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Tema 9 : Tema 9: Técnicas de estudio de la célula. La membrana celular

2.-     MÉTODOS DE ESTUDIO DE LA CÉLULA.

La célula puede ser estudiada desde un punto de vista de su composición, lo cual nos va a permitir conocer la química de sus distintos componentes y desde un punto de vista de su morfología y fisiología, de modo que se puede conocer su forma, tamaño, estructura interna y funcionamiento.

2.1.-  Estudio de la composición química.

Para conocer la composición química de los diferentes orgánulos celulares, en primer lugar se debe de romper la membrana celular y posteriormente se deben de separar los distintos elementos.

Para romper la membrana, se suelen utilizar ultrasonidos, detergentes y homogeneizadores, mientras que para proceder a la separación de los distintos componentes se suele utilizar la centrifugación diferencial, de modo que cada orgánulo o parte celular va sedimentando a diferente velocidad dependiendo se su densidad. Una vez se han separado los diferentes componentes se puede proceder al análisis químico de cada uno de ellos.

2.2.-  Estudio de la estructura morfológica y fisiológica.

El estudio de la morfología y fisiología celular, puede realizarse tanto con células vivas como con células muertas. Trabajando con células vivas, se puede conocer la estructura dinámica, mientras que trabajando con células muertas podemos conocer la estructura estática, y se podrá realizar una disección más fina de los diferentes componentes celulares.

Métodos en células vivas

Los principales métodos utilizados con células vivas son los siguientes:

•   Transluminación y Exteriorización de Órganos: Consiste en observar directamente el tejido a estudiar con un foco de luz o utilizando técnicas microscópicas.

•   Cámaras transparentes: Son cristales que se aplican sobre tejidos o heridas y que permiten aislar grupos de células para proceder posteriormente a su observación microscópica.

•   Cultivos celulares: Es el método más utilizado con células vivas. Su finalidad básica es la de generar células en un ambiente propicio, para proceder posteriormente a su estudio. Un cultivo celular consta de los siguientes pasos:

*   Toma de muestra.

*   Preparación de la muestra y fragmentación: El tejido extraído se despoja de las partes que no interesen mediante el instrumental adecuado.

*   Tripsinización: Se añade tripsina a fin de disgregar el tejido.

*   Preparación de la suspensión celular: Se lava el tejido para eliminar la tripsina, ya que su acción prolongada puede producir la lisis de las células. Posteriormente se suspende el tejido en un caldo de cultivo.

*   Distribución en tubo de incubación: La suspensión se pasa a tubos o matraces y son incubados en una estufa a 37 ºC.

Métodos en Células Muertas

Los principales métodos utilizados con células muertas son los siguientes:

•   Fijación de componentes celulares: Se realiza para impedir la lisis de la célula antes de su observación microscópica.

•   Corte y Tinción de láminas: Una vez fijadas las células, se realizan en ellas finos cortes o láminas delgadas para proceder a su observación microscópica. Para ello hay que endurecer el tejido a observar, bien por congelación o mediante inclusión de sustancias duras como la parafina, si la observación es al M.O., o el plástico si la observación es al M.E.

Además dado que la mayor parte de los tejidos son transparentes, se suelen utilizar tinciones, como por ejemplo la Hematoxilina que tiñe los núcleos en azul o la Eosina, que tiñe el citoplasma en rosa.

2.3.-  Observación microscópica.

Una vez han sido preparadas las muestras, se procede a su observación microscópica. En biología se utilizan básicamente tres tipos de microscopios:

•   MICROSCOPIO ÓPTICO: Consta de dos lentes convergentes que permiten aumentar varias veces el tamaño del objeto. Tiene dos sistemas: un sistema óptico, constituido por el ocular y el objetivo, y un sistema mecánico, que permite el enfoque de las lentes sobre el objetivo. El número de aumentos es el producto de los aumentos del ocular por el objetivo. (p.e. 40 x 10 = 400). El objeto a estudiar es iluminado por un haz luminoso emitido por una lámpara de incandescencia, que condensa la luz por medio de un condensador.

•   MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE TRANSMISIÓN: Consta de dos sistemas uno mecánico y otro de amplificación. La fuente luminosa es un haz de electrones producido por un cátodo o filamento de tungsteno que se condensa por medio de un condensador e incide en el objeto a observar produciéndose un primer aumento. Al  mismo tiempo el resto de electrones atraviesan la muestra y a través de una lente proyectora se produce un segundo aumento.

•   MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO: Proporciona una imagen tridimensional empleándose para la observación de superficies. Consiste en un cátodo que emite un haz de electrones que atraviesa un condensador, un deflector de luz y la lente de proyección. Posteriormente incide en la muestra, la cual ha ido recubierta previamente por un baño metálico (generalmente oro). Se produce así, una emisión secundaria que al chocar con el espécimen emite un centelleo, el cual es recogido por un tubo fotomultiplicador o detector y transmitido a una pantalla donde puede observarse la muestra. En el caso del M.E.B. el haz de iluminación no atraviesa directamente la muestra, como ocurre en el M.O y en el M.E.

Para completar

http://edu.jccm.es/ies/fmena/docs/deps/bio/t01_bio2bach.pdf

LA MEMBRANA PLASMÁTICA

Todas las membranas biológicas comparten una estructura básica común: una lámina fina de lípidos y proteínas unidos entre sí mediante interacciones no covalentes. Esta disposición le confiere su carácter de membrana semipermeable.

Estamos también ante una estructura altamente informativa. Mediante las proteínas de membrana, la célula no sólo regula el paso de numerosas sustancias sino que puede comunicarse con otras células o con el entorno.

1.1.   Estructura de la membrana plasmática.

La membrana plasmática es una capa delgada (75A.) que define los límites de la célula y establece las pautas de intercambio de sustancias con el exterior, manteniendo las diferencias esenciales entre el contenido celular en el hialoplasma o citososol y su entorno extracelular.

El modelo estructural aceptado en la actualidad se conoce como “mosaico fluido” en el que distinguimos:

1.1.1.       Bicapa lipídica:

  • Se trata de una doble capa de fosfolípidos con sus cabezas polares orientadas al exterior e interior de la célula, y las colas hidrofóbicas dispuestas en la zona central. Así impide que solutos polares difundan a través de la membrana, pero permite la difusión pasiva de las moléculas hidrofóbicas.
  • Existe la posibilidad de que los fosfolípidos se desplacen dentro de la monocapa otorgando fluidez a la membrana o cambien de monocapa (movimiento flip-flop) pero esto es muy poco frecuente.
  • No todos los fosfolípidos son igual de abundantes, dependiendo del tipo de célula existe un microdominios enriquecidos en algún tipo de fosfatidilcolina, fosfatidiletalamina, fosfatidilserina, etc.

Además posee otros lípidos como

Glucolíplidos: normalmente se encuentran en monocapa no citosolica y las ramificaciones glucidicas (al igual que glicoproteínas) formando el glucocalix. Permiten la interacción con otras moléculas del medio extracelular, lo que las convierte en elementos esenciales de comunicación intercelular. Realizan una función importante como marcadores biológicos y reconocimiento celular (ej: grupos sanguíneos)

  • Colesterol: la membrana alberga cantidades variables de colesterol, hecho que le permite regular su rigidez.

1.1.2.      Proteínas:

También posee un mosaico fluido de proteínas que navegan a modo de iceberg en este mar lipídico. Aproximadamente el 50% de la masa de la membrana es proteína. En el componente proteico reside la mayor parte de la funcionalidad de la membrana; las diferentes proteínas realizan funciones específicas:

Según su localización dentro de la membrana hay dos tipos de proteínas:

  • Proteínas integrales. Embebidas en la bicapa lipídica, atraviesan la membrana una o varias veces, asomando por una o las dos caras (proteínas transmembrana); o bien mediante enlaces covalentes con un lípido o un glúcido de la membrana.
  • Proteínas periféricas. A ambos lados de la bicapa, pueden estar unidos débilmente por enlaces no covalentes. Fácilmente separables de la bicapa, sin provocar su ruptura.

1.2.   Especializaciones de la membrana plasmática

La mayoría de las células de los tejidos presentan al menos dos regiones especializadas.

A)    Microvellosidades.

Son extensiones digitiformes en la superficie de muchas células con el objetivo de ampliar el área superficial. Por ejemplo las células epiteliales del intestino delgado tienen miles, haciendo que la superficie de absorción sea 20 veces mayor, mejorando su función.

B)    Uniones Intercelulares.

Regiones especializadas que permiten a las células adyacentes unirse entre sí o intercambiar pequeñas moléculas. En la mayoría de los tejidos de los vertebrados las hay de tres tipos:

  1. Uniones herméticas o estancas. Sellan las células entre sí formando una capa continua, que impide el paso de moléculas a través de los espacios intercelulares.
  2. Desmosomas: Unen mecánicamente células vecinas, y se refuerzan con elementos del citoesqueleto. Abundan en tejidos sometidos a fuertes tensiones.
  3. Uniones de comunicación o tipo gap. canales intercelulares que permiten el paso de iones y pequeñas moléculas. Son importantes para la comunicación entre células vecinas o nutrición de las células que están lejos de vasos sanguíneos. En vegetales se da un tipo de unión muy similar a este que son los plasmodesmos.

1.3.   Propiedades derivadas de su composición.

  • Capacidad de autoensamblaje  y autosellado

Al ser moléculas anfipáticas muestran una tendencia natural a autoensamblarse y construir bicapas que se cierran espontáneamente. Si se rompen o separan los fosfolípidos, se reorganizan y se unen de nuevo, restableciéndose la bicapa

  • Fluidez

Al ser una estructura basada en enlaces débiles, no covalentes  entre sus componentes confiere a las membranas una extraordinaria fluidez y flexibilidad. La fluidez depende de la composición de sus ácidos grasos y de su contenido en colesterol.

  • Impermeabilidad.

La naturaleza hidrófoba de la bicapa lipídica es responsable de su relativa impermeabilidad frente a moléculas hidrosolubles, sobre todo si tienen un tamaño considerable haciendo de barrera de contención, impidiendo que escape de la célula la mayor parte de su contenido hidrosoluble.

Dado que la impermeabilidad de la membrana no puede ser absoluta, se han desarrollado diferentes sistemas de transporte, ya sea:

  1. Transporte pasivo a través de canales proteicos de forma similar a la difusión simple de moléculas lipilicas o
  2. Difusión facilitada a través de proteínas (permeasas) que se unen a sustrato y favorece el transporte.
  3.  Transporte activo: también por parte de proteínas transortadoras especializadas, pero que se realiza contra gradiente electroquímico, por lo que requiere de gasto energético. EJ: bomba Na/K.
  4. Endocitosis/ Exocitosis: La 1ª son invaginaciones de la m.p. que crean vesículas para incorporar solutos de gran tamaño, macromoléculas, bacterias, virus, etc. ya sea pinocitosis o fagocitosis en función del tipo de sustancia. La exocitosis es lo contrario: fusión de vesículas intracelulares con la membrana plasmática y la liberación de su contenido al medio extracelular.

1.4.   Funciones Biológicas de la M.Pl

Además de la función más evidente de barrera física que contiene la célula, la membrana plasmática lleva a cabo otras funciones fundamentales, entre las que destacan:

  • Permeabilidad selectiva, mediante el control del paso de sustancias entre el exterior y el interior, produce, modula y conserva gradientes electroquímicos a ambos lados
  • Recibir y transmitir señales. gracias a la existencia de: receptores específicos de neurotransmisores y de hormona, y el potencial de membrana
  • Conforma la identidad antigénica de cada individuo debido a que las proteínas específicas de la membrana celular constituyen una combinación única en cada individuo, que permite ser reconocida por las defensas inmunitarias al contener antígenos específicos.
  • Controlar el desarrollo y la división celular.

Para completar

http://edu.jccm.es/ies/fmena/docs/deps/bio/t07_bio2bach.pdf

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