Fundamentos de Biología Celular - Muñiz _ Fernández (6 ed 1998) - Inés Martínez Mendoza

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FUNDAMENTOS DE BIOLOGIA
CELULAR
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COLECCIÓN: Ciencias de la Vida
1. Fundamentos de biología celular
Enriqueta Muñiz y Benjamín Fernández
2. Los genes, qué son y que hacen en el organismo
Julián Rubio
3. Manual de genética molecular
Javier León y Juan María García
4. 123 problemas de fisiología vegetal
M.a Estrella Legaz y Carlos Vicente
6. Biofísica
Carlos Vicente y M.a Estrella Legaz
7. Fotobioquímica
Manuel Losada /Miguel A. de la Rosa/Manuel Hervás /Aurelio Serrano
8. Prácticas de bioquímica: experimentación y simulación
José Antonio Lozano y José Tudela
9. Zoología evolutiva de los vertebrados
José Luis Tellería
10. Nuevas tecnologías en biomedicina
Rosalía Rodríguez y José G. Gavillanes
11. Biotecnología vegetal
Manuel Serrano y Ma. Teresa Piñol
12. Fisiología animal: funciones vegetativas
Ana María Barber y Francisco Ponz
13. Neurofisiología
Francisco Ponz y Ana María Barber
15. Criptogamia: plantas inferiores
Javier Fernández
16. Fisiología vegetal I
José Luis Guardiola y Amparo García
19. Paleontología
Nieves López y Jaime Truyols
3
20. Ecología I: ambiente físico y organismos vivos
Francisco Díaz
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FUNDAMENTOS DE BIOLOGIA
CELULAR
ENRIQUETA MUÑIZ HERNANDO
Profesora Titular de Biología Celular. Facultad
de Biología de la Universidad Complutense
BENJAMÍN FERNÁNDEZ RUIZ
Catedrático de Biología Celular. Facultad
de Biología de la Universidad Complutense
COLABORACIÓN GRÁFICA
Lourdes Jiménez de Blas
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Primera reimpresión: febrero 1989
Segunda reimpresión: noviembre 1990
Tercera reimpresión: octubre 1992
Cuarta reimpresión: abril 1994
Quinta reimpresión: noviembre 1996
Sexta reimpresión: noviembre 1998
Diseño de cubierta: Juan José Vázquez
Reservados todos los derechos. Está prohibido, bajo las sanciones penales y el resarcimiento civil previstos en las
leyes, reproducir, registrar o transmitir esta publicación, íntegra o parcialmente, por cualquier sistema de
recuperación y por cualquier medio, sea mecánico, electrónico, magnético, electroóptico, por fotocopia o por
cualquier otro, sin la autorización previa por escrito de Editorial Síntesis, S. A.
© Enriqueta Muñiz Hernando 
Benjamín Fernández Ruiz
© EDITORIAL SÍNTESIS, S. A. 
Vallehermoso, 34. 28015 Madrid 
Teléfono 91 593 20 98 
http:\\www.síntesis.com
ISBN: 978-84-995806-5-4
6
A nuestros maestros.
A nuestros compañeros en la enseñanza.
A nuestros alumnos de ayer, hoy y mañana.
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Indice
Prólogo
1. Organización celular
1.1. Breve reseña histórica: Teoría celular
1.1.1. Cajal y la Biología Celular
1.2. Células procariontes y eucariontes
1.3. Evolución celular
1.4. Formas acelulares
1.4.1. Posible origen de los virus
2. Membrana plasmática
2.1. Concepto, generalidades
2.2. Composición química
2.2.1. Bicapa lipídica
2.2.2. Proteínas de membrana
2.2.3. Carbohidratos de membrana
2.3. Modelos de membrana
2.3.1. Modelos lamelares
2.3.2. Modelos micelares
2.3.3. Modelo del mosaico fluido
2.4. Receptores de superficie
2.4.1. Características de los receptores
2.4.2. Naturaleza de las moléculas mensaje
2.5. Permeabilidad de la membrana: Transporte de pequeñas moléculas a través de la membrana
2.5.1. Transporte pasivo
2.5.2. Transporte activo
2.6. Permeabilidad de la membrana: Transporte de macromoléculas
2.6.1. Endocitosis
2.6.2. Fagocitosis
2.6.3. Exocitosis
2.7. Diferenciaciones de la membrana plasmática
2.7.1. Uniones intercelulares
A) Uniones estrechas
B) Uniones en hendidura
C) Uniones adherentes
3. Citoesqueleto
3.1. Microfilamentos o filamentos de actina
3.1.1. Estructura
8
3.1.2. Función
3.2. Microtúbulos
3.2.1. Estructura
3.2.2. Composición química
3.2.3. Función
3.2.4. Ensamblajes dinámicos del citoesqueleto
3.3. Filamentos intermedios
3.3.1. Estructura
3.3.2. Tipos de filamentos intermedios
3.3.3. Tipificación de los filamentos intermedios
3.4. Organización del citoesqueleto
4. Cilios, flagelos y centriolos
4.1. Ultraestructura
4.2. Función
4.3. Movimiento ciliar y flagelar
4.4. Flagelo bacteriano
5. Pared celular
5.1. Características generales
5.2. Composición química
5.3. Estructura de los elementos de la pared
5.4. Evolución y organización de la pared
5.4.1. Lámina media
5.4.2. Pared primaria
5.4.3. Pared secundaria
5.5. Origen de la pared celular
5.5.1. Origen de las vesículas que la forman
5.6. Crecimiento de la pared
5.7. Diferenciaciones de la pared
5.7.1. Punteaduras
5.7.2. Plasmodesmos
5.8. Modificaciones de la pared
6. Ribosomas
6.1. Morfología
6.2. Bioquímica del ribosoma
6.3. Localización
6.4. Origen de los ribosomas
7. Sistema de endomembranas
7.1. Retículo endoplásmico
7.1.1. Retículo endoplásmico rugoso (RER)
7.1.2. Retículo endoplásmico liso (REL)
7.1.3. Relación entre el RER y REL
7.1.4. Funciones del RER
7.1.5. Funciones del REL
7.1.6. Funciones comunes a ambos
7.1.7. Composición química de las membranas del RE
7.1.8. Origen de las membranas del RE
7.1.9. Especializaciones del RE
7.2. Aparato de Golgi
7.2.1. Morfología
7.2.2. Funciones
7.2.3. Aparato de Golgi bajo control nuclear
9
7.3. GERL
8. Lisosomas, peroxisomas
8.1. Lisosomas
8.1.1. Características
8.1.2. Clasificación
A) Lisosomas primarios
B) Lisosomas secundarios
8.1.3. Cuerpos residuales
8.1.4. Lisosomas en vegetales
8.1.5. Patología lisosomal
8.2. Peroxisomas
9. Mitocondrias
9.1. Morfología
9.2. Ultraestructura
9.3. Permeabilidad mitocondrial
9.4. Composición química de la membrana mitocondrial
9.5. Funciones
9.6. Biogénesis
9.7. La mitocondria como organismo semiautónomo
10. Plastos
10.1 Tipos de plastos
10.2. Cloroplastos
10.2.1. Morfología
10.2.2. Estructura y ultraestructura
10.2.3. Composición química
10.2.4. Funciones
10.2.5. Biogénesis
11. Vacuolas e inclusiones
11.1. Vacuolas
11.1.1. Evolución de una vacuola vegetal
11.1.2. Contenido de la vacuola vegetal
11.2. Inclusiones
12. Núcleo
12.1. Núcleo interfásico
12.1.1. Envoltura nuclear
A) Ultraestructura
B) Funciones
12.1.2. Interior nuclear
A) El nucleoplasma
B) El material genético: la cromatina
• Ultraestructura de la cromatina: El nucleosoma
• Tipos de cromatina
12.2. Los cromosomas
12.2.1. Morfología
12.2.2. Tipos de cromosomas
12.3. Transcripción de la cromatina activa
12.3.1. Cromosomas politénicos
12.3.2. Cromosomas plumosos
12.4. El nucleolo
10
12.4.1. Estructura
12.4.2. Ultraestructura
12.4.3. Función
13. Diferenciación y muerte celular
13.1. Diferenciación celular
13.2. Muerte celular
Bibliografía
Glosario
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Prólogo
La Biología Celular es, probablemente, una de las ramas que ha alcanzado mayor desarrollo en el mundo
de la Biología en los últimos años. Su desarrollo ha consistido, básicamente, en un mayor conocimiento del nivel
molecular que constituye la base de las estructuras celulares. El presente texto, encuadrado en una colección
sobre temas de Ciencias de la Vida, pretende ser un libro de síntesis aunando de manera clara y precisa los
conocimientos tradicionales de la Citología clásica con los más modernos de la Biología Molecular.
Se trata de un libro nacido de nuestra experiencia como profesores de la materia y conscientes de las
necesidades del alumnado. Hemos pretendido que en cada tema exista una jerarquización basada en los niveles
de organización abordando de manera moderna las interacciones existentes entre la estructura y la función.
Temas que clásicamente se han incluido en la Biología Celular, por ejemplo, síntesis de proteínas, ciclo de
Krebs, mitosis, meiosis, etc., no son tratados aquí, porque conscientes de la interacción con otras ramas del saber
hemos considerado más oportuno su tratamiento por los genetistas, bioquímicos, etc. Por el contrario, hemos
tratado temas que rara vez se exponen en los textos, como son los aportes de Cajal a la Biología Celular y los
conceptos de diferenciación y muerte celular, tan de actualidad en nuestros días.
En resumen, hemos pretendido, siguiendo el proyecto plausible de la Editorial proporcionar a los alumnos
un medio necesario para su mejor formación biológica en un campo básico como es el de la Biología Celular.
Los autores12
1.
Organización celular
1.1. Breve reseña histórica: Teoría celular
La raíz de la teoría celular hay que situarla en los finales del siglo XVII y comienzos
del XVIII, época a la que pertenecen el holandés Antony van Leeuwenhoek (1632-1723) y
el inglés Robert Hooke (1635-1723).
Leeuwenhoek recogió los frutos de la inteligente colocación de las lentes
convergentes, ideada por los hermanos Jansen (1590), y supo construir el primer
microscopio, realizando, además, atinadas observaciones biológicas. A Hooke le cupo el
mérito de describir la estructura de la laminilla de corcho, observada al microscopio
como compuesta por una serie de celdillas o cámaras, unidades constitucionales que se
repetían. Cada celdilla era una célula.
Tras la publicación por Hooke en 1665 de sus observaciones en su obra
Micrographia, Leeuwenhoek fue perfeccionando las lentes de los microscopios y logró
describir una gran variedad de estructuras, entre ellas: protozoos, células sanguíneas,
espermatozoides, etc., e incluso llegó hasta la descripción de una bacteria, con una
dimensión de 1 o 2 μm, lo que implica ya un gran perfeccionamiento en el poder
resolutivo de las lentes. El progreso instrumental fue parejo al progreso en la preparación
del material a observar, desarrollándose técnicas de coloración, corte, etc.
Gracias a estas mejoras instrumentales y técnicas, en 1824 Dutrochet formuló por
primera vez en la historia de la Biología que todos los animales y plantas estaban
constituidos por células de diferentes clases. Sin embargo, fueron los científicos
alemanes M. J. Schleiden (botánico) y T. Schwann (zoólogo) quienes en 1838 y 1839
elaboraron la teoría celular, concluyendo que cada célula es una unidad constitucional y
funcional de los seres vivos, capaz de mantener su propia existencia
independientemente.
En 1858, Rudolf Virchow publicó su famoso tratado Patología celular, en el que,
entre otras cosas, no sólo apoyaba los asertos de Schleiden y Schwann, sino que los
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completaba con su famoso aforismo omnis cellula e cellula (toda célula procede de otra
célula).
La teoría celular quedaba definida por estos tres principios: a) todo ser vivo está
compuesto por una o más unidades vivientes llamadas células; b) cada célula es capaz de
mantener su propia vitalidad por sí misma, y c) cada célula procede de otra existente.
Sin embargo, algunos científicos europeos de gran prestigio consideraban que esta
teoría no era aplicable al tejido nervioso, pues éste tenía una particular constitución
reticular. Fue Santiago Ramón y Cajal quien con su proverbial inteligencia, su tenacidad
y sus indudables cualidades técnicas supo demostrar la individualidad neuronal (que más
tarde confirmaría la microscopia electrónica) derribando así el último reducto que
quedaba para la aceptación de la validez universal de la teoría celular.
1.1.1. Cajal y la Biología Celular
Acabamos de indicar cómo Cajal con su teoría neuronal daba valor universal a la
teoría celular, pero hay muchas otras razones a favor de que don Santiago ocupe un
puesto de honor (con frecuencia olvidado por otros autores) en la historia de la Biología
Celular.
Veamos algunas de sus aportaciones: en su primer trabajo titulado Investigaciones
experimentales sobre la génesis inflamatoria (publicado en Zaragoza en 1880), descubre
las plaquetas o trombocitos de la sangre de los batracios; años más tarde descubrió las
células plasmáticas en el condiloma luético, hoy día tan conocidas por su importancia en
los mecanismos inmunitarios. Durante su estancia en Valencia, ocupando la Cátedra de
Anatomía, describió con asombrosos detalles, aplicando las técnicas del cloruro de oro,
la estructura de las células musculares estriadas de los insectos. Llegó a descubrir en
ellos lo que llamó el retículo aurófilo, que no es sino el retículo sarcoplásmico que el
microscopio electrónico evidenció años después y de tanta trascendencia funcional.
En el tejido nervioso serían incalculables las citas de aportaciones citológicas de
Cajal, referidas tanto al conocimiento e identificación de las neuronas como de las
células gliales. Recordemos algunas, a modo de muestra, las células horizontales de la
corteza cerebral, de la retina, las células amacrinas, tipos de oligodendrocitos, etc. Es
más, sus indiscutibles cualidades técnicas le llevaron a precisar estructuras, hoy
confirmadas, en el interior celular como el cuerpo accesorio en el núcleo, la distribución
del complejo de Golgi en las células nerviosas, etc.
En resumen, Cajal merece estar en la historia de la Biología celular por derecho
propio, y quien lo dude, que estudie sus trabajos.
1.2. Células procariontes y eucariontes
Edouart Chatton, biólogo francés, creó los términos de procarionte y eucarionte para
designar a los organismos vivos celulares actuales.
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Los organismos procariontes (cianobacterias y micoplasmas) se caracterizan por
estar constituidos por células de un tamaño que varía entre 1 y 10μm. Algunos, como las
cianobacterias, son más complejos y alcanzan hasta 60μm. Se encuentran rodeados por
una membrana plasmática que presenta invaginaciones hacia el interior, denominadas
mesosomas. Rodeando a esta membrana existe, excepto en los micoplasmas, una pared
celular rígida. Algunos procariontes presentan flagelos, denominados flagelos
bacterianos y constituidos por flagelina. En el interior de la célula aparecen ribosomas
70S, cuya función es la de sintetizar proteínas. El material genético o nucleoide aparece
como una región irregular, poco densa a los electrones. Pueden aparecer uno o más
nucleoides, pero cada uno aporta la misma copia de ADN que contiene todos los genes
de la célula procariótica. Este ADN carece de proteínas.
Existen formas anaerobias y aerobias. En las aerobias, las enzimas respiratorias se
sitúan sobre la membrana plasmática o dispersas por el citoplasma.
Las células eucarióticas son células de gran tamaño, 10 a 100 μm, compartimentadas
de modo que queden separadas las diversas funciones celulares en distintos lugares de la
célula. El material genético queda englobado por la envoltura nuclear y contiene ADN,
que aparece empaquetado mediante proteínas histónicas formando la cromatina. Dentro
de este compartimento aparece el nucleolo, que va a ser responsable de la síntesis de los
ribosomas.
Otros compartimentos membranosos son el retículo endoplásmico, implicado en la
síntesis y procesamiento de lípidos y proteínas y el aparato de Golgi, relacionado con el
anterior e implicado en los procesos de secreción celular. A partir de este último, se
originan orgánulos implicados en los procesos de digestión celular: los lisosomas.
La presencia de un citoesqueleto confiere a las células eucarióticas la movilidad
intracelular en numerosos procesos que afectan a la célula, parcial o totalmente.
La energía necesaria para realizar numerosos procesos celulares viene dada por dos
orgánulos que presentan una doble envoltura membranosa, las mitocondrias y los
cloroplastos. Las mitocondrias realizan la respiración celular y los cloroplastos,
presentes en la células vegetales, la fotosíntesis. Existe pared celular rígida en las células
vegetales.
En la Tabla 1.1 se recogen las principales diferencias entre células procariontes y
eucariontes.
TABLA 1.1
15
1.3. Evolución celular
Se cree que todos los organismos y células vivientes provienen de un ancestro
común (progenote) del cual se han originado por evolución mediante dos procesos: la
variación en la información genética que se transmite de padres a hijos y la selección de
dicha información, permitiendo a sus poseedores sobrevivir y reproducirse.
Para llegar a este ancestro común hemos de buscar su origen. Las primeras células,
probablemente, aparecieron en la Tierra hace tres mil millones y medio de años por
agregación espontánea de moléculas. Se piensa que la Tierra contenía en sus primeros
mil millones de años, escaso oxígeno y ozono. En cambio abundaban los compuestos
inorgánicos, como CO2, NH3, NH4+ y H2. Estos compuestos, mediante descargaseléctricas, formarían moléculas orgánicas diversas que por medio de transformaciones
posteriores originarían aminoácidos, nucleótidos, azúcares y ácidos grasos.
A partir de esta fase, se formarían polímeros de ARN capaces de dirigir su síntesis y
propia replicación por medio de interacciones de bases complementarias así como de
dirigir la síntesis de proteínas. Un paso crucial en la formación de la primera célula viva
fue la aparición de la membrana plasmática, que la aisló del medio circundante.
Las células actuales más simples que se conocen son los micoplasmas. Sin embargo,
estos contienen ADN y no ARN. En la actualidad todas las células contienen su
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información almacenada en el ADN y ARN.
Las células procarióticas son estructuras sencillas, pero bioquímicamente diversas.
En este grupo se incluyen las bacterias y grupos afines. Las reacciones metabólicas
empleadas por este grupo fueron evolucionando con el ambiente, de modo que según sus
necesidades, generaron las vías metabólicas que existen en las bacterias actuales:
glucolisis, respiración y fotosíntesis.
Una sorpresa que causó gran interés se produjo al estudiar las bacterias metanógenas
(viven en ambientes sin oxígeno y liberan metano a partir de la reducción del CO2). Los
datos obtenidos sugerían que se trataba de una ramificación evolutiva que precedió en
mucho al antepasado común de las bacterias verdaderas. Por ello, a los organismos
metanógenos y afines se les llamó archibacterias. Distaban tanto de los procariontes
como de los eucariontes, considerándolas como una tercera forma de vida. Este tipo de
vida encajaba con la clase de atmósfera que se supone que tenía la Tierra primitiva. Al
cambiar ulteriormente el ambiente atmosférico, las bacterias metanógenas quedarían
reducidas a nichos específicos, tal y como existen en la actualidad.
El antepasado común de todos los organismos fue denominado por Carl Woese
(1980) como progenote. Se trataría de una estructura elemental con mecanismos de
transcripción y traducción muy rudimentarios. Por tanto, el progenote representaría la
unidad primitiva viviente. De este tronco evolucionarían tres tipos de procariotas:
archibacterias, urcariotas y eubacterias (Fig. 1.1).
Figura 1.1.
Precisamente a partir del tipo urcariota se pretende explicar la evolución que
culminaría en la célula eucariótica. La célula urcariota actuaría como una célula huésped
de mitocondrias y plastos, circunstancia que es posible explicar, ya que mitocondrias y
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cloroplastos tienen características y componentes semejantes a los de las células
procarióticas. Poseen ácidos nucléicos propios y actividades metabólicas específicas.
Una célula urcariota sería, entonces, capaz de englobar a organismos procariotas o
descendientes de procariotas (mitocondrias y cloroplastos) y establecer una auténtica
simbiosis (teoría endosimbionte, postulada por L. Margulis), aunque no explicaría el
origen del núcleo. Sin embargo, esta simbiosis es intracelular e implica que los
organismos que intervienen en ella han adquirido particularidades metabólicas que no
poseían separadamente. La asociación se mantiene de generación en generación, debido
a la transferencia de genes del ADN de las mitocondrias y cloroplastos al ADN del
núcleo de la célula parasitada. Debió existir otra tercera categoría de simbiosis que dio
lugar a las células eucarióticas flageladas o ciliadas.
Existe otra teoría sostenida por F. J. A. Taylor y E. D. Dodson, es la denominada
autógena. Sostiene que la célula eucariótica apareció por la progresiva formación de
compartimentos especializados en el citoplasma celular. No se puede decir que esta
teoría sea falsa, pero existe una pregunta sin resolver. Si los orgánulos celulares han
aparecido en la evolución a través de millones de años, ¿por qué no existen estadios
intermedios? Al no tener respuesta, hoy día es de mayor aceptación la teoría
endosimbionte.
1.4. Formas acelulares
Existen organismos acelulares capaces de autoduplicarse, como son los virus. Su
tamaño varía entre 30 y 300 nm y, por tanto, sólo son visibles con microscopia
electrónica. Los virus son partículas infecciosas rodeadas por una cápside protéica y
formadas por una molécula de ADN o ARN, de simple o doble hélice. A los virus de
ARN de hélice simple se les denomina retrovirus. Se caracterizan por poseer una
enzima, la transcriptasa inversa, capaz de copiar a partir de la hélice simple de ARN una
doble hélice de ADN.
Tienen necesidad absoluta de una célula huésped. Son, por tanto, parásitos obligados
de procariontes y eucariontes. Una vez que han entrado en la célula huésped, utilizan su
información para programar la replicación de nuevas partículas virales.
La infección por un virus causa la lisis de la célula huésped y la consiguiente
liberación de nuevas partículas virales. En caso de no producirla, queda incorporado al
genomio de la célula huésped (provirus) de modo que será capaz de producir
alteraciones o mutaciones celulares.
Dentro de los virus se localizan pequeños fragmentos de ARN que utilizan las
polimerasas de éste para formarse. Se les denomina virusoides, son, por tanto, parásitos
de los virus.
1.4.1. Posible origen de los virus
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Los virus son considerados como genes móviles capaces de transportar información
de una célula a otra. Ningún virus es capaz de sintetizar proteínas ni de producir ATP.
Ahora bien, para multiplicarse necesitan siempre de una célula huésped. Esto conlleva el
hecho de que probablemente los precursores de los virus hayan sido elementos genéticos
celulares móviles capaces de desplazarse de un punto a otro del genomio y que
adquirieron autonomía para replicarse independientemente del resto de la célula que los
contenía.
Bárbara McClintock (1951) descubrió en el maíz elementos genéticos móviles
(provirus) que producían mutaciones a consecuencia de un ciclo especial de
recombinación de los cromosomas.
Asimismo, en las bacterias existen elementos genéticos móviles que corresponden a
la inserción de pequeños fragmentos de ADN en el ADN bacteriano produciendo
mutaciones. A estos fragmentos se les denominó Is (secuencias de inserción). Tienen la
particularidad de transponerse de un lugar a otro del genoma bacteriano.
Bottsein y Borg (1970) detectaron en bacterias, levadura de cerveza y en la
Drosophila, pequeñas moléculas circulares de ADN bicatenario que confieren resistencia
frente a algunos antibióticos. Son los plásmidos y, al igual que las partículas Is, son
capaces de transponerse de un punto a otro del genomio, produciendo la aparición de
mutaciones. Se les denominó transposones. Son más complejos que los Is, ya que
poseen dos secuencias de inserción. Estos trasposones son utilizados en ingeniería
genética como ADN recombinante debido a la gran ventaja de poder introducir genes no
bacterianos en el genoma de la bacteria, adquiriendo ésta la capacidad de producir
proteínas no codificadas por su genoma. Los plásmidos controlan autónomamente el
número de copias que debe existir en la célula huésped, teniendo la capacidad de
duplicarse independientemente del genomio de la célula.
En los núcleos de las células vegetales existen pequeños fragmentos circulares de
ARN que actúan sobre la regulación de su expresión génica, de modo que interfieren en
el control de los genes que codifican determinadas hormonas. Transmiten numerosas
enfermedades y se les denomina viroides.
A la vista de todos estos datos Temin (1969) postuló que los retrovirus habían
evolucionado a partir de elementos genéticos móviles (provirus).
Se piensa que los precursores de los virus de ARN debieron ser semejantes a los
viroides, los cuales son replicados utilizando las enzimas necesarias de la célula vegetal
que los contiene, mientras que los plásmidos debieron dar lugar a los virus de ADN. En
todos los casos faltaría la cápside proteica, que se debió alcanzar evolutivamente cuando
estas partículas móviles obtuvieron la propiedad de adquirir genes que la codificaran.
Existen otras formas acelulares como son los priones ylos virinos. Los priones son
partículas formadas por glicoproteínas, que no contienen ácido nucleico. Causan
numerosas enfermedades que afectan al sistema nervioso central. El prión es capaz de
producir nuevos priones. Los virinos con fragmentos muy pequeños de ácido nucleico
que presentan gran afinidad con proteínas específicas del sistema nervioso.
19
2.
Membrana plasmática
2.1. Concepto. Generalidades
La membrana plasmática es una envoltura continua que rodea a la célula. Su
aparición fue un paso crucial en el origen de las primeras formas de vida. Sin ella la vida
celular es imposible.
Palade, en 1967, la define como «complejo molecular que delimita la frontera de un
territorio celular particular». Es por tanto una frontera periférica.
Se caracteriza porque:
• Define la extensión de la célula y mantiene las diferencias esenciales entre el
contenido de ésta y su entorno.
• Es un filtro altamente selectivo que mantiene distinta concentracióniónica a
ambos lados de la célula y permite la entrada y salida de productos,
estableciendo gradientes de concentración.
• Todas las membranas biológicas, ya sea la membrana plasmática o membranas
internas, de las células eucarióticas tienen una estructura general común: son
ensamblajes de lípidos y proteínas en las que los componentes están unidos por
enlaces no covalentes formando una fina bicapa.
• Es una capa muy delgada de aproximadamente 75 Å a 100 Å de espesor, no
observable a la microscopia óptica.
2.2. Composición química
Para poder estudiar la composición química de la membrana plasmática, el primer
paso es aislarla del resto del citoplasma y proceder a su análisis mediante métodos
bioquímicos y biofisicos. La membrana más fácil de obtener es la del eritrocito humano
por la gran abundancia de estas células y por no presentar ninguna otra membrana que
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no sea la plasmática.
Se tratan a los eritrocitos con soluciones hipotónicas que producen primero una
hinchazón de la célula y posteriormente la rotura y pérdida de su contenido en
hemoglobina, fenómeno denominado hemólisis. Las membranas obtenidas de este modo
se denominan «fantasmas de eritrocitos».
Estos fantasmas pueden ser de dos tipos:
a) Fantasmas resellados, que se logran por hemólisis suave y posterior tratamiento
con sustancias que restablecen las funciones de permeabilidad. Se emplean
para realizar estudios fisiológicos de membrana. Cuando las fracciones de las
membranas se vuelven a soldar, pueden formar vesículas directas o vesículas
invertidas (Fig. 2.1).
b) Fantasmas blancos: se logran por hemólisis drástica. Las fracciones de
membrana ya no se pueden volver a soldar y son más útiles para realizar el
estudio bioquímico (Fig. 2.1).
La membrana del eritrocito humano contiene 52 por 100 de proteínas, 40 por 100 de
lípidos, 8 por 100 de hidratos de carbono. La relación lípidoproteína es muy variable en
distintas membranas (Tabla 2.1).
Figura 2.1. Obtención de los fantasmas de eritrocitos y de vesículas directas e invertidas cuando estos son
sometidos a soluciones hipotónicas.
Las moléculas lipídicas son las más abundantes, las proteicas más escasas y de gran
tamaño. En general, por cada molécula de proteína existen aproximadamente cincuenta
21
moléculas de lípidos. Los hidratos de carbono son el componente minoritario y se
encuentran asociados a lípidos y proteínas, principalmente en la membrana plasmática y
no en membranas internas.
TABLA 2.1
2.2.1. Bicapa lipídica
Los lípidos de la membrana plasmática se encuentran dispuestos formando una
bicapa. Esta bicapa lipídica es la estructura básica de la membrana y sirve de barrera
relativamente impermeable al flujo de la mayoría de las moléculas solubles en agua. La
primera observación de esta bicapa fue realizada por Gorter y Grendel (1925). Extrajeron
los lípidos de la membrana de los eritrocitos con acetona y mediante un recipiente de
Langmuir los dispusieron sobre la superficie del agua. Se obtuvo una película monocapa,
cuyo área era el doble del área del eritrocito. Por tanto, pensaron que la membrana
plasmática estaba formada por una bicapa lipídica.
El porqué de esta bicapa lipídica se debe a las propiedades específicas de los lípidos
que la forman y que hace que estos se autoensamblen incluso fuera de la célula.
Los lípidos principales más abundantes que forman las membranas son los
fosfolípidos, el colesterol y los glucolípidos. Todos ellos son anfipáticos, tienen un
extremo hidrofílico o polar y un extremo hidrofóbico o no polar.
Las moléculas de fosfolípidos constan de una cabeza polar hidrofílica y dos colas
hidrocarbonadas hidrofóbicas. Las colas varían de longitud, entre 12 y 24 átomos de
carbono. Una de ellas contiene uno o varios dobles enlaces, es decir, es insaturada. La
otra es saturada ya que no contiene dobles enlaces. Estos generan curvatura en la cadena
carbonada. El grado de saturación y la longitud de la cadena afecta a la fluidez de la
membrana (Fig. 2.2).
Cuando estas moléculas anfipáticas se sitúan en ambiente acuoso, orientan todos sus
polos hidrofóbicos hacia el interior formando micelas esféricas o bicapas lipídicas (Fig.
2.3a, b).
Para realizar estudios experimentales son muy útiles las bicapas artificiales, como
22
son los liposomas y las membranas negras. Los liposomas son bicapas lipídicas
esféricas cuyo diámetro varía entre 25 nm y 1μm. Las membranas negras son bicapas
lipídicas artificiales planares formadas a través de un agujero que comunica dos
compartimentos acuosos (Fig. 2.3c, d).
Figura 2.2. Molécula fosfolipídica formada por una cabeza polar hidrofílica y dos cadenas hidrocarbonadas
que constituyen las colas hidrofóbicas. La curvatura de la cola viene originada por los dobles enlaces.
23
Figura 2.3. Las figuras a) y b) representan las distintas maneras de situarse los fosfolípidos en un ambiente
acuoso; c) y d) representan bicapas artificiales: liposomas y membranas negras.
Las moléculas lipídicas pueden difundirse libremente dentro de las bicapas lipídicas
mediante difusión lateral, rotación sobre el eje mayor, flexión y flip-flop.
La difusión lateral es muy frecuente. Se produce aproximadamente diez veces por
segundo. Junto con la rotación es el movimiento más frecuente. La flexión se presenta en
mayor grado en el centro de la bicapa, por ser las cadenas hidrocarbonadas bastante
flexibles. El movimiento flip-flop se produce por el intercambio de una molécula lipídica
de una monocapa a otra. Se realiza menos de una vez por semana (Fig. 2.4a).
Figura 2.4. a) Movimientos de los lípidos en la bicapa lipídica; b) disposición de la molécula de colesterol
en la bicapa lipídica.
Se denomina fluidez de la bicapa lipídica al hecho de difundirse lateralmente los
lípidos. La fluidez de esta bicapa depende de diversos factores que vienen dados por su
composición y que se derivan:
1. Del grado de insaturación de las cadenas hidrocarbonadas: cuantos más dobles
enlaces y por tanto más insaturaciones, mayor fluidez. La presencia de ácidos
grasos saturados conlleva que la bicapa lipídica sea más viscosa.
2. De la presencia de colesterol. El colesterol es muy abundante en la membrana
24
plasmática de las células eucarióticas, ya que por cada molécula de fosfolípido
existe una de colesterol. Además de regular la fluidez, regula la estabilidad de
la membrana. En casos de células mutantes, imposibilitadas para sintetizar
colesterol, las membranas se lisan, si se añade colesterol al medio, las células
se estabilizan. La molécula de colesterol se sitúa en la bicapa lipídica de
manera que el grupo polar se sitúa junto a la cabeza del fosfolípido y el anillo
de colesterol (estructura anular) inmoviliza parte de las cadenas
hidrocarbonadas fosfolipídicas dejando el resto de las cadenas flexibles (Fig.
2.4b).
3. De la temperatura. A menor temperatura menor fluidez. Parece existir dentro
de las células un sistema de control homeostático que es sensible al cambio de
fluidez de la membrana.
En la actualidad un área muy investigada es el mecanismo de acción de los
anestésicosno específicos sobre la fluidez de la membrana biológica. Entre otros efectos,
ciertos anestésicos no específicos: cloroformo, etanol, éter, causan una expansión de la
membrana, es decir, disminuyen su densidad provocando un mayor grado de desorden y
una fluidez mayor, introduciendo alteraciones en la permeabilidad de la membrana.
Para demostrar que realmente existe esta relación entre anestésicos y fluidez de la
membrana, se sometieron renacuajos a los efectos del cloroformo o del éter en el agua en
que éstos se encontraban sumergidos. Si realmente se producía un grado de desorden en
sus membranas, este efecto pudiera ser invertido introduciendo factores que ordenaran
de nuevo sus bicapas lipídicas. Cuando los renacuajos inconscientes fueron sometidos a
presiones hidrostáticas de aproximadamente 80 a 90 atm, se instauró un orden suficiente
que restauró la membrana, provocando que los animales recobraran la consciencia a
pesar de seguir bajo el efecto de los anestésicos.
Los lípidos, al igual que el resto de los componentes de la membrana, tienen una
distribución asimétrica, es decir, se sitúan de forma diferente en la capa lipídica interna u
hoja interna que en la capa lipídica externa u hoja externa.
En la hoja externa de la membrana plasmática del glóbulo rojo se sitúan los
fosfolípidos que tienen como grupo terminal colina: esfingomielina, fosfatidilcolina. En
la hoja interna se situán los fosfolípidos, que terminan en un grupo amino:
fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina.
Se piensa que esta asimetría de la bicapa lipídica se produce durante su biosíntesis a
partir del retículo endoplasmático y que deben existir enzimas que transfieren moléculas
específicas de una monocapa a otra, puesto que el movimiento de flip-flop no se da
espontáneamente en membranas que no producen síntesis lipídica.
En la capa lipídica externa u hoja externa de la membrana plasmática se sitúan los
glucolípidos. Sus azúcares quedan al descubierto en la superficie de la célula formando
la cabeza de dicha molécula. En bacterias y vegetales estos glucolípidos derivan del
glicerol, mientras que en células animales derivan de la esfingosina, por lo que se
denominan glucoesfingolípidos. Ambos participan activamente en los procesos de
reconocimiento y comunicación intercelular.
25
Los glucolípidos más frecuentes en las membranas plasmáticas de los procariontes y
eucariontes son los glucolípidos neutros y los más complejos son los gangliósidos. Estos
últimos contienen uno o más restos de ácido siálico que les proporcionan carga negativa.
Son muy abundantes en la membrana plasmática de la neurona, y, aproximadamente,
constituyen un 6 por 100 de la masa lipídica total.
Se ha demostrado que algunos glicoesfingolípidos (GM1 y GM3) son capaces de
inhibir el crecimiento celular, bloqueando la actuación de los factores de crecimiento.
Otros, como el CQlb, inducen en las neuronas tumorales embrionarias la formación de
células nerviosas maduras.
Realmente no se sabe cuál es su función. Se ha observado que en el epitelio
intestinal existe una gangliósido, GM1, que actúa como receptor para la toxina
bacteriana del cólera.
2.2.2. Proteínas de membrana
Representan el componente fundamental de las membranas biológicas y determinan
sus funciones específicas.
Las proteínas transportan moléculas específicas fuera y dentro de la célula, sirven
como puentes entre el citoesqueleto de las células y la matriz extracelular. También
actúan como receptores de las señales químicas del medio; otras son enzimas que
catalizan reacciones asociadas a la membrana.
Al igual que los lípidos, las proteínas también son antipáticas: presentan una región
polar o hidrofílica a ambos lados de la bicapa lipídica y una región central apolar o
hidrofóbica que interacciona con las cadenas hidrocarbonadas lipídicas (Fig. 2.5a).
26
Figura 2.5. Situación de las proteínas de membrana en la bicapa lipídica. a) Las proteínas también son
antipáticas y poseen una región central apolar y una región polar a cada lado de la bicapa; b) disposición de
las proteínas a través de la bicapa: a, atravesando la bicapa; b, no atravesando la bicapa; c, unidas
covalentemente a proteínas transmembrana; d, unidas covalentemente a las cadenas de ácidos grasos.
Desde el punto de vista morfológico se pueden clasificar atendiendo a su asociación
con los lípidos de la membrana. Esta asociación puede ser de distintas formas:
a) Atravesando la bicapa lipídica. Se la denomina proteína transmembranosa o
transmembrana.
b) No atravesando toda la bicapa lipídica, exponiendo sólo uno de sus extremos al
medio acuoso.
c) Unidas por enlaces no covalentes a proteínas transmembrana.
d) Unidas covalentemente a cadenas de ácidos grasos (Fig. 2.5b).
A su vez, las proteínas pueden estar formadas por cadenas lineales, por lo que su
estructura no se encuentra replegada dentro de la bicapa lipídica o ser globulares, esto es,
su cadena se encuentra replegada dentro de la región hidrofóbica de la membrana (Fig.
2.6a, b).
27
28
Figura 2.6. Principales proteínas del eritrocito. a) Glucoforina: la mayor parte de su molécula se sitúa en el
lado externo de la membrana plasmática, sobre ella se encuentran numerosos oligosacáridos responsables de
contener los determinantes antigénicos de los grupos sanguíneos. b) Banda III: es una proteína globular con
pocos carbohidratos. c) Espectrina: proteína que se sitúa en la cara interna de la membrana plasmática.
Interacciona con la proteína de la banda III mediante la anquirina, se la considera como una proteína del
citoesqueleto.
Dependiendo de su forma de extracción, las proteínas se pueden clasificar en:
a) Proteínas intrínsecas o integrales, que representan alrededor del 70 por 100 de
las proteínas totales, de la estructura. Se necesitan procedimientos drásticos
para aislarlas ya que se encuentran íntimamente asociadas a los lípidos. Son
insolubles en soluciones acuosas. En este grupo se incluyen las
glucoproteínas.
b) Proteínas extrínsecas o periféricas. Se aíslan con facilidad, por procedimientos
suaves. Se encuentran poco asociadas a los lípidos. Son solubles en soluciones
acuosas. En este grupo se incluye la espectrina, que se localiza en la cara
citosólica de la membrana plasmática del eritrocito humano.
El estudio de los fantasmas de eritrocitos mediante electroforesis con dodecil sulfato
sódico sobre gel de poliacrilamida ha revelado quince bandas proteicas diferentes. Tres
de ellas representan aproximadamente el 60 por 100 de la proteína total de la membrana.
Son la espectrina, la glucoforina y la proteína de la banda III.
a) Espectrina
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Se encuentra situada en la cara interna de la membrana plasmática del glóbulo rojo.
Está formada por dos cadenas polipeptídicas, cadena a y cadena β, de 220.000 D y
240.000 D de peso molecular. Ambas cadenas se entrelazan y forman una red laxa que
se extiende sobre la cara citosólica de la membrana plasmática.
La espectrina interacciona con la proteína de la banda III a través de la anquirina.
Asimismo, interacciona con la actina a través de la proteína de la banda 4,1 (Fig. 2.6c).
Por tanto, la espectrina es una proteína que se considera como elemento del citoesqueleto
más que como proteína de la membrana plasmática. Se piensa que intervienen en el
mantenimiento de la forma bicóncava del eritrocito.
En la membrana plasmática de las neuronas se encuentra una proteína, la fodrina,
formada por dos cadenas, una α semejante a la que contiene la espectrina y otra y.
También se ha encontrado fodrina en la membrana plasmática de las células gliales.
b) Glucoforina
Junto con la espectrina es la otra proteína mayoritaria de la membrana plasmática.
La glucoforina consta de 131 aminoácidos y tiene un peso molecular de 55.000 D. El 60
por 100 de la molécula corresponde a los carbohidratos.
La mayor parte de la molécula se sitúa en el lado externo de la membrana
plasmática y contiene todos los oligosacáridos (16 cadenas). Estos carbohidratos tienen
la característica de contener los determinantes antigénicospara los grupos sanguíneos
ABO y MN (Fig. 2.6a).
Dentro de estas cadenas de oligosacáridos se encuentran receptores para ciertos
virus y para ciertas lectinas. Asimismo, la glucoforina presenta niveles altos de ácido
siálico. Cuando se trata a los eritrocitos con neuraminidasa, se separa el ácido siálico y
estas células son retiradas del torrente circulatorio por el bazo. Es decir la pérdida del
ácido siálico conlleva su destrucción.
c) Banda III
Es una proteína intrínseca, de 93.000 D y formada por 800 aminoácidos, capaz de
formar dímeros. Atraviesa la membrana plasmática con una estructura globular.
Contiene pocos carbohidratos y se sitúa sobre la cara externa de la membrana
plasmática.
Su función principal es la de transportar el oxígeno desde los pulmones hasta los
tejidos y el anhídrido carbónico de los tejidos a los pulmones. Este transporte lo realiza
de forma pasiva (Fig. 2.66).
Las proteínas membranosas poseen movimiento de difusión lateral. Con este
movimiento contribuyen a la fluidez de la membrana.
La prueba de que las proteínas poseen este tipo de movimiento fue aportada por
Frey y Edidin en 1970 mediante la técnica de fusión celular. Esta técnica permite que las
30
células de dos especies diferentes puedan unirse para producir una célula con un
citoplasma común y una única membrana plasmática continua. Esta técnica utiliza la
capacidad de ciertos virus inactivados para conseguir que las membranas plasmáticas se
vuelvan más viscosas y puedan asociarse.
Frey y Edidin fusionaron células de ratón y células transformadas humanas.
Marcaron proteínas específicas con sus anticuerpos correspondientes, que a su vez se
marcaron con colorantes fluorescentes. Posteriormente se fusionaron en presencia del
virus de Sendai (Fig. 2.7).
Una vez formado el heterocarionte, las proteínas marcadas se mantienen segregadas
en su zona correspondiente de membrana plasmática. A los cuarenta minutos las
proteínas marcadas se encontraban distribuidas uniformemente alrededor de toda la
membrana plasmática del heterocarionte. Estos resultados indican que las proteínas de
membrana son capaces de moverse en direcciones laterales dentro del plano de la
membrana.
La célula más utilizada para estudiar la movilidad de las proteínas ha sido el
linfocito. Si se incuban linfocitos con anticuerpos fluorescentes específicos de
determinadas proteínas antigénicas de la membrana plasmática, estos anticuerpos se
distribuyen uniformemente por toda la superficie celular, pero rápidamente los antígenos
se agrupan formando parches o acúmulos (patching). Finalmente los anticuerpos
comienzan a formar un casquete en un polo de la célula (capping), lo que indica que
todas las moléculas de proteína marcadas han emigrado a esa posición. La presencia de
ese casquete es transitoria, sucediendo en la célula el fenómeno de endocitosis (Fig. 2.8).
31
Figura 2.7. Fusión de células humanas y células de ratón, marcadas con anticuerpos fluorescentes y que
demuestra la difusión lateral que acontece en las proteínas de membrana. Inicialmente las proteínas
32
transmembrana de cada célula quedan en la parte de membrana correspondiente a su célula, pero
rápidamente se mezclan.
Figura 2.8. Fenómeno del capuchón. Se produce cuando se incuban linfocitos con anticuerpos fluorescentes
específicos contra determinada proteína antigénica de la membrana plasmática. Inicialmente se distribuyen
de manera homogénea por toda su superficie, para posteriormente formar parches o acúmulos que
desaparecen para originar un casquete transitorio que finaliza con el fenómeno de la endocitosis.
También se puede obtener información sobre las proteínas integrales de membrana
mediante la técnica de criofractura.
Sobre la base de estos experimentos, no se puede decir que todas las proteínas de
membrana tengan una gran movilidad sobre los lípidos. En la membrana del glóbulo rojo
no se ha visto que suceda este fenómeno del capuchón (capping and patching). Parece
existir en la cara interna de la membrana del eritrocito una red de proteínas periféricas
que mantienen fijas a las proteínas de membrana.
Se piensa que en este control de la movilidad están implicados elementos del
citoesqueleto: los microfilamentos de una manera directa y los microtúbulos de una
manera indirecta. Tendrían una función antagónica. Los microtúbulos serían los
responsables del anclaje de las proteínas en la membrana mientras que los
microfilamentos serían los que provocarían su movimiento para la formación de los
casquetes.
En los procesos de endocitosis se observó que las porciones de membrana
plasmática invaginada eran despojadas de ciertas proteínas de membrana, mientras que si
este proceso se llevaba a cabo en presencia de colchicina, sustancia que dispersa los
microtúbulos, dichas proteínas permanecían en sus lugares y no sufrían desplazamiento
alguno.
Por otra parte, se ha demostrado que existe una relación topográfica estrecha entre
microfilamentos de la cara interna de la membrana plasmática y la distribución de
diversas proteínas de la misma (Fig. 2.9).
33
Figura 2.9. Experimento que demuestra que los microtúbulos anclan a las proteínas de membrana. Tratando
a las células con colchicina se observa que cuando se produce la endocitosis penetran en la célula proteínas
de membrana que en condiciones normales no lo harían, como se observa en la célula control.
2.2.3. Carbohidratos de membrana
Todas las células tienen rodeando a la membrana plasmática una cubierta formada
por carbohidratos. A esta cubierta de las células eucarióticas se la denomina glicocálix o
cubierta celular.
La distribución de los carbohidratos es totalmente asimétrica ya que únicamente se
sitúa en la cara externa de la membrana plasmática. La mayoría de las cadenas de
oligosacáridos que los forman se encuentran unidos covalentemente a los dominios
extracelulares formando las glucoproteínas y a los dominios de los lípidos formando los
glucolípidos (Fig. 2.10).
34
Figura 2.10. Cubierta celular o glicocálix formado por los carbohidratos que se sitúan sobre la cara externa
de la membrana plasmática, unidos bien a proteínas o a los lípidos.
Uno de los oligosacáridos más abundantes en la célula es el ácido siálico, que se
suele encontrar en los extremos de estas cadenas hidrocarbonadas y son la causa de la
carga superficial negativa que caracteriza a las células eucarióticas.
Su observación a la microscopia óptica es posible con la tinción del PAS o del azul
alcián y a la microscopia electrónica con el rojo de rutenio o con el nitrato de lantano.
A esta cubierta se la atribuyen numerosas funciones, aunque no son muy bien
conocidas. Entre otras se dan como posibles: el anclaje y orientación de ciertas
glucoproteínas previniendo el que se tumben en la bicapa; intervención en los fenómenos
de reconocimiento celular; la estabilización en la estructura plegada de la proteína, y
conducción de una glucoproteína de membrana hacia su destino adecuado en la célula.
Exterior a esta cubierta celular, existe una trama imbricada de moléculas
extracelulares cuya composición química es diversa. Se la denomina matriz
extracelular. Se encuentra formada por colágena, elastina y fibronectina. La
fibronectina se encuentra orientada extracelularmente de igual modo que la actina lo
hace intracelularmente.
Todos estos componentes son secretados por las células que están en contacto con
ella. Parece ser que la propia matriz extracelular influye sobre la organización y el
comportamiento de las células que rodea.
Existe una matriz extracelular especializada, la lámina basal. Contiene un solo tipo
de colágena y una proteína como componente principal: la laminina. La lámina basal se
encuentra debajo de todas las capas celulares. Su función es separar a la célula del tejido
conectivo subyacente.
2.3. Modelos de membrana
A lo largo de la historia se han dado distintos modelos de membrana hasta llegar al
concepto actual.
2.3.1. Modelos lamelares
Según los primeros modelos lamelares (Overton, 1902; Gorter y Grendel, 1925)la
membrana biológica estaba formada por una doble bicapa lipídica sin ningún contenido
proteico en la cual los lípidos eran sustancias anfipolares.
Este modelo no explica, entre otras propiedades, la baja tensión superficial de las
membranas (0,5-1 din/cm2) puesto que este modelo lamelar presenta alta resistencia (5
din/cm2) debido a que los iones no penetran a través de los lípidos. Tratando de resolver
los problemas planteados por estos modelos iniciales, surgió el modelo de Davson y
35
Danielli (1935), que sirvió de base para toda una serie de nuevos modelos lamelares
propuestos por otros autores. Según este modelo, las membranas biológicas están
constituidas por una doble bicapa lipídica, cuyos grupos polares están situados hacia
afuera y recubiertos por un film monomolecular proteico. La presencia de proteínas
disminuirá la tensión superficial (modelo en sandwich) (Fig. 2.11a). Este modelo no
explica el paso rápido del agua y metabolitos solubles en ella.
Figura 2.11. a) Modelo de Davson y Danielli constituido por una doble capa lipídica cubierta por proteínas
globulares; b) modelos lamelares y micelares. Equilibrio entre ambos. En los modelos lamelares la
membrana es una bicapa continua de lípidos cubierta por un film proteico (configuración cerrada). En los
modelos micelares la membrana es discontinua. Está constituida por micelas (configuración abierta). La
figura muestra el posible equilibrio entre ambas configuraciones.
En 1960 Robertson desarrolla el concepto de unidad de membrana, denominando así
a la estructura en sandwich: capa oscura-clara-oscura que observó en microscopía
electrónica al teñir con permanganato potásico la membrana, confirmando de este modo
36
el modelo de Danielli. La zona clara correspondería a las cadenas hidrocarbonadas de los
lípidos, mientras que las zonas oscuras, a las proteínas que rodean a los lípidos.
A este modelo hay que objetarle que no es necesaria la presencia de lípidos para
obtener esta imagen tripartita al microscopio electrónico y que además el ácido ósmico
se fija mejor sobre las proteínas que sobre los lípidos. Parece ser, pues, que esta
estructura de Robertson podía deberse únicamente a las técnicas empleadas en la
microscopia electrónica.
2.3.2. Modelos micelares
Estos modelos introducen una nueva concepción: las moléculas de las membrana se
disponen de forma micelar, por lo que se oponen estructuralmente a los lamelares. La
membrana no aparece como una capa continua, sino como un tipo de polímero formado
por la yuxtaposición de numerosas subunidades. Cada subunidad representaría una
micela (Figura 2.11a).
El modelo de Lucy y Glaubert (1964) propone que la membrana estaba formada por
micelas esféricas, de 40 Å de diámetro, yuxtapuestas y envueltas por una capa
glicoproteica. Entre las micelas lipídicas existirían proteínas globulares y poros de 4 Å
de diámetro llenos de agua y metabolitos solubles en ella.
Kavanau (1965) propone la coexistencia de un equilibrio entre las estructuras
micelares y las lamelares dentro de las membranas celulares. La membrana plasmática
tendría una configuración abierta (modelo micelar) y una configuración cerrada (modelo
lamelar) que serían intercambiables, dependiendo de las condiciones fisicoquímicas del
medio intra y extracelular (Fig. 2.11.b). En sistemas artificiales se demostró que por
cambios de temperatura y concentración del agua es posible la coexistencia de estos dos
modelos.
Podemos, pues, resumir que los modelos lamelares abogan por la disposición de una
manera laminar de los lípidos. Presentan una capa central bimolecular de fosfolípidos. A
la microscopia electrónica o difracción de rayos X dan una imagen semejante al modelo
de Danielli, pero no son satisfactorios respecto a sus propiedades fisiológicas.
Los modelos micelares se oponen en cuanto a la estructura de la membrana, siendo
ésta un conjunto formado por la yuxtaposición de numerosas subunidades: micelas
fosfolipídicas.
2.3.3. Modelo del mosaico fluido
En la actualidad el modelo de aceptación general y que integra la mayoría de los
datos obtenidos por diversas técnicas es el dado por Singer y Nicholson (1972),
denominado como modelo del mosaico fluido.
Este modelo sostiene que:
37
1. Los lípidos y las proteínas integrales están dispuestas en un mosaico.
2. Las membranas biológicas son estructuras fluidas en las que los lípidos y
proteínas pueden realizar movimientos de difusión lateral dentro de la bicapa.
3. Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a todos sus componentes:
lípidos, proteínas y carbohidratos.
Este modelo explica la organización asimétrica de la membrana y su fluidez, así
como el transporte de sustancias no solubles en los lípidos gracias a proteínas integrales
que van desde un lado a otro de la membrana (Fig.2.12).
Figura 2.12. Modelo del mosaico fluido dado por Singer y Nicholson (1972) en el que las membranas están
constituidas por lípidos y proteínas integrales dispuestas en un mosaico dinámico.
2.4. Receptores de superficie
Se denomina receptor de superficie a una molécula generalmente proteica, existente
en número limitado en la membrana plasmática de determinadas células que es capaz de
reconocer específicamente una molécula-mensaje.
Como resultado de esta interacción se produce un efecto biológico determinado.
38
2.4.1. Características de los receptores
El estudio de esta definición conlleva los siguientes apartados:
• Los receptores se sitúan en determinadas células que requieren un mensaje
determinado. Se las denomina células diana. Es decir, el receptor de la
epinefrina se encontrará situado en algunas células del riñón que controlan el
volumen urinario y en algunas células de ciertos vasos que producen su
contracción. En el resto de las células estarán ausentes.
• La actividad fisiológica de estas células diana se ve afectada únicamente por una
sola molécula-mensaje determinada. El receptor de la epinefrina únicamente
recibe a la epinefrina como molécula-mensaje. Por el contrario, una misma
molécula-mensaje natural puede interaccionar con distintos receptores: así, la
noradrenalina se puede unir a dos tipos de receptores, los α y los β adrenérgicos.
A la mayoría de las moléculas-mensaje se las denomina agonistas y son las que, una
vez unidas al receptor, van a iniciar una serie de reacciones que producen un efecto
biológico determinado.
Existen otra serie de moléculas mensaje denominadas antagonistas, que son
capaces de interaccionar específicamente con determinados receptores no produciendo
efecto biológico alguno. Esta propiedad es muy útil en farmacología, debido a que los
antagonistas se oponen al efecto de los agonistas impidiendo su efecto patológico.
Los antihistamínicos se oponen al efecto de la histamina, sustancia que provoca
procesos alérgicos. Los β bloqueadores son los antagonistas de la noradrenalina,
hormona que, en cantidades elevadas, provoca el infarto y la hipertensión.
Empleando ligandos marcados radiactivamente, se ha comprobado que el número de
receptores de superficie es muy variado oscilando entre 500 y 100.000 en cada célula
diana para un mensaje específico. Su distribución no es homogénea sobre la superficie
celular.
2.4.2. Naturaleza de las moléculas mensaje
Las moléculas mensaje que van a interaccionar con receptores específicos muestran
una naturaleza variada. Puede tratarse de hormonas, neurotransmisores y factores
químicos entre los que se incluyen los factores de crecimiento.
Las hormonas son productos elaborados por las células endocrinas, que viajan por la
sangre para actuar sobre determinadas células diana y son los ligandos que proporcionan
mayor información en la transmisión de mensajes. Los neurotransmisores son sustancias
segregadas en las sinapsis químicas que permiten la transmisión de un impulso nervioso
debido a la interacción de dicha sustancia con los receptores de las células diana.
Los factores de crecimiento son sustancias capaces de producir, en cantidades muy
pequeñas, la proliferación celular. Existen numerososfactores de crecimiento, entre ellos
39
el factor de crecimiento neuronal y el factor de crecimiento epidérmico (los
descubridores de estos factores, R. L. Montalcini y S. Cohen, han sido galardonados con
el premio Nobel en 1986). En las células cancerosas, este factor no es tan necesario para
su crecimiento.
En general, cuando existe una interacción entre una molécula mensaje (ligando) y
un receptor superficial, existe también un cambio conformacional en éste que conduce a
la formación de una señal intracelular. Esta señal, que desencadena una serie de
alteraciones en la célula diana es denominada segundo mensajero. Por tanto, podemos
definir al segundo mensajero como el compuesto liberado dentro de la célula diana
como resultado de la interacción ligando-receptor. El primer mensajero sería el propio
ligando.
En este caso, el ligando no penetra en la célula, únicamente interacciona con el
receptor de superficie.
Se conocen diversos segundos mensajeros (AMPc, GTPc, IP3, Ca2+) que actúan,
fundamentalmente, mediante dos mecanismos distintos:
a) Activando y desactivando una enzima ligada a la cara interna de la membrana
plasmática, como es la adenilatociclasa. Esta proteína emplea como segundo
mensajero al AMPc, que se difundirá por toda la célula diana desencadenando
una respuesta específica. Se ha comprobado que hay al menos cuatro
hormonas diferentes que activan la adenilatociclasa. La ventaja de este
proceso radica en que amplía el mensaje, puesto que los niveles hormonales
en sangre son muy bajos e insuficientes para interaccionar con los receptores
y desencadenar la respuesta específica. El GMPc también actúa como
segundo mensajero y se ha comprobado que produce un efecto antagónico al
del AMPc. Actualmente se ha demostrado que los receptores juegan un papel
importante en la respuesta del sistema nervioso a los fármacos, disminuyendo
los niveles de AMPc.
b) Los receptores de la superficie celular también pueden abrir o cerrar canales
iónicos de la membrana plasmática. Estos receptores están acoplados a
canales de Ca2+ situados en ella. La apertura de estos canales favorece la
entrada de Ca2+ en la célula, permitiéndole actuar como segundo mensajero.
No necesariamente este segundo mensajero (Ca2+) ha de ser de procedencia
extracelular. Puede ser liberado por orgánulos intracelulares, como sucede en
la contracción del músculo esquelético. En este caso el calcio será liberado
por el retículo sarcoplásmico.
2.5. Permeabilidad de membrana: Transporte de pequeñas moléculas a través de la
membrana
Toda comunicación con el medio extracelular ha de estar mediada por la membrana
40
plasmática, puesto que es la estructura que envuelve a la célula. Así pues, la membrana
tendrá que permitir el intercambio de materiales necesarios para la vida celular.
Su bicapa lipídica actúa como barrera altamente impermeable, estando adaptada
para prevenir la pérdida de materiales hidrosolubles intracelulares. Esta impermeabilidad
no es por igual para todo tipo de sustancias, lo que hace que sea también una barrera
altamente selectiva.
Para comprender esta selectividad es necesario considerar los diversos mecanismos
por los cuales las moléculas atraviesan la membrana y que van a depender
fundamentalmente de la naturaleza y el tamaño de la molécula a transportar.
Básicamente hay dos mecanismos:
— Transporte pasivo, sin requerimiento de energía.
— Transporte activo, con requerimiento de energía.
2.5.1. Transporte pasivo
Es el que se realiza a favor de gradiente y sin consumo de energía metabólica. Las
membranas biológicas son permeables al agua y a las sustancias no polares. El paso a su
través lo van a realizar por difusión simple. Para que se pueda realizar este mecanismo se
requiere:
• Que exista un gradiente de concentración de la sustancia a transportar, es decir,
que la actividad iónica de la sustancia sea diferente a ambos lados de la
membrana, realizándose el transporte a favor del gradiente.
• Que la sustancia transportada sea soluble en la membrana.
Para este tipo de transporte no es necesario la presencia de proteínas
transportadoras. En este caso existen proteínas de transporte que forman «canales
acuosos»: se denominan proteínas del canal. Este tipo de transporte tiene la gran
ventaja de producir mayores velocidades que la difusión facilitada (Fig. 2.13a).
41
Figura 2.13. a) Esquema que representa las distintas formas del transporte de pequeñas moléculas a través
de la membrana: 1) proteínas del canal; 2) proteínas transportadoras. b) En el transporte activo media la
bomba Na+/K+, que bombea en contra de gradiente y con consumo de ATP, Na+ hacia el exterior y K+
hacia el interior.
Además, estos canales son susceptibles de abrirse mediante interacciones ligando-
receptor, denominándose canales regulados por ligando.
Se denomina difusión facilitada al mecanismo de transporte que permite el paso de
moléculas polares (iones, azúcares, aminoácidos, nucleótidos, etc.).
Para que se realice este tipo de transporte se requiere:
— Que exista un gradiente de actividad iónica. Si el soluto lleva una carga neta,
existirá además un gradiente eléctrico. Todas las membranas presentan
potenciales eléctricos, siendo su interior negativo respecto al exterior. Este
potencial actúa facilitando la entrada de iones cargados positivamente en la
célula y oponiéndose a la entrada de iones cargados negativamente.
— El gradiente de actividad y el gradiente eléctrico constituyen el gradiente
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electroquímico. Este gradiente va a determinar la dirección del transporte y
siempre se realizará a favor de éste.
— Para que este tipo de transporte se realice es necesario la presencia de proteínas
transportadoras, permeasas. Las permeasas se unen a la molécula a transportar
y la transfieren a través de la membrana sufriendo un cambio conformacional
(Fig. 2.13.a).
Existen en las membranas pequeñas moléculas hidrofóbicas, denominadas
ionóforos, que se disuelven en la bicapa lipídica y que aumentan la permeabilidad de la
membrana. Estas sustancias son producidas por microorganismos; suelen tener
propiedades antibióticas.
2.5.2. Transporte activo
Es el que se realiza contra gradiente y con consumo de energía metabólica. Para que
se realice este tipo de transporte han de existir, fundamentalmente, dos requerimientos:
1. La existencia de proteínas transportadoras que van a actuar como bombas,
impulsando el transporte de solutos en contra de gradiente.
2. El consumo de energía, lo que implica la hidrólisis de ATP. Este ATP es
principalmente producido mediante la fosforilación oxidativa en las
mitocondrias.
El transporte activo mantiene la diferencia de potencial existente en la membrana
(Fig. 2.13.b). Implicadas en este proceso existen dos tipos de proteínas:
• La bomba Na+ – K+. Actúa bombeando activamente y en contra de gradiente
Na+ hacia el exterior y K+ hacia el interior. Tiene actividad enzimática de
ATPasa.
• El canal de fuga de K+. Permite salir K+ de la célula a favor de su gradiente de
concentración. Este canal también es ligeramente permeable al Na+.
2.6. Permeabilidad de la membrana: Transporte de macromoléculas
Mediante la permeabilidad, las células permiten el paso de sustancias de pequeño
tamaño. Existen otros mecanismos por los que las células son capaces de absorber y
expulsar macromoléculas a través de su membrana.
2.6.1. Endocitosis
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El fenómeno por el cual la célula es capaz de tomar partículas del medio externo se
denomina endocitosis. Para que se realice se ha de producir una invaginación en la
membrana plasmática en la que se encuentra alojado el material extracelular a ingerir.
Esta invaginación queda convertida, por estrangulamiento, en vesícula, que se dispersará
en el interior de la célula. La vesícula contendrá el material ingerido.
Dependiendo del tamaño de las partículas englobadas habrá que distinguir distintos
tipos de endocitosis:
a) Cuando el material extracelular que se captura es líquido o contiene partículas
de pequeño tamaño se denomina pinocitosis.
b) Siel tamaño de las partículas ingeridas es muy grande, como es el caso de
ingestión de microorganismos o residuos celulares, se le denomina
fagocitosis.
Las vesículas de endocitosis pueden presentar un tamaño variable que oscila entre
50 y 400 nm. Las vesículas pinocíticas muestran un diámetro medio de 65 nm. Su
observación a la microscopia electrónica se realiza, debido a su reducido tamaño,
añadiendo al medio de cultivo partículas densas a los electrones de 100 Å, que
rápidamente quedan englobadas en las vesículas pinocíticas.
Es muy frecuente observar en el citoplasma de las células eucarióticas vesículas
endocíticas que presentan un diámetro entre 50 y 250 nm y que se encuentran revestidas
por una proteína mayoritaria: la clatrina. A estas vesículas se las denomina vesículas
cubiertas o coated vesicles.
La clatrina es una proteína de 180.000 D, que se organiza junto con otros
polipéptidos menores de aproximadamente 35.000 D en una unidad denominada
trisquelión. El trisquelión es la unidad básica del ensamblaje de la cubierta de estas
vesículas que se organiza en una red de pentágonos y hexágonos.
El fenómeno de endocitosis y, por tanto, de sus vesículas está directamente
relacionado con los microfilamentos situados debajo de la membrana plasmática.
El proceso de endocitosis se realiza de forma continua en casi todas las células
eucarióticas, de manera que constantemente están ingeriendo fragmentos de membrana.
La velocidad de ingestión dependerá del tipo celular.
Las vesículas endocíticas pueden seguir distintas rutas:
• Fusión con los lisosomas primarios formando lisosomas secundarios. Resultado
de esta fusión es la digestión intracelular del material contenido de la vesícula y
su aprovechamiento por la propia célula. Las membranas de las vesículas no
sufren degradación y vuelven a incorporarse a la membrana plasmática
(reciclaje de membrana).
• Pueden atravesar el citoplasma completo de la célula sin fusionarse con ningún
otro orgánulo, únicamente transportando el material ingerido y vertiéndolo, por
exocitosis, en otro punto de la membrana plasmática. Este proceso pinocítico se
denomina micropinocitosis y acontece en las células endoteliales de los
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capilares sanguíneos.
Las vesículas cubiertas intervienen en el proceso de transportar macro-moléculas
específicas del medio extracelular al interior de la célula mediante el reconocimiento
específico de estas sustancias por receptores. El complejo formado por esta interacción
induce la formación de una depresión revestida. A este proceso se le denomina
endocitosis mediada por receptor. Tiene dos ventajas fundamentales:
a) Es sumamente específico. De esta manera se transmite la inmunidad materna,
ya que los anticuerpos de la madre se unen a los receptores superficiales del
saco vitelino y, mediante este tipo de endocitosis, pasan al interior de las
células, siendo secretados a la circulación fetal.
b) Es un proceso mucho más rápido que la pinocitosis, ya que restringe la entrada
de líquido y permite que entren más ligandos específicos.
La especificidad del proceso es tan grande que en el caso de que la célula necesite
una determinada sustancia y el receptor no exista insertado en la membrana plasmática,
la célula lo sintetiza, lo sitúa y lo inserta en la zona de la membrana requerida por la
célula de forma que se forme el complejo ligando-receptor. El receptor del colesterol
siempre se sitúa en la depresión revestida mientras que otros receptores (insulina, factor
de crecimiento epidérmico) lo hacen en la superficie de la membrana y, solamente una
vez que se realiza la interacción ligando-receptor, se sitúan en la depresión revestida.
Una vez formado este complejo, se forma la vesícula revestida que pasará por
distintas etapas:
a) En el caso del receptor del colesterol, se sitúa e inserta en la depresión revestida
y se une al ligando o macromolécula específica, originándose una vesícula
revestida que contiene el complejo ligando-receptor.
b) La vesícula revestida se adentra en el citoplasma y rápidamente pierde dicho
revestimiento, quedando convertida en una vesícula de superficie lisa.
c) La vesícula lisa se fusiona con otras vesículas, ya sean lisas o revestidas,
formándose una vesícula de gran tamaño, denominada endosoma.
d) El endosoma se elonga, formando una vesícula con dos porciones; una
«tubular», que aloja a los receptores y otra «vesicular», que contiene a los
ligandos. Se denomina vesícula CURL (compartimento de desacoplamiento
del ligando y receptor). El hecho de que exista esta disociación entre ligando y
receptor es debido a una disminución del pH en el interior de la vesícula
CURL debido al transporte activo de H+.
e) Separación de ambas porciones. La «tubular», con los receptores, se incorpora
de nuevo a la membrana plasmática y la «vesicular» se une con lisosomas
primarios, siguiendo la ruta que anteriormente se ha descrito. De esta forma se
recuperan los receptores y no son digeridos por los lisosomas (Fig. 2.14).
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Figura 2.14. Esquema de la endocitosis medidada por receptor. Los receptores se unen a los ligandos en las
vesículas revestidas (a) o bien el ligando se une al receptor y una vez formado el complejo migra a la
depresión revestida (b). La vesícula cubierta formada pierde su revestimiento y sufre distintas
transformaciones, como ilustra el esquema, con el fin de degradar el material endocitado y recuperar los
receptores.
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No siempre es así el mecanismo. A veces, en la endocitosis mediada por receptores
que no se sitúan en la depresión revestida, no se separa el complejo ligando-receptor y
los receptores son degradados por los lisosomas primarios. Se denomina al proceso
regulación por disminución del receptor.
2.6.2. Fagocitosis
La fagocitosis es una variedad de endocitosis por la cual se capturan partículas de
gran tamaño que se engloban en vacuolas fagocíticas. El material ingerido será
degradado por los lisosomas y utilizado posteriormente como alimento por la célula.
Este mecanismo actúa en muchos microorganismos como un factor de alimentación
y/o de defensa contra agentes patógenos. También está muy desarrollado en células del
sistema retículoendotelial: macrófagos, neutrófilos, histiocitos, etc.
Para que se realice la fagocitosis deben existir en la superficie celular receptores
específicos para las sustancias a englobar. Los que mejor se conocen son los que
reconocen a las moléculas de los anticuerpos (Figura 2.15).
Figura 2.15. Esquema que ilustra la fagocitosis. a) Este mecanismo se realiza mediante la presencia de
receptores que determinan la sustancia a fagocitar y se desarrolla mediante un mecanismo en cremallera,
determinando el englobamiento de la partícula; b) si la partícula a fagocitar no presenta en toda su superficie
ligandos que han de ser reconocidos por los receptores, el mecanismo en cremallera no se produce y, por
tanto, no se realiza la fagocitosis.
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2.6.3. Exocitosis
Es un fenómeno de transporte de macromoléculas encerradas en vesículas
citoplásmicas desde el interior de la célula al medio extracelular.
Las vesículas dispersas por la célula y cargadas de materiales han de acercarse a la
superficie celular y descargar su contenido. Una vez que las vesículas son guiadas por
las corrientes citoplásmicas y por elementos del citoesqueleto, acontece la fusión de las
membranas vesicular y plasmática. Esta fusión se realiza de tal manera que, en su
primera fase, aparece a la microscopia electrónica la imagen de una membrana con cinco
capas, tres oscuras y dos claras, como resultado de la fusión de la monocapa lipídica
interna de la membrana plasmática. Esta imagen desaparece para dar lugar a la rotura de
la membrana y a la descarga de su contenido en el medio extracelular (Fig. 2.16).
Figura 2.16. En la exocitosis se produce fusión de la membrana de la vesícula con la membrana plasmática
para producir la descarga del contenido vesicular al medio extracelular. a) vesícula migrando hacia la
periferia; b) fusión de la membrana vesicular y plasmática. En estafase aparece en la microscopía
electrónica una imagen de membrana pentalaminar; c) la imagen pentalaminar desaparece; d) se fusionan las
membranas vesicular y plasmática y se produce la descarga del material al medio extra-celular.
El material expulsado va a poder seguir distintos destinos finales:
a) Quedar adherido a la superficie celular.
b) Ser incorporado a la matriz extracelular.
c) Ser difundido al medio interno sirviendo como alimento o señal a otras células.
El origen del contenido de la vesícula también es muy diverso:
a) Origen endógeno, procedente de la síntesis o degradación de los distintos
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orgánulos.
b) Origen exógeno, como es el caso de la micropinocitosis, material capturado por
la célula mediante endocitosis y liberado por ella misma mediante exocitosis.
Algunas sustancias se liberan de forma continua mientras que otras han de esperar
una señal mediada por un mensajero químico (hormona) que se une a los receptores de
membrana y que conduce al aumento de iones Ca2 + en el citosol, provocando la
exocitosis.
Así pues, el Ca2+ juega un papel muy importante en el mecanismo de la exocitosis.
A su vez, el Ca2 + necesita para su actuación la cooperación de la proteína calmodulina
y del ATP. La calmodulina sufre un cambio conformacional al interaccionar con la
molécula de Ca2 +.
Esta proteína representa el 1 por 100 de la proteína total celular y se encuentra
asociada a los elementos del citoesqueleto, por lo que se piensa que debe de
interaccionar en la regulación de sus funciones.
Las membranas de las vesículas incorporadas a la membrana plasmática, una vez
liberado el producto, vuelven a ser recuperadas en el interior de la célula mediante
endocitosis. Es decir, existe continuamente un equilibrio entre exocitosis y endocitosis
que aseguran el volumen celular.
2.7. Diferenciaciones de la membrana plasmática
La membrana plasmática presenta numerosas especializaciones que van a depender
de la adaptación de la célula a sus diferentes funciones. Estas diferenciaciones se van a
poder localizar en todas sus superficies: basales, laterales y superficiales.
Las células epiteliales presentan numerosas diferenciaciones en la superficie apical:
microvellosidades, estereocilios, cilios. Asimismo, en la superficie basal existen
diferenciaciones, como son las invaginaciones de la membrana plasmática basal en las
células epiteliales que tapizan el tubo contorneado proximal del riñón formando el
laberinto basal.
Las superficies laterales de las células establecen contacto con las células
adyacentes mediante modificaciones de sus membranas plasmáticas estableciendo
interacciones celulares denominadas uniones intercelulares.
2.7.1. Uniones intercelulares
Este tipo de especialización ocupa unas porciones muy estrechas de la membrana
plasmática, de modo que para su visualización se requiere el microscopio electrónico o
la técnica de criofractura.
Existen diversos tipos de uniones intercelulares: uniones estrechas, impermeables u
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ocludens; uniones en hendidura o comunicantes y uniones adherentes o de adherencia.
A) Uniones estrechas
Impiden el paso libre de las moléculas a través de las superficies laterales de las
células, actuando de barrera de permeabilidad altamente selectiva y separando los
líquidos internos y externos cuyas concentraciones son distintas.
Exponiendo células que presentan este tipo de unión a una solución con sustancia
densa a los electrones, se observa cómo ésta penetra por los espacios intercelulares
llegando hasta las uniones estrechas, no pudiendo pasar de este punto. Se sitúan por
encima de los desmosomas en banda.
La unión estrecha se caracteriza:
a) Por la no existencia de espacio intercelular entre las dos células adyacentes.
b) Por la presencia de proteínas en las dos membranas plasmáticas que establecen
contacto directo a través del espacio intercelular como si se tratase de una
cremallera. Estas proteínas constituyen las «hebras de cierre».
c) Por la existencia de cadenas de filamentos del citoesqueleto que refuerzan la
unión (Fig. 2.17).
Figura 2.17. Unión estrecha. Se sitúan por debajo de la superficie apical celular. Está formada por
numerosas hebras de cierre situadas a modo de cremallera. Existe además una red de filamentos
citoplásmicos que refuerzan la unión.
El número de hebras de cierre constituyen una barrera de permeabilidad. Cuanto
mayor sea el número de hebras, más impermeable será la unión intercelular.
La superficie apical de los enterocitos ha de evitar el paso de ciertas sustancias que
han de dejar en su luz y permitir el paso de otras a través de su superficie interolateral.
Van a intervenir dos tipos de proteínas localizadas, unas en la superficie apical y otras en
la superficie inferolateral de la célula, que producen un flujo direccional de las sustancias
transportadas (glucosa, sodio), debido a que las uniones herméticas impiden la difusión
lateral de estas proteínas implicadas en el transporte.
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B) Uniones en hendidura, comunicantes o tipo GAP
Son uniones que permiten el paso de sustancias de una célula a otra acoplándolas
eléctrica y metabólicamente. Basado en la utilización de diferentes técnicas, se ha
llegado a establecer un modelo, según el cual estas uniones están formadas por la
aposición de estructuras exagonales situadas en la membrana plasmática de las células
contiguas, dejando un canal acuoso central de 15 Å de diámetro que permite la
comunicación y el paso de sustancias de una a otra célula.
Cada estructura exagonal, de naturaleza proteica, constituye un conexón. Las
uniones en hendidura están formadas por numerosos conexones asociados. A este nivel
el espacio intercelular disminuye de 250 Å a 30 Å, aproximadamente (Fig. 2.18).
Figura 2.18. Las uniones en hendidura están formadas por estructuras de naturaleza proteica que constituyen
el conexón. La aposición de dos conexones en las membranas plasmáticas de células contiguas crean un
canal de paso. Cada unión en hendidura está formada por numerosas aposiciones de conexnes.
En las células que transmiten numerosos impulsos eléctricos: contracción de las
células musculares cardíacas, contracción de las células musculares lisas del intestino
(movimiento peristáltico), las uniones en hendidura se denominan sinapsis
electrotónicas. En estas circunstancias no hay necesidad de sustancia que transmita el
mensaje.
En los peces eléctricos, la fuerza del choque eléctrico depende de la sincronización
de las motoneuronas de la médula espinal relacionadas entre sí por uniones GAP.
C) Uniones adherentes
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A este tipo de unión se le denomina desmosoma. Las uniones adherentes mantienen
unidas mecánicamente a las células haciendo que el conjunto funcione como una unión
estructural. Aparecen con mayor abundancia en los tejidos que están sometidos a
tracciones mecánicas, como el cardíaco y el epitelial.
Existen varios tipos de desmosomas: los desmosomas en banda y los desmosomas
puntuales.
a) Desmosomas en banda o zónula adherente
Se sitúan por debajo de la unión estrecha, formando una banda o franja continua
alrededor del polo apical de cada una de las células epiteliales (Fig. 2.19).
Figura 2.19. Esquema general que representa los distintos tipos de uniones intercelulares: 1) uniones
estrechas; 2) desmosomas en banda; 3) desmosomas puntuales; 4) uniones en hendidura, y 5)
hemidesmosomas.
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Constan de varias partes:
• Material filamentoso extracelular, cuya composición es mal conocida. Contiene
sustancias que interaccionan con los receptores de superficie.
• Membranas plasmáticas de las dos células contiguas.
• Placas desmosómicas por debajo de las dos membranas plasmáticas que forman
el desmosoma en banda. Están formadas por proteínas: talina y vinculina.
• Filamentos de actina. Forman una franja o banda continua alrededor de la célula.
Se anclan en las placas desmosómicas.
Junto a los filamentos de actina existen otras proteínas, como miosina,
tropomiosina y filamina.
Los desmosomas en banda intervienen en la formación del tubo neural