fundamentos biológicos de la toxicología

22
1. La célula. La membrana celular. Diego Losada Muñoz Cali, diciembre de 2013

Upload: diego-losada-munoz

Post on 05-Jul-2015

161 views

Category:

Education


0 download

DESCRIPTION

Bases biológicas de la toxicología.

TRANSCRIPT

Page 1: Fundamentos biológicos de la toxicología

1. La célula. – La membrana celular.

Diego Losada Muñoz

Cali, diciembre de 2013

Page 2: Fundamentos biológicos de la toxicología

¿Qué es la vida?

Es difícil definirla, pero se reconoce cuando se ve..

Page 3: Fundamentos biológicos de la toxicología

Atributos de los seres vivos.

• Organización: Estructuras que permiten realizar actividades

simultáneas y coordinadas, requiere una organización especial dentro

de los seres vivos.

• Homeostasis: Proceso mediante el cual se mantienen reguladas las

funciones internas de un organismo.

• Irritabilidad: Capacidad para reaccionara estímulos del ambiente.

• Metabolismo: Mecanismo para la obtención de energía a partir de los

recursos del ambiente y mantener los procesos internos.

• Reproducción: Capacidad de perpetuar la especie al hacer réplicas de

los individuos.

• Relación: Capacidad de integrarse con el ambiente y con otros seres

vivos.

• Adaptación: Ajuste a los cambios del ambiente para asegurar la

supervivencia.

• Entropía: Reducción de la entropía en los seres vivos, a expensas de un

incremento acentuado en la entropía de otros sistemas.

Page 4: Fundamentos biológicos de la toxicología

La célula: Unidad estructural de la vida.

Una célula es una

estructura que delimita

y engloba las moléculas

de las sustancias

químicas requeridas

para el desarrollo de los

diferentes procesos

biológicos.

Las células, a su

vez, se

organizan para

formar tejidos y

órganos.

LOS NIVELES MOLECULAR Y CELULAR

SON LOS MÁS RELEVANTES PARA LA

TOXICLOGÍA.

Intercambio de

información –

materiales con el

medio extracelular.

Intercambio de

información –

materiales con

el núcleo.

Page 5: Fundamentos biológicos de la toxicología

Estructura de la célula.

Los diferentes orgánulos

celulares cumplen

funciones importantes

de forma coordinada

para mantener la

homeostasis. En general,

son los elementos

estructurales que

participan en la

interacción con los

xenobióticos. En esta

presentación, las

descripciones se basan

en las características de

las células humanas.

Énfasis en esta primera presentación.

Page 6: Fundamentos biológicos de la toxicología

La membrana celular.

Doble capa lipídica (fosfolípidos,

glicolípidos, colesterol), acompañada por

glúcidos y proteínas y que rodea todas las

células.

• Mantiene el medio interno separado del

interno, gracias a su permeabilidad selectiva.

• Transporte a través de la membrana: pasivo

(difusión) y activo, con proteínas

transportadoras y consumo de energía.

• Orgánulos con membranas: célula dividida

en secciones, en cada una de las cuales

ocurren reacciones específicas.

• Transferencia de materiales de un sitio a otro

de la membrana, de acuerdo con las

necesidades de la célula.

• Mantenimiento del potencial electroquímico

(diferencia de potencial) entre el exterior y

el interior celular.

• Participa en la interacción y coordinación con

otras células.

• Posee receptores que identifican señales

celulares y desencadenan respuestas.

(Fuente: Jpablo cad, Diagrama detallado de la estructura de la membrana citoplasmática

y sus componentes.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Detalle_de_la_membrana_celular.svg).

Page 7: Fundamentos biológicos de la toxicología

Detalles estructurales de la membrana: superficie apical.

Algunas células tienen especializaciones particulares de acuerdo con su función:

Costra: membrana plasmática apical muy gruesa a expensas de la

lámina externa de la bicapa. Superficie apical ondulada y la porción

de citoplasma vecino es muy rico en filamentos finos y vesículas

aplanadas. Esta especialidad le imparte a las células la posibilidad de

estirarse o retraerse.

Microvellosidades: prolongamientos digitiformes, revestidos por la

membrana, los cuales poseen en su interior una porción de citoplasma

y un eje constituido por filamentos de actina y otras proteínas

(citoesqueleto). Ej.: revestimiento del tracto gastrointestinal.

Cilios: Prolongamientos celulares delgadas, con presencia de

microtúbulos en su eje, organizados en 9 pares periféricos y un par

central. Este eje recibe el nombre de axonema y se inserta en una

estructura semejante a un centríolo, denominada cuerpo basal. Ej.:

células especializadas de la mucosa respiratoria.

Page 8: Fundamentos biológicos de la toxicología

Estructuras especializadas de la cara lateral de la membrana.

Unión gap

Está formada por dos hemicanales (oligómeros de 6 proteínas llamadas conexinas) insertos donde son

contiguas dos células y alineados con precisión, de manera que la luz de uno se continua con la del otro.

Desmosomas: Estructuras

celulares que las mantienen

adheridas lateralmente. Dicha

unión a sus filamentos

intermedios (queratina) está

mediada por cadherinas

(desmogleína y desmocolina).

Zónula occludens

Estructuras citológica presente

en células del epitelio y

endotelio que crean una barrera

de permeabilidad impidiendo el

libre flujo de sustancias entre

células.

Zónula adherens

Los desmosomas

en banda o

macula adherens

son un tipo de

uniones

celulares. Se

trata de

especializaciones

de la membrana

plasmática que

contienen

proteínas como

las cadherinas y

cateninas.

Page 9: Fundamentos biológicos de la toxicología

Estructuras especializadas de la cara basal de la membrana.

HemidesmosomasConstituyen la mitad de un desmosoma y

se localizan en la cara basal, donde las

células reposan sobre la lámina basal.

Presentan la misma estructura intracelular

que el desmosoma, pero las moléculas de

adhesión que aseguran la estabilidad del

hemidesmosoma son del tipo integrinas. Es

la unión con la lámina basal y en

consecuencia, con el tejido conectivo

subyacente.

Invaginaciones o plieguesAunque la mayoría de las células

epiteliales poseen una cara basal lisa,

ciertos epitelios (Ej.: túbulos renales,

epitelio ciliar del globo ocular) presentan

la membrana del polo basal profusamente

plegada, la cual divide al citoplasma en

numerosos compartimientos que contienen

mitocondrias. Aumentan la superficie

celular para incrementar el transporte

transmembranal de agua y electrólito.

Page 10: Fundamentos biológicos de la toxicología

Transporte pasivo a través de la membrana.

PASIVOSin gasto de energía, a favor de un gradiente de concentración o

de carga eléctrica.

Ósmosis: Transporte de moléculas de agua a

través de la membrana, a favor de un

gradiente de concentración.

Difusión simple: paso de sustancias a través de la

membrana plasmática, como los gases respiratorios,

el alcohol y otras moléculas no polares. A favor de un

gradiente de concentración.

Difusión facilitada:es necesaria la presencia de

un carrier o transportador (proteína integral) para

que las sustancias atraviesen la membrana.

Influyen gradiente de potencial químico y

estructura proteica.

Page 11: Fundamentos biológicos de la toxicología

Transporte activo a través de la membrana.

ACTIVOFlujo a través de la membrana contra un gradiente de concentración (de baja a

alta concentración). Se requiere consumo de energía. Ej.: bomba de sodio y

potasio, transporte de glucosa.

Transportadores (carriers)

Simportadores: Proteínas que transportan una sustancia junto con otra,

frecuentemente un protón (H+).

Uniportadores: Proteínas que transportan una molécula en un solo sentido

a través de la membrana.

Antiportadores: Proteínas que transportan una sustancia en un sentido

mientras que simultáneamente transportan otra en sentido opuesto

Transporte activo secundario – Cotransporte: Transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana

celular tales (aminoácidos, glucosa), cuya energía requerida deriva del gradiente de concentración de los iones sodio en la

membrana celular. Intercambiador de calcio – sodio: Proteína de membrana que extrae calcio iónico (Ca2+) empleando el

gradiente de sodio; su finalidad es mantener la baja concentración de Ca2+ en el citoplasma.

Transporte activo primario – Bombas de sodio y potasio: En todas las células del organismo. En cada ciclo consume una

molécula de ATP; transportar 2 iones de potasio a la célula y bombea 3 iones de sodio hacia el exterior de la célula, ya que

tanto el sodio como el potasio poseen cargas positivas. Se genera una perdida de la electro-positividad interna de la

célula, lo que convierte a su medio interno en un medio "electronegativo con respecto al medio extra celular."

Page 12: Fundamentos biológicos de la toxicología

Transporte en masa.

Transporte de macromoléculas o partículas grandes.

Endocitosis: proceso celular,

por el que la célula mueve

hacia su interior moléculas

grandes o partículas.

Pinocitosis: Ingreso de

líquidos y solutos mediante

pequeñas vesículas.

Fagocitosis: grandes partículas

que se engloban en grandes

vesículas que se desprenden

de la membrana celular.

Endocitosis mediada por receptor o

ligando: captura de macromoléculas

específicas del ambiente, fijándose a

través de proteínas específicas ubicadas

en la membrana plasmática

Exocitosis: expulsión o secreción

de sustancias como la insulina a

través de la fusión de vesículas

con la membrana celular.

Page 13: Fundamentos biológicos de la toxicología

Receptores superficiales en la membrana.

Cambios

en el

ambienteEstímulos

externos

Receptores

celulares Activación de

rutas para

señales de

transducción

Se dispara respuesta

regulatoria en el

interior de la célula.

Con mayor detalle:

Estímulos

externos

Receptores

superficiales

celulares

EfectorMoléculas

mensajeras

Transducción

de la señalComportamiento

celular

Contracción /

Relajación

Crecimiento /

Diferenciación

Metabolismo

Secreción

Page 14: Fundamentos biológicos de la toxicología

Características de los receptores superficiales

• Unión con ligandos apropiados en la superficie de la célula.

• Propagación de señales reguladoras en las células target.

• Determinación de la relación cuantitativa entre la dosis o magnitud del

estímulo y el efecto fisiológico.

• Selectividad de las interacciones del estímulo en relación con las

respuestas de la célula.

• Las interacciones de los receptores y la estructura, posibilitan la acción

de dos tipos de ligandos: agonistas (activadores) y antagonistas

(inhibidores).

• Saturación de los receptores frente a la cantidad de los ligandos genera

un límite en la respuesta fisiológica.

• Pueden presentarse receptores múltiples para el mismo ligando.

Page 15: Fundamentos biológicos de la toxicología

Categorías principales de receptores superficiales.

Moléculas de adhesión: Mediadores

de las interacciones célula – matriz y

célula – célula.

Receptores ligados a enzimas.

Receptores acoplados a la proteína

G – GPCR. Proteína G: proteína de

enlace del nucleótido guanina.

Page 16: Fundamentos biológicos de la toxicología

El citoplasma.

El citoplasma comprende el contenido celular ubicado entre el núcleo y la

membrana plasmática. Es una emulsión coloidal muy fina de aspecto

granuloso (el citosol o hialoplasma) donde se encuentra flotando una

diversidad de orgánulos celulares que desempeñan diferentes funciones.

1. Nucléolo.

2. Núcleo.

3. Ribosoma.

4. Vesícula secretora.

5. Retículo endoplasmático rugoso.

6. Aparato de Golgi.

7. Citoesqueleto.

8. Retículo endoplasmático liso.

9. Mitocrondrias.

10. Vacuola.

11. Citoplasma.

12. Lisosoma.

13. Centriolo.

Page 17: Fundamentos biológicos de la toxicología

El citoesqueleto.

El citoesqueleto es uno de los componentes celulares de mayor importancia

estructural, pues es responsable de la forma de la célula y del movimiento

de la célula en su conjunto y del movimiento de orgánulos en el citoplasma.

Constituido por proteínas del citoplasma que polimerizan en estructuras

filamentosas

Filamentos intermediosMicrotúbulos

Microfilamentos

Page 18: Fundamentos biológicos de la toxicología

Filamentos intermedios.

Se clasifican de acuerdo con su proteína constitutiva:

• Queratinas.

• Vimentina.

• Desmina.

• Proteína ácida fibrilar glial (GFAP).

• Neurofilamentos.

• Láminas nucleares.

• Nestina.

Haces

de GFAP

Page 19: Fundamentos biológicos de la toxicología

Microtúbulos.

Formados por dímeros de la proteína tubulina. Son polímeros huecos de

forma cilíndrica, como una tubería.

Además del citoplasma, los

microtúbulos aparecen en

estructuras como los cilios

y los centriolos del

centrosoma.

Page 20: Fundamentos biológicos de la toxicología

Microfilamentos.

Polímeros de la proteína actina, que posee forma filamentosa, ubicados en

diferentes regiones del citoplasma, como la membrana celular y algunos

tipos de uniones celulares.

La interacción entre la actina y otras

moléculas, como la miosina, constituye la base

de los procesos de contracción de algunas

células (Ej.: musculares).

Page 21: Fundamentos biológicos de la toxicología

Citosol.

Solución acuosa – 70% agua – donde se encuentran suspendidas diversas

biomoléculas vitales (generalmente macromoléculas) responsables de la

mayoría de los procesos bioquímicos. Carece de estructura estable, pero

puede varias entre dos condiciones:

• Forma de gel: Consistencia gelatinosa.

• Forma de sol: consistencia fluida.

Page 22: Fundamentos biológicos de la toxicología

En una próxima presentación,

veremos en detalle los orgánulos

celulares.