INTEGRACIÓN DE LAS CÉLULAS EN TEJIDOS

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CD de la catedra: ”Apoyo para los trabajos prácticos”- Dra Bühler y Dra Sánchez T.

INTEGRACIÓN DE LAS CÉLULAS EN TEJIDOS

Desde el punto de vista de los niveles de organización, los organismos pluricelulares pueden exhibir distintos grados de complejidad: unicelular (gametos), tejidos, órganos y sistemas de órganos. Cada nivel posee propiedades características

Las células independientes pueden entablar competencia con otras células por el espacio vital y por los nutrientes, pero si se unen formando un tejido, abandonan su independencia y se convierten en una unidad integrada, cuyos elementos (c/cél) cooperan. La ventaja fundamental de la cooperación es la eficiencia en el trabajo. Un número de dado de células disgregadas gastan más energía y nutrientes para sobrevivir que si se encuentran integradas formando un tejido. Una célula dispersa está expuesta al ambiente por todos lados y gasta energía en toda su superficie para defenderse de ese medio. Sin embargo, cuando estas se agregan para formar un tejido unido, solamente las que se hallan en la capa externa están en contacto con el ambiente y las células interiores no necesitan movilizar energía para protegerse.

La división de trabajo es tan pronunciada que las células individuales quedan limitadas en su capacidad funcional. Así las células nerviosas son solo capaces de conducir el impulso nervioso y no pueden moverse ni reproducirse.

En un tejido, cada conjunto de células está restringido en su función, o sea presenta una especialización .

Un tejido es un conjunto organizado de células que funciona de manera colectiva por lo tanto, cada una de ellas colabora con las demás en la ejecución de una función determinada.En un organismo pluricelular, las células se rodean de un material cohesivo denominado matriz extracelular (MEC). La MEC , es un complejo de macromoléculas elaborados por las células y secretado al espacio extracelular que forma un microambiente particular .

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Las células de un mismo tejido se comunican por medio de uniones intercelulares especializadas (uniones de hendidura o nexo ), lo que facilita la colaboración entre ellas permitiendo que operen como una unidad funcional.Las células de un tejido funcionan de manera unificada debido a la presencia de una matriz extracelular característica, de los mismos receptores en la membrana y a uniones de adhesión que las mantienen físicamente unidas.

Matriz Extracelular

Bajo el nombre de matriz extracelular (MEC) se agrupan los elementos intercelulares presentes en los organismos pluricelulares

Aunque la membrana plasmática define el límite celular, en los organismos pluricelulares cada célula está rodeada por macromoléculas secretadas por ellas que constituyen la matriz extracelular (MEC).La MEC , es un complejo de macromoléculas elaboradas por las células y secretadas por ellas al espacio extracelular . La composición de la matriz extracelular es muy variable y difiere de un tejido a otro. Aunque la MEC pueda adoptar diferentes formas en los diversos tejidos, las macromoléculas que las constituyen pertenecen a un número relativamente pequeño de familias moleculares: Los componentes de la MEC pueden clasificarse en fluidos y fibrosos .

Los componentes fluidos son:• glicosaminglicanos (polisacáridos)• proteoglicanos (glicoproteínas).

Los componentes fibrosos se dividen en:• proteínas estructurales ( colágenos ) proteínas adhesivas ( fibronectina, laminina ).

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Microscopía Electrónica de Barrido de la Matriz Extracelular

Componentes Fluidos: Los glicosaminoglicanos , son heteropolisacáridos que se hallan asociados entre sí o a glicoproteínas llamadas proteoglicanos . Ocupan los espacios libres intercelulares proporcionando un espacio hidratado alrededor de las células cuya función es conferir a los tejidos resistencia a la compresión. Los glicosaminoglicanos y los proteoglicanos se asocian entre sí formando agregados moleculares de gran tamaño . Estos agregados tienen un papel estructural debido a que presentan excelente resistencia mecánica a los golpes. Todos los glicosaminoglicanos, son moléculas ácidas con numerosas cargas negativas. Por lo tanto podemos decir que el carácter ácido de los proteoglicanos y los glicosaminoglicanos, los conduce a fijar cationes (Na+, K+), en consecuencia constituyen una reserva de estos iones. Por otra parte los cationes están rodeados de agua, esto aumenta el volumen (turgencia) de la MEC. Debido a que los proteoglicanos retienen agua, y son directamente responsables del grado de hidratación de la matriz extracelular.

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Componentes Fibrosos: Colágeno y elastinaColágeno: En la matriz extracelular, las proteínas estructurales mas importantes corresponden a las fibras colágenas, las cuales están compuestas por fibrillas que presentan una estriación característica. La unidad molecular básica de la fibrilla es el tropo colágeno , que es una molécula proteica fribrosa. Esta integrado por tres cadenas polipeptídicas del mismo tamaño, trenzadas en forma helicoidal. Existen alrededor de 25 cadenas polipeptídicas que se combinan de diversas maneras, lo que da lugar a unos 15 tipos de colágenos. Estos se identifican con números romanos, y los principales corresponden a los colágenos de tipo I, II, III, IV, VII, IX y XI.

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Elastina : Proteína hidrofóbica que se organiza en fibras y capas elásticas resistentes, es el principal componente de las fibras elásticas, junto con la fibrilina . Confieren elasticidad a los tejidos y permiten la recuperación después del estiramiento.

Proteínas de adhesión : Fibronectina y LamininaLa fibronectina, es una glicoproteina de adhesión celular. Se encuentra en la mayoría de las matrices extracelulares en forma de agregados o fibrillas. Esta importante proteína, cumple funciones que involucran procesos de adhesión, como la migración y la invasión celular. La fibronectina media una variedad de adhesiones uniéndose por ejemplo al fibrinógeno/fibrina durante la coagulación sanguínea. Se encuentra formada por dímeros de unidades idénticas enlazadas entre sí por puentes disulfuros. Su función principal es la fijación de células a todas las matrices que contienen colágeno fibroso (tipo I, II, III y IV). Por sus uniones, la fibronectina regula la forma de las células y la organización de los citoesqueletos.

La laminina es una glicoproteina de adhesión que se encuentran en todas las membranas basales (se encuentra asociada al colágeno IV). La laminina cumple una función estructural muy importante. Participa en la migración, proliferación y diferenciación celular. Tiene lugares de unión para receptores celulares específicos (integrinas), heparán sulfato, colágeno tipo IV y entactina, permitiendo el anclaje de las células epiteliales a la lámina basal

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Lámina basal :

Está constituida por glucoproteínas extracelulares, principalmente laminina.En los tejidos epiteliales las células están estrechamente unidas entre sí en forma directa por las uniones celulares y soportan las cargas mecánicas en sus estructuras, la matriz extracelular es escasa y se denomina lámina basal. Esta actúa como un filtro para el paso de macromoléculas gracias a la maya de colágeno (filtro físico) y a las cargas negativas del sulfato de heparán que restringe el paso de moléculas de carga negativa, también actúa como barrera para la invasión de células cancerosas a los tejidos, además de dirigir la migración de las células sobre su superficie.Las funciones de la matriz extracelular dependen de las características físico-químicas de los componentes de la misma. Las más importantes son:

Rellenar los intersticios o espacios entre las células. Conferir resistencia mecánica (a la compresión, estiramiento,

etc.) a los tejidos. Constituir el medio homeostático, nutricio y metabólico para las

células. Proveer fijación para el anclaje celular. Constituir el medio táctico para el tránsito celular. Ser el medio por el cual se transportan diferentes señales entre

las células.

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Todas las células producen matriz extracelular, pero algunas células especializadas producen un tipo especial de matriz. En muchos casos la función de un tejido depende del tipo de matriz que produzcan sus células. Por ejemplo:

Fibroblastos secretan la abundante matriz de tejido conectivo Osteoblastos secretan matriz formadora de hueso Condroblastos secretan matriz formadora de cartílago Fibroblastos y células epiteliales en conjunto forman la

membrana basal

MOLÉCULAS DE ADHESIÓN CELULAR

En las membranas plasmáticas celulares existen diferentes moléculas con funciones de receptores específicos. Estas moléculas presentan dominios citoplasmáticos y dominios hacia el exterior que actúan como nexos entre el citoplasma, específicamente el citoesqueleto de la célula, el microambiente que la rodea y con otras células.Estas moléculas pueden ser: cadherinas, selectinas, integrinas e

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inmunoglobulinas .Las cadherinas son moléculas de adhesión que dependen de la presencia de Ca++ para funcionar. Hay varias clases de cadherinas: cadherina –E, cadherina-N, cadherina-P, donde la letra indica el tipo celular donde puede ser encontrada como epitelios de revestimientos, neuronas, placentas, etc. Las cadherinas son capaces de transmitir señales porque mantienen interacciones homotípicas con las proteínas similares de las células vecinas y los filamentos de actina citoplasmáticos.

Selectinas : se expresan en los leucocitos (glóbulos blancos) y en los endotelios que recubren la pared interna de los vasos sanguíneos participando en el reconocimiento. Estas uniones heterotípicas (entre distintos tipos celulares), permiten la migración de los glóbulos blancos desde la luz de los vasos hacia los tejidos del organismo donde cumplirán su función de defensa.

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Las integrinas están constituidas por dos sub-unidades glucoproteicas diferentes que atraviesan la membrana plasmática. Hay muchos tipos diferentes de integrinas que interaccionan con moléculas de la matriz extracelular como el colágeno, laminina, etc., y con los microfilamentos de actina o filamentos intermedios del citoesqueleto celular. De esta forma pueden controlar la migración, la adhesión, la forma celular, etc.

UNIONES CELULARES

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Las uniones se localizan en regiones de contacto célula-célula y célula-MEC de todos los tejidos. Solo se observan mediante microscopia electrónica convencional o con la técnica de criofractura. Las uniones celulares son muy abundantes en ciertos tipos de tejido, como por ejemplo el tejido epitelial que recubre las superficies en los organismos.Se clasifican en tres grupos : uniones de oclusión (uniones estancas) , que implican un sellado entre las células epiteliales, el cual impide el paso de sustancias entre las células del epitelio; uniones de anclaje , unen, mecánicamente las células entre si haciendo contacto con su citoesqueleto y el de sus vecinas o con la matriz extracelular; y uniones de comunicación que, mediante el paso de señales químicas o eléctricas entre las células adyacentes y permiten su interacción.

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Uniones estancas:

Todos los tejidos epiteliales constituyen barreras selectivas de permeabilidad, separando fluidos de diferente composición. Las uniones estancas juegan un importante papel en el mantenimiento de esta función de barrera selectiva; un ejemplo es el epitelio del intestino de los mamíferos. En las células epiteliales del intestino delgado, las proteínas transportadoras se hallan confinadas en diferentes regiones de la membrana plasmática. Esta regionalización permite una transferencia de nutrientes desde la luz intestinal hasta la sangre a través de la membrana epitelial.

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El aspecto de esta zona resulta de la existencia de múltiples puntos de contacto entre las láminas externas de las membranas celulares. Estos puntos de contacto resultan de la interacción, en el espacio extracelular, de un tipo especial de proteínas que atraviesan las membranas llamadas ocludinas . Las ocludinas se caracterizan por presentar una zona hidrofóbica en su dominio extracelular, lo que favorece la interacción entre dos ocludinas intercelulares vecinas. Ellas forman una banda continua en todo el borde apical de las células epiteliales.Las uniones estanca actúan como barreras contra la libre difusión de las proteínas de membranas y además constituyen un sistema de sellado entre células vecinas de tal manera que las moléculas no pueden difundir por los espacios entre las células.Este tipo de uniones es característico en las células epiteliales del intestino delgado, en células del revestimiento gástrico y entre los

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hepatocitos (células del hígado).Las células del revestimiento gástrico muestran unas zónulas ocluyentes muy anchas y con muchos puntos de fusión.

Las uniones estancas son impermeables al paso de macromoléculas, sin embargo su permeabilidad respecto a moléculas de pequeño tamaño varia mucho en los diversos epiteliosLas uniones estancas se desorganizan al eliminar el Ca 2+ , el cual es necesario para mantener la integridad de dichas uniones.

Uniones de anclaje:

Las uniones de anclaje están ampliamente distribuidas en los tejidos animales. Conectan los elementos del citoesqueleto de una célula al citoesqueleto de sus vecinas, o a la matriz extracelular. Son abundantes en los tejidos que están sometidos a tensiones mecánicas, como el músculo cardíaco y la epidermis. Se localizan bajo tres formas estructurales que son funcionalmente diferentes:

• uniones adherentes• desmosomas• hemidesmosomas

Las uniones adherentes son regiones de conexión entre fibras de actina, mientras que los desmosomas y hemidesmosomas lo son entre filamentos intermedios.Las uniones de anclaje están compuestas por dos clases de proteínas: proteínas de adhesión intracelular, que forman una placa en la cara citoplasmática y conectan el complejo de unión a filamentos de actina o filamentos intermedios; y glucoproteínas transmembrana de unión, cuyos dominios citoplasmáticos se unen a una o más proteínas de adhesión intracelular, mientras que sus dominios extracelulares interaccionan con la matriz extracelular o con los dominios

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extracelulares de glucoproteínas transmembrana de unión de otra célula.

Las uniones adherentes intercelulares forman, en los epitelios, una banda de adhesión continua (o zonula adherens ) , situada alrededor de cada célula epitelial, cerca de la membrana luminar y por debajo de las uniones estancas. En las permaneciendo unidas ambas membranas por mecanismos dependientes de Ca 2+ .células epiteliales adyacentes, las bandas de adhesión se encuentran en aposición,En cada célula puede observarse un haz de fibras de actina, contráctil, que se encuentra adyacente a la banda de adhesión, que corre paralelo a la membrana plasmática, a la cual están conectados mediante un complejo de proteínas de unión. Los haces de actina se encuentran interconectados a través de las cadherinas y proteínas de unión, formando una extensa red transcelular. La contracción de esta red depende de proteínas motoras de tipo miosina.

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Las uniones adherentes célula-matriz conectan las células y sus haces de actina a la matriz extracelular ( uniones focales ).En los tejidos, las células generalmente establecen contactos focales (regiones especializadas de la membrana plasmática) con la matriz extracelular análogos a éstos. Las glucoproteínas trasmembrana de unión que median estas adhesiones y que conectan los haces de fibras de actina a la matriz extracelular en estas placas pertenecen a receptores célula-matriz denominadas integrinas. El dominio extracelular de la integrina se une a un componente proteico de la matriz extracelular, mientras que su dominio intracelular se une indirectamente a haces de filamentos de actina a través de proteínas de unión como talina, a -actinina y la vinculina .

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Uniones de anclaje Célula-Célula

Los desmosomas son contactos intercelulares puntiformes que mantienen unidas las células. En el interior de las células actúan como lugares de anclaje para los filamentos intermedios en forma de cuerda, los cuales forman una red estructural en el citoplasma proporcionando cierta rigidez. El tipo específico de filamentos intermedios anclados a los desmosomas depende del tipo celular: dequeratina en la mayoría de las células epiteliales y de desmina en las fibras musculares cardíacas.La estructura general del desmosoma consta de una placa citoplasmática densa, la plaquita,compuesta por un complejo proteico de anclaje intracelular que es el responsable de la unión de los elementos citoesqueléticos a las proteínas de unión transmembrana (pertenecen a la familia de las cadherinas).

Uniones de anclaje célula-matriz

Los hemidesmosomas son morfológicamente semejantes a los desmosomas. Éstos, en lugar de unir las membranas de las células adyacentes, unen el dominio basal de las células a la lamina basal (tipo especializado de la matriz extracelular que se encuentra entre el epitelio y el tejido conjuntivo subyacente). La mayoría de los filamentos

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relacionados con los hemidesmosomas se anclan por una de sus regiones terminales. En los contactos focales las proteínas de unión transmembrana de los hemidesmosomas no pertenecen a la familia de las cadherinas del grupo de proteínas de adhesión celular utilizada para los desmosomas sino a la familia de integrinas de receptores de matriz extracelular. Las proteínas de unión intracelulares en los hemidesmosomas también son diferentes a la de los desmosomas.Las integrinas en la membrana plasmática se unen a moléculas de la matriz extracelular; las cadherinas en la membrana plasmática se unen a cadherinas de la membrana de la célula adyacente.

Uniones comunicantes:

Las uniones de tipo Gap permiten el paso directo de pequeñas moléculas entre células animales vecinas.Las uniones de tipo gap se observan como regiones en las que las membranas de dos células adyacentes se encuentran separadas por un espacio uniforme. Las uniones de este tipo median la comunicación intercelular al permitir el paso de iones inorgánicos y otras pequeñas moléculas hidrosolubles entre los respectivos citoplasmas, acoplando las células tanto eléctrica como metabolitamente.La evidencia de que las uniones de tipo gap median el acoplamiento eléctrico y químico entre células que se hallan en contacto pueden constatarse a partir de diversas fuentes. Existe una correlación entre la presencia de estructuras de este tipo de unión y la demostración de acoplamiento, mediante criterios químicos o eléctricos.

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Las uniones de tipo gap están organizadas en base a proteínas transmembranas que forman estructuras denominadas conexones . Los conexones de las uniones de tipo gap están compuestos por seis subunidades proteicas. Cuando los conexones de las membranas plasmáticas de dos células adyacentes están alineados, forman un canal acuoso continuo que conecta ambos citoplasmas.Un conexon esta compuesto por un anillo de seis subunidades proteicas idénticas denominadasconexinas , cada una de las cuales contiene seis unidades a que atraviesan la membrana. Las seis conexinas forman un canal.En tejidos que contienen células excitables eléctricamente, el acoplamiento celular mediante uniones del tipo gap tiene una función importante, por ejemplo, el acoplamiento eléctrico entre las células nerviosas permite el desplazamiento rápido de los potenciales de acción de una célula a otra sin el retraso que representa la sinapsis química.

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Una pequeña molécula puede pasar, a través de las uniones gap, desde una región del tejido donde su concentración se mantiene alta hasta otra región donde su concentración es mas baja, creándose así un gradiente de concentración uniforme.

La permeabilidad de las uniones de tipo Gap esta regulada: Los canales de las uniones de tipo Gap alternan entre estados abiertos y cerrados. La permeabilidad de estas uniones puede ser disminuida de manera rápida y reversiblemente, mediante manipulaciones experimentales que impliquen un descenso del pH o un incremento de la concentración de Ca 2+ libre citoplasmático. Esto indica que los canales de las uniones de tipo gap constituyen estructuras dinámicas que son regulables, ya que pueden sufrir un cambio conformacional reversible que cierra el canal en respuesta a cambios en la célula.

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Cuando una célula es dañada, su membrana plasmática se hace permeable. Así, iones tales como el Ca 2+ y el Na + entran en la célula, mientras que otros metabolitos valiosos salen de las células. Si la célula afectada continua estando acoplada a otras células adyacentes no dañadas, éstas pueden sufrir severos cambios funcionales. Sin embargo, la entrada de Ca 2+ en la célula dañada provoca inmediatamente el cierre de los canales de las uniones del tipo gap, aislando eficazmente a las células y previniendo, de este modo, la propagación de la anomalía funcional.

Plasmodesmos

Debido a que las células vegetales están atrapadas dentro de paredes celulares rígidas, requieren de una comunicación diferente a las uniones gap .Los vegetales tienen una sola clase de uniones intercelulares, los plasmodesmos, que, como las uniones de tipo gap, conectan directamente el citoplasma de las células adyacentes .

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La comunicación básica entre células vegetales se produce a través de unas estructuras de tamaño no observable al microscopio óptico que se llaman plasmodesmos . A través de los plasmodesmos entran en continuidad las membranas plasmáticas de las dos células contiguas. Además cada plasmodesmo es atravesado por un microsáculo del retículo endoplásmic o , que por lo tanto es compartido por ambas células. Teniendo en cuenta que una célula vegetal común puede tener 20.000 de estas estructuras que la comunican con las células de alrededor, hay que admitir que el grado de comunicación intercelular en los vegetales es muy elevado. Los plasmodesmos suelen reunirse en pequeñas áreas donde la pared primaria esta adelgazada.

La comunicación entre células con pared secundaria requiere la existencia de interrupciones de la pared secundaria, ya que su densidad impide el tránsito de sustancias a la velocidad requerida. Son las punteaduras , perfectamente visibles al microscopio óptico. En ningún caso la punteadura supone una interrupción de la pared primaria, solo un adelgazamiento, ya que la disposición menos densa de las microfibrillas de celulosa no impide el tránsito de sustancias a la

http://www.inea.uva.es/servicios/histologia/glosario.htm#Pared%20secundaria:

http://www.inea.uva.es/servicios/histologia/glosario.htm#Pared%20primaria:

http://www.inea.uva.es/servicios/histologia/glosario.htm#Reticulo%20endoplasmico:

http://www.inea.uva.es/servicios/histologia/glosario.htm#Reticulo%20endoplasmico:

http://www.inea.uva.es/servicios/histologia/glosario.htm#Plasmodesmos:

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velocidad necesaria . Al igual que las uniones gap estas también están reguladas.

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