viernes, 21 de septiembre de 2012

El sistema endocrino

El sistema endocrino es un sistema de coordinación. Recibe señales, procesa la información recibida y elabora la respuesta adecuada que deben realizar los órganos receptores de las hormonas.
El sistema endocrino genera respuestas lentas que transmite mediante sustancias químicas, llamadas hormonas, las cuales circulan por la sangre y actúan sobre los órganos que reconocen estas sustancias. Estos órganos, denominados órganos blanco, producen respuestas acordes con la concentración de hormona detectada en sangre.
La existencia de una hormona puede suponer la aparición de estructuras que no aparecerían sin su presencia. Ejemplos son la cresta del gallo o el tejido sexual de las hembras chimpancé.
Las hormonas suelen ser segregadas por células agrupadas en órganos llamados glándulas. A veces son segregadas por neuronas. En este caso, las hormonas reciben el nombre de neurohormonas.
El funcionamiento del sistema endocrino se realiza mediante retroalimentación negativa o retroinhibición (Feed back):
  • La glándula recibe la información para la secreción de la hormona.
  • La glándula libera la hormona.
  • La hormona actúa en el órgano o célula blanco, lo que produce un cambio en el medio interno.
  • El cambio en el medio interno es detectado por la glándula secretora e inhibe la secreción de la hormona hasta que se reciba nueva orden de secreción.
Funcionamiento de la retroalimentación negativa


Hormonas en invertebrados
En invertebrados no aparecen auténticas glándulas. Las hormonas son segregadas por células nerviosas, por lo que las hormonas son neurohormonas. Este tipo de hormonas están encargadas de regular el crecimiento del animal y de su maduración sexual. También pueden controlar cambios de color, que permiten al animal mimetizarse con el entorno.
El estímulo que produce la secreción hormonal es visual. Los cambios de luz son detectados por los ojos.
En Artrópodos el crecimiento del animal implica que el exoesqueleto sea cambiado por uno nuevo, de mayor tamaño. A este proceso se le denomina muda o ecdisis. La muda es controlada por mecanismos hormonales.
Los crustáceos poseen células neurosecretoras en los llamados órganos X y órganos Y. La secreción de neurohormona por el órgano X, que se encuentra en los pedúnculos oculares, inhibe la muda. La secreción de neurohormona por el órgano Y, que se encuentra en las antenas, activa la muda.
En Insectos aparece una neurohormona secretada por el protocerebro, llamada neotenina, que promueve la formación de estructuras larvarias y la inhibición de estructuras sexuales. También en el protocerebro, en los llamados cuerpos cardiacos,  se produce otra neurohormona, llamada ecdisotropina, que actúa sobre una auténtica glándula, la glándula protorácica, e induce la liberación de ecdisona. La ecdisona estimula formación de la pupa, la muda y la aparición de caracteres de adulto.


Sistema endocrino en Vertebrados
En Vertebrados, las zonas de secreción hormonal más importantes son el hipotálamo, la hipófisis, el tiroides, las glándulas paratiroides, el páncreas, las glándulas suprarrenales, las gónadas y la placenta. También existen células productoras de hormonas, dispersas por el tubo digestivo, que producen gastrina, en el estómago, secretina y colecistoquinina en el   duodeno y yeyuno. El riñón produce renina, que actúa regulando la presión sanguínea. La angiotensina I y angiotensina II se producen en el pulmón.
El mecanismo de acción sigue básicamente los principios de la retroalimentación negativa. El hipotálamo es la glándula coordinadora de todo el sistema. Además, como parte del sistema nervioso, tiene funciones de control nervioso sobre la temperatura corporal o el estado de vigilia o sueño, en el caso de Mamíferos. La hipófisis, junto con el hipotálamo, forma el eje hipotálamo-hipofisario, que constituye el centro de control de producción de hormonas.
El hipotálamo, al recibir información del organismo, libera una neurohormona, denominada factor de liberación, que actúa sobre la hipófisis, promoviendo la secreción de una determinada hormona hipofisaria.
Las hormonas hipofisarias actúan sobre tejidos u órganos blanco. El resultado es un cambio metabólico en el tejido u órgano receptor de la hormona. En el caso en que el órgano blanco sea una glándula, el efecto consistirá en la producción de otra hormona.
El cambio producido en el medio interno es detectado por el hipotálamo, y esto inhibe la producción de neurohormonas, con lo que se bloquea la secreción hormonal en la hipófisis. Las condiciones en el medio interno volverán a la situación inicial que desencadenó todo el proceso, con lo que el hipotálamo volverá a producir neurohormona.

Funcionamiento del eje hipotalamo-hipofisario

Rol de las hormonas en la homeostasis

El medio interno está representado por el líquido extracelular que rodea a las células de los pluricelulares, con una composición estable que permite los intercambios metabólicos y la comunicación celular.
El 60 % del peso corporal humano es agua, la cual se encuentra distribuida en un 40% del peso corporal en el líquido intracelular y en un 20% en el líquido extracelular.
Del total del líquido extracelular un 80% corresponde al líquido intersticial y un 20% al plasma sanguíneo.
El líquido intersticial o tisular debe mantenerse constante, para lo cual se requiere la ayuda del sistema circulatorio.
El plasma sanguíneo intercambia oxigeno y nutrientes, dióxido de carbono y desechos con el líquido extracelular a nivel de los capilares sanguíneos, debido a lo cual en ambos líquidos la concentración de solutos es igual, a excepción de las proteínas.
Según Starling, existe un equilibrio entre el volumen de líquidos que sale del capilar arterial y el que vuelve por los capilares venosos.
El líquido intracelular varía de célula a célula del punto de vista cuantitativo, guardando similitud en la composición celular desde el punto de vista cualitativo.

El organismo animal que vive en un medio ambiente cambiante, debe enfrentar los siguientes problemas:

1.- Mantener constante la temperatura corporal
2.- Mantener constante la concentración de glucosa de la sangre
3.- Mantener la cantidad de agua y de iones
4.- Conservar el pH dentro de ciertos rangos.

En los organismos animales más evolucionados, sobre todo en el hombre, los sistemas nervioso y endocrino se interrelacionan estrechamente para construir diferentes sistemas de control y homeostasis.


a) El receptor detecta los cambios y envía una señal al centro integrador por la vía aferente.
b) Las decisiones efectuadas por el centro integrador se transmiten al efector mediante la vía eferente.
c) Si el ajuste resultante, producido por la respuesta del efector, tiende a volver el sistema a condiciones óptimas o normales, se dice que ha habido retroalimentación negativa.
d) Si el ajuste es tal que el sistema se aleja de las condiciones óptimas se llama retroalimentación positiva. En este caso la perturbación inicial desencadena una serie de eventos que aumentan más aún el trastorno.
e) La mayoría de los sistemas homeostáticos en biología corresponden a la categoría general de fenómenos “estímulo-respuesta” conocidos como reflejos. Estos tienen como vía estructural el arco reflejo.

El concepto de medio interno se debe a Claude Bernad, (siglo XIX) fisiólogo francés.
El medio interno amortigua las fluctuaciones del medio externo para mantener el normal funcionamiento del organismo.
La homeostasis se logra gracias al funcionamiento coordinado de todos los tejidos, órganos y sistemas del organismo. En los mamíferos esta coordinación la realizan los sistemas nervioso y endócrino, ligados estructural y funcionalmente.
El sistema nervioso regula el organismo mediante impulsos nerviosos (señales electroquímicas) transmitidos por las fibras de los nervios que hacen contacto con los efectores músculos y glándulas.
El sistema endócrino actúa a través de las hormonas que se vierten a la sangre y viajan al órgano blanco para ejercer su acción.

Control de la glucemia

La glucosa es un hidrato de carbono de gran importancia biológica; ésta proporciona energía a las células mediante su oxidación en el proceso de respiración celular. Existen razones por las cuales se explica la importancia para la célula respecto a su regulación. Estas dos razones son:
a) La glucosa es el único nutriente que el cerebro, la retina y la capa germinal de las gónadas utilizan para obtener energía, por lo que no habría actividad cerebral sin ella.
b) La glucosa es responsable de la mayor parte de la presión osmótica del líquido extracelular; si no hubiera control sobre ella y se elevara su concentración en este líquido, provocaría deshidratación celular. Si la concentración de glucosa se elevara excesivamente, se eliminaría con la orina, generando mayor pérdida de agua.
La glucemia o cantidad de glucosa sanguínea, equivale en la especie humana a 1 mg/ml, su control consiste en equilibrar todos los procesos que aportan glucosa a la sangre y líquidos extracelulares, (efecto hiperglucemiante), con los procesos que sacan glucosa de la sangre (hipoglucemiante).

La Glucemia aumenta por:

1) Ingestión de alimentos con hidratos de carbono.
2) Gluconeogénesis: (cuando las reservas de glucógeno disminuyen, se forma glucosa de aminoácidos y del glicerol de las grasas).
3) Glucogenólisis, que es la hidrólisis del glucógeno en las células donde está depositado como reserva.

La Glucemia disminuye por:

1) Glucogénesis
2) Oxidación de la glucosa en el proceso respiratorio celular. Este proceso degrada a la glucosa resultando CO2, H2O y energía en forma de ATP y de energía calórica.
3) Uso de glucosa en la lipogénesis que es el proceso en el que parte de las grasas ingeridas son depositadas en el tejido adiposo como grasas de reserva o triglicéridos.

Participan en el control de la glucosa una serie de glándulas endocrinas, entre las cuales destacan el páncreas endocrino, las glándulas suprarrenales y la hipófisis.

Mecanismo de regulación de la glucemia
a) Cuando la concentración de azúcar 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 "retira" la glucosa del torrente sanguíneo incrementando su absorción por las células y promoviendo su conversión en glucógeno. c) En condiciones de estrés, la ACTH estimula a la corteza suprarrenal que produce cortisol y otras hormonas relacionadas, incrementándose la degradación de proteínas y su conversión en glucosa en el hígado. Al mismo tiempo, la estimulación de la médula suprarrenal por el sistema nervioso autónomo produce la liberación de adrenalina y noradrenalina, que también elevan la concentración de azúcar en la sangre. La hormona de crecimiento y la somatostatina también afectan los niveles de glucosa en la sangre. 

Páncreas endócrino
Produce en los Islotes de Langerhans, ubicados en la parte media y cola del páncreas, varios tipos de células, las siguientes hormonas:

1)      Células alfa = glucagón.
2)     Células beta = insulina.
3)     Células delta = somatostatina.

Insulina:
Hormona secretada por las células beta. Formada por 51 aminoácidos, organizados en dos cadenas unidas por dos enlaces disulfuro. Desaparece de la sangre en unos 15 minutos, ya que sobre ella actúa la enzima llamada Insulinasa al nivel del hígado y riñones, cumple las siguientes funciones, su acción es hipoglucemiante.
a) Facilita la entrada de la glucosa a las células a través de las membranas celulares. Todas las células del organismo dependen de la insulina para obtener glucosa, excepto el cerebro, la mucosa intestinal y el epitelio tubular renal que son insulina-independientes,es decir no necesitan insulina para obtener glucosa desde el líquido intersticial.
b) Transforma la glucosa en glucógeno en el hígado y músculos.
c) Interviene en la transformación de la glucosa en ácidos grasos o en glicerol, para formar triglicéridos.
d) Facilita el transporte de los aminoácidos al interior de las células.
La secreción de Insulina es estimulada por el exceso de glucosa en la sangre. Además por las hormonas gastrointestinales: secretina, gastrina y colecistoquinina.

Glucagón:
Hormona proteica secretada por las células Alfa de los Islotes de Langerhans.
Formada por 29 aminoácidos. Es una hormona hiperglucemiante, ya que aumenta la cantidad de glucosa de la sangre. Sus funciones son:
a) Participa en la transformación del glucógeno hepático en glucosa: glucogenólisis. El glucagón sólo activa la glucogenólisis hepática y no en otras células; a diferencia de la insulina, que activa la glucogénesis en el hígado y células musculares esqueléticas en forma importante y en grado menor en otras células como la piel.
b) Facilita la gluconeogénesis, o síntesis de glucosa a partir de los aminoácidos.
c) Libera energía a partir de los ácidos grasos.
La secreción de glucagón es estimulada por la disminución de la cantidad de glucosa de la sangre, el ayuno y el ejercicio físico.
En los cuadros de niveles de glucagón e insulina se observan los efectos de la alimentación y el ayuno, en sujetos voluntarios, en los niveles sanguíneos de glucosa insulina y glucagón.
Después de la ingesta de alimentos, a la hora y media aproximadamente, sube la glicemia; la insulina y el glucagón se comportan en forma opuesta. En ayuno, ocurre lo inverso.
El estímulo desencadenador de la liberación de estas hormonas es la glucemia.
Cuando la glucemia baja, baja también en el líquido intersticial y en el medio interno. Las células alfa del páncreas tienen receptores para el nivel de glucosa, los que se activan cuando hay deficiencia de ella, liberando glucagón. Las células beta del páncreas tienen receptores sensibles a altas concentraciones de glucosa en el medio interno, liberando insulina.

El efector principal del mecanismo regulador de la glucemia es el hígado, que es un gran almacén de glucosa: puede almacenar y liberar diariamente entre 180 a 200 gramos de glucosa.

Somatostatina:
La somatostatina es una hormona proteica de catorce aminoácidos producida por las células delta del páncreas, en lugares denominados islotes de Langerhans. Interviene indirectamente en la regulación de la glucemia, e inhibe la secreción de insulina y glucagón. La secreción de la somatostatina está regulada por los altos niveles de glucosa, aminoácidos, de glucagón, de ácidos grasos libres y de diversas hormonas gastrointestinales. Su déficit o su exceso provocan indirectamente trastornos en el metabolismo de los carbohidratos.
La somatostatina es también secretada por el hipotálamo y otras zonas del sistema nervioso central (región paraventricular anterior, capa externa de la eminencia media, órgano subcomisural, glándula pineal). Esta hormona inhibe la síntesis y/o secreción de la hormona del crecimiento (GH, STH o Somatotropina) por parte de la adenohipófisis o hipófisis anterior, por lo que es una hormona de anti-crecimiento. También inhibe el eje hipotálamo-hipófisis-tiroides, bloqueando la respuesta de la hormona estimulante del tiroides (TSH o tirotropina) a la hormona liberadora de tirotropina o TRH.

sábado, 23 de junio de 2012

Tipos de sistemas nerviosos

Los animales presentan distintos tipos de sistemas nerviosos. Encontramos sistemas tan sencillos  como los de Cnidarios o tan complejos como los de vertebrados. Las posibilidades radican en la presencia de una red difusa, un sistema nervioso ganglionar ventral, un sistema radial o un sistema formado por un tubo neural dorsal.
Red difusa
Los Cnidarios poseen células nerviosas situadas en la epidermis. El impulso nervioso se expande en todas direcciones. Esto es debido a que la neurona transmite información en las dos direcciones. Animales más evolucionados tienen neuronas polarizadas, con una parte que recoge la información y otra que la envía.


Sistema nervioso ganglionar ventral
En este modelo el sistema nervioso se localiza en la zona ventral del cuerpo, en el mismo plano donde se sitúa la boca. Está formado por ganglios, que son aglomeraciones de neuronas, y cordones nerviosos, que están formados por las prolongaciones de las neuronas.
En Platelmintos observamos dos ganglios en la zona anterior del cuerpo, que son los ganglios cefálicos. Éstos se continúan por cordones nerviosos, llamados conectivos, que enlazan con los demás pares de ganglios, que inervan todo el cuerpo a lo largo de toda la zona ventral del animal. Existen cordones secundarios, llamados comisuras, que inervan la pareja de ganglios de cada zona del cuerpo. El sistema completo da una estructura en forma de escalera de nudos, con los peldaños formados por las comisuras y los conectivos formando los pasamanos. Los nudos son los ganglios nerviosos.
En Moluscos aparece un anillo periesofágico, en torno al tubo digestivo, con tres ganglios cerebroideos. De esta zona sale un par de cordones nerviosos  que inervan el pie y otro par la masa visceral. En Cefalópodos el sistema nervioso es más evolucionado y sólo posee dos cordones nerviosos que parten de un cerebro muy avanzado.


En Anélidos existen dos ganglios cerebroideos unidos. Estos ganglios se continúan por una cadena ganglionar ventral formada por fusión de los pares de ganglios en cada metámero, por lo que pierde el aspecto de "escalera de nudos".


En Artrópodos el sistema nervioso aumenta la concentración ganglionar, principalmente en la zona cefálica, debido al desarrollo de los órganos de los sentidos. Aparece un cerebro formado por tres ganglios unidos, llamados Protocerebro, que inerva los ojos, Deutocerebro, que recibe la información de las antenas y los órganos olfatorios, y Tritocerebro, que controla las piezas bucales. Después de este tercer ganglio continúa una cadena ganglionar ventral muy concentrada, que controla, de forma independiente del cerebro, las partes del cuerpo.


Sistema radial
Lo encontramos en los Equinodermos, animales que presentan simetría radial. Tienen un anillo oral del que parten cinco ramas que reciben la información del sistema ambulacral. Un segundo anillo oral, más profundo, el que salen otras cinco ramificaciones, controla el movimiento de los brazos. Por último, un anillo aboral, del que parten otras cinco ramificaciones nerviosas, inerva la piel, entre las placas dérmicas.


Tubo neural dorsal
El sistema nervioso dorsal en forma de tubo es característico de Cordados, llegando a su máximo desarrollo en Vertebrados. El sistema está formado por un tubo que se ensancha en la zona anterior del animal, en la cabeza, y continúa a lo largo de la zona dorsal, la espalda, del animal. La zona anterior ensanchada es el encéfalo y la continuación del tubo recibe el nombre de médula espinal. De esta estructura central, sistema nervioso central, parten los nervios, que inervan todo el cuerpo y que forman el sistema nervioso periférico.
Las capacidades que facilita un sistema nervioso tan perfecto como el que poseen los vertebrados hacen que sean animales muy versátiles. Ver y mirar con precisión, olfatear y reconocer los olores, oír e, incluso, entender son tareas que suponen la existencia previa de un sistema nervioso complejo.

lunes, 28 de mayo de 2012

Sistema Nervioso

El sistema nervioso es un sistema de coordinación. Recoge la información recibida por los sentidos, la procesa y elabora la respuesta adecuada que deben realizar los órganos efectores.
El sistema nervioso genera respuestas rápidas que transmite por impulsos nerviosos a los músculos, lisos o estriados, produciendo un movimiento. Este movimiento puede aplicarse sobre los huesos o sobre órganos internos, como el corazón, el intestino o las glándulas.

La neurona

El sistema nervioso está formado por un conjunto de células que se conectan entre sí mediante sinapsis, transmitiendo información de unas a otras. Estas células reciben el nombre de neuronas.
La neurona es la unidad estructural y funcional del sistema nervioso. En su estructura se puede distinguir:

El cuerpo neuronal, que es la zona más ancha. En este lugar se encuentran casi todos los orgánulos celulares.
Las dendritas, que son prolongaciones del cuerpo celular. Suelen ser numerosas. Se unen con otras neuronas y son las que reciben el impulso nervioso.
Los axones, son prolongaciones del cuerpo celular. Generalmente se presenta uno por cada neurona, auque pueda ramificarse en la zona final. El axón envía el impulso nervioso a otra neurona o al órgano efector.
Según la función que realizan, las neuronas pueden clasificarse en:
  • Sensitivas, si reciben información que trasladan al sistema nervioso central,
  • De asociación, que unen unas neuronas con otras,
  • Motoras, si conectan con un órgano efector,
  • Mixtas, si realizan funciones sensitivas y motoras.
En animales con un sistema nervioso muy evolucionado, aparecen células protectoras de las neuronas que las alimentan. Estas células forman un esqueleto de sostén, o evitan la propagación de impulsos nerviosos por zonas no deseadas. Se denominan glías.
El impulso nervioso

La información se transmite mediante cambios de polaridad en las membranas de las células, debido a la presencia de neurotransmisores que alteran la concentración iónica del interior celular. En animales poco evolucionados, la transmisión del impulso nervioso se genera sin presencia de neurotransmisores.
 Además, en el interior de la neurona existen proteínas e iones con carga negativa. Esta diferencia de concentración de iones produce también una diferencia de potencial entre el exterior de la membrana y el interior celular.
El valor que se alcanza es de unos -70 milivoltios (negativo el interior con respecto al valor de cargas positivas del exterior).
Esta variación entre el exterior y el interior se alcanza por el funcionamiento de la bomba de sodio/potasio (Na+/K+)
La bomba de Na+/K+ gasta ATP. Expulsa tres iones de sodio que se encontraban en el interior de la neurona e introduce dos iones de potasio que se encontraban en el exterior. Los iones sodio no pueden volver a entrar en la neurona, debido a que la membrana es impermeable al sodio. Por ello, la concentración de iones sodio  en el exterior es elevada. Además, se pierden 3 cargas positivas cada vez que funciona la bomba de Na+/K+, aunque entren dos cargas de potasio. Esto hace que en el exterior haya más cargas positivas que en el interior, creando una diferencia de potencial. Se dice que la neurona se encuentra en potencial de reposo, dispuesta a recibir un impulso nervioso.
Cuando el impulso nervioso llega a una neurona en estado de reposo la membrana se despolariza, abriéndose los canales para el sodio. Como la concentración de sodio es muy elevada en el exterior, cuando los canales para el sodio se abren se invierte la polaridad, con lo que el interior de la neurona alcanza un valor electropositivo, respecto del exterior.
Si la despolarización provoca un cambio de potencial de 120 milivoltios más de los que tenía el interior se dice que se ha alcanzado el potencial de acción, que supone la transmisión del impulso nervioso a la siguiente neurona, ya que se crean las condiciones necesarias en el interior celular  como para poder secretar neurotransmisor a la zona de contacto entre neuronas.

La transmisión del impulso nervioso sigue la Ley del todo o nada. Esto quiere decir que si la despolarización de la membrana no alcanza un potencial mínimo, denominado potencial umbral, no se transmite el impulso nervioso, pero, aunque este potencial sea rebasado en mucho, sólo se envía un impulso nervioso, siempre de la misma intensidad.

Sinapsis

Las neuronas, en la mayor parte de los animales, no se encuentran físicamente unidas. Existe un pequeño espacio entre ellas, llamado hendidura sináptica, al que se vierte el neurotransmisor desde la membrana presináptica, membrana de la neurona que envía el impulso nervioso,  a la membrana postsináptica, membrana de la neurona que recibe el impulso nervioso. El neurotransmisor es la molécula responsable de despolarizar la membrana de la neurona que recibe el impulso nervioso, abriendo los canales para el sodio que permanecían cerrados.
Una vez que la neurona emite el impulso nervioso debe volver al inicial potencial de reposo. Para ello, la membrana se repolariza, cerrándose los canales para el sodio que estaban abiertos por la presencia del neurotransmisor. El neurotransmisor es destruido por acción enzimática y el potencial de reposo se alcanza al expulsar el sodio la bomba de Na+/K+.

lunes, 16 de abril de 2012

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.

domingo, 15 de abril de 2012

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.