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1 HISTOLOGÍA Lic. Kinesiología y Fisioterapia QUÍMICA Biomembranas: La célula es la unidad más pequeña que posee todos los atributos de la vida. En la actualidad se visualiza a la célula como un conjunto de moléculas que interactúan entre sí y con su medio ambiente de una manera única y especial. Estas moléculas se combinan formando polímeros o también llamados MACROMOLÈCULAS, estos están constituidos por muchas copias de unas pocas moléculas pequeñas entre sí por enlaces covalentes que se llaman MONÓMEROS. Los ácidos nucleicos son macromoléculas formados por monómeros llamados NUCLEÓTIDOS, las proteínas tienen sus monómeros que son los aminoácidos (aa). Existen otras moléculas pequeñas como los LÍPIDOS, que son importantes para formar la estructura básica de las membranas celulares, estos se cohesionan por interacciones no covalentes constituyendo el modelo de mosaico fluido. PROTEÍNAS: Son biopolímeros de elevado peso molecular que cumple un rol estructural como el colágeno y la elastina, también muchas actúan como enzimas, otras como hormonas en el caso de la insulina y también como neurotransmisores en el caso de la adrenalina. También encontramos proteínas transportadoras como la hemoglobina que lleva el oxígeno de los glóbulos rojos para distribuirlos a todos los tejidos. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 2 En el caso del colágeno, esta proteína tiene función de brindar un gran soporte mecánico a los tejidos de la piel Aminoácidos (aa): Todas las proteínas están constituidas por 20 diferentes clases de aminoácidos, estos se encuentran constituidos por un grupo amina, un carboxilo, un átomo de hidrógeno y un resto lateral R unido al carbono alfa. Los alfa aminoácidos se clasifican en tres grandes grupos: 1. Neutros o Apolares: 1.1 Alifáticos: Glicina, alanina, valina, leucina e isoleucina 1.2 Aromáticos: fenilalanina, tirosina, triptófano 1.3 Con Azufre: Metionina 2. Polares sin carga: 2.1 Con función alcohol: Serina, treonina 2.2 Con azufre: Cisteína 2.3 Con Nitrógeno: Asparagina y glutamina 2.4 Cíclico: Prolina 3. Básicos o Cargados (+): Lisina, arginina e histidina 4. Ácidos o Cargados (-): Ácido aspártico y ácido glutámico Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 3 Los aminoácidos son sustancias anfóteras es decir pueden reaccionar como un ácido y también como bases. La carga del mismo depende del pH del medio También se encuentran unidos por uniones o enlaces peptídicos. No todos los aa se sintetizan en el cuerpo, si no que algunos son incorporados a través de la gesta de alimentos que contienen ciertas proteínas formadas por estos aminoácidos denominados ESENCIALES. ESTRUCTURAS DE LAS PROTEÍNAS: Las proteínas se empiezan a formar por el encadenamiento de aa y van adquiriendo la forma tridimensional por sucesivos plegamientos. Es decir, comienzan por una estructura básica o primaria, luego una secundaria la cual se pliega para formar una estructura terciaria y por último se acopla a otras cadenas para formar la estructura cuaternaria. 1. Estructura primaria: Es la secuencia de aa que forman en la cadena peptídica y se determina por la cantidad y la clase de aminoácidos que forman la cadena, cada secuencia es específica de cada proteína y establecida genéticamente. Cualquier cambio que se produzca en esta secuencia de aa puede llevar un mal funcionamiento de la proteína Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 4 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 5 2. Estructura Secundaria: La secuencia de aa y la capacidad de formar puentes de hidrógeno entre las cadenas laterales determinan el tipo de enrollamiento ya sea Alfa Hélice u Hoja plegada Beta 3. Estructura Terciaria: Una cadena puede contener segmentos alfa hélice y segmentos de lámina plegada beta que a su vez puede plegarse sobre sí mimas. De acuerdo a este plegamiento podemos distinguir a las proteínas Globulares (Anticuerpos, hemoglobina, mioglobina) o Fibrilares (Colágeno y elastina). En esta instancia cuando hay una falla se produce la Desnaturalización de las proteínas es decir pierden su función. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 6 Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 7 4. Estructura Cuaternaria: Está determinada por la asociación de varias cadenas polipeptídicas como la hemoglobina que está constituida por cuatro cadenas polipeptídicas. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 8 CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS: Composición Conformación Función ● Simples: solo por aminoácidos ● conjugadas: unidas a otros compuestos ej. Nucleoproteínas, Lipoproteínas, Fosfoproteínas, Metaloproteina. ● Fibrosas: son insolubles en agua como colágeno y queratina ● Globulares: son solubles en agua como la hemoglobina ● Transportadoras: Hemoglobina, Transferrina y Albúmina ● De defensa: Inmunoglobulinas o anticuerpos ● Soporte estructural y mecánico: Colágeno, elastina y queratina ● Catalizadores biológicos o enzimas: Lipasas, Fosfoquinasas, Hormonas ACIDOS NUCLEICOS: Existen dos tipos, ADN y ARN. Cada organismo lleva en cada una de sus células al menos una copia de toda la información genética, a lo que se denomina GENOMA, estos se encuentran formados por los cromosomas. Los cromosomas son estructuras celulares fácilmente visualizables como cilindros gruesos y densos durante la división celular. Estos cromosomas están Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 9 compuestos por ADN y proteínas llamadas histonas. Las histonas forman un “carretel” alrededor del cual se enrollan dos vueltas de ADN. En cada organismo una parte del genoma es capaz de transcribirse para permitir la expresión de su información y dirigir la síntesis de moléculas de ARN y proteínas: estos segmentos legibles son los genes. Un gen es un segmento de una molécula filamentosa muy larga de ADN, que determina los rasgos hereditarios y, al controlar la síntesis de proteínas, regula la mayoría de las actividades que tiene lugar en las células del organismo durante toda la vida. 1. Composición Química: Tanto el ADN como el ARN están formados por la unión de moléculas de fosfato con moléculas de pentosas y bases nitrogenadas. La pentosa del ADN es Desoxirribosa mientras que la pentosa del ARN es Ribosa. Mnemotecnia ADN: Aníbal Troilo / Carlos Gardel Adenina Timina/ Citosina Guanina ARN: Adenina Timina / Citosina Guanina Se llama nucleósido a la combinación de una base con una pentosa, Nucleótido a la asociación de un nucleósido + un ácido fosfórico. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 10 2. Estructura del ADN: Forma moléculas extremadamente largas, de elevado peso molecular. El modelo de Watson y Crick es el actualmente aceptado y presenta la estructura de ADN de la siguiente manera: la molécula de ADN es una doble cadena helicoidal; los parantes de la escalera están formados por la unión del fosfato con la pentosa, mientras que los escalones tan formados por las bases nitrogenadas, apareadas de manera que siempre se unan una base púrica con una pirimídica (asociaciones A-T o C-G). Las dos cadenas los nucleótidos se mantienen unidas por las bases por medio de enlaces puente hidrógeno. La secuencia de bases de una de las cadenas de nucleótidos puede variar, pero en la otra cadena la secuencia tiene que ser complementaria. Esta complementariedad es importante para el mecanismo de duplicación o replicaciónde la molécula de ADN. La estructura del ADN es independiente de la secuencia de bases y puede sufrir tres fenómenos: la desnaturalización o separación de las cadenas; la renaturalización o unión entre cadenas; o la hibridación, que es cuando se unen cadenas que provienen de ADN distintos. 3. Estructura del ARN: El ARN es monocatenario dado que solo se forman puentes hidrógeno apareados entre bases nitrogenadas como consecuencia del enrollamiento de la cadena de nucleótidos (A-U o C-G). - ARN mensajero: representa el 5% del total, se encuentra en el núcleo de la célula y en el citoplasma. Recibe este nombre porque lleva el mensaje que obtuvo del ADN a los ribosomas. - ARN ribosomal: representa el 80% del contenido total. Su función es estructural ya que conforman a los ribosomas (RER). Los Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 11 ribosomas están compuestos por dos subunidades, una aproximadamente del doble tamaño que la otra. - ARN de transferencia: es el encargado de llevar los aminoácidos que conforman a la futura proteína hasta el ribosoma. Posee en un extremo de un aminoácido acoplado y en el otro un triplete de bases llamado anticodón capaz de unirse al codón “leído” sobre el ARN mensajero en el ribosoma. LÍPIDOS Grupo heterogéneo de compuestos orgánicos insolubles en agua, pero solubles en solventes orgánicos no polares. Para su correcta transportación deben asociarse a moléculas transportadoras que aseguren su estabilidad. Formados por carbono, hidrógeno, oxígeno y fósforo y nitrógeno. Forman moléculas pequeñas con una estructura antipática del tipo: cabeza polar/cola apolar = hidrófila/hidrófoba. Esta esquizofrenia molecular hace Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 12 posibles bicapas, micelas y vesículas cuando los lípidos entran en contacto con el agua. LÍPIDOS SAPONIFICABLES 1. Funciones: - Estructural: empleados para formar membranas celulares. Específicamente glucolípidos y algunos esteroides. - De reserva energética: poseen alto contenido calórico y forman depósitos de reserva intracelulares. - Aislamiento térmico y protección de los órganos contra traumatismos. - Hormonal. - Reguladora. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 13 2. Clasificación de los lípidos: 3. Propiedades Físicas: ❖ Punto de Fusión y de ebullición: Las grasas y sebos animales son sólidos, untuosos al tacto y de bajo punto de fusión, esto significa que se derriten fácilmente. El punto de fusión, dependen del largo de la cadena y de la presencia de dobles ligaduras, en general aumenta con el largo de la cadena y disminuye con la presencia de dobles enlaces. Así es como los aceites vegetales son líquidos a temperatura ambiente por contener principalmente ácido oleico (con muchas dobles ligaduras). ❖ Solubilidad: Disminuye a medida que aumenta la longitud de la cadena hidrofóbica Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 14 ❖ Isomería geométrica: la forma lineal es la más frecuente en los ácidos grasos saturados. La configuración cis produce una quebradura que tiene como consecuencia el enrollamiento y acortamiento de las cadenas 4. Propiedades Químicas: ❖ Hidrogenación: Cuando un lípido INSATURADO reacciona con hidrógeno las dobles ligaduras se transforman en simples y se convierten en lípidos saturados. Este procedimiento sirve para saturar algunos aceites. ❖ Oxidación o Enranciamiento: La acción del oxígeno y la humedad del aire, descomponen a los lípidos Acilglicéridos: Grasas y Aceites Los lípidos de los alimentos corresponden a los triglicéridos, que son los lípidos más abundantes en la naturaleza y también se los conoce como grasas neutras. Casi todos están compuestos por ácidos graso saturados como insaturados, son las reservas más eficaces de energía. Saponificación o Formación de jabones: Se llama así a la reacción de los lípidos con Na (OH) para dar glicerina y la siguiente formación de sales sódicas de ácidos grasos llamadas jabones. La molécula de jabón está polarizada, esto es, presenta: 1. Una cabeza (Grupo carboxilo) 2. Una cola (larga cadena de carbonos) estas características le permiten formar micelas que a través de esta encierra con sus colas las partículas de grasa. Ceras: En las ceras un ácido graso de cadena larga se esterifica como un alcohol. Con secuencias las ceras son completamente insolubles en agua Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 15 LÍPIDOS COMPLEJOS Fosfolípidos: Son moléculas antipáticas porque poseen una cabeza polar y una cola apolar. Son excelentes tensioactivos, detergentes emulsionantes o surfactantes. El ROL CLAVE son la digestión y absorción de grasas a nivel pulmonar e intestinal. A. Glicerofosfolípidos: sirven como segundos mensajeros B. Esfingofosfolipìdos: En estos lípidos el alcohol será el esfingol o esfingosina en vez de glicerol. Acá encontramos la esfingomielina que es importante en la formación de las vainas de mielina del sistema nervioso. Glucolípidos: comprenden dos subgrupos A. Cerebrósidos: Ceramida más un monosacárido B. Gangliósidos: Ceramida más un oligosacárido de 2 a 4 hexosas Lipoproteínas: Son proteínas destinadas a unirse a lípidos para transportarlos en sangre y conducirlos hacia las células target o “blanco” LÍPIDOS INSAPONIFICABLES Colesterol y Los Esteroides: El colesterol es un lípido imprescindible para el sistema nervioso, producción de la bilis, y con otras hormonas en su funcionamiento Es un lípido insaponificable al igual que otros esteroles con los que tienen en común el núcleo. Un adulto promedio posee colesterol en todo su cuerpo, más en la médula y cerebro, es componente también de los cálculos biliares y de las placas ateromatosas que se forman en las paredes de las arterias y que restringen el flujo sanguíneo, desorden circulatorio conocido como aterosclerosis. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 16 Hormonas esteroideas: Se clasifican químicamente en progestínicas, corticoides, andrógenos, y estrógenos. La mayoría sintetizada por las glándulas suprarrenales y gónadas. Entre las progestinas se encuentra: Progesterona, se forma el cuerpo lúteo y en la corteza de la glándula suprarrenal. Los Corticoides se sintetizan en la corteza suprarrenal Los glucocorticoides participan del metabolismo de los hidratos de carbono, lípidos y proteínas. Incrementan la concentración de glucosa en sangre, y producen la lisis de las proteínas. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 17 Los Andrógenos se encuentran en cantidades significativas en el varón. Terpenos: Son lípidos derivados del hidrocarburo isopreno, constan como mínimo de dos moléculas de este. Algunos terpenos importantes son los aceites esenciales, el fitol de la clorofila, vitaminas A K E y carotenos. ● Vitamina A: Pigmentos visuales, Tejido epitelial, yema de huevo, Verduras, Mantecas, etc. ● Vitamina D3: Absorción de Ca y P intestinal, Tejido Óseo, Aceites de pescado ● Vitamina E: Protege membranas de oxidación lipídica, en ciertos vegetales, leche huevo y verduras Eicosanoides: son un grupo de moléculas de carácter lipídico originadas de la oxidación de los ácidos grasos esenciales de 20 carbonos tipo omega 3 y omega 6. Tienen la función de mediadores para el sistema nervioso central como también en la respuesta inmune tanto vertebrados como invertebrados. Todos los eicosanoides son moléculas de 20 átomos de carbono. Constituyen las moléculas involucradas en las redes de comunicación celular más complejas del organismo animal incluyendo el serhumano, derivan del ácido araquidónico presente en las membranas celulares. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 18 GLÚCIDOS: Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 19 Los glúcidos son Polialcoholes, están formados por carbono, hidrogeno y oxígeno, también poseen al menos un grupo aldehído o cetona. Si el grupo carbonilo está en un extremo de la cadena carbonada, como en los aldehídos se denominan aldosas, y si está en cualquier otra posición, como en las cetonas se denominan cetosas Se clasifican en: 1. Monosacáridos: por hidrólisis no pueden ser descompuestas en otros glúcidos A. Triosas: son polialcoholes de tres carbonos como el gliceraldehido. B. Tetrosas: de cuatro carbonos C. Pentosas: posee 5 carbonos como la D-ribosa (dextrosa) que es el principal combustible usado por las células libre en la sangre y frutos maduros, y la desoxirribosa D. Hexosas: las más importantes son la glucosa, galactosa y la fructosa. La D-GALACTOSA forma el disacárido lactosa o azúcar de la leche y oligosacáridos de estructuras más complejas. Los monosacáridos son sólidos blancos solubles en agua 2. Disacáridos: Son componentes celulares muy importantes y forman parte de los alimentos que consumimos habitualmente, se encuentran formados por dos monosacáridos unidos por un enlace o-glucosídico. Pueden obtenerse nuevamente por hidrólisis. Los más importantes son MALTOSA, CELOBIOSA, LACTOSA, SACAROSA 3. POLISACÁRIDOS: como el almidón el glucógeno, se emplean como azúcares de reserva, otros son materiales estructurales que forman estructuras secundarias de fibras o láminas. Forman el ALMIDÓN que es una macromolécula de gran dimensión y se almacenan en gránulos dentro de las células, este se encuentra formado por cadenas ramificadas de glucosa presente en granos de cereales y derivados A. Glucógeno: Se almacena también en gránulos dentro de las células y se concentra en hígado y músculo Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 20 B. Celulosa: está presente en las paredes celulares de los vegetales REPLICACION Y TRANSCRIPCION DEL ADN Las moléculas de ADN gracias a su estructura (secuencia lineal de nucleótidos) pueden almacenar información genética de forma duplicada. Son estructuras tridimensionales Ocurren 2 fases: 1. La secuencia DESOXIRRIBONUCLEÓTIDOS del ADN, a través del ARN dirige la síntesis de una secuencia lineal de aminoácidos que forman la proteína 2. La proteína se pliega sobre sí formando la estructura tridimensional. La estructura terciaria de la proteína es crucial para que pueda ejercer su función. La información genética se contiene en sus cromosomas, el núcleo de cada célula del organismo se compone por 23 pares de cromosomas, de los cuales del par 1 al 22 son “autosomas” mientras que el par 23 determina el sexo (XY hombre, XX Mujer) Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 21 MOLÉCULA DE ADN: 2 bases que se encuentran enrolladas entre sí en forma de hélice. Las “barandillas” representan los puentes de hidrógenos entre las bases nitrogenadas El proceso de transcripción: los genes utilizan un mensajero para exportar su información fuera del núcleo, este lee la info codificada por las bases nucleotídicas en el gen, pero para esto necesita sintetizar una cadena de un ácido nucleico complementario a un determinado segmento del ADN molde. Este nuevo polímero se denomina ARNm (ARN mensajero) y el proceso por el cual se forma se denomina TRANSCRIPCIÓN, el ARNm es un polímero de cadena sencilla en lugar de doble cadena con ribosa y uracilo. La transcripción del ADN comprende distintas etapas: 1. INICIACIÓN: La ARN polimerasa II se une al ADN en una secuencia promotora que abre la doble hélice del ADN y molde para formar una burbuja de transcripción y deja expuestos los nucleótidos de una secuencia corta de ADN. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 22 2. ELONGACIÓN: La polimerasa encuentra una secuencia específica que reconoce como una señal de inicio de la transcripción, inicia la síntesis del ARNm y va añadiendo ribonucleótidos complementarios en sentido 3’ a 5’ 3. TERMINACIÓN: Del proceso de elongación de la nueva cadena de ARNm continua hasta que la enzima encuentra otra secuencia especifica: la señal de la terminación. 4. Procesamiento del ARN: Una vez finalizada la transcripción al ARN recién formado se le añade un CAP y una cola de nucleótidos de adenina, formando el ARN transcrito o Pre ARNm 5. Maduración del ARN: Conlleva al corte y empalme de intrones y exones para eliminar las secuencias, esta reacción se denomina SPLICING y no necesita ATP. Tras todos estos procesos se habrá formado una molécula de ARN maduro, los distintos ARN mensajero, transferencia o ribosomal se desplazarán hasta el lugar donde llevan a cabo su función que generalmente es en el citoplasma Código genético: Es universal porque es compartido por todos los organismos vivos, está organizado en tripletes o codones donde cada aminoácido está determinado por tres nucleótidos. Existe un Codón de inicio AUG que codifica para el aa metionina y los codones de parada UAA, UAG Y UGA que constituyen las señales de parada para la finalización de la síntesis de la cadena polipeptídica. También el código genético es no solapado porque un nucleótido solamente pertenece a un único triplete y la lectura del mismo se realiza de forma continua Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 23 Replicación del ADN: El inicio de este proceso requiere la participación de proteínas iniciadoras y enzimas como helicasas que rompen los puentes hidrógeno abriendo la hélice. Una vez abierta la cadena de ADN, unas proteínas de unión denominadas topoisomerasas se unen a las cadenas individuales del ADN manteniéndolas separadas y evitando que se enrollen de nuevo, en el siguiente paso las polimerasas catalizan la síntesis real de las nuevas hebras y forman una hebra de ADN complementaria. La replicación del ADN es semiconservativa porque cada una de las moléculas de ADN “hijas” está formada por una hebra de ADN original y otra complementaria sintetizada de nuevo. Debido al paralelismo las ADN polimerasas sólo pueden sintetizar en sentido 5’ a 3’, la otra hebra de ADN molde que tiene la dirección opuesta (3’ 5’) no puede ser copiada directamente Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 24 BIOENERGETICA Y METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS. La bioenergética es el estudio cuantitativo de las transformaciones de energía que permite mantener los organismos vivos, ósea los cambios energéticos que ocurren en el ambiente celular. ⍟ Acoplamiento energético: Si una reacción EXERGÓNICA ocurre en presencia de una reacción ENDERGÓNICA, la producción de energía de la primera sirve para llevar a cabo la segunda, esto se denomina acoplamiento energético. En las células existen compuestos de alto contenido energético, dichos compuestos se conocen como moléculas de energía como: A. ADENOSÍN TRIFOSFATO (ATP): Es la molécula transportadora de grupos fosfato, las células degradan a esta y utilizan la energía para mantener los eventos de síntesis y otros procesos celulares. B. NICOTINAMIDA ADENIN DINUCLEÓTIDO (NADH): Es una molécula transportadora de electrones con predominancia de átomos de hidrógeno que participa en muchas reacciones en el citoplasma C. FLAVIN ADENIN DINUCLEÓTIDO (FADH): Al igual que el NADH es un transportador de electrones y posee átomos de hidrógeno, pero esta actúa en las reacciones que se llevan a cabo en la mitocondria. Metabolismo: Es la suma total de todas lasreacciones que tienen lugar en las células, a través de secuencias de reacciones consecutivas catalizadas enzimáticamente utilizando muchos intermediarios químicos 1. CARACTERÍSTICAS: ♦Un precursor se convierte en producto a través de metabolitos Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 25 ♦Cada reacción ocasiona un pequeño cambio específico en la estructura química 2. FUNCIONES: ▲Degradar moléculas de nutrientes para convertirlas en moléculas propias de la célula ▲Polimerizar monómeros en macromoléculas ▲Sintetizar y degradar biomoléculas El metabolismo se divide en dos categorías: 1. ANABOLISMO (ENDERGONICO): Los organismos vivos sintetizan o fabrican las biomoléculas que los componen a partir de compuestos presentes en la célula. La energía necesaria es provista por moléculas de ATP, la fotosíntesis, síntesis de ácidos grasos y aminoácidos son ejemplos de procedimientos anabólicos 2. CATABOLISMO (EXERGÓNICO): Son reacciones de degradación a través de las cuales los seres vivos obtienen energía, los polímeros son transformados en moléculas más simples como el piruvato, ácido láctico, amoniaco y CO2. La B-Oxidación de ácidos grasos, glucólisis, fermentación y la respiración celular son ejemplos de rutas catabólicas VÍAS METABÓLICAS: GLUCÓLISIS La oxidación de la glucosa para producir ATP también se conoce como respiración celular, e involucra cuatro conjuntos de reacciones: la glucólisis, la formación de acetil coenzima A, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones. Glucolisis: tiene lugar en el citoplasma, es el conjunto de reacciones en el cual una molécula de glucosa es oxidada y se producen dos moléculas de ácido pirúvico. Las reacciones también producen dos moléculas de ATP y dos NADH + H con contenido de energía. Puede ocurrir en condiciones aerobias o anaerobias. Por contraste el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 26 electrones requieren oxígeno y se denominan respiración aerobia. Si el oxígeno no está disponible, los ácidos pirúvicos que iba a producir la glucólisis se convierten en ácido láctico. Durante la glucólisis las reacciones químicas dividen una molécula de glucosa de 6 carbonos, en dos moléculas de 3 carbonos de ácido pirúvico. Aun cuando la glucólisis consume dos moléculas de ATP, produce cuatro moléculas de ATP: para una ganancia neta de dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa oxidada. Son un total de 10 reacciones las que componen las glucólisis; en la primera mitad (1 a 5) se invierte (requieren) la energía bajo la forma de ATP y se divide la molécula de glucosa de 6 carbonos en dos moléculas de 3 carbonos de gliceraldehido 3-fosfato. La fosfofructocinasa, enzima que cataliza el paso 3, es el regulador clave del ritmo de glucólisis. En la segunda mitad de la secuencia (6 a 10) las dos moléculas de gliceraldehido 3-fosfato son convertidas en dos moléculas de ácido pirúvico y se genera ATP. Los glucolisis resultan en una ganancia neta de dos ATP, dos NADH y dos H. En el ciclo de Krebs, las reacciones de oxidorreducción transfieren energía química, en forma de electrones, hacia dos coenzimas –NAD y FAD. Los derivados del ácido pirúvico son oxidados, y las coenzimas reducidas. Cada vez que una molécula de acetilcolina ingresa en el ciclo de Krebs, se cumple una vuelta completa: comienza con la producción de ácido cítrico y finaliza con la formación de ácido oxalacético. Por cada vuelta del ciclo, se producen tres NADH, tres H y un FADH2 por reacciones de oxidorreducción, y se genera una molécula de ATP por fosforilación a nivel del sustrato. Como cada molécula de glucosa proporciona dos moléculas de acetilcolina, el resultado final es seis moléculas de NADH, seis H y dos moléculas de ATP. La liberación de CO2 ocurre a medida que el ácido pirúvico es convertido a acetilcolina y durante las dos reacciones de descarboxilación del ciclo de Krebs. Como cada molécula de glucosa genera dos moléculas de ácido pirúvico, seis moléculas de CO2 se liberan. Las moléculas difunden fuera de la mitocondria, atraviesan el citosol y difunden hacia la sangre. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 27 Fosforilación a nivel de sustrato: ATP es formado cuando una enzima transfiere un grupo fosfato de un sustrato al ADP. La fosforilación es la adición de un grupo fosfato a cualquier otra molécula. La glucosa es fosforilada apenas entra a la célula con el objetivo de formar glucosa 6-fosfato y convertirse en fructosa 6-fosfato. Además, para que la glucosa de seis carbonos se pueda dividir de manera uniforme en las dos moléculas de tres carbonos. Enzimas del glucolisis - Hexoquinasa: fosforilación de la glucosa. - Fosfoglucoisomerasa: isomerización de la molécula de glucosa/fructosa. - Fosfofructoquinasa-1: fosforilación de fructosa. Esta es la enzima más importante de la glucólisis pues es el regulador clave del ritmo de la reacción. - Aldolasa: ruptura de fructosa. Isomerasa. - Triosafosfato Isomerasa/deshidrogenasa: oxidación y formación de enlace fosfato de alta energía. - Fosfoglicerato quinasa: cataliza la reacción de transferencia de un grupo fosfato. - Fosfoglicerato mutasa y enolasa: reordenamiento molecular. - Piruvato quinasa: generación de ATP. Proceso aeróbico: - Metabolito inicial: glucosa. - Producto final: ATP, FADH, H, NADH. Proceso anaeróbico: Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M https://es.wikipedia.org/wiki/Grupo_fosfato https://es.wikipedia.org/wiki/Grupo_fosfato https://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula https://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula 28 - Metabolito inicial: glucosa. - Producto final: ácido láctico. El piruvato sin oxígeno se convierte en ácido láctico. Con oxígeno presente ingresa a la mitocondria, se convierte en acetil coenzima A y entra en el ciclo de Krebs. CICLO DE KREBS Una vez que el ácido pirúvico ha pasado por la descarboxilación y el grupo acetilo restante se ha agregado a la coenzima A, el compuesto resultante (acetil coenzima A) está listo para entrar en el ciclo de Krebs. Las reacciones del ciclo de Krebs se producen en el interior de la mitocondria. El paso previo es la activación de los ácidos grasos a acetil coenzima A, que tiene lugar en el retículo endoplasmático o en la membrana mitocondrial externa, donde se halla la acil-CoA sintetasa, la enzima que cataliza esta reacción. La coenzima utilizada en la formación de acetil coenzima A durante la respiración celular es la coenzima A (CoA). Durante el paso de transición entre glucólisis y ciclo de Krebs, el ácido pirúvico se prepara para entrar en el ciclo; la enzima piruvato deshidrogenasa convierte el ácido pirúvico en un fragmento de dos carbonos llamado grupo acetilo mediante descarboxilación (pérdida de una molécula de CO2 por una sustancia). El grupo acetilo se une a la coenzima A y produce una molécula llamada acetil coenzima A (acetil CoA). Mientras el ácido pirúvico se oxida se pierden dos átomos de hidrógeno, en forma de un ion hidruro H- y un ion hidrógeno H+. La coenzima NAD+ es reducida a medida que capta el ion hidruro del ácido pirúvico; el ion hidrógeno es liberado hacia la matriz mitocondrial. La oxidación de una molécula de glucosa produce dos moléculas de piruvato; por ende, por cada molécula de glucosa oxidada se pierden dos moléculas de dióxido de carbono y se producen dos de NADH + H+. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M https://es.wikipedia.org/wiki/Acil_coenzima_A https://es.wikipedia.org/wiki/Acil_coenzima_A https://es.wikipedia.org/wiki/Ret%C3%ADculo_endoplasm%C3%A1tico https://es.wikipedia.org/wiki/Ret%C3%ADculo_endoplasm%C3%A1ticohttps://es.wikipedia.org/wiki/Mitocondria https://es.wikipedia.org/wiki/Mitocondria https://es.wikipedia.org/wiki/Mitocondria https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Acil-CoA_sintetasa&action=edit&redlink=1 https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Acil-CoA_sintetasa&action=edit&redlink=1 https://es.wikipedia.org/wiki/Enzima https://es.wikipedia.org/wiki/Enzima https://es.wikipedia.org/wiki/Cat%C3%A1lisis https://es.wikipedia.org/wiki/Cat%C3%A1lisis 29 La reacción neta del ciclo de Krebs es: Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O → CoA-SH + 3 (NADH + H+) + FADH2 + GTP +2 CO2 · El ciclo consume netamente 1 acetil-CoA y produce 2 CO2. También consume 3 NAD+ y 1 FAD, produciendo 3 NADH + 3 H+ y 1 FADH2. · El rendimiento de un ciclo es (por cada molécula de piruvato): 1 GTP, 3 NADH +3H+, 1 FADH2, 2CO2. · Cada NADH, cuando se oxide en la cadena respiratoria, originará 3 moléculas de ATP (3 x 3 = 9), mientras que el FADH2 dará lugar a 2 ATP. Por tanto, 9 + 2 + 1 GTP = 12 ATP por cada acetil-CoA que ingresa en el ciclo de Krebs. · Cada molécula de glucosa produce (vía glucólisis) dos moléculas de piruvato, que a su vez producen dos acetil-COA, por lo que por cada molécula de glucosa en el ciclo de Krebs se produce: 4CO2, 2 GTP, 6 NADH + 6H +, 2 FADH2; total 24 ATP. Las reacciones del ciclo de Krebs son ocho: 1- Entrada del grupo acetilo. 2- Isomerización. 3- Descarboxilación oxidativa: se pierde una molécula de CO2. 4- Descarboxilación oxidativa: se pierde otra molécula de CO2. 5- Fosforilación a nivel del sustrato: la CoA es desplazada por un grupo fosfato, que luego es transferido al GDP para formar GTP. El GTP puede donar un grupo fosfato al ADP para formar ATP. 6- Deshidrogenación. 7- Hidratación. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M https://es.wikipedia.org/wiki/Cadena_respiratoria https://es.wikipedia.org/wiki/Cadena_respiratoria https://es.wikipedia.org/wiki/Glucosa https://es.wikipedia.org/wiki/Glucosa https://es.wikipedia.org/wiki/Gluc%C3%B3lisis https://es.wikipedia.org/wiki/Gluc%C3%B3lisis 30 8- Deshidrogenación. Conclusión - El acetil-CoA, ha sido oxidado a dos moléculas de dióxido de carbono. - Tres moléculas de NAD se redujeron a NADH. - Una molécula de FAD se redujo a FADH2. - Se produjo una molécula de GTP (el equivalente de ATP). Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 31 Relación entre ciclo de Krebs y cadena respiratoria La respiración aeróbica en las mitocondrias puede usar el NADH y el FADH2 generados por la degradación de los aminoácidos y ácidos grasos para la producción de energía, además de los producidos por la descomposición de la glucosa. Los ácidos grasos se descomponen mediante la eliminación de dos carbonos a la vez a través de la deshidrogenación (β-oxidación) ingresando al ciclo del Krebs como acetil-CoA, donde se oxidan completamente a dióxido de carbono. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 32 Al final los grupos amino se transforman en urea, y los esqueletos de carbono restantes se oxidan completamente mediante la glucólisis y el ciclo de Krebs y se utilizan para la producción de ATP. De esta forma, la cadena respiratoria mitocondrial sirve como el componente clave para la producción de energía. La fosforilación oxidativa es la eliminación de electrones de compuestos orgánicos y el pasaje de los mismos a través de una serie de electrones llamados la cadena de transporte de electrones hacia las moléculas de oxígeno. Este proceso ocurre en la membrana mitocondrial interna de las células. Es una de las tres vías de producción de ATP (+ fosforilación a nivel de sustrato y fotofosforilación). La cadena de transporte de electrones es una serie de transportadores de electrones, proteínas integrales de membrana en la membrana mitocondrial interna. Cada transportador en la cadena es reducido a medida que capta electrones y se oxida cuando cede electrones. A medida que los electrones pasan a través de la cadena, una serie de reacciones exergónicas liberan pequeñas cantidades de energía; esta energía se utiliza para formar ATP. En la respiración celular, el captador final de electrones de la cadena es el oxígeno. Dado que este mecanismo de generación de ATP relaciona las reacciones químicas con el bombeo de iones hidrógeno, se denomina quimiósmosis. En conjunto, la quimiósmosis y la cadena de transporte de electrones constituyen la fosforilación oxidativa. El proceso de quimiósmosis es responsable de la mayor parte del ATP producido durante la respiración celular. Por cada molécula de NADH + H+ dos o tres moléculas de ATP se producen mediante fosforilación oxidativa. Por cada molécula de FADH2 solo se producen una o dos moléculas de ATP mediante fosforilación oxidativa. Recuérdese que se producen cuatro moléculas de ATP mediante fosforilación a nivel del sustrato (dos por glucólisis y dos por ciclo de Krebs). Si les sumamos los 26 o 28 ATP producidos por fosforilación oxidativa, se genera un total de 30 o 32 ATP por cada molécula de glucosa metabolizada durante la respiración celular. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 33 Los transportadores de electrones son: - Flavina mononucleótido (FMN) o flavin adenin dinucleótido (FAD). - NAD+ y NADP+. - Citocromos. - Centros hierro-sulfuro: forman un centro de transferencia de electrones dentro de una proteína. - Átomos de cobre: participan en la transferencia de electrones. - Coenzima Q. NADH/O2 VÍAS ANABÓLICAS Almacenamiento de glucosa: glucogenogénesis (GGG) Si la glucosa no es necesaria inmediatamente para producir ATP, se combina con muchas otras moléculas de glucosa para formar glucógeno, un polisacárido que es la única forma de almacenamiento de carbohidratos en el cuerpo. La insulina producida por células beta pancreáticas, estimula a los hepatocitos y las células musculares para llevar a cabo la glucogenogénesis. La enzima que cataliza esta reacción es la hexocinasa. Glucosa a glucosa 6- fosfato a glucosa 1-fosfato a uridina glucosa difosfato y finalmente en glucógeno. Liberación de glucosa: glucogenólisis (GGL) Cuando las actividades del organismo requieren ATP, el glucógeno almacenado en los hepatocitos es degradado en glucosa, la cual será liberada hacia la sangre para ser transportada a las células, donde será metabolizada por los procesos de respiración celular. El proceso de subdivisión del glucógeno en subunidades de glucosa se denomina glucogenólisis. La enzima que cataliza esta reacción es la fosforilasa. Comienza con la separación de las Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 34 moléculas de glucosa por medio de fosforilación para formar glucosa 1- fosfato, luego la enzima es activada por el glucagón y la epinefrina, luego la glucosa 1-fosfato es convertida en glucosa 6-fosfato y finalmente en glucosa, que abandona los hepatocitos mediante transportadores de glucosa (GluT) en la membrana plasmática. Excepto por la glucólisis, que ocurre en el citosol, todas las demás reacciones de la respiración celular se producen dentro de las mitocondrias. Formación de glucosa a partir de proteínas y grasas: gluconeogénesis (GNG) Cuando su hígado tiene poco glucógeno, es el momento de comer. Si no lo hace, su cuerpo empieza a catabolizar triglicéridos y proteínas. El glicerol que forma parte de triglicéridos, ácido láctico y ciertos aminoácidos puede ser convertido en glucosa en el hígado. El proceso por el cual se forma glucosa a partir de estas fuentes que no son carbohidratos se denomina gluconeogénesis. Esta glucosa es “glucosa nueva recién formada”, ya que no proviene dela degradación del glucógeno. La gluconeogénesis es estimulada por el cortisol y por el glucagón del páncreas; las hormonas tiroideas (tiroxina y triyodotironina) también movilizan proteínas y pueden movilizar triglicéridos del tejido adiposo, y hacer que el glicerol esté disponible para la gluconeogénesis. METABOLISMO DE LIPIDOS La mayoría de los lípidos son moléculas no polares, y por lo tanto muy hidrofóbicas. No se disuelven en agua. Para ser transportadas en la sangre acuosa, estas moléculas primero deben volverse más hidrosolubles mediante su combinación con proteínas producidas por el hígado y el intestino. Las combinaciones de lípidos y proteínas así formadas son las lipoproteínas, partículas esféricas con una envoltura exterior de proteínas, fosfolípidos y moléculas de colesterol que rodean un núcleo interior de triglicéridos y otros lípidos. Son vehículos de transporte; proporcionan servicios de entrega y recolección de manera que los lípidos puedan estar disponibles cuando las células los requieran o sean removidos de la circulación cuando no son necesarios. Las proteínas en la envoltura externa se llaman lipoproteínas y se Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 35 designan con las letras A, B, C, D y E más un número. Además de ayudar a solubilizar la lipoproteína en los líquidos corporales, cada apoproteína tiene funciones específicas. Lipoproteína Apoproteína Origen Densidad Función HDL A-I; A-II; C; E Hígado Intestino Alta densidad Remueven el exceso de colesterol de las células corporales y la sangre, y lo transportan hacia el hígado para su eliminación. Es el llamado colesterol bueno, pues previene la acumulación de colesterol en la sangre. Quilomicrón E; C-2 Intestino 0.95 Transportan lípidos dietarios (Ingeridos) hacia el tejido adiposo para su almacenamiento VLDL C-2 Hígado Intestino Muy baja Transportan triglicéridos sintetizados en los hepatocitos hacia los adipocitos para almacenamiento LDL B-100; E Producto metabólico VLDL Baja densidad Transportan alrededor del 75% del colesterol total en la sangre y lo llevan hacia las células de todo el organismo para su uso en la reparación de las membranas celulares y la síntesis de hormonas esteroides y sales biliares. Es el llamado colesterol malo, pues en cantidad tiende a depositar colesterol dentro y alrededor de las fibras musculares lisas en las arterias y formar placas grasas que incrementan el riesgo de arteriopatía. IDL A-1; C; B- 100 En circulación, a partir de VLDL Intermedia Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 36 Apoproteín a Función A-I Activa la enzima lecitina colesterol acil transferasa; Rol estructural en HDL A-II Papel estructural en algunas subfracciones del HDL B-48 Papel estructural; necesario para ensamblaje y secreción de quilomicrones B-100 Ligado para el receptor de LDL; Papel estructural de VLDL, IDL, LDL; necesario para ensamblaje y secreción de VLDL C-II Activa la enzima lipasa lipoproteína E Ligando para los receptores hepáticos de los remanentes de quilomicrón y de los receptores de LDL La lipoproteinlipasa o LPL es una enzima que hidroliza a los triglicéridos de los quilomicrones y lipoproteínas de muy baja densidad (LDL), y los descompone a ácidos grasos libres y glicerol, liberándolos en músculo y tejido adiposo. Los lípidos al igual que los carbohidratos, pueden ser oxidados para producir ATP. Si el cuerpo no tiene la necesidad inmediata de usar los lípidos de esta manera, son almacenados en tejido adiposo (depósitos de grasa) en todo el cuerpo y el hígado. Los ácidos grasos se almacenan como triglicéridos. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M https://es.wikipedia.org/wiki/Enzima https://es.wikipedia.org/wiki/Enzima https://es.wikipedia.org/wiki/Triglic%C3%A9ridos https://es.wikipedia.org/wiki/Triglic%C3%A9ridos https://es.wikipedia.org/wiki/Lipoprote%C3%ADnas_de_muy_baja_densidad https://es.wikipedia.org/wiki/Lipoprote%C3%ADnas_de_muy_baja_densidad https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cidos_grasos https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cidos_grasos https://es.wikipedia.org/wiki/Glicerol https://es.wikipedia.org/wiki/Glicerol https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%BAsculo https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%BAsculo https://es.wikipedia.org/wiki/Tejido_adiposo https://es.wikipedia.org/wiki/Tejido_adiposo https://es.wikipedia.org/wiki/Tejido_adiposo 37 Catabolismo lípido: lipólisis Para que el músculo, el hígado y el tejido adiposo oxidan los ácidos grasos derivados de los triglicéridos para producir ATP, los triglicéridos primero deben ser desdoblados en glicerol y ácidos grasos, un proceso denominado lipólisis. Está catalizada por enzimas llamadas lipasas. La adrenalina y noradrenalina favorecen la degradación de los triglicéridos en ácidos grasos y glicerol (liberadas cuando aumenta el tono simpático). Otras hormonas que influyen son el cortisol, las hormonas tiroideas y los factores de crecimiento insulino símiles. En contraste, la insulina inhibe la glucólisis. El glicerol y los ácidos grasos que resultan de la lipolisis son catabolizados a través de diferentes vías. El glicerol pasa a gliceraldehido 3-fosfato, uno de los componentes que también se forman durante el catabolismo de la glucosa. Si la provisión de ATP en una célula es baja, el gliceraldehido 3-fosfato entra en la vía catabólica para producir ácido pirúvico. Anabolismo lipídico: lipogénesis Las células hepáticas y adiposas pueden sintetizar lípidos a partir de glucosa o aminoácidos mediante la lipogénesis, la cual es estimulada por la insulina. El exceso de calorías, ya sea de carbohidratos, proteínas y/o grasas, en un individuo sedentario lleva a un mismo destino: un aumento en el almacenamiento de triglicéridos. Β-Oxidación Se denomina beta-oxidación al proceso catabólico necesario para que los ácidos grasos puedan ser metabolizados completamente en la mitocondria (con el objetivo de producir energía en forma de ATP). Los ácidos grasos están formados por una gran cadena hidrocarbonada que pueden tener entre 4 y 33 carbonos. Sin embargo, para que puedan ser oxidados en el ciclo de Krebs, necesitan convertirse en moléculas de menor tamaño molecular (esto es, acetil CoA). Por tanto, la beta-oxidación es un proceso que se encarga de “desestructurar” progresivamente las largas cadenas de carbonos de los ácidos Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 38 grasos y convertirlas en moléculas más pequeñas. Produce la eliminación sucesiva de dos átomos de carbono en cada ciclo del proceso, hasta que el ácido graso se descompone por completo en moléculas de Acetil-CoA. Además, durante la beta-oxidación también se producen coenzimas reducidas (NADH y FADH2) que pueden ingresar en la cadena respiratoria, por lo que es un proceso metabólico que también produce una cierta cantidad de energía. Antes de que se produzca la beta-oxidación, los ácidos grasos deben activarse con coenzima A y atravesar la membrana mitocondrial interna, que es impermeable a ellos. Una vez dentro de la matriz mitocondrial, el ácido graso es sometido a la beta-oxidación que consta de cuatro reacciones recurrentes: o Oxidación por FAD o Hidratación o Oxidación por NAD+ o Tiolisis. Estas reacciones se repiten hasta que el ácido graso es descompuesto totalmente en Acetil-CoA y posteriormente se cataboliza en el ciclo de Krebs, al igual que sucede con otros sustratos energéticos. Ejemplo: son necesarias 7 vueltas para oxidar completamente al ácido palmitato, y su balance energético resultante es de 109 ATP. Como parte del catabolismo normal de los ácidos grasos, los hepatocitos pueden tomar dos moléculas de acetil CoA a la vez y condensarlas para formar ácido acetoacético. Parte del ácidoacetoacético es convertido en ácido beta-hidroxibutírico y acetona. La formación de estas tres sustancias, llamadas colectivamente cuerpos cetónicos, se denomina cetogénesis. Especificidades hísticas en el metabolismo de los glúcidos La significación biológica de los diferentes procesos del metabolismo glucídico está estrechamente relacionada con la especialización hística. Así el metabolismo del glucógeno es relevante en el hígado y el músculo; sin embargo, existen diferencias entre ambos tejidos, el hepático contribuye de Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M https://g-se.com/mitocondria-bp-P57cfb26e6c61d https://g-se.com/mitocondria-bp-P57cfb26e6c61d https://g-se.com/nad-bp-T57cfb26e62f7c https://g-se.com/nad-bp-T57cfb26e62f7c 39 forma marcada en el mantenimiento de la glucemia en periodos inter alimentarios. El muscular aporta glucosa 6-fosfato utilizable por el propio tejido como fuente de energía durante el ejercicio físico. La glucolisis es un proceso que ocurre en la mayoría de los tejidos, pero también presenta especificidades históricas. Para el cerebro es el metabolito principal para la obtención de energía y ocurre siempre en condiciones aerobias. Po el tipo de GLUT (1 y 3) y la enzima hexoquinasa presentes en este tejido la entrada de glucosa se facilita aún en condiciones de bajas concentraciones relativas de glucosa sanguínea. En el eritrocito la glucólisis ocurre siempre en condiciones anaerobias dado que esta célula carece de mitocondrias y por tanto de los procesos de la respiración celular. El músculo en condiciones de reposo utiliza de preferencia la degradación de ácidos grasos y no de glucosa, en esta condición la glucosa que entra a este tejido principalmente se almacena en forma de glucógeno. Para la obtención de energía que precisa en el ejercicio físico, utiliza la glucosa como fuente de energía, y la glucólisis puede ocurrir en condiciones aerobias o anaerobias dependiendo del tipo de ejercicio físico que se realice. En el tejido adiposo la glucólisis ocurre fundamentalmente en condiciones de hiperglucemia (alta concentración de glucosa en sangre) y esencialmente su función es el aporte de precursores para la síntesis de triglicéridos (TAG). En hígado, es el órgano esencial en el mantenimiento de la glucemia (glucosa en sangre) en el organismo. Sus GLUT (glucotransportadores) con alta K (afinidad) para la glucosa permiten su entrada solo en condiciones de elevada concentración de glucosa en sangre. Además, la principal hexoquinasa expresada en este tejido, la hexoquinasa IV o glucoquinasa presenta también alta afinidad para su sustrato y es inducida por la insulina, de modo que la entrada y fosforilación de la glucosa en este tejido está favorecida en condiciones de elevada concentración de glucosa sanguínea. El destino principal de la glucosa en el hepatocito es la síntesis de glucógeno, así se almacena energía mediata en condiciones de abundancia de glucosa que será utilizada cuando disminuyan los niveles de glucosa en sangre. La glucolisis en hígado fundamentalmente provee precursores para la síntesis de triglicéridos. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 40 Procesos del metabolismo glucídico favorecidos en hiperglucemia en diferentes tejidos o Hígado: se favorece la glucogénesis. La glucolisis en estas condiciones provee precursores para la síntesis de TAG (triglicéridos). o Tejido adiposo: la entrada de glucosa está favorecida y permite la formación de precursores para la síntesis de TAG (triglicéridos). o Músculo esquelético: en reposo se favorece la síntesis de glucógeno: en ejercicio la glucólisis aerobia o anaerobia en dependencia del tipo de ejercicio. o Cerebro: degrada la glucosa en condiciones aerobias y así obtiene la energía que precisa. En condiciones de hipoglucemia, el hígado aporta glucosa a la sangre por los procesos de glucogenólisis y gluconeogénesis, contribuyendo así al mantenimiento de la glucemia. Procesos del metabolismo glucídico favorecidos en hipoglucemia en diferentes tejidos o Hígado: se favorece la glucogenólisis y la gluconeogénesis, lo que permite el paso de glucosa a la sangre. o Tejido adiposo: se encuentra limitada la entrada de glucosa, se activa la lipolisis y pasan ácidos grasos a la sangre y glicerol que en el hígado es un precursor de la gluconeogénesis. o Músculo esquelético: el lactato formado por la glucólisis anaerobia pasa a la sangre y en el hígado su destino es la formación de glucosa; los aminoácidos que se obtienen por la proteólisis se transaminan con el pirúvico formando alanina que pasa a la sangre y en el hígado constituye un precursor de la gluconeogénesis. o Cerebro: aun con niveles relativamente bajos de glucosa en sangre, por su GLUT y su isoenzima hexoquinasa I mantiene la glucólisis obteniendo Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 41 la energía que requiere, a no ser que la hipoglucemia sea mantenida, en cuyos casos se experimentan adaptaciones metabólicas que le permiten el empleo de otros combustibles. MEMBRANA CITOPLASMÁTICA Es una barrera flexible y resistente que rodea y contiene al citoplasma de la célula, se describe mejor con el modelo estructural de mosaico fluido. De acuerdo con este modelo, la disposición molécula de la membrana citoplasmática se asemeja a un mar de lípidos en constante movimiento que contiene un mosaico de numerosas proteínas diferentes. Algunas proteínas flotan con libertad como un témpano en ese mar de lípidos, mientras que otras están ancladas en localizaciones específicas a modo de islas. Los lípidos de la membrana permiten el pasaje de diversas moléculas liposolubles, pero actúan como barrera contra la entrada o salida de sustancias con cargas eléctricas o polares. Algunas de las proteínas presentes en la membrana permiten la transferencia de las moléculas polares y los iones hacia el interior y el exterior de la célula. Otras proteínas pueden actuar como receptores de señales o en la conexión entre la membrana y las proteínas intra o extracelulares. Bicapa lipídica Es el marco estructural básico de la membrana. Consta de dos capas yuxtapuestas formadas por tres tipos de moléculas lipídicas: fosfolípidos, colesterol y glucolípidos. Alrededor del 75% de los lípidos de la membrana son fosfolípidos (lípidos con un grupo fosfato). El resto son representados por colesterol (20%; un esteroide con un grupo hidroxilo –OH) y varios tipos de glucolípidos (5%; lípidos con grupos de carbohidratos). La disposición de la bicapa se debe a la naturaleza anfipática de los lípidos, significa que tienen una parte polar y una parte apolar. En los fosfolípidos la parte polar sería la cabeza (contiene fosfato y es hidrofílica); y la parte apolar serían las colas de ácidos grasos (cadenas hidrocarbonadas hidrófobas). Como los compuestos similares se atraen entre sí las moléculas de fosfolípidos se orientan en la bicapa con sus cabezas hidrofílicas hacia el exterior; de esta Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 42 manera las cabezas enfrentan el líquido acuoso situado a ambos lados de la membrana (citosol el interior y líquido extracelular en el exterior). Las colas hidrófobas presentes en cada mitad de la bicapa se enfrentan entre sí y forman una región no polar en el interior de la membrana. Las moléculas de colesterol son anfipáticas débiles y se disponen entre los otros lípidos en ambas capas de la membrana. El grupo hidroxilo es la única región polar del colesterol y forma puente hidrógeno con las cabezas polares de los fosfolípidos y glucolípidos; los anillos esteroides rígidos y la cola del colesterol son no polares y se ubican entre las colas de los ácidos grasos de los fosfolípidos y glucolípidos. Los grupos hidrocarbonados de los glucolípidosforman una cabeza polar; sus colas de ácidos grasos son no polares. Los glucolípidos solo aparecen en la capa de la membrana celular que está en contacto con el líquido extracelular, una de las razones por las cuales las dos capas de la membrana son asimétricas. Disposición de las proteínas de la membrana Las proteínas de membrana se clasifican en integrales o periféricas en función de su localización en la profundidad de la membrana. Las proteínas integrales se extienden hacia el interior o a través de la bicapa lipídica y están embebidas con firmeza en ella. La mayor parte de las proteínas integrales corresponde a proteínas de transmembrana, lo cual significa que atraviesan por completo la bicapa lipídica y sobresalen tanto en el citosol como en el líquido extracelular. Son anfipáticas; sus regiones hidrofóbicas sobresalen hacia el líquido extracelular acuoso o citosol, y sus regiones hidrofóbicas se extienden entre las colas de los ácidos grasos. Las proteínas periféricas se unen con las cabezas polares de los lípidos o con proteínas integrales situadas en la superficie interna o externa de la membrana. Muchas proteínas integrales de la membrana son glucoproteínas: proteínas que contienen grupos hidrocarbonados unidos a los extremos. Los carbohidratos son oligosacáridos. Las porciones hidrocarbonadas de los glucolípidos y las glucoproteínas forman una cubierta azucarada extensa llamada glucocálix. El Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 43 patrón de carbohidratos del glucocálix varía entre las distintas células; actúa como una rúbrica molecular que les permite a las células reconocerse entre sí. Asimismo, el glucocálix permite que las células se adhieran entre sí en ciertos tejidos e impide su digestión por las enzimas del líquido extracelular. Funciones de las proteínas de membrana - Canal iónico (integral): forma un poro a través del cual un ion específico puede fluir para atravesar la membrana. - Transportadora (integral): transporta sustancias específicas a través de la membrana mediante un cambio en la forma. - Receptora (integral): Actúa como sitio de reconocimiento celular. Cada tipo de receptor conoce y se una un tipo específico de molécula. Una molécula específica que se une a un receptor se denomina ‘ligando’ de ese receptor. - Enzima (integral y periférica): cataliza reacciones dentro o fuera de la célula. - Conectora (integral y periférica): une proteínas en las membranas citoplasmáticas de las células vecinas entre sí o con los filamentos proteicos que se encuentran fuera y dentro de la célula; lo que proporciona estabilidad estructural y da forma a la célula. - Marcador de identidad celular (glucoproteína): distingue las células propias de las extrañas. Asimismo, las proteínas periféricas ayudan a sostener la membrana, fijan las proteínas integrales y participan en actividades mecánicas como el transporte de sustancias y orgánulos dentro de las células, el cambio de la forma celular, y la adhesión de células entre sí. Fluidez de la membrana Las membranas son estructuras fluidas; la mayoría de los lípidos y muchas de las proteínas de la membrana pueden rotar y desplazarse con facilidad, siempre que permanezcan en su mitad de la bicapa. La fluidez depende tanto del número de enlaces dobles entre las colas de los ácidos grasos que Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 44 constituyen los lípidos de la bicapa como de la cantidad de colesterol presente. Cada doble enlace crea un bucle en la cola del ácido graso que aumenta la fluidez de membrana. La fluidez le otorga equilibrio a la célula: una membrana rígida carecería de movilidad y una completamente líquida no tendría la organización estructural y el soporte mecánico que requiere la célula. Permite que se produzcan interacciones dentro de ella (como el ensamblado de sus proteínas); también hace posible el movimiento de componentes de la membrana responsables de diferentes procesos celulares. La fluidez de la bicapa le permite auto sellarse si experimenta un desgarro o una punción. Como consecuencia de los puentes de hidrógeno que establece con fosfolípidos y glucolípidos, y de la forma que rellena el espacio entre las colas de los ácidos grasos, el colesterol le otorga resistencia, pero quita fluidez (a temperatura corporal) a la membrana. Cuando la temperatura desciende, el colesterol aumenta la fluidez. A pesar de la gran movilidad de los lípidos y las proteínas en su mitad de la bicapa, es muy raro que puedan pasar de una capa a otra, ya que es muy difícil para los segmentos hidrofílicos de las moléculas que forman la membrana atravesar su núcleo hidrofóbico. Esta dificultad acentúa la asimetría de la bicapa. Permeabilidad de la membrana La permeabilidad de la membrana a diferentes sustancias varía. Presentan una propiedad conocida como permeabilidad selectiva: posibilitan el pasaje de algunas sustancias con mayor facilidad que otras. La porción de la membrana formada por la bicapa lipídica es permeable a moléculas no polares, sin carga eléctrica (como el oxígeno, el dióxido de carbono y los esteroides), moderadamente permeable a moléculas polares pequeñas sin carga (como agua y urea) e impermeable a los iones y moléculas grandes sin carga eléctrica (como la glucosa). Las características de la permeabilidad se deben a que la bicapa lipídica tiene un núcleo interno hidrofóbico no polar. Por tanto, cuanto más hidrofóbica o liposoluble es una sustancia, mayor es la permeabilidad de la membrana a esa sustancia. Por Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 45 ende, el interior hidrofóbico de la membrana permite que las moléculas no polares la atraviesen con facilidad, pero evita el pasaje de iones y moléculas polares grandes sin carga eléctrica. Las proteínas de transmembrana que actúan como canales y transportadores aumentan la permeabilidad de la membrana para una variedad de iones y moléculas polares sin carga que no pueden atravesar la bicapa sin asistencia. Las macromoléculas, como las proteínas, son tan grandes que solo pueden atravesar la membrana por endocitosis y exocitosis. Gradiente a través de la membrana citoplasmática La permeabilidad selectiva de la membrana le permite mantener diferentes concentraciones de ciertas sustancias a cada lado de la membrana. El gradiente de concentración es una diferencia de concentraciones de una sustancia química entre dos sitios. Muchos iones y moléculas están más concentrados en el citosol o en el líquido extracelular. Por ejemplo, el oxígeno y el sodio están más concentrados en el líquido extracelular, y por el contrario el dióxido de carbono y el potasio se hallan en mayor concentración dentro del citosol. La membrana también crea una diferencia en la distribución de los iones con carga positiva y negativa entre ambos lados de la membrana citoplasmática. La superficie interna típica de la membrana tiene más cargas negativas y la superficie externa más cargas positivas. Una diferencia en las cargas eléctricas entre dos regiones constituye un gradiente eléctrico. Como esto ocurre a través de la membrana citoplasmática, la diferencia de cargas se denomina potencial de membrana. En muchos casos, una sustancia atraviesa la membrana a favor de su gradiente de concentración: desde donde está más concentrada hacia donde está menos concentrada, hasta alcanzar el estado de equilibrio. De la misma manera, una carga positiva tiende a moverse hacia un área negativa; y una carga negativa tiende a moverse hacia un área positiva. La influencia combinada de los gradientes de concentración y el potencial eléctrica sobre el movimiento de un ion específico se denomina gradiente electroquímico. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 46 Proceso de transporteDescripción Sustancias transportadas Procesos Pasivos Movimiento de sustancias a favor un gradiente de concentración hasta alcanzar el equilibrio; no requieren ATP. Difusión simple Movimiento pasivo de una sustancia a través de la bicapa lipídica de la membrana a favor de su gradiente de concentración sin ayuda de las proteínas de transporte. Solutos no polares hidrofóbicos: oxígeno, dióxido de carbono, nitrógeno, ácidos grasos, vitaminas. Moléculas polares como agua, urea, alcoholes pequeños. Difusión facilitada Movimiento pasivo de una sustancia a favor de su gradiente de concentración a través de proteínas de transmembrana de la bicapa lipídica que funcionan como canales o transportadoras. Solutos polares o con carga: glucosa, fructosa, galactosa, iones K, Cl, Na. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 47 Canales iónicos: proteínas integrales que permiten el pasaje de iones inorgánicos pequeños específicos través de la membrana. Transportadores: proteínas integrales que experimentan cambios en su conformación con el fin de trasladar sustancias a través de la membrana. Osmosis Movimiento pasivo de moléculas de agua a través de una membrana permeable en forma selectiva desde un área con mayor concentración de agua hacia otra con menor concentración hasta alcanzar el equilibrio. Solvente: agua en los sistemas vivos. Proceso de transporte Descripción Sustancias transportadas Procesos activos Movimiento de sustancias en contra de su gradiente de concentración; requiere ATP. Transporte activo Proceso activo por el cual una célula consume energía para mover una sustancia a través la membrana en contra de su gradiente de concentración mediante proteínas de transmembrana que actúan como transportadores Solutos polares o con carga eléctrica. Transporte activo primario Proceso activo por el cual una sustancia atraviesa la membrana en contra de su gradiente de concentración por medio de bombas (transportadores) que utilizan la Na, K, Ca, H, I, Cl y otros iones Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 48 energía proporcionada por la hidrólisis del ATP. Transporte activo secundario Transporte acoplado de dos sustancias a través de la membrana utilizando la energía que aportan los gradientes de concentración del Na o el H mantenidos por bombas pertenecientes al sistema de transporte activo primario. Los contra transportadores mueven sustancias en direcciones opuestas a través de la membrana. Los cotransportadores mueven sustancias en la misma dirección a través de la membrana. Contratransporte: Ca y H fuera de las células. Cotransporte: glucosa y aminoácidos hacia el interior de las células. Transporte en vesículas Proceso activo por medio del cual las sustancias entran o salen de la célula en vesículas que se invaginan o evaginan de la membrana; requiere ATP. Endocitosis Movimiento de sustancia dentro de la célula en vesículas. Endocitosis mediado por receptores Los complejos ligando-receptor inducen la invaginación de las fosas cubiertas por clatrina y forman una vesícula que contiene a los ligandos. Ligandos: transferrina, LDL, vitaminas, hormonas y anticuerpos. Fagocitosis Ingesta celular; movimiento de una partícula sólida dentro de la célula tras ser rodeada por seudópodos e incorporada en un fagosoma. Bacterias, virus, células envejecidas o muertas. Pinocitosis Bebida celular; movimiento del líquido extracelular hacia el interior de la célula a través de la invaginación de la membrana para formar una vesícula Solutos en el líquido extracelular Exocitosis Movimiento de sustancias fuera de la célula en vesículas secretoras que se fusionan con la membrana y liberan sus Neurotransmisores, hormonas, enzimas digestivas. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 49 contenidos en el líquido extracelular. Transcitosis Movimiento de una sustancia a través de la célula que consiste en su endocitosis en uno de los polos celulares y su exocitosis en el polo opuesto. Sustancias como anticuerpos, a través de las células endoteliales. Vía común para las sustancias que se desplazan entre plasma y líquido intersticial. SINAPSIS QUÍMICA Una sinapsis es una región en la que se produce la comunicación entre dos neuronas o entre una neurona y una célula efectora (célula muscular o glandular). El término neurona presináptica se refiere a una célula nerviosa que transporta el impulso nervioso hacia la sinapsis. Una célula postsináptica es aquella que recibe una señal. Puede ser una célula nerviosa denominada neurona postsináptica que transmite el impulso nervioso lejos de la sinapsis o una célula efectora que responde al impulso en la sinapsis. Pueden ser axodendríticas (entre un axón y una dendrita); axosomáticas (entre un axón y el cuerpo celular o soma); y axoaxónicas (entre axones). Las sinapsis son esenciales para la homeostasis, ya que permiten que la información pueda ser filtrada e integrada. Durante el aprendizaje, la estructura y función de determinadas sinapsis se modifican. Estos cambios pueden permitir que algunas señales se transmitan y que otras sean bloqueadas. A pesar de la cercanía entre las membranas de las neuronas presinápticas y postsinápticas en una sinapsis química, ambas no se tocan. Están separadas por la hendidura sináptica, un espacio lleno de líquido intersticial. Los impulsos nerviosos no pueden ser conducidos a través de la hendidura sináptica, por lo que se produce una forma de comunicación alternativa indirecta. En respuesta a un impulso nervioso, la neurona presináptica libera Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 50 un neurotransmisor que difunde a través del líquido de la hendidura sináptica y se une a receptores específicos en la membrana de la neurona postsináptica. Esta última recibe la señal química y produce un potencial postsináptico. De esta forma la neurona presináptica convierte una señal eléctrica (impulso nervioso) en una señal química (el neurotransmisor liberado). La neurona recibe esta señal química y genera una señal eléctrica (el potencial postsináptico). Una sinapsis química genera la transmisión de una señal de la siguiente manera: 1- Un impulso nervioso arriba al bulbo terminal sináptico de un axón presináptico. 2- La fase de despolarización del impulso nervioso abre los canales de calcio y este fluye por gradiente de concentración hacia el interior de la célula. 3- El aumento de calcio dentro de la neurona presináptica actúa como una señal que desencadena la exocitosis de las vesículas sinápticas. A medida que la membrana de las vesículas se fusiona con la membrana plasmática, los neurotransmisores contenidos dentro de estas vesículas se liberan hacia la hendidura sináptica. 4- El neurotransmisor difunde a través de la hendidura sináptica y se une a los receptores de neurotransmisores localizados en la membrana de la neurona postsináptica. 5- La unión de neurotransmisores con sus receptores en los canales provoca la apertura de estos y permite el flujo de determinados iones a través de la membrana. 6- A medida que los iones fluyen a través de los canales, se producen cambios en el voltaje de la membrana. Este cambio en el voltaje constituye un potencial postsináptico. Según el tipo de iones que permita pasar el canal, el potencial postsináptico puede ser despolarizante (excitación) o hiperpolarizante (inhibición). 7- Cuando un potencial postsináptico despolarizante alcanza el umbral, desencadenara un potencial de acción en el axón de la neurona postsináptica. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 51 En la mayoría de las sinapsis químicas la transferenciade información es unidireccional, desde una neurona presináptica hacia una neurona postsináptica o hacia un efector (fibra muscular o célula glandular). Potenciales postsinápticos excitadores e inhibidores Un neurotransmisor puede producir un potencial graduado excitador o inhibidor. Un neurotransmisor que despolariza la membrana postsináptica es excitador porque el valor del potencial de membrana se acerca al valor umbral. En consecuencia, un potencial postsináptico despolarizante se denomina potencial postsináptico excitatorio (PPSE). El neurotransmisor que produce hiperpolarización de la membrana postsináptica es inhibidor. Durante la hiperpolarización, la generación de un impulso nervioso se vuelve más difícil de lo normal, debido a que el potencial de membrana se torna más negativo y se aleja aún más del umbral que en el estado de reposo. El potencial postsináptico hiperpolarizante se denomina potencial postsináptico inhibitorio (PPSI). Estructura de los receptores de neurotransmisores Los neurotransmisores liberados de una neurona presináptica se unen a receptores de neurotransmisores en la membrana de una célula postsináptica. Cada tipo de receptor de neurotransmisores tiene uno o más sitios de unión, donde se une el neurotransmisor específico. Cuando un neurotransmisor se adhiere al receptor correcto, se abre un canal iónico y se crea un potencial postsináptico (ya sea PPSE o PPSI) en la membrana de la célula postsináptica. Los receptores de neurotransmisores se clasifican como ionotrópicos y metabotrópicos; dicha clasificación se basa en la unión del neurotransmisor y el canal iónico, en la medida en que estos sean componentes de la misma proteína o de proteínas diferentes. - Receptores ionotrópicos: es un tipo de receptor de neurotransmisor que contiene un sitio de unión y un canal iónico, ambos son componentes de la misma proteína. Es un tipo de canal con compuerta de ligando. En ausencia del neurotransmisor (el ligando) se cierra el componente de canal iónico del Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 52 receptor ionotrópico. Cuando el receptor correcto se une al receptor ionotrópico, el canal iónico se abre y acontece un PPSE o PPSI en la célula postsináptica. - Receptores metabotrópicos: es un tipo de receptor de neurotransmisor que contiene un sitio de unión, pero carece de un canal iónico como parte de su estructura. Sin embargo, un receptor metabotrópico está acoplado a un canal iónico separado por un tipo de proteína de membrana denominada proteína G. Cuando un neurotransmisor se une a un receptor metabotrópico, la proteína G abre (o cierra directamente) el canal iónico; o bien puede actuar de forma indirecta activando otra molécula, ‘el segundo mensajero’, en el citosol, el que a su vez abre (o cierra) el canal iónico. Por lo tanto, un receptor metabotrópico difiere de uno ionotrópico en que el sitio de unión del neurotransmisor y el canal iónico son componentes de proteínas diferentes. - Efectos postsinápticos diferentes para el mismo neurotransmisor: el mismo neurotransmisor puede excitar algunas sinapsis e inhibir otras, y esto depende de la estructura del receptor del neurotransmisor a la que se une. Eliminación del neurotransmisor La eliminación del neurotransmisor de la hendidura sináptica es esencial para la función sináptica normal. Si Persistiera en la hendidura, produciría una estimulación interminable en la neurona postsináptica, en la fibra muscular o en la célula glandular. Puede eliminarse por: - Difusión: una parte de las moléculas neurotransmisoras liberada en la sinapsis difunde hacia afuera de la hendidura. Una vez que la molécula no está dentro del alcance de sus receptores, pierde la capacidad para producir algún efecto. - Degradación enzimática: ciertos neurotransmisores son inactivados a través de la degradación enzimática. - Recaptación celular: muchos neurotransmisores son transportados activamente hacia el interior de las neuronas que los liberaron (recaptación). Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 53 Otros lo son hacia las células gliales adyacentes (captación). Las proteínas de membrana que realizan esta recaptación se denominan transportadores de neurotransmisores. Sumación espacial y sumación temporal de los potenciales postsinápticos La integración de estas aferencias implica la sumación de los potenciales postsinápticos que se forman en la neurona postsináptica. Existen dos tipos: espacial y temporal. La sumación espacial es la adición de potenciales postsinápticos en respuesta a estímulos que ocurren en diferentes localizaciones en la membrana de una célula postsináptica al mismo tiempo. La sumación temporal es la adición de potenciales postsinápticos en respuesta a estímulos que ocurren en la misma localización en la membrana de la célula postsináptica, pero en diferentes momentos. La mayor parte del tiempo, las sumaciones espacial y temporal actúan en forma conjunta para influir sobre la posibilidad de que una neurona desencadene una potencial de acción. NEUROTRANSMISORES Según su tamaño, los neurotransmisores pueden dividirse en dos grupos: neurotransmisores de moléculas pequeñas y neuropéptidos. Neurotransmisores de moléculas pequeñas - Acetilcolina (ACh): liberada por muchas neuronas en el SNP y algunas neuronas en el SNC. Se comporta como un neurotransmisor excitador de ciertas sinapsis, como la unión neuromuscular, donde la asociación de ACh a los receptores ionotrópicos produce la apertura de canales catiónicos. También puede ser un neurotransmisor inhibidor en otras sinapsis, donde se une a receptores metabotrópicos acoplados a proteínas G, que abren canales de K. - Aminoácidos: neurotransmisores en el SNC. El glutamato (ácido glutámico) y el aspartato (ácido aspártico) producen efectos excitadores potentes. Casi todas las neuronas excitadoras del SNC y la mitad de las sinapsis en el encéfalo, se llevan a cabo por medio del glutamato. - Aminas biógenas: ciertos aminoácidos son modificados y descarboxilados para producir las aminas biógenas. Noradrenalina (NA): Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 54 cumple una función importante en el despertar, en la actividad onírica y en la regulación del estado de ánimo; un número menor de neuronas encefálicas utiliza adrenalina como neurotransmisor. Tanto la adrenalina como la noradrenalina actúan como hormonas. Las células de la médula suprarrenal, la porción interna de la glándula suprarrenal, las liberan en la sangre. Las neuronas encefálicas que contienen el neurotransmisor dopamina (DA) son activadas durante las respuestas emocionales, los comportamientos adictivos y las experiencias placenteras. Además, las neuronas que liberan dopamina ayudan a regular el tono de los músculos voluntarios y algunos aspectos del movimiento por medio de la contracción de los músculos esqueléticos. La serotonina se encuentra concentrada en las neuronas de la zona del encéfalo llamada núcleos del rafe. Interviene en la percepción sensorial, la regulación de la temperatura, el control del estado de ánimo, el apetito y la inducción al sueño. - ATP y otras purinas: actúan como neurotransmisores excitadores, en SNC y SNP. - Óxido nítrico (NO): es un gas simple, segregado en el encéfalo, la médula espinal, las glándulas suprarrenales y los nervios del pene; y produce varios efectos en el cuerpo. - Monóxido de carbono: igual que el NO no es producido por adelantado ni empaquetado en vesícula. Se sintetiza a demanda y difunde hacia afuera de las células que lo producen, en las células adyacentes. Es un neurotransmisor excitador producido en el encéfalo en respuesta a algunas funciones neuromusculares y neuro glandulares. El CO podría proteger contra la actividad neuronal excesiva y podría estar relacionado con la dilataciónde los vasos sanguíneos, la memoria, el sentido del olfato, la visión, la termorregulación, la liberación de insulina y la actividad inflamatoria. Neuropéptidos Los neurotransmisores que constan de 3 a 40 aminoácidos unidos por enlaces peptídicos denominados neuropéptidos son numerosos y están distribuidos en SNC y SNP. Se unen a receptores metabotrópicos y tienen acciones Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 55 inhibidoras y excitadoras, dependiendo del receptor metabotrópico en la sinapsis. Se forman en el cuerpo celular de la neurona, se acumulan en el interior de vesículas y son transportados hacia los terminales axónicos. Además de su función como neurotransmisores, también actúan como hormonas que regulan las respuestas fisiológicas en otras partes del cuerpo. Sustancia Descripción Sustancia P Se encuentra en las neuronas sensitivas, las vías de la médula espinal y regiones del encéfalo que se asocian con el dolor; aumenta la percepción del dolor. Encefalinas Inhiben los impulsos dolorosos por la supresión de la liberación de la sustancia P; podrían cumplir una función en la memoria, el aprendizaje, el control de la temperatura corporal, la actividad sexual y las enfermedades mentales. Endorfinas Inhiben los impulsos dolorosos por la supresión de la liberación de la sustancia P; podrían cumplir una función en la memoria, el aprendizaje, el control de la temperatura corporal, la actividad sexual y las enfermedades mentales. Dinorfinas Podrían estar relacionadas con el control del dolor y el registro de las emociones. ACTIVIDAD HORMONAL El papel de los receptores hormonales Las hormonas actúan sobre sus células diana al unirse químicamente a receptores proteicos específicos. Solo las células diana para una hormona dada tienen receptores que reconocen y se unen a esa hormona. Si una hormona está presente en exceso, el número de receptores en la célula diana puede disminuir, un efecto llamado descenso regulado. En cambio, cuando la concentración de una hormona disminuye, el número de receptores puede incrementarse: ascenso regulado. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 56 Hormonas circulantes y locales La mayoría de las hormonas endocrinas son hormonas circulantes (pasan de las células secretoras hacia la sangre). Otras, llamadas hormonas locales, actúan en células vecinas o en las mismas células que las secretaron sin entrar en el torrente sanguíneo. Las hormonas locales que actúan en células vecinas se llaman paracrinas, y las que lo hacen en la misma célula que las secretó se llaman autocrinas. Por lo general, las hormonas locales se inactivan rápidamente; las hormonas circulantes pueden permanecer en la sangre y ejercer sus efectos por algunos minutos u horas. A medida que pasa el tiempo, las hormonas circulantes son inactivadas por el hígado y excretadas por los riñones. Clases químicas de hormonas Químicamente, las hormonas pueden dividirse en dos clases principales: liposolubles e hidrosolubles. Hormonas liposolubles: incluyen: - Hormonas esteroideas: derivan del colesterol. - Dos hormonas tiroideas. - Óxido nítrico (NO). Hormonas hidrosolubles: - Hormonas aminas: se sintetizan por descarboxilación o a través de la modificación de ciertos aminoácidos. - Hormonas peptídicas y proteicas: son polímeros de aminoácidos. Varias tienen unidos grupos carbohidratos y por lo tanto son hormonas glucoproteicas. - Eicosanoides: tipos: prostaglandinas (PG) y leucotrienos (LT). Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 57 Transporte de hormonas en la sangre La mayoría de las moléculas de hormonas hidrosolubles circulan en el plasma acuoso de la sangre en forma ‘libre’, pero gran parte de las moléculas de hormonas liposolubles están unidas a proteínas transportadoras; son sintetizadas por células hepáticas y tienen 3 funciones: - Hacen que las hormonas liposolubles sean temporalmente hidrosolubles y así incrementan su solubilidad en sangre. - Demoran el pasaje de moléculas de hormonas pequeñas a través de filtración de los riñones, y así disminuyen la tasa de pérdida de hormona en la orina. - Proveen una reserva de la hormona ya presente en el torrente sanguíneo. MECANISMOS DE ACCIÓN HORMONAL La respuesta a una hormona depende de la hormona en sí misma y de la célula diana. Varias células responden de manera diferente a la misma hormona. La respuesta a una hormona no es siempre la síntesis de moléculas nuevas; otros efectos incluyen cambiar la permeabilidad de la membrana, estimular el transporte de una sustancia hacia dentro o hacia fuera de las células diana, alterar la tasa de reacciones metabólicas específicas, o causar la contracción del músculo liso o cardiaco. Sin embargo, una hormona primero debe anunciar su llegada a la célula diana uniéndose a sus receptores. Los receptores para las hormonas liposolubles están ubicados dentro de las células diana, mientras que los de las hormonas hidrosolubles son parte de la membrana plasmática de las células diana. Acción de las hormonas liposolubles Su mecanismo es el siguiente: 1- Una molécula de hormona liposoluble libre difunde desde la sangre a través del líquido intersticial, y a través de la bicapa lipídica de la membrana plasmática hacia el interior de la célula. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 58 2- Si la célula es una diana, la hormona se une y activa los receptores ubicados dentro del citosol o el núcleo. El complejo hormona-receptor activado altera la expresión génica: activa o inactiva genes específicos del ADN nuclear. 3- A medida que el ADN se transcribe, se sintetiza ARNm nuevo que deja el núcleo y entra en el citosol. Allí, dirige la síntesis de una proteína nueva en los ribosomas. 4- Las proteínas nuevas alteran la actividad nuclear y causan las respuestas típicas de esa hormona. Acción de las hormonas hidrosolubles Se unen a receptores que protruyen desde la superficie de las células diana. Los receptores son proteínas integrales transmembrana. Cuando una hormona hidrosoluble se une a su receptor en la superficie externa de la membrana plasmática actúa como primer mensajero que causa la producción de un segundo mensajero dentro de la celular, donde tienen lugar las respuestas específicas estimuladas por la hormona. Los neurotransmisores, los neuropéptidos y varios mecanismos de transducción sensorial también actúan mediante sistemas de segundos mensajeros. La acción típica de una hormona hidrosoluble ocurre de la siguiente manera: 1- Una hormona hidrosoluble (el primer mensajero) difunde desde la sangre a través del líquido intersticial y luego se une a su receptor en la superficie exterior de la membrana de la célula diana. El complejo hormona- receptor activa la proteína G, quien a su vez activa la adenilato ciclasa. 2- La adenilato ciclasa convierte ATP en adenosina monofosfato cíclico (cAMP). Esta reacción ocurre en el citosol. 3- El cAMP (el segundo mensajero) activa una o más proteínas cinasa: es una enzima que mediante fosforilación modifica otras proteínas celulares. 4- Las proteínas cinasas activadas fosforilan una o más proteínas celulares. La fosforilación activa algunas de estas proteínas e inactiva otras. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 59 5- A su vez las proteínas fosforiladas causan reacciones que producen respuestas fisiológicas. 6- Después de un breve periodo, la enzima fosfodiesterasa inactiva el cAMP. De esta manera termina la respuesta celular. HISTOLOGÍA TÉCNICAS HISTOLOGICAS Histología: estudia todo lo referente a los tejidos orgánicos: su estructura microscópica, su desarrollo y sus funciones. ● 1600: primeras investigaciones histológicas con ayuda del microscopio.● Marcello Malpighi es el fundador de la Histología. ● 1665: se descubre las células. ● 1830: se distingue el núcleo celular. ● 1838: se introduce el concepto de teoría celular. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 60 TÉCNICAS HISTOLÓGICAS conjunto de operaciones a que se somete un material orgánico para su estudio 1. OBTENCIÓN DEL TEJIDO: Para los tejidos animales podemos optar por dos opciones: tomar una porción de dicho tejido o procesar una parte, órgano o parte corporal el animal completo. 2. FIJACIÓN: 2 procesos degradativos: autolisis: acción de enzimas intracelulares, es decir, auto digestión y putrefacción: acción bacteriana Fijar un tejido es preservar sus características morfológicas y moleculares lo más parecidas posibles a las que poseía en estado vivo. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 61 MÉTODOS DE FIJACIÓN Los fijadores físicos están basados en una congelación muy rápida del tejido, en la aplicación de calor o microondas. Se utilizan cuando el tipo de muestra lo requiere, cuando los fijadores químicos alteran las estructuras que queremos observar, o cuando necesitamos una fijación muy rápida. Los métodos químicos utilizan soluciones acuosas compuestas por moléculas fijadoras que establecen puentes entre las moléculas celulares, manteniéndolas en sus lugares originales e impidiendo su degradación. 3. INCLUSIÓN: es el método más común de endurecer el tejido y consiste en infiltrar la muestra con sustancias líquidas que tras un proceso de polimerización o enfriamiento se solidifican, sin afectar a las características del tejido. 4. CORTE: hacer secciones de los tejidos que queremos estudiar. 5. COLORACIÓN: las tinciones generales están basadas en el uso de colorantes, son normalmente hidrosolubles y se caracterizan por unirse a ciertas moléculas presentes en los tejidos gracias a afinidades químicas. 6. OBSERVACIÓN: observación del resultado producido por la técnica realizada. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 62 CITOLOGÍA Estudia la organización de la célula. Una célula es la unidad anatómica y funcional de los seres vivos. COMPONENTES CELULARES Membrana plasmática Núcleo Citoplasma y orgánulos Funciones Propiedades Composición Barrera física, creación de compartimentos, creación de gradientes, transmisión de información, producción de ATP, transporte selectivo, posee receptores y enzimas. Semipermeable, fluida, capacidad de rotura y fusión, flexible y maleable, renovación permanente. Lípidos, proteínas y en menor medida glúcidos. La proporción de estos elementos varía entre las membranas y determina sus propiedades. Los lípidos determinan las propiedades físicas de la membrana, pero no son meros elementos estructurales Funciones Tipos Determinan la organización de la membrana, la fluidez, contribuyen al gradiente eléctrico, pueden actuar como segundos mensajeros, pueden Glicerofosfolípidos, esfingolípidos y esteroles Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 63 producir segregaciones funcionales en las proteínas de membrana. Representan aproximadamente el 50 % del peso de la membrana. Las proteínas son las principales responsables de la mayoría de las funciones que se llevan a cabo en la membrana. Hay dos tipos • Transmembrana o integrales: cruzan la membrana de un lado a otro. • Periféricas: asociadas a una de las dos caras de la membrana. Los glúcidos de la membrana están unidos a lípidos (glucolípidos), a proteínas (glucoproteínas) o formando proteoglucanos. Glucocálix: Conjunto de glúcidos de la membrana plasmática. Glucolípidos, Glucoesfingolípidos, gliceroglucolípidos, glucosilfosfatidilinositoles. Núcleo: contiene al ADN. Está formado por la envuelta nuclear y por el nucleoplasma. En la envuelta nuclear se encuentran los poros nucleares, puertas de entrada y de salida del núcleo. El ADN se dispone en el nucleoplasma formando la cromatina: ADN más proteínas asociadas. La envuelta nuclear separa el nucleoplasma del citoplasma. Está formada por una membrana interna, una membrana externa, un espacio intermembrana, por los poros nucleares y por la lámina nuclear. Regula el transporte de moléculas entre el nucleoplasma y el citoplasma, que está mediado por los poros nucleares. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 64 La membrana externa se continúa con la membrana del retículo endoplasmático. La cromatina está formada por el ADN más sus proteínas asociadas, principalmente histonas. Morfológicamente se distinguen dos tipos de cromatina en el nucleoplasma: Eucromatina tiene un aspecto claro y está poco condensada, se cree que se produce una mayor expresión génica. Heterocromatina tiene un aspecto oscuro y está muy condensada, se supone que hay una menor expresión génica. El nucléolo es una región del nucleoplasma donde se sintetiza el ARN ribosómico, se procesa y se ensambla con proteínas para formar las subunidades ribosómicas. El retículo endoplasmático es un orgánulo cuyas membranas forman cisternas aplanadas y túbulos conectados entre sí. Posee dos dominios morfológicos y funcionales: ● Rugoso: se sintetizan proteínas para su secreción o para formar parte de otros compartimentos membranosos que participan de la ruta vesicular. ● Liso: se sintetizan numerosos lípidos de las membranas, es un centro metabólico de detoxificación, almacén de calcio. El aparato de Golgi es un orgánulo formado por cisternas apiladas localizadas cerca de los centrosomas en las células animales. Es una estructura polarizada: el lado cis, por donde entran las moléculas provenientes del retículo endoplasmático, cisternas intermedias, donde se procesan dichas moléculas, y el lado trans, desde donde se reparten a otros compartimentos. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 65 Las moléculas viajan en las cisternas que se desplazan desde el lado cis al lado trans y durante este viaje se van procesando. Funciones: principal centro de glucosidación, también se produce síntesis de esfingolípidos, sulfatación, fosforilación, etcétera. Es un centro de reparto de moléculas. TRANSPORTE CELULAR La exocitosis es el proceso de fusión de vesículas con la membrana citoplasmática. ● exocitosis constitutiva es ubicua y lleva moléculas para la matriz extracelular y para la propia membrana plasmática. ● exocitosis regulada se produce en las células secretoras y éstas "deciden" cuándo y en qué lugar de la membrana plasmática se tienen que fusionar las vesículas. La endocitosis es el proceso de incorporación de moléculas al interior celular englobadas en vesículas. Puede ser mediada por receptores, específica, o en disolución, inespecífica o pinocitosis. La fagocitosis es una endocitosis especializada en incorporar grandes partículas como bacterias, virus y restos celulares. Los lisosomas son orgánulos donde se produce degradación de moléculas. Las mitocondrias de dentro a fuera, están formadas por una membrana externa, un espacio intermembranoso, una membrana interna y la matriz mitocondrial. En la matriz hay ADN, ribosomas y todas las moléculas necesarias para la síntesis de proteínas. En las mitocondrias se produce la síntesis de ATP gracias a procesos de cesión y captación de electrones acoplados a la creación de un gradiente de protones. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 66 El citoesqueleto es un conjunto de filamentos con numerosas funciones: integridad celular, movilidad, organización, división, etcétera. Está formadopor tres tipos de filamentos: - Microfilamentos o filamentos de actina: formados por monómeros de la proteína actina. Funciones: movilidad, forma celular, tráfico vesicular, citocinesis, forman las microvellosidades. - Microtúbulos: formado por dímeros de α- y β- tubulina que se organizan formando un tubo alargado. Participan en numerosos procesos como la organización intracelular o la división celular, gracias a la colaboración de proteínas motoras: dineínas y quinesinas. - Filamentos intermedios: aportan resistencia mecánica. Se anclan a los complejos de unión. Se distribuyen en por el citoplasma y forman parte de la envoltura nuclear CICLO CELULAR: serie de etapas por las que transcurren las células desde que nacen hasta que se dividen en dos células hijas. Las etapas son: G1: Crecimiento celular. Las células que abandonan el ciclo celular lo hacen desde G1. S: Replicación del ADN y duplicación de los centrosomas. G2: Preparación para la mitosis. Crecimiento celular. M: Mitosis. División celular. Incluye a la citocinesis. En la fase M o mitosis se produce la segregación de los componentes intracelulares en dos células hijas. Consta de varias etapas: Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 67 Profase: condensación de la cromatina, desorganización de algunos orgánulos. Prometafase: desorganización de la envuelta nuclear. Metafase: ordenación de los cromosomas en la placa ecuatorial, una región equidistante entre los dos centrosomas del huso mitótico. Anafase: separación de las cromátidas que forman los centrosomas y migración hacia los centrosomas. Telofase: des condensación de las cromátidas y organización de la envuelta nuclear. Citocinesis: formación del surco de escisión y separación de los citoplasmas de las dos células hijas. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 68 TEJIDOS Agrupación de células con una estructura determinada que realizan una función especializada. 1. TEJIDO CONJUNTIVO O CONECTIVO: presenta diversos tipos de células separadas por abundante matriz intercelular. Éstos tejidos desempeñan funciones de sostén, relleno, almacenamiento, transporte, defensa y protección. Integra el sistema inmunitario de defensa contra las proteínas extrañas presentes en las bacterias, virus, células tumorales, etc. Está compuesto por: • Sustancia fundamental. • Fibras. • Células. SUSTANCIA FUNDAMENTAL: formada por líquido extracelular y moléculas grandes. Sostiene las células, las mantiene unidas y proporciona el medio en el que se establece el intercambio de sustancias entre la sangre y las células. Interviene en la actividad metabólica. FIBRAS: son proteínas que forman estructuras alargadas presentes en proporciones variables en los diversos tipos de tejidos. Los 3 tipos principales son: Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 69 CÉLULAS: posee células propias y procedentes de la sangre. FIBROBLASTOS MACRÓFAGOS MASTOCITOS – CEBADAS Es la más común y la responsable de la formación de las fibras y la matriz extracelular. Es aplanada, con prolongaciones ramificadas, dotada de movilidad, pero con movimiento lento. Es polifuncional procedente de los monocitos de la sangre. Tiene gran capacidad de fagocitosis y su morfología es variable. Actúan como elementos de defensa, fagocitan restos de células, material intercelular alterado, Participa en la inflamación y desempeña un papel central en la alergia. La principal función es producir y almacenar potentes mediadores químicos del proceso inflamatorio. COLÁGENO ELÁSTICAS RETICULARES Son las más frecuentes. Son fuertes y flexibles. Formadas principalmente por la proteína colágeno. Son blancas. Por ser largas y de trayecto tortuoso son difíciles de estudiar en cortes histológicos. Fuerte presencia en los huesos, cartílagos, tendones y ligamentos. Son más pequeñas que las de colágeno. El componente principal es la proteína elastina. Tienen coloración amarillenta. Se encuentran en la piel, vasos sanguíneos y pulmones. Son muy delicadas. Están formadas por colágeno y un revestimiento glucoproteico, son especialmente abundantes, formando un armazón de los órganos hemocitopoyeticos (bazo, ganglios linfáticos, medula ósea roja). Forman estromas en torno a las células musculares y a las de órganos epiteliales. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 70 bacterias y partículas inertes que penetran en el organismo. PLASMOCITOS – PLASMÁTICAS ADIPOCITOS LEUCOCITOS – GLÓBULOS BLANCOS Se origina a través de linfocitos B y produce anticuerpos. Son numerosas, a excepción en las áreas expuestas a la penetración de bacterias y proteínas extrañas, pero aparecen en gran cantidad en las zonas donde hay inflamación crónica. Sintetizan y secretan anticuerpos. Son especiales en el almacenamiento de grasas neutras. Proceden de la sangre por migración a través de los capilares y vénulas. Su función es la defensa contra los microorganismos agresores. Los principales son: neutrófilos, eosinófilos y linfocitos. La mayor parte del tejido conectivo se origina del mesodermo, capa germinal media del tejido embrionario. A partir de esta capa se desarrolla el mesénquima, compuesto por células mesenquimáticas embrionaria Las funciones del tejido conectivo, se deben fundamentalmente a sus propiedades mecánicas, entre ellas: • Sostén y relleno estrutural. • Compartimentalización. • Protección física e imunológica • Medio de intercambio de detritus metabólicos, Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 71 Nutrientes y oxígeno. • Almacenamiento de grasa, agua, sodio y otros electrolitos. • Reparación. Clasificación del tejido conjuntivo: TEJIDO CONECTIVO PROPIAMENTE DICHO LAXO DENSO Sostienen estructuras normalmente sometidas a presión y pequeños traumatismos. Es el tejido más abundante, rellena espacios entre las fibras y haces musculares, sirve de apoyo a los epitelios y forma una capa en torno a los vasos sanguíneos y linfáticos. Se encuentra en la piel, en las mucosas y en glándulas. Las células más abundantes son los fibroblastos y los macrófagos, pero están presentes todas las células anteriormente descriptas. Cuando las fibras colágenos se disponen distribuidos sin orientación fija. Se encuentran en los tendones. TEJIDOS CONECTIVOS ESPECIALIZADOS ADIPOSO ELASTICO Hay predominio de células adiposas. Es el mayor depósito de energía del cuerpo. Contribuye al aislamiento térmico del Está formado por haces paralelos de fibras elásticas gruesas. El espacio entre esas fibras está ocupado por fibras colágenas finas y Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 72 organismo, rellena espacios entre otros tejidos y ayuda a mantener ciertos órganos en su posición normal. fibroblastos aplanados. Es poco frecuente encontrándose por ejemplo en los ligamentos amarillos de la columna vertebral. RETICULAR MUCUSO Es muy delicado, forma una red tridimensional para sustentación de células. Está formado por fibras reticulares. Se encuentra en los órganos formadores de células de sangre constituyendo el armazón que soporta las células libres allí existentes que dan origen a las células de la sangre. Este tejido está formado por haces paralelos de fibras elásticas gruesas. El espacio entre esas fibras está ocupado por fibras colágenas finas y fibroblastos aplanados. Su riqueza en fibras elásticas confiere al tejido su color amarillo típico y gran elasticidad. Es poco frecuente, encontrándose, por ejemplo,en los ligamentos amarillos de la columna vertebral. TEJIDO CONJUNTIVO CARTILAGIONOSO El cartílago tiene una consistencia rígida, menos consiste que el tejido óseo. Desempeña la función de soporte, la de revestir superficies articulares facilitando los movimientos. Contiene células, los condrocitos y abundante material intercelular que forma la matriz. Representa uno de los primeros tejidos adaptados para soportar peso. La función de las células consiste en producir una matriz con características adecuadas y mantenerla en estado normal. La muerte de las células conlleva a la generación de la matriz. Las variaciones en la cantidad y tipo de las fibrillas dan propiedades esenciales al cartílago. En las áreas sujetas a grandes tracciones, la cantidad de fibras de colágeno es más elevada, lo que hace que el cartílago sea Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 73 prácticamente inextensible y muy resistente a la traición. La presencia de fibras elásticas con reducción del porcentaje de colágeno, da origen a un tipo de cartílago que es poco rígido, flexible y elástico. No posee vasos sanguíneos, siendo nutrido por los capilares del conjuntivo. El cartílago está desprovisto de vasos linfáticos y nervios. Hay 3 tipos de tejido cartilaginoso, clasificados de acuerdo a la abundancia y al tipo de fibra presente en la matriz: HILIANO ELÁSTICO FIBROSO En fresco es blanco azulado y traslucido, forma el primer esqueleto del embrión. Entre la diáfisis y la epífisis de los huesos largos, se observa el disco epifisiario de cartílago hialino, que es responsable del crecimiento del hueso en longitud. En el adulto se halla en la pared de las fosas nasales, tráquea y bronquios, en la extremidad ventral de las costillas y recubriendo las superficies articulares de los huesos largos. Se encuentra en el pabellón de la oreja, en el conducto auditivo externo, en la trompa de Eustaquio y en algunos cartílagos de la laringe. Es semejante al cartílago hialino, pero contiene más fibras de colágeno y una abundante red de fibras elásticas finas. Puede estar presente aisladamente o formar una pieza cartilaginosa con el cartílago hialino. Los condrocitos de ambos son muy semejantes. Tiene características intermedias entre el elástico y el hialino. Se halla en los discos intervertebrales, en los puntos donde algunos tendones o ligamentos se insertan en los huesos y en la sínfisis púbica. Presenta condrocitos semejantes a los del cartílago hialino, dispuestos aisladamente o en pequeños grupos. Al tener numerosas fibras de colágeno constituyen haces que siguen una orientación aparentemente irregular entre los grupos globulosos de Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 74 Matriz: el 40% de su peso seco esta por fibrillas y fibras de colágeno impregnadas de sustancia fundamental amorfa. La parte amorfa de la matriz está constituida por glucosaminoglicanos combinados con proteínas formando proteoglicanos. Condrocitos: en la periferia presentan una forma elíptica, en la parte central son redondeadas y en general aparecen en grupos de hasta 8 células. Pericondrio: todas las piezas del cartílago hialino están envueltas por una capa de tejido conjuntivo denso en su mayor parte, el pericondrio, cuya integridad es esencial para la vida del cartílago. Está formado por un conjuntivo muy rico en Posee pericondrio y crece principalmente por aposición. condrocitos o una disposición paralela a lo largo de los condrocitos en hileras. En el fibrocartílago no existe pericondrio. Se origina en el seno del tejido conjuntivo denso por modificación de los fibroblastos en condrocito. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 75 fibras de colágeno en la parte más superficial. TEJIDO CONJUNTIVO ÓSEO Se caracteriza por su rigidez y su gran resistencia tanto a la tracción como a la compresión. Células del hueso: este tejido se renueva y se reabsorbe continuamente, gracias a la actividad de los osteoblastos, que son los responsables de la formación de tejido óseo nuevo, los osteocitos, son los osteoblastos maduros y desarrollan una actividad menor, y los osteoclastos se encargan de reabsorber o eliminar la materia ósea. OSTEOPROGENITORAS El tejido óseo se origina a partir de células de origen mesenquimal. Las células osteoprogenitoras cuentan con potencial para diferenciarse hacia condroblastos u osteoblastos, persisten hasta la vida postnatal y se hallan en casi todas las superficies libres de los huesos. Durante la fase de crecimiento de los huesos, las células osteoprogenitoras son más activas. OSTEOBLASTOS Son células osteoformadoras, realizan el desarrollo, crecimiento, mantenimiento y reparación del hueso Son sintetizadoras de la matriz ósea, por lo que están involucradas en el desarrollo y el crecimiento de los huesos. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 76 El desarrollo de los osteoblastos se ve influenciado por distintos factores que estimulan su formación como la hormona paratiroidea y la vitamina D. OSTEOCITOS Las células del hueso maduro y ya formado. Los osteocitos son células que se forman a partir de la diferenciación de los osteoblastos, que a su vez derivan de las células osteoprogenitoras. Los osteocitos se encuentran en mayor proporción en los huesos osificados. Son incapaces de dividirse. El citoplasma es ligeramente alargado y basófilo, con una enorme cantidad de prolongaciones citoplasmáticas, RER poco desarrollado, y en el aparato de Golgi hay pequeñas gotas de lípidos y pequeñas cantidades de glucógeno. Tiene la capacidad de segregar o reabsorber la matriz ósea, de hecho, se podría decir que estas células se han quedado atrapadas en su propia sustancia de secreción. OSTEOCLASTOS Son sintetizadoras de la matriz ósea, por lo que están involucradas en el desarrollo y en el crecimiento de los huesos. Se disponen en el frente formador del hueso. El núcleo está muy desarrollado, además contiene un aparato de Golgi bien desarrollado con numerosas mitocondrias, con abundante retículo endoplasmático rugoso que confiere un color intensamente basófilo al citoplasma. Tipos de tejido óseo: HUESO COMPACTO HUESO ESPONJOSO Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 77 Forma la diáfisis de los huesos largos. Su matriz ósea mineralizada está depositada en laminillas, entre estas se ubican las lagunas con los osteocitos, desde cada una se irradian canalículos ramificados que las comunican y permiten la nutrición de los osteocitos. Las laminillas se disponen de 3 formas: - Concéntricamente alrededor de un conducto de Havers, que contiene capilares, vénulas postcapilares y a veces arteriolas, formando estructuras cilíndricas, llamadas osteonas. - Entre las osteonas se disponen formando los sistemas intersticiales separados de las osteonas por las líneas de cemento. - Por debajo del periostio sobre su superficie interna y por debajo del endostio se ubican alrededor de la circunferencia del tallo de forma extendida las laminillas circunferenciales externas e internas. Las osteonas comunican entre sí con la superficie o la cavidad medular por canales transversales u oblicuos llamados canales perforantes o de Volkman. No contiene osteonas, sino que las láminas están formando una placas llamadas trabéculas, dejando huecos llenos de la medula ósea roja. Es el constituyente de las epífisis de los huesos largos. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 78 SUSTANCIA FUNDAMENTAL:posee una concentración menor de glucosaminoglicanos que el cartílago. Es una matriz acidófila. Posee proteínas exclusivas del hueso como la osteocalcina unida a la hidroxiapatita. COLAGENO: es el 90% de la matriz orgánica, posee muchos enlaces intermoleculares, insoluble en disolvente y mayor hidroxilación de las lisinas. SUSTANCIA INORGANICA: fosfato cálcico, citrato, bicarbonato, florro, magnesio y ion sodio. Formación del tejido óseo: • OSIFICACION INTRAMEMBRANOSA O DIRECTA: se da en el tejido conectivo. Así se forman los huesos planos de la bóveda del cráneo. El mesénquima se condensa en conjuntivo vascularizado en el cual las células están unidas por largas prolongaciones y en los espacios intercelulares se depositan haces de colágeno orientados al azar que quedan incluidos en la matriz. La primera señal de formación es la aparición de bandas de matriz eosinofilia más densas que se depositan equidistantemente de los vasos sanguíneos que forman la red. Las células se agrandan y se reúnen sobre las trabéculas, adquieren forma cuboidea o cilíndrica y permanecen unidas por prolongaciones cortas, transformándose en osteoblastos que depositan matriz osteoide no calcificada. Las trabéculas se hacen más gruesas, se secreta colágeno que forma fibras orientadas al azar formando hueso reticular. Se depositan sales de calcio sobre la matriz. Debido al engrosamiento trabecular los osteoblastos quedan atrapados en lagunas y se convierten en osteocitos que se conectan con los osteoblastos. En las áreas esponjosas donde se tiene que convertir en compacto, las trabéculas Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 79 siguen engrosándose hasta que desaparecen los espacios que rodean los vasos sanguíneos. El tejido conjuntivo se transforma en periostio. Los osteoblastos superficiales se transforman en células de aspecto fibroblástico que persisten como elementos osteoprogenitoras en reposo, ubicados en el endostio o el periostio pudiéndose transformar de vuelta en osteoblastos si son provocados. • OSIFICACIÓN ENDOCONDRAL O INDRECTA: es la sustitución de cartílago por hueso. La mayoría de los huesos del cuerpo se forman de esta manera, el proceso se puede apreciar mejor en los huesos largos. 1. Desarrollo del modelo cartilaginoso: en el sitio donde se formará el hueso, las células mesenquimatosas se agrupan según la forma que tendrá el futuro hueso. Dichas células se diferencian en condroblastos, que producen una matriz cartilaginosa, de tal suerte que el modelo se compone de cartílago hialino. Además, se desarrolla una membrana llamada pericondrio, alrededor del modelo cartilaginoso. 2. Crecimiento del modelo cartilaginoso: cuando los condroblastos quedan ubicados en la la matriz cartilaginosa, se les llama condrocitos. El modelo cartilaginoso crece en sentido longitudinal por división celular continua de los condrocitos, acompañada de secreción adicional de matriz cartilaginosa. Este proceso genera un aumento de longitud que se llama crecimiento intersticial. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 80 En contraste, el incremento en el grosor del cartílago se debe principalmente a la adición de matriz en la periferia del modelo por nuevos condroblastos, los cuales evolucionan a partir del pericondrio. A este tipo de desarrollo por depósito de matriz sobre la superficie cartilaginosa se le llama desarrollo por aposición. 3. Desarrollo del centro de osificación primario: una arteria nutricia penetra en el pericondrio a través de un agujero nutricio en la región central del modelo cartilaginoso, los cual estimula que las células osteógenas del pericondrio se diferencien en osteoblastos. El conjunto de estos vasos y sus correspondientes osteoblastos, osteoclastos y células de la médula ósea roja recibe el nombre de brote perióstico que inducen el crecimiento de un centro de osificación primario, región en que el tejido óseo sustituye la mayor parte del cartílago. 4. Desarrollo de los centros de osificación secundarios: cuando los vasos sanguíneos penetran la epífisis, se forman los centros de osificación secundarios. La osificación secundaria se inicia en el centro de la epífisis y prosigue hacia el exterior, en dirección a la superficie externa del hueso. 5. Formación del cartílago articular y de la placa epifisiaria: el cartílago hialino que cubre las epífisis se convierte en cartílago articular. durante la niñez y la adolescencia se conserva cartílago hialino entre la diáfisis y las epífisis, el cual se conoce como placa epifisiaria y es la que permite el crecimiento longitudinal de los huesos largos. Funciones de los huesos Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 81 ▪ Sostén: los huesos forman un cuadro rígido, que se encarga del sostén de los órganos y tejidos blandos. ▪ Permiten el movimiento: gracias a los músculos que se fijan a los huesos. ▪ Protegen a los órganos. ▪ Homeostasis mineral: el tejido óseo se encarga del abastecimiento de diversos minerales, principalmente el fosforo y el calcio, que son muy importantes en funciones que realiza el organismo como la contracción muscular. Cuando uno de estos minerales es necesario, los huesos lo liberan en el torrente sanguíneo y este lo distribuye por el organismo. ▪ Contribuye a la formación de células sanguíneas: la medula ósea roja se encarga de la formación de glóbulos rojos, este proceso se denomina hematopoyesis. ▪ Sirven como reserva energética: la medula amarilla es el tejido adiposo, que es una gran reserva energética. 2. TEJIDO MUSCULAR: TEJIDO MUSCULAR LISO TEJIDO MUSCULAR ESTRIADO Musculo liso visceral Musculo cardiaco Células mioepiteliales Músculo esquelético TEJIDO MUSCULAR LISO Se encuentra en la pared de muchas vísceras huecas. Esta inervado por el sistema nervioso autónomo. Hace movimientos relativamente lentos, no se fatiga con rapidez y puede desarrollar una gran fuerza durante periodos de tiempo prolongados. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 82 CELULA MUSCULAR LISA: casi siempre es fusiforme delgada o ramificada que se encuentra formando capas. En su citoplasma se encuentran filamentos de actina y miosina. En el centro se encuentra el núcleo con forma alargada, aparato de Golgi, mitocondria, RER, lisosomas. También hay glucógeno. El REL almacena calcio. La membrana celular forma depresiones con forma de omega que se llaman caveolas, que contienen bombas de Ca y se cree que cumplen una función en el acoplamiento de la señal estimuladora con la contracción. APARATO CONTRACTIL DE LA CELULA MUSCULAR LISA: las células musculares se contraen porque los miofilamentos se deslizan entre sí. En el caso de las células musculares lisas de contracción es desencadenada por el calcio que entra al citosol por medio de las bombas de Ca de las caveolas. El calcio incorporado forma un complejo con la calmodulina y ambos conducen a la contracción por medio de 2 mecanismos: o se une a la caldesmona y determina que se separe de la actina. Así, quedan libres los sitios de la actina, a los cuales pueden unirse las cabezas de miosina. o activa una quinasa de la miosina que fosforila una de las cadenas de la miosina. Así, las cabezas de la miosina pueden interaccionar con la actina. TEJIDO MUSCULAR ESQUELÉTICO Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 83 Tiene una inervación voluntaria y es capaz de desarrollar una gran fuerza durante un periodo de tiempo breve, pero se fatiga pronto. Las células son largas y multinucleadas. CÉLULA MUSCULAS ESQUELÉTICA: la característica más notable son las estriaciones transversales que son miofibrillas situadas muy juntas. En estascélulas el citoplasma se llama sarcoplasma y está compuesto por miofibrillas y mitocondrias, contiene también mioglobina. Posee centenares de núcleos alargados, pequeños y ovales. En las cercanías del núcleo hay mitocondrias, aparato de Golgi, ribosomas y REL bien desarrollado, lisosomas y gránulos de glucógeno. La membrana celular o sarcolema forma invaginaciones que se introducen en la profundidad del citoplasma llamados túbulos T. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 84 APARATO CONTRACTIL DE LA CELULA MUSCULAR ESQUELÉTICA: las bandas oscuras se denominan bandas A, las bandas claras son las bandas I, quienes se acortan en la contracción, mientras que las A permanecen constantes. En el centro de cada banda I hay una banda más oscura llamada línea Z. Un segmento de miofibrilla comprendido entre dos líneas Z se denomina sarcómero. En el centro de cada banda A hay una banda más clara llamada banda H, que tiene en su centro una banda más angosta y oscura llamada línea M. En la banda A hay tantos filamentos de miosina actina que se superponen. Cada filamento de miosina está rodeado por 6 filamentos de actina. La banda H contiene exclusivamente filamentos de miosina. En la contracción los sarcómeros se acortan porque los filamentos de actina a ambos lados al deslizarse se introducen más profundamente en la banda A. La banda I se acorta y la H también, pero el ancho de la banda A no se modifica. En el estiramiento intenso las bandas I y H aparecen más anchas que en el estado de reposo. → MIOSINA: compuesta por dos cadenas polipeptídicas pesadas y 4 ligeras. Cada cadena tiene una región de cola y de cuello con un extremo globular llamada cabeza. La región de la cabeza es el sitio de actividad de ATPasa y forma los puentes entre la actina y la miosina. → ACTINA: compuesta por 2 cadenas de actina filamentosa enrolladas entre sí. Con el filamento de actina está asociado el complejo de proteínas reguladoras de tropomiosina/troponina. CONTRACCIÓN: desde la placa motora terminal se extiende por toda la membrana de la célula un potencial de acción que se introduce en la Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 85 profundidad celular por medio de los túbulos T, el calcio se libera desde el retículo sarcoplasmático, entra al citosol y se inicia el proceso de contracción. En el estado de reposo la cabeza de miosina está unida a la actina solo de forma débil, cada cabeza de miosina tiene un ATP unido a ella. Si entra calcio en el sarcoplasma y se une a la troponina C, la actina activa la función de ATPasa de la cabeza de miosina y el ATO se enciende ADP Y P, esto provoca que la cabeza de miosina se endurezca y se fije en el sitio de unión de la actina. Este proceso causa el desplazamiento de actina y miosina entre sí por una corta distancia. Luego también se separa el ADP de la cabeza y el movimiento de flexión continúa un poco más hasta que las cabezas de miosina alcanzan su posición final. TEJIDO MUSCULAR CARDÍACO • Los filamentos de actina y miosina no están organizados en fibrillas delgadas uniformes, sino que forman estructuras gruesas y de contorno irregular. • A la altura de los polos nucleares hay regiones carentes de monofilamentos, pero que tienen gránulos de glucógeno e inclusiones lipídicas. • En el citoplasma hay mitocondrias, tiene túbulos T. EL RS también está presente • Entre estas células hay estructuras de contacto llamadas discos intercalares que tienen desmosomas y uniones de hendidura (nexos). 3. TEJIDO NERVIOSO: El SNC está rodeado por 3 capas de tejido conectivo: Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 86 DURAMADRE ARACNOIDES PIAMADRE Esta en continuidad directa con los huesos craneales, es dura y firme. Formada por TCD con fibras colágenas abundantes y pocas elásticas. Capa de TC fina y delicada, se mantiene en conexión con la duramadre tapiza el espacio subaracnoideo. Esta en continuidad directa con el encéfalo y la medula espinal y sigue los surcos de la superficie del SNC. El sistema nervioso deriva del ectodermo. De él surgen las neuronas y las células de la neuroglia excepto las células de la microglía que derivan del mesodermo. Está constituido por 2 tipos de células: NEURONAS CLASIFICACIÓN DE LAS NEURONAS Están formadas por el cuerpo neuronal y prolongaciones llamadas dendritas. Las dendritas y el cuerpo captan impulsos de otras neuronas y células sensoriales que se suman en el cuerpo neuronal y si superan un umbral determinado desencadenen un potencial de acción. CUERPO: tiene el núcleo y muchos orgánulos. Es la central metabólica de la neurona. Cerca del núcleo hay RER, granulaciones de Nissl. Hay también aparato de Golgi, mitocondrias y lisosomas. • EXITADORAS: la mayoría de las neuronas que se proyectan por distancias largas son excitadoras y utilizan glutamato como neurotransmisor. Las neuronas aferentes del DNP también son medidas por glutamato. En cambio, las neuronas motoras eferentes de la medula utilizan acetilcolina como neurotransmisor. • INHIBIDORAS: tienen sus terminaciones axónicas en la cercanía del Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 87 DENDRITAS: aumentan la extensión de la superficie de la membrana. Conducen estímulos y pueden intensificarlos, elaborarlos o procesarlos. Hay ribosomas, RER Y REL y aparato de Golgi, mitocondrias. AXÓN: sus funciones son la conducción rápida y eficaz de los impulsos. Se encuentran muchos microtúbulos, REL y mitocondrias. cuerpo celular. La mayoría de este tipo utilizan GABA como neurotransmisor, también puede ser la glicina. NEUROGLÍA ASTROCITOS OLIGODENDROCITOS EPENDIMOCITOS Tienen forma estrellada y abundantes prolongaciones delgadas que se irradian desde el cuerpo. FUNCIONES: • Sostén. • Limitación de las superficies. • Homeostasis química: debido a sus prolongaciones entran en contacto con el espacio extracelular en Poseen sólo pocas prolongaciones, apenas ramificadas. Forman la mielina en el SNC. Tapizan como un epitelio los ventrículos del encéfalo y el conducto central de la médula espinal. Intervienen en la producción de líquido cefalorraquídeo y pueden reabsorberlo y regular su intercambio. Son células epiteliales cúbicas o cilíndricas, con la superficie con microvellosidades o cinocilios. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 88 una superficie muy amplia. Permite que el astrocito pueda reaccionar con rapidez ante las modificaciones de la concentración de potasio o los cambios de pH. • Nutrición de las neuronas: pueden almacenar glucógeno para entregársela a las neuronas en caso de necesidad. Los astrocitos pueden ser: - Protoplasmáticos: aparecen en la sustancia gris del SNC, poseen muchas prolongaciones relativamente cortas y muy ramificadas. - Fibrosos: se encuentran en la sustancia blanca del SNNC. Poseen prolongaciones finas largas. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 89 MICROGLIOCITOS CÉLULAS DE SCHAWANN CÉLULAS SATÉLITES Cumplen funciones defensivas: fagocitan detritos celulares, cuerpos extraños y agentes infecciosos. Acompañan las prolongaciones neuronales en los nervios periféricos. Pueden rodear a los axones con una vaina de mielina o con una axónica simple. Regulan la excitabilidad eléctrica de las neuronas. Son importantes para la nutrición del axón y pueden fagocitar detritos celulares cuando mueren las neuronas y luego fomentan la regeneración axónica. Rodean y nutren los somas de las neuronas ganglionares enlos ganglios sensoriales vegetativos. Son células de Schwann especializadas. VAINAS AXÓNICAS: la vaina de mielina posibilidad la conducción rápida de los impulsos a lo largo del axón. Además, en el SNP también hay células de Schwann que rodean axones sin vaina de mielina que en este caso tienen la función de nutrir al axón. CELULAS DE SHWANN MIELINIZANTES: rodean axones del SNP con una vaina de mielina. La vaina de mielina de un axón es formada por muchas células de Schwann individuales. Entre dos células de Schwann la vaina de mielina está interrumpida por los nódulos de Ranvier, estos nódulos elevan el potencial de acción. La propagación saltatoria de los impulsos es mucho más rápida. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 90 BARRERA HEMATOENCEFÁLICA BARREA HEMATOLICUORAL Ubicada entre la sangre y el tejido nervioso del SNC. Sirve para mantener la homeostasis del encéfalo y para protegerlo de los agentes patógenos y sustancias toxicas. Regula el paso de sustancias desde la sangre hacia el SNC. Está formada por el endotelio de los capilares del SNC y la membrana basal subyacente, así como la membrana limitante glial. Se forma entre los vasos capilares del plexo coroideo y el LCF. Compuesta por células endoteliales, membrana basal subyacente y epitelio del plexo. El LCF es secretado por las células del epitelio del plexo y también secretan glucosa y otros componentes. NERVIOS PERIFERICOS: compuestos por haces de fibras nerviosas mielínicas y amielínicas cuyos somas neuronales se encuentran en el SNC o en ganglios. Sirven para la transmisión de información desde la periferia hacia el SNC y desde el SNC o los ganglios vegetativos hacia la periferia. Poseen estructuras de tejido conectivo: ENDONEURO PRINEURO EPINEURO TCR, rodea las fibras nerviosas individuales y es Reúne y recubre una cantidad variable de fibras nerviosas rodeadas por endoneuro. Tiene Varios haces de fibras nerviosas rodeadas por perineuro se mantienen unidas Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M 91 contiguo a la lámina basal de las células de Schwann. 2 porciones: fibrosa con TCD y epitelial, constituida por pocas células aplanadas. entre sí y a su entorno por medio de un TCD que recibe el nombre de epineuro. SINAPSIS: las neuronas pueden transmitir estímulos a otras células, hay 2 tipos: ELÉCTRICAS QUÍMICAS Son regiones de contacto entre neuronas. 2 neuronas se acoplan funcionalmente entre sí en forma estrecha, reaccionan de modo rápido y sincrónico ante una activación. A través de un mensajero químico, un impulso eléctrico se transmite de una neurona a una célula diana conectada a continuación. Este archivo fue descargado de https://filadd.com � FI LA DD .CO M