimiento, reparación y regulación.
Las proteínas son, en resumen, biopolímeros de aminoácidos y su presencia en los seres vivos es indispensable para el desarrollo de los múltiples procesos vitales.

Se clasifican, de forma general, en Holoproteinas y Heteroproteinas según esten formadas respectivamente sólo por aminoácidos o bien por aminoácidos más otras moléculas o elementos adicionales no aminoacídicos.


Los aminoácidos

Son las unidades básicas que forman las proteínas. Su denominación responde a la composición química general que presentan, en la que un grupo amino (-NH2) y otro carboxilo o ácido (-COOH) se unen a un carbono alfa (-C-). Las otras dos valencias de ese carbono quedan saturadas con un átomo de hidrógeno (-H) y con un grupo químico variable al que se denomina radical (-R).

Los aminoácidos que un organismo no puede sintetizar y, por tanto, tienen que ser suministrados con la dieta se denominan aminoácidos esenciales; y aquellos que el organismo puede sintetizar se llaman aminoácidos no esenciales.
Para la especie humana son esenciales nueve aminoácidos: histidina, treonina, metionina, lisina, valina, triptófano, leucina, isoleucina y fenilalanina.

Péptidos y Enlace peptídico

Los péptidos son cadenas lineales de aminoácidos enlazados por enlaces químicos de tipo amídico a los que se denomina Enlace Peptídico. Así pues, para formar péptidos los aminoácidos se van enlazando entre sí formando cadenas de longitud y secuencia variable. Para denominar a estas cadenas se utilizan prefijos convencionales como:

a) Oligopéptidos.- si el nº de aminoácidos es menor 10.
Dipéptidos.- si el nº de aminoácidos es 2.
Tripéptidos.- si el nº de aminoácidos es 3.
Tetrapéptidos.- si el nº de aminoácidos es 4.
etc.

b) Polipéptidos o cadenas polipeptídicas.- si el nº de aminoácidos es mayor 10.

Cada péptido o polipéptido se suele escribir, convencionalmente, de izquierda a derecha, empezando por el extremo N-terminal que posee un grupo amino libre y finalizando por el extremo C-terminal en el que se encuentra un grupo carboxilo libre, de tal manera que el eje o esqueleto del péptido, formado por una unidad de seis átomos (-NH-CH-CO-), es idéntico a todos ellos. Lo que varía de unos péptidos a otros, y por extensión, de unas proteínas a otras, es el número, la naturaleza y el orden o secuencia de sus aminoácidos.
El enlace peptídico es un enlace covalente y se establece entre el grupo carboxilo (-COOH) de un aminoácido y el grupo amino (-NH2) del aminoácido contiguo inmediato, con el consiguiente desprendimiento de una molécula de agua.

Estructura de las proteínas

La estructura tridimensional de una proteína es un factor determinante en su actividad biológica. Tiene un carácter jerarquizado, es decir, implica unos niveles de complejidad creciente que dan lugar a 4 tipos de estructuras: primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.

Cada uno de estos niveles se construye a partir del anterior.

La estructura primaria viene determinada por la secuencia de aminoácidos  en la cadena proteica, es decir, el número de aminoácidos  presentes y el orden en que están enlazados. La conformación espacial de una proteína se analiza en términos de estructura secundaria y estructura terciaria. La asociación de varias cadenas polipeptídicas origina un nivel superior de organización, la llamada estructura cuaternaria. 
Por último, la asociación de proteínas con otros tipos de biomoléculas para formar asociaciones supramoleculares con carácter permanente da lugar a la estructura quinaria.

El eje hipotálamo - hipófisis

Se le puede considerar como una unidad funcional que se encuentra situado dentro del cráneo, en la base del encéfalo. 
El Hipotálamo tiene una función nerviosa (se relaciona con el sueño y con sensaciones como la sed y el hambre) y otra endocrina (coordina toda la función hormonal). 
Elabora hormonas que están relacionadas con la función de la Hipófisis. Los compuestos liberados por el hipotálamo activan o inhiben la producción  de las hormonas de la hipófisis.
La Hipófisis es un pequeña glándula endocrina que cuelga del hipotálamo. Está divida en varios lóbulos. Los que tienen relación con el sistema endocrino son:

La Adenohipófisis o hipófisis anterior

La Neurohipófisis o hipófisis posterior

Además de la relación ontogénica (por su origen embrionario) y anatómica, el hipotálamo y la hipófisis mantienen una estrecha conexión funcional; las funciones de la hipófisis dependen directamente del hipotálamo y ambos forman una unidad fisiológica: el eje hipotálamo-hipofisario. 
La relación funcional entre la hipófisis y el hipotálamo tiene dos aspectos:


1) La secreción de las hormonas sintetizadas en la adenohipófisis está bajo el control de factores liberadores o inhibidores producidos en el hipotálamo. Estos factores hipotalámicos son sintetizados en neuronas del hipotálamo y llegan hasta las células glandulares del lóbulo anterior mediante la circulación (comunicación neuroendócrina). La comunicación neuroendócrina existente entre el hipotálamo y la adenohipófisis depende del sistema porta hipofisario. 
Un sistema porta es una red capilar interpuesta entre dos venas o dos arterias, a diferencia de los capilares comunes, que se interponen entre una arteria y una vena. Los capilares que drenan la sangre del hipotálamo reciben las neurosecreciones y luego se unen formando venas. Estas venas se capilarizan nuevamente al llegar al lóbulo anterior. La segunda red capilar (sistema porta) permite la difusión de los factores hipotalámicos hacia el espacio intersticial y desde allí hacia las células glandulares de la hipófisis anterior, a las cuales controlan. Esta conexión corta y directa entre el hipotálamo y la hipófisis favorece una respuesta rápida, impidiendo que la escasa cantidad de neurohormonas se diluya en la circulación general.

2) La neurohipófisis libera dos hormonas, la oxitocina y la hormona antidiurética (HAD). Estas hormonas son sintetizadas en los cuerpos de neuronas ubicadas en núcleos del hipotálamo (núcleos supraóptico y paraventricular). Una vez sintetizadas descienden por los axones de dichas neuronas, a través del infundíbulo. Los terminales axónicos se encuentran en el lóbulo posterior y desde allí las hormonas son liberadas a la circulación.

viernes, 10 de octubre de 2014

Regulación de la glucemia

El páncreas regula la glucemia a través de las hormonas insulina y glucagón. La insulina se secreta en respuesta a un incremento en la concentración de glucosa o de aminoácidos en la sangre. Estimula la absorción y la utilización de glucosa e induce la conversión de glucosa en glucógeno. Estos procesos disminuyen la glucemia. El glucagón estimula la degradación de glucógeno a glucosa en el hígado y la degradación de grasas y proteínas. Estas actividades incrementan la concentración de azúcar en la sangre.
La diabetes mellitus es una deficiencia de insulina que produce un aumento tan grande de la glucosa en la sangre que el riñón no puede reabsorberla totalmente. La pérdida de glucosa por la orina implica una pérdida importante de agua. La deshidratación resultante puede llevar a un colapso de la circulación.
La somatostatina es secretada por un tercer tipo de células del páncreas. Su principal función es la de inhibir la secreción tanto de insulina como de glucagón. Además, ayuda a regular el ritmo del pasaje de la glucosa y otros nutrientes desde el tubo digestivo al torrente sanguíneo.

Regulación hormonal de la glucosa sanguínea(a) Cuando la concentración de glucosa en la sangre es baja, el páncreas libera glucagón, que estimula la degradación de glucógeno y la salida de glucosa del hígado. (b) Cuando la concentración de azúcar en la sangre es elevada, el páncreas libera insulina, que incrementa la absorción de glucosa por las células y promueve su conversión y almacenamiento en glucógeno. (c) En situaciones de estrés, la hormona adrenocorticotrófica (ACTH) producida por la hipófisis anterior estimula la corteza suprarrenal. Ésta libera cortisol y otras hormonas que incrementan la degradación de lípidos y proteínas y su conversión en glucosa en el hígado. Por otra parte, la estimulación de la médula suprarrenal por las fibras nerviosas del sistema nervioso autónomo (simpático) produce la liberación de adrenalina y noradrenalina, que también elevan la concentración de glucosa en la sangre. La hormona del crecimiento y la somatostatina, que no se muestran en este esquema, también afectan los niveles de glucosa. La hormona del crecimiento inhibe la absorción y la oxidación de la glucosa y estimula la degradación de los ácidos grasos y ejerce así un efecto hiperglucemiante. La somatostatina influye en la velocidad a la cual la glucosa es absorbida por el torrente sanguíneo desde el tubo digestivo.

Insulina, glucagón y diabetes

martes, 23 de septiembre de 2014

Sistema Endocrino: Hormonas

"Una hormona es una sustancia química secretada en los lípidos corporales, por una célula o un grupo de células que ejerce un efecto fisiológico sobre otras células del organismo"( Martín Villamor y Soto Esteban. Serie de manuales de Enfermería: Anatomo-Fisiología, tomo I y II. Masso-Salvat. 1994. ). Para facilitar la comprensión, las hormonas son sustancias fabricadas por las glándulas endocrinas, que al verterse en el torrente sanguíneo activan diversos mecanismos y ponen en funcionamientos diversos órganos del cuerpo.
"Las hormonas son sustancias químicas producidas por el cuerpo que controlan numerosas funciones corporales"( Debuse N. Lo esencial en Sistema endocrino y aparato reproductor. Cursos "Crash" de Mosby. Harcourt-Brace. 1998.). Las hormonas actúan como "mensajeros" para coordinar las funciones de varias partes del cuerpo. La mayoría de las hormonas son proteínas que consisten de cadenas de aminoácidos. Algunas hormonas son esteroides, sustancias grasas producidas a base de colesterol.
Las hormonas van a todos lugares del cuerpo por medio del torrente sanguíneo hasta llegar a su lugar indicado, logrando cambios como aceleración del metabolismo, aceleración del ritmo cardíaco, producción de leche, desarrollo de órganos sexuales y otros.

El sistema hormonal se relaciona principalmente con diversas acciones metabólicas del cuerpo humano y controla la intensidad de funciones químicas en las células. Algunos efectos hormonales se producen en segundos, otros requieren varios días para iniciarse y durante semanas, meses, incluso años.


Clases y clasificación de Hormonas

Inicialmente las hormonas se clasificaban en tres grupos de acuerdo a su estructura química: hormonas peptídicas y proteicas, las hormonas esteroideas y las hormonas relacionadas con aminoácidos. En vertebrados se clasifican en:

  •     Aminas
  •     prostaglandinas
  •     esteroides
  •     péptidos y proteínas. 

Esteroideas- Solubles en lípidos, se difunden fácilmente hacia dentro de la célula diana. Se une a un receptor dentro de la célula y viaja hacia algún gen el núcleo al que estimula su transcripción.


No esteroideas- Derivadas de aminoácidos. Se adhieren a un receptor en la membrana, en la parte externa de la célula. El receptor tiene en su parte interna de la célula un sitio activo que inicia una cascada de reacciones que inducen cambios en la célula. La hormona actúa como un primer mensajero y los bioquímicos producidos, que inducen los cambios en la célula, son los segundos mensajeros.
  •     aminas- aminoácidos modificados. Ej : adrenalina, NE
  •     péptidos- cadenas cortas de aminoácidos. Ej: OT, ADH
  •     proteicas- proteínas complejas. Ej: GH, PTH
  •     glucoproteínas- Ej: FSH, LH 

domingo, 6 de julio de 2014

Sistema Nervioso

El Sistema Nervioso (SN) es, junto con el Sistema Endocrino, el rector y coordinador de todas las actividades conscientes e inconscientes del organismo. Está formado por el sistema nervioso central o SNC (encéfalo y médula espinal) y los nervios (el conjunto de nervios es el SNP o sistema nervioso periférico)

SN = SNC + SNP

A menudo, se compara el Sistema Nervioso con un ordenador ya que las unidades periféricas (sentidos) aportan gran cantidad de información a través de los "cables" de transmisión (nervios) para que la unidad de procesamiento central (cerebro), provista de su banco de datos (memoria), la ordene, la analice, muestre y ejecute.

Sin embargo, la comparación termina aquí, en la mera descripción de los distintos elementos. La informática avanza a enormes pasos, pero aun está lejos el día que se disponga de un ordenador compacto, de componentes baratos y sin mantenimiento, capaz de igualar la rapidez, la sutileza y precisión del cerebro humano. 
El sistema nervioso central realiza las mas altas funciones, ya que atiende y satisface las necesidades vitales y da respuesta a los estímulos. Ejecuta tres acciones esenciales, que son:

- la detección de estímulos

- la transmisión de informaciones y

- la coordinación general.

El Cerebro es el órgano clave de todo este proceso. Sus diferentes estructuras rigen la sensibilidad, los movimientos, la inteligencia y el funcionamiento de los órganos. Su capa más externa, la corteza cerebral, procesa la información recibida, la coteja con la información almacenada y la transforma en material utilizable, real y consciente.

El Sistema Nervioso permite la relación entre nuestro cuerpo y el exterior, además regula y dirige el funcionamiento de todos los órganos del cuerpo.

Las Neuronas son las unidades funcionales del sistema nervioso. Son células especializadas en transmitir por ellas los impulsos nerviosos. 


División del Sistema Nervioso

Desde el punto de vista anatómico se distinguen dos partes del SN:

Sistema Nervioso Central S.N.C.

Sistema Nervioso Periférico S.N.P.

El Sistema Nervioso Central comprende el Encéfalo y la Médula Espinal

El encéfalo

Es la masa nerviosa contenida dentro del cráneo. esta envuelta por las meninges, que son tres membranas llamadas: duramadre, piamadre y aracnoides.

El encéfalo consta de tres partes más voluminosas: cerebro, cerebelo y bulbo raquídeo, y otras más pequeñas: el diéncéfalo, con el hipotálamo (en conexión con la hipófisis del Sistema Endocrino) y el mesencéfalo con los tubérculos cuadrigéminos.
El cerebro

Es la parte más importante, está formado por la sustancia gris (por fuera) y la sustancia blanca (por dentro). Su superficie no es lisa, sino que tienes unas arrugas o salientes llamadas circunvoluciones; y unos surcos denominados cisuras, las más notables son llamadas las cisuras de Silvio y de Rolando. Esta dividido incompletamente por una hendidura en dos partes, llamados hemisferios cerebrales. En los hemisferios se distinguen zonas denominadas lóbulos, que llevan el nombre del hueso en que se encuentran en contacto (frontal, parietal...). Pesa unos 1.200gr Dentro de sus principales funciones están las de controlar y regular el funcionamiento de los demás centros nerviosos, también en el se reciben las sensaciones y se elaboran las respuestas conscientes a dichas situaciones. Es el órgano de las facultades intelectuales: atención, memoria, inteligencia entre otras.

El cerebelo

Esta situado detrás del cerebro y es más pequeño (120 gr.); tiene forma de una mariposa con las alas extendidas. Consta de tres partes: Dos hemisferios cerebelosos y el vérmix o cuerpo vermiforme. Por fuera tiene sustancia gris y en el interior sustancia blanca, esta presenta una forma arborescente por lo que se llama el árbol de la vida. Coordina los movimientos de los músculos al caminar y realizar otras actividades motoras.
El bulbo raquídeo

Es la continuación de la médula que se hace más gruesa al entrar en el cráneo. Regula el funcionamiento del corazón y de los músculos respiratorios, además de los movimientos de la masticación, la tos, el estornudo, el vómito ... etc. Por eso una lesión en el bulbo produce la muerte instantánea por paro cardiorrespiratorio irreversible.

La médula espinal

La médula espinal es un cordón nervioso, blanco y cilíndrico encerrada dentro de la columna vertebral. Su función más importante es conducir, mediante los nervios de que está formada, la corriente nerviosa que conduce las sensaciones hasta el cerebro y los impulsos nerviosos que lleva las respuestas del cerebro a los músculos.

Los nervios

El conjunto de nervios es el SNP. Los nervios son cordones delgados de sustancia nerviosa que se ramifican por todos los órganos del cuerpo. Unos salen del encéfalo y se llaman nervios craneales. Otros salen a lo largo de la médula espinal: son los nervios raquídeos. La información puede viajar desde los órganos de los sentidos hacia el SNC, o bien en sentido contrario: desde el SNC hacia los músculos y glándulas.

martes, 20 de mayo de 2014

Comunicación celular

La comunicación celular es la capacidad que tienen todas las células de intercambiar información fisicoquímica con el medio ambiente y con otras células. La función principal de la comunicación celular es la de adaptarse a los cambios que existen en el medio que les rodea para sobrevivir a esos cambios, gracias al fenómeno de la homeostasis.


Formas de comunicación por mensajeros químicos: a) comunicación endocrina, b) neurotransmisión, c) neurosecreción, d) comunicación paracrina, e) comunicación yuxtacrina y f) comunicación autocrina. 
Tipos de comunicación celular
Dependiendo de organismos unicelulares o pluricelulares, existen dos tipos de comunicación celular:

Comunicación de organismos unicelulares
Las células unicelulares procariotas (como las bacterias) y las células eucariotas (como los protozoos), viven en un medio acuoso del que reciben múltiples estímulos fisicoquímicos como la luz, temperatura, salinidad, acidez, concentración de otras sustancias, a los que responden generalmente con movimiento, llamado taxia (quimiotaxia, fototaxia). Los organismos unicelulares captan de su microambiente estímulos y procesan la información que reciben a través de una vía de transducción de señales, que controla la dirección del movimiento de sus pseudópodos, flagelos o cilios. Los seres unicelulares móviles se adaptan al estado físico y químico de su entorno y pueden aproximarse o alejarse de varios estímulos, como un medio de competir para la supervivencia. Estos organismos unicelulares también producen sustancias parecidas a las hormonas, que son captadas por individuos de su misma especie mediante receptores celulares de membrana específicos. Este intercambio de información les sirve para el intercambio genético, principalmente.

Comunicación intercelular en organismos multicelulares
Las células poseen en la membrana plasmática un tipo de proteínas específicas llamadas receptores celulares encargadas de recibir señales fisicoquímicas del exterior celular. Las señales extracelulares suelen ser ligandos que se unen a los receptores celulares. 

Existen tres tipos de comunicación celular según el ligando:
Contacto celular con ligando soluble (hormona o factor de crecimiento).
Contacto celular con ligando fijo en otra célula.
Contacto celular con ligando fijo en la matriz extracelular.

Sistemas de comunicación celular
La existencia de organismos multicelulares, en los que cada una de las células individuales debe cumplir con sus actividades de acuerdo con los requerimientos del organismo como un todo, exige que las células posean un sistema de generación, transmisión, recepción y respuesta de una multitud de señales que las comuniquen e interrelacionen funcionalmente entre sí. Estas señales que permiten que unas células influyan en el comportamiento de otras son fundamentalmente químicas.

Comunicación endocrina
En la comunicación endocrina, las moléculas señalizadoras (hormonas) son secretadas por células endocrinas especializadas y se transportan a través de la circulación, actuando sobre células diana localizadas en lugares alejados del organismo. En los animales se producen más de 50 hormonas distintas por las glándulas endocrinas.

Comunicación paracrina
La comunicación paracrina es la que se produce entre células que se encuentran relativamente cercanas (células vecinas), sin que para ello exista una estructura especializada como es la sinapsis, siendo una comunicación local. La comunicación paracrina se realiza por determinados mensajeros químicos peptídicos como citocinas, factores de crecimiento, neurotrofinas o derivados del ácido araquidónico como prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos. También por histamina y otros aminoácidos.

Comunicación autocrina
La comunicación autocrina o autocomunicación es la que establece una célula consigo misma. Este tipo de comunicación es el que establece la neurona presináptica al captar ella misma en su receptores celulares, los neurotrasmisores que ha vertido en la sinapsis, para así dejar de secretarlos o recaptarlos para reutilizarlos. Muchas células en crecimiento como las células del embrión o las células cancerosas producen factores de crecimiento y los receptores para esos mismos factores de crecimiento y así perpetuar su proliferación, controlada en el caso del embrión y descontrolada en el caso del cáncer.

Comunicación yuxtacrina
Es la comunicación por contacto con otras células o con la matriz extracelular, mediante moléculas de adhesión celular. La adhesión entre células homólogas es fundamental para el control del crecimiento celular y la formación de los tejidos, entre células heterólogas es muy importante para el reconocimiento que realiza el sistema inmune. La comunicación yuxtacrina se realiza entre otros mecanismos por medio de las uniones celulares como las uniones gap.

Comunicación nerviosa
La comunicación nerviosa o neurotransmisión es un tipo especial de comunicación celular electroquímica, que se realiza entre las células nerviosas. En la neurotransmisión el flujo de información eléctrica recorre la dendrita y axón de las neuronas en una sola dirección, hasta alcanzar la sinapsis, donde en esa hendidura que separa ambas neuronas, la neurona presináptica segrega unas sustancias químicas llamadas neurotransmisores que son captadas por la neurona postsináptica, que transmite y responde a la información. Existen dos variedades de comunicación nerviosa que son:
La neurosecreción o comunicación neuroendocrina, donde una neurona vierte una hormona a la circulación sanguínea para alcanzar a un órgano blanco distante.
La comunicación neuromuscular, donde las neuronas motoras transmiten el impulso nervioso de contracción a las células musculares a través de una estructura semejante a la sinapsis llamada placa motora.

Comunicación por moléculas gaseosas
Es la comunicación en la que intervienen como mensajeros químicos sustancias gaseosas como el óxido nítrico y el monóxido de carbono.

Especificidad señal-receptor. Receptores de membrana

La acción de estimular a las células se denomina inducción y la célula sensible al estímulo se denomina célula diana o célula blanco.
Dentro de un organismo pluricelular, las señales pueden ser locales o distantes.
Las señales locales llegan hasta la célula blanco por difusión en el lugar. Existen tres tipos:
Las señales autocrinas afectan a las propias células que las producen.
Las señales paracrinas repercuten sobre las células vecinas que presentan los receptores adecuados.
Las señales yuxtacrinas dependen del contacto entre dos células. Existen dos tipos de comunicación yuxtacrina, una se produce cuando la señal unida a la membrana de la célula inductora toma contacto con el receptor localizado en la membrana plasmática de la célula blanco  (ejemplo: respuesta inmune). Otra se da en células conectadas a través de uniones entre las membranas plasmáticas. Así, las células responden de manera coordinada ante una señal que se une a alguna de ellas. Por ejemplo, en la contracción de las células musculares cardíacas.
Las señales distantes llegan a las células blanco mediante algún sistema circulatorio y son producidas por otra célula que se encuentra alejada del lugar de acción. Por ejemplo las señales endócrinas (hormonas insulina o tirotrofina).

El complejo señal-receptor

La célula no incorpora a través de la membrana todos los materiales disponibles en su entorno  ni responde a todas las señales que aparecen a su alrededor. Cada señal se une a un receptor específico, es decir que encaja en un sitio del receptor de la misma manera que para cada cerradura hay una llave. La unión entre la señal y el receptor supone una adaptación estructural entre ambos, el receptor cambia su estructura y forman un complejo señal-receptor.
Además de la especificidad, el complejo presenta las siguientes características:
  • Saturabilidad: un aumento del número de señales satura el complejo señal-receptor. Esto es así porque el número de receptores de una célula es limitado.
  • Reversibilidad: el complejo señal-receptor se separa después de su formación. La liberación de la señal es importante porque si no ocurre, el receptor será estimulado continuamente.
Después que la señal se une al receptor, la interacción entre ambos desencadena una serie de reacciones consecutivas en el interior de la célula, para producir una respuesta celular específica.

Clasificación de los receptores

Los receptores son proteínas que suelen estar incluidas completamente en la membrana plasmática.
En las células eucariotas existen distintos tipos bien conocidos de receptores de membrana plasmática; dos de ellos son los siguientes:
Los canales iónicos son proteínas integrales que comunican ambos lados de la membrana plasmática mediante poros que se abren y se cierran según determinadas condiciones. La unión de señales en los sitios específicos de las proteínas modula la apertura o el cierre del canal.
Los receptores asociados a proteínas G son proteínas que atraviesan la membrana plasmática hacia afuera y hacia adentro varias veces. La unión de una señal sobre el lado extracelular de estas proteínas cambia la forma de su región citoplasmática y abre un sitio de unión para que una proteína periférica, conocida como "proteína G", se active y desencadene una serie de reacciones químicas dentro del citoplasma.

Otros receptores específicos se encuentran en el citoplasma. Cuando una señal química atraviesa la membrana, se une a ellos y permite su activación.

La transducción de la señal y la respuesta

Al proceso mediante el cual la célula blanco convierte una señal extracelular en una señal intracelular se lo denomina transducción de la señal. La transducción tiene varios pasos. La formación del complejo señal-receptor activa una ruta intracelular de transmisión de señales que tendrá como último paso, una respuesta específica.
En cada paso, la señal se amplifica. Por ejemplo, algunos antígenos(señales) pueden llegar a unos pocos receptores de la célula, pero esta termina respondiendo con la liberación de grandes cantidades de ciertas proteínas, los anticuerpos. Por cada señal que se une al receptor se obtienen muchas unidades de producto.
En general, puede tener una vía rápida que se localiza en el citoplasma y una vía lenta en la cual la señal tiene que, de alguna manera, llegar al núcleo celular. Allí se "ordena", por ejemplo, sintetizar anticuerpos.
Visión  esquemática de la sucesión de señales o vías de transducción
Tipos de respuesta

Los efectos que puede producir la recepción de una señal a nivel celular dependen del tipo de señal recibida, de su transducción y, sobre todo, del tipo de célula que recibe esa señal.
¿Cómo ocurren estos efectos o respuestas?
Hay varias posibilidades. Una de ellas es que se "abran" o se modifiquen las proteínas transportadoras de la membrana dejando pasar al interior de la célula, por ejemplo, el calcio, necesario para la contracción muscular. Otra es que se incremente la actividad enzimática para producir ciertas sustancias de secreción. También podría favorecerse el movimiento celular o su división, entre otras cosas.
Ejemplo: analizando como se produce la respuesta inmunitaria mediada por anticuerpos en el ser humano, observaremos que cuando los agentes extraños, virus o bacterias, atraviesan las barreras primarias del cuerpo, como la piel o las mucosas, unas células especializadas llamadas macrófagos, los fagocitan. Además, los dividen en pequeños fragmentos y los exponen sobre la propia membrana plasmática. De este modo son reconocidos por un tipo de glóbulos blancos, los linfocitos T cooperadores. Estos, a su vez, producen nuevas señales que estimulan la diferenciación de otro grupo de glóbulos blancos, los linfocitos B. Estos últimos convertidos en células plasmáticas, sintetizan y liberan unas proteínas específicas contra los antígenos presentados por los macrófagos, los anticuerpos. Anticuerpos que finalmente se adhieren a las bacterias o a las células infectadas por virus y así atraen con mayor avidez a los macrófagos para fagocitarlos.

La membrana celular


La membrana externa que rodea a cada célula (membrana plasmática) y las membranas que envuelven a las organelas celulares tienen una estructura común formada por una doble capa de lípidos que contiene proteínas especializadas, asociadas a su vez a azúcares de superficie. Esta estructura trilaminar (dos líneas densas delgadas -capa interna y capa externa- y una zona más clara entre ellas), conocida como modelo del mosaico fluido (postulado por Seymour Jonathan Singer Y Garth L. Nicolson en 1972) no se ve con el microscopio óptico pero sí mediante el microscopio electrónico.

Las principales funciones de la membrana plasmática de la célula son:
  • confiere a la célula su individualidad, al separarla de su entorno
  • constituye una barrera con permeabilidad muy selectiva, controlando el intercambio   de sustancias
  • controla el flujo de información entre las células y su entorno
  • proporciona el medio apropiado para el funcionamiento de las proteínas de membrana
Lípidos
Cada tipo de lípido de membrana posee una cabeza polar superficial (hidrofílica) y dos cadenas de ácidos grasos orientadas hacia el interior de la membrana (hidrofóbicas), por lo que se dice que esa molécula es anfipática.
Los principales lípidos son:
fosfolípidos, representan en torno al 50% del componente lipídico (fosfatidilcolina, esfingomielina, fosfatidilserina y fosfatidiletanolamina). Las débiles fuerzas que unen entre sí a la bicapa permiten a las moléculas de fosfolípidos moverse con cierta libertad en el seno de cada capa, lo que confiere una gran movilidad a la membrana; se disponen rodeando a cierto tipo de proteínas de membrana; de hecho, algunas de esas proteínas necesitan estar asociadas a fosfolípidos específicos
colesterol, hace que la membrana sea menos fluida, pero mecánicamente más estable
glucolípidos, sólo se encuentran en la cara externa de la membrana celular, con los azúcares expuestos hacia el espacio extracelular

Proteínas
Las proteínas pueden formar parte de esa bicapa en forma de proteínas integrales, que atraviesan todo su espesor, o en forma de proteínas periféricas, unidas a la superficie citoplasmática de la bicapa. Algunas de las intrínsecas atraviesan todo el espesor de la membrana (proteínas transmembranosas) y quedan expuestas en las dos superficies; otras proteínas no están fijas y "flotan" en el espesor de la membrana, como icebergs en un mar de lípidos. Aunque los diferentes tipos de proteínas que pueden encontrarse dependen del tipo celular de que se trate, en general tienen unas funciones comunes:
  • fijan los filamentos del citoesqueleto a la membrana celular
  • fijan las células a la matriz extracelular
  • forman canales iónicos que facilitan el paso de iones y moléculas específicas a través de la membrana
  • actúan como receptores en los procesos de comunicación entre células
  • poseen actividades enzimáticas específicas
  • reconocen, por medio de receptores, a antígenos y células extrañas
Azúcares
Por último, los azúcares se encuentran en su mayor parte limitados a la superficie de la membrana celular, formando el glucocálix. Se puede poner en evidencia mediante microscopio electrónico, en forma de una capa blanca por fuera de la membrana celular, formada por azúcares unidos a las proteínas de esa membrana, a los fosfolípidos de la cara externa, o a ambos. Sus principales funciones son:
  • proteger la superficie celular contra la interacción de otras proteínas extrañas o lesiones físicas o químicas
  • papel en el reconocimiento celular, y en los procesos de rechazos de injertos y transplantes
  • participa en los procesos de coagulación de la sangre y en las reacciones inflamatorias, entre otras.
  • fecundación: los espermatozoides distinguen los óvulos de la propia especie de los de especies diferentes
¿Sabías que...?
Las integrinas son moléculas que desempeñan un papel fundamental en la unión celular. Se trata de proteínas transmembrana que por un extremo se unen a moléculas del espacio extracelular, y por otro se unen al citoesqueleto. Esta disposición especial les permite actuar como cemento intercelular, además de facilitar el movimiento celular mediante la formación de pseudópodos y de permitir la transmisión de mensajes entre la célula y la matriz que le rodea. Este proceso de unión de las células entre sí y con la matriz extracelular resulta fundamental para la cohesión de los tejidos, y para procesos vitales como la reparación de heridas, mecanismos de defensa frente a infecciones o la coagulación.
A su vez, el espacio o matriz extracelular está formado por una ingente cantidad de macromoléculas: proteínas y polisacáridos formados por las propias células que contactan con ella. Esta matriz es fundamental tanto para el mantenimiento de la cohesión entre las células y tejidos como para determinar el comportamiento de las células que la rodean. En este último aspecto juegan un importante papel los azúcares del glucocálix, que actúan como portadores de información entre las células, dependiendo de su secuencia de monosacáridos y del tipo de ramificaciones que presenten.

La comunicación intercelular directa

El ambiente para una célula pluricelular no es solo el medio extracelular, sino también las células vecinas. Estas células, al igual que las que se encuentran distantes, están comunicadas entre sí mediante señales químicas.
Las uniones intercelulares son especializaciones de la membrana plasmática que permiten el envío de señales entre una célula y la adyacente para asegurar el desarrollo y el funcionamiento normal del conjunto del organismo.

La comunicación en las células animales

Las células animales pueden comunicarse mediante uniones de hendidura o “uniones gap”. Se trata de canales entre las membranas plasmáticas que conectan directamente los citoplasmas de dos células adyacentes. Por estos canales, formados por proteínas integrales llamadas conexinas, no pueden pasar moléculas grandes como proteínas, pero sí pueden hacerlo libremente iones o pequeñas moléculas, como los aminoácidos. Una célula animal está conectada con sus células vecinas por cientos de uniones de hendidura.
A su vez, las uniones de hendidura permiten la cooperación entre las células de un mismo tejido, lo cual asegura que todas ellas compartan muchas moléculas o iones y que sus concentraciones sean parejas. Por ejemplo, en el cristalino del ojo de los mamíferos, solo las células de la periferia están cerca del suministro de sangre como para permitir la difusión de nutrientes y desechos. Pero como las células están conectadas por muchas uniones de hendidura, el material puede difundirse entre ellas con rapidez.
La comunicación en las células vegetales

Las células vegetales, en lugar de tener uniones de hendidura, poseen plasmodesmos, puentes de membrana que atraviesan las gruesas paredes vegetales que separan las células de las plantas. Una célula vegetal suele tener miles de plasmodesmos. 
A diferencia de las uniones de hendidura, los plasmodesmos están recubiertos por membranas plasmáticas fusionadas entre sí. El diámetro del plasmodesmo permite el pasaje de moléculas o iones. La abertura del poro está ocupada por un desmotúbulo que parece ser una prolongación del retículo endoplasmático. Desde el punto de vista funcional, esta abertura es importante para el transporte de gases y nutrientes de una célula a otra, proceso que de otra manera no se podría realizar. También son importantes para las respuestas a las señales químicas: la difusión de las señales químicas a través de los plasmodesmos asegura que todas las células de un mismo tejido respondan a ellas a la vez.