Capitulo 5- La celula y el medio

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Resumen de Biología – Cuadernillos Negros
Capítulo 8 – La célula y el medio
Parte I – comunicaciones entre células, diferenciaciones de membrana
Diferenciaciones de membrana
Microvellosidades
Las Microvellosidades son muy abundantes en el epitelio intestinal, donde aumentan la superficie efectiva de absorción. Las Microvellosidades aumentan la superficie apical a través de la cual se hace un intercambio intenso en ambas direcciones. En general, aumentan notablemente la superficie de intercambio entre la célula y el medio. 
Uniones intercelulares
Las células interactúan con sus vecinas y con componentes de la matriz extracelular. Entonces las células forman barreras para el pasaje de microorganismos y aun de solventes y solutos menores. Algunas de las moléculas de adherencias son componentes de las uniones intercelulares. Relacionan superficies de membrana de células contiguas y también se fijan al citoesqueleto. Son un grupo de proteínas que se unen flojamente a manera de un velcro, a células vecinas, constituyen un paso previo necesario para el establecimiento de las uniones intercelulares que proporcionan áreas más robustas de contacto a manera de “remaches”.
Las uniones intercelulares se clasifican en tres grupos: 
- estrechas u oclusivas 
- uniones de anclaje, como los desmosomas, hemidesmosomas y uniones adherentes
- hendidura, comunicantes, plasmodesmos, uniones gap o nexus 
Uniones estrechas
Las uniones estrechas “pegan” a las células vecinas dentro de la misma capa de epitelio. Las moléculas y los iones del lumen deberán atravesar las células del epitelio o difundir a través de las uniones. Características de las uniones estrechas:
1. Las uniones estrechas impiden a la mayoría de las moléculas cruzar el epitelio entre las células. El agua puede difundir a través de ellas pero la mayoría de los iones o incluso las macromoléculas no pasan.
2. Las uniones estrechas mantienen los dominios diferentes de la membrana en las células epiteliales, condición necesaria para el transporte a través de las células. Permite el transporte vectorial (en un solo sentido) 
Uniones de anclaje: desmosomas, hemidesmosomas y uniones adherens
Las células que conforman tejidos y órganos deben fijarse entre sí y a la matriz extracelular. Las uniones de anclaje mantienen las células juntas y también proporcionan cohesión estructural a los tejidos.
Uniones en hendidura, gap o nexus. 
No sellan membranas entre sí ni restringen el pasaje de material entre ellas. Esta compuesta por una serie de canales pequeños que permiten el pasaje de moléculas pequeñas. Los nexus permiten el acoplamiento eléctrico y metabólico entre las células, de modo que la señal iniciada en una célula puede propagarse velozmente a las vecinas.
Plasmodesmos
Las células vegetales tienen paredes rígidas de polisacáridos ricas en celulosa, de tal modo que las mantienen en su posición, constituyendo su sostén. La comunicación entre las células se da por plasmodesmos, que cumplen la función de los nexus en células animales. Son delgadas prolongaciones del citoplasma entre las células con un desmotúbulo en el centro, que conecta dos cisternas del REL, una de cada célula.
Parte II – Comunicaciones entre las células y su ambiente. Transducción y propagación de señales.
Tipos de señales químicas
Han evolucionado grupos de células especializadas capaces de secretar y fabricar señales, son las células y glándulas autocrinas, endócrinas y paracrinas. También evolucionaron sistemas circulatorios que pueden llevar alimento o y nutrientes a todos los rincones del organismo. Las glándulas endocrinas que liberan sus hormonas al torrente sanguíneo por el que viajan a lugares distantes hasta las células capaces de reconocer el mensaje, portadoras de receptores que reconocen esa hormona. 
Las células nerviosas tienen prolongaciones que pueden atravesar largas distancias hasta llegar a sus células blanco. Existen dos tipos de transmisión según el tipo de contacto o sinapsis entre la prolongación nerviosa (presináptica) y la célula a la que llega (postsináptica). 1) cuando el contacto es muy intimo, el mensaje podrá transmitirse directamente por corrientes eléctricas que alteran el potencial eléctrico de las membranas y asi se abrirán canales iónicos sensibles a voltaje. 2) sinapsis química, la neurona es capaz de liberar sustancias químicas especiales (neurotransmisores), al espacio intercelular. El neurotransmisor se une a receptores específicos de la membrana plasmática de la celula postsináptica. 
Algunas moléculas señal, hormonas y vitaminas hidrofóbicas, son de origen lipídico, son capaces de atravesar la membrana plasmática y se unen a receptores intracelulares en el citoplasma. Las hormonas esteroideas como las sexuales producidas en las gónadas y los corticoides se unen a receptores citosólicos. Los receptores son capaces de unirse a secuencias especificas de ADN en el nucleo y asi activar o suprimir la expresión de ciertos genes. En un primer paso, se expresan es decir se traducen ciertos genes que luego inducen la expresión de otros mas tardíos. 
Las que son de origen proteico son incapaces de atravesar la membrana plasmática y por eso existen receptores a nivel de membrana. Las señales tienen un ligando proteico que se une al dominio extracelular de la proteína canal correspondiente y asi puede entrar a la celula.
Receptores de membrana
Las hormonas hidrofilicas, las moléculas de los neurotransmisores más cercanos y los factores de crecimiento se unen a receptores de membrana, de los que hay tres diferentes tipos que son proteínas integrales. 
1. ionotrópicos o receptores acoplados a un canal: tienen un canal iónico en su propia estructura, que se abrirá cuando se una el neurotransmisor o el ligando correspondiente. Son proteínas formadas por varias cadenas o subunidades proteicas (usualmente cinco subunidades) que atraviesan varias veces (4) la membrana. Son receptores de neurotransmisores como la acetilcolina o el glutamato o el GABA, y son transductores muy rápidos de la señal, permitiendo la generación de corrientes iónicas que pueden ser conducidas a lo largo del axón de una neurona. 
2. Receptores acoplados a proteínas G, capaces de asociarse a una proteína de membrana que liga GTP que traducirá la señal por activación o inhibición de otra enzima de la membrana. Son monoméricos y atraviesan siete veces la membrana plasmática. Una parte de la cadena proteica que queda mirando hacia dentro de la celula, es la principal responsable de la unión con la proteína G. algunas de ellas son capaces de activar la enzima adenilato ciclasa, que producirá el mensajero intracelular AMPC, otras la inhibirán y otras activarán fosfolipasas como la PLC, que degradan fosfolípidos de la membrana liberando mensajeros derivados. Otras actuaran directamente sobre canales iónicos modificando su estado.
3. Receptor con actividad de enzima o muy fuertemente asociado a una enzima. En general están formados por una proteína integral que atraviesa una sola vez la membrana. Se conocen cinco tipos diferentes, las más abundantes son las tirosina-kinasas y receptores acoplados a tirosina-kinasas. La unión del ligando correspondiente produce la formación de dímeros. Estos activan la proteína kinasa que en general fosforila al propio receptor en varias tirosinas. Esos residuos fosforilados son los sitios de unión para otras proteínas que son mediadores intracelulares de la señal. 
Transducción de la señal recibida por los receptores de membrana
Proteínas G y proteínas-kinasas
La familia de proteínas G tiene miembros como la Gs que estimula la adenilato ciclasa (AC) o como la Gi que inhibe la misma enzima, las Gq que estimulan la fosfolipasa C (PLC) y las Gk que actúan sobre canales de K+.
Un mismo tipo de proteína G en un mismo tejido produce la misma respuesta, más allá del ligando o señal que la activo. En cambio, un mismo receptor puede producir distintas respuestas en distintos tejidos.
Una vez que se une el ligando desde el exterior de la celula,el receptor se acopla a la proteína G. Ésta tiene tres subunidades (trimérica): actúa como GTPasa (degrada el GTP a GDP) y tiene usualmente unido GDP. Cuando el receptor es activado se activa la subunidad alfa uniéndose a GTP. Luego, lo degrada y se vuelve a inactivar. Mientras es activa, en general se disocia de las otras dos subunidades, beta y gama, capaces de actuar sobre otra proteína de membrana como la enzima adenilato ciclasa o la fosfolipasa C, que producirán un mensajero intracelular o segundo mensajero, ya que se trata de una molecula que está dentro del citoplasma. 
Como un ejemplo de la actividad de las proteínas G acopladas a AC, tenemos la adrenalina en la celula muscular.
La adrenalina, hormona secretada por las glándulas suprarrenales o adrenales, viajará por la sangre alcanzando el musculo. Allí se unirá a sus receptores beta-adrenérgicos, que activarán proteína Gs que activará AC produciendo un aumento en la concentración de AMPc. Este aumento activará la PKA que fosforila a la fosforilasa kinasa que a su vez fosforila a la glucógeno fosforilasa. Entonces esta enzima es capaz de separar moléculas de glucosa del glucógeno almacenado en le musculo. La PKA actúa todavía sobre otra enzima, la glucógeno sintetasa, que es la encargada de sintetizar el glucógeno. Al estar fosforilada, la enzima está inhibida y no puede hacerlo. Asi, se contribuye a aumentar la glucosa disponible para la glucólisis. Se almacena mucha energía en forma de ATP, disponible para un gran consumo en poco tiempo.
En otras células, el aumento de AMPc y la consiguiente activación de PKA puede llegar a activar la expresión de ciertos genes. Estos efectos se terminan por acción de proteína fosfatasas que desfosforilan las proteínas que fueron fosforiladas.
Solo entre los receptores que responden a acetilcolina, podemos contar cinco diferentes ligados a proteínas G además de tres o más variantes de receptores colinérgicos ligados a un canal catiónico. Entre los receptores colinérgicos acoplados a proteínas G, los hay acoplados a Gq es decir que activan la PLC. Como resultado de la degradación de fosfatildilinositol por la PLC, se liberan inositoles polifosfatos como IP3 y diacilglicerol. 
El IP3 produce liberación de Ca2+ aumentando su concentración en el citosol. El Ca2+ es un mensajero para muchas señales diferentes. El diacilglicerol puede por un lado activar la PKC y por otro, degradarse aún más, liberando ácido araquidónico que es otro mensajero intracelular. Aunque también puede ser sustratos para la síntesis de ciertas moléculas importantes: los eicosanoides, que son liberados al espacio extracelular y actúan como secreciones paracrinas o incluso autocrinas, produciendo variados efectos según el sitio.
Las proteína-kinasas fosforilan a determinadas proteínas, es decir que son específicas y en general, hay dos tipos principales: las serina/treonina kinasas que fosforilan en esos residuos de aminoácidos y las tirosina-kinasas que fosforilan residuos de tirosina.
La PKC es una serina/treonina cuyo sustrato (la proteína que fosforila) depende del tipo celular. Está muy concentrada en el sistema nervioso, especialmente en el cerebro donde fosforila canales iónicos. Su activación produce su translocación del citosol a la membrana plasmática. También pueden llegar a inducir la expresión de ciertos genes. 
Receptores kinasas
El primer receptor descripto de un factor de crecimiento fue el receptor tirosina-kinasa para el factor de crecimiento de la epidermis (EGF). Es una sola cadena polipeptídica que atraviesa una vez la membrana plasmática. Cuando el ligando se une al receptor estimula a las células a dividirse. Se activa su función enzimática de kinasa y se autofosforila, a la vez que fosforila otras proteínas mediadoras intracelulares. Inmediatamente el receptor formará un dímero que posibilitará la fosforilación de uno de los monómeros por el otro. En esos residuos de tirosina fosforilados, se unirán varias proteínas transductoras diferentes que será diferente según los factores de crecimiento y los receptores involucrados en la señal, teniendo como resultado diferentes respuestas, que pueden llegar a ser mensajes al nucleo que disparen la expresión de ciertos genes, que llevarán a la diferenciación de la celula o de otros que llevan a su proliferación o aun de algunos que disparen un programa de muerte celular.
Entre las proteínas que se unen al complejo, Ras es una GTPasa pequeña monomérica que interviene en varias cascadas de transducción de señales. Cuando está unida a GDP está inactiva, y se activa al unirse al GTP. Una vez activada, conduce a la inducción de la expresión de ciertos genes en el nucleo que terminan induciendo la proliferación de la celula. Hay algunas formas de Ras que no se desactivan porque permanecen unidas a GTP y no pueden degradarlo, son una mutación recesiva que da una proteína que perdió su actividad de GTPasa, entonces las células que la poseen proliferan todo el tiempo.
Parte III – Las células y su entorno: matriz extracelular
En los animales el entorno de cada celula puede estar conformado por otras células o bien por la matriz extracelular (ME). La ME es una suerte de relleno que ocupa el espacio existente entre las células. Puede adaptarse a una notable diversidad de funciones biológicas, las cuales no son solamente de tipo mecánico o estructural sino que se extienden a la regulación de las formas y funciones de las células con las que está en contacto, las que a su vez son las que la forman.
Composición
La síntesis de los componentes de la matriz extracelular está a cargo de los fibroblastos y se expresa con una secreción local constituida por macromoléculas –glucoproteínas- las que según su estructura y función pueden agruparse en tres tipos: a) los proteoglucanos b) las fibroproteínas (colágeno, elastina) y c) las proteínas de adhesión.
Proteoglucanos 
Se encuentran entre las moléculas de mayor tamaño sintetizadas por los vertebrados, se caracterizan por estar altamente hidratados, ya que retienen agua, adoptando una conformación extendida (no plegada) que los lleva a ocupar un gran volumen, por lo que en medio acuoso y aun en bajas concentraciones, producen soluciones viscosas (liquido sinovial) o bien forman geles hidratados (como los cartílagos).
Fibroproteínas
La superfamilia de los colágenos
Son glucoproteinas, proteínas fibrilares, son sintetizadas en los fibroblastos bajo la forma de precursores de menor peso molecular y completan su ensamble y orientación fuera de la celula. 
Se han caracterizado 20 tipos distintos de colágenos, que presentan un rasgo distintivo en común: la repetición de un triplete de aminoácidos (motivo) característico (gli-X-Y) donde X es prolina (frecuentemente), e Y es hidroxiprolina alanina o hidroxilisina; glicola invariablemente encabeza cada triplete de aminoácidos. Si bien este motivo no es exclusivo de los colágenos, los componentes de esta familia son carentes del aminoácido azufrado cisteína. 
Otro aspecto distintivo es la longevidad, pueden transcurrir meses o años hasta que una fibra colágeno madura sea reemplazada por otra nueva. Cada colágeno está compuesto por unidades repetitivas denominadas tropo colágeno, la cual está constituida por tres cadenas polipeptídicas trenzadas entre sí.
Elastina
Es una clase de proteína insoluble en agua, presente en la ME de aquellos tejidos que, bajo condiciones normales de funcionamiento, están sujetos repetidamente a ciclos de tensión, deformación y recuperación.
Las fibras elásticas no resultan del simple ensamble de tropoelastina, pues se han encontrado siempre junto a ellas unas fibrilinas que juegan un rol esencial en la orientación y mantenimiento de la integridad de las redes de fibras elásticas.
Las fibrilinas tienen un alto contenido del aminoácido cisteína, por lo tanto puede formar numerosos enlaces covalentes (puentes disulfuro) tanto para mantener su estructura como para asociarse con elastina. 
Las proteínas de adhesión
Son proteínas que forman estructurasque unen matriz con matriz y matriz con célula. Ejemplos como la familia de las fibronectinas y la Laminina.