Proteínas alostéricas.

Son proteínas cuya función es modulada por la unión no covalente y reversible de pequeños ligandos llamados efectores alostéricos a centros de unión específicos, especialmente distintos. La interacción es transmitida por cambios conformacionales de la proteína.

Pueden variar entre dos conformaciones afines y estables:

Conformaciones de las proteínas alostéticas.

La proteína alostérica, como consecuencia, puede cambiar su especificidad. Si hay una determinada concentración de un ligando en el medio, hará que la proteína se más o menos afín a otro, desplazándose el equilibrio.

En la mayoría de estas proteínas, son oligómeras. En ocasiones tiene más de un centro de unión por ligando. El estado configuracional hará que los demás tengan una u otra por transmisión a través de las superficies de contacto.

Modificación estructural en proteínas alostéricas.

Hay dos tipos de relaciones de este tipo:

• Homotrópicos: el ligando afecta a la afinidad por otros ligandos que son iguales a este (como en el ejemplo anterior).
• Heterotrópicos: el ligando afecta a la afinidad de la proteína por otro ligando diferente.

Dos ejemplos de proteínas alostéricas son la mioglobina y la hemoglobina. Ambas tienen capacidad para unirse de forma reversible al O2.

Son proteínas enlazadas, tienen un grupo prostético llamado grupo hemo, que es el grupo que tiene la capacidad de unirse al oxígeno.

El grupo central del grupo hemo es la Ferro-protoporfirina. Veremos la fórmula de la Ferro-protoporfirina IX, una molécula orgánica compleja, de estructura prácticamente plana y que posee, en el centro de la misma, un hierro que tiene la capacidad de unirse al oxígeno.

Este grupo hemo es común a la mioglobina y a la hemoglobina. Pero las proteínas son diferentes. La mioglobina es un polipéptido de 153 aminoácidos con un grupo hemo. La hemoglobina es una proteína oligomérica, con cuatro cadenas, dos cadenas α de 141 aminoácidos cada una y dos cadenas β de 146 aminoácidos cada una.

Grupo hemo.

 El grupo hemo es una molécula prácticamente plana. Se une a la proteína por medio de la histidina.

Unión del grupo hemos a la histidina de la hemñoglobina.

Como decíamos la mioglobina es un péptido de 153 aminoácidos, con un grupo hemo incrustado en la proteína de forma que el hierro no se oxide con excesiva facilidad (es decir, que no se oxide si no es en presencia de oxígeno). Las dimensiones de la proteína son 45x35x25 amstrongs. El 75% de la proteína está en forma de hélices α, en concreto se organizan en ocho tramos en forma de hélice.

Mioglobin

Ya comentamos que la hemoglobina posee cuatro cadenas, dos subunidades α de 141 aminoácidos cada uno y dos subunidades β de 146 aminoácidos cada una. La estructura de cada subunidad de la hemoglobina es similar a la de la hemoglobina. Sin embargo, solo coinciden 26 aminoácidos en su posición. Eso si, tiene aminoácidos que, aun siendo diferentes, son equivalentes.

Las cuatro subunidades se unen en una estructura cuaternaria, formando una estructura parecida a la de un tetraedro. Entre las subunidades no hay puentes disulfuro, solo enlaces débiles.

Hemoglobina.

A las subunidades se les denomina α1, α2, β1 y β2. La subunidad α1 está muy unida a la subunidad β1 y la subunidad α2 está muy unida a la subunidad β2.

Esquema hemoglobina.

 Las reacciones de unión de la hemoglobina y mioglobina con el oxígeno son reversibles. La mioglobina se une al oxígeno en los pulmones y se desprende del oxígeno en los tejidos.

La hemoglobina y la mioglobina se van a comportar de manera muy diferente. Basta con estudiar las curvas de saturación por oxígeno:

Afinidad por el oxígeno de hemoglobina y mioglobina.

 La mioglobina consigue el 50% de saturación con una concentración de oxígeno de 1mmHg, mientras que la hemoglobina necesita 26mmHg.

De esto se desprende que la afinidad de la mioglobina por el oxígeno es mucho mayor que la de la hemoglobina. Gráficamente, la mioglobina tiene la típica forma hiperbólica. Se debe a que el único factor que hay que tener en cuenta es la presión parcial de oxígeno.

La hemoglobina, en cambio, tiene una curva sigmoidal. Esto indica que la unión del oxígeno a la hemoglobina presenta cooperatividad positiva. El oxígeno va a ser un efector o modulador homotrópico de si mismo, cuando se une el primer oxígeno, facilita la unión de los demás. Esto tiene una explicación estructural. Hay diferencias en la estructura cuaternaria de la hemoglobina y la hemoglobina unida a oxígeno. La cadena de hemoglobina desoxigenada presenta ocho enlaces salinos, la cadena de hemoglobina oxigenada no presenta enlaces salinos.

La hemoglobina está en estado T, o estado tenso, y tiene menos afinidad por el oxígeno. Al romperse los enlaces pasa a un estado más relajado, situación R, en la que presenta mayor afinidad por el oxígeno.

Cuando la primera molécula de oxígeno se engancha a uno de los hierros del grupo hemo, este sufre un desplazamiento, que a la larga acabará produciendo la ruptura de esos ocho enlaces y la pérdida de la conformación:

Cambio conformacional en la hemoglobina

 Este cambio de la primera subunidad se transmite por la superficie de contacto a las demás subunidades y hace que estas comiencen a presentar mayor afinidad por el oxígeno. Es decir, que las otras tres subunidades se cargarán de oxígeno más fácilmente. Se debe a que la posición relativa de las cuatro subunidades se modifica.

El CO2 y los H+ hacen o contrario. Funcionan como moduladores negativos, va a dificultar la unión del oxígeno, siendo por lo tanto heterotrópicos respecto al oxígeno.

Alosterismo de la hemoglobina por oxígeno.

El CO2 va a promover el cambio conformacional contrario, hacia el estado de mínima afinidad por el oxígeno. Va a promover la expulsión de oxígeno y la unión de más dióxido de carbono. El CO2 y el H+ tienen su centro de unión específicos y distintos a los del O2. Van a revocar el efecto Boro, en los pulmones se carga de O2 y se deshace de CO2 y H+. Cuando vuelve a los tejidos hay mucho dióxido de carbono y el medio está relativamente ácido, lo que promueve que se descargue del oxígeno y se una a ellos. Después, la sangre la empuja hacia los pulmones y vuelta a empezar.

La hemoglobina y la mioglobina son muy parecidas estructuralmente, tienen el mismo ligando, pero funciones distintas. La hemoglobina lleva oxígeno por la sangre. La mioglobina se encuentra en los tejidos y acumula el oxígeno. La hemoglobina va a estar capacitada para cargarse y descargarse de oxígeno con facilidad. La presión parcial de oxígeno en los pulmones es muy elevada y por eso la hemoglobina se llena de oxígeno. En los tejidos esta presión parcial de oxígeno es baja (entre 10 y 40mm de Hg). A esta presión, tenderá a desprenderse el oxígeno. Se desprende al menos una tercera parte del oxígeno enlazado. La mioglobina no podría llevar a cabo esta función, se podría cargar con facilidad de oxígeno, pero al llegar a los tejidos le costaría mucho desengancharlo. Sin embargo, si puede actuar como reserva, acumula oxígeno en los tejidos. Todo el oxígeno que desprende la hemoglobina, que la hemoglobina no puede retener, es retenido por la mioglobina.

Información genética: estructura del ADN y ARN

Información genética.

La información genética es la información que pasa de padres a hijos. Se encuentra codificada. Es material genético, debe tener que poder:

•             Codificarse.
•             Replicarse.
•             Mutarse.

Se sabe que el material genético se encuentra en los ácidos nucleicos, normalmente en el DNA, aunque ocasionalmente puede estar en forma de RNA.

Pasemos ahora a estudiar la estructura de los ácidos nucléicos.

Estructura.

Los ácidos nucleicos están formados por nucleótidos:

            Ácido fosfórico: H3PO4.

            Azúcares: pentosas en forma furanósica:

•             Ribosa.
•             Desoxirribosa.

            Bases orgánicas nitrogenadas:

                    Púricas:

•             Citosina (C).
•             Timina (T).
•             Uracilo (U).

                  Pirimidínicas:

•             Adenina (A).
•             Guanina (G).

Una base más una pentosa unidos por un enlace n-glucosídico formarán un nucleósido.

Enlace N-glicosídico.

 Se forma entre el C1 de la pentosa y el N1 e las bases púricas o el N9 de las pirimidínicas.

Cuando al nucleósido se le une el ácido fosfórico, se formará el nucleótido. Dependiendo de la cantidad de grupos fosfato que se unan se formarán NMP (nucleótido monofosfato) cuando se une un ácido fosfórico, NDP (nucleótido difostato) cuando se unen dos ácidos fosfóricos y NTP (nucleótido trifostato) cuando se unen tres ácidos fosfóricos. Si la base es la adenina y el azúcar la ribosa, obtendremos el AMP, ADP y ATP respectivamente. Si el azúcar es la desoxirribosas, dAMP, dADP y dATP respectivamente.

Pentosas fosfato.

El ADN y el ARN se forman por enlace fosfodiéster. Se trata de una unión 3’ y 5’ de los azúcares.

Los ARN y ADN se diferencian unos de otros en peso molecular, composición o relación de bases y secuencia de las mismas.

En ocasiones aparecen bases derivadas de las cinco conocidas (pueden dar lugar a mutaciones).

Los ácidos nucléicos suelen escribirse como secuencias de las bases nitrogenadas:

A – T – C – T – G – A – T – C …

Estructura del ADN.

El estudio de la estructura del ADN fue llevado a cabo por Watson y Crack basándose en los estudios de Chargaff, Franklin y Wilkins. Chargaff analizó las bases de ADN. Observó que variaban de una especie a otra. Las células de un mismo organismo tenían el mismo ADN. No variaba con la edad, ni en distintas condiciones. Para todas las especias había un carácter común, la relación entre adeninas y timinas era igual a la relación entre citosinas y guaninas y en ambos casos era igual al 1: A/T = C/G = 1. Es decir, en un ADN hay tanta adenina como timina y tanta citosina como guanina, en resumen, tantas bases púricas como pirimidínicas.

Enlace fosfórico y posiciones 3' y 5'

 Franklin y Willkins midieron el DNA tipo b mediante difracción de rayos X. Tenían una estructura fibrosa, unos periodos que se repetían cada 3,5armstrongs. Cada diez periodos formaban un nuevo periodo de 34armstrongs. El diámetro era algo mayor de 20armstrongs.

El modelo final de DNA está formado por dos cadenas antiparalelas, dextrohelicoidales, arrolladas sobre el mismo eje y con aproximadamente diez pares de base por vuelta:

Cadenas antiparalelas de ADN.

 Siempre se enlazan Adenina con Timina y Citosina con Guanina, es decir, una púrica con una pirimidínica. Dos bases púricas son demasiado pequeñas, quedan demasiado lejos como para enlazarse. Dos bases pirimidínicas son demasiado grandes, no pueden emparejarse.

Emparejamiento de bases.

 Las dos hebras son diferentes. No son iguales, son complementarias. Solo son iguales en número de nucleótidos.

ADN y bases

A cada vuelta de ADN corresponden 10,4 pares de bases, que corresponden a 34armstrongs.

Distancia por vuelta de ADN.

 Los pares de bases son planos unos a otros y perpendiculares al eje de la molécula. Los azúcares delimitan, más o menos, un plano que es casi perpendicular al plano de la base al cual están unidos.

La ciclación produce una estría principal, más ancha, una estría secundaria, más estrecha. Se debe a que el enlace N-glucosídico de las bases con el azúcar no es totalmente perpendicular, sino que está ligeramente inclinado.

Estrías principal y secundaria del ADN.

Por la estría principal el ADN es más accesible. A las proteínas, por ejemplo. Además, los surcos no son iguales químicamente. Por los surcos, quedan en contarlo con el medio algunas partes de la molécula. 

Veamos las diferencias entre qué queda al descubierto en la estría principal y en la secundaria.

Diferencias entre estría principal y estría secundaria.

La molécula se estabiliza por las interacciones hidrófobas del medio. Las bases, que son hidrófobas, se sitúan en el interior. Las bases, además, se encuentran muy juntas, hay interacciones de Van der Waals. Los grupos fosfato tienen tendencia a unirse con cationes (Mg2+, por ejemplo).

La estructura de todos los ADN es esencialmente la misma, al margen de su secuencia de bases. Pero puede haber variaciones. Secuencias de bases distintas originan ligeros cambios en la estructura del ADN.

El polinucleótido puede girar por seis sitios diferentes. Y existen factores que pueden variar la estructura, por ejemplo el ángulo de rotación. Si suponemos que un paso de vuelta son 360º, entre 10 bases debería haber un giro de 36º. Pero ese dato no es real, ese ángulo puede variar entre 28º y 42º. Hay, por lo tanto, hélices más o menos apretadas.

Un segundo elemento de variación es la torsión o giro del propulsor. A veces, las dos bases que forman un par de bases no son coplanarias, sus planos forman un cierto ángulo:

Ángulo en el apareamiento de bases.

Un tercer elemento sería el balanceo de las pares de bases, es decir, la interacción de un par de bases con el contiguo.

Todas estas variaciones son casos concretos, debidos a secuencias concretas. Esto va a dar al ADN una cierta flexibilidad, pudiendo este desdoblarse o replegarse. Todo el ADN tiene que estar en el núcleo de una célula, tiene que replegarse en un pequeño volumen.

Estas pequeñas diferencias locales, además, van a permitir que una proteína encuentre una secuencia específica de bases de ADN, pudiendo reconocer las variaciones de la estructura. Las proteínas también pueden detectar los puentes de hidrógeno en la estría principal o secundaria, en los surcos.

El ADN puede desenrollarse. Lo hace de manera natural en procesos como la replicación. También se puede desnaturalizar, provocar la ruptura de los puentes de hidrógeno y demás enlaces débiles, de forma que la hebra se estropea. Esto se puede conseguir con temperatura, cambios en el pH, etc.

El que un DNA se desnaturalice mejor o peor está influido por su composición de bases. Si es rico en pares de base GC es más estable, ya que estas bases están unidas por tres puentes de hidrógeno, mientras que los pares AT están unidos por solo dos. El ADN comenzará a abrirse por zonas con más cantidad de pares AT.

El proceso también es reversible (como sucede con las proteínas). Será un proceso más sencillo si hay lugares en los que las dos hebras estén unidas. Si están totalmente separadas, resulta mucho más difícil.

En todas las células y en muchos virus el ADN se estructura así. Sin embargo, en algunos virus encontraremos que el número de A y T no es el mismo y el número de C y G tampoco. Se trata, por lo tanto, de ADN monohebra en lugar de doble hebra.

Los extremos 3’ y 5’, en ocasiones, se unen. Se trataría de ADN circular. Encontraremos muchos ADN circulares. Salvo en los virus que antes comentamos, estos ADN también será dúplex (doble hebra).

El ADN circular aparece en todas las células procariotas, virus, mitocondrias y cloroplastos. Cuando se extraen en su forma natural, suele aparecer superenrollado, con enrollamiento a la derecha, también denominado superhélice negativa. La superhélice positiva se puede formar in Vitro.

En cuanto a la formación de la superhélice, cuando se forma el círculo de ADN no sen formado todas las vueltas, faltan algunas vueltas para conseguir un estado estable. Las moléculas, espontáneamente, tienden a cerrarse, tienden a formar las vueltas que le faltan. Y al hacerlo, provocan el superenrollamiento general de toda la hélice. Lo hace según la siguiente fórmula: L = T + W. Donde L es en número de veces que una hebra giró sobre la otra antes de cerrarse, T el número de vueltas de la hélice según el modelo de Watson y Crick y W el número de superenrollamientos o número de ochos (será un número negativo).

El superenrollamiento a la izquierda o positivo se forma cuando una doble hélice está sobreenrollada, con un promedio de más de diez bases por vuelta. Forman tantas superhélices como bases le sobren. La fórmula sería la misma, pero en este caso W tendría un valor positivo.

Estructura del ARN.

En general están formados por una sola hebra. No obstante, puede formar, parcialmente, zonas de unión por complementariedad de bases. La complementariedad es, en este caso, AU y CG. Se trata de una unión de la hebra consigo misma.

Estructura del ARN con bases apareadas.

En algunos virus el ARN es de doble hebra, formando una doble hélice parecida a la del ADN. Se asemeja al ADN-A debido al hidroxilo en la posición 2’ de la ribosa. Este hidroxilo en la posición 2’ además hace que el ARN sea más reactivo. También puede tener relación con que el ARN tenga una mayor flexibilidad en la hebra.

Breve introducción al tejido adiposo.

El principal tipo de tejido adiposo es el que constituye la grasa blanca y es al que nos referimos cuando hablamos, de forma genérica, de tejido adiposo.

La matriz celular del tejido adiposo es escasa, las células están bastante juntas unas a otras. Está formado por agrupaciones de un tipo celular denominado adipocito. Son células de morfología más o menos esférica, repletas de grasa. Presentan un núcleo de forma alargada en unos laterales de la célula y un citoplasma con muy pocos orgánulos, ocupado en su mayor parte por una gran gota de grasa.

Tejido adiposo.

Suelen agruparse en sistemas lobulares, con tejido conjuntivo separando los lóbulos y múltiples vasos sanguíneos recorriendo ese tejido conjuntivo.

La función principal del tejido adiposo es la reserva de energía. Pero tiene otras funciones importantes; fundamentalmente, protección térmica (ya que la grasa amortigua los cambios de temperatura y evita que el cuerpo disipe grandes cantidades de calor a su través) y protección física (ya que la grasa forma una especie de almohadón que protege los órganos que recubre, fundamentalmente las vísceras de la región abdominal).

Es un tejido muy vascularizado (encontramos vasos sanguíneos entre las agrupaciones de adipocitos). Esto resulta lógico, pues es un tejido especializado en aportar nutrientes a la sangre (los lípidos, usados posteriormente por otros órganos y metabolizado fundamentalmente en el hígado). Y para evitar que el calor se disipe de la sangre. Cuando hace mucho frío, el cuerpo tiende a movilizar la sangre a zonas que se encuentren por debajo o por el interior del panículo adiposo.

Esquema de tejido adiposo.

La distribución de este tipo de grasa no es uniforme por todo el cuerpo. Tiende a acumularse en la hipodermis (región inferior de la piel), formando una capa muy gruesa en algunas zonas, como la región abdominal o en los glúteos, mientras que en otras zonas la capa muestra escaso grosor, como bajo el cuero cabelludo o el la zona frontal del cráneo.

Incluso existen diferencias a nivel personal. En los seres humanos, las mujeres y los hombres presentan una distribución de grasa característica, pues en varones tiende a aparecer en mayor cantidad en la zona abdominal, mientras que en las mujeres tiende a acumularse en las caderas. Se denominan patrones androide (o patrón manzana) y ginecoide (o patrón pera) respectivamente.

Las tres gracias de Rubens

Incluso dentro de un mismo sexo, la distribución varía notablemente entre individuos. Se definen, por ejemplo, tres patrones característicos en mujeres, hablándose de morfotipo cilíndrico (si hay una distribución más o menos homogénea por todo el tronco, con bastante grasa abdominal), campana (si la distribución de grasa tiende a acumularla principalmente en la cadera) y distribución diábolo (si tiende a acumularla en caderas y pecho, con escasa cantidad de grasa abdominal).

Existe un segundo tipo de tejido adiposo denominado grasa parda. Su función principal no es la de reserva de energía, sino la de consumir grasas para generar calor. Se trata de un tejido muy vascularizado, por lo que al general calor calienta la sangre y mantiene la temperatura corporal. Se diferencia de la grasa blanca en que sus células acumulan grasa en múltiples gotas en lugar de acumularla en una gran gota central.

Grasa parda.

Resulta muy importante en animales hibernantes. En humanos, la grasa parda, en humanos, aparece de manera significativa durante periodos tempranos de nuestra vida. Hasta hae poco tiempo, se pensaba que en adultos llegaba a desaparecer por completo. Hoy sabemos que se conserva en determinadas zonas del cuerpo en cantidades muy pequeñas, pero suficientes para explicar algunas diferencias metabólicas entre individuos (porque algunas personas tienen escasa o nula tendencia a adelgazar o por el contrario engordan con excesiva facilidad).

Breve introducción al tejido nervioso.

Neuronas.

El tejido nervioso constituye el sistema nervioso (central y periférico), que es el encargado de recibir todos los estímulos del exterior, analizarlos, compararlos con estímulos anteriores y buscar respuestas o encontrar soluciones, decidiendo cuál es la forma adecuada de actuación del cuerpo ante este estímulo. La respuesta será siempre una contracción muscular o la secreción de una glándula.

Hay dos grandes tipos de células del sistema nervioso:

• Neuronas
• Células de Glía (neurogliares).

Además, estudiaremos los tejidos ependimarios, que rodean y protegen al sistema nervioso.

Neuronas.

Neuronas del SNC

Son las células funcionales del sistema nervioso. Son las encargadas de transmitir los impulsos de unas a otras, forman los nervios que transmiten la señal y las redes neuronales, encargadas de analizar los impulsos y encontrar y decidir las respuestas.

Son células de forma estrellada. Presentan una zona en la que se concentra la mayor parte del citoplasma y el núcleo y se denomina cuerpo o soma. Las ramificaciones (que le dan forma de estrella) se denominan dendritas. Poseen una ramificación principal denominada axón.

Esquema de una neurona.

Sinapsis.

El sistema de comunicación entre las neuronas se denomina sinapsis. Existen dos grandes tipos, las eléctricas, más rápidas y menos abundantes; y las químicas, mucho mas frecuentes, aunque más lenta. En estas últimas, el paso de la señal de una neurona a otra tiene lugar por medio de un mensajero químico denominado neurotransmisor.

Neuroglía.

En cuanto a las células neurogliares o de Glía, son las encargadas de defender, proteger y alimentar a las neuronas. Existen varios tipos de células de neurogliares.

• Microglía: son las células defensivas del sistema nervioso. Pertenecen al sistema inmune y destruyen agentes desconocidos que se encuentren.
• Astroglía: recubren los vasos sanguíneos del sistema nervioso para facilitar y controlar la nutrición de las neuronas (deciden qué nutrientes dejan pasar a las neuronas).
• Oligodendroglía: recubren a las neuronas del sistema nervioso central haciendo que la transmisión de la señal dentro de una neurona y sobre todo a través de su axón sea más rápida y efectiva.
• Células de Shwann: son similares a las células de oligodendrogía, pero aparecen en el sistema nervioso periférico (en los nervios).

Células de astroglía rodeando un vaso sanguíneo.

Tejidos ependimarios.

Son tejidos de revestimiento del sistema nervioso central, constituyendo las meninges. Encontramos tres grandes tejidos: la duramadre, el aracnoides y la piamadre.

La duramadre recubre los huesos en contacto con el sistema nervioso central; por debajo de la duramadre está el aracnoides, que recibe su nombre por su morfología similar a una tela de araña. Y en contacto con el sistema nervioso, está la piamadre. Entre la piamadre y el aracnoides hay un espacio ocupado por un líquido, el líquido cefalorraquídeo.

Tejidos ependimarios.

El órgano cutaneo: dermis e hipodermis.

Piel.

La dermis es la parte interna de la piel, que se encuentra por debajo de la epidermis. Se trata de una zona de tejido conjuntivo laxo, cuyo grosor medio es de entre uno y dos milímetros, existiendo zonas más delgadas (como los párpados, donde su grosor es menor de 0,6 milímetros) y zonas más gruesas (como las palmas de manos y plantas de pies, donde su grosor pueden superar los 3 milímetros). La separación entre la dermis y la hipodermis no forma una línea o barrera definida y neta (como ocurre con la epidermis), sino que es una transición, un cambio progresivo.

Se une a la epidermis por medio de la membrana basal; esta es una membrana fibro–protéica que une firmemente ambos tejidos, los comunica, permite el aso de sustancias de uno a otro, tanto de la dermis a la epidermis (nutrientes, por ejemplo) como de la epidermis a la dermis (sustancias de desecho, mensajeros, etc.).

La unión entre la epidermis y la dermis no es lisa, sino que tiene una serie de ondulaciones, entrantes y salientes, denominados papilas dérmicas. Éstas, por un lado, aumentan la superficie de contacto entre ambos tejidos (mejorando, por ejemplo, todo lo referente a sensibilidad o intercambio de productos) y además evitan que la epidermis se desplace linealmente sobre la dermis.

El tejido conjuntivo que forma la dermis es una auténtica estructura fibrilar y esponjosa. Posee multitud de fibras para darle firmeza y elasticidad a la piel, así como sustancias capaces de retener agua, transformando la sustancia fundamental amorfa en una especie de gel, de líquido acuoso denso que actúa como almohadillado.

Embriológicamente la dermis deriva del capa embrionaria denominada mesodermo.

En la dermis podemos diferenciar dos grandes zonas (aunque no están netamente separadas), una zona superior denominada dermis papilar y una zona inferior denominada dermis reticular.

La dermis papilar es la zona dérmica en contacto con las papilas dérmicas (de ahí su nombre). Es un tejido conjuntivo más laxo, con haces de colágeno finos. Aparecen multitud de vasos sanguíneos que nutren la epidermis por difusión. Las células dérmicas son más abundantes.

La dermis reticular es la parte inferior, de mayor tamaño y se une o se difumina con la hipodermis. Se trata de un tejido conjuntivo más denso, con redes de colágeno más gruesas y densas, colocadas principalmente de forma paralela a la epidermis.

En algunas zonas del cuerpo, bajo la dermis reticular, encontramos una capa muscular. En los humanos, esta capa muscular es especialmente importante en la cara, donde se encuentran los músculos de la mímica (permite movimientos superficiales de la piel).

Vamos a analizar los componentes de la dermis.

Sustancia fundamental amorfa.

Está cargada de sustancias con capacidad de retener agua. La más habitual, proteínas unidas a mucopolisacáridos ácidos (cadenas especiales de azúcares siendo los más importantes los glucosaminoglicanos), formando lo que se denomina proteoglicanos (de los que ya hemos hablado). El resultado es un gel acuoso, denso.

Fibras dérmicas.

Analicemos las fibras dérmicas más importantes:

• Colágeno: es la proteína fibrosa más importante de la dermis, pudiendo constituir hasta el 75 % de su peso seco. Ofrece a la piel resistencia frente a traumatismos físicos y limita el grado de tensión de la misma. Constituye el auténtico armazón, es el que le da a la dermis una auténtica consistencia sólida. El colágeno es fabricado por los fibroblastos. Realmente estos fabrican una estructura de menor tamaño, formada por el trenzado de unas fibras protéicas helicoidales llamado procolágeno, rico en los aminoácidos prolina, hidroxiprolina  glicina; el procolágeno es fabricado en el retículo endoplásmico rugoso y enviado al exterior por el aparato de Golgi. En el exterior de la célula se modifica, formando el tropocolágeno, que se polimeriza (se unen muchas fibras de tropocolágeno unas con otras), formando el colágeno. El colágeno así formado es una proteína fibrilar de gran tamaño, visibles al microscopio óptico.
• Elastina: se trata de una proteína fibrilar de propiedades elásticas (como su nombre indica). Suelen ser de menor tamaño que las fibras de colágeno y se acumulan principalmente en zonas de la dermis reticular. Son capaces de estirarse y recuperar su posición inicial. Facilitan que, tras un estiramiento, la piel recupere su posición normal. Su deterioro (con el paso de los años) provoca la aparición de elastosis. Son fabricados por los fibroblastos, de modo similar al del colágeno.
• Fibras Reticulares (Reticulina): son parte fundamental de las fibras de la membrana basal. Son fibras de menor diámetro que las colágenas, forman una red muy fina. Pueden encontrarse también en la dermis papilar, mezcladas o unidas, o prolongadas con los elementos que constituyen la membrana basal. No obstante, son escasas (normalmente menos del 1 % del total de fibras). Se incrementa su número durante procesos inflamatorios. Está formado por la unión de fibras finas de colágeno con una glucoproteína llamada fibronectina.

Células de la dermis.

Analicemos los tipos celulares más importantes de la dermis:

• Fibroblastos: constituyen el tipo celular más característico del tejido conjuntivo y por lo tanto de la dermis. Se les considera células fijas (no se mueven). Aparecen con más frecuencia en la dermis papilar. Poseen forma estrellada, con largas prolongaciones. Su función es fabricar y mantener en buen estado las fibras de la dermis y la sustancia fundamental amorfa. Resultan especialmente activos tras lesiones en la dermis o durante los procesos de cicatrización.
• Macrófagos: células de mayor tamaño que los fibroblastos, de morfología esférica y núcleo arriñonado, que participan en la defensa del organismo. Su función es fagocitar las sustancias u organismos extraños que encuentren, microorganismos invasores desconocidos, etc. para dar aviso a las células fabricantes de anticuerpos.
• Células Plasmáticas: células de pequeño tamaño, con un gran núcleo redondeado y abundante retículo endoplásmico rugoso. Derivan de los linfocitos y su función es fabricar anticuerpos.
• Células Cebadas: células defensivas que responden a la presencia de anticuerpos con la secreción de sustancias inflamatorias o compuestos químicos que activan la respuesta inmunológica ante invasiones.
• Adipocitos: aunque son más característicos de la hipodermis, pueden aparecer en estratos inferiores de la dermis o en la interfase dermo – hipodérmica.

Corte transversal de piel.

En la imagen, en la que vemos un corte transversal de piel al microscopio electrónico, podemos apreciar la epidermis, en la zona superior y la dermis en la inferior. El color azul claro o azul celeste corresponde al colágeno. Se trata, como vemos, de una proteína muy abundante. En color azul oscuro vemos los núcleos de diferentes células dérmicas, difíciles de interpretar a estos aumentos. La mayor parte corresponderá a fibroblastos. Es notorio el hecho de que en la zona superior de la dermis, la dermis papilar, la carga celular es mucho mayor (aparecen muchos más núcleos) y en la parte inferior, en cambio, los grandes haces de colágeno son mucho más aparentes.

Anatomía de la hipodermis.

Es la continuación en profundidad de la dermis y está constituida por un tejido conjuntivo laxo. Sus fibras son, en general, más finas que en la dermis, aunque existen algunas zonas en las que se ancla firmemente por medio de estas a los tejidos subyacentes, por ejemplo en palmas de manos. Las fibras se continúan con las de la dermis y como ya indicamos no existen cambios bruscos entre ambos tejidos, sino más bien una transición.

En la mayor parte de las zonas de la piel, la hipodermis acumula células de reserva de grasa (almacén de energía), los adipocitos (existen excepciones, por ejemplo la hipodermis de los párpados no los presenta). Estos adipocitos se disponen inmersos en una red de fibras; su función es acumular energía y constituir una barrera de protección, fundamentalmente protección térmica (esta es una de las razones por las que la hipodermis es un tejido muy vascularizado: los vasos sanguíneos de estas zonas pierden poco calor).

La acumulación de adipocitos es variable, en función de la zona de piel de las características personales, apareciendo a nivel general un claro dimorfismo sexual: los hombres acumulan más adiposidad en el abdomen, las por encima del ombligo (patrón androide), mientras que las mujeres la acumulan por debajo del ombligo, en pelvis, nalgas y muslos (patrón ginecoide).

Se especula sobre la posibilidad de que los adipocitos solo progresen en número hasta etapas muy tempranas de la vida (antes de la pubertad); a partir de este momento, todos los aumentos de volumen corporal asociados a aumento de la grasa, se basarían en un aumento de tamaño de los adipocitos existentes (y la disminución de volumen, con una disminución de tamaño), sin que el número global de estos se altere en mayor medida.

El tejido fibroso separa a los adipocitos en grupos llamados lóbulos; y separa también a los lóbulos en grupos más pequeños denominados lobanillos.

La grasa no solo sirve como reserva de energía; ya hablamos de su papel como protección térmica, a la que hay que añadir una cierta protección mecánica y un moldeador importante de la figura y fisonomía del individuo.

Esquema de la piel.

Anatomía básica del aparato excretor.

Manneken-Pis

El aparato urinario es el encargado de eliminar los productos de desecho de nuestro organismo, es decir, productos tóxicos nitrogenados, como el amoniaco y la urea, así como iones como Na+, Cl-, SO42-, PO43-, H+, que tienden a acumularse en exceso. La concentración de estos productos en la orina variará en función de las necesidades de eliminación del cuerpo.

El aparato urinario juega un papel fundamental en:

• Mantener la composición y volumen de la sangre, controlando tanto la cantidad de sangre, como su pH, concentración de iones, etc.
• Controlar la presión arterial. No solo mediante el control del volumen de sangre, sin también por la acción del sistema hormonal asociado al aparato urinario, el sistema renina angiotensina.
• Otras funciones metabólicas. Los riñones intervienen en otras funciones, como la gluconeogénesis (fabricar glucosa a partir de intermediarios derivados del metabolismo anaeróbico), fabricación de hormonas (como la eritropoyetina), fabricación de vitaminas (intervienen en la formación de la vitamina D).

El aparato urinario está compuesto por los riñones y las vías urinarias. A los riñones llegan las arterias renales, procedentes de la aorta abdominal. Transportarán la sangre que debe ser filtrada. Y de los riñones salen las venas renales, que desembocan a la vena cava inferior. Los riñones conectan con la vejiga por medio de los uréteres. La vejiga comunica con el exterior por medio de la uretra.

Esquema del aparato excretor.

Los riñones.

Los riñones son dos órganos de color rojizo, con forma de judía, situados por encima de la cintura, entre el peritoneo parietal y la parte posterior del abdomen, protegidos parcialmente por las costillas once y doce, aunque su posición no es totalmente simétrica, ya que el derecho está a menor altura que el izquierdo debido al espacio ocupado por el hígado. Cada riñón mide entre diez y doce centímetros de largo, entre cinco y siete y medio de ancho y alrededor de dos centímetros y medio de grosor.

Cada riñón está protegido por tres capas. La más interna es una capa fibrosa y transparente denominada cápsula renal. La capa intermedia se denomina cápsula adiposa. Y la más externa es la fascia renal, que fija el riñón al resto de las estructuras abdominales.

En un corte longitudinal del riñón, observaremos dos regiones claramente diferenciadas, un área más externa, denominada corteza renal y una capa interna, de color marrón rojizo, denominado médula renal.

Dentro de la médula renal encontramos entre ocho y dieciocho estructuras cónicas, denominadas pirámides renales. Son estructuras que van uniendo los tubos que recogen la orina formada en el riñón, así como los vasos sanguíneos. Por eso tienen un aspecto rayado. La base del cono está dirigida hacia la corteza y el extremo hacia la abertura que encontramos en la parte cóncava del riñón y que se denomina hilio. A las zonas del riñón situadas entre las pirámides renales se les denomina columnas renales. A la cavidad del riñón situada detrás del hilio se le denomina pelvis renal.

Al hilio llega la arteria renal y del hilio sale la vena renal. Del hilio también sale el uréter. En el extremo de la pirámide renal encontramos las papilas renales. Desembocan a unas estructuras denominadas cálices (podremos encontrar cálices mayores y cálices menores), que reciben la orina de las papilas y confluyen en la pelvis renal constituyendo los uréteres.

Anatomía del riñón.

La Nefrona.

Las nefronas son las unidades funcionales del riñón, es decir, no solo constituyen la mayor parte del riñón, también son la parte del riñón encargada de filtrar la sangre y fabricar la orina. Cada riñón está constituido por varios millones de nefronas, concretamente entre un millón y un millón y medio.

Cada nefrona tiene dos grandes parte, la zona de filtrado, constituida por el glomérulo y la cápsula de Bowman. Y una zona por la que pasa el líquido filtrado y se depura, retirando el exceso de agua y ciertos iones, denominada túbulo renal.

La cápsula de Bowman es una estructura de naturaleza epitelial a la que llegan los capilares sanguíneos que constituirán el glomérulo. La sangre de estos capilares sufre un proceso de filtrado y depuración y el líquido que será precursor de la orina pasa al interior de la cápsula de Bowman, llegando desde esta al túbulo renal.

El túbulo renal tiene tres partes. El tubo contorneado proximal, en contacto con la cápsula de Bowman. El asa de Henle, con forma de horquilla y posterior al túbulo contorneado proximal. Y el tubo contorneado distal, posterior al asa de Henle y que comunica con el tubo colector. La unión de los tubos colectores acabarán dando lugar a los cálices.

Las cápsulas de Bowman se encuentran en la corteza renal. La mayor parte de la zona tubular constituirá la médula renal y por lo tanto las pirámides renales. Alrededor de los tubos contorneados y del asa de Henle encontramos multitud de capilares sanguíneos. Los capilares asociados a los tubos contorneados se denominan peritubulares y los asociados al asa de Henle, vasos rectos. Estos filtran y resorben agua del líquido que es transportado por estos tubos.

Esquema de la nefrona.

Existen dos grandes tipos de nefronas. Por un lado están las nefronas corticales, que suponen alrededor del 80 % del total y que tienen el glomérulo en la parte más superficial de la corteza. Y por otro están las nefronas yuxtabasales, que son minoritarias, alrededor del 20 % del total y cuyo glomérulo está en la zona de corteza cercano a la médula. En las nefronas yuxtabasales el asa de Henle es más larga, lo que les permite obtener una orina con grandes variaciones de agua, es decir, muy concentrada o muy diluida. Es decir, son las principales responsables de que el cuerpo fabrique más o menos orina.

Filtración, resorción y formación de orina.

En la cápsula de Bowman se filtra el plasma sanguíneo, que sale de los capilares. Pero al tubo contorneado proximal pasa una cantidad muy elevada de líquido. La mayor parte de este debe ser reabsorbido, sobre todo el agua, ya que debe resorberse entre el 98 % y el 99 % de la misma. Esta resorción es llevada a cabo a lo largo de todo el tubo. Además, de la sangre se escapan tanto iones, como el Na+, K+, Cl-, PO43-, CO32-, etc., como nutrientes, entre los que destacan la glucosa, los aminoácidos o la creatina, que también deben ser resorbidos.

En el tubo contorneado proximal comienza la resorción de agua, iones y nutrientes, resorbiéndose casi en 100 % de la glucosa y nutrientes como aminoácidos. El Na+ es reabsorbido a lo largo de todo el tubo, a costa de consumir energía.

En el asa de Henle el agua filtrada ya puede sufrir un control, cosa que no ocurre en el tubo contorneado proximal, ya que su paso está asociado al de iones y solutos. De esta forma, es en el asa de Henle donde se marca o controla en buena medida la cantidad de orina que finalmente se va a segregar, así como la concentración de los diferentes solutos.

En el tubo contorneado distal acaba de reabsorberse el exceso de Na+ y otros iones. Las hormonas que regulan la concentración y cantidad de orina actúan sobre todo actuando sobre el paso de iones y agua en el tubo contorneado distal. Si la orina procedente del asa de Henle llegase demasiado diluida, se permitiría reabsorber mas agua, por ejemplo.

Las principales hormonas que controlan el proceso son la aldosterona, segregada por la corteza suprarrenal y que aumenta la resorción de Na+. Si este ión se resorbe en menos cantidad, entonces la presión osmótica hará que el agua se escape hacia el tubo y aumentará la eliminación de orina. También encontramos la hormona antidiurética (ADH), que aumenta la permeabilidad de las células tubulares al agua, haciendo que estas resorban más agua, disminuyendo la cantidad de orina segregada.

En los tubos también se elimina el exceso de K+, que suele presentarse en exceso en el organismo. También se eliminan iones H+, regulando de esta forma el pH de la sangre. En le pH interviene, así mismo, la cantidad de HCO3- que haya en la sangre y este ión puede ser eliminado del mismo modo por la orina (se trata de otro control del pH).

La pérdida de parte del agua en la orina es inevitable. Por o tanto, cuando la osmolaridad baja mucho, cuando en el cuerpo hay poco agua y el líquido extracelular está excesivamente cargado de iones, debe existir algún mecanismo para ganar agua. Es en este momento cuando se dispara la sensación de sed. La ADH aumentaría su secreción y es uno de los principales desencadenantes de la sensación de sed. Es decir, promueve que se reabsorba más agua, así como la sensación de sed para que el cuerpo gane agua mediante la ingesta (bebida). De este modo, se conseguirá bajar la osmolaridad del líquido extracelular.

Vías urinarias: uréteres.

La orina que se ha formado en la nefrona pasa a los tubos colectores y de ahí acaba llegando a unas estructuras cónicas denominados cálices, en la pelvis renal. Desembocan en un conducto conocido como uréter.

Hay un uréter en cada riñón. Conectan al riñón con la vejiga, tienen entre 25 y 30 centímetros de longitud. Aunque no existe una válvula anatómica, la estructura de la desembocadura del uréter en la vejiga hace que, cuando esta se llena de orina, los orificios de comunicación se cierren. Esto se consigue gracias a que entran en dirección transversal, evitando así mismo el reflujo de orina de la vejiga al riñón.

La orina se mueve por los uréteres gracias a la presión hidrostática, la gravedad y los movimientos peristálticos de la pared del tubo.

La vejiga urinaria.

Órgano muscular hueco, situado en la zona anterior al recto en los hombres y por detrás de la vagina y debajo del útero en mujeres. Su morfología es variable en función de la cantidad de orina de su interior. Es aplanada cuando está vacía o colapsada, cogiendo forma esférica según se va llenando, hasta adquirir forma de pera cuando está totalmente llena. Suele tener una capacidad de entre 700 y 800 mililitros, aunque cuando sobrepasa los 200 ó 400 mililitros los sensores de tensión de la superficie comienzan a enviar señales que marcan el comienzo del deseo consciente de micción.

El esfínter uretral externo, que comprime la uretra, es un músculo voluntario, solo se abre bajo control consciente. En cambio, la acción de contracción muscular de la vejiga es involuntario, así como la apertura de un esfínter llamado esfínter uretral interno.

Vías urinarias: la uretra.

La uretra es un conducto que comunica la vejiga, a la que se une por su base, con el exterior. Es un poco diferente en hombres y en mujeres. En mujeres, es un tubo oblicuo de entre 3,5 y 4 centímetros de longitud, que se abre un poco por encima de la vagina. En cambio, en los hombres mide unos 20 centímetros y cruza la próstata, el diafragma urogenital y el pene, en cuyo extremo se abre al exterior.

Breve introducción al sistema linfático

El sistema linfático está constituido por un líquido denominado linfa, que corre por el interior de unos vasos de conducción denominados vasos linfáticos. Además de los vasos linfáticos, existen una serie de órganos y estructuras que intervienen en procesos implicados con la linfa.

El sistema linfático tiene tres funciones fundamentales:

• Drenaje del líquido intersticial.
• Transporte de los lípidos de la dieta desde el aparato digestivo hasta la sangre.
• Repuesta inmunitaria, ya que la linfa está cargada de células defensivas y algunos órganos linfáticos están implicados en el proceso inmunitario.

Existen varios tipos de vasos linfáticos:

Vasos linfáticos y nódulos

• Capilares linfáticos: son vasos linfáticos muy finos, compuestos por células endoteliales y con una cierta forma abombada, debido a que las uniones entre las células endoteliales se unen formando una válvula que hace que la linfa sólo pueda avanzar en una dirección. Estas uniones, además, pueden abrirse, permitiendo que puedan penetrar al interior del vaso sustancias, moléculas y células inmunitarias.
• Vasos linfáticos: son vasos de paredes finas, con multitud de válvulas que impiden el reflujo de la linfa. Debemos tener en cuenta que la linfa carece de órgano impulsor, por lo que evitar el retroceso es trascendental. Los vasos linfáticos se forman por la fusión de capilares linfáticos entre si, aumentando su calibre. Al igual que ocurre en los vasos sanguíneos, aparecen anastomosis. A los grandes vasos linfáticos se les denomina troncos linfáticos. Por los vasos linfáticos circulará al día entre dos y cuatro litros de linfa. Ésta avanza por ellos, gracias a las contracciones de los mismos, ya que se contraen varias veces por minuto, y a la existencia de las válvulas que evitan el retroceso. Además, el recorrido de los vasos linfáticos entre los músculos esqueléticos hacen que la contracción de estos músculos drenen la linfa de los vasos, la empujen, proceso conocido como ordeño. Todos los vasos linfáticos van enlazándose y formando los grandes troncos. Los más importantes son el conducto torácico izquierdo y derecho. Acaban desembocando al sistema circulatorio en dos puntos, en el ángulo que forman las venas yugular interna y subclavia, por la derecha e izquierda.

En cuanto a los órganos linfáticos más importantes son los siguientes:

• Ganglios linfáticos: estructuras ovales, de entre uno y veinticinco milímetros de diámetro, que se encuentran a lo largo de los vasos linfáticos. En el cuerpo existen entre seiscientos y setecientos ganglios, dispuestos en grupos y en ocasiones formando dos conjuntos, uno superficial y uno profundo. Están constituido por una cápsula exterior de tejido conjuntivo denso y unas trabéculas interiores. En los ganglios se acumulan linfocitos, que actuarán como sistema de reconocimiento y defensa. También encontramos macrófagos. Los ganglios pueden actuar como depósitos de linfa, aunque su función principal es actuar de filtro frente a sustancias extrañas y e invasores, que entran en el ganglio, quedan atrapados y entran en contacto con las células defensivas, siendo reconocidos y atacados por linfocitos y macrófagos.

Gánglios linfáticos.

• Amígdalas: agregados de nódulos linfáticos, inmersos en una mucosa, formando un anillo en la cavidad de la faringe. Protege al cuerpo frente a invasores que se inhalan o se ingieren.
• Bazo: órgano oval de unos doce centímetros de largo, situado en el hipocardio izquierdo, entre el diafragma y el estómago. No filtra la linfa, sirve de lugar de maduración de linfocitos B y colabora en la fagocitosis bacteriana y para eliminar eritrocitos y trombocitos deteriorados. Además, almacena sangre y la libera si se necesita.
• Timo: órgano bilobulado, situado en la parte superior del mediastino. Es el lugar de maduración de los linfocitos T. Es más activo en niños, llegando a atrofiarse con el paso de los años.

Órganos linfáticos.