Comunicación intercelular y transmisión de señales

Los organismos unicelulares pueden realizar todas las funciones necesarias para mantener la vida. Por ejemplo, una ameba, organismo unicelular, asimila los nutrientes del medio, se mueve, lleva a cabo las reacciones metabólicas de síntesis y degradación y se reproduce. En los organismos pluricelulares, la situación es mucho más compleja, ya que las diversas funciones celulares se distribuyen entre distintas poblaciones de células , tejidos y órganos. De este modo en un organismo pluricelular, cada célula depende de otras y las influye. Por lo tanto la mayoría de las actividades celulares, solo se desarrollan, si las células involucradas son alcanzadas por estímulos provenientes de otras. Para coordinar todas estas diversas funciones deben existir mecanismos de comunicación intercelular.

Cuando una célula recibe un estímulo puede responder con alguno de los siguientes cambios, dependiendo de las características del estímulo y el tipo de célula receptora del mismo: por ejemplo, se puede diferenciar, reproducir, incorporar o degradar nutrientes, sintetizar, secretar o almacenar distintas sustancias, contraerse, propagar señales o morir.

Inducción

En la mayoría de los organismos superiores existen dos métodos fundamentales de comunicación intercelular: un sistema fundado en las neuronas o células nerviosas y otro basado en las hormonas. En ambos sistemas las células se comunican entre si a través de mensajeros químicos.

Las neuronas envían mensajes a sus células efectoras (células blanco), que pueden ser células musculares, células glandulares u otras neuronas. Para enviar su mensaje, la neurona libera una sustancia química, un neurotransmisor. El neurotransmisor es liberado en sitios específicos llamados sinapsis. Las moléculas de neurotransmisor se unen a receptores, situados en la superficie de la célula blanco, y provocan de esta forma cambios físicos y químicos en la membrana celular y en el interior celular.

Por lo tanto diremos que en general, la acción de estimular a las células desde el exterior se llama inducción y se realiza a través de sustancias producidas por células inductoras. La célula que es sensible al inductor se denomina célula inducida, blanco o diana y presenta para el mismo receptores específicos, que pueden ubicarse en la membrana plasmática, el citoplasma o en el núcleo. Estos receptores son proteínas o complejos proteicos.

Efecto de un mismo inductor sobre diferentes células blanco. Un inductor puede tener varios receptores, causando distintas respuestas celulares

Cuando el receptor se encuentra en el citoplasma o en el núcleo, el inductor debe ser pequeño e hidrófobo, de modo que pueda atravesar la membrana plasmática sin dificultad, mientras que los receptores de membrana pueden recibir inductores de cualquier tipo.

La acción de las hormonas, puede darse básicamente de acuerdo a uno de estos cinco tipos de inducción:

1. Endocrina: una glándula libera hormonas (inductor) que pueden actuar sobre células u órganos situados en cualquier lugar del cuerpo (células blanco). Por lo tanto podemos decir que células inductoras e inducidas se encuentran distantes. Las glándulas endocrinas liberan hormonas al torrente sanguíneo: las células o tejidos blanco poseen receptores que reconocen exclusivamente los diferentes tipos de moléculas hormonales. Así un receptor reconoce exclusivamente una hormona. Una célula puede tener distintos tipos de receptores, y así reconocer diferentes hormonas. Ej. Insulina, glucagón, hormonas adenohipofisiarias, etc.

2. Paracrina: Una célula o un grupo de ellas liberan una hormona que actúa sobre las células adyacente que presenten el receptor adecuado. De esta forma la célula inductora e inducida se encuentran próximas. Ej. Prostaglandinas

3. Autocrina: Una célula libera una hormona que actúa sobre la misma célula. Ej. prostaglandinas

4. Neuroendocrina: Una neurona libera su neurosecreción al torrente sanguíneo. Ej. Oxitocina, ADH, hormonas liberadoras e inhibidoras hipotalámicas

5. Por contacto directo: La hormona o molécula inductora es retenida en la membrana plasmática de la célula inductora, por lo tanto no se secreta. Las células deben ponerse en contacto, para que la sustancia inductora tome contacto con el receptor localizado en la membrana plasmática de la célula inducida. Ejemplo de este tipo de comunicación tienen lugar en algunas respuestas inmunológicas.

6. Yuxtacrina ( a través de uniones comunicantes, nexus o gap: Las células conectadas a través del establecimiento de este tipo de uniones firmes, puede responder de forma coordinada ante un inductor que se une a alguna de las células que están comunicadas. A través de estas uniones pasan pequeñas moléculas como los segundos mensajeros.

Algunas formas de inducción por moléculas secretadas

Inducción via uniones gap

Como vemos existen importantes diferencias entre la comunicación hormonal y la nerviosa. Las neuronas tienden a actuar sobre una célula en particular o sobre un grupo de ellas. Generalmente los axones recorren distancias cortas , aunque existen excepciones a esta regla. La comunicación entre neuronas puede desarrollarse en cuestión de milisegundos. Por el contrario, una hormona liberada al torrente sanguíneo por una glándula, puede alcanzar células y tejidos en cualquier parte del cuerpo, siempre que estas tengan el receptor adecuado, además la comunicación hormonal puede prolongarse por espacio de minutos o varias horas.

Inducción endócrina versus inducción sináptica. Observe como la hormona vehiculizada por la sangre alcanza a todas las células del cuerpo, uniendose sólo a las que presentan receptores específicos. En la sinapsis, el neurotransmisor transportado a las terminales nerviosas por flujo axónico, es liberado en el espacio sináptico, alcanzando sólo a las células efectoras próximas a la terminal nerviosa.

Características del complejo inductor- receptor

Cuando una hormona pasa a la circulación sanguínea, puede alcanzar todos los tejidos del cuerpo, sin embargo, por lo general su acción sólo se evidencia en un limitado número de células. Como señaláramos, el receptor es por lo general un complejo proteico específico al que cada inductor se une selectivamente, de este modo la sustancia inductora y su receptor forman un complejo que presenta las siguientes características:

Encaje inducido: La unión inductor- receptor supone una adaptación estructural entre ambas moléculas, similar al complejo enzima-sustrato.

Saturabilidad: ya que el número de receptores en una célula es limitado, un eventual aumento en las concentraciones del inductor, pondría en evidencia la saturabilidad del sistema.

Reversibilidad: El complejo inductor-receptor se disocia después de su formación.

La interacción inductor-receptor es la primera de una serie de reacciones consecutivas

que se propagan por el interior de la célula, mientras que el último eslabón de esta serie puede considerarse cómo la respuesta.

Como ya lo adelantáramos y de acuerdo a la ubicación de los receptores específico, los inductores se pueden clasificar en dos grupos: a) los que se unen a receptores de membrana y b) los que ingresan a la célula y se unen a receptores citosólico.

A su vez las moléculas que actúan como hormonas pueden clasificarse de acuerdo a su estructura química en cuatro categorías:

1. Esteroides: Las hormonas esteroides son derivados del colesterol. Ejemplos de las hormonas esteroides son los glucocorticoides, los mineralocorticoides, los esteroides sexuales, la vitamina D y el ácido retinoico.

2. Derivados de aminoácidos: hormonas derivadas del aminoácido tirosina. Conocidas como aminohormonas. Existen dos tipos de aminohormonas las que interactúan con receptores de membrana (adrenalina y noradrenalina, producidas por la glándula suprarrenal) y las que se unen a receptores citosólicos (por ejemplo, la hormona tiroidea producida por la glándula tiroides).

3. Péptidos o proteínas: Son cadenas de aminoácidos. Ejemplos de hormonas peptídicas son la oxitocina y la hormona antidiurética. Ejemplos de hormonas proteicas son la Insulina y la hormona del crecimiento. Estas proteínas y otros factores de crecimiento son mitógenos potentes. (es decir activan la mitosis).

4. Derivados de ácidos grasos: Las prostaglandinas y las hormonas juveniles de los insectos son hormonas derivadas de ácidos grasos.

Debemos recordar que estas moléculas son mensajeros químicos, cuya función es coordinar las respuestas de las distintas poblaciones celulares en un organismo pluricelular. Sin embargo, estos mensajeros químicos no actúan de la misma forma. Por ejemplo las hormonas peptídicas y proteicas debido a su tamaño y polaridad, no pueden atravesar la membrana plasmática y deben unirse a receptores dispersos en la superficie externa de la célula. Estos son los llamados receptores de membrana, que en general son glicoproteicos. Los receptores de membrana detectan la llegada de una hormona y activan una ruta de transmisión de señales intracelular, que en ultima instancia regula los procesos celulares. Por lo tanto en este caso podemos decir, que la membrana plasmática celular constituye una barrera que se opone al flujo de información. En la membrana plasmática se alojan mecanismos que transducen las señales externas, en otras internas, responsables últimos de la regulación de las funciones celulares. En general vamos a denominar a las señales externas (hormonas), como primeros mensajeros, y a las señales internas como segundos mensajeros. El proceso de generar los segundos mensajeros, depende de una serie de proteínas de la membrana celular. Los segundos mensajeros son en general moléculas de pequeño tamaño, cuya rápida difusión permite que la señal se propague rápidamente por todo el interior celular.

El otro tipo de señales extracelulares (inductores) son las hormonas esteroideas y las hormonas tiroideas, que por su naturaleza hidrofóbica (liposoluble), pueden difundir a través de la membrana plasmática, e interactuar directamente con receptores que se encuentran en el interior de la célula, por ejemplo en el citosol . Una vez que el inductor, interactua con el receptor citosólico, formando un complejo Hormona-Receptor, este complejo ingresa al núcleo donde activan genes específicos.

Comportamiento animal

El comportamiento, cuya función es la supervivencia de los individuos y la perpetuación de la especie, comprende todas las actividades observables de un organismo. Consiste en una serie de respuestas que se desencadenan frente a los estímulos.

Los estímulos pueden provenir : del ambiente, de otro organismo vivo o del propio organismo.

Se puede considerar al estímulo como la "llave" que abre una "puerta", es decir desencadena determinados comportamientos en los individuos.

Las actividades que componen el comportamiento tienen su base fisiológica en los receptores sensoriales, los efectores y los sistemas de coordinación, de cuya interacción dependen los tipos de respuestas.

Comportamiento apetitivo y acto consumatorio

En los animales existe un tipo de comportamiento directamente relacionado con la autoperpetuación, motivado por un impulso interno que se desencadena gracias a uno o varios estímulos-llave: es el denominado comportamiento apetitivo. Las respuestas se realizan a nivel de los efectores (músculos, cilios, glándulas, etc.) y se concretan en actos, casi siempre muy parecidos, por lo que se los denomina actos estereotipados o modelos fijos de movimiento.

El comportamiento apetitivo incluye tres fases:

Fase de apetencia

Comienza cuando se desencadena la respuesta. Por ejemplo la búsqueda del alimento.

Fase de consumación

Consiste en la satisfacción de la apetencia, es decir, dar respuesta a un estímulo. De acuerdo al ejemplo anterior, la consumación se produce cuando se ingiere el alimento.

Fase de saciedad

Sobreviene una etapa de quietud, una atenuación de la conducta de apetencia.

Los actos estereotipados implican movimientos que pueden seguir o no una determinada dirección hacia el objeto que genera el estímulo; estos movimientos reciben el nombre de orientación. Existen dos tipos principales de orientación: 

Ortocinesis, movimiento de aceleración o desaceleración que depende de la intensidad del estímulo pero no sigue una dirección precisa hacia él.

Taxia o taxismo, movimiento de acercamiento o alejamiento respecto de la fuente del estímulo, es decir con una dirección precisa.

Comportamientos innato y adquirido

El comportamiento innato es el que se hereda de los padres y se halla inscrito en la dotación genética del individuo.
El comportamiento adquirido es el que surge del aprendizaje del individuo en su constante interacción con el ambiente.
De todas maneras todo comportamiento adquirido tiene una base genética, y los comportamientos innatos están influidos por el ambiente y requieren de cierto aprendizaje.


Tipos de comportamiento de acuerdo al nivel de complejidad

El primer nivel consiste en respuestas sencillas y automáticas de los seres vivos ante un estímulo. Ejemplos: movimientos de orientación de las plantas y los actos reflejos de los animales.
El segundo nivel implica un comportamiento activo por parte del animal, en el que la influencia del aprendizaje se suma a los componentes heredados. Dentro de esta categoría se incluyen los reflejos condicionados, el apareamiento, la búsqueda de alimento, la defensa y el ataque.
El tercer nivel supone comportamientos complejos que se dan en los animales superiores, como la exploración y el juego.

El comportamiento adquirido se basa en la adquisición y el desarrollo de nuevas capacidades tomadas de experiencias previas, es decir, en el aprendizaje.
Existen distintos tipos de aprendizaje:
Habituación o acostumbramiento, consiste en la modificación del comportamiento innato provocado por la repetición del estímulo.
Reflejos condicionados, surge al asociar un estímulo secundario con un estímulo primario, que desencadena una respuesta instintiva.
Ensayo y error, se basa en la repetición de determinados actos, para los que hay varias opciones relacionadas con "recompensas" o "castigos".
Aprendizaje por discernimiento o inteligente, se lleva a cabo mediante la percepción de varias experiencias distintas y pasadas, que se integran y se aplican en una nueva experiencia y superior, y posibilita al animal conseguir lo que quiere.
Existe un tipo de comportamiento, denominado impronta o impresión (del inglés: imprinting) que consiste en un proceso de aprendizaje muy corto, en el que se produce la fijación temprana de una imagen. La impronta se produce en un determinado período del desarrollo de un animal (período sensible), que generalmente coincide con las primeras horas o los primeros días de su vida.

Algunos comportamientos específicos

El comportamiento de los seres vivos se relaciona con determinados ciclos del ambiente. Muchos comportamientos se repiten en forma cíclica cada veinticuatro horas de acuerdo con los cambios del día y de la noche (ritmo circadiano), o en ciclos más prolongados según las variaciones estacionales (ritmo anual o circanual).
Experimentos comprobaron que, aunque el estímulo externo deje de actuar, el organismo responde a éste en forma cíclica, siguiendo los ritmos circadianos o circanuales, por lo que se deduce que esos comportamientos dependen de factores endógenos o internos, también conocidos como relojes biológicos.
Comportamiento de cortejo, tiene como fin la excitación sexual previa al apareamiento.

Comportamiento de migración, originado en la necesidad de habitar regiones en las que los días son más largos.

Comportamiento de orientación, algunas especies se valen de la ecolocalización, emiten ultrasonidos que rebotan en los objetos sólidos circundantes.

Comportamiento de captura del alimento, la captura del alimento exige su previa identificación, ya sea mediante el análisis de estímulos visuales, químicos o mecánicos.

Respuestas de las plantas a los estímulos

Las plantas pueden percibir estímulos y reaccionar ante una serie de cambios de los factores ambientales: humedad, luz, gravedad, contacto y otros. Frente a los estímulos, las plantas responden con movimientos relacionados con el crecimiento y la turgencia, y con variaciones en su desarrollo; esos movimientos obedecen a estímulos internos y externos, y resultan muy lentos para una observación directa.

Los movimientos de crecimiento que responden a estímulos externos se denominan tropismos y, según el estímulo que les da origen, se distinguen: fototropismos (luz); quimiotropismos (sustancias químicas); geotropismos (gravedad); higrotropismos (humedad); tigmotropismos (contacto).

Los tropismos pueden ser positivos, si la planta se aproxima al estímulo, o negativos, si se aleja de él.

TRABAJO PRÁCTICO Nº 1

El Microscopio Óptico

 

Partes del Microscopio

Para su estudio, se pueden distinguir dos partes, una mecánica y otra óptica.

Parte mecánica.- Constituye el soporte de la parte óptica y consta de:

El pie o base del microscopio y el brazo o asa, ambos constituyendo un solo cuerpo.
La platina, placa cuadrada o circular en la que se apoya la preparación a observar. Dispone de unas pinzas que permiten sujetar la preparación. La platina se halla perforada en el centro para dejar paso a los rayos luminosos procedentes de la fuente de luz.
El tubo, pieza cilíndrica y hueca en cuya parte superior se sitúa una lente (el ocular) y en la inferior se encuentra una pieza giratoria llamada revolver que lleva enroscadas otras lentes (los objetivos) que, en este caso, son tres, aunque en otros modelos de microscopio pueden ser más.
Tornillos de enfoque, que permiten el desplazamiento del tubo mediante una cremallera dentada, de modo que, al acercar o alejar el tubo de la preparación se consigue el enfoque de la misma. Son el tornillo macrométrico que hace un desplazamiento rápido y el tornillo micrométrico que hace un avance fino.

Parte óptica.- Comprende los sistemas de lentes y el aparato de iluminación. Consta de las siguientes piezas:

El ocular, llamado así por ser la lente sobre la que se aplica el ojo del observador. Tiene como misión aumentar la imagen producida por el objetivo. Su aumento viene señalado por una cifra y el signo X (5X, 10X, 20X, etc.)
El objetivo, es la lente que se encuentra sobre el objeto (preparación) a observar. Es el elemento óptico más importante, puesto que es el que produce la imagen aumentada del objeto, esta imagen, además, la observamos invertida (el objetivo funciona como una cámara fotográfica) de ahí que, lo que observamos a la derecha de la preparación se encuentre realmente a la izquierda y viceversa. Los aumentos de los objetivos vienen indicados sobre los mismos y pueden ser entre otros, 4X, 10X y 40X. El aumento total del microscopio se obtiene multiplicando los aumentos del ocular por los del objetivo con el que se está realizando la observación.
El aparato de iluminación, está formado por una lámpara que ilumina directamente el objetivo. Existe también un diafragma que se puede abrir o cerrar mediante una palanquita regulando así la intensidad luminosa.

Manejo del Microscopio 

1) Colocar el objetivo de menor aumento

2) Regular la intensidad de luz con el diafragma, dirigir los rayos de luz con el espejo

3) Situar la preparación sobre la platina

4) Acercar el objetivo hasta la preparación sin que llegue a tocarse

5) Con el tornillo macrométrico alejar la preparación del objetivo hasta que se observe el objeto a estudiar

6) Con el tornillo micrométrico enfocar con nitidez

7) Moviendo la preparación se localizan las partes más interesantes para su observación

8) Si se quieren mayores aumentos, girar el revólver para cambiar el objetivo que en aumentos le sigue, corrigiendo levemente el enfoque con el tornillo micrométrico

Mantenimiento y precauciones 

Al finalizar el trabajo, hay que dejar puesto el objetivo de menor aumento en posición de observación, asegurarse de que la parte mecánica de la platina no sobresale del borde de la misma y dejarlo cubierto con su funda.
Cuando no se está utilizando el microscopio, hay que mantenerlo cubierto con su funda para evitar que se ensucien y dañen las lentes. Si no se va a usar de forma prolongada, se debe guardar en su caja dentro de un armario para protegerlo del polvo.
Nunca hay que tocar las lentes con las manos. Si se ensucian, limpiarlas muy suavemente con un papel de filtro o, mejor, con un papel de óptica.
No dejar el portaobjetos puesto sobre la platina si no se está utilizando el microscopio.
Después de utilizar el objetivo de inmersión, hay que limpiar el aceite que queda en el objetivo con pañuelos especiales para óptica o con papel de filtro (menos recomendable). En cualquier caso se pasará el papel por la lente en un solo sentido y con suavidad. Si el aceite ha llegado a secarse y pegarse en el objetivo, hay que limpiarlo con una mezcla de alcohol-acetona (7:3) o xilol. No hay que abusar de este tipo de limpieza, porque si se aplican estos disolventes en exceso se pueden dañar las lentes y su sujeción.
No forzar nunca los tornillos giratorios del microscopio (macrométrico, micrométrico, platina, revólver y condensador).
El cambio de objetivo se hace girando el revólver y dirigiendo siempre la mirada a la preparación para prevenir el roce de la lente con la muestra. No cambiar nunca de objetivo agarrándolo por el tubo del mismo ni hacerlo mientras se está observando a través del ocular.
Mantener seca y limpia la platina del microscopio. Si se derrama sobre ella algún líquido, secarlo con un paño. Si se mancha de aceite, limpiarla con un paño humedecido en xilol.

Actividades 

a) Hacer un esquema del microscopio

b) Reconocer las partes del microscopio

c) Dibujar el preparado observado a menor y mayor aumento