Atlas de Bolso da Fisiolofia Humana

Atlas de Bolso da Fisiolofia Humana

(Parte 2 de 12)

Los reguladores que mantienen constanl una magnitud se denominan reguladore conservadores, sobre los que influyen lo estímulos que causan la desviación del valo real respecto del deseado (D2). En el organis mo el valor deseado no suele ser una cons-l tante inmodificable, sino que se puede «adapB tar» cuando así lo exijan las circunstancias. SM produce de este modo una modificación dem valor deseado, que altera la diferencia entre éste y el valor real, con la consiguiente activación del sistema regulador (D3). En estas circunstancias se regula la modificación del valor deseado (no el estímulo que la produjo), de forma que se puede hablar de la regulación de las consecuencias o de regulación asistida. Ejemplos de esta situación son la fiebre (v. 224) y el ajuste de la longitud muscular a través de los husos musculares y las motoneuronas y(v. 316).

En el organismo no sólo se regulan magnitudes sencillas, como la presión arterial, el valor del pH celular, la longitud muscular, el peso corporal y la concentración de glucosa plasmática, sino también procesos complejos, como la fecundación, el embarazo, el crecimiento, la diferenciación de los órganos y la elaboración de los estímulos sensitivos y la actividad motora de los músculos esqueléticos, así como el mantenimiento del peso corporal al correr y al permanecer de pie. El proceso de regulación puede durar sólo milisegundos (movimiento intencional) o varios años (crecimiento).

Los sistemas de regulación descritos antes permiten mantener un valor real medio constante con oscilaciones más o menos importantes en forma de ondas. Cuando se produce un estímulo modificador brusco, estas oscilaciones se hacen más importantes, pero en un sistema estable de regulación se normalizan (E, paciente 1). Estas oscilaciones suelen representar sólo un pequeño porcentaje, aunque en ocasiones son considerables. Por ejemplo, la glucosa plasmática se duplica después de la comida, por lo que sólo se intenta evitar los valores extremos (hiper o hipoglucemia) y las desviaciones crónicas. Cuanto más exacto deba ser el control, más sensible habrá de ser el sistema de regulación (factor de intensificación más alto), lo que prolonga la duración de las oscilaciones (E, paciente 3) y vuelve inestable la regulación en situaciones extremas, con la consiguiente oscilación del valor real entre los valores extremos (oscilación de la regla, E, paciente 4).

Las oscilaciones del valor real después de un estímulo modificador se pueden amortiguar de forma que: a) cuanto más intensa sea la señal del sensor, con más rapidez se aleja el valor real del teórico (propiedades diferenciales del sensor) (v. 312 y s.), y b) se informa de la probable magnitud de la alteración al sistema regulador fmagniíucj de la alteración). En la termorregulación se produce un fenómeno de contrarregulacióil desencadenado por los receptores de frío de la piel, antes de que se llegue a modificar el valor real (temperatura central) (v. 224). Lai desventajas de los sensores D en los circu» tos reguladores quedan demostradas por los presosensores arteriales en la regulado» aguda de la presión arterial: las elevaciones lentas, pero constantes de la presión artericl que se producen en la hipertensión escapa» de la regulación, mientras que una dismira» ción rápida de la misma en un paciente hipertenso desencadena una rápida respuesta para volver a elevarla. Para la regulación a largo plazo de la presión arterial son neces» ríos otros sistemas reguladores.

La célula

La célula es la unidad más pequeña de los seres vivos y ella (ninguna unidad menor) puede realizar las funciones fundamentales del organismo, como el metabolismo, el crecimiento, el movimiento, la multiplicación y la transmisión de la herencia (W. Roux, v. 4). El crecimiento, la multiplicación y la herencia son posibles por la división celular.

Los componentes celulares son la membrana celular, el citosol o citoplasma (50% del volumen) y las estructuras subcelulares incluidas en el mismo con su propia membrana limitante, las organelas celulares (A, B). Las organelas de las células eucariotas son muy especializadas. Por ejemplo, su material genético se concentra en el núcleo celular, sus enzimas de desecho en los lisosomas, y la producción oxidativa de ATP se realiza en las mitocondrias.

El núcleo celular contiene el jugo nu- clear (cariolinfa), el cuerpo nuclear (nucléolo) y la cromatina que contiene la información hereditaria, los ácidos desoxtrribonucleicos (ADN). La doble hélice de ADN (hasta de 7 cm de longitud) está arrollada y plegada, de forma que contiene los cromosomas de 10 um de longitud. En los hombres hay 46 pares de cromosomas, 2 autosomas y 2 cromosomas sexuales (X en la mujer y XY en el varón). El ADN se compone también de una secuencia de moléculas con tres elementos (los nucleótidos), correspondientes a una pentosa (desoxirribosa), un fosfato y una base. Del azúcar del esqueleto azúcarfos fato (des oxi rribosa -fos fato -des oxirribo sa) cuelga una de cuatro bases distintas. El patrón de secuencia de las bases constituye el código genético que determina cada una de las 100.0 proteínas diferentes que sin- tetiza una célula a lo largo de su vida (e x- presión genética). Las dos hebras de ADN se pliegan de forma que en la doble hélice siempre coinciden la base adenina (A) con íiinina (T) y guanina (G) y cirosina (C). La secuencia de bases de una hebra de ADN (E) es una «imagen especular» de la otra, lo que permite emplearla como matriz para la síntesis de una hebra complementaria nueva que contenga una información idéntica, algo que sucede antes de cada partición celular para duplicar la información genética (re- plic ación ).

La transmisión del código genético del ADN nuclear (secuencia de bases) a la síntesis proteica en el citosol (secuencia de aminoácidos) es realizada por el ácido ribonucleico mensajero (ARNm, Cl). Esta molécula se sintetiza en el núcleo celular y se diferencia; del ADN en que sólo tiene una hebra constij tuida por ribosa en lugar de desoxirribosa y contiene uracilo (U) en lugar de timina. En la cadena de ADN, cada aminoácido (glutamato, E) de la proteína codificada viene determij nado por tres bases consecutivas (triplete da bases, en el ejemplo C-T-C; codogén)]

Cuando se lee el ADN, en el

ARNm se sustil tuye por el triplete de bases complementaria (en el ejemplo, G-A-G), que constituye el cal don (E). La lectura del codón en el ribosoma

(C2) se realiza a través del

ARNt (de transfej rencia) relativamente corto, que contiene a triplete de bases complementario del codóij (en el ejemplo, C-U-C), denominado antica don (E).

La síntesis de ARN en el núcleo celul lar se produce bajo el control de las ARN-poj íimerasas (tipos I-I), cuyo efecto sobre ej ADN se encuentra bloqueado en condicionei normales por proteínas represoras. Cuandl el represor se elimina (desrepresión) y los faa tores de transcripción generales se ligan a la denominada secuencia promotora del ADti (TATA en el caso de la polimerasa I), se prel duce la fosforilación de la misma. Una vez a tivada, se produce en un punto determinad! la separación de las dos hebras del ADN, lo que permite la lectura del código y la codifI cación de una cadena de ARNm (transcrip- ción

Cía, D). Este ARNhn sintetizado pJ la polimerasa (ARN nuclear heterogéneo) ti J ne un «capuchón» en el extremo 5' y una col de poliadeninas en el 3' (D) y «está empaqua tado» en una envoltura de proteínas, de foi ma que da lugar a las partículas de ribonuclecl proteína nucleares heterogéneas (PRNhr» Este ARN primario o pre-ARNm contiene ni sólo secuencias de bases que codifican arr» noácidos para las proteínas (exones), si™ también otras que no intervienen en la codi» cación (mirones). Los intrones, que pued« contener desde 100 hasta 10.0 núcleo! dos, son separados de la cadena de ARB

(splicing, Clb, D), ya que contienen infc* mación para una separación exacta. Este splicing depende del ATP y se produce por la acción conjunta de numerosas proteínas localizadas en un complejo de ribonucleoproteinas (spliceosoma). Los intrones representan la parte del león en el pre-ARNm. En el caso del factor VIII de la coagulación, que contiene 25 intrones, representan un 95% de la cadena de nucleótidos. Esta modificación postranscripcional permite alterar el ARNm (metilaci ón) .

El ARN abandona el núcleo a través de los poros nucleares (unos 4.0 por cada célula) hacia el citosol (Cíe). Son complejos proteicos de alto peso molecular (125 MDa) en la envoltura nuclear, que se encargan del transporte selectivo de moléculas de gran tamaño hacia el núcleo (factores de transcripción, ARN-polimerasas o receptores de hormonas esteroideas citoplasmáticos), desde el núcleo (ARNm, ARNt) o en ambas direcciones (proteínas del ribosoma). Para que una molécula pueda desplazarse en una u otra dirección (con un mecanismo dependiente de ATP) se necesita una señal específica, que dirige la molécula hacia el poro. La salida del ARNm del núcleo depende de la estructura en capuchón del extremo 5', la entrada de proteínas al núcleo depende de una o dos secuencias concretas de pocos aminoácidos (sobre todo básicos), que forman parte de la cadena peptídica de las proteínas nucleares y que forman un lazo peptídico en la superficie proteica. Esta señal de localization nuclear está oculta por un chaperon (hsp90 en el caso del receptor citoplasmático de los glucocorticoides, v. 278, [hormona]) en ausencia de su ligando y sólo se muestra en presencia de la hormona que libera la hsp90 del receptor. Este receptor «activado» puede entrar al núcleo, donde se une a secuencias del ADN específicas y regula la transcripción de determinados genes.

La envoltura nuclear está compuesta por dos membranas de fosfolípidos, que se interrumpen a nivel de los poros nucleares. Estas dos membranas están estrechamente unidas y la externa se continúa con la membrana del retículo endoplasmático (RE) (F).

El ARNm que abandona el núcleo llega a los ribosomas (Cl), que se localizan sueltos en el citosol o ligados a la cara citosólica del RE. Cada ribosoma está constituido por do- cenas de proteínas, que se asocian con moléculas de ARN estructural [ARNr (ribosómico)]. Las dos unidades del ribosoma se transcriben en el nucléolo a partir de numerosos genes para el ARNr y salen del núcleo por se-j parado a través de los poros. Su unión en forma de ribosoma constituye una «máquina» bioquímica para la síntesis proteica (traducción) (C2). Para la formación de cada secuencia peptídica es necesario un ARNt específico (para cada uno de los 21 aminoácidos que producen las proteínas), a cuyaj extremo C-C-A (idéntico en todos los ARNt) se une el aminoácido inicial y que presenta en el otro extremo un anticodón, que reconoce el codón del ARNm (E) (el ribosoma con-1 tiene dos sitios de unión del ARNt, uno paral el aminoácido recién fabricado y otro para etj siguiente; no se muestra en E). La síntesis empieza con la lectura de un codón de inicio y termina con un codón de terminación. Después el ribosoma se divide en sus dos mitades y se separa del ARNm (C2). La velocH dad de síntesis de un ribosoma es 10-20 ami-j noácidos/segundo. La cadena de ARNm es! leída en distintos sitios por varios ribosomaa al mismo tiempo (polirribosomasj, de formal que la velocidad de síntesis de una proteínaj es más alta que la de su ARNm. Por ejemplo] en la médula ósea se producen unas 5 x lO1 ! copias de hemoglobina a razón de 574 ami-j noác idos/se gundo.

El retículo endoplasmático (RE, C, F) desempeña un papel central en la síntesis proteica y lipídica de la célula y actúa como] una reserva de Ca2+ intracelular (v. 17, A)J

Corresponde a un laberinto en forma de re-j des de canales ramificados y vesículas aplaH nadas, cuyos espacios internos (cisternas! aproximadamente un 10% del volumen celuj lar) están unidos entre sí y rodeados de und membrana, que representa hasta el 70% d la masa total de membrana celular. En la suj perficie externa de una parte del RE se localiJ zan los ribosomas (RE rugoso), en los que sd sintetizan las proteínas de la membrana (G)j del RE, del aparato de Golgi, de los lisosomas] etc., así como las proteínas para exportación] Cuando se empieza a sintetizar una proteína (en el extremo aminoterminal) en los ribosoí mas (al principio libre) se origina una secuenj cía de señalización, a la que se liga una PR9

(partícula de reconocimiento de señal) en el citoplasma. La consecuencia de esta unión es que: a) la síntesis en curso se detiene y b) el ribosoma (con la mediación del PRS y el receptor del PRS) se une al receptor de ribosomas de la membrana del RE. En este momento se reinicia la síntesis proteica. Una vez concluida la síntesis de proteínas para la ex- portación, la cadena peptídica es secretada a la cisterna a través de una proteína transloca- dora. Cuando se sintetizan proteínas de membrana, los dominios de membrana (G2) interrumpen la síntesis cerrando las proteínas translocadoras, al tiempo que sitúan la secuencia peptídica hidrófoba en la membrana fosfolipídica. El RE sin ribosomas se denomina RE liso y en él se sintetizan los lípidos (p. ej., las lipoproteínas, v. 254 y s.). Las proteínas fabricadas en el RE son transportadas en forma de vesículas con membrana (lípidos) hacia el aparato de Golgi.

El aparato o complejo de Golgi (F) está constituido por compartimientos funcionalmente comunicados entre sí, en los que se elaboran los productos elaborados en el RE. Consta de una red de Golgi-ds (superficie de entrada, próxima al RE), de vesículas planas apiladas (pilas del Golgi) y de una red de Golgi-trcms (selección). En el aparato de Golgi:

* se sintetizan los polisacáridos.

» se modifican las proteínas (modificación postraducción), como la glucosilación de las proteínas de membrana en determinados aminoácidos (ya se produce en el RE), que posteriormente forman el glucocálix en la superficie externa de la célula (v. 14), o la y-carboxilación de los restos de glutamato (v. 102).

* fosforila el componente glucídico de las glucoproteínas (p. ej., la manosa-6-fosfato) y » «empaqueta» determinadas proteínas para su exportación en vesículas secretoras (granu los de secreción), cuyo contenido se exocita ha cia el espacio extracelular (páncreas) (v. 246).

El aparato de Golgi representa, por tanto, una estación de modificación, selección y reparto central de las proteínas y lípidos fabricados en el RE.

La regulación de la expresión genética se produce a nivel de la transcripción (Cía), la modificación del ARN (Clb), de la exportación del ARNm (Cíe), de la elimina-1 ción del ARN (Cid), de la traducción (Cíe), I de la modificación y selección (Ff) y la degra-1 dación proteica (Fg).

En las mitocondrias (A, B y v. 17, B» se produce la oxidación de los lípidos y los hi-1 dratos de carbono a CO2 y H2 0 empleando*

O2 . En ellas se produce el ciclo del ácido cí-l trico, la cadena respiratoria y la /ormación» de ATP necesaria para los mismos. Las célu-l las implicadas en el transporte y con un me-1 tabolismo activo tienen muchas mitocon-l drias, como los hepatocitos y los epitelios in-1 testinales y renal. Las mitocondrias se rodeaiH de una membrana externa lisa y una mem-B brana interna, que muestra una superficie* mucho mayor por la presencia de pliegues» profundos (crestas) y que está implicada en ell transporte (v. 17, B). Las mitocondrias se ori-l ginan posiblemente en bacterias aerobias ,1 que vivían en simbiosis con las células anae-B robias (hipótesis simbiótica], de las queB quedan como reliquias el ADN (bacteriano! y la doble membrana de las mitocondriasl También tienen ribosomas para la síntesis» pr otei ca.

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