Atlas de Bolso da Fisiolofia Humana

Atlas de Bolso da Fisiolofia Humana

(Parte 3 de 12)

Los lisosomas son vesículas (F), que deri-B van del RE a través del aparato de Golgi y quel se ocupan de la «limpieza» intracelular de» macromoléculas. Estas sustancias de desechB entran a la célula por endocitosis (como la al-l búmina en el túbulo renal, v. 158) o fagocitosis» (bacterias por los macrófagos, v. 94 y s.),l pero también se pueden originar dentro de lal misma por la destrucción de organelas pro| pias (auto/agía, por ejemplo de mitocori drias), que se eliminan en los autofagosoma:

(B, F). Los fragmentos de membrana endocl tados pueden reincorporarse de nuevo a la misma (reciclado de receptores en la endocitosis mediada por receptor, v. 28). Estacione; intermedias en este tráfico de vesículas sos los endosomas precoces y tardíos. Los en| dosomas tardíos y los lisosomas contienen hi drolasas acidas (proteases, nucleasas, lipa sas, glucosidasas, fosfatases, que sólo son ac uvas en medio ácido), una H+

-ATPasa d« membrana, que acidifica el interior del lisosq ma a un pH 5, y diversas proteínas transport tadoras, que a) separan los productos del desecho (entre otros, aminoácidos) del citoplasB ma y b) se ocupan de la entrada de H* para el transportadores o receptores hormonales. Las proteínas se anclan a los restos de aminoácidos lipófilos o se colocan sobre proteínas ya ancladas. Algunas proteínas de membrana se pueden mover con libertad en la membrana, mientras que otras se anclan en el citoesqueleto, como los intercambiadores amónicos de los eritrocitos. La superficie celular está revestida por el glucocálix, compuesto por las porciones glucídicas de las glucoproteínas y los glucolípidos de la membrana celular (61,4) y de la matriz extracelular. El glucocálix permite las interacciones célulacélula (reconocimiento de superficie, entrí otros). Las selectinas son proteínas de mem brana que se unen a componentes del gluco cálix (v. neutrófilos).

El citoesqueleto posibilita que la célulí adopte diversas morfologías (p. ej., en la di visión celular), que se mueva (migración, ci lios) y que se produzca el transporte intrace lular (vesículas, mitosis). Contiene filamento de actina, microtúbulos originados en lo centrosomas y filamentos intermedios como vimentina, desmina, queratina y neu rof ¡lamentos.

fp> equilibrio de cargas (canales de Cl~). Estas proteínas de transporte y enzimas son aportadas a los lisosomas primarios desde el aparato de Golgi. La manosa-6-fosfato (M6P) sirve como «etiqueta», ya que se liga con los receptores para M6P en la membrana de Golgi y forma la estructura mediante endocitosis mediada por receptores ayudada por una clatrina (v. 28). En el medio ácido las proteínas se separan del receptor y se desfosforilan; posteriormente, se recicla (F). Las proteínas desfosforiladas ya no son reconocidas por el receptor M6P, lo que impide que regresen al aparato de Golgi.

Los peroxisomas contienen enzimas (importadas mediante una secuencia señalizadora), con las que oxidan determinadas molécu- las'orgánicas (R-H ), como los aminoácidos D y los ácidos grasos: R-H + 0 -» R + H0 .

La cata/asa presente en los peroxisomas convierte 2 H0 en 0 + H O y oxida toxi- nas, como el alcohol, entre otras.

Mientras que las membranas de las organelas se ocupan de la compartimentalización intracelular, la membrana celular (G) se encarga de proteger el interior celular del espacio extracelular (v. 2). Se compone de una bicapa lipídica (Gl) y es lisa o muestra digitaciones profundas (ribete en cepillo y laberinto basal, B). Según el tipo celular contiene distintos porcentajes de fosfolípidos (so bre todo fosfatidilcolina, G3, serina y etano lamina, así como esfingomielina), colesterinc (= colesterol) y g/uco/ípidos (p. ej., cerebro sidos), cuyas porciones hidrófobas estar opuestas entre sí, mientras que las porciona hidrófilas se orientan hacia el entorno acuo so, líquido extracelular o citosol (64). L composición lipídica de ambas capas de 1; membrana es muy distinta y los glucolípido sólo están presentes en la capa externa. E colesterol aparece en ambas y reduce la flui dez de la membrana y su permeabilidad par las sustancias polares. En la membrana lip: dica fluida bidimensional están integrada proteínas, que pueden representar desde < 25 (membrana de la mielina) al 75% (men brana interna de la mitocondria) de la mas de la membrana según el tipo de la misma; a gunas atraviesan la doble capa lipídica un (Gl) o más veces (G2) (proteínas irán, membrana) y actúan como canales iónico:

Transporte hacia, a través y entre las células

La membrana celular lipófila protege al interior de la célula del líquido del espacio extracelular de composición completamente distinta (v. 2). Su presencia resulta fundamental para que la célula pueda mantener su medio interno gastando energía metabólica. Los ca- nales (poros), los transportadores, las bombas iónicas (v. 26 y s.) y el proceso de citosis (v. 28) permiten el transporte transmembrana de determinadas sustancias, bien sea la importación o exportación de sustratos metabóiicos o metabolitos o el transporte dirigido de iones, con los que se puede produ- cir y modificar el potencial de Ia célula

(v. 32), que resulta fundamental para la excitabilidad de los nervios y las células musculares. También el transporte dirigido puede mitigar las consecuencias de la entrada de determinadas sustancias para las que la membrana tiene una buena permeabilidad, como el agua y el CO2 . Este mecanismo regulador permite compensar los cambios no deseados del volumen celular y del pH intracelular.

Procesos de transporte intracelular

Como la célula está dividida en distintos espacios por las distintas membranas de las organelas y en cada célula hay que superar distancias intracelulares muy importantes, existen numerosos procesos de transporte intracelular específicos, entre los que desta ca n:

* la exportación de ARN y la importación de proteínas a través de los poros nucleares de la envoltura nuclear (v. 1, C),

» el transporte de proteínas del RER al com- plejo de Golgi (v. 13, F),

* el transporte axonal en las fibras nervio sas, que debe recorrer distancias hasta de 1 m (v. 42). Este transporte se suele producir a lo largo de los filamentos del citoesqueleto. El movimiento de las vesículas rodeadas de di- neína de los microtúbulos en una dirección y de las rodeadas de kinesina en la contraria se realiza consumiendo energía en forma de ATP (v. 13, F).

El transporte transmembrana intracelular se produce en:

» los lisosomas:

captación de iones H+ del citosol y eliminación hacia el mismo de metabolitos, como aminoácidos (v. 12);

* el RE, que posee además de una proteína translocadora (v. 10) dos proteínas transpor tadoras de Ca2 * (A). Una bomba de Ca2

ATPasa permite bombear este ion desde e! citosol y este Ca2 * almacenado se puede vol ver a liberar hacia el mismo a través de un ca nal de Ca2+ en respuesta a una señal (v. 36);

* las mitocondrias, cuya membrana exter na contiene grandes poros (porinas, permea bles para moléculas <5 kDa) y cuya mem brana interna contiene una gran densidad de transportadores específicos y enzimas (B).

El complejo enzimático de la cadena respí ratoria transporta electrones (e-) desde ur nivel de energía más alto a otro más bajo, a tiempo que bombea iones H* desde la ma triz hacia el espacio intermembranoso (Bl), generando un gradiente H*-iones en la iría triz. Este gradiente no sólo activa la ATP sin tetasa (producción de ATP; B2), sino que fa vorece el flujo de piruvato- y fosfato inor gánico (Pr (B2 b,c y v. 28). Los iones de

Ca2+ , que regulan las enzimas mitocondria les sensibles al mismo en las células muscu lares, pueden ser bombeados hacia la matriz consumiendo ATP (B2), lo que convierte e las mitocondrias en una especie de espacio amortiguador en presencia de concentracio nes citosólicas de Ca2 * peligrosamente ele vadas. El potencial de membrana intern< negativo (por la salida de H+ ) desencadena It entrada de ADP3 ' que se intercambia por

' (transporte mediado por potencial

B2a y v. 2).

Transporte entre las células vecinas

En el organismo se produce transporte también entre las células vecinas, biei mediante difusión por el espacio extracelula (efecto paracrino de las hormonas) o po uniones intercelulares en forma de canale (conexones) en determinadas áreas de l¡ membrana (uniones en hendidura o gap

C). Un conexón (Cl) es medio canal, consti tuido por 6 moléculas de conexina (C2) j que se sitúa enfrentado con otro conexón d una célula vecina, formando en conjunto ui canal completo, que deja pasar moléculas d hasta 1 kDa entre las que se encuentran ione

(como el Ca2+ ) y algunas sustancias orgání cas (como el ATP). Las células conforman una unidad metabólica y eléctrica muy estre- cha (sincitio), como sucede en el epitelio, el músculo liso, el miocardio y la glía del SNC. El acoplamiento eléctrico permite que la excitación de una célula muscular se extienda a las vecinas, desencadenando una onda de excitación en zonas amplias de un órgano (estómago, intestino, vía biliar, útero, uréter, aurículas y cámaras cardíacas; v. 70). También se comunican así determinadas neuronas de la retina y del SNC (sinopsis eléctrica). Las uniones en hendidura de la glía (v. 338) y de los epitelios permiten que las tensiones producidas por su función de transporte o barrera se repartan a todas las células. Si en una célula se produjera un aumento importante de la concentración de

Ca * (caso extremo: agujero en la membrana celular) o de H , los conexones se cerrarían

(C3) de forma que para poder mantener la función de todo el sincitio se la dejaría sola con sus problemas.

Transporte de agrupaciones celu lare s

La función de separación entre el «interior» y el «exterior» que realiza la membrana celular en la célula individual, es asumida en los organismos multicelulares por agrupaciones celulares. Los epitelios (piel, tubo digestivo, tracto genitourinario, vía respiratoria, etc.), los endotelios de los vasos sanguíneos y la glía del SNC son barreras de mucha superficie. Separan el espacio extracelular de los espacios de composición diferente, como el aire (piel, epitelio bronquial), del contenido del tubo digestivo, de los espacios llenos de orina y bilis (túbulo, vejiga urinaria, vesícula biliar), de las cámaras líquidas de los ojos, de la sangre (endotelio), del liquido cefalorraquídeo («barrera hematolíquida») y del espacio extracelular del SNC («barrera hematoencefálica»). Sin embargo, esta separación debe permitir que se transporten determinadas sustancias, lo que se denomina transporte transcelular, en el que se combina la importación hacia el interior de la célula por un lado y su exportación por el contrario. A diferencia de las células con membrana plasmática redondeada (células sanguíneas), en las células epiteliales y endoteliales su estructura (v. 9, A, B) y función de transporte dependen de su polaridad. La membrana apical I (orientada hacia fuera) de una célula epitelial muestra unas proteínas de transporte distintas a la membrana basotateml, que mira hacia la sangre. La mezcla lateral de ambos tipos de membrana está impedida por las uniones de cierre, a cuyo nivel la capa fosfo-lipídica de la membrana cambia de dirección (D2).

El transporte a través de dichas barreras celulares no sólo es transcelular, sino que también puede ser entre las células: transporte paracelular. Determinados epitelios (intestino delgado y túbulo renal proximal) muestran una relativa permeabilidad para las moléculas pequeñas («goteo»), mientras que otros son menos permeables (nefrona distal, colon). Esta permeabilidad depende de las uniones (uniones tight, zónula occludens; D), con las que las células se unen entre sí. Las vías paracelulares y la permeabilidad, que también puede ser específica para determinados cationes, constituyen elementos funcionales de cada epitelio concreto. La barrera endotelial de los vasos puede ser superada por las macromoléculas mediante transcitosis (v. 28), por lo que el transporte paracelular desempeña un papel fundamental en estas células, sobre todo en los endotelios fenestrados. Las macromoléculas amónicas, como la albúmina, que deben permanecer en la san-j gre por su efecto coloidosmótico (v. 208), son; retenidas por las cargas de la pared de las hendiduras intercelular e incluso en las fenestrac ion es.

Transporte a distancia

Por último, existe el transporte a distancia entre los órganos del cuerpo y entre éste y el mundo exterior, predominando en este contexto la conuecdón (v. 24).

Transporte pasivo por difusión

La difusión es e\ transporte de una sustancia en función del movimiento accidental de sus moléculas o iones (Al). Como este transporte se produce en todas las direcciones del espacio, la difusión neta, es decir, el transporte dirigido, sólo se produce cuando la concentración de la sustancia en el sitio de origen es mayor que en el sitio de destino, o dicho de otro modo, cuando existe un gradiente de concentración como fuerza impulsora (la difusión unidireccional se produce sin gradiente de concentración, pero en este caso la difusión en ambos sentidos es igual, por lo que la difusión neta es O). La difusión equivale a la diferencia de concentración y necesita también una fuerza impulsora propia: el transporte pasivo (= «transporte cuesta abajo»).

Si se analiza la relación entre el agua y el gas O , éste difunde rápidamente hacia el agua por su mayor presión inicial (A2), lo que va elevando la presión parcial de O

(Po , me- dida que se emplea en lugar de la concentración para los gases), de forma que puede se- guir difundiendo O hacia el agua cercana po- bre en O

(Al). La pendiente del perfil de Po o gradientes dPo /dx en cada capa se va ha- ciendo cada vez menor al alejarse la onda de

O (exponencial) (A3). Por tanto, en el orga- nismo la difusión sólo resulta adecuada para transporte en distancias cortas, ya que la difusión es más lenta en los líquidos que en los ga se s.

La cantidad de sustancia que difunde por unidad de tiempo (denominada velocidad de difusión), J f (mol · s' ) es proporcional a la superficie disponible para la difusión (F) y a la temperatura absoluta (T), así como inversamente proporcional a la viscosidad η del medio de solución y el radio (r) de las partículas que difunden.

Según la ecuación de Stokes-Einstein se pueden agrupar T, η y r como un coeficiente de difusión D:

(C = concentración; · = distancia de difusión)·

Como la fuerza impulsora dC/dx disminuye· de forma exponencial en función de la distan-· cia de difusión, el tiempo de difusión aumen-B ta en función del cuadrado de dicha distancia, 1 de forma que si una molécula determinada! necesita 0,5 ms para recorrer la primera µπι,Ι necesitaría 5 s para recorrer 100 µπι y 14 hl para llegar 1 cm.

Cuando en el ejemplo anterior de difusión del

O libre en un líquido (A2), se mantiene IaI

Po sobre el agua constante, después de uní rato se consigue la misma Po en el líquido,· momento en el que cesa la difusión neta:· equilibrio de Ia difusión. Un ejemplo de estel tipo lo representa la difusión de O desde ell alvéolo pulmonar hacia la sangre y del CoM en dirección contraria (v. 120).

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