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MEMBRANA PLASMÁTICA

Ingrid Romer – Hernán Sala – Gabriela Gómez – Silvia Márquez

Introducción

Las células están separadas del medio que las rodea por una delgada lámina denominada

membrana plasmática, que define los límites de las mismas.

Hace 3700 millones de años, la formación espontánea de una estructura similar a la

membrana plasmática de las células actuales permitió aparición de los primeros seres vivos.

Sin esta barrera protectora, las células estarían expuestas a los rigores del mundo

externo, no podrían regular su medio interno y, en consecuencia, no serian viables. La

membrana plasmática no aísla a la célula completamente sino que constituye una barrera

altamente selectiva, que tiene la propiedad de regular el intercambio de materiales entre

la célula y el medio que la rodea.

La membrana es una estructura muy delgada: sólo tiene un espesor de 6 a 10 nm (1nm=10-

9m). Por lo tanto, se necesitarían mil membranas plasmáticas apiladas, una sobre otra, para

igualar el espesor de esta hoja de papel. Precisamente debido a su delgadez, cuando se

examina una célula al microscopio óptico convencional, puede observarse sin dificultad el

interior de la misma; en el mejor de los casos podrá apreciarse el contorno de la membrana,

pero nunca podrá distinguirse su ultraestructura. Recién las primeras microfotografías al

microscopio electrónico demostraron que la ultraestructura las membranas era siempre la

misma. Esta estructura se denominó unidad de membrana y la misma no sólo es válida para

la membrana plasmática, sino para casi todas las membranas celulares.

Fig. 4.1 - Microfotografía electrónica de transmisión de

una membrana plasmática. Se pueden ver tres líneas

paralelas, dos líneas densas alos electrones (2,5 - 3 nm)

separada por una capa intermedia clara (3,5-4 nn). Este

aspecto conocido como unidad de membrana no es reflejo

de una estructura trilaminar a nivel molecular, sino es la

expresión de como el osmio, usado como "colorante" se

une a la membrana.

Funciones de la membrana plasmática

Como ya se mencionó, las membranas no son simples barreras sino que:

· Definen la extensión de la célula y establecen sus límites.

· Constituyen barreras selectivamente permeables, dado que impiden el intercambio

indiscriminado de sustancias entre el citoplasma y el medio extracelular. La membrana

plasmática, gracias a sus propiedades fisicoquímicas, está capacitada para transportar de

un lado a otro de la misma determinados solutos, macromoléculas y complejos

macromoleculares. Sin embargo, hay moléculas, que a pesar de ser toxicas para la célula,

pueden ingresar sin dificultad a la misma a través de la membrana. Un ejemplo seria el CO

(monóxido de carbono).

· Controlan las interacciones de la célula con el medio extracelular (tanto con la matriz

extracelular como con otras células vecinas). Permite a las células reconocerse, adherirse

entre sí cuando sea necesario e intercambiar materiales e información.

· Intervienen en las respuestas a señales externas a la célula. La membrana posee

receptores, que son moléculas o conjuntos de moléculas, capaces de reconocer y responder

a señales provenientes del medio extracelular portando información especifica. Cuando

dichas señales llegan hasta la membrana plasmática, se desencadenan señales internas en la

célula, tanto activadoras como inhibitorias de distintos procesos celulares. Como ejemplos

de estas señales externas podemos citar a los factores de crecimiento que favorecen la

división celular o diversas hormonas como por ejemplo la insulina, que aumenta la síntesis de

glucógeno.

Singer y Nicholson propusieron en 1972 un modelo estructural para las membranas al cual

denominaron modelo del mosaico fluido. De acuerdo al mismo las membranas son

“disoluciones bidimensionales de lípidos y proteínas.” Según este modelo, la estructura de la

membrana sería una delgada lamina formada por dos capas superpuestas de lípidos (también

llamadas hemimembranas), con la fluidez propia de los aceites, en la cual se encuentran

insertadas proteínas. Esto le confiere el aspecto de un “mosaico”.

Fig. 4.2 -Esquema del "Modelo del mosaico fluido" de las membranas

Las membranas no son estructuras estáticas ni rígidas. Están formadas por un conjunto de

moléculas hidrofóbicas e hidrofílicas que se mantienen unidas por enlaces, en general, no

covalentes. Una de las principales características de las membranas biológicas es su alto

grado de fluidez. Esto implica que sus lípidos y proteínas pueden desplazarse libremente en

todas las direcciones, pero siempre sobre el plano de la membrana. De allí entonces la

denominación de “mosaico fluido”; a esta propiedad también se la conoce como difusión

lateral.

Como puede observarse en el esquema, las membranas también presentan glúcidos unidos

por enlaces covalentes a lípidos y proteínas. Esto da lugar a los llamados glucolípidos y

glucoproteínas, respectivamente.

Estas membranas carecen de resistencia mecánica y en muchas células, como en el caso de

hongos, bacterias y plantas están reforzadas por paredes celulares.

1. COMPOSICIÓN DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS

Todas las membranas biológicas de los seres vivos, tanto la membrana plasmática, como las

de las organelas, están formadas por:

A. Lípidos

B. Proteínas

C. Glúcidos

La proporción de cada uno de estos componentes varía de acuerdo a la función que realiza

cada tipo de membrana. Por ejemplo, las membranas mitocondriales tienen una proporción

muy elevada de proteínas (ver Tabla 1).

Tabla 1 – Composición de las membranas de diferentes células. (Los valores

representados como % peso seco de la membrana)

Glóbulos Rojos

Humanos

Staphiloccoccus

aureus

Mielina

Lípidos 30 a 40 20 60 a 70

Fosfolípidos 20 a 25 20 25 a 30

Àcido fosfatídico < 1 - 0

Fosfatidiletanolamina 5 - 5

Fosfatidilcolina 7 - 10

Fosfatidilserina 5 - 5

Esfingomielina 6 - 5

Cerebrósidos <1 - 10

Colesterol 12 <1 15

Otros Lípidos 3 - 15

Proteínas 60 a 70 40 20 a 30

Glúcidos (o restos de

glúcidos en glicoproteínas)

7 40 Observada en

cortes histológicos

A. Lípidos

La variedad de lípidos presentes en las membranas es muy amplia; sin embargo, todos

poseen una característica en común: son moléculas anfipáticas. Esto significa que sus

moléculas contienen una zona hidrofílica o polar y una hidrofóbica o no polar.

Los fosfolípidos son los lípidos más abundantes en las membranas. Debido a su carácter

anfipático, los fosfolípidos, en un medio acuoso se organizan espontáneamente conformando

la denominada bicapa lipídica. Las cabezas polares están orientadas hacia el medio acuoso

(intra y extracelular) y las colas hidrofóbicas hacia el medio lipídico, es decir, al interior de

la bicapa, constituyendo la matriz de la membrana. A su vez, estas bicapas tienden a

cerrarse espontáneamente sobre sí mismas formando vesículas, es decir, compartimientos

cerrados en toda su extensión tridimensional, similares a una esfera.

Fig. 4.3 - Esquema de un

fosfolípido.

Fig. 4.4 - Corte esquemático de una

vesícula de fosfolípidos.

La bicapa de fosfolípidos funciona principalmente como armazón estructural de la

membrana y como barrera que impide el pasaje de sustancias hidrosolubles a través de la

misma; esto último es debido al carácter fuertemente hidrofóbico de la matriz de la

membrana.

Los fosfolípidos más frecuentes de las membranas son la fosfatidiletanolamina, la

fosfatidilcolina, la fosfatidilserina y la esfingomielina. Los fosfolípidos de las membranas

son DIACILGLICERIDOS.

La estabilidad de las bicapas lipídicas esta dada por:

interacciones hidrofóbicas entre las colas hidrocarbonadas.

fuerzas de van der Waals entre las colas hidrofóbicas.

fuerzas electrostáticas y puentes hidrogeno entre las cabezas polares de los

lípidos, ya sea entre ellos mismos y con las moléculas de agua de los medios extra e

intracelular.

Como se notará todas estas son uniones débiles (no covalentes) y le confieren

simultáneamente estabilidad y fluidez a la membrana.

Las cadenas hidrocarbonadas de los ácidos grasos que forman parte los fosfolípidos

(también denominadas “colas” o grupos acilo), pueden presentarse:

saturados (sin dobles enlaces)

monoinsaturados (con un único doble enlace)

poliinsaturados (más de un doble enlace)

En general, los lípidos de membrana contienen un grupo acilo insaturado y otro saturado en

su estructura.

Fig. 4.5 -Fosfatidiletanolamina-(fosfolípido de

membrana)

Fig. 4.6 - Esquema de un fosfolípido

con una cola saturada y una no

saturada.

La presencia de ácidos grasos insaturados aumenta la fluidez de la membrana, debido al

”quiebre” de las colas a la altura de los dobles enlaces. Esto impide, o al menos dificulta,

que las colas hidrocarbonadas se compacten, restringiendo así las interacciones entre ellas.

El hecho de que uno de los grupos acilo de los fosfolípidos esté saturado y el otro no,

garantiza una buena fluidez dentro del rango de temperaturas fisiológicas. Por otro lado,

cuando las cadenas hidrocarbonadas son cortas, tienen menor superficie para interactuar

entre sí; esto último también favorece la fluidez de las membranas.

El colesterol es un esteroide que se encuentra en un alto porcentaje en la membrana

plasmática de las células animales. Su concentración varía mucho de un tipo de membrana a

otro; en animales hay membranas donde el colesterol constituye hasta el 50% del total de

los lípidos. Contrariamente, la mayoría de las células vegetales y bacterianas carecen de

colesterol.

El colesterol, al ser también una molécula anfipática, presenta una orientación similar a la

de los fosfolípidos: el grupo hidroxilo (polar) se orienta hacia el exterior de la bicapa y el

sector hidrofóbico hacia el interior de la misma.

Fig. 4.7 - Esquema de la ubicación del colesterol en la membrana plasmática

Las funciones del colesterol se pueden resumir de la siguiente mane

Inmoviliza los primeros carbonos de las cadenas hidrocarbonadas. Esto hace a la

membrana menos deformable y menos fluida, es decir, la estabiliza. Sin colesterol,

la membrana necesitaría de una pared celular que le otorgue contención mecánica.

Previene el compactamiento de las cadenas hidrocarbonadas a bajas temperaturas,

ya que evita que las colas se junten, aumenten las interacciones débiles entre las

mismas y se “cristalicen” (adopten una estructura muy compacta).

La cardiolipina es un derivado de los fosfolípidos que se encuentra en la membrana interna

de la mitocondria. El dolicol es un lípido que se halla en el REG e interviene en la

glicosilación de las proteínas.

B. Proteínas (Fig.4.8)

Mientras que los lípidos ejercen principalmente una función estructural, las proteínas no

sólo desempeñan un rol estructural sino que además son las responsables de las funciones

específicas de las membranas biológicas. Estas según su función pueden agruparse en:

enzimáticas, de transporte, receptoras y de reconocimiento. Diferentes membranas

tienen distinta proporción y composición de proteínas, de acuerdo a sus funciones. En otras

palabras, son justamente las proteínas las que le otorgan distintas funciones a las

membranas. Estas en su mayoría son proteínas globulares (estructura terciaria o

cuaternaria).

Según su ubicación en la membrana se clasifican en:

-Proteínas intrínsecas, integrales o transmembrana: Pueden atravesar total o

parcialmente la bicapa, asomando a una o ambas superficies de la misma. Únicamente

pueden ser extraídas de la membrana por medio de detergentes que rompen la bicapa.

Tienen un sector hidrofóbico, que es el que esta insertado en la membrana y una o dos

regiones hidrofílicas, expuestas a los medios intra y extracelulares (ambos acuosos). De lo

anterior se deduce que estas proteínas son moléculas anfipáticas. La porción que atraviesa

la membrana suele presentar una estructura de alfa hélice con una elevada proporción de

aminoácidos hidrofóbicos que interaccionan con las colas hidrocarbonadas de la matriz de

la membrana. El sector proteico (también llamado dominio) expuesto a los medios acuosos

suele tener estructura globular e interacciona con las cabezas polares de los fosfolípidos y

con otras moléculas a través de uniones iónicas y puente de hidrógeno.

Dentro de las proteínas integrales encontramos:

Proteínas monopaso: La proteína “atraviesa” una sola vez la membrana.

Proteínas multipaso: La cadena polipeptídica atraviesa dos o más veces la bicapa

lipídica. Por lo tanto, esta posee varias regiones hidrofóbicas insertadas en la

matriz de la membrana alternadas con sectores hidrofílicos que se exponen hacia

los medios acuosos.

Fig. 4.8 -Asociación de proteínas de membrana con la bicapa lipídica:

Transmembrana, atraviesan la membrana como -helice o como láminas plegadas

cerradas. Periféricas unidas a proteínas transmembrana por interacciones no

covalentes débiles y Periféricas unidas a lípidos mediante uniones covalentes.

Algunas proteínas multipaso atraviesan muchas veces la membrana y forman un cilindro

hueco con un interior hidrofílico por el que pueden pasar moléculas pequeñas solubles en

agua. Este es el principio de las proteínas canal que se analizaran mas adelante.

Las proteínas integrales pueden difundir lateralmente y rotar sobre su propio eje, pero no

pueden realizar movimientos a través del plano de la membrana, o más sencillamente

movimiento flip-flop (ver más adelante). Las proteínas integrales suelen desplazarse

acompañadas de los lípidos que las rodean ya que estos le ayudan a mantener su

conformación.

Sin embargo, algunas proteínas integrales están ancladas a componentes del citoesqueleto y

no pueden trasladarse. De esta manera intervienen en la morfología de la célula, por

ejemplo alargada (o ahusada), cúbica, cilíndrica, etc.

-Proteínas extrínsecas o periféricas: Se encuentran sobre la cara externa o también

interna de la membrana y pueden estar ligadas tanto a las proteínas integrales como a los

fosfolípidos por uniones débiles. Se pueden extraer fácilmente con tratamientos no

drásticos. Cuando estas se ubican del lado citoplasmático de la membrana suelen

interactuar con el citoesqueleto.

C. Hidratos de carbono

Las membranas celulares contienen entre un 2-10% de glúcidos. Estos se asocian

covalentemente a los lípidos (glicolípidos) y a las proteínas (glicoproteínas).

Los glicolípidos (o glucolipidos) presentes en las membranas son los gangliósidos y

cerebrósidos. Los gangliósidos se forman por la unión de un oligosacárido con la ceramida.

La estructura de los cerebrósidos es similar, sólo que el hidrato de carbono no es un

oligosacárido sino una galactosa o una glucosa. (ver capítulo de lípidos)

Los hidratos de carbono de los glucolípidos y las glucoproteínas, en su mayoría

oligosacáridos, suelen ubicarse en la cara no citosólica de la membrana plasmática formando

una estructura llamada glicocálix (Fig. 4.9 y 4.10), cuyas funciones se pueden resumir de la

siguiente manera:

· Proteger a la superficie de la célula de agresiones mecánicas o físicas. Como ejemplo

podemos citar a las células situadas en la luz del intestino delgado que presentan un

glicocálix muy pronunciado.

· Poseer muchas cargas negativas, que atraen cationes y agua del medido extracelular.

· Intervenir en el reconocimiento y adhesión celular. Actúan como una “huella dactilar”

característica de cada célula, que permite distinguir lo propio de lo ajeno.

· Actuar como receptores de moléculas que provienen del medio extracelular y que traen

determinada información para la célula, por ejemplo, receptores de hormonas y

neurotransmisores.

Fig. 4.9 - Microfotografía electrónica de un glicocalix de epitelio

intestinal (izquierda).

Fig.4.10 Esquema del glicocalix de una célula eucariota

Las diferencias entre los grupos sanguíneos se hallan determinadas por ciertos

oligosacáridos muy cortos, presentes en las membranas plasmáticas de los glóbulos rojos o

eritrocitos. Estos oligosacáridos sólo difieren en sus monómeros terminales y están ligados

a una proteína transmembranosa o a una ceramida de la membrana plasmática. Por ejemplo,

los eritrocitos pertenecientes al grupo sanguíneo A, presentan como monosacárido terminal

una N-acetilgalactosamina y los del grupo B una galactosa. Cuando ambos monosacáridos

terminales están ausentes estamos en presencia del grupo 0 (Fig.4.11).

Fig. 4.11 - Grupos sanguíneos

2. FLUIDEZ DE LA MEMBRANA

Como ya se mencionó, las membranas son estructuras dinámicas donde los componentes

pueden desplazarse en todas las direcciones sobre el plano de la bicapa. De ahí que el

modelo reciba el nombre de mosaico fluido.

Fig. 4.12 - Movimientos de los fosfolípidos en una bicapa liplídica

2.1. MOVILIDAD DE LOS COMPONENTES DE LAS MEMBRANAS

Existen tres tipos de movimientos posibles en las membranas:

rotación (sobre su propio eje)

traslación (o difusión lateral) sobre el plano de la membrana.

flip-flop

El movimiento de flip-flop es el intercambio de fosfolípidos de una monocapa (o

hemimembrana) a la otra; esta sumamente restringido, debido a la dificultad que posee la

cabeza polar para atravesar el medio hidrofóbico de la matriz de la membrana. De allí que

no sea un movimiento que ocurra de manera espontánea sino que está mediado por enzimas

denominadas flipasas.

Tanto los movimientos de difusión lateral como el de rotación se llevan a cabo sobre la

misma hemimembrana de la bicapa lipídica.

2.2. FACTORES QUE AUMENTAN LA FLUIDEZ DE LAS MEMBRANAS

-Ácidos grasos insaturados

-Baja concentración de colesterol

-Altas temperaturas

-Colas hidrocarbonadas cortas (dificultan el empaquetamiento)

Factores que favorecen la viscosidad Factores que favorecen la fluidez

Alto grado de saturación y mayor longitud de

las colas hidrocarbonadas.

Menor temperatura del medio

Alto de grado de insaturación y menor

longitud de las colas hidrocarbonadas.

Mayor temperatura del medio

Fig. 4.13 - Esquema de los fosfolípidos de membrana en estado viscoso y

fluído.

2.3. EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA FLUIDEZ

El ascenso de la temperatura aumenta la energía cinética entre las moléculas y, por lo

tanto, el movimiento de las colas hidrocarbonadas. Esto lleva a una disminución de las

interacciones atractivas entre las mismos y a un aumento de los movimientos de rotación y

de difusión lateral. Por el contrario, una disminución de la temperatura vuelve más rígida a

la membrana ya “empaqueta” las colas hidrofóbicas de los fosfolípidos e impide sus

movimientos. Si la temperatura desciende significativamente, la membrana puede llegar a

“cristalizarse”, con la pérdida consiguiente de muchas funciones vitales de la membrana.

Los organismos que habitan regiones donde hay grandes amplitudes térmicas estacionales

varían la composición de los fosfolípidos de sus membranas en forma periódica, asegurando

así una fluidez más o menos constante durante todo el año. Por otra parte, organismos que

habitan ambientes extremos poseen composiciones fosfolipídicas muy particulares en sus

membranas, por ejemplo, los que viven a temperaturas inferiores a los 0ºC tienen

membranas muy ricas en lípidos poliinsaturados.

2.4.. DETERMINACIÓN DE LA FLUIDEZ DE LA BICAPA LIPÍDICA

La fluidez de la membrana se pudo determinar experimentalmente tratando células con

anticuerpos fluorescentes que eran reconocidos y se unían a las proteínas (receptores)

presentes en la membrana plasmática. Gracias a esta técnica, se pudo observar, a través

del microscopio, el desplazamiento de los receptores sobre la superficie de la membrana y

su agrupamiento en un polo de la célula, donde posteriormente ingresaban por endocitosis

(internalización a la célula, ver más adelante).

3. ASIMETRIA DE MEMBRANA

En ambas caras de la bicapa (también denominadas hemimembranas o monocapas) no se

encuentran los mismos tipos de fosfolípidos. Si bien estos en su mayoría se sintetizan en la cara citosolica del retículo endoplasmático liso, luego, por medio de movimientos del tipo

flip-flop (únicamente permitidos en el REL, gracias a la presencia de flipasas), se van

ubicando del lado de la bicapa que les corresponda. Por ej., la fosfatidilcolina y la

esfingomielina predominan en la cara no citosolica de la membrana (Fig. 4.7).

La asimetría estructural de las membranas suele manifestarse a través de una asimetría funcional. Esto significa que las funciones presentes en la cara citosolica no son las mismas

que aparecen en la cara no citosólica. Por ejemplo, en el caso de la membrana plasmática, las

moléculas que intervienen en el reconocimiento celular se ubican casi exclusivamente en la

cara expuesta hacia el medio extracelular, pues no tendría mucho sentido que dichas

moléculas estuviesen expuestas hacia el citoplasma.

4. FUSIÓN DE MEMBRANAS

Las membranas tienen una elevada capacidad para fusionarse entre sí. Por ejemplo, cuando

una vesícula se aproxima a la membrana plasmática, a una cisterna o, inclusive, a otra

vesícula, al entrar en contacto ambas superficies, las dos membranas se fusionan,

constituyendo a partir de ese momento una sola membrana. Este fenómeno explica el

transito de sustancias desde un compartimiento celular a otro, y desde las endomembranas

a la membrana plasmática. (ver más adelante endo y exocitosis). Este es el principio en el

que se basa la administración de fármacos vehiculizadas dentro de liposomas, que son

vesículas fosfolipídicas artificiales que contienen alguna droga de interés terapéutico.

Cuando el liposoma se aproxima a la célula blanco (o target), la membrana del liposoma se

fusiona con la membrana plasmática liberando su contenido directamente en el citoplasma

de la célula. Este fenómeno permite que el contenido del liposoma sólo sea captado por

ciertos tipos celulares y no por otros. Técnicas basadas en esta propiedad de las

membranas se utilizan, por ejemplo, para combatir células tumorales.

Fig. 4.14 -Fusión de dos membranas

5. PERMEABILIDAD DE LAS MEMBRANAS CELULARES

Como ya se ha mencionado la membrana plasmática es una barrera con permeabilidad

selectiva que regula el intercambio de sustancias entre el citoplasma y el medio

extracelular. Sus propiedades aseguran que las sustancias esenciales, como la glucosa, los

aminoácidos y los lípidos entren a la célula fácilmente, que los intermediarios metabólicos

permanezcan en la célula y que los productos de desecho, como la urea, abandonen la misma.

Todo esto permite a la célula mantener el medio interno relativamente constante. La

membrana, debido a sus características hidrofóbicas, es impermeable a la mayor parte de

las moléculas hidrosolubles, como la glucosa, los aminoácidos y los iones en general. En

cambio, las moléculas hidrofóbicas, siempre y cuando su tamaño no sea demasiado grande,

pueden atravesarla fácilmente.

Podemos observar en la figura 4.15, que únicamente atravesarán la membrana las moléculas

no polares y pequeñas como el O2, CO2, N2 e incluso el CO (tóxico), compuestos liposolubles

como los ácidos grasos y esteroides y, además, a pesar de ser moléculas polares, el glicerol,

la urea y el agua. El resto de las moléculas se transfiere de un lado a otro de la membrana

gracias a proteínas integrales que actúan como transportadores; sin estos transportadores

dichas moléculas no pueden difundir a través de las membranas.

Fig. 4.15 - Permeabilidad de la membrana a los diferentes solutos

6. MECANISMOS DE TRANSPORTE TRANSMEMBRANA

Fig. 4.16 - Distintos mecanismos y estructuras utilizados por los solutos para atravesar las

mem-branas de una célula.

Antes de continuar con los mecanismos de transporte es preciso hacer una breve aclaración

acerca del fenómeno de difusión. Si colocamos un soluto en un solvente, las moléculas de

soluto, debido a la energía cinética de las moléculas presentes en la solución, difundirán

desde la zona donde se encuentran en mayor concentración hacia la zona donde se hallan en

menor concentración. Al cabo de un tiempo toda la solución presentará la misma

concentración de soluto. Por ejemplo, si agregamos una gota de tinta a un vaso con agua, la

tinta difundirá a través del líquido y al cabo de un tiempo todo el vaso presentara una

tinción pareja.

Fig. 4.17 - Difusión de una sustancia disuelta en un

solvente.

Para lograr esto no se requiere aporte externo de energía, sino que es suficiente con la

energía cinética propia de las moléculas. Si tenemos en cuenta que la temperatura de un

medio es, de alguna manera, un índice de la energía cinética de las moléculas presentes en

el mismo, es fácil deducir que a mayor temperatura, más importante será el fenómeno de

difusión.

Podemos definir entonces a la difusión como el movimiento de moléculas desde una zona de

mayor concentración hacia una de menor concentración. A la diferencia de concentración

que existe entre una zona y otra se la denomina gradiente.

a) DIFUSION SIMPLE

Cuando la difusión se realiza entre compartimientos separados por una membrana

permeable a ese soluto, se denomina difusión simple y, como ya se dijo, no requiere de otra

energía adicional que no sea el movimiento de las moléculas, desplazándose éstas a favor de

su gradiente de concentración. En otras palabras, la difusión simple no requiere gasto de

ATP, ya que es un fenómeno espontáneo. Las moléculas que se movilizan por difusión simple

a través de la membrana son las no polares y pequeñas, las liposolubles y las polares

pequeñas, pero sin carga eléctrica neta, como el H2O.

En el caso particular del H2O, la difusión simple se denomina ósmosis. El pasaje de agua a

través de la membrana u ósmosis se lleva a cabo siempre en forma espontánea y muy

rápidamente. El H2O difundirá desde el compartimiento de menor concentración de solutos

o medio hipotónico, al de mayor concentración de solutos o medio hipertónico, de modo tal

de igualar las concentraciones en ambos compartimientos. Al cabo de un tiempo, el

resultado serán dos medios isotónicos, o sea, la concentración a ambos lados de la

membrana será la misma.

Fig. 4.18 -Efecto del proceso osmótico sobre una célula viva.

Si colocamos una célula, por ejemplo un glóbulo rojo, en una solución hipertónica (agua

salada, por ejemplo) el H2O tenderá a salir por ósmosis hacia el medio extracelular,

encogiendo o crenando al glóbulo rojo. En cambio, si el medio extracelular es hipotónico

(agua destilada, por ejemplo) el H2O penetrará en la célula, hinchándola y, finalmente,

ocasionando su ruptura o lisis. Cabe hacer aquí una breve aclaración: un medio no es por sí mismo ni hipertónico ni hipotónico; siempre que se use esta terminología lo que se esta

haciendo es comparar un medio con respecto a otro. Por ejemplo, A puede ser hipertónico

con respecto a B y, al mismo tiempo, A también puede ser hipotónico con respecto a C. Es

decir, A tiene una concentración de solutos intermedia. Por otra parte, se dice que dos

medios son isotónicos cuando su concentración de solutos es la misma.

Más adelante veremos (en Acuaporinas) que además de la ósmosis existen otros tipos de

transporte de H2O a través de las membranas biológicas.

Fig. 4.19 - Osmosis. Efecto de los cambios de concentración de soluto en (a) células

animales y (b) células vegetales

b) DIFUSIÓN FACILITADA

Aquellas moléculas que no pueden atravesar fácilmente las membranas por difusión simple

debido a su polaridad y/o a su tamaño (por ej. glucosa, aminoácidos, iones, etc.), podrán

hacerlo si están presentes sus respectivos transportadores. Dichos transportadores son

proteínas integrales de membrana y se los puede agrupar del siguiente modo:

· Proteínas canal o canales iónicos

· Proteínas “carrier” o permeasas

La difusión facilitada ocurre siempre a favor del gradiente, por lo tanto no requiere

gasto de energía adicional. Sin embargo, puede tratarse de un gradiente de

concentración (las moléculas se dirigen del compartimiento de mayor concentración hacia el

de menor concentración) o de un gradiente de potencial eléctrico (el soluto con carga

eléctrica, independientemente de su signo, se desplazará de una zona donde la carga sea

mayor hacia otra donde la carga sea menor).

Estas proteínas transportadoras presentes en las membranas presentan características

muy similares a las enzimas:

· Saturabilidad (se saturan al alcanzar la máxima velocidad de transporte)

· Especificidad (reconocen a sus ligandos a través de un sitio específico)

· Pueden ser inhibidas por determinadas sustancias.

Cuando las proteínas transportadoras se saturan de solutos a transportar, alcanzan su

máxima velocidad de transporte y por lo tanto las moléculas a ser transportadas deberán

esperar a que se desocupen los sitios de unión.

b1) Canales iónicos:

Los canales iónicos son “poros” o “túneles” formados por una o varias proteínas

transmembrana. En general, son de tipo multipaso, con un interior hidrofilico. Existen

canales iónicos en todas las células, tanto en la membrana plasmática como en las

membranas de los organoides. Son altamente selectivos, porque cada canal sólo puede

transportar un tipo de ion (K+, Na+, etc.). Los iones se mueven a través del canal a una

velocidad muy elevada (108 iones por segundo).

El transporte de un ion es impulsado por el gradiente electroquímico. O sea que un ion

puede difundir de un lado a otro de la membrana, gracias a la diferencia de concentración

como a la diferencia de carga eléctrica a ambos lados de la membrana.

La mayoría de los canales no permanecen abiertos permanentemente, sino que se abren en

respuesta a estímulos. Estos estímulos pueden ser tanto la presencia de una sustancia

inductora como una modificación de la carga eléctrica de la membrana (modificación del

potencial eléctrico). Los canales que se abren o cierran en presencia de sustancias

inductoras (ligandos) son llamados dependientes de ligando y los otros, dependientes de

voltaje.

Fig. 4.20 - Diferentes tipos de canales.

b2) Carriers o permeasas:

Al igual que los canales iónicos, las permeasas están formadas por proteínas

transmembrana multipaso. Suelen transportar una gran variedad de iones como el HCO3- y

otras moléculas polares sin carga como la glucosa.

Este tipo de proteínas fijan una única molécula de sustrato (o unas pocas) a la vez, y a

continuación sufren un cambio conformacional reversible que les permite transportar el

soluto de un lado al otro de la membrana (translocación). Aquí vale hacer otra aclaración:

para entender la difusión facilitada no hay que pensar si una sustancia “entra o sale” de la

célula, lo importante es considerar que se está movilizando algo a favor del gradiente (químico o eléctrico) gracias a la acción de proteínas transportadoras. Por esta razón es

que no se requiere de energía adicional, no se requiere gasto de ATP, ya que es el propio

gradiente el que impulsa el pasaje a través de los transportadores.

Este tipo de transporte es siempre sin gasto de energía y a favor del gradiente

electroquímico. La velocidad de transporte es muy inferior al de los canales iónicos.

Fig. 4.21 -Transporte facilitado por medio de una permeasa.

Existen tres tipos de permeasas:

-MONOTRANSPORTADORA O UNIPORTE: Transfieren UN solo tipo de soluto de un lado

al otro de la membrana. (ej.: transporte de glucosa en la mayoría de las células animales,

desde el medio extracelular, la sangre, donde la concentración es mayor, hacia el interior

de las mismas donde es menor)

-COTRANSPORTADORA O SIMPORTE: Transfieren DOS tipos de solutos, ambos en el

mismo sentido.

-CONTRATRANSPORTADORA O ANTIPORTE: Transfiere DOS tipos distintos de solutos

en sentidos contrarios. Es decir, uno ingresa al citoplasma si, y solo si, simultáneamente el

otro sale.

Fig. 4.22 - Tres tipos de transporte mediados por proteínas transportadoras

Los uniportes transportan las moléculas a favor de su gradiente de concentración. Como

ejemplo podemos citar la glucosa y distintos aminoácidos. En cambio, los otros dos tipos de

transporte acoplan el movimiento de un tipo de ion o molécula a favor de su gradiente de

concentración con el de otro tipo de molécula o ion en contra de su gradiente de

concentración. O sea lo que hacen es acoplar un transporte energéticamente favorable con

otro que no lo es. Un ejemplo de COTRANSPORTE sería el transporte de Na+ y glucosa en

la membrana plasmática de las células intestinales (ver más adelante) y uno de

CONTRATRANSPORTE, el transporte de Cl- y HCO3- en la membrana de los glóbulos rojos.

Tanto el cotransporte como el contratransporte, son también llamados transportes

acoplados, ya que no se pueden llevar a cabo si no están presentes ambos tipos de solutos.

Casos particulares de transporte pasivo: Ionóforos y Aquaporinas

IONOFOROS

Fig. 4.23 - Mecanismo de pasaje de iones a través de ionóforos transportadores

móviles

Estas sustancias tienen la propiedad de poder incorporarse a las membranas y aumentar la

permeabilidad a ciertos iones. En general son fabricados por bacterias como mecanismos

defensivos. Existen dos tipos distintos:

-Transportadores móviles: Se unen reversiblemente a un ion que se encuentra en el medio

con mayor concentración, giran en la bicapa y lo liberan en el otro lado de la membrana.

Ejemplo: Valinomicina (Fig.4.23).

- Formadores de canales: Son proteínas con estructura helicoidal, en cuyo interior de la

hélice hay una región hidrofílica que permite el paso de iones monovalentes (con una sola

carga eléctrica). Ejemplo: Gramidicina (Fig. 4.24).

Fig. 4.24 - Esquema de la estructura del canal de gramicidina

ACUAPORINAS

Son canales especiales con estructura helicoidal que permiten el paso selectivo de H20. No

son canales iónicos. En ciertas clases de células, por ejemplo en algunas células renales, se

requiere un mayor transporte de H20 que el logrado exclusivamente con la difusión simple

(osmosis). La estructura de las acuaporinas es semejante a la de los ionoforos formadores

de canales.

c) TRANSPORTE ACTIVO

Las células no pueden depender únicamente del transporte pasivo dado que deben importar,

por un lado, moléculas que están en menor concentración en medio extracelular que en el

citoplasma y, por otro, necesitan mantener constante la composición iónica intracelular.

Ambas funciones se llevan a cabo por medio del transporte activo.

Es un transporte que se realiza en contra del gradiente, ya sea este de concentración o

eléctrico y, en consecuencia, se requerirá gasto de energía en forma de ATP.

El transporte activo se realiza por medio bombas y también presenta formas de

monotransporte, cotransporte y contratransporte.

Posee las mismas características de especificidad y saturabilidad que la difusión

facilitada, aunque difiere de ésta por realizarse contra el gradiente electroquímico. El

transporte activo esta desfavorecido termodinámicamente (es endergónico) y se da

solamente cuando está acoplado (directa o indirectamente) a un proceso exergónico como,

por ej., la conversión de ATP a ADP + Pi. Debido a esto, las bombas se suelen denominar

ATPasas de transporte.

Existen muchos tipos de ATPasas distintas. Aquí vamos a hablar de las más importantes,

que son la Bomba de Na+-K+ (bomba sodio –potasio)y la de K+/H+.

Fig. 4.25 - Esquema de la ATPasa.

Las sustancias que se movilizan por transporte activo son en muchos casos las mismas que lo hacen a través de difusión facilitada, la diferencia fundamental es que en el primer caso lo hacen en contra del gradiente mientras que en el segundo lo hacen a favor.

Bomba Na+/K+

Está presente en todas las membranas plasmáticas de las células animales. También se la

conoce como Na+-K+ ATPasa. Es un complejo proteico formado por cuatro subunidades,

todas ellas proteínas integrales de la membrana plasmática.

Su función es expulsar Na+ al espacio extracelular e introducir K+ al citosol. Ambos son

movilizados en contra de su gradiente electroquímico, estableciendo así diferencias de

concentración y carga entre el espacio extra e intracelular para ambos iones. Debido a que

se esta transportando simultáneamente dos solutos distintos en sentidos opuestos,

estamos en presencia de un sistema de contratransporte. Es importante recordar que, si

bien el Na+ sale y el K+ ingresa a la célula, ambos lo hacen en contra de su gradiente y, en

consecuencia, hace falta hidrolizar ATP para movilizarlos.

La Bomba Na+-K+ tiene simultáneamente funciones de proteína transportadora y de ATPasa

(hidroliza ATP para obtener energía). Por lo menos un tercio de la energía que consume una

célula animal se destina para impulsar esta bomba. En las células nerviosas, donde la

actividad eléctrica es sumamente importante, este valor asciende al 60%. Cada ATPasa

puede hidrolizar hasta 100 moléculas de ATP

Mecanismo de acción de la Bomba Na+/K

1) Tres iones de Na+ se unen al dominio citoplasmático de la ATPasa, debido a la gran

afinidad que existe entre ambos.

2) Luego se hidroliza el ATP y se fosforila la proteína. Esto lleva a un cambio

conformacional en la misma.

3) Esto permite la translocación de los iones Na+ hacia el espacio extracelular.

4) A continuación, dos iones K+ del medio extracelular, donde su concentración es menor, se

unen a un sitio receptor de K+ accesible ahora desde el exterior de la célula. La unión del

K+ con la proteína induce la liberación del fosfato.

5) La desfosforilación de la bomba, restituye la conformación original.

6) Esto permite la translocación de los iones K+ hacia el citoplasma. Se puede comenzar

nuevamente el proceso. Por cada molécula de ATP que se hidroliza se posibilita el

transporte de 3 iones Na+ hacia espacio extracelular y de 2 iones K+ al citoplasma.

Las transferencias de iones se hallan acopladas, y por lo tanto no pueden realizarse una

independientemente de la otra.

Fig. 4.26 Mecanismo de acción de la ATPasa Na+/K+

Las funciones de la bomba de Na+/K+ son:

a) Mantener diferencias en las concentraciones de Na+ y K+ intra y extracelulares.

b) Generar un potencial eléctrico de membrana, que es una diferencia de voltaje, o sea de

carga, entre ambos lados de la membrana. Al bombear tres iones en una dirección y sólo

dos en otra, se genera un potencial eléctrico negativo del lado interno de la membrana con

respecto al externo. El lado citosólico es normalmente más negativo que el espacio

extracelular.

c) Intervenir en la regulación del volumen celular.

d) Generar diferencias de concentración de Na+ o K+ para que otros transportadores

pasivos utilicen indirectamente la energía potencial acumulada en este gradiente. Como

ejemplo podemos citar al:

-COTRANSPORTE Na+/GLUCOSA (ya citado en difusión facilitada). Esta situación se da

en las membranas apicales de las células del intestino delgado o en membranas de células

renales, donde deberá absorberse glucosa desde la luz del intestino o de los túbulos

renales, aunque las concentraciones extracelulares sean bajas. Gracias a la acción de la

bomba Na+-K+ se expulsan iones Na+ a través de la membrana basal de la célula. De este

modo, la concentración de Na+ intracelular se mantenida baja. En la región apical de la

membrana se encuentra una permeasa pasiva cotransportadora de Na+ y glucosa. El Na+

ingresa de este modo a favor de su gradiente electroquímico al interior de la célula y

arrastra a la glucosa con él, que ingresa de este modo en contra de su gradiente de concentración, gracias al sistema de cotransporte. Este tipo de transporte también se

denomina transporte acoplado a gradientes iónicos o TRANSPORTE ACTIVO

SECUNDARIO (ya que indirectamente está ligado a una bomba).

Posteriormente, la glucosa atravesará la célula y saldrá por difusión facilitada, a favor de

su gradiente de concentración, hacia el torrente sanguíneo.

Fig. 4.27 Mecanismo de co-transporte Na+/glucosa en epitelio intestinal

Hay otro tipo de ATPasa, presente en las membranas internas mitocondriales y de

cloroplastos, que juega un papel muy importante en la obtención de la energía. Actúa como

una ATPsintetasa (sintetiza ATP), gracias al gradiente de H+ que se genera a ambos lados

de las membranas internas de cloroplastos y mitocondrias. Dicho proceso se verá con

detenimiento en los capítulos de Respiración y fotosíntesis.

Existen otro tipo de bombas, como las de las membranas del Retículo endoplasmático liso

de las células musculares, que se encargan de bombear iones Ca++ hacia el interior del REL y

mantener baja la concentración citosólica Ca++ , o las de los lisosomas, que bombean H+ hacia

el interior de los mismos, disminuyendo así el pH intralisosomal.

d) TRANSPORTE EN MASA (Fig. 4.28)

Hasta aquí analizamos el modo en el que los iones y las pequeñas moléculas atraviesan la

membrana celular. Pero como ingresan o abandonan la célula partículas de mayor tamaño.

Esto se realiza por medio del TRANSPORTE EN MASA. Este tipo de transporte involucra

siempre gasto de ATP, ya que la célula realiza un movimiento general de su estructura (en

particular de la membrana plasmática y del citoesqueleto -ver funciones del citoesqueleto-

).

El mecanismo por medio del cual los materiales entran a la célula se denomina endocitosis y

aquel por el cual la abandonan, exocitosis.

d1) ENDOCITOCIS

En este proceso una extensión de la membrana rodea progresivamente al material que será

internalizado, luego se produce una gemación o invaginación de la membrana, y finalmente

ésta se separa de la membrana, formando una vesícula endocítica. Posteriormente, el

material incorporado es digerido por los lisosomas.

Las fibras de actina y miosina del citoesqueleto intervienen en este proceso.

Se distinguen 3 tipos de endocitosis:

-Fagocitosis

-Pinocitosis

-Endocitosis mediada por receptor

A) Fagocitosis: Implica la ingestión de partículas de gran tamaño, como microorganismos,

restos celulares, inclusive de otras células, por medio de vesículas llamadas fagosomas.

Estos fagosomas suelen presentar un gran tamaño.

La fagocitosis sólo se da en determinados tipos de células. En algunos organismos

unicelulares (protistas) constituye un modo de alimentación: engloban grandes partículas,

por ej. bacterias, por medio de prolongaciones de la membrana plasmática llamados

pseudópodos y las internalizan, formándose así un fagosoma o vesícula fagocítica.

Posteriormente será degradada por las enzimas lisosomales. Para ampliar consultar en la

bibliografía: Lisosomas.

En los animales sólo se da en algunas células altamente especializadas, llamadas células

fagocíticas (macrófagos de los tejidos y glóbulos blancos sanguíneos denominados

neutrófilos). En estos casos la función no es de índole nutricional, sino defensiva. Las

células fagocíticas defienden nuestro organismo contra infecciones, ingiriendo

microorganismos patógenos. Otra función sería eliminar células muertas o dañadas, o restos

celulares (por ejemplo glóbulos rojos no funcionales). El proceso fagocítico se desencadena

por la unión del material a endocitar con ciertos receptores de la membrana plasmática que

reconocen al mismo.

B) Pinocitosis: Es la incorporación de fluído y de partículas disueltas en él por medio de

pequeñas vesículas. Es un proceso inespecífico y la velocidad de ingestión es muy elevada.

Por ejemplo, un macrófago puede ingerir por hora un cuarto de su volumen celular. El

tamaño de estas vesículas endocíticas en mucho menor que el de los fagosomas.

C) Endocitosis mediada por receptor: En muchos aspectos es similar a la anterior, salvo

que en este proceso, la endocitosis es mucho más selectiva. Determinadas moléculas

(ligandos) que la célula desea incorporar son reconocidos por receptores específicos,

ubicados en la membrana plasmática. Los ligandos se unen a estos receptores y estos

complejos ligando-receptor confluyen, gracias a la fluidez de la membrana, a determinadas

zonas de la misma, donde serán endocitados. La invaginación de la membrana se denomina en

este caso fosita revestida. Esto se debe a que las vesículas presentan en su cara citosolica

un revestimiento de proteínas características, en este caso de clatrina. La función de la

misma, sería entre otras, permitir que se produzca la invaginación.

A continuación se forma la vesícula recubierta o revestida que se fusionará con un

conjunto de vesículas llamadas endosomas, donde se clasifican las moléculas endocitadas y

se las separa de los receptores.

Este proceso puede incrementar mil veces la eficiencia de internalización de un

determinado ligando, sin tener que incrementar la absorción de fluido extracelular.

Un ejemplo importante de este proceso es la captación de colesterol por las células

animales. El colesterol, debido a su carácter hidrofóbico, es transportado por la sangre

unido a proteínas, formando complejos llamados lipoproteínas de baja densidad (LDL).

Estas LDL se unen a receptores ubicados en la superficie celular y los complejos LDL-

receptor son internalizados en vesículas revestidas y luego transferidas a los endosomas,

previa liberación de la cubierta de clatrina. En el interior de los endosomas, el LDL se

disocia del receptor y este es reciclado nuevamente a la membrana plasmática para captar

nuevamente LDL.

Fig.4.28- Tipos de transporte en masa

d2) EXOCITOSIS

Es el proceso inverso a la endocitosis. En este caso, material contenido en vesículas

intracelulares también llamadas vesículas de secreción es vertido al medio extracelular.

La secreción de sustancias comienza generalmente con estímulos provenientes del medio

extracelular, que inducen a las vesículas de secreción, ubicadas en las cercanías de la

membrana, a fusionarse con la misma y volcar su contenido al medio extracelular. Así por

ejemplo se liberan las proteínas de exportación (ver funciones del Aparato de Golgi) y los

neurotransmisores (para ampliar esto ultimo consultar Sinapsis nerviosa en la bibliografía)

En este caso, la membrana de la vesícula pasa a “formar parte” de la membrana plasmática.

Es decir, hay ganancia de membrana, mientras que en la endocitosis hay pérdida de

membrana.

AUTOEVALUACIÓN

1. Esquematice el modelo de mosaico fluido de la membrana plasmática. Indique sus

componentes.

2. Enumere las funciones más importantes de la membrana plasmática.

3. Conteste las siguientes preguntas con respecto a la estructura de la membrana

plasmática:

a) ¿Cuál es la característica común a todos los lípidos de membrana?

b) ¿Por que se dice que la membrana plasmática es asimétrica?

c) ¿De qué depende el grado de fluidez de la membrana?

d) ¿Dónde espera encontrar más proteínas en la membrana interna de una mitocondria o en

el retículo liso? ¿Por qué?

4. Resuelva el siguiente problema: En sus estudios sobre las células, Ud. descubre una nueva

proteína, a la que llama esgfun. Esta proteína tiene un dominio A extracelular y un dominio

C intracelular. Ud. descubre que esgfun es móvil, recorre lo largo de toda la membrana en

15 minutos. No importa cuantas veces la observe, el dominio A siempre está del lado

extracelular y el C del lado intracelular.

a) Explique por qué se mantienen los dominios de esta manera.

b) Si Ud. fuera capaz de extraer todo el colesterol de esta membrana, qué cambios

observaría en los movimientos de esgfingolípidos?.

5. Clasifique a los distintos tipos de transporte considerando los siguientes criterios :

a) Gasto de energía: pasivos (sin gasto) o activos (con gasto).

b) Uso de proteínas transportadoras: mediado (uso) o no mediado (no uso).

c) Número y dirección de partículas transportadas: uniporte, simporte y contratransporte.

6. Realice un cuadro comparativo donde indique las semejanzas y diferencias entre el

transporte activo y la difusión facilitada.

7. Explique los distintos tipos de ionóforos.

8. Resuelva el siguiente problema: A Ud. se le provee de un cultivo de células en su medio

de cultivo. Se encuentran en dicho medio muchas células por ml. Se le agrega una sustancia

“X” y se puede medir la concentración interna de esta sustancia a través del tiempo de esta

manera ud puede conocer como es tomada por las células. Describa (use gráficos recuerde

los de enzimas) como podría determinar si “X” entró a la célula por difusión simple,

transporte facilitado o transporte activo. Puede asumir que tiene al alcance de su mano

todas las técnicas que necesita.

9. Conteste las siguientes preguntas sobre tipos de transporte

a) ¿Qué tipo de mecanismo utiliza la glucosa para ingresar a las células epiteliales del

intestino desde la luz de este al interior de las mismas. ¿De dónde se obtiene la energía?

b) Los iones de Ca++ son eficientemente incorporados en muchas células vivientes, incluso

cuando esto se realiza en contra de gradiente. Proponga un mecanismo para explicar esto.

c) Las neuronas y otras células excitables tienen membranas que son polarizadas. Existe

una diferencia de voltaje que es negativo en el interior de la célula y positivo en el exterior.

Explique cómo esta polarización es mantenida en una neurona en reposo. ¿Cuáles son los

iones más importantes que participan? ¿existen iones más importantes que otros? ¿Cómo se

crea y se mantiene esta diferencia de potencial?

d) Basado en sus conocimientos sobre los distintos tipos de transporte através de la

membrana, proponga un mecanismo para explicar como estransportada la galactosa al

interior de las células epiteliales del intestino.Incluya un diagrama de su mecanismo elegido

(existe más de unaposibilidad, Ud. necesita solamente explicar uno)

e) ¿Cuáles son los distintos mecanismos por los que puede ingresar el agua y los iones en la

célula?

f) Describa los mecanismos de transporte en masa y cite ejemplos.

Responda las siguientes preguntas de opción múltiple:

1. En que se diferencian las membranas de una célula eucariótica:

a- los fosfolípidos se encuentran solo en algunos tipos de membrana.

b- solo algunas membranas tienen permeabilidad selectiva.

c- solo algunas membranas tienen lípidos anfipáticos.

d- algunas proteínas son propias de cada membrana.

e- todas son correctas.

2. ¿Cuál de los siguientes procesos incluye todos los demás de la lista?

a- ósmosis.

b- difusión de un soluto a través de la membrana.

c- difusión facilitada.

d- transporte pasivo.

e- transporte de un ion a favor de gradiente.

3. Si una ameba es isotónica respecto a una solución que es hipertónica para un

cangrejo, ¿en cuál de estos organismos ocurrirá un ingreso netos de agua al sumergir

ambos en la solución?

a- en la ameba.

b- en el cangrejo.

c- en ninguno de los dos.

4. ¿Cuál de los siguientes factores podrían influir en la fluidez de la membrana?

a- una proporción grande de fosfolípidos insaturados.

b- una baja temperatura.

c- una proporción grande de fosfolípidos saturados.

d- un potencial alto de membrana.

e- ninguna es correcta.

5. Las células incorporan lipoproteínas utilizando:

a- fagocitosis

b- endocitosis mediada por receptor.

c- exocitosis.

d- transporte activo.

e- endocitosis a granel.

EL NÚCLEO CELULAR

Silvia Márquez- Andrea Lassalle- Viviana Sabbatino- Gladys Gálvez

INTRODUCCIÓN

El núcleo es la estructura más destacada de la célula eucarionte, tanto por su morfología

como por sus funciones. Su tamaño es variable (5 a 10 mm) al igual que su ubicación siendo

en la mayoría de los tipos celulares central.

El núcleo tiene tres funciones primarias, todas ellas relacionadas con su contenido de ADN.

Ellas son:

1. Almacenar la información genética en el ADN.

2. Recuperar la información almacenada en el ADN en la forma de ARN.

3. Ejecutar, dirigir y regular las actividades citoplasmáticas, a través del producto de la

expresión de los genes: las proteínas.

En el núcleo se localizan los procesos a través de lo cuales se llevan a cabo dichas

funciones. Estos procesos son:

1. La duplicación del ADN y su ensamblado con proteínas (histonas) para formar la

cromatina.

2. La transcripción de los genes a ARN y el procesamiento de éstos a sus formas maduras,

muchas de las cuales son transportadas al citoplasma para su traducción y

3. La regulación de la expresión genética.

ESTRUCTURA DEL NÚCLEO (Fig. 10.1)

El núcleo está rodeado por la envoltura nuclear, una doble membrana interrumpida por

numerosos poros nucleares. Los poros actúan como una compuerta selectiva a través de la

cual ciertas proteínas ingresan desde el citoplasma, como también permiten la salida de los

distintos ARN y sus proteínas asociadas.

La envoltura nuclear es sostenida desde el exterior por una red de filamentos intermedios

dependientes del citoesqueleto, mientras que la lámina nuclear, la cual se localiza

adyacente a la superficie interna de la envoltura nuclear, provee soporte interno.

El núcleo también tiene un nucleoplasma, en el cual están disueltos sus solutos y un

esqueleto filamentoso, la matriz nuclear la cual provee soporte a los cromosomas y a los

grandes complejos proteicos que intervienen en la replicación y transcripción del ADN.

Los cromosomas aparecen ocupando lugares específicos. Los genes que codifican productos

relacionados, aunque estén localizados en diferentes cromosomas, pueden estar ubicados

próximos en el núcleo interfásico. Por ejemplo, los cromosomas humanos 13, 14, 15, 21 y 22

poseen un gran número de genes que codifican para ARNr. Dichos cromosomas están

agrupados de tal forma que los genes de los ARNr están todos juntos y confinados en el

nucléolo, el lugar donde se sintetizan, procesan y ensamblan los ARNr. Esta separación

física asegura que los ARNr puedan ser eficientemente ensamblados dentro de las

subunidades ribosomales.

En el núcleo, los genes transcripcionalmente activos tienden a estar separados de los

inactivos. Los activos se encuentran ubicados centralmente, mientras que los silentes están

confinados próximos a la envoltura nuclear.

Tan pronto como las células entran en mitosis o meiosis, los fragmentos de la matriz

nuclear dirigen la condensación de los cromosomas, constituyéndose en la parte central de

los mismos.

Fig. 10.1 - Esquema de un núcleo interfásico

LA ENVOLTURA NUCLEAR

La envoltura está formada por dos membranas concéntricas interrumpidas por poros

nucleares y por la lámina nuclear.

Fig. 10.2- Microfotografía electrónica de la envoltura nuclear

Las membranas delimitan un espacio de 10 a 50 nm, el espacio o cisterna perinuclear. La

membrana externa en contacto con el citoplasma tiene ribosomas adheridos, que

sintetizan las proteínas que se vuelcan al espacio perinuclear. El espacio perinuclear se

continua con el REG.

La membrana interna posee proteínas integrales que le son propias, que se unen a la lámina

nuclear y a los cromosomas.

La lámina nuclear, capa fibrosa de 10 a 15 nm en la que apoya la membrana interna, está

formada por proteínas del tipo de los filamentos intermedios, polímeros de lamina o

laminina nuclear. Ellas se unen a las proteínas integrales de membrana.

La fosforilación de las laminas provoca el desensamble de la lámina nuclear causando la

ruptura de la envoltura al inicio de la división celular.

La lámina nuclear confiere estabilidad mecánica a la envoltura nuclear. Además, al

interactuar con la cromatina participa en la determinación de la organización tridimensional

del núcleo interfásico.

Si bien la formación de la lámina no se requiere durante los pasos iniciales, la organización

de la envoltura es indispensable para el crecimiento posterior y el mantenimiento de su

integridad. Las laminas se incorporan luego que la cisterna perinuclear rodea al ADN y se

inicia el transporte entre el núcleo y el citoplasma. (Fig. 10.3)

La envoltura nuclear es un derivado del sistema de endomembranas, siendo esto evidente al

inicio de la división celular, cuando la envoltura se desorganiza y pasa a formar parte del

sistema de cisternas y vesículas del retículo endoplásmico.

La aparición de la envoltura nuclear permitió que los eucariontes aislaran los procesos

genéticos principales, como la autoduplicación del ADN o la síntesis de ARN. Además esto

posibilitó que el ARNm se modifique dentro del núcleo antes de ser traducido en los

ribosomas. Estas modificaciones no ocurren en los procariontes, ya que a medida que la

ARN polimerasa sintetiza el ARN, simultáneamente el extremo 5’ se une al ribosoma y

comienza la traducción.

Fig. 10.3 - Mecanismo de formación y desintegración de la membrana nuclear

COMPLEJOS DE PORO NUCLEAR

La envoltura nuclear presenta estructuras discoidales llamadas complejos de poro nuclear

(CPN) (Fig. 10.4).

El número de CPN es variable, incrementándose a medida que aumenta la actividad celular.

En una célula de mamífero hay entre 3000 a 4000 complejos de poro. Cada CPN es una

estructura macromolecular compleja constituida por un gran número de proteínas de

disposición octamérica. Está formado por:

Ocho columnas proteicas, que forman las paredes laterales del poro.

Un anillo externo, formado por ocho unidades proteicas.

Un anillo interno, también con estructura octamérica.

Proteínas de anclaje que fijan cada columna al espacio perinuclear.

Proteínas radiales que se proyectan desde las columnas hacia la luz del poro, a manera de

diafragma

Proteínas fibrilares fijas al anillo interno y externo. En la cara nuclear convergen para

formar una canastilla o cesta. A lo largo de estas fibrillas se ubican nucleoporinas que

intervienen en el transporte de sustancias a través del poro.

Un poro central o abertura.

Fig. 10.4 - Esquema del complejo de poro nuclear

La luz de los CPN suele presentarse obturada por las proteínas que circulan a través del

poro, como por las carioportinas (Kap) que actúan como eficientes transportadores en el

tráfico núcleo/citoplasma.

Los CPN presentan uno o varios canales acuosos a través de los cuales las pequeñas

moléculas solubles en agua difunden (transporte no regulado). Las moléculas de mayor peso

molecular son transportadas en forma activa, por lo que requieren energía y moléculas

transportadoras.

Se importan dentro del núcleo:

Las proteínas sintetizadas en el citoplasma necesarias para ensamblar los ribosomas.

Los factores de transcripción requeridos en la activación o inactivación de los genes.

Los factores de empalme necesarios en el proceso de maduración de los ribosomas.

Las moléculas y macromoléculas ensambladas y exportadas desde el núcleo al citoplasma

incluyen:

Las subunidades ribosomales

ARNm

ARN de transferencia

Factores de transcripción que son devueltos al citoplasma para ser reutilizados.

Los mecanismos implicados en el transporte a través del poro son diferentes al transporte

de proteínas en las membranas de otros organelos . Por ejemplo, las proteínas nucleares son

transportadas a través del poro manteniendo su conformación plegada, por el contrario las

proteínas que no se localizarán en el núcleo se despliegan durante el transporte.

Los complejos de poro nuclear hacen de la envoltura nuclear una barrera selectiva entre el

núcleo y el citoplasma. Estos complejos constituyen la principal vía de comunicación entre el

compartimiento nuclear y citoplasmático de la célula ante el pesado tráfico molecular. Aun

cuando las proteínas pequeñas y otras moléculas viajan a través de los canales periféricos,

las proteínas de gran tamaño deben poseer una etiqueta para ingresar por el canal central.

Estas proteínas sintetizadas en el citoplasma contienen la señal de localización nuclear

(nuclear signal localization, NSL).

Tampoco los ARN pueden salir de núcleo por sí mismos. Ellos salen a través del

complejo de poro con una proteína especial que posee una señal nuclear de exportación

(nuclear export signal, NES). Ambas NSL y NES consisten en una secuencia corta de

aminoácidos, muchos de los cuales tienden a estar ubicados centralmente dentro de

las proteína.

Observemos en la Fig. 10.4, como las proyecciones filamentosas desde la cara citosólica del

complejo pueden enlazar proteínas, conduciéndolas dentro del poro central. Los filamentos

citosólicos, el poro central y la canasta nuclear se proyectan dentro del compartimiento

nuclear. Se cree que la canasta puede ser un área importante de paso para la preparación

de las ribonucleoproteínas (RNP) antes de ser exportadas.

Las moléculas de mayor tamaño requieren de una proteína “transbordadora” o

carioportina. La superfamilia de carioportinas esta integrada por: importinas . exportinas y

transportinas .

IMPORTACIÓN DE PROTEÍNAS (Fig. 10.5)

Las importinas son heterodímeros, formados por dos subunidades, la subunidad-a se une a

la NSL de la proteína nuclear permitiendo la unión con la subunidadad-b. Esta unión origina

una “importina funcional” que lleva unida a la proteína nuclear a ser transportada.

El complejo importina funcional se pone en contacto con los filamentos citosólicos, donde

guiado por las nucleoporinas (Nup), llega al poro central. La translocación de complejo

importina/carga es regulado por la pequeña RanGTPasa [1] , que se une a la subunidad b de

la importina. Esta b-importina es la encargada de interactuar con el poro provocando su

dilatación y posibilitando el ingreso de la proteína nuclear. La translocación de proteínas es

un proceso activo. Cuando el complejo penetra al interior del núcleo, las subunidades de

importina se separan y la carga es liberada. La disociación de las subunidades causa

entonces un nuevo cambio en su forma, dejando al descubierto la NES de cada subunidad.

Otras proteínas en el poro central reconocen la NES y retornan las subunidades al

citoplasma.

Fig. 10.5 - Modelo de mecanismo de importación a través del CPN

EXPORTACIÓN DE ARN

Los ARN maduros se asocian a proteínas llamadas transportinas, las cuales actúan como

transbordadores permitiendo el pasaje de ARN al citoplasma. En la fig. 10.6 se esquematiza

como el ARNm es llevado fuera del núcleo. Los ARNm maduros que presentan la poli A se

asocian con varias proteínas, formando una partícula de ribonucleoproteína (RNP). Estas

partículas se mueven linealmente a través de la canasta nuclear. Al igual que las importinas,

las RNP son recicladas hacia el núcleo. En el citoplasma, las CRBP ( del inglés, cytoplasmic

RNA-binding proteins) reemplazan a las RNP para guiar a los ARNs a sus destinos

citosólicos correctos.

Fig. 10.6 - Modelo de mecanismo de exportación de ARNm a través del CPN

CROMOSOMAS Y CROMATINA

El núcleo contiene los cromosomas de la célula. Cada cromosoma consiste en una molécula

única de ADN con una cantidad equivalente de proteínas. Colectivamente, el ADN con sus

proteínas asociadas se denomina cromatina. La mayor parte de las proteínas de la

cromatina consisten en copias múltiples de cinco clases de histonas.

Estas proteínas básicas son ricas en residuos de arginina y lisina cargados positivamente.

Por esta razón se unen estrechamente con los grupos fosfatos (cargados negativamente)

del ADN.

La cromatina también contiene pequeñas cantidades de una amplia variedad de

proteínas no histónicas y RNP. La mayoría de ellas son factores de transcripción (por

ej., el receptor esteroide), siendo su asociación con el ADN pasajera. Estos factores

regulan que parte del ADN será transcripta en ARN.

NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA CROMATINA

La observación a través del microscopio óptico de un núcleo interfásico, nos permite

distinguir dos tipos de cromatina. La eucromatina o cromatina laxa, de localización

central, y la heterocromatina o cromatina densa, en la periferia del núcleo (Fig.10.7).

La heterocromatina representa aproximadamente el 10% del total de cromatina y es

considerada transcripcionalmente inactiva (Fig. 10.8).

La eucromatina se encontraría al menos en dos estados, la eucromatina accesible, que

representa alrededor del 10%, donde se encuentran los genes que se están transcribiendo y

la eucromatina poco accesible, más condensada (pero menos que la heterocromatina), donde

están los genes que la célula no está transcribiendo.

Si el núcleo celular se incuba con nucleasas, enzimas que digieren el ADN, las secuencias

que primero se digieren son las que portan los genes expresados por la célula, lo que

corrobora el menor grado de condensación de la eucromatina.

Fig. 10.7 - Microfotografía electrónica del núcleo de un hepatocito. a. eucromatina; b. RER

Fig. 10.8 - Microfotografía electrónica del núcleo de un linfocito. a. eucromatina; b.

heterocromatina, c. mitocondria

Fig. 10.9 - H1 y formación de la fibra de 10 nm

Cuando el cromosoma en interfase se esparce artificialmente sobre agua, tiene la

apariencia de un collar de perlas. Las perlas son los nucleosomas, las unidades de

enrollamiento de la cromatina. (Fig. 10.10b)

Los nucleosomas están formados por un centro o "core" de histonas. Dicho centro

posee dos copias de cada una de las siguientes histonas: H2A; H2B; H3 y H4

Alrededor del centro de histonas, 146 pares de bases del ADN se enrollan en dos vueltas.

La unión de las histonas al ADN no depende de una secuencia particular de nucleótidos, sino

de la secuencia de aminoácidos de la histona. Las histonas son unas de las moléculas más

conservadas durante el transcurso de la evolución. La histona H4 en el ternero difiere de la

H4 de la planta de poroto en sólo 2 residuos de aminoácidos de una cadena de 102.

Alrededor de 60 pares de bases de ADN unen un nucleosoma con el próximo. Cada región

de unión es el ADN espaciador. La quinta histona, la H1, conecta a los nucleosomas y actúa

como una banda de goma, manteniéndolos juntos dentro de una misma cuerda enrollada.

Esta estructura se conoce como fibra de 10nm, siendo el primer grado del

empaquetamiento de la cromatina. (Fig. 10.9)

Los nucleosomas se organizan, a su vez, en fibras de 30nm (solenoide), girando a

manera de resorte alrededor de un eje virtual. Esta estructura es mantenida por la

interacción de las H1 de nucleosomas cercanos. (Fig. 10.10c)

En el siguiente nivel de empaquetamiento, las fibras de 30 nm se organizan en una

serie de bucles o asas superenrolladas (Fig. 10.10d; Fig. 10.11). Estos bucles se

estabilizan gracias a la interacción con las proteínas de la matriz nuclear o andamiaje

nuclear (“scaffold”).

Fig. 10.10 - Modelo de empaquetamiento de la cromatina

Cada bucle de cromatina representa un dominio funcional o unidad de replicación (Fig.

10.10e). Estos dominios contienen alrededor de 100.000 pares de bases, extensión de ADN

suficiente para acomodar varios genes de tamaño promedio. Algunos genes, sin embargo,

pueden abarcar varios dominios adyacentes de un cromosoma. Cada cromosoma puede tener

cien o más dominios.Durante la profase, los cromosomas aparecen en forma más

condensada, alcanzando la cromatina su mayor nivel de condensación en metafase(Fig.

10.10f). La organización de los cromosomas envuelve la fosforilación de la H1 y otras

proteínas, lo cual causa el plegamiento y empaquetamiento aún más compacto de la

cromatina. El andamiaje o matriz nuclear se convierte en el centro de la estructura del

cromosoma, y como la compactación continúa, éste se pliega modo de acordeón.

Fig. 10.11- Empaquetamiento de la fibra de 30 nm

El grado de condensación de los dominios de cromatina se mantiene principalmente debido a

la asociación con la matriz nuclear y a proteínas asociadas como la topoisomerasa II o

girasa, encargada de controlar el grado de superenrollamiento del ADN (Fig. 10.11). La unión

entre la cromatina y la matriz se da a nivel de zonas altamente conservadas, denominadas

secuencias SAR o MAR (scaffold associated regions/ matrix attachment regions). Las SAR

son regiones de varios cientos de pares de bases ricas en residuos de adenina y timina,

abundantes en la heterocromatina.

Con coloraciones especiales los cromosomas, revelan diferencias estructurales de

importancia funcional. Las bandas oscuras consisten en cromatina altamente

condensada, mientras que las bandas claras se corresponden con cromatina más laxa.

El examen de la cromatina en bandas claras y oscuras revela que ambos tipos de

cromatina están acomodados en bucles de distintos tamaños y que a su vez se

proyectan desde el andamiaje plegado. El andamiaje está muy plegado en la

heterocromatina, y es más lineal en las bandas de eucromatina, formando bucles más

amplios. Las histonas de la eucromatina están fuertemente acetiladas. Estos cambios

afectarían el grado de empaquetamiento de la eucromatina, haciéndola más accesible

para la transcripción de sus genes.

Las características de la hetero y eucromatina son:

Tabla 10.1 - Características de la Cromatina

Tipo de cromatina Estado físico Cambio químico Tipo de genes Replicación

Eucromatina Laxa Acetilada Activos

Fase S

temprana

Heterocromatina condensada Metilada Silentes Fase S tardía

Los cromosoma en metafase también poseen un revestimiento de RNP. Dicho revestimiento

deriva de los componentes del nucléolo. Estos cromosomas se constituyen en el vehículo

para dividir el material nucleolar entre las futuras células hijas. El empaquetamiento de la

cromatina permite confinar al ADN dentro del núcleo La molécula de ADN de un cromosoma

humano contiene 50 x 106 pares de nucleótidos en el cromosoma más pequeño (1.7 cm con la

molécula extendida) a 250 x 106 pares de nucleótidos en el más largo ( 8.5 cm). Midiendo

extremo con extremo el total de cromosomas de una célula humana diploide, el ADN se

extiende más de 2 metros. El empaquetamiento del ADN en forma de cromatina, no

solamente le permite entrar dentro de los límites del núcleo, sino también lo protege del

ataque de las nucleasas.

EL CROMOSOMA EUCARIOTA (Fig. 10.12)

Cada cromosoma eucariota consiste en una molécula simple de ADN de alrededor de 150

millones de pares de nucleótidos.

La molécula de ADN en el cromosoma eucariota es lineal, por lo tanto posee dos

extremos (en contraste con el cromosoma bacteriano que es circular).

La molécula de ADN de un cromosoma típico eucariota contiene:

Un conjunto lineal de genes que codifican para ARN y proteínas interrumpido por

Muchas secuencias de ADN no codificante.

El ADN no codificante incluye:

Secuencias de aproximadamente 170 nucleótidos de ADN satélite, repetidas miles de

veces, que corresponden al centrómero.

Secuencias repetitivas en los extremos del cromosoma llamadas telómeros.

Múltiples secuencias señalizadoras altamente conservadas, denominadas origen de

replicación (ORI) , necesarias para que se realice la duplicación del ADN en un tiempo

breve.

Fig. 10.12- Secuencias de un cromosoma eucariota estable en las diferentes etapas del ciclo

celular

El centrómero es una constricción primaria localizada centralmente o hacia los

extremos de cada cromosoma.

El ADN centromérico como ya mencionamos es altamente repetitivo y se encuentra siempre

condensado siendo parte de la heterocromatina.

Fig. 10.13- Síntesis de telómeros por la telomerasa. a) La telomerasa se une al telomero; b)

La telomerasa alarga los extremos de la cadena 3`; c) La telomerasa avanza; d) La ADN

polimerasa sintetiza la cadena retrasada.

Los telómeros son cruciales en la vida de la célula. Ellos son necesarios para la duplicación

completa del cromosoma, los protegen de las nucleasas, evitan que los extremos del

cromosoma se fusionen entre sí y facilitan la interacción del cromosoma con la envoltura

nuclear.

Los telómeros de las células humanas contienen la secuencia 5'TTAGGG3, que se repite

aproximadamente 2000 veces.

5 '... ..TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG..... 3 '

3 '... ..AATCCC AATCCC AATCCC AATCCC A..... 5 '

La cadena rica en guanosina corre en dirección 5' a 3', extendiéndose 12 a 15 nucleótidos

más allá de la cadena rica en citosina, formando un apéndice en una de las cadena en cada

extremo del cromosoma. Este desnivel se mantiene de generación en generación por medio

de una enzima especial, la telomerasa, que agrega nuevas unidades al extremo 3' de la

cadena rica en guanosina (Fig. 11.13).

La telomerasa es una ribonucleoproteína, la cual provee un molde de AAUCCC que guía la

inserción de la secuencia TTAGGG. Entonces la telomerasa es una retrotranscriptasa,

sintetiza ADN a partir de un molde de ARN.

Las células con telomerasa activa pueden compensar el acortamiento de los telómeros

durante la duplicación del ADN.

La telomerasa activa se encuentra solamente en:

Las células de la línea germinal, incluyendo células troncales embrionarias

Eucariotas unicelulares

Células cancerosas

Los cromosomas se diferencian por la ubicación del centrómero

Durante la mayor parte de la vida de la célula, los cromosomas son demasiado largos y

tenues para ser vistos bajo un microscopio.

Fig. 10.14- Microfotografía electrónica de un cromosoma metafásico

Antes de que una célula se divida, cada cromosoma se duplica (durante la fase S del ciclo

celular).

Al inicio de la división celular, los cromosomas duplicados se condensan en estructuras que

pueden teñirse con facilidad (por ello denominadas cromosomas), pudiéndose observar bajo

el MO.

La condensación es tal que el cromosoma es aproximadamente 10.000 veces más corto que

la molécula de ADN que contiene (Fig. 10.14). A primera vista, los cromosomas duplicados se

mantienen juntos por el centrómero. Mientras están juntos, es común llamar a cada parte

del cromosoma duplicado, cromátida hermana.

Esto no debe confundirnos, cada una de las "cromátidas hermanas" es un cromosoma

completo. El cinetocoro es una estructura proteica discoidal que forma parte del

centrómero y ayuda a separar las cromátidas hermanas. Es el sitio de unión con los

microtúbulos del huso, que contienen los motores de dineína que tiran a los cromosomas en

la anafase. Además proveen una plataforma para ensamblar y movilizar las proteínas que

construyen el huso.

La posición del centrómero, determina el largo de los brazos del cromosoma; en base a esto

se puede clasificar a los cromosomas en: (Fig. 10.15)

Metacéntricos: el centrómero en posición central determina brazos de igual longitud

Submetacéntricos: un par de brazos es más corto que el otro, pues el centrómero se

encuentra alejado del centro.

Acrocéntricos: el centrómero se halla próximo a uno de los extremos, por lo tanto uno de

los brazos es casi inexistente.

Fig. 10.15- Tipos de cromosomas

Los cromosomas acrocéntricos poseen una masa de cromatina llamada satélite, en el

extremo del brazo corto. El satélite se halla aislado del resto del cromosoma por la

constricción secundaria. La zona aledaña al satélite de los cromosomas acrocéntricos

contribuye a formar el nucléolo (Fig. 10.16)

El más corto de los dos brazos del cromosoma se llama p; el más largo es el brazo q.

Fig. 10.16- Partes de un cromosoma mitótico.

Todas las especies tienen un número característico de pares de cromosomas homólogos

llamado número diploide (2n). El número diploide del hombre es 46.

El cariotipo es una representación gráfica o fotográfica de los cromosomas presentes en el

núcleo de una sola célula somática de un individuo. Cada miembro del par de cromosomas

homólogos proviene de cada uno de los padres del individuo cuyas células examinamos.

El cariotipo de la mujer contiene 23 pares de cromosomas homólogos, 22 pares son

autosomas y el par restante, cromosomas sexuales, ambos " X".

El cariotipo del hombre contiene los mismos 22 pares de autosomas y 1 par de cromosomas

sexuales, un cromosoma sexual "X" y un cromosoma sexual "Y" (un gen en el cromosoma Y

designado SRY es el que pone en marcha el desarrollo de un varón, por lo tanto determina

el sexo).

El análisis del cariotipo involucra la comparación de cromosomas por su longitud, la

ubicación de los centrómeros y la ubicación y los tamaños de las bandas G.

Durante la mitosis, los 23 pares de cromosomas humanos se condensan y son visibles con un

microscopio óptico.

Preparación de un Cariotipo: La preparación de un cariotipo normalmente involucra

bloquear las células (glóbulos blancos) durante la mitosis con colchicina y marcar los

cromosomas condensados con tinción Giemsa. La tinción marca las regiones de los

cromosomas que son ricos en pares de nucleótidos entre A -T produciendo una banda

oscura, la banda G. Luego de la tinción, los cromosomas se fotografían, se recortan y se

ordenan de acuerdo a su longitud. Los de igual tamaño se aparean según la ubicación de su

centrómero.

Una error común es suponer que cada banda representa un sólo gen. En realidad las bandas

más pequeñas contienen más de un millón de pares de nucleótidos y potencialmente cientos

de genes. Por ejemplo, el tamaño de una banda pequeña es igual a toda la información

genética de una bacteria.

El análisis del cariotipo es una de muchas técnicas que nos permiten investigar las miles de

enfermedades genéticas que se pueden encontrar en los seres humanos.

Fig. 10.17 - Cariotipo femenino normal: Los autosomas se ordenan en grupos por tamaño y

posición del centrómero.

Fig. 10.18 - Mapa estándar (Idiograma) de patrones de bandeo del cromosoma 2. Los

números corresponden a las regiones y bandas. A la derecha , idiograma del cariotipo

humano masculino.

El nucléolo

En el nucléolo tiene lugar la formación de subunidades ribosómicas, la síntesis y

procesamiento de ARNr y actualmente se considera que desempeña un importante papel en

la regulación del ciclo celular. [2]

El nucléolo es un aglomerado de fibras de cromatina de distintos cromosomas. En el

hombre, los pares 13,14, 15, 21 y 22, aportan sectores de cromatina que forman el nucléolo.

Todos estos cromosomas son acrocéntricos y presentan constricciones secundarias

denominadas organizadores nucleolares (NOR), donde están los genes que codifican ARNr

(Fig. 10.19).

Fig. 10.19 - Esquema de nucléolo indicando los bucles de los 10 cromosomas con los genes

para el ARNr

Fig. 10.20 - Microfotografía electrónica del nucléolo. NE, Envoltura nuclear; NO.

Organizador nucleolar; PG, Zona granular; PF, Zona fibrilar.

El nucléolo aparece como una estructura simple carente de componente membranoso, en la

que diferenciamos dos regiones:

Una zona fibrilar central, formada por ADNribosómico y ARNr naciente

Un zona granular periférica donde los gránulos están formados por las subunidades

ribosómicas en proceso de ensamblado (Fig. 10.20).

Los nucléolos, al igual que la envoltura nuclear desaparecen en la mitosis y se reorganizan

alrededor de los segmentos de ADNr, que como su nombre lo indica, codifica ARNr. Siendo

el ARNr el más abundante dentro de los tipos de ARN, existen múltiples copias del gen que

lo codifica. El genoma humano presenta alrededor de 200 copias del gen para ARNr. Estos

genes que promedian los 10.000 nucleótidos se localizan en tándem. Cada gen está separado

por ADN espaciador y presenta asociado una molécula de ARN polimerasa I. De cada

enzima parten perpendicularmente los ARNr nacientes, tomando la apariencia

característica de un árbol de navidad. Cada gen produce un transcripto llamado ARNr 45S

que será luego procesado (Fig. 10.21)

El tamaño del nucleólo varía entre células y en la misma célula según su actividad,

pues si bien la velocidad de transcripción puede acelerarse, el ensamblado de las

subunidades ribosomales requiere de un tiempo más o menos constante; es por ello que

en los nucléolos grandes observamos mayor proporción de componente granular.

Fig. 10.21 - Microfotografía electrónica de los genes nucleolares (ADNr) durante la transcripción.

Observe como la longitud de los transcriptos primarios aumenta a medida que nos alejamos del punto

de inicio.

AUTOEVALUACIÓN

1) La eucromatina se caracteriza por:

a- ser transcripcionamente inactiva

b- teñirse debilmente

c- presentarse altamente condensada

d- formar parte de genes que no se expresan

2) En el nucléolo se sintetizan:

a- Precursores de ARNr

b- ARNt

c- Pre ARNm

d- ARNm

3) Los organizadores nucleolares aportan información para la síntesis de:

a- ARNm

b- ARNr

c- ARNt

d- Ribosomas

4) La composición química y función de las histonas son respectivamente:

a- proteínas básicas y forman parte en la estructura de la cromatina

b- proteínas básicas cuya única función es regular la expresión de los genes

c- son proteínas ácidas e intervienen en la estructura de la cromatina

d- son proteínas ácidas e intervienen en la síntesis de ADN polimerasa.

5) El andamiaje o matriz nuclear:

a- está formado exclusivamente por láminas

b- se asocia a la cromatina a nivel de las SAR/MAR del ADN

c- está más replegado en la eucromatina

d- se desorganiza durante la división celular

6) Presentan señal de localización nuclear:

a- las hormonas esteroides

b- todas las riboproteínas

c- los factores de transcripción

d- todas las anteriores son correctas

7) Los dominios funcionales de la cromatina:

a- aparecen por empaquetamiento de la fibra de 10 nm

b- dependen exclusivamente de la interacción con la H1

c- representan individualmente un gen

d- funcionan como unidades de replicación del cromosoma.

8) El pasaje de moléculas a través de los CPN:

a- no es regulado y requiere de etiquetas o señales en las moléculas transportadas

b- no es regulado para moléculas pequeñas y solubles que circulan por los canales

periféricos

c- siempre es regulado y no depende del tamaño de la molécula a transportar

d- requiere que todas las moléculas a ser transportadas tengan una NSL

9) ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es FALSA con respecto a la telomerasa?

a- es la enzima encargada de formar los telómeros

b- es una ARN polimerasa

c- se inactiva poco después del nacimiento

d- las células cancerosas conservan la telomerasa siempre activa

10) Un investigador inyecto un cultivo celular con suero anti-laminina, y observó:

a- que la células no pudieron dividirse

b- que las células luego de la mitosis no pudieron organizar su envoltura nuclear

c- que los complejos laminina/antilamina se acumularon dentro del núcleo

d- que la envoltura nuclear formada resulto frágil e inestable