Biolo

Transporte de macromoléculas y partículas Este transporte siempre es con aporte de energía, sea a favor o en contra del gradiente. Además de la membrana, intervienen otros orgánulos. Existen tres tipos de mecanismos principales: endocitosis, exocitosis y transcitosis. Endocitosis Es el mecanismo por el que la célula puede englobar partículas de elevado peso molecular (macromoléculas, fragmentos celulares, virus, bacterias, etc.) del medio en el que vive mediante vesículas que se han formado a partir de invaginaciones de la membrana. Según la naturaleza y el tamaño de las partículas englobadas, se distinguen varios tipos de endocitosis: fagocitosis, pinocitosis y endocitosis mediada por receptores.

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La fagocitosis. Las partículas de tamaño grande entran en las células quedando englobadas en invaginaciones de la membrana. Estas membranas se estrangulan y forman vesículas con el material ingerido. Después, los lisosomas se unirán a ellas para digerirlo. La pinocitosis. Ocurre cuando el material incorporado es líquido o contiene pequeñas partículas sólidas. Endocitosis mediada por receptor. Permite la entrada selectiva de macromoléculas específicas, llamadas ligandos, para las que existe el correspondiente receptor en la membrana. Estos receptores se acumulan en unas depresiones revestidas con clatrina (unos microfilamentos proteicos). Cuando el ligando se ha unido al receptor, se forma una vesícula por endocitosis. Este proceso es el que utiliza la insulina, el colesterol, o el hierro.

Exocitosis Es el mecanismo por el cual las células pueden expulsar macromoléculas contenidas en vesículas. Así, expulsan sustancias sintetizadas por la célula o eliminan sustancias de desecho. Para que se expulse, es necesario que la membrana de la vesícula y la membrana plasmática se fusionen generando un poro a través del pueda salir el contenido de la vesícula de exocitosis. Cuando la vesícula de exocitosis se fusiona con la membrana plasmática para expulsar su contenido, la superficie interna de la membrana de la vesícula de exocitosis se convierte en la superficie externa de la membrana plasmática, mientras que la superficie externa de la membrana de la vesícula secretora formará parte de la superficie interna de la membrana plasmática. Como en la endocitosis se pierde membrana, y en la exocitosis se gana, es necesario que haya un equilibrio entre ambas para mantener la superficie de membrana plasmática y el volumen celular.

SISTEMA DE GRUPO SANGUINEO ABO

¿Qué es un grupo sanguíneo? Un grupo sanguíneo se define como “una característica heredada sobre la superficie del eritrocito, la cual se puede detectar por medio de un anticuerpo específico”.

Definición de sistema de grupo sanguíneo Un sistema de grupo sanguíneo está compuesto por antígenos heredados como grupo. Cada sistema está constituido por antígenos producidos por alelos en un locus genético único o en loci tan estrechamente ligados, que no se presenta entrecruzamiento. Los antígenos de los eritrocitos, que representan un grupo sanguíneo único, están controlados genéticamente por genes alélicos heredados independientemente los unos de los otros. La identificación de un sistema de grupo sanguíneo sigue una secuencia natural. Un anticuer- po que detecta un nuevo antígeno es descubierto, usualmente en pacientes multitransfundidos o en mujeres multíparas. Una vez que el correspondiente antígeno es identificado, el patrón de herencia es estudiado y se inicia una investigación para la identificación del antígeno. Posterior- mente se pueden establecer relaciones genéticas más complejas; por ejemplo, cuando alelos múltiples sobre un cromosoma único son heredados como grupo, como en el caso del sistema de grupo sanguíneo MNSs, o varios loci están comprometidos, como en el caso del sistema de grupo sanguíneo Lewis. Luego se realizan estudios de población para calcular las frecuencias del gen. Una vez que se confirma la relación genética, se puede hacer la asignación de un sistema de grupo sanguíneo. Si es posible, se determina la estructura bioquímica del antígeno y se describe su biosíntesis. Por lo tanto, los grupos sanguíneos primero se definen inmunológicamente, luego genética y bioquí- micamente.

Antígenos Los antígenos del sistema ABO están compuestos por azúcares que protruyen de la membra- na de la superficie de los eritrocitos [15-16], unidos a un componente denominado ceramida, el cual se encuentra en la membrana de los eritrocitos. Una serie de cuatro azúcares se une a la ceramida. A esta estructura de cuatro azúcares o sustancia precursora, se le unen otros azúcares que le dan la especificidad a cada antígeno ABO, como se observa en la figura 3. Por ejemplo, fucosa y D-galactosa unidas al azúcar terminal de la sustancia precursora, da la especificidad del grupo sanguíneo B. En la tabla 2 se nombran los azúcares específicos de cada antígeno [10].

Fenotipo Bombay El fenotipo Bombay clásico (Oh) se caracteriza por la ausencia de los antígenos A, B y H tanto sobre los eritrocitos como en las secreciones, debido a la herencia de dos genes hh en el locus H; por lo tanto, la síntesis de los antígenos A y B está bloqueada por la ausencia del antígeno H necesario para su expresión. En otras palabras, para que se produzca antígeno H, debe existir al menos una copia funcional del gen H (H/H o H/h); si ambas copias del gen

son inactivas (h/h) se produce el fenotipo Bombay [37-38]. Debido a que estas personas son deficientes en los antíge- nos A, B y H, ellos producen anti-H, anti-A y anti-B de origen natural. En las pruebas iniciales los eritrocitos Bombay se clasifican como grupo O. Los eritrocitos no reaccionan con anti-A, anti-B ni anti-AB, mientras que el suero reacciona con células A, B, AB y O. Por lo tanto, las personas con el fenotipo Bombay deben ser transfundidas sólo con eritrocitos de fenotipo Bombay. La ausencia de los antígenos ABH en este fenotipo no está asociada con defectos de membrana o cambios en la vida media de los eritrocitos. La presencia de los anticuerpos en el suero hace muy difícil la transfusión sanguínea, ya que todos los eritrocitos, excepto aquellos de otro fenotipo Bombay, son incompatibles. La frecuencia del fenotipo Bombay clásico es de 1 en 13.000 en India, y ra- ramente se encuentra en otras poblaciones [39]. Ver figura 1. Fenotipo Bombay: ¿Un quinto grupo sanguíneo? Uno de los primeros contactos que uno tiene con la genética es mediante el sistema de los grupos sanguíneos, ya que es simple y tiene bastante presencia en la vida cotidiana. No obstante, a pesar de que siempre se ha hablado de los fenotipos A, B, AB y 0, se han dado casos en los que unos padres cuyos grupos sanguíneos eran AB y A se han visto con un bebe del grupo 0 entre sus manos. De acuerdo a lo que nos enseñan en el colegio solo hay dos opciones: un error por parte del personal médico o una infidelidad. Pero… ¿y si hubiese una tercera posibilidad? En el año 1952 el Dr. Y. M. Bhende descubrió en Bombay el que se denomina grupo sanguíneo Bombay u Oh. Es un grupo sanguíneo extremadamente raro y solo aparece en tres personas de cada millón (aunque en Bombay dicha proporción aumenta hasta los 100 casos por cada millón de personas). Dicho grupo sanguíneo es causado por la mutación recesiva en el gen H que se localiza en el cromosoma 19. Dicha mutación afecta a la capacidad celular del individuo de sintetizar correctamente el oligosacarido H, el cual es la base de todos los grupos sanguíneos. Al no poder sintetizar adecuadamente dicho oligosacarido las personas que padecen los efectos de la mutación no poseen ningún antígeno en la membrana de los eritrocitos y al intentar identificar el grupo sanguíneo mediante los métodos convencionales obtendremos el mismo resultado que una persona que pertenezca al grupo 0, ya que en ambos casos los antisueros tanto A como B no producirán una aglutinación de la sangre. Figura 1: estructura de los antígenos presentes en los heritrocitos de los diferentes grupos sanguineos El mayor y único problema de las personas con dicho grupo sanguíneo reside en las transfusiones de sangre. Como es fácil de imaginar, las personas con fenotipo Bombay son el donante ideal pero únicamente pueden recibir transfusiones de personas del mismo grupo sanguíneo debido a que en su sangre estarán presen tas inmunoglobulinas contra los antígenos A, B y H (perteneciente al grupo 0). Este hecho dificulta enormemente las cosas, ya que la cantidad de personas donantes que posean dicho grupo sanguíneo es ínfima. Además, en muchos casos la persona afectada por la mutación tampoco es consciente de su peculiaridad, puesto que como hemos explicado antes las personas del fenotipo Bombay darán un falso 0 en las pruebas de los grupos sanguíneos y no levantara sospechas a menos que sea un caso extremadamente extraño como el mencionado más arriba. Desde un punto de vista personal, está enfermedad, si es que se la puede llamar así, debería ser divulgada en una mayor medida, ya que a pesar de ser muy infrecuente sería conveniente saber que no por ser del grupo sanguíneo 0 significa que podamos recibir donaciones sanguíneas de dicho grupo, algo que sin duda habría de tenerse más en cuenta.

Fenotipo Para-Bombay El fenotipo Para-Bombay se caracteriza por tener eritrocitos deficientes de antígenos ABH, pero a diferencia del fenotipo Bombay, son secretores. La frecuencia de este fenotipo en Tailan- dia es de 1 en 5.000 donantes normales y en China es de 1 en 15.620 [40-42].

CUESTIONARIO 1.- La membrana plasmática es muy impermeable a todas las moléculas cargadas. Explique por que

La permeabilidad depende principalmente de la carga eléctrica y, en menor medida, de la masa molar. Moléculas pequeñas o con carga eléctrica neutra pasan la membrana más fácilmente que elementos cargados eléctricamente y moléculas grandes. Además, la membrana es selectiva, lo que significa que permite la entrada de unas moléculas y restringe la de otras. La permeabilidad depende de los siguientes factores: •

Solubilidad en los lípidos

Las sustancias que se disuelven en los lípidos •

Tamaño

La mayor parte de las moléculas de gran tamaño no pasan

•

Carga

Las moléculas cargadas y los iones no pueden pasar, en condiciones normales, a través de la membrana. Sin embargo, algunas sustancias cargadas pueden pasar por los canales proteicos o con la ayuda de una proteína transportadora También dependen de los tipos de proteínas en la membrana: •

Canales

Canales llenos de agua por donde pueden pasar sustancias polares o cargadas eléctricamente que no atraviesan la capa de fosfolípidos. •

Transportadoras

Se unen a la sustancia de un lado de la membrana y la llevan al otro lado donde la liberan

2. Las propiedades de la bicapa lipídica están determinadas por las estructuras de sus moléculas lipídicas. Predecir cuales serían las propiedades de la bicapa lipídica si sucediera lo siguiente (cada una en forma independiente):

a. Todas las cadenas de ácidos grasos fueran saturadas.

•Si fueran saturadas las cadenas de ácidos grasos, entonces la formación de las bicapas lipídicas resultaría con una estructura mucho menos fluida, que afectaría a la célula a tal punto de poder sobrevivir, puesto que no permitiría cumplir con las funciones de crecer y reproducirse.

•Además las cadenas estarían mucho más juntas, con ello la membrana se volvería impermeable, el intercambio de sustancias en la célula se vería restringido.

•Mientras que una bicapa lipídica normal pose la viscosidad del aceite de oliva, una bicapa compuesta por los mismos lípidos, pero con colas hidrocarbonadas saturadas tendría consistencia de la grasa de tocino.

b. Todas las cadenas de ácidos grasos fueran insaturadas. •Las bicapas formadas serían mucho más fluidas. Además, el agrupamiento de los lípidos sería mucho más estrecho, lo que implica que existirían más espacios y la bicapa sería más permeable a las pequeñas moléculas hidrosolubles. •Al solo existir cadenas hidrocarbonadas insaturadas, la membrana se volvería excesivamente fluida y perdería su forma.

3.- Los rafts contienen gran cantidad de colesterol y esfingolípidos y se piensa que el colesterol juega un rol principal en la formación de rafts pues aparentemente los rafts no se forman en ausencia del colesterol. ¿Por qué cree que el colesterol es esencial en la formación de rafts lipídicos? (SUGERENCIA) Los esfingolípidos (a parte de la esfingomielina) tienen una cabeza muy grande compuesta por varias moléculas de azúcares.

Las balsas lipídicas o “rafts”, son dominios enriquecidos en glicoesfingolípidos y colesterol dentro de las membranas celulares, los glicoesfingolípidos, tienen temperaturas altas de fusión debido a que sus cadenas de hidrocarbonos presentan un grado alto de saturación. El colesterol se intercala entre las cadenas hidrocarbonadas donde provoca una disminución de su flexibilidad y de esta forma compacta la bicapa lipídica. Este empaquetamiento lateral de los esfingolípidos y el colesterol conduce a la formación de dominios dispersos que se encuentran en una fase similar a la fase líquida ordenada, que se denominan balsas o “rafts”, dentro de la bicapa de las membranas. La estructura peculiar de los rafts les confiere la propiedad de ser insolubles en detergentes no iónicos (Tritón X-100) a bajas temperaturas.

De hecho, utilizando la técnica de fluorescencia por transferencia de energía de resonancia (FRET) se ha estimado que el diámetro de los rafts es menor de 70 nm. 

Función de los rafts en la señalización en células del sistema inmunitario

Recientemente se ha observado que los rafts desempeñan una función esencial en los proceso s de señalización a través de receptores de membrana, en particular en los receptores de las células del sistema inmunitario de tipo “multicadena” Estos receptores están formados por varias subunidades, unas de reconocimiento, de tipo inmunoglobulina, que entran en contacto mediante la fosforilación de sus dominios ITAMs (Motivos de activación de los inmuno receptores basados en tirosinas) con subunidades transductoras, como las tirosíncinasas. Éstas inician el reclutamiento de más subunidades señalizadoras y de ensamblaje, formando finalmente un complejo supramolecular que regula finalmente la transducción de señales. 

Las caveolas

Las caveolas son abundantes en el endotelio, en células musculares, en adipocitos y en células epiteliales del pulmón, pero están ausentes en otras como los linfocitos T. Las caveolas son especializaciones de los rafts. Tanto su composición como sus propiedades bioquímicas son exactamente iguales que los rafts, las caveolas se pueden definir como r a f t s que contienen la proteína caveolina. Las caveolinas son una familia de proteínas integrales de membrana de 21-25 kDa. Se conocen tres genes de caveolina. Las caveolinas 1 y 2 se expresan ubicuamente, mientras que la expresión de caveolina 3 es específica de células musculares y astrocitos.

4. Si un huevo de rana y un glóbulo rojo se colocan en agua destilada, el glóbulo rojo se hinchará hasta reventar, pero el huevo de rana permanecerá intacto. Aunque el huevo es casi un millón de veces el tamaño del glóbulo rojo, ambos tienen concentraciones idénticas de iones por lo que las fuerzas osmóticas trabajando son las mismas. ¿Por qué cree usted que el glóbulo rojo se rompe y el huevo no?

Cuando sumerges un glóbulo rojo en un recipiente con agua destilada en el cual la concentración de soluto es menor (medio hipotónico) pasa por un proceso llamado turgencia, esto quieres decir que el solvente del agua destilada va a

entrar en la célula y el soluto de la célula pasará al medio solvente del agua destilada, esto se da por un proceso llamado osmosis haciéndola reventar, esto pasa ya que la concentración del soluto (RNA, enzima, una gran cantidad de macromoléculas) es mayor en la célula. En el caso del huevo de rana pasará algo parecido al glóbulo rojo, la diferencia es que la membrana celular del huevo es semipermeable o selectiva y al pasar el solvente hacía en el medio intracelular y alcanzar una presión mayor la presión osmótica ocurrirá lo que se llama una osmosis inversa y la solución del medio intracelular pasará hacia e medio extracelular Si analizamos la relación superficie/volumen de cada célula (glóbulo rojo y huevo de rana) veremos que es más grande en el glóbulo rojo por lo tanto el agua puede penetrar a mayor velocidad porque hay una mayor superficie de contacto en relación con todo el volumen de la célula, así que se dilata tan rápido que las moléculas de la membrana terminan separándose tanto que revienta. Al huevo de rana también entrara agua, pero con menor velocidad relativa, por eso su volumen total también aumenta, pero muy lentamente comparado con el glóbulo. Intervención de las acuaporinas en la entrada del agua a las células Las acuaporinas son unas proteínas de las membranas de las células que son capaces de transportar moléculas de agua al interior de la célula. Los glóbulos rojos contienen acuaporinas los cuales hacen posible que dichas células reaccionen hacia un medio hipotónico, hipertónico o isotónico, a diferencia de los huevos de ranas quienes dentro de la estructura de su membrana no contienen acuaporinas y por lo tanto el paso del agua al estar en un medio hipotónico se restringe haciendo que el agrandamiento del huevo debido al paso del agua sea lento y no reviente como lo hacen los glóbulos rojos.

5. Los canales de K+ típicamente transporta iones de K+ más de 1000 veces mejor que los iones de Na+. Sin embargo, ambos iones tienen la misma carga positiva y son casi del mismo tamaño (0.133nm para el K+ y 0.095nm para Na+). Describa brevemente cómo un canal de K+ logra discriminar los iones de Na+.

El canal de potasio es un tetrámero, formado por cuatro subunidades idénticas. Sus secuencias de aminoácidos son muy fáciles de reconocer por que contienen un segmento altamente conservado llamado la secuencia de la firma del canal de potasio.

Esta secuencia forma un elemento estructural conocido como el filtro de selectividad que solo permite el paso de una molécula de sodio por cada diez mil de potasio, lo que lo hace tremendamente selectivo. El papel catalítico fundamental de todos los canales de potasio es conducir los iones de potasio a través de la membrana de la célula.