El órgano cutáneo: morfología de la piel.

La piel es un órgano de protección que recubre toda la superficie exterior de nuestro cuerpo. En un humano adulto, podemos estar hablando de alrededor de dos metros cuadrados y un peso de entre cuatro y cinco kilos.

Su grosor es muy variable; rondara entre los 0,5 y los 4 milímetros en la mayor parte del cuerpo. Sin embargo, puede llegar a tener varios centímetros en zonas concretas (fundamentalmente, zonas con mucho roce), como la planta del pie.

Corte transversal de piel

La piel es el principal sistema de protección de nuestro cuerpo, nos separa del exterior, evita que perdamos agua por transpiración o evaporación (ayuda a que no nos deshidratemos), ayuda a controlar nuestra temperatura corporal (gracias a cambios de flujo sanguíneo y a la emisión de sudor) y cumple otras importantes funciones que iremos detallando en sucesivas entradas.

La superficie de la piel no es totalmente lisa, sino que presenta un microrrelieve, constituido por infinidad de pequeños pliegues. Por un lado, la piel presenta los grandes pliegues, visibles con facilidad y que envuelven las grandes articulaciones permitiendo su movilidad; se les denomina también pliegues articulares. Por otro lado existen pliegues que aparecen sobre pequeñas articulaciones, denominados pliegues articulares pequeños. Aparecen también alrededor de los orificios naturales o de estructuras como las uñas.

Tenemos por otro lado los pliegues musculares, debido a la presencia de músculos superficiales que mueven la piel, siendo los más característicos los de la cara (frente, ojos, etc.).

Además, la piel presenta una serie de pliegues más pequeños, que deben ser visualizados con lupa para su correcto análisis y que constituyen la cuadrícula normal de la piel. Se trata de una serie de surcos y depresiones debido a la morfología de la unión dermoepidérmica (que como veremos forma las denominadas papilas dérmicas) y hablaremos de surcos interpapilares o por las diferentes ordenaciones de las fibras elásticas y colágenas de la dermis (en este caso hablamos de pliegues romboidales). Los surcos interpapilares son especialmente evidentes en las palmas de las manos y plantas de pies y constituyen las huellas dactilares (o dermatoglifos).

Los pequeños surcos de la mayor parte de la piel conducen o desembocan a alguno de los diminutos orificios que forman parte de la piel. Los orificios de la piel están constituidos por tres tipos de estructuras fundamentalmente: las glándulas sebáceas, cuyo poro se abre a un pelo de mayor o meno tamaño (salvo en las palmas de las manos donde se abren directamente a la piel); las glándulas sudoríparas ecrinas, que se abren directamente a la piel; y las glándulas sudoríparas apocrinas, que se abren a un pelo, pero que son exclusivas de la zona axilar y anogenital.

En la piel también podremos encontrar eminencias o elevaciones. Estas pueden ser transitorias (como ocurre con la derivada de la contracción del músculo erector del pelo, que nos pone los “pelos de gallina”) o permanentes.

Los surcos naturales de la piel tienden a hacerse más ostensibles debido al proceso de envejecimiento (asociado a la pérdida de elasticidad y consistencia de los tejidos) y acabarán formando un último tipo de pliegues llamados pliegues seniles o arrugas.

La piel se comporta como una cubierta elástica, es decir, puede ser distendida, de forma que, salvo que traspasemos su límite de elasticidad, recuperará su posición y forma original. A esto ayudan en parte los pliegues cutáneos y la composición de las fibras, sobre todo la fibras dérmicas. La piel presenta una gran capacidad de deformación ante fuerzas externas, volviendo a recuperar su estado original cuando cesan. Esta capacidad e ve bastante reducida en casos de deshidratación de la piel.

A la vez, la piel ejerce una importante resistencia frente a traumatismos, como roces, arañazos, fricciones, etc. Se debe a la firmeza con la que están unidas las células de las capas superficiales de la piel (epidermis).

La piel tiene una estructura compleja. Al realizar un corte transversal y analizar al microscopio podemos comprobar que la piel está constituida por tres estratos diferentes:

• Epidermis: es una capa de tejido epitelial, homogénea. Es la capa más externa y la única que está en contacto directo con el exterior.
• Dermis: sirve de soporte a la epidermis. Se trata de una capa de tejido conjuntivo laxo.
• Hipodermis: muchos autores no la consideran una capa de la piel. Separa la piel del tejido subyacente, es decir, del hueso o del músculo. Está constituida por el tejido adiposo subcutáneo.

Anatomía de al piel.

Además, atravesando la epidermis e instaurados en la dermis (en ocasiones incluso en la hipodermis) se encuentran los anexos cutáneos, es decir, estructuras derivadas del tejido epitelial que cumplen variadas funciones. Los anexos más importantes son las glándulas, los pelos y la uñas.

Tejidos Conectivos: La Sangre

Características generales.

La sangre es un tejido conectivo donde la matriz extracelular es líquida. Constituye el principal sistema de transporte de sustancias dentro del organismo: nutrientes, desechos, oxígeno, dióxido de carbono, etc. Además, es el principal sistema de defensa del organismo. Supone un elemento de comunicación corporal (por ella viajan multitud de hormonas) Y se encarga de mantener la temperatura corporal (se trata de un líquido a una temperatura elevada, que recorre el cuerpo).

Supone alrededor de entre el 6 % y el 8 % del peso total de nuestro organismo. Es un líquido viscoso de color rojo y con un pH de alrededor de 7,4.

Es un tejido constituido por una fracción líquida y una fracción sólida, que recorre nuestro cuerpo encerrado en el sistema circulatorio.

Analicemos estas dos fases o fracciones en la sangre:

• Fase líquida: constituida por el plasma o suero, un líquido complejo e color amarillento. Supone alrededor del 55 % del peso de la sangre.
• Fase sólida: constituida por las células o elementos formes de la sangre. Supone alrededor del 45 % del peso de la sangre.

Fase líquida de la sangre: plasma.

La mayor parte de este líquido amarillento denominado plasma es agua, concretamente alrededor del 91%. El 9% restante son solutos, la mayor parte, alrededor del 7 %, son proteínas.

La proteína plasmática más abundante es la albúmina, encargada de mantener la presión osmótica de la sangre y transportar algunas sustancias, sobre todo esteroides. Otra proteína abundante es el fibrinógeno, precursor de la fibrina, encargada del proceso de coagulación de la sangre.

Además, en el plasma se encuentran disueltos otros componentes: glúcidos (como la glucosa, a concentración casi constante de alrededor de 100mg por mililitro), lípidos (existe un sistema de transporte de lípidos mediado por apolipoproteínas), nutrientes, creatina, bilirrubina, vitaminas, hormonas (hay gran variedad, a concentraciones muy bajas, pudiendo ir libres o transportadas por proteínas transportadoras), sustancias de desecho (como la urea, el ácido úrico, etc.), gases (como el oxígeno, aunque la mayor parte de este es transportado por los eritrocitos, y el dióxido de carbono) y electrolitos, como Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-, PO₄^3-, HCO₃^-, SO₃^2-, etc.

Fase sólida de la sangre: elementos formes.

Introducción.

Los elementos formes pueden dividirse en tres grandes grupos: eritrocitos (glóbulos rojos), leucocitos (glóbulos blancos) y trombocitos (plaquetas).

Eritrocitos.

Sangre (M.E. barrido).

Los eritrocitos o glóbulos rojos son las células más abundantes de la sangre con mucha diferencia: suponen más del 99 % del total, con alrededor de 5 millones de eritrocitos por milímetro cúbico.

Se trata de células aplanadas, con forma de disco bicóncavo, carentes de núcleo y repletas de una proteína denominada hemoglobina. La hemoglobina es una proteína globular, constituido por cuatro subunidades y en cuyo centro activo encontramos un grupo hemo, una molécula orgánica que posee hierro en su zona central. Este grupo hemo es el encargado de unirse al oxígeno, ya que la hemoglobina es la encargada de transportar hierro. Y esa es la función fundamental de los eritrocitos: transportar oxígeno por la sangre.

Por lo demás, el eritrocito carece de núcleo y orgánulos membranosos internos, se mantiene gracias al metabolismo anaeróbico (ya que carece de mitocondrias) y de esta forma no consume el oxígeno que transporta.

Esquema de un eritrocito.

La morfología tan particular del eritrocito, la forma de disco bicóncavo mantenida por el citoesqueleto, le permite desplazarse por los vasos sanguíneos más finos  y los recovecos más angostos torsionándose sin obstruirlos ni detener el flujo de sangre.

Esquema de la Hemoglobina.

La hemoglobina que contienen los eritrocitos supone entre 14 y 20 gramos por cada 100 mililitros de sangre. Cada molécula de hemoglobina está constituida por cuatro subunidades con un grupo hemo cada uno, es decir, con cuatro moléculas de hierro (las cuatro subunidades no son idénticas, sino iguales dos a dos, con dos subunidades α y dos subunidades β.

Hemoglobina

Grupo hemo.

Como los hematíes no tienen orgánulos y  no puede repararse, su vida media es muy corta, unos 120 días. Son eliminados por macrófagos del bazo o del hígado, que los fagocitan. El grupo hemo se recicla, el hierro se acumula en forma de ferritina y el resto constituirá la bilirrubina. Deben ser recicladas en el hígado.

Los hematíes deben ser repuestos, ya que si disminuyese la cantidad de estos se vería comprometido el transporte de oxígeno. La alteración en el número de eritrocitos se denomina anemia y causa fatiga, calambres o estados anímicos depresivos.

Leucocitos.

Eritrocito y Leucocito.

Son células nucleadas y que no contienen hemoglobina. Participan en los procesos de defensa del organismo y pueden dividirse en varios tipos:

• Granulocitos.

Son leucocitos con núcleos lobulados y con gránulos visibles al microscopio óptico en su citoplasma. Dentro de esta categoría encontramos:

• Neutrófilos (Polimorfonucleados): son los granulocitos más abundantes. Presentan un núcleo multilobulado, dando en ocasiones la falsa impresión de tener varios núcleos (de ahí se segundo nombre, polimorfonucleado). Su función fundamental es fagocitar invasores marcados con anticuerpos.
• Eosinófiolos (Acidófilos): son más escasos y sus granos se tiñen con colorantes ácidos. Presentan un núcleo generalmente bilobulado. También participan en la fagocitosis de invasores y en procesos inflamatorios.
• Basófilos: sus granos se tiñen con colorantes básicos. Participan en fenómenos de inflamación y en procesos asociados con alergias, al liberar el contenido de sus granos.

Eosinófilo.

• Agranulocitos.

No presentan gránulos visibles con microscopio óptico en el citoplasma. Hay dos grandes tipos de agranulocitos.

• Monocitos: son los glóbulos blancos de mayor tamaño, con un núcleo de morfología arriñonada, tiene capacidad para salir de la sangre y transformarse en macrófagos de los tejidos conjuntivos. Su función es fagocitar cualquier elemento externo o desconocido y mostrarlo a los linfocitos, que se encargarán de fabricar anticuerpos y coordinar el ataque al invasor.
• Linfocitos: reconocen los cuerpos extraños que han sido fagocitados por los monocitos y se activan, fabricando anticuerpos que facilitan la eliminación del invasor, marcándolo al resto de elementos defensivos. Los linfocitos se dividen en dos grandes líneas, las T, que maduran en el timo y los B, que maduran en el bazo. Los B son los principales encargados de fabricar anticuerpos. Los T son células básicamente de ataque, produciendo toxinas que eliminan a invasores o incluso a células propias del organismo que han sido invadidas por virus, o se han transformado en células tumorales.

Esquema básico de leucocitos.

Trombocitos.

Más conocidas como plaquetas, no son células en sentido estricto, sino trozos de células. Carecen de núcleo y tienen en su interior gránulos con sustancias que provocan la formación de trombos, además de proteínas contráctiles asociadas a su citoesqueleto, que facilitan el agrupamiento de unas células con otras, para formar trombos.

Células de la sangre.

Hematopoyesis.

La hematopoyesis es la fabricación de células de la sangre. Tiene lugar en la médula ósea, es decir, en la parte interna de los huesos, sobre todos de los huesos largos.

Las células madre de la médula ósea se diferencian en otros tipos de células que acaban dando lugar a los distintos tipos de células de la sangre. A estas células madre de la médula ósea se les denomina células madre pluripotenciales.

Pueden diferenciarse en células que den lugar a leucocitos, células que den lugar a eritrocitos o en megacarioblastos; los megacarioblastos se transforman en megacariocitos, cuya ruptura da lugar a los trombocitos.

La hematopoyesis es un proceso muy regulado, es muy importante que no sobren ni falten ningún tipo de célula sanguínea. Por ejemplo, la eritropoyesis se activa cuando hay niveles bajos de oxígeno, mediado por hormonas, sobre todo la eritropoyetina (la famosa Epo). La eritropoyesis también se estimula por hormonas sexuales masculinas y se inhibe por las hormonas sexuales femeninas.

Hemostasia.

La hemostasia es el proceso encargado de detener hemorragias, es decir, evitar extravasaciones o pérdidas masivas de sangre derivadas de alguna lesión que afecte al sistema circulatorio.

La primera reacción que tiene lugar si la lesión del vaso es seria es una contracción del músculo liso del vaso, denominada espasmo vascular y que está mediada por los receptores de dolor.

Posteriormente se formará un tapón de plaquetas, el trombo blanco. Se van uniendo unas plaquetas a otras y liberando sustancias de los granos. Estas sustancias inducen a la agregación de más plaquetas, que se fusionarán entre si. Las proteínas contráctiles del citoplasma de estas células hacen que el agregado se contraiga y se haga más compacto. De esta forma se impermeabiliza el vaso.

Y entonces comienza a fabricarse el trombo rojo, derivado de la solidificación de la sangre. Es decir, de la coagulación. Es una reacción en cascada, en la que unos reactivos van actuando sobre otros y que finalizará cuando el fibrinógeno se transforme en la fibrina, haciéndose una proteína fibrilar insoluble.

Hay dos vías de coagulación. Por un lado la extrínseca, que es rápida y tiene lugar en casos de grandes lesiones. La desencadenan proteínas de los tejidos cuando existen traumatismos. Y por otro lado la intrínseca, más compleja y lenta, cuyos componentes coagulantes están dentro de la sangre y que se desencadena cuando las células endoteliales, que recubren por la cara interna los vasos sanguíneos, detectan lesiones.

Cuando la lesión ha cicatrizado, debe retirarse el trombo y la red de fibrina formada. Para ello actuará la fibrinolisis, mediada por proteínas enzimáticas que rompen la fibrina.

Breve introducción a la división celular: mitosis y meiosis

Mitosis.

Entendemos por división celular al proceso de reproducción celular. La división celular básica se denomina mitosis.

Mitosis.

En la mitosis, a partir de una célula madre obtenemos dos células hijas, iguales entre si e iguales a la célula madre. Antes de comenzar la mitosis, el ADN se duplica. Cada cromosoma pasa de tener una a dos cromátidas idénticas. Esto asegurará, como veremos en las fases de la mitosis, que las dos células hijas se repartan toda la información y que esta información se idéntica en ambas.

Al proceso que comprende la vida de la célula desde que ha sufrido mitosis, con la posterior duplicación de su su material genético y la división celular final se le conoce como ciclo celular. Al periodo entre las dos mitosis se le denomina interfase. El periodo de la mitosis se suele conocer como fase M.

Durante la interfase, hay un tiempo en el que la célula se dedica básicamente a acumular materias primas. Se denomina fase G1. Cuando ha alcanzado un tamaño determinado o ha acumulado la suficiente cantidad de materiales, el ADN se duplica. Hablamos de fase S. Tras la fase S, la célula pasa por otra fase en la que acumula más materiales de cara a prepararse para la división celular, conociéndose esta fase como fase G2. 

Ciclo celular.

La mitosis se divide en dos grandes procesos:

• Cariocinesis: división y reparto del material nuclear (cromosomas, o lo que es lo mismo, material genético).
• Citocinesis: ruptura de la célula en dos. Tiene lugar en las últimas fases de la cariocinesis.

La mitosis se divide en las fases marcadas por la cariocinesis. Son cuatro fases:

Profase: la cromatina del núcleo se condensa y se forman los cromosomas. Se desintegra la membrana nuclear. Y entre los dos polos de la célula se colocan los centrosomas y entre ellos una especialización del citoesqueleto denominada huso acromático.

Profase (temprana).

Profase (más tardía)

Metafase: los cromosomas se enganchan al huso acromático y se alinean en el centro del uso acromático. A los cromosomas alineados en el centro de la célula, unidas al citoesqueleto, se le denomina placa metafísica.

Prometafase.

Metafase.

Anafase: las dos cromátidas de los cromosomas se separan y cada una avanza a uno de los polos (una cromátida a un polo y su cromátida hermana, idéntica a ella, al polo contrario), repartiéndose así equitativamente el material genético.

Anafase.

Telofase: las cromátidas se agrupan en los polo y comienzan a descondensarse. El huso acromático se desintegra. Se vuelve a formar la membrana nuclear de nuevo.

Telofase.

La citocinesis suele comenzar entre la anafase y el inicio de la telofase, finalizando al concluir esta última.

Citocinesis.

Esquema general de la mitosis.

Meiosis.

El otro tipo de división celular es la meiosis. Tiene lugar en las células reproductoras, dará lugar a los gametos (células reproductoras) y consigue que estas tengan la mitad de dotación genética (n cromosomas), es decir, tienen solo uno de los dos cromosomas homólogos.

De esta forma, durante reproducción sexual se unen dos gametos, ambos aportan uno de los dos cromosomas homólogos y dan lugar a una célula con la dotación genética normal (2n).

Mediante la meiosis obtenemos cuatro células hijas, distintas entre si y distintas a la célula madre. Se dividen en dos grandes partes, la Meiosis I y la Meiosis II. Cada una tendrá cuatro fases (Profase, Metafase, Anafase y Telofase).

Durante la Profase I los cromosomas homólogos se unen mediante una estructura denominada sinapsis cromosómica, mediante la cual intercambian trozos entre si. De este modo, al acabar la Profase I las dos cromátidas de cada cromosoma ya no son idénticas entre si, ya que han adquirido trozos de su cromosoma homólogo. Con esto conseguiremos que sea imposible que las células hijas sean idénticas a las progenitoras.

Profase I con sobrecruzamiento (sinapsis)

Prometafase con cromosomas sobrecruzados.

Durante la Anafase I, en lugar de romperse los cromosomas, son los cromosomas completos los que viajan a los polos de la célula, de forma que un cromosoma va hacia un polo y su cromosoma homólogo va al polo opuesto. De este modo, tras la Meiosis I obtenemos dos células que tienen solo la mitad de dotación genética, tienen un solo cromosoma de cada tipo; eso si, cada cromosoma tiene dos cromáticas. 

Anafase I

Esto se solucionará durante la Meiosis II.

Durante la Meiosis II tiene lugar un proceso muy similar a la mitosis con una salvedad: cuando los cromosomas se parten en la Anafase II, las cromátidas que van a un polo no son idénticas entre si (debido a la sinapsis cromosómica ocurrida durante la Profase I) y de esta forma las dos células que se originan no son idénticas entre si.

Anafase II

Durante la Meiosis I obtenemos dos células n, en la que los cromosomas tienen dos cromátidas (pero estas cromátidas, en este caso, no son idénticas entre si). Durante la Meiosis II las dos células se dividen (obteniendo por lo tanto cuatro células) y los cromosomas de las mismas tendrán ahora una sola cromática.

Resultado de la meiosis.

Esquema general de la meiosis.

Membranas celulares.

Hay muchos tipos de membranas celulares. Son algo más que sistemas de la célula:

• Forman o aíslan compartimentos cerrados.
• Regulan el paso o movimientos de sustancias a través de ellas.
• Se encargan del paso de información: las membranas tienen receptores específicos de un ligando.
• Se encargan del reconocimiento intercelular.
• Son la plataforma donde se van a ordenar los componentes de un determinado proceso.
• Se encargan de transducciones de energía y transformaciones de energía.
• Participan en la transmisión del impulso nervioso.
• Se encargan de la absorción de sustancias.
• Etc.

Todas las membranas estudiadas tienen una estructura semejante, con una composición de alrededor de un 40% de lípidos y un 60% de proteínas, pudiendo llegar a estar incluso invertidos estos datos, es decir, 60% de lípidos y 40% de proteínas.

En muchos casos aparecen hidratos de carbono unidos a los lípidos o a las proteínas.

El principal componente en cuanto a lípidos son los fosfolípidos, suponiendo un 55% o más. Los más frecuentes son los derivados de la glicerina. Pero otros fosfolípidos dependen de otros alcoholes.

Los fosfolípidos son moléculas antipáticas es decir, que poseen una parte hidrófila y una parte hidrófoba.

La parte hidrófoba está constituida las dos colas hidrocarbonadas, formadas por los ácidos grasos.

Y una parte hidrófila, formada por la cabeza. En esta cabeza tendremos un ácido fosfórico al que se enlazará, normalmente, un alcohol variable.

Fosfolípido.

Muchas membranas tienen muchos tipos de fosfolípidos. Por ejemplo, en algunas aparecen los esfingolípidos, que son lípidos que derivan de la esfingosina. En los esfingolípidos el grupo polar estará constituido por algún hidrato de carbono. Es decir, las dos moléculas hidrófobas provienen, una de la esfingosina y otra del ácido graso. 

Esfingolípido.

Los fosfolípidos se representan esquemáticamente de la siguiente manera.

Esquema de un fosfolípido.

Un tercer componente en las membranas plasmáticas de las células eucariotas es el colesterol. Es un esteroide.

Colesterol.

 Todos los que hemos visto todos estos componentes son anfipáticos. Esto es el responsable de su función estructural en las membranas celulares. Las moléculas anfipáticas, cuando se encuentran en agua, tienden a colocarse de modo que las partes hidrófobas se asocien y se alejen del agua. Las hidrófilas hacen frente al agua. Esto se puede conseguir de dos maneras: formando micelas o formando bicapas.

Micelas y bicapas.

Para los fosfolípidos y glucolípidos, la estructura más estable es la bicapa. Se adaptan espontáneamente. Las bicapas forman vesículas. Se les llama liposomas. Las fuerzas que las estabilizan son las interacciones hidrófobas entre las colas y las interacciones de Van der Wallas al estar muy cerca. Por otro lado, las cabezas polares pueden formar puentes de hidrógeno o puentes salinos con el medio acuoso.

Esquema: proteína de membrana.

Las proteínas de membrana son globulares. Se pueden separar en dos grupos: hidrosolubles, que se separan con facilidad, o antipáticas, con una parte hidrófoba. Las proteínas que tienen una parte hidrófoba y son antipáticas se les llama integrales. Tienen una conformación inversa a las normales, con los grupos apolares hacia fuera en vez de hacia adentro.

Las dos caras de la membrana, internas y externas, no tienen porque ser idénticas. En los animales hay una parte que se denomina glicocáliz. Puede, además, haber interrupciones, partes más o menos gruesas o densas. 

Proteina con glicocalix.

 Modelo del mosaico fluido.

Fue propuesta por Singer y Nicolson en 1972. Las membranas son soluciones bidimensionales de lípidos y proteínas orientados:

La bicapa lipídica crea una barrera en la que se asientan las proteínas. Las dos capas densas están formadas por las partes hidrófilas. La capa intermedia está formada por la parte hidrófoba.

Membrana

Las proteínas periféricas son hidrófilas. Se unen a la membrana por interacciones hidrofílicas con las cabezas de los lípidos o a las partes hidrófilas de las proteínas integrales.

Las proteínas integrales están unidas a la bicapa lipídica. Son en gran parte hidrófobas. Están sujetas por interacción hidrófoba.

Dentro de las proteínas integrales las hay transmembrana, si la atraviesan de parte a parte. Es frecuente que se formen en las integrales, poros hidrófobos.

No hay enlaces covalentes. Se basa en la cooperación de muchos enlaces débiles.

Los hidratos de carbono siempre están hacia el exterior, nunca hacia el citoplasma.

Las membranas son asimétricas. Una de estas asimetrías es la disposición de los árboles de azúcares, que como acabamos de decir están solo en una de las caras de la membrana. En el caso de la membrana plasmática, ya indicamos que están hacia el exterior. Cuando están muy desarrollados, los árboles son muy grandes, hablamos de glucocálix. En las membranas internas, como el aparato de Golgi, o en vesículas interiores, los azúcares se sitúan hacia la cara interior o luminar de las mismas.

En las células, en el interior de cloroplastos o mitocondrias, no hay hidratos de carbono. En las bacterias, a veces, los lípidos de una monocapa no corresponden con el de la otra monocapa.

Los fosfolípidos tampoco son simétricos. En la membrana de los eritrocitos, en la cara exterior, encontramos fundamentalmente fosfatidilcolina. En la interior hay otros fosfolípidos.

Las proteínas transmembrana tienen una orientación fija, siempre es la misma. En el eritrocito, la glicoforina siempre se coloca de la misma manera.

Esquema: proetínas de membrana.

Las proteínas de membrana se sintetizan en los ribosomas que están pegados a la membrana. La conformación tiene que ver con el transporte a través de la membrana.

Fluidez de la membrana.

Otra propiedad importante de las membranas será su fluidez. Por una parte está la fluidez de los propios lípidos. Tienen varios tipos de movimientos dentro de la bicapa.

Los lípidos se pueden desplazar rápidamente dentro de una misma monocapa y conservando su orientación.

Movimientos de los lípidos de membrana.

 Hay factores que influyen en la fluidez de la membrana. A más temperatura, más fluidez y viceversa. Se habla de temperatura de transición, que sería la temperatura en la que la membrana pasa de tener una consistencia líquida a pasa a una consistencia de gel cristalino. Cada membrana tendrá su propia temperatura de transición.

Otros factores serán los factores de composición. Son fundamentalmente tres:

• Grado de saturación de los ácidos grasos. Cuando hay un mayor número de ácidos grasos con dobles enlaces, la cadena hace quiebros, las colas tienen dobleces en lugar de ir rectas, provocándose huecos. Esto hace que la membrana sea más fluida y su temperatura de transición más baja.
• Ácidos grasos de cadena corta. Se dificulta el empaquetamiento por lo que la membrana se hace más fluida. Al igual que en el caso anterior, se crean huecos que provocan que las fuerzas de Van der Waals sean menos efectivas.
• Presencia de colesterol: solo aparece en eucariotas, nunca en procariotas. Modula la fluidez. A temperatura alta, el colesterol evita el exceso de fluidez. Y viceversa, cuando la temperatura es baja, evita la cristalización. Hace un efecto de unión, acerca las moléculas. Por otro lado, separa las moléculas disminuyendo la fluidez. Es decir, depende de como se coloque. Hace que los cambios de temperatura no se hagan sentir en exceso.

Colesterol y fluidez de membrana.

Las proteínas también se mueven. Se desplazan en el plano de la membrana, o rotan. Parece que no pueden cambiar de una monocapa a la otra.

Hay dos factores que modulan la rapidez con la que se mueven. Por un lado, la fluidez de la bicapa. Por otro, el tamaño o peso molecular de la proteína. Si tiene un peso molecular elevado, se mueve más despacio.

Las proteínas, según esto, se deberían mover más de o que en realidad se mueve. Esto se debe a una serie de factores que restringen el movimiento.

Por un lado, puede deberse a la asociación de varias proteínas que formarán complejos.

Complejos protéicos de membrana.

Por otro lado, tenemos la unión a proteínas periféricas que las unirán entre si indirectamente. Esto se conoce muy bien en los eritrocitos. Esto, además, puede ser usado para mantener la forma de la célula, funcionando como un esqueleto.

Esqueletos proéticos de membrana.

 Un tercer tipo, relacionado con el anterior, es la unión a proteínas del citoesqueleto.

Breve introducción al tejido conjuntivo.

De entre los tejidos conectivos (que abarca, además, tejidos como el óseo, adiposo, cartilaginoso o la sangre), el tejido conjuntivo es el principal encargado de rellenar huecos entre órganos, aparatos, sistemas u otros tejidos. Además, constituye los tendones, que mantienen unidos los músculos esqueléticos a los huesos.

En el tejido conjuntivo la matriz extracelular es muy rica en agua y posee muchas fibras protéicas, principalmente una proteína fibrilar denominada colágeno. Estas fibras le dan firmeza y elasticidad (como ocurre con las fibras de elastina). Las principales fibras que aportan firmeza son las de colágeno y en menor medida las de reticulita. Las encargadas de dar elasticidad, las de elástica.

En la matriz también encontramos disueltas sales minerales y multitud de compuestos orgánicos; algunos de ellos, como los proteoglicanos, se encargan de retener agua y hacer que la matriz extracelular tome forma de gel. El tejido conjuntivo suele ser rico en vasos sanguíneos y nervios.

Las células más comunes son los fibroblastos, de forma estrellada y encargadas de fabricar y mantener la matriz extracelular.

Fibroblastos (en cultivo).

También hay células defensivas (sobre todo macrófagos, encargados de fagocitar y eliminar organismos desconocidos y células cebadas, encargadas de desencadenar respuestas inflamatorias) y de vez en cuando, agrupaciones de células de reserva de energía (adipocitos).Esquema del tejido conjuntivo.

Esquema del tejido conjuntivo.

Dependiendo de la dureza y elasticidad de la dermis diferenciamos dos grandes tipos de tejido conjuntivo:

• Tejido conjuntivo laxo: posee relativamente pocas fibras y una matriz acuosa gelificada. El ejempo más común es el tejido conjuntivo que forma la dermis de la piel.

Tejido conjuntivo laxo con célula cebada

• Tejido conjuntivo denso: posee gran cantidad de fibras, sobre todo de colágeno, que lo hacen duro y correoso, y el ejemplo clásico es el tejido conjuntivo que forma los tendones de los músculos.

Tejido conjuntivo denso.

Anatomía y fisiología del corazón

El corazón es un órgano muscular encargado de impulsar la sangre a través de los vasos sanguíneos. Es un órgano hueco, con forma de cono, de unos trescientos gramos de peso en un humano adulto. Descansa sobre el diafragma, en un espacio de la cavidad torácico llamado mediastino, en el centro del tórax, con el vértice hacia la izquierda. Su función es hacer circular la sangre por las vías circulatorias (arterias, venas y capilares).

El corazón está rodeado por un saco de tres capas, denominado pericardio. El pericardio fibroso, de tejido conjuntivo fibroso, es el más externo. Se trata de una capa dura e inelástica, encargada de evitar la sobredistensión del corazón. Por dentro del pericardio fibroso se encuentra el pericardio seroso, una membrana muy delicada. La capa más interna es una hoja visceral denominada epicardio. Entre el pericardio seroso y el epicardio encontramos un líquido denominado líquido pericárdico, que lubrica el contacto entre ambas hojas facilitando el movimiento del corazón.

El corazón está dividido en dos mitades aproximadamente simétricas, la derecha y la izquierda; no son exactamente simétricas porque el lado izquierdo tiene una pared más gruesa. Cada una de las dos partes está dividida en dos cavidades, una superior llamada aurícula y una inferior denominada ventrículo.

La mitad derecha del corazón envía la sangre a la circulación de los pulmones. Es decir, es responsable de que la sangre se oxigene y pierda el dióxido de carbono. Y la mitad izquierda es la responsable de distribuir la sangre que le llega de los pulmones al resto del cuerpo. Por eso la mitad izquierda del corazón es mucho más gruesa. A este mecanismo se le denomina doble circulación.

La aurícula derecha está separada del ventrículo derecho por la válvula tricúspide. La aurícula izquierda está separada del ventrículo izquierdo por la válvula mitral. Son las válvulas denominadas válvulas auriculoventriculares. Se encargan de evitar el reflujo de sangre de los ventrículos a las aurículas cuando los primeros bombean la sangre.

Existen también válvulas que separan las arterias de los ventrículos para evitar el reflujo de sangre tras el bombeo de sangre. Se les denomina válvulas semilunares. También existen válvulas semilunares (la aortoventricular y la pulmonar) que separan las venas que llegan al corazón de las aurículas, para evitar el reflujo de sangre tras la contracción de las aurículas en el latido cardiaco.

Esquema del corazón

A la aurícula derecha la sangre llega por las venas cavas superior e inferior. Desde el ventrículo derecho la sangre se va a los pulmones, saliendo por la arteria pulmonar o tronco pulmonar, que se divide en dos al poco de salir del corazón, yendo una rama al pulmón derecho y otra al izquierdo. A la aurícula izquierda le llegan las cuatro venas pulmonares (dos venas pulmonares derechas y dos venas pulmonares izquierdas). La sangre sale del corazón por la aorta hacia todo el cuerpo. Al tramo de aorta que sale de corazón se le denomina aorta ascendente.

El corazón tiene un pequeño sistema de autoalimentación, es decir, un subsistema vascular que lo nutre. A estas pequeñas venas y arterias que nutren al corazón se denominan coronarias.

El corazón se contrae de forma rítmica entre sesenta y ochenta veces por minuto en condiciones normales, distribuyendo de este modo la sangre. A la contracción del corazón se le denomina sístole y es un movimiento que vacía de sangre al corazón. A la relajación o expansión del corazón se le denomina diástole y durante esta se llena de sangre.

El proceso de contracción y relajación está controlado por el sistema nervioso central, concretamente por las ramas autónomas simpáticas y parasimpáticos. Cuando el cuerpo requiere mayor flujo de sangre, el ritmo se acelera y cuando se requiere menos, se decelera. Sin embargo, tiene un sistema de latido autónomo, controlado por unos centros nerviosos llamados nodos, que le permiten se autosuficiente del sistema nervioso central en condiciones habituales. Las fibras nerviosas del corazón le permiten distribuir la contracción de forma que esta tenga lugar coordinadamente y cada fibra muscular se contraiga en su momento preciso.

Estudiemos el ciclo cardiaco. Tras el latido, el corazón está vacío de sangre, contraído. Se relaja y al relajarse, se expande. Al expandirse, se genera una presión negativa, las válvulas mitral y tricúspide están cerradas y las semilunares que separan las venas de la aurícula se abren. Entonces las aurículas se llenan de sangre. La contracción del corazón comienza por las aurículas, que al contraerse impulsan la sangre hacia los ventrículos. Al contraerse la aurícula las válvulas mitral y tricúspide se abren, mientras que las semilunares que separan al corazón de las venas se cierran. La contracción auricular hace que los ventrículos se llenen de sangre. Las válvulas semilunares que separan a los ventrículos de las arterias permanecen cerradas. Una vez se han llenado de sangre, comienza la contracción ventricular. Justo antes de la contracción ventricular, las aurículas se relajan causando una diferencia de presión que cierra las válvulas mitral y tricúspide (auriculoventriculares). Cuando los ventrículos se contraen, al encontrarse estas válvulas cerradas, la sangre se ve obligada a salir por las arterias, abriéndose las válvulas semilunares que separan las arterias de los ventrículos. Al finalizar la contracción ventricular, el corazón se ha vaciado de sangre. Los ventrículos comienzan a relajarse, causando una presión negativa que cierra las válvulas semilunares, impidiéndose de ese modo el reflujo de sangre de las arterias de nuevo al corazón.

Ciclo cardiaco.

De esta forma el corazón bombea, en condiciones normales, entre cinco y seis litros de sangre por minuto. A lo largo de la vida de un individuo de ochenta años, podemos estimar que su corazón habrá completado unos tres mil millones de ciclos cardiacos, bombeando más de doscientos millones de litros de sangre.

Proteínas: conformación y estructura.

Las proteínas son las piezas fundamentales de las células. Conforman el 50% del material intracelular. Tienen un gran abanico de funciones, intervienen en todos los procesos biológicos. Sus funciones fundamentales son:

• Catalizadores.
• Estructurales y funcionales.
• De transporte.
• Sistema de defensa.
• Producción de movimientos.
• Reguladores (hormonas, por ejemplo).
• Diferenciación.
• Receptores.
• Etc.

Todas las proteínas están formadas por los mismos veinte aminoácidos.

Aminoácido: Glicina

El carbono central, llamado Cα es asimétrico, es un centro quiral en todos los aminoácidos excepto en la glicina. Tenemos por lo tanto dos enantiómeros según coloquemos los grupos químicos que rodean a este carbono, pudiendo formarse L aminoácidos y D aminoácidos.

Hay dos aminoácidos que poseen otro carbono asimétrico,

Aminoácido: estructura

concretamente el carbono número 3. Son la Treonina (Thr) y la Isoleucina (Ile).

Para que el aminoácido sea L o D se mira solo el Cα. Excepto en las paredes de las bacterias y en algunos antibióticos, todos los aminoácidos de los seres vivos son L aminoácidos. En las paredes celulares de bacterias podemos encontrar L y D aminoácidos mezclados.

Los aminoácidos suelen estar ionizados. Esto depende del pH del sistema. A pH 7 el grupo ácidos y amino están en forma iónica. Si es un medio básico, se ionizará solo el grupo ácido y si es un medio ácido se ionizará el grupo amino.

Dependiendo del tipo de radical, podremos dividir en varios grupos los distintos aminoácidos. Se clasificarán según su polaridad. Habrá dos grandes grupos, hidrófobos e hidrófilos, y dentro de los hidrófilos podremos dividirlos en polares sin carga, con carga positiva o con carga negativa. De esta manera:

• Aminoácidos hidrófobos: no son polares y por ello no son solubles en agua. Constituidos por cadenas hidrocarbonadas. En la Metionina y en el Triptófano, además, aparece azufre. Son los siguientes: Alanina (Ala), Valina (Val), Leucina (Leu), Isoleucina (Ile), Prolina (Pro), Metionina (Met), Fenilalanina (Phe) y Triptófano (Typ).
• Aminoácidos con radicales polares sin carga: son los siguientes: Glicina (Gly), Serina (Ser), Treonina (Thr), Cisteína (Cys), Tirosina (Tyr), Asparagina (Ash) y Glutamina (Gln). La Serina, Tirosna y Treonina tienen grupos –OH pudiendo formar puentes de hidrógeno con el agua, actuando como dadores. La Cisteína tiene un grupo –SH que también puede actuar como dador. La Asparagina y la Glutamina funcionan como dadores, gracias a su grupo –NH2 y como aceptores gracias al grupo =O.
• Aminoácidos polares con carga positiva: son tres: Lisina (Lys), Arginina (Arg) e Histidina (His). La Histidina, para que tenga más del 50% de sus grupos ionizados, debe estar a un pH 6. Si el pH es 7, la ionización se reduce al 10%.
• Aminoácidos polares con carga negativa: son dos, el ácido Aspártico (Asp) y el ácido Glutámico (Glu) (o aspartato y glutamato).

Entre los aminoácidos se establece el enlace peptídico. El grupo carboxílico de un aminoácido reacciona con el grupo amino del otro, perdiéndose una molécula de agua y formándose un enlace covalente.

Formación de enlace peptídico.

A cada aminoácido que forman la cadena se les llama restos aminoácidos o residuos. Se van formando cadenas de aminoácidos.

Polipéptido

Esto es la estructura primaria o secuencia de aminoácidos de una cadena polipeptídica. Podría representarse con las letras que representan a los aminoácidos, de la siguiente forma:

H2N – Ala – Tyr – Ala – Phe - … - Trp – Cys – COOH

Para conocer la estructura primaria necesitamos el número de aminoácidos, su tipo y su secuencia.

Plano del enlace peptídico.

El enlace peptídico puede tener configuración cis o trans. La más estable, y que se encuentra en todas las proteínas, es la forma cis, que se corresponde con el dibujo anterior y con los esquemas que ya vimos de cadenas peptídicas.

El enlace CO-N no gira porque es un híbrido de resonancia, una mezcla de dos formas:

Conformaciones resonantes.

Puede representarse de la siguiente forma:

Resonancia en aminoácidos.

Los enlaces solo pueden girar de la siguiente forma. Hablamos de giro ψ y de giro φ respectivamente:

Giro ψ y giro φ 

Las cadenas peptídicas resultan como una cadena de planos que rotan en función de los giros ψ y φ. Siempre hay que respetar la disposición tetraédrica del carbono.

Hablamos de conformación nativa de una proteína o cadena polipeptídica a su conformación de mínima energía. Para una cadena existirá una o como mucho dos o tres posibles conformaciones de mínima energía o posibles conformaciones nativas.

El nivel de estructura secundaria es la posición relativa de los aminoácidos continuos o planos peptídicos consecutivos. Habría muchos niveles estructurales secundarios en teoría.

Existen algunas estructuras secundarias típicas que aparecen en muchos polipéptidos: la Hélice α y la Hoja Plegada β. Estas estructuras se estabilizan por la formación de puentes de hidrógeno entre los grupos CO de uno de los grupos y el NH del otro, de la siguiente forma:

Puente de hidrógeno.

Hélice α

Los planos peptídicos van girando todos hacia el mismo lado, formando una hélice que tienen como promedio 3,6 aminoácidos por vuelta. Pueden girar hacia la derecha o hacia la izquierda, hablándose de hélices D y L. Las hélices en proteínas son hélices L (levógiras). El grupo CO de un aminoácido se une por puente de hidrógeno con el grupo NH que está cuatro posiciones más adelante.

Estructura de la hélice alfa.

Se trata de una estructura estable, espontánea. Pero hay factores que pueden deshacer la estructura. Un factor de desestabilización es que coincidan aminoácidos con radicales cargados muy cerca, en el espacio, unos de otros (por ejemplo, que tengan la misma carga los radicales R1 y R4). Otro problema puede presentarse debido al tamaño de los radicales, si coinciden cerca dos radicales de gran tamaño, se desestructurará. Y siempre que aparezca el aminoácido Prolina, la hélice se desestabilizará por ese punto.

Se debe a que la fórmula de la Prolina hace que el nitrógeno, al formar el enlace peptídico, pierde el único hidrógeno que tiene y por lo tanto no puede formar puente de hidrógeno.

Prolina y hélice alfa.

Hoja plegada β.

Cuando los sucesivos planos peptídicos se van plegando una vez hacia un lado y otra vez hacia el otro, en zig-zag. Puede formarse entre varias cadenas o una misma cadena plegada, unidas lateralmente por puentes de hidrógeno.

Hay dos tipos de hoja plegada β, la paralela y la antiparalela. En la paralela las dos orientaciones tiene la misma dirección y en la antiparalela las orientaciones son contrarias.

Tipos de hoja beta.

Si los radicales que se encuentran próximos están cargados pueden estropear la estructura de la hoja, desestabilizarla.

Hoja beta.

Otras disposiciones.

Existen otras disposiciones. Una de ellas es al azar, que no responde a ninguna posición exacta o determinada.

Estructura de la alfa-queratina.

Y las estructuras que hemos estudiado pueden combinarse. Por ejemplo, la proteína fibrosa denominada α-queratina está formada por una hélice o hebra constituida por tres hélices α, es decir, tres hélices enlazadas y unidas mediante puentes disulfuro de las cisteínas.

No se puede decir que constituya una estructura terciaria en si misma. Aunque es un nivel de organización superior a la estructura secundaria, no es lo suficientemente complejo como para considerarla terciaria.

Del mismo modo, la fibroina es una asociación de hojas β.

Estructura terciaria.

Pliegue espacial de las cadenas. Se da en el caso de proteínas globulares. Se refiere a la retracción espacial de los aminoácidos que están alejados entre si en la cadena polipeptídico, con hélices, codos, láminas, giros y zonas distribuidas al azar.

Los giros β se producen por la interacción de un grupo CO, mediante puente de hidrógeno, con un grupo NH del aminoácido situado tres puestos por delante. Este puente de hidrógeno estabiliza el giro.

Es frecuente que, entre las láminas β paralelas se sitúen hélices α.

Estructura terciaria.

Existen algunas combinaciones estructurales que se repiten en las proteínas. Se les denomina dominios. También es frecuente que haya varios dominios comunicados por zonas al azar, que le darán flexibilidad a la proteína en ese punto.

La estructura terciaria se forma por interacciones de los radicales entre si o con el medio, por ejemplo con el agua. La estructura está determinada por la secuencia de aminoácidos en un medio dado. Y la secuencia de aminoácidos vendrá determinada, al final, por la secuencia de la cadena de nucleótidos de ADN.

Un factor que determina la estructura terciaria es la distribución de radicales polares y no polares dentro de la cadena. En un medio acuoso, los aminoácidos hidrófobos se intentarán introducir dentro de la proteína, resguardándose del agua. Los hidrófilos, en cambio, estarán en el exterior. Así se formará la conformación natural, que se considera estable.

Si variamos el medio, por ejemplo cambiando el pH, variará la forma que se obtiene. La estructura se estabilizará por medio de enlaces covalentes, por ejemplo los puentes disulfuro que se establecen por oxidación de dos aminoácidos de cisteína (puentes  -S – S- ).

Puentes disulfuro.

 Este enlace es más frecuente en proteínas extracelulares.

También encontraremos algunos enlaces no covalentes, por interacción hidrófoba, frecuentemente. O enlaces salinos entre radicales cargados. Por ejemplo, entre un –NH3+ de la lisina y un grupo –COO- del aspartato o del glutamato.

Encontramos, así mismo, puentes de hidrógeno adicionales, establecidos entre radicales polares. Por ejemplo, grupos –OH de serina o treonina con el N del anillo del radical de la histidina.

Otras opciones son puentes de hidrógeno entre radicales polares y el medio, o entre grupos peptídicos que no están implicados en la formación de la estructura secundaria. Casi todos los restos polares de aminoácidos que quedan dentro de la molécula se van anulando entre si por puentes de hidrógeno. No deben quedar grupos polares libres.

Dipolos con grupos -OH.

También es posible la interacción dipolo-dipolo entre radicales con grupos –OH.

La proteína quedaría, al final, polar por la parte exterior, para poder ser soluble el agua y apolar en la parte de adentro. En las proteínas integrales de membrana sucederá lo contrario (en la zona que queda dentro de la zona lipídica), ya que el medio también ha cambiado.

Otro factor es que tengan grupos prostéticos o no tengan grupos prostéticos, es decir, grupos no peptídicos dentro de la proteína.

Estructura cuaternaria.

Existen proteínas oligómeras, en las que encontraremos estructura cuaternaria. Entendemos por proteínas oligómera aquellas que tienen más de una cadena de aminoácidos.

Estructura cuaternaria.

A cada una de las cadenas se le llama subunidad o monómero. Suelen aparecer un número par de cadenas. Cada cadena tiene su estructura secundaria y terciaria, pero todas en conjunto tendrían la estructura cuaternaria, es decir, la relación espacial de cada una de las subunidades que forman la proteína.

Enlaces y estructura cuaternaria

Las subunidades se unen por zonas de unión o sitios de reconocimiento que les permiten fijar unos enlaces que estabilizan la estructura. Son semejantes a las de la terciaria, solo que entre cadenas diferentes en lugar de la misma cadena. Esta estructura se forma espontáneamente, se trata de la estructura de baja energía.