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iv) Otras proteínas estructurales de la matriz extracelular.

Glicoproteínas multifuncionales.

Las glicoproteínas principales multifuncionales encontradas en la matriz extracelular son: fibronectina (FN), laminina (LN), tenascina (TN) y trombospondina (TB). Para cumplir con sus funciones estas moléculas necesitan de otras moléculas que sirven de unión entre la matriz extracelular y el citoesqueleto celular, como son: las integrinas, las caderinas, las inmunoglobulinas y las selectinas.

Fibronectina.

Glicoproteína de adhesión celular, se encuentra formada por un dímero de unidades idénticas, enlazadas entre sí por puentes disulfuros. Cada unidad tiene 2.500 residuos de aminoácidos y posee una serie de dominios globulares, separadas por cadenas de polipéptidos lineales. La fibronectina presenta en su estructura la secuencia RGD, una de las moléculas de reconocimiento más estudiadas en la adhesión celular.

Láminina.

Glicoproteína que posee un peso molecular de 900.000 kd tiene forma de cruz y está compuesta por tres cadenas polipeptídicas diferentes. Componen una familia de siete miembros o variantes, constituidos por ocho subunidades

En el trofoblasto, la laminina se localiza en la membrana basal y tiene un papel fundamental durante el proceso de implantación y en la diferencia de las vellosidades placentarias.

iii) Glucosaminoglicanos y proteoglicanos.

Los Glucosaminiglicanos (GAGs) son los hetero-polisacáridos más abundantes del cuerpo. Estas moléculas son polisacáridos largos sin rami-ficaciones y contienen repe-ticiones de una unidad de disacáridos. Las unidades de disacáridos contienen una de dos azúcares modificadas, N-acetilgalactosamina (GaINAc) ó N-acetilglucosamina (GlcNAc) y un ácido urónico como el glucuronato ó iduronato. Los GAGs son moléculas negativamente cargadas con una conformación extendida que brinda alta viscosidad a una solución. Los GAGs están principalmente ubicados en la superficie de las células o en la matriz extracelular (MEC). Los GAGs específicos de significancia fisiológica son el ácido hialurónico, dermatan sulfato, condroitin sulfato, heparina, heparan sulfato y queratan sulfato.

Proteoglicanos. La mayoría de los GAGs en el cuerpo están unidos a proteínas centrales y así forman proteoglicanos (también conocidos como mucopolisacáridos). Estos GAGs se extienden perpendicularmente desde el centro como una estructura tipo cepillo. La unión de los GAGs a la proteína central involucra un trisacárido específico compuesto de dos residuos de galactosa y un residuo de xilosa (GAG–GalGalXyl–O–CH2–proteina). El trisacárido de unión está acoplado a la proteína central a través de una unión O-glicosídica a un residuo S en la proteína. Algunas formas de queratan sulfatos están unidos a la proteína central a través de una unión N-asparaginil. Las proteínas centrales de los proteoglicanos son ricas en residuos S y T lo cual permite la adhesión de múltiples GAG.

Dadas la abundancia y la heterogeneidad estructural de los proteoglucanos, parece improbable que su función en la matriz extracelular se vea limitada a generar un espacio hidratado alrededor y entre las células. Por ejemplo, sus cadenas de GAG pueden formar geles de poro y densidad de carga variables, por lo que podrían intervenir como filtro selectivo en la regulación del tráfico de moléculas y de células, seleccionándolas en función de su tamaño, de su carga o de ambas cosas a la vez.

ii) Biosintesís de colágena.

La colágena se origina por una proteína precursora llamada tropocolágena, está formado por tres cadenas polipeptídicas llamadas cadenas alfa (no hélices alfa). Cada cadena α está constituida por un polipéptido, formado por una repetición en tándem de tres aminoácidos siendo muy ricas en prolina o hidroxiprolina y glicina, las cuales son fundamentales en la formación de la superhélice.

La forma química más abundante de la hidroxiprolina que forma parte de la colágena es la 4-trans-OH-L-prolina. La prolina estabiliza la conformación helicoidal en cada una de sus cadenas α; la glicina, sin embargo, se sitúa ocupando un lugar cada tres residuos localizándose a lo largo de la región central, favorece el empaquetamiento de las tres cadenas α y es necesaria para la formación de la superhélice de la colágena.

Cada una de las cadenas polipeptídicas es sintetizada por los ribosomas unidos a la membrana del retículo endoplásmico y luego son traslocadas al lumen del mismo en forma de grandes precursores (procadenas α), presentando aminoácidos adicionales en los extremos amino y carboxilo terminales. En el retículo endoplásmico los residuos de prolina y lisina son hidroxilados para luego algunos ser glucosilados en el aparato de Golgi; parece ser que estas hidroxilaciones son útiles para la formación de puentes de hidrógeno intercatenarios que ayudan a la estabilidad de la superhélice. Tras su secreción, los propéptidos de las moléculas de procolágena son degradados mediante proteasas convirtiéndolas en moléculas de tropocolágena asociándose en el espacio extracelular formando las fibrillas de colágena.

La formación de fibrillas está dirigida, en parte, por la tendencia de las moléculas de procolágena a autoensamblarse mediante enlaces covalentes entre los residuos de lisina, formando un empaquetamiento escalonado y periódico de las moléculas de colágeno individuales en la fibrilla. Las fibras de colágena forman estructuras que resisten las fuerzas de tracción. Su diámetro en los diferentes tejidos es muy variable y su organización también; en la piel de los mamíferos están organizadas como cestos de mimbre, lo que permite la oposición a las tracciones ejercidas desde múltiples direcciones. En los tendones lo están en haces paralelos que se alinean a lo largo del eje principal de tracción. En el tejido óseo adulto y en la córnea se disponen en láminas delgadas y superpuestas, paralelas entre sí, mientras las fibras forman ángulo recto con las de las capas adyacentes.

Las células interactúan con la matriz extracelular tanto mecánica como químicamente, lo que produce notables efectos sobre la arquitectura tisular. Así, distintas fuerzas actúan sobre las fibrillas de colágena que se han secretado, ejerciendo tracciones y desplazamientos sobre ellas, lo que provoca su compactación y su estiramiento.

Esquema de la síntesís de fibras de colágena.

i) Matriz extracelular de tejidos animales.

Los tejidos no están formados sólo por células. Una buena parte de su volumen lo constituye el espacio extracelular, el cual está ocupado por la matriz extracelular que  está compuesta por polisacáridos y proteínas muy diversos, secretados y ensamblados localmente formando una compleja red que se encuentra en íntima asociación con la superficie de la célula que la produce.

Tejido conjuntivo.

En este tejido, habitualmente la matriz es más abundante que las células, a las que rodea completamente determinando las propiedades físicas del tejido. Los tejidos conjuntivos constituyen el esqueleto arquitectónico del cuerpo de los vertebrados, aunque la masa presente en los diferentes órganos varíe considerablemente: desde la piel al hueso, en los que es el principal componente, hasta el cerebro y la médula espinal, en los que constituye un componente minoritario.

Las variaciones en cuanto a la participación relativa de los diferentes tipos de macromoléculas de la matriz, y en cuanto a sus patrones de organización en el contexto de la matriz extracelular, dan lugar a una gran diversidad de formas, cada una adaptada a los requerimientos funcionales de cada tejido en particular. La matriz puede calcificarse, formando estructuras duras como en el hueso o el diente, ser transparente, como en la córnea, o constituir organizaciones semejantes a tensores, las cuales dan a los tendones su gran resistencia a la tracción. En la interfase entre un epitelio y un tejido conjuntivo, la matriz forma una lámina basal  que juega un importante papel en el control del comportamiento celular.

la matriz desempeña un papel activo importante y complejo en la regulación del comportamiento de las células que están en contacto con ella, afectando a su desarrollo, su migración, su proliferación, su forma y su función.

En el tejido conjuntivo la matriz extracelular es muy abundante, mientras que las celulas estan un poco representadas. La matriz es rica en polímeros, principalmente colágenasas, siendo la responsable principal de la respuesta a las tensiones a las que esta sujeto el tejido.

b. Matriz extracelular

• En la mayoría de los organismos pluricelulares, las celulas se organizan en conjuntos cooperativos denominados tejidos, que, a su vez, se asocian formando grandes unidades funcionales denominadas órganos.
• Las células contactan, generalmente con una compleja red de macromoléculas secretadas, denominadas matriz extacelular.
• Esta participa en el mantenimiento de la estructura tisular y en los animales posee una organización reticular mediante la cual las células pueden migrar e interaccionar.
• Constituye un conjunto de macromoléculas, localizadas por fuera de las células, que en conjunto forman el ecosistema donde la célula realiza sus funciones vitales: multiplicación, preservación, procesos bioquímicos y fisiopatológicos indispensables para la supervivencia de los tejidos vitales de los organismos vivos de las diferentes especies.

Matriz Extracelular

iii) Uniones Comunicantes.

• Son las que permiten el intercambio de nutrientes y moléculas señalizadoras pudiendo coordinar las actividades de las células.
• Son mediadores químicos entre las células. Contienen una distribución en forma de disco de partículas poco distanciadas y alineadas en el espacio intracelular.
• Forman conductos o canales que servirían como puentes permitiendo el intercambio de moléculas entre las células.
• Gran importancia en el regulamiento del crecimiento y de la diferenciación de grandes grupos de células durante el desarrollo embrionario.
• Sirven para trasmitir las señales eléctricas, sin la mediación de un neurotransmisor o sustancia mensajera.
•  Esta relacionada con los iones de calcio en el interior de la célula, ya que a la elevada concentración de estos iones, impediría la capacidad de los tejidos para repararse después de una lesión o una herida.

ii) Uniones estrechas.

• Son las que mantienen a las células juntas y sellan el espacio intercelular impidiendo la fuga del líquido citoplasmático.
• Forman asociaciones muy fuertes entre células, obliteran el espacio intercelular, en todo el perímetro celular.
• Sellan capas de los epitelios de modo que no puedan pasar moléculas a través del epitelio en ninguna dirección.
• Contribuyen a establecer la polaridad de las células y de la membrana plasmática, introduciendo una barrera física hacia la emigración de las proteínas hacia la superficie externa y viceversa. 

i) Desmosomas

Los desmosomas son estructuras celulares que mantienen adheridas a células vecinas. Estructuralmente dicha unión está mediada por cadherinas (desmogleína y desmocolina), a sus filamentos intermedios (queratina).

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 una cierta rigidez.

 Mediante estas uniones los filamentos intermedios de las células adyacentes están indirectamente conectados formando una red continua que se extiende a todo el tejido. La estructura general de los desmosomas consta de una placa citoplasmática densa, 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.

Los desmosomas permiten además que exista cierto movimiento en común entre las células adyacentes que están unidas mediante ellos. Los desmosomas tienen mucha importancia en el sistema inmunitario innato, pues permite establecer uniones muy resistentes evitando la separación de la células epiteliales por acción mecánica o por presión. Así la piel se ha convertido en una barrera mecánica de protección.

• Desmosoma de banda: forma de una franja que une a las células epiteliales adyacentes en la región inmediatamente inferior a la unión hermética, el espacio intercelular esta lleno de filamentos finos.
• Hemidesmosomas: Estructura morfológicamente similares a los desmosomas, pero solo presentan la mitad de estos últimos, ya que su mitad externa esta formada con frecuencia por fibrillas de colágeno. Sirve como anclaje para los manojos de tonofilamentos, no une a las células adyacentes sino las células individuales con la matriz de tejido conectivo subyacente impidiendo que se separen las dos capas.
• Desmosomas puntiformes: actúa como remaches, manteniendo justas a las células. Se presentan como placas densas en la superficie citoplásmatica de la membrana. Ayudan a unir a las células mecánicamente a través de estructuras filamentosoas de interconexión. En la superficie citoplasmática se encuentran los tonofilamentos, no son contráctiles pero pueden resistir la tensión, unos se mantienes extendidos sobre la placa de los desosomas y otros la atraviesan.

a. Uniones Celulares.

La integridad estructural y funcional de los tejidos y órganos animales depende de la organización de las celulas. Un gran número de celulas han renunciado en parte su independencia para formar una unidad y para facilitar las interacciones necesarias entre ellas.

En algunos tipos de células, ciertas regiones de la superficie celular se han especializado para cumplir la función del contacto intercelular: unión celular. Una unión celular es una región reducida de la membrana plasmática que esta especializada para funcionar como uno de los tres tipos de uniones.

ii) Transporte activo.

Las sustancias atraviesan la membrana en el sentido inverso al de su gradiente electroquímico (desde el lugar donde están menos concentradas al que más). En contra de gradiente electroquímico. Por tanto la célula tiene que gastar energía. El paso se consigue mediante proteínas de membrana especializadas, conocidas vulgarmente como «bombas», que gastan (hidrolizan) ATP al funcionar.

Bomba Na-K, responsable del llamado potencial de membrana, que hace que se mantenga una carga eléctrica positiva en el exterior de la célula respecte al interior, que es negativo. El funcionamiento de la bomba Na-K resulta fundamental para la fisiología animal, al estar implicada directamente en el mantenimiento del volumen celular y activar paralelamente el transporte de otros solutos al interior de la célula. Este mecanismo es, además, especialmente importante en el caso de las células nerviosas y musculares, siendo responsable de la creación del llamado potencial eléctrico de membrana (diferencia de carga eléctrica entre el interior y el exterior), esencial en el mecanismo de transmisión del impulso nervioso. De hecho, la mayor parte de la energía en forma de ATP de estas células se gasta en el funcionamiento de esta bomba.

Por este mecanismo, se bombea 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior, con la hidrólisis acoplada de ATP. El transporte activo de Na+ y K+ tiene una gran importancia fisiológica

Para el transporte de este tipo de moléculas existen tres mecanismos principales: endocitosis, exocitosis y transcitosis. En cualquiera de ellos es fundamental el papel que desempeñan las llamadas vesículas revestidas. Estas vesículas se encuentran rodeadas de filamentos proteicos de clatrina.

Endocitosis: Es el proceso por el que la célula capta partículas del medio externo mediante una invaginación de la membrana en la que se engloba la partícula a ingerir. Se produce la estrangulación de la invaginación originándose una vesícula que encierra el material ingerido. Según la naturaleza de las partículas englobadas, se distinguen diversos tipos de endocitosis.

Tipos de endocitosis:

Pinocitosis. Implica la ingestión de líquidos y partículas en disolución por pequeñas vesículas revestidas de clatrina. (pseudópodos)

Fagocitosis. Se forman grandes vesículas revestidas o fagosomas los cuales se fusionan con los lisosomas y constituyen el fagolisosoma, que es el encargado de degradar el material ingerido.

Exocitosis. Es el mecanismo por el cual las macromoléculas contenidas en vesículas citoplasmáticas son transportadas desde el interior celular hasta la membrana plasmática, para ser vertidas al medio extracelular. Esto requiere que la membrana de la vesícula y la membrana plasmática se fusionen para que pueda ser vertido el contenido de la vesícula al medio. Mediante este mecanismo, las células son capaces de eliminar sustancias sintetizadas por la célula, o bien sustancias de desecho.

En toda célula existe un equilibrio entre la exocitosis y la endocitosis, para mantener la membrana plasmática y que quede asegurado el mantenimiento del volumen celular.

i) Transporte pasivo.

Las sustancias pasan la membrana sin ningún gasto de energía para la célula. Esto significa que se impulsan por difusión a favor de un gradiente electroquímico (van desde donde existe una mayor concentración de las mismas hacia donde menos) o por osmosis (caso del agua).  Cuando hablamos de gradiente electroquímico nos referimos a la diferencia de concentración de iones y, por consiguiente, de cargas eléctricas, a un lado y otro de la membrana. Eso genera una variación eléctrica y química entre los compartimentos separados por la membrana, que es lo que se conoce como gradiente electroquímico.

Teniendo en cuenta lo anterior podemos clasificar esta modalidad de transporte en tres grupos:

Osmosis. Es válida para el paso neto del agua a través de la membrana semipermeable (que lo hace en mayor proporción desde la solución más diluida, donde menos solutos existen, hacia la solución más concentrada). Puede también considerarse como una forma compleja de la difusión simple. La osmosis es un proceso vital para las células puesto que si no pueden controlar o compensarla se hinchan hasta estallar o pierden agua hasta deshidratarse y arrugarse según la tonicidad (grado de concentración en sales) del medio externo en el que estén respecto a su interior celular.

Difusión simple. Atraviesan la membrana sin que esta tenga que hacer nada para facilitar su paso. Las moléculas pasan entre las moléculas lipídicas de la membrana (que crean un ambiente hidrófobo en el interior). Sólo pueden “utilizar” este sistema de transporte las moléculas apolares  (hidrófobas) como algunas hormonas esteroideas, o moléculas polares muy pequeñas, como los gases respiratorios (oxígeno y dióxido de carbono).

Difusión facilitada. Las moléculas atraviesan la membrana por canales proteicos que se abren o cierran por modificación de la forma de la proteína al contactar esta con la sustancia transportada. Las proteínas de membrana que modifican su forma para facilitar ese paso selectivo se llaman permeasas, proteínas transportadoras o carriers. Es la forma de pase para muchas moléculas polares, como glúcidos, aminoácidos, etc. También se usan por moléculas sin características polares acusadas (etanol, urea, etc.). Muchos iones pequeños atraviesan la membrana mediante los canales proteicos.

b. Transporte de moléculas a través de la membrana.

La membrana celular o plasmática actúa como una barrera semipermeable entre la célula y su medio ambiente externo. A través de ella se llevan a cabo los procesos de absorción y excreción. Mediante la absorción, la célula obtiene las sustancias necesarias, o nutrientes, para llevar a cabo sus funciones metabólicas; la excreción permite la eliminación de los materiales de desecho, así como la salida de algunas sustancias que la célula produce, como por ejemplo la insulina que producen las células del páncreas.

Como se mencionó anteriormente, la membrana celular se caracteriza por su permeabilidad selectiva, es decir, la capacidad para controlar el paso de sustancias a través de ella. El transporte de moléculas pequeñas se lleva a cabo a través de dos mecanismos llamados transporte pasivo y transporte activo, en tanto que para las macromoléculas se utilizan dos procesos específicos denominados endocitosis y exocitosis.

v) Movilidad de los componentes de la membrana.

La membrana plasmática no es una estructura estática, sus componentes tienen posibilidades de movimiento, lo que le proporciona una cierta fluidez. Los movimientos que pueden realizar los lípidos son:

Rotación: es como si girara la molécula en torno a su eje.

Es muy frecuente y el responsable en parte de los otros movimientos.

Difusión lateral: las moléculas se difunden de manera lateral dentro de la misma capa. Es el movimiento más frecuente.

Flexión: son los movimientos producidos por las colas hidrófobas de los fosfolípidos.

Flip-flop: es el movimiento de la molécula lipídica de una monocapa a la otra gracias a diferentes enzimas tales como:

flipasas, flopasas, scramblasas.

iv) Asimetría del plasmalema

La membrana plasmática es una estructura asimétrica. Las dos monocapas o hemimembranas que forman la bicapa lipídica, la externa que mira al medio extracelular y la otra que mira al citosol (el medio interno de la célula), tienen distinta composición, y distribución de fosfolípidos, así como de colesterol como también en la organización de las proteínas embebidas o asociadas a la membrana.

La cara externa de la membrana plasmática está compuesta principalmente de fosfatidilcolina y esfingomielina, mientras que la fosfatidietalonamina y fosfatidilserina son los fosfolípidos predominantes de la cara interna o citosólica.

Otro fosfolípido, el fosfatidilinositol, también se encuentra en la cara interna de la membrana. Los oligosacáridos unidos a lípidos (gicolípidos) y a las proteínas integrales de membrana (glicoproteínas) miran siempre hacia el exterior  celular.