Fundamentos de Biologia Celular y Molecular de de Robertis [Paperback ed.] 9500204142, 9789500204149

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FUNDAMENTQS DE

BIOLOGIA CELULAR YMOLECULAR DE DE ROBERTIS

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Fundamentos ha sido concebido como texto para estudiantes de bachilleratos especializados y para quienes desean ingresar a instituciones universitarias o realizan cursos superiores de biología celular en el campo de las ciencias médicas, agronómicas, veterinarias exactas y biotecnológicas. Su contenido ha sido organizado de manera didáctica e integrada, pasando de las cuestiones más simples a las más complejas. Brinda una cobertura completa de los componentes de la célula, abordados con un criterio funcional a fin de facilitar la conexión de sus temas con los de otras materias biológicas. En lo concerniente a las ciencias médicas, el texto responde tanto a los programas tradicionales como a los basados en el autoaprendizaje y la resolución de problemas, ya que los contenidos de sus 23 capítulos son presentados de modo tal que el estudiante puede Iocalizarlos, incorporarlos e interrelacionarlos autónomamente. Fundamentos es un texto de biología celular conciso, actualizado, muy comprensible y profusamente ilustrado con micrografías y figuras en colores, concordante con la orientación seguida por la enseñanza de la materia en los principales centros en que se imparte.

Eduardo M. F. De Robertis Es doctor en Medicina v se graduó con

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Medalla de Ciro en la Facultad de Medicina de la República Oriental del Uruguav. ¡ Ademas es doctor en Bioquímica de la Facultad de Ciencias Exactas de la Universidad de Buenos Aires. Despues de

completar su doctorado en la Fundación Campomar se trasladó a Cambridge, Inglaterra, para continuar su entrenamiento con Sir Gurdon en embriología de anfibios. Desde I9-B5 es profesor titular de Bioquímica de la Facultad de

Medicina de la Universidad de California, Los Ángeles, donde ocupa la Norman Sprague Endovved Chair for Molecular Clncologv. En I994 recibió la distinción de ser nombrado Investigador del Howard Hughes Medical Institute- I-la sido elegido miembro de la European Molecular Biology {EMBCi], de la Úrganización Iberoamericana de Biologia Molecular {IMBCI'} jr es miembro correspondiente dela Société de Biologie de Paris. Ha recibido distinciones de la Fundación Konex, del College de

France de Paris v de otras entidades. Es miembro de Consejos :asesores de numerosas organiaaciones internacionales. Recientemente ha sido elegido miembro de la American Academy ofArts and Sciences. josé Hilo Se graduó en la Facultad de Medicina de

la Universidad de Buenos Aires. Es doctor en Medicina de esa universidad v doctor en Biología de la Universidad del Salvador. Tempranarnente se dedicó a la docencia jr se trasladó _como becario de la Clrganiaación Mundial de la 5aludal Centro Latinoamericano de Perinatología de Montevideo, dirigido por el profesor Roberto Caldevro-Barcia.PiIIí realizó sus primeros trabajos de investigación, vinculados con la contractilidad de los órganos del sistema reproductor

masculino v su regulación farmacológica v hormonal. Luego se radicó en Buenos Aires, donde como miembro del CONICET continuó con sus investigaciones, que fueron registradas en mas de 3D publicaciones en revistas extranjeras, o comunicadas en

congresos nacionales e internacionales de la especialidad. En l9Bó fue nombrado profesor adiunto del Departamento de Biología Celular, Histología, Embriología v Genética de la Facultad de Medicina de la Universidad de Buenos Aires jr desde I99ó es profesor titular de esa asignatura en la Universidad

Abierta Interamericana. Fue miembro del Comité Científico del Primer Congreso Panamericano de åndrología y ha sido premiado por el Ministerio de Educación de la Nación por su trabajo Contrcictílídod del ebidídímo. Es autor de los libros

I nil=r'iuIn¡_-Ira Merliro c- Histnlogin de Di Fiore -Texto vndds-; 'este iililrii-:,.1I Igii.-.I i||n- liiii-:luiiirii.'ui.,Ii:1 sido traducido al portugues.

Los estudios moleculares de la célula han _ alcanzado logros tan significativos que convierten

a la biologia celular en el basamento de la mayoría de las asignaturas de las ciencias

biológicas. Los veintitrés capítulos que componen esta nueva edición han sido revisados, ampliados y

actualizados en consonancia con los espectaculares avances registrados en la mayor parte de los temas.Todos han sido presentados en forma concisa y didáctica, encabezados por códigos que agilizan la búsqueda de los contenidos y permiten su integración. Además se

ha cambiado el formato del libro y se ha recreado su diseño mediante la incorporación de ilustraciones nuevas y el empleo de colores. En lo que atañe a los estudios médicos, el texto se adecua tanto a los programas tradicionales como al aprendizaje basado en la resolución de problemas, pues ha sido redactado de modo que el estudiante pueda comprender sus conceptos con razonable facilidad.

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UNDAMENTOS DE BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR

que se repiten cada vez que se hace referencia a cuestiones vinculadas con sus contenidos, lo que facilitará la búsqueda de los temas y agilizará los intentos de integrarlos. Como es natural, la preparación de una nueva edición es una tarea compleja que

depende del esfuerzo de muchas personas. Entre los colaboradores más dedicados se destaca el diseñador grafico Alejandro F. Demartini, quien tuvo a su cargo la recreación de las ilustraciones, la elaboración de las figuras nuevas y la diagramación de las páginas. Deseamos resaltar el incalculable aporte que nos brindó, no sólo por su pericia editorial sino también por el empeño con que afrontó los problemas que se presentaron, pues no cejó hasta que la estética y la información de las figuras llegaran al nivel que deseábamos. Merece una mención especial el señor Arnaldo Saita, de quien dependió la corrección del texto original a fin de alcanzar -y no dudamos que lo consiguió- la mayor precisión idiomatica posible. Cabe también mencionar a la señorita Marina von der Pahlen y a los señores Americo Ruocco, Miguel A. Romero y Roque Quinteros por la colaboración proporcionada en distintas etapas de la preparación del libro. Finalmente, dejamos sentado nuestro agradecimiento a la Directora Editorial de El Ateneo, señora Luz Henríquez, por su anuencia para que se publique esta

nueva edición de Fundamentos, y al Editor del Departamento de Medicina, señor Enrique Lohrmann, por su generoso e incondicional apoyo desde que se gestó el proyecto.

Los Auroruss

Indice

LA CELULA Introducción ............................................................................................................. _. l Niveles de organización .......................................................................................... .. 2 Características generales de las células ................................................................... ._ 3 LOS COMPONENTES QUIMICOS DE LA CELULA Introducción .......................................................................................................... _. 21 Agua y minerales ................................................................................................... ._ 22 Acidos nucleicos ................................................................................................... ._ 23 Hidratos de carbono .............................................................................................. .. 27 Lípidos ................................................................................................................... .. 30 Proteínas ................................................................................................................ _. 35 Enzimas ................................................................................................................. .. 40 El origen de las células .......................................................................................... ,.43 LAS MEMBRANAS CELULARES. Permeabilidad de las membranas Actividades de las membranas .............................................................................. .. 47 Estructura de las membranas ................................................................................. ._ 48 Fluidez de las membranas ..................................................................................... .. 52 Permeabilidad de las membranas celulares ........................................................... ._ 56 La membrana plasmática y la pared de la célula vegetal ...................................... _. 68 EL CITOSOL Componentes ......................................................................................................... .. 71 Chaperonas ............................................................................................................ _. 73 Proteasornas ........................................................................................................... ._ 75 EL CITOESQUELETO. Forma y motílidatl Componentes ......................................................................................................... ._ Iiilamentos intermedios ......................................................................................... ._ Microlúbulos ......................................................................................................... _. ("e11l1'o.~;on1a ............................................................................................................ ._

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(`iIlos ..................................................................................................................... .. 86

Cuerpos basalcs y centríolos ................................................................................. _. 89 l"iI;||||c1ilo.~; tic zlclina .............................................................................................. .. 92 Mulilitlml t't'Ii|I:l|' ................................................................................................... ._ 97 Mit'mvt'llnHi¢l:|tlt's ................................................................................................ .. l0l I'ti||l|:|t'1iIiiI;uI |n||.~;i'l|l:|| _ , , , , , _ , , _ . , , , , , _ _ , , , . . . . , . , . . . . , . . . . , . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. lll?. I '||iu".|||it'li'I|i iI|'I rlilltn iln

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De Robertis. Eduardo Fundamentos dc Biología Celular y Molecular dc De Robertis De Robertis, Eduardo-Hib. lose 4° ed. - Buenos Aires - El Atenco, 2004 I 444 paginas. ió x 2;¬ cm

ISBN 950-02-0414-2 I

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l. Biología Celular- 2 Biología Molecular- I. José Hib Il. Título CDD (›l8.2

Tercera edición publicada en portugués con el título De Rob¬¬. t.Z1¬-. ¬¡¿_¡ _o ¬D_ _Q_

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La molecula de ácido nucleico es un polímero cuyos ruonomeros son nucleotidos sucesivamente ligados mediante unìones fusfodiéster (fig. 2-2]. En estas uniones los fosfatos ligan el carbono 3' de la pentosa de un nucleotido con el carbono 5' de la pentosa del nucleotido siguiente. En consecuencia, el eje del acido nucleico está constituido por las pentosas y los fosfatos, y las bases nitrogenadas surgen de las pentosas, El extremo de la molecula qtte contiene la pentosa con el C5' libre se llama extremo 5', y el que posee la pentosa con el C3' libre, extremo 3', Como ilttstra la figura 2-2, el ácido fosforico utiliza dos de sus tres grupos ácidos en las uniones 3",5'-dioster. El grupo restante confiere al ticido nucleico sus propieda-

des acidas, lo que posibilita la formacion de uniones ionicas con proteínas basicas (en el capítulo l-14 se señalo que en las celulas eucariotas el .ADN esta asociado con proteínas basicas llamadas histonas, con las que forma el complejo nucleoproteico denominado cromatina)- Ademas, dicho grupo acido libre hace que los acidos nucleicos sean basofilos (se colorean con colorantes basicos)_ Las pentusas son dc dos tipos: desuxirrihusa en el ADN y ribosa en el ARN. La diferencia entre estos azúcares es que la desoximìbosa tiene un átomo de oxígeno menos lfig. 2-2), Para visualizar el ADN con el microscopio optico se puede utilizar una reaccion eitoquímica es-

pecífica denominada reaccion de Peulgen (cap, 23-21)Las bases nitrogenndas que se encuentran en los ácidos nucleicos son también de dos tipos: pirimidinas y purinas, Las pirimtidinos poseen un anillo heterociclico, "":' unacito mientras que las purinas tienen dos anillos fusionados !"=¬j. I¿E -c v=H entre sí. En cl ADN, las pirimidinas son la timina (T) y =t-L 2`i la citosina (C), y las puriuas, la adenina [AJ y la gnanina (G) Iffig. 2-5). El ARN contiene uracilo (U) en lugm' 3'-Í de timina. Existen tres diferencias fundamentales entre el :t-_-3. nioosn Í G ADN y el ARN. Como acaba de señalarse, el ADN tiene =on desoxirribosa y timina (T) y el ARN posee ribosa y uraDESÚPÉIHHIBDSA cilo (U). Cltra diferencia es que la molecula de ADN es H*¿"l¬H." - _= H siempre doble {contiene dos cadenas polinucleotídicas}, te o-o¬_.__._G._.,l,___ como se verá en la proxima seccion. Fig, 2-2. Sector de una cadeLa combinacion de una base con una pentosa (sin el fosfato) constituye un na dc ácido nucleico que nucleosido. Por ejemplo, la adenosina (adenina + ribosa) es un nucleosido, muestra los distintos tipos de rruientras que la adenosina monofosfato (AMP), la adenosina difosfato (ADP) nucleotidos que la componen.

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y la adenosina trifosfato (ATP) son ejemplos de nueleotidos tffig. 2-3). Ademas de actuar como bloques para la construccion de los acidos nucleicos, los nucleotidos -por ejemplo, el recién citado ATP- son utilizados para depositar y transferir energia química. La figura 2-3 muestra que las dos uniones fosfato temtinales del ATP contienen gran cantidad de energía. Cuando se produce la hidrolisis de estas uniones, la energía liberada puede ser usada por la celula para realizar sus actividades (fig. S-ll, La tlnion -- P rlc alta energía permite que la celula acumule gran cantidad de ella t-u un t-sjnu-io rnducido y que la mantenga lista para usarla en cl luoiuirnltiru-|in-1--. in-1 t--..ui:|.

1. LÚ5 ÉÚMPÚNENTE5 QUIMÍCCIS DE LA CET-ÍJIJI.

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Utres nucleetides, cerne la citidina trifesfate (CTP). la uridina rrifesfate (UTP), ia guanesina trifesfate (GIP) v la tirnesina trifesfate {TTP}, tienen también unienes de alta energia, pere la fuente principal de energia de la ce-

lula es el ATP. El ADN se encuentra en les erganismes ví ves baje ta ferrna de rneleeulas de muy alle pcee rnelecular. Per ejemple, la Escheric-nin ceii tiene una meIécula de HDN circulm de 3.4U{}.ÚOÓ pares dc bases cen una lengitud de 1,4 mm. La cantidad de ADN en les erganismes supcrieres puede ser varies cientes de veces rnaver. 1.2U{] veces en el case del hernbre. ƒssi, el ADN cempletamente eatendide de una celula dipleidc humana tiene una lengitud total de alrededor de 1,'i"i`.'I rn. Teda la inferrnacidn genetica dc un erganisme vive se encuentra acumulada enla secuencia lineal de las cuatre bases de sus ácides nucleices. La cslructu ra primaria de tedas la preteínas (cs decir, ia cantidad jr la secuencia de sus aniineácidesi es cedificada per un alfabete de ceatre letras (A, T, G, C). line de ies descuerimientes más extrae-rdinaries de la laielegia tnelecular fue

el hallaege jv la interpretación de este código genética (cap. 13-4]. Un pase previe a cse descul:-riniiente -que tuve una gran infliiencia en la iliiucidacidn de la estructura del ADN- fue cenecer qee en cada melécuia :lc ADN la cantidad de adenina es igual a la de timina (Pi = T] 1,* la de citesiun igual a ia de guanina (C = G). En censecuencia, el númere de purinaa es nldntice al de pirimidinas (A + G = C + T). Ceme es ldgice, la relación .f\'l`i"G{Í.' varía entre las especies (per ejempie. en ci hembre la relación ea de 1,52 jr en la Eschertcƒiin ce.-ft es de 0,93).

1 -1. El ÄDN cs una deble helicc [in 1953, laasandese en les dates ebtenides per Wilkins 1,' Franklin meiI|nnI.c difracción de raves K, Watson y Crick prepusieren un rnedele para la

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Fig. 2-2'?. Estructura primaria de una proteina trihonuclcitsa |n||u'|vltlica lniviniti. "v'i'~:uis±-. Itir. t'||i|I|ii |n|i'r|ii". ilirltllllllu |*r|II|' liI'. iI'.I|¬I||¡I'.

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La estructura terciaria es consecuencia de la formacion de nuevos plegamientos en las estructuras secundarias hélice ot. jr hoja plagada |3, lo que da lugar a la configuracion tridimensional de la proteína. Los nuevos ptegamientos se producen porque se relacioualt químicamente ciertos aminoácidos dis-

tantes entre si en la cadena polipeptídica. Según el piegamiento que adoptan, se generan proteinas fibrosas o globulares ífig. 2-29). Las proteínas ƒibrusus se forman a partir de cadenas poiipeptídicas to de tramos proteicos] con es-

Fig. 2-29. Estructuras terciarias de las proteinas. ás. Fibrosa. B, C jr D. Globular

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tructura sccundaria tipo hélice ct exclusivamente. En cambio, las proteínas gioimlïares se forman tanto a partir de hélices ot como de hojas plegadas o dc una combinacion de ambas. La estructura cuateruaria resulta de la combinacion de dos o más polipéptidos, lo que origina moléculas de gran complejidad. Por ejemplo, la hemoglobina es el resultado de la integracion de cuatro cadenas polipeptidicas (fig. 2-Zrii). ¿_

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2. LÚS CÚMPÚHENTES QUIMÍCÚÉ DE LA ÉEiJ.ILrït

2¬1D. Distintos tipos de uniones químicas determinan la estructura de las proteinas

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La disposicion espacial de una molécula proteica se halla predeterminada por la secuencia de sus a1¬ni~ noácidos (estructura prirnariajl. Los restantes niveles de organizacion dependen del establecimiento de diferentes tipos de uniones qulrnicas entre los átomos de los aminoácidos. Así, se producen uniones env:-1» lentes -por ejernple, puentes -S~S- entre los grupos -SI-I de dos eisteínas- y varios tipos de interacciones débiles, es decir. uniones no eovalentes. En-

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tre estas últirnas se encuentran tfig. 2-31): _ __,i I) Patentes de .31-idrdgcuo, que se producen cuando un protdn (I-1*) es compartido entre dos atornos / *».~__ \r "`“-¬t B2 ' Grupo hem electronegativos {de oxigeno o de nitrógeno) podaimos entre si. 'fa virnos que los puentes de hidrdgeFlg. I-Sil. Estructura euaterno son esenciales para el apareamiento específico entre las bases complemennaria de las proteínas. Se retarias de los acidos nucleicos. lo cual proporciona la fuerza que mantiene unipresenta la hemoglobina, tlas a las dos cadenas del ADN. Las fi guras 2-5 1-,f 2~3l muestran los puentes compuesta por cuatro subonide hidtdgeno en el ADN '_v en las proteinas, respectivarrtente. dades, dos ct lr dos B. Se indican los sitios donde se hallan 2) Unierrcs itírtrltrfls o electrosråficns, que son el resultado de la fuerza de Iocalizados los cuatro grupos atracción entre grupos ionizados de carga contraria. hem, lo mismo que los terminales amino {.Pv"J jr carbozilo 3) Interacciones Ítízfroƒdbícas, que dan lugar a la asociacion de grupos no -_

polares enla que se excluye el contacto con el agua. Cabe agregar que en las proteínas globulares, las cadenas laterales mas hidrofobicas se localizan en el interior de las moleculas, mientras que los grupos hidrofíllcos se sitúan en la superficie. Así, los residuos hidrofobicos repelen a las moleculas de agua que rodean a las proteinas gr determinan que su estructura glebular se torne más

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4) Interacciones de ven der Wnnis, que se producen cuando los átomos estan muy cerca. Esta proximidad induce fluctuaciones en sus cargas, causa de atraccion@ mutuas entre los átomos. La diferencia fundamental entre las uniones químicas eovalentes 31 las no -_-nvatentes reside en la cantidad de energía que se necesita para rornperlas. Por ejemplo. un puente de hidrdgeno requiere 4,5 ltcab"rnol", cifra bastante menor que las llü l-tcalifrnor' que necesita la union eevalerne Cl-H del agua, I~1n general, las uniones eovalentes se rompen por la intervencion de enzimas,

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Fig, 1-31. Tipos de uniones

no eovalentes que estabilizan la estructura de las proteínas: unión idnica leninriliejç internceidn de van dor Wants (cci'.--.1.'ir*l: puente de Iiidlfigetiti i'i'r±.trr]-; ir|!1.¬rI|L't.'iñt| |Iiti|'tiI'ñhÍ L'|i iI|'r'Irt'r'¦I. ilb' 'i'. ll. i"t.|||it1 --vu l

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Fig. 2-32. La ionizrtcion de las proteínas depende del pH del medio.

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mientras que las no eovalentes se disocian por t`uerxas fisicoquímicas. Aunque individualmente las uniones no eovalentes son dobites, cuando son numerosas hacen que la estructura molecular se vuelva estable, como ocurre con la doble cadena del ADN.

1?!-11. l-as proteinas tienen cargas positivas vf negativas, pero cn el punto isoclcctrico su cartja rs igual a cero La carga real de una molecula proteica es el resultado de la suma de todas sus cargas. Dado que los grupos acidos jr básicos se disocian a distintas concentraciones de iones hidrogeno en el medio, el pH influye en la carga final

de la molecula. La figura 2-32 muestra que en medio acido los grupos amino capturan H* 3; se comportan corno bases (-NH, + H* ¬s -lili-if), mientras que en un medio alcalino se produce el fenomeno inverso jr se disocian los grupos carboxìlo (-CÚÚH mi CÚÚ” + I-I*}.

Existe un pH clefinido para cada proteína en el que la sarna de las cargas positivas v negativas es igual a cero (fìg. 2-32), Este pH se denomina punto isoeléctrico. En el las proteínas colocadas en un campo electrico no migran a ninguno de los polos, mientras que a un pH mas bajo se desplazan hacia el catodo y a un pH mas alto lo hacen hacia el ánodo. El proceso que da lugar a estos movimientos se llama electroforesis (cap. 23-31)ENZIMAS Ii-T2. Las proteinas cnzimaticas catalizan las reacciones t:|uimicas La célula puede compararse con un minúsculo laboratorio en el que tienen lttgar la sintesis jr la degradacidn de gran número de sustancias. Estos procesos son efectuados por enaimas (del griego en, dentro, 3-f rjfirrtee, levadura) que actúan a la temperatura del organismo y dentro de limites estrechos de pl-I. Las enzimas son los catalizadores biológicos. Un catalizador es una sttstancia que acelera las reacciones qttirriicas sin modificarse, lo que significa que puede ser utilizado una jr otra vez.

El conjunto de las enzimas constituye el grupo de proteinas mas extenso jr más especializado del organismo, responsable de la direccion de la compleja red de reacciones químicas que se producen en la célula. Las enzimas (E) son proteinas o glicoproteinas que tienen uno o más lugares denominados sitios activos, a los cuales se une el sustrato (S), es decir, la sustancia sobre la que actúa la enzima. El sustrato es modificado quírnicamente v convertido en uno o más productos (P). Debido a que esta reaccion es generalmente reversible, puede- ser expresada del siguiente modo:

evs = rest --f s+r›, donde [ES] es un complejo cnzima-susiratti t|t|c sc i`tir|iut ltitttsiltuiitutrttle.

Los tiistinltis tipus tlc cttzittttts ptttxlcu liirtnar t|||in|tt's t-ttvnlctitrvi entre alo

a. Los corvmosaures ouuvncos oa La caLot.s ci 4] mos del sustrato (síntesis) o pueden romperlas ttlcgraclacionji. Las enzimas aceleran la reaccion hasta que se alcanza un punto de equilibrio, y pueden ser tan eficientes como para que la velo-

t-¡dad de la reaccion sea de lil* a 10" veces mas rapida que en ausencia del catalizador. Una caracteristica muy importante de la actividad enzimatica es su especificidad, lo cual significa que cada clase de enzima actúa sobre

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Ps oportuno advertir que enla celula existen moleculas con actividad cnrimatica que no son proteínas sino ácidos ribonucleicos. Reciben el nombre ilc rihozìmas y catalizan la formacion o la ruptura de las uniones fosfodiostor entre los nucieotidos [ver capítulos 15-5 y lo-IU).

.I Iii. algunas enzimas requieren cofactorcs .algunas enzimas requieren la presencia de sustancias llamadas ceenzintas para poder actuar. Por ejemplo, las desbidrogenasas necesitan las coenrimas nieotinamida adenina dinucleotido (l¬'~lAD* o l'~LnDP*l o flavina adeni-

na rlinuclcotido [FAD] rfig. 8-4], ya que estas son las moleculas que reciben -'I iiidrogeno extraido del sustrato. La reaccion es la siguiente: E + StH1t + NAD* -1 E+ -S + NHDH + H*

tin algunos casos la ceenzima es un metal u otro gmpo prostetico que se halla unido en ferina covalente a la proteina eneimatica. En otros cases las . nt-nximas se asocian a las enzimas de manera iaxa. l”¬lumerosas coenztrnas -.mt vitatninas pertenecientes al grupo B.

1 rn. Los sustratos se unen al sitio activo de las enzimas t 'omo vimos, las enzimas tienen una gran especificidad para sus sustratos r suelen no aceptar moléculas relacionadas o que tengan una forma ligera-

nn-nic rlistinta. Esto puede explicarse considerando que la enzima y el sustrato i-xhiheu una intcraccion semejante a la de una cerradura con su llave. En tn I'i¡f_nra 2-33 se observa que la enzima posee un sitio activo, complementario ii uno rie los dominios del sustrato. Aunque la imagen de la llave y la ce-

trnrltu-:i es vrilitla, no significa que enzimas y sustratos sean moleculas estruc|mnImt~utt- ri;-_irIas. así, el sitio activo de la enzima se hace complementario al ±.u-at-aiii xtitrr tlcspnos de ltaliérsclc unido; es el llamado encaje inducido. I 'onto sr- oltst-rva cu la l'ip_||ra 2-33, la union con el sustrato induce un cam'niu tb' t-tn|itt||i'|-itt'it'i|i ttn in t'u'r.it1'|t't, y 1-ttiiti t'.tittu'|t*t¬s ita-1 grtlptis ctttnlilictit-; cit-

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Iancias estrechamente reiacioitadas; así, por p'li t-icmplo, no ejercen accion sobre un estereoiso. x.,-f 1 3 tncro del mismo sustrato. En general, las enzimas llevan el nombre del -atstrato que modifican o el de la actividad que cicrcen, mas el sufijo “-asa". Asi, existen nucleasas o endonucleasas [degrarI.in acidos nucleicos), fosfatasas (sustraen fosfatos), quinasas rios agregan), ¬ailI`atasas, proteasas, glicosidasas, lipasas, oxidasas, reductasas, deshidrogeIf

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mi solo sustrato. Las enzimas suelen ser tan es-

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Fig. 1-33. Los sustratos reaccionan en fortna muy precisa con el sitio activo de ia enzima. .algunas enzimas tienen un encaje inducido, pues el sitio activo es complementario

del sustrato solo despues de que oste se une a la enzima.

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En la union del sustrato con el sitio activo de la enzima participan fuerzas químicas de naturaleca no covalente (uniones ionicas, puentes de hidrogeno, fuerzas de van der Waals), cuyo radio dc accion es muy limitado. Esto explica por que el complejo enzima-sustrato solo puede formarse si la enzima tiene un sitio exactamente complementario al expuesto en la superficie del sustrato.

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2-lo. El comportamiento cirttïticti tic mucitas enzimas se tleiinc por los parametros v',,,,-,, y l __

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irieres {ct::-sei-vense las bandas i-"i c I y les disces El, el retícu-

lu srircep_lasmdt_ìcc v la memIiraria plasmática. Les túbules 'l` sen invaginacienes de la iiicmhraria plasmática que se

vinculan cen el retícu te sareeplzisniátiee, erganiaadas para

i-nnducìr irnpulscs desde la superficie de la celula al inte-

riur de ésta, a fin de que tcdas las iiiiefibrillas se cenlraigan

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ca que lleva el nembre de membrana terminal, desde la cual nacen les filarnentes de actina que ingresan en las micrevellesidades (Hg. 5-33). Es necesarie agregar que en las celulas epiteliales el perimetre de la membrana terminal se centintia cen les filamentes de actina del cinturdn adhesive (sección 5-21 y cap. 6-12) (Hg. 6-E). Velviende al eje de la micrevellesidad, sus filarnentes de actina se unen entre sí per medie de des preteinas ligaderas, la vìllina 3 la fimbrina ífig. 5-38). Además, les 'Filamentes de actina más periferices se cenectan cen preteínas integrales de la membrana plasmática per intermedie de meleeulas de mi-Jsina I. Se descenece per que esta proteína rnetera se lecaliza en una estructura celular inmtfivil.

5-33. En la centractiiidad de las células musculares estriadas

intervienen filanientes de actina v varias ¡iretelnas acceserìas

El miiscule estrìade esta censtituide per celulas te fibras) ciliridricas de lü a ill-5' ttrn de dismetre v varies milimetres e centimetres de lengitud Los cempenentes del citeeseiielete cempremetides en la actividad mecanica de estas celulas feririan estructuras regulares jv estables, adaptadas para acertarse durante la ceritraccidii v alargarse en les períedes de repese_ El iriiiscule ceiistituve une de les ejemples mas clarcs de aseciacieri merfefuncieiial jr de ceme, en una celula, la energia química puede traducirse en trabaje mecanica El diseñe de las celulas musculares estrladas es tan eficien_r _.: __

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te que son capaces de centraerse y relajarse cien o mas veces por segundo y de producir un trabajo mil veces superior a su propio peso. La maquinaria contractil de las células musculares esta representada por unas estructuras regulares derivadas del eitoesqueleto, las mioflbrillas (t`ìg_ 5-39). Estas son tan largas como las propias celulas 3 se disponen paralelamente una al lado de la otra. El grosor de cada miofibrilla es de 1 a 2 um. Sii largo jr su número dependen de la longitud y del diámetro de la celula muscular, respectivamente.

La miofibrilla esta compuesta por una sucesión lineal de unidades conlriictiles denominadas sarctimeros (figs_ 5-40 y 5-41), de 2,2 um de longitud jr un ancho equivalente al de la miofibiilla, de l a 2 um. Con el microscopio electrdnico se observa que ennie los sarcómeros asiste una estructura electrodensa, el disco Z, localizada en medio de una región poco densa, la donde l' (por isorrepice) (fig_ 5-41). A lo largo de las miotibrillas las bandas I se alternan con otras mas densas, las bandas A (por rrnisotrdpica), v en la parte media de éstas se distingue una sona de menor densidad -la donde Hdividida a su vea por la lírica M', más densa que la H _ Las distintas bandas resultan de la variacion periódica en la superposición de las proteínas citoesoueléticas a lo largo de las miotibrillas. Como cada banda se encuentra a la misma altura en todas las miotibrillas, en conjunto generan una alternancia de sonas de diferente densidad, que es la que le confiere la designación de estriado a esta clase de músculo. En la figura 5-40 se muestra la esmictura básica de un sarcómero, en el que se observa alos filamentos de actina naciendo de los discos Z y a fibras gruesas bipolares --de miosina Il- entre dichos filamentos. El eittremo de los filamentos de actina que se une al disco Z es el [+1. En los cortes transversales se comprueba que la handii l contiene únicamente filamentos de actina, la hnncla li srilii liliras ile rninaina I-I, gi' la haitiln Ft ainhns cnittp-nnenlcs_ lin la Innnln .ft -.tniln Iilirn |.|i'i|ira|i iir- nilinvlna apiiici-r¬ riiiioailii ¡air acia I`il|inie-n-

Fig_ 5-41. lvlicrografla elec-

tronica de cuatro rniofibrillas en las que se observan los sarcómeros, con los discos Z 3 las bandas H, A e I. Se aprecia

también el retículo sarcoplasmãtice (RS) entre las miefi-

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lo ll-l3}. El complejo Cai*-troponina C bloquea la accion de la troponina I, lo que permite que la tropomiosina cambie de posicion con respecto a los filamentos de actina jr las cabezas de la miosina II puedan unirse a ellos. La f1¬ gura 5-¿lo muestra esa reaccion; observese a la molecula de tropomiosina en sus dos posiciones, correspondientes alos estados de relajacion jr de contrac¬ cion del músculo.

En los discos Z se encuentra la proteína ligadora tz-actinìna. En ella se anclan no solo los filamentos de actina sino tambien los de titina, una proteina ligadora que se entiende hasta el centro del sarcomero, es decir, hasta la línea

M(ñg_5-41-']. La titina desempeña dos funciones; mantiene a la fibra de miosina ll en su posicion v, debido a que tiene un segmento que se comporta como un resorte, restablece la longitud de reposo de la celula durante la relajacion muscular. La titina es la proteína mas grande detectada en el organismo humano; pesa nada menos que 3.000 lcDa v esta compuesta por una cadena lineal de casi 21-'llllflü aminoácidos Cada filamento de actina se halla. asociado a otra proteina gigante llamada nebulina, que tiene por funcion determinar el largo del filamento durante la miogenesis y conferirle rigidez (fig_ 5-4?). Las miofibrillas se hallan unidas por sus lados mediante filamentos intermedios de desmina (seccion 5-3). Gracias a ellos se evita la perdida del alineamiento delos sarcomeros en el interior de las celulas musculares ante las fuertes tensiones mecánicas a que están sometidas. Finalmente, por debajo de la membrana plasmática la celula muscular posee la proteina ligadora distrofina Es semejante a la espectrina (seccion 5-31) 1-,f conecta a los filamentos de actin.a localizados en la periferia de la celula con un complejo de proteínas membranosas llamadas dfsrrogffcenos 31 sercoglfcnnos. Ft su vez, este complejo se une a la laminina de la lamina ba¬ sal que rodea a la celula (cap. 6-1]. Diversas anomalías en la distrofina o en

alguna de las proteinas asociadas wa consecuencia de alteraciones geneticas- dan lugar a enfermedades conocidas como dfrtrofius rflttscufares. Se

caracterizan por la degeneracion progresiva de los músculos, lo cual puede hacer claudicar las funciones cardiaca y pulmonar y llevar ala muerte. 'I

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5-34. En la contractilidad de las celulas musculares cardiacas participan estructuras similares a las del músculo estriado

citopiasmtitieos durante ia contracción.

Una de las diferencias mas notables entre las celulas musculares esqueleticas yr las celulas musculares cardiacas es la presencia en estas de los discos intercalares, encargados de unit a las celulas cardiacas por sus estremos- Estos discos se comportan como si fueran discos Z, pues de ellos nacen los filamentos de actina v de titinaLos discos intercalares contienen dcsmosomas (cap. o-13); estos se asocian a filamentos intermedios de desmina que derivan -de los que unen a las miofibrillas entre si, mencionados en la seccion anterior Ademas poseen uniones comunicantcs (cap. o-14), necesarias para sincronizar las contracciones de las celulas miocarclieas. 5-35. En las celulas musculares lisas el aparato cnntractil cs rclativatncntc sencillo El aparato contractil de las celulas musculares lisas se asemeja al conjun-

to de fibras tensoras transcelulares presentes en las celulas concctivas (seccion 5-24), con la diferencia de que en las musculares los haces de filamentos de actina son mucho mas gruesos v mas numerosos. Ademas, las panes intermedias de los filamentos de actina son reemplazadas por filamentos intermedios de desmina (fig. 5-48), cuya presencia impide que se comprime la zona central de la celula. donde se halla el núcleo jr se refugian los componentes citoplasmaticos mas delicados para protegerse de la contraccion_ 5-35. El citocsqucleto dcl eritrocito poscc caracteristicas singulares La composicion del citoesqueleto del eritrocito presenta diferencias en comparacion con el citoesqueleto de las otras celulasComo muestra la figura 5-$9, inmediatamente por debajo de la membrana plasmática del eritrocito eitiste una rnalla fibrilar integrada principalmente

por filamentos de espectrina, que es una proteina similar a la fodrina (seccion 5-20). Se trata de un heterodímero compuesto por dos polipeptidos lar-

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gos entrelazados, llamados (xy li fo banda 1 ji banda 2, respectivamente). Dado que los dimeros se conectan por sus puntas, se forman tetrãmeros, cuyos extremos se unen a filamentos de actina cortos io banda 5). La figura 5¬¢19 permite ver que cada filamento de actina se conecta con varias espectrinas tetramericas; tales conexiones son mediadas por la proteina

ligadora aducina_ Muestra también que los filamentos de actina se unen a una glicoproteina transmembranosa llamada glicoforina mediante la proteí-

na ligadora banda 4.1. _-ademas, el filamento de actina se halla asociado a otras dos proteinas: la

tropomodulina, que determinar-ia su longitud, jr la tropomiosina, cuya funcion se desconoce. Cerca de su parte media cada tetrãmero de espectrina se conecta con la proteina transmembranosa banda 3, que es cl contratransportador de Cl- jr HCO," descrito en el capitulo ll- li. En esta union interviene la proteina ligadora anquirina_ Es preciso senalar que el conjunto de este sistema de proteinas citoesqueleticas jr metnbranosas le confiere al eritrocito su forma biconcava jr la flexibilidad necesaria para poder circular por los capilares sanguíneos de diámetros menorcs que el suyo.

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La unión de las células entre sí y con la matriz extracelular E¬l. Las células sc uncn cntrc si sf cun clérncntns nc la nwatrls cstracclular Las urganismcs multicclularcs asian ccmpuaslcs nc sélc par células sinc tamlaìén pcr clcrnéntcs intcrcélularcs- Est-as úlluncs sc agrupan laajc cl nnrnbrc dc matriz cstracclu lar. Las tcjìclcs ~3,f. par cstcnsién, las érganus 3: las sistcmasf sun cl rcsultadc dc asccìacicncs dc cllsrìntcs tipus da células gr mauuccs ésuacélularcs, da ahí qué para pcclcr réccncccr a un tejida daban tsnarsc an cuanta tanta sus células ccmc la calidad 5: la cantidad dé sus cumpuncntcs ìntcrcélulan-.s_

En las tcjidus ccncctivcs las células sa cncucnuau dispersas cn media dé abundantc rnatria catracclular. En cambié, an las cpiLé1_ics las células suclcn estar adusaclas sin qué las sc-:parc präclicamcntc ningún élémcntc cxtracélular- Nu ubstanté, cn las épitélics de rcvcstìmìcntc éaisïc una delgada matriz extracelular llamada lámina basal. intc-:puesta cntrc las células 1-,f al tcjidc ccncctiuc scbré cl que sc apuyan. Láminas basalcs similares sc encuentran cn Otros lcjidcs, pci* cjérnplc, cn türnc dc las células musculares. En cslc capítulc sc analizarán los cumpnncntcs dc la matriz cxtracclular, cómc ss vinculan las células con cllcs 3' las distintas clases dc uniones quc cxislcn cnlrc las células.

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5-Tí. La matriz astracclular cantlcnc élamcntas flulaas af flbrasus Las funcìcnss mas impcrtantcs dc la rnatrls cstfacclular sun: ll rcllcnar lcs cspacíc-s nc ucupadcs pc! las células; 2] ccnfcrir a lcls lcjidcs rcs.isl.cncia

a la cumprcslén ff al cslìramiénlc; 3) cunstitulr al mcdlc pur cunda Hagan las nun-lcntcs y sc clirninan las dcscchcs cclularcs; 4) prcvccr a diversas classs dc células -:lc puntas fijus dundc afcrrarsé; El sar un aéhículc por clnndc rnìgran las células cuanclc sc dcsplaaan dc un punta a cua dal crganismu; El scr - Tabla El-1. F'rincipaIé_s gliccsaminngllcanns 1,-" sus unidades disacàridas |

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un medio por el que arriban a las células las sustancias inductoras tseñalesl provenientes de otras células (cap. ll-1). Los componentes de la matris extracelular pueden clasificarse en fluidos ff fibrosos. Los 'Fluidos corresponden principalmente a gl icosamiuoglicanos ff proteoglicanos (cap. 2-ol, mientras que los fibrosos se dividen en proteinas estructurales [colágeno] ff proteinas adhesivas ljfilrironectina, laminina).

ti-3. los glicosaminriglicantis f los proteolìlittantis son cornponcntcs fluidos dc la matrix extracelular La fase líquida de la matriz extracelular contiene una clase especial dc polisacáridos llamados glicosaminoglicanns, los cuales suelen hallarse asociados entre si ff con proteínas, con las que componen grandes complejos glicoproleicos denominados proteoglicanoe (cap. 2-6) fifìgs. 2- llÍ.¦' ff 2-1 il. Pueden asociarse más de llÍllÍl cadenas de glicosaminoglicanos a una sola proteina ff en ocasiones varios de estos proteoglicanos se unen a una molécula de ácido hialuronico -que es el glicosaminoglieano de mayor tamaño-, lo cual origina agregados moleculares de enormes proporciones fifig. o-1].

Los glicosaminoglicanos son hidratos de carbono compuestos por una sucesion de unidades disacaridas repetidas ff alternadas. en las que uno de los rnonosacaridos posee un grupo amino, puesto que es una N-acetilglucosamina o una H-acetilgalactosamina, ff el segundo es un acido glucuronico, un acido idutoiiico o una galactosa (cap. 2-ti).

En la tabla o-l se mencionan los principales glicosanunoglicanos ff sus unidades repetitivas. Como puede apreciarse a excepcion del acido hialurónico, estén sulfatados. Acausa de la presencia de los sulfatos ff a que poseen numerosos grupos carliioxilo. los glicosamirtoglicanos son moléculas muy acidas, con numerosas cargas negativas que atraen grandes cantidades de Na* -ff, por lo tanto, de I-Ifü-, lo cual aumenta la turgencia de la matriz extracelular.

El-4-_ Las proteínas estructurales más ahundatites de la matriz extracelular son las fibras colagenas En la matriz extracelular, las proteínas estructurales mas importantes co~ rresponden a las fibras colágenas, las cuales están compuestas por l`il:irillas que presentan una estriacidn caracteristica, con una periodicidad de ti? nm ffig. tii-2). La unidad molecular liiisicu tlc ln l`iln'iIlu es cl lrtilititftildutfriti, t¦ni~ r-1. uuu |r|nlrn'||l:| |i|ti1't'it':l I'iIi|I.i:¬':| tli' :ilnfilifiliu ill- lllll nm ill* ltuljfillul ff |.'1 ||||iiIi-1".

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Golageno

pesor (fig. 6-2)- El tropocolageno esta integrado por tres cadenas polipeptidi¬ cas del mismo tamano trenaadas en forma helicoidal. La periodicidad de 6? nm en las cstriaciones de las ñbrillas colagenas se debo a que los tropocolagenos se agregan en paralelo ff se superponen en unas ti-cs cuartas partes de su longitud (fig. El-2). Existen alrededor de 25 clases de cadenas polipeptidicas. En todas, un tercio de los aminoácidos son glicinas, otro tercio suelen ser prolinas e hidroxiprolinas ff el tercio restante son aminoácidos de distintos tipos. Estas cadenas polipeptidicas se combinan de diversas maneras, lo que da lugar a unos l5 tipos de colagenos. Estos se identifican con mi fueros romaf nos, y los principales corresponden a los coliigenos de tipo I, II, lil, IV, VII,

IX ff XI. El colágeno de tipo I se encuentra en la dermis, la cápsula de los organos, el tendón, el hueso, la córnea ff la dentina; los de tipo li, IK 5» XI, en el cartí-

lago; el de tipo lll, enla deimis fetal, el tejido conectivo laxo, la pared de los vasos sanguíneos, el útero, el riñon ff los tejidos hemopoffético ff linfático; los de tipo IV ff 'v'll, en la lamina basal ff en el tejido conectivo subyacente. En el capitulo 5-2? vimos que las fibras de colágeno desempeñan un papel crucial en la migracion de las células, dado que proveen los puntos fijos de sostén para el anclaje temporario de los filopodios. E-5. La 'Fibroncctina v la Iaminina son proteinas adhesivas de la matrir extracelular La fihroneetìna es una glicoproteína fibrosa de 4«=`ll.Il l-tDa, compuesta por dos subunidades polipeptidicas ligadas entre sí por un puente disulfuro cercano a sus extremos carboxilo. Cada subunidad posee dos dominios; como se verá en la proxima seccion, uno se conecta con una proteina de la membrana

plasmados de la célula ff el otro con la fibra coltigena tiig. 5-31]. En el capitulo 5€? se señalo que las moléculas de ilbronectina establecen los itinerarios seguidos por las células migratorias ff median la conexion temporaria de los filopodios con las fibras coltigenas. La laminìna es una glicoproteína flbrosa de unos 'Í-.llltl ldìla, integrada por tres subunidades polipeptítlicas unidas por puentes disulfuro. Tiene forma de cruz, con un braso largo ff tres brazos cortos. La lami nina es abundante en las láminas tiasales, donde se halla asociada al colágeno [V jr n un proteoglicano rico en hcparansulfato ffìg. 63). Es la priliu-ru prnleflin utllicsivu que aparece en la matriz extracelular del embrión, vn tuu- sc la lia ilclcclailn cn las |iiistrir|_icríui¬' di: la sugiticlitiicidii ilu la cdllila lun-vii, u|ii'r|:i!«.' ur Iiiltuu lu ||1in||l;| {i':||i. `.'| '.¡l.

Fig. E-2. Fibras colagenas. Se

componen de tibrillas, ff éstas de trop-ocolageno. La micrografía electronica permite ver sii estriacion caracteristica. derivada de disposicion escaf tonada de las moléculas de

tropocobigeno en las tìbrillas.

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UNIÚNES DE LÄS CELULAS CDN Lili MATRIZ EXTRACELUIAR ti-G, Los contactos focales unen a las celulas dc algunos tejidos concctivas con componentes dc la rnatrir cxtracclular Las células de algunos tejidos conectivos, aunque pueden movilizarse, suelen permanecer en sus sitios debido a que establecen uniones mas o menos duraderas con componentes fijos de la rnatrie extracelular. En esas uniones intcrvienen, del lado de las células, los contactos focales (cap. 5-24), mientras que los componentes fijos de la matriz extracelular corresponden a

las fibras colagenas. Debe recordarse que cada contacto focal consta de una proteína transrncmbranosa llamada integrina, cuffo dominio intento esta unido -mediante

varias proteínas ligadoras- a haces de filamentos de actina denominados fibras tensoras (cap. S¬2d}. Es precisamente la integrina -a traves de su dominio externo¬ - el componente del contacto focal que se conecta con la fibra

colágena de la matrix extracelular. Como muestra la figura 5-31, lo hace con la ayuda de la proteina adhesiva ƒirranectina. En el capitulo 5-2'? se vio que uniones similares a éstas -pero fugacesse establecen durante la migracion celular, cuando los contactos focales de los filopodios se adhieren a fibras colagenas presentes en la ruta de la célula que se desplaaa por la matris extracelular. EJ. Los heniidcsniosoinas anclan a las celulas epiteliales en la lamina basal En los epitelios, las células loasales se vinculan con una parte especialieada de la matriz extracelular conocida como lt-¡mina basal (seccion lo-1). La conexion entre las células ff la ltimina es bastante firme, ffa que se produce mediante unas estructuras llamadas hemìdesmosolnas lfftgs. oi-3 ff o-7). Como los contactos focales, los hemidesmosomas poseen integrinas, pero ostas se hallan agrupadas, sus dominios citosdlicos se unen a filamentos intermedios de queratina (no a fibras tensoras de actinal ff sus dominios ex-

ternos se conectan a una red de colágeno de tipo IV, que existe solo en la lámina basal. Esta ultima conexion se realiza por medio de la lamintnc (fig.

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UNIÚNES TRÄNSITURIAS ENTRE LÄS CELULÁS B-8. En varios procesos biolotjicos sc producen uniones transitorias

entre tipos celulares diferentes Durante las respuestas inmunitarìas, la reparacion de las heridas ff la de~ tencion de las hemorragias es necesario que algunos tipos celulares establez-can uniones transitorias con otras clases de células. Las uniones se producen gracias a los fenomenos biologicos lla.mados reconocimiento ff adhesion

celular. Ambos tienen lugar cuando determinadas células de la sangre ifneutrofilos, monocitos, linfocitos, plaquetas) se conet:tan fugazrneote con las células en-

doteliales de los capilares sanguíneos, lo cual es un prerreouisito para poder salir de la sangre ff pasar a los tejidos (fig. ti-sil- La adhesion se produce porque en la membrana plasmatica de las células sanguíneas existen glicolipidos ff glicoproteínas que interactúan especificamente con glicoproteinas complementarias -llamadas selectinas- presentes en la membrana plasmática de las células endoteliales. lnversarnente, en otras ocasiones los glicolipidos ff

las glicoproteinas se localizan en las células endoteliales ff las selectinas en las células sanguíneas. Estas interacciones son necesarias para que las células sanguíneas se detengan en el lugar apropiado _-f pasen entre dos células endoteliales contiguas,

lo cual les permite alcanzar el tejido donde -según el caso- participaran en la respuesta inmunitaria, en la cicatrización de la herida o en la detención de la hemorragia. La especificidad de la union es provista de un lado por los oligosacaridos de los glicolipidos ff de las glicoproteínas ff del otro por los oligosacsiridos de las selectinas. Los oligosacdridos interactuantcs son diferentes entre si, de modo que se establecen conexiones entre moléculas de distinta composicion funicnes iieteroƒiïicns) (fig. o-Sl. Las selectinas deben sii nombre a las adhesiones selectivas que median ff a que son lectinas, es decir, moléculas que tienen una gran avidez por hidratos de carbono. Cltras adhesiones celulares heterofílicas transitorias tienen lugar entre l.as células mieloides (durante su proliferacion), entre los linfocitos B ff T(durante la activacion de los primeros) ff entre los oligodendrocitos o las células de Schvfann ff las neuronas [durante la mielinizacion). En todos estos casos, oligosactiridos de una de las dos células interactuantes reconocen especifica-

mente a glicoproteinas llamadas sialoadhesinas, presentes en la membrana plasmática de la célula opuesta. En el curso del desarrollo embrionario se producen adhesiones heterofili-

cas similares a las descritas, aunque son mas comunes las adhesiones homofílicas que se analizan en la proxima seccion. Finalmente, otro ejemplo de ad-

hesion heterofilica se da durante la fecundacion del ovocito por el espermatozoide (cap. l9-191.

Fig. ti-5. Uniones moleculares heterofflicas ff homofílicas. En las uniones homofílicas mediadas por las cadherinas interviene el Ca”, ilustrado oonio un rectángulo de color amarillo.

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FITHDHMENTÚS DE EIÚLCIGIA CELULF-.R "f l'¬-1'IlIl-LE.'l.'_`,l_lL.niR

Ademas de unir a las células ff de impedir el pasaje de sustancias a través de- los epitelios, las uniones oclusivas determinan que las composiciones moleculares de las regiones apical ff basolateral de las membranas plasmáticas dc las células epiteliales sean diferentes entre sí. Esta asirnettía se debe a que las uniones oclusivas forman barreras que impiden la difusion lateral de las

proteínas v los lípidos membranosas (caps. 3-3 ff 3-5), parte de los cuales quedan confinados de un lado de las uniones ff parte del otro. El transporte transcelular de solutos ilustrado en las figuras 3-2'? ff 3-ES es posible gracias a la segregacion -a ambos lados de las uniones oclusivas-¬- de proteínas

membranosas que funcionan como canales ionicos ff permeasas. E42. El cinturon adhesivo contiene glicnproteinas llamadas cadherinas El cinturon adhesivo [llamado también desrnosornd en ci`rrtui'-dir, detonasoi-uri en bmidrf, batido de tzdliesion., burro rerfnincii o zcviutcr ridliererifl es otro tipo de union que desarrollan las células epiteliales para mantenerse ligadas entre sí. Se localiza por debajo de la union oclusiva (fig. o-'fl ff cn su composicion intervienen glicoproteinas transrnernbranosas de la familia delas cadherinas (seccion o-É-'Il ff la franja de Íìlatncntos de actina corticales estudiada en el capítulo 5-2]. éilli se adelanto que las cadherinas se conectan con los lilamcntos de actina mediante las proteínas Iigadoraaplacoglolìlina, catenina,

o.¬actinina f víiiculingji!

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Como muestran las figuras o-3 ff 6-lt), las cadherinas dan lugar a una franja proteica que circunda las paredes laterales de la célula, del mismo ancho que la franja de filamentos de actina con la que se hallan conectadas. Las figuras 6-8 fr 6-IU muestran también que la union intercelular se produce en virtud de que las cadherinas se conectan a través de sus dominios externos. Según se vio en la seccion fi-Él', se trata de uniones homofilicas, pues las moléculas que interactúan son iguales entre sí (fig. o-5). El norn bre de cinturon adhesivo hace referencia a las dos caracteristicas mas notorias de este tipo de union: la disposicion circular de las cadherinas ff los filamentos de actina ff la propiedad de las primeras de adherirse mutuamente. El conjunto de cinturones adhesivos forma un enrejado transepitelial, del cual deriva parte de la resistencia lateral de los epitelios.

E-13. El dcstnosonia es coniparado con uri rcniache ff en sii formacion también intervienen cadherinas Los desmosornas (del griego desnuda, vínculo, ff sama, cuerpo) (llamados también desmosornas puni'i]'onne.r o niflciflce ac:lliereu.r), a diferencia de la union oclusiva ff del cinturon adhesivo, constituffen uniones puntiformes entre las células epiteliales contiguas, por lo que han sido comparados con remaches (figs. o-3 ff o-11). Se hallan por debajo del cinturon adhesivo, distribuidos irregulartnente en las paredes laterales de las células. Cada desmosoma ocupa un área circular de aproximadamente 0,5 ¡im de diámetro ff a su nivel las membranas plasmáticas se encuentran separadas por una distancia de 30 a 50 nm. El desmosoma incluffe un grupo de glicoproteinas trunxinci|1Iir:i|io.~:;|s de la l`a|ni|ia de las earlhcrinas, tienominailas tlesniogloíliii I, tli-sniurnlinn I ff tlcsnïiocoliiiii ll. ljfilul i|_i|i¬ cn cl -.*i|il|||'ii|i uillufsivii, las i':ullu'|i|1:|r; ili' l.r. HH Iiilli-Ilinw iulvii ii'nli“. '.=' |||n'|| ifulri' =.| |ni| '.i|r; iliui||i|=lii'. i¬iIi'r||:1'. lln' I`| ll I ln' iiiilflo -.II-

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Fig. l5~lI. Dcsmúserna.

deminies cilïesóiices sc asocian cen fiiarncntes intermedias de queratina (ne

con filamentos de actina). Esta última aseciacien es mediada per una placa discoidal que incluye las preteínas ligaderas desmeplaquina I, desmeplaquina ll y placeglehina. Una cara de la placa se rclaciena cen las cadherinas 3.» la etra cen les filamcntes de queratina, les cuales -ceme horquillasingresan en el disce, se cursan y vuelven al citesel Iïjfig. li- l 1). Además de unir fuertemente a las células epiteliales entre sí, les desmesemas y les filamentes de queraiina cempenen una red transcelular extendida per tede ei epiiclie, al que le cenfieren una gran resistencia mecánica. Es per elle que en les disrinres rejides ei númere de desmesemas es prenercienal al grade de tensidn e de estiramienre a que sen semetides. Per cjemple, en el epireiie de la mucesa de la vejiga urinaria les desrnesernas sen muy abundantes. En el capítule 5-34 se vie que les disc-es intercalares que ligan a las célu-

las musculares cardiacas cenrienen desmesemas aseciades een filamentes de desmina.

E-14. La uni-:in cemnnïc-ante está fermaria per la aseciacien de

cenar-ienes apertades per las células epiteliales cenriguas Las unìencs cernunicantes (llamadas también rrníurres en Frendrdure, uniones “gep " e narrar] sen canales que cemunican les citeplasrnas de las células epiteliales adyacentes. Cada canal esta cempueste por un par de cencrrencs, que sea estructuras cilíndricas huecas que auauiesaa las membranas plasmáticas de las células enfrentadas ififigs. I5-T y 642). La pared del cene:-nf-n resulta dela aseciaci-en de seis proteínas transrnertnbranesas idénticas que delimitan un cenducte central (Hg. 6-12). Estas preIeínaä sc llaman cunerrinas jr se unen cen sus similares del cencxön de la rncluhraiia pinsmiilic-ii -upiicsta, ln que da lugar a un canal que cernunica a las ¿Iris ciiilrlris. [`-icliiilrr ¦| mir' las rrninaiu:n¬:.:-:el:-|¬r.:r~:a|cri cil cl cspriciii irilcrccliilar' r-nin' I 1.' J' mn, iris |1n'|n|ni||nlr¡ ¦rI:|s||iIilir'i|r¬: :Ir ¦|ii'|¦l|.*¬' r'i"*|¦|Il|H r||n-||¦||| r¬'i'|i¦||'li

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das per una distancia de É a 4 nm. Per este meti'-re a la unión cemunicante se la llama también unitin en iiendidura (fig. ti-12). En las celulas epiteliales ies cnnexencs se encuentran entre les desrnesernas. Ne estan unifermerncnte distribuidas sine agrupades en cenjuntes aisladas, cada une cempueste per Lines peces e por cientes de cnncsenes. La .figura 6- t3 cerrespende a una imagen uitrumicrascepica cen celoracien negativa de numereses cener-ienes en la membrana plasmática de un hepatecite. 'Les ceneitenes aparecen ceme anilles que ferrnan un enrcjade he~ 1-tagenal cen una periedicidad de 8.5 nm. En el recuadrn se ebserva una reprcscntacitin legrada mediante el pmcesaniiente derisiterniåtrice cemputarieade dc las iniagcnes electrónicas El cenducte central del ceneiiiín tiene un ditimetre de alrededer de L5 nm. Pet' el pasan libremente algunes selutes (ienes. rnenesaciirides, nucleetides, amineácides, etc.) del citeplasrna de una celula al citeplasma de la celula vecina, pere ne las rnacrnrnelecuias. Tales pasajes indican que existen aceplamientes ntetahelices jr ciectrices entre las celulas centiguas.

La estructura de les cenesenes es cemparable a la de les canales ienices vistes en el capítule 3-14. Debe recerdarsc que les canales dependientes de

veltaje if de ligande estan cempuestes, respectiuarnente, per cuatrn gi cince preteínas transrnerni:-ranesas, en lugar de las seis de les ceneiienes. Estes, ce¬ me les canales ienices, ne sen estructuras estáticas. ya que tienen la capaci¬ dad de abrirse jr de cerrarse. Cemúrrmerrte se hallan abiertes, jr se cierran cuando aumenta la cencentracien de Cal* en el citesel. La figura Ei-12 muestra que ei cierre ebedece a un cambie de inclinación de las cenesinas. Las cenexinas centienen cuatro deminies transmembraneses ¿if sus estrernes amine 5: carbertile se hallan erientados hacia ei citesel. El demini-e contiguo al extreme carbertile tiene una función impertante debida a que su fesferiiación mndlfica la pesicien de la ceneitina 31 lleva al cicrnc del i¬i:-rrtfruin. Dade que en una unien cemunicante la clausura tic un crnii~si`ni .sv puntucc iniIc|¬rcndicntcmcnIc iic|n1rn,clcicrrc ticl canal |1uciIi~ sur i-mi-.r-r-iii-|i¬'i;1ililil i'|alt|sl1|':t :lc unir ill' iris i*¡r|n-.*iinn'.~¬ si:-l:rmi*|rri*. l-`.| i'ir*t|i' iii' las|1|1i|nn".Iimlilllli-:1||Ii'~.;n|r||1ii'1r' †'l.n1 I|H|I-HI-1II|I-I -H l-l'||-|1||-|Ir".|r'I|||.|||"._|ur¬.||||||-|1i.|.' ¦|||i¦r'|.1|u.n1;1'.'.|||iiI.|||||||1|i-Hil

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lcs (cap. 22-Ill. Asi, en las colulas moribundas se produce un aumento en la concentracion del Cai* citosolico que preuoca el cierre de los concs-ones para que no pasen a las celulas vecinas elementos que puedan dañarlas. Fi traves de las uniones connunicantes circulan: li nutrientes; 2) desechos rnetabolicos; Íil sustancias que actúan como señales, por ejemplo. los mori"ogenos durante la diferenciacion celular (cap. 2l-l2} o las moléculas que sincroniean el movimiento delos cilios en los epitelios (cap. 5-12); 4) potenciales electricos de accion. como los que se transmiten por los discos intercala-

res del músculo cardiaco para sincronizar las contracciones de sus celulas (cap. 5-34), o entre las celulas musculares lisas de algunos organos tubulares (intestino. epididime] a fin de que sincrenicen sus contracciones peristalticas. I_ltS CCINEXIUNES ENTRE l_r'1.5 CELULAS VEGETALES ti-15. Los plasrnedcsmus son pucntcs de ct:-inunicacion entre tfeltilas vegetales Una caracteristica de la mayoría de las celulas vegetales es la presencia de

puentes entre sus ci toplasmas_ le que las hace continuas- Estes puentes -dcnominados plasmedcsmes- atraviesan la pared celular pectecelulosica descrita en el capítule 3-3tl (Hg. l-61 La presencia de plasrnodesrnos permite la libre circulacion de liquidos Jr

solutos, tan importantes para mantener la tenicidad de la celula vegetal. Es posible que dejen pasar tambien algunas macremeleculas. Como vemos, las paredes pectocelulosicas no constituyen tabiques intercelulares completos, de modo que las células componen un vasto sineicio sostenido por el esqueleto

que forman sus propias paredes. El desarrollo de los plasmedcsmos esta relacionado con la formacion de la placa celular (caps. 3-30 jr 18-21), que es atravesada por componentes del retículo endoplasmatice, a la postre los responsables de la formacion jr de la localizacion de los plasmodesrnes (cap. 1"-4-ft). Fic ha sugerido t|uc los pIiisn'ietlesmrrs desempeñan un papel en la diiïcrcnciacion i'u|ula|'. fïsí. cn las i-iiliilus vi-i†_c|uIcs que se rtI:||'_i›_tm_ cl rtlitucm :lu ¡ilitsu|rrili";|1|ti¦; st' 1t'tl|ti'r' :I lu |t|t_1~_u ilt' sus vii-s |i1t|¬,frr|'i-s 'tr Liliiui-Iilu cil liis tu |m|1n~'. I|:i1|-¬~.-vi-.lili-'_

Fig. Ii-13. 'i-lista superficial ul-

tramtcroscopica, cen cnlera cion negativa, de numerosos concsoncs cn la membrana plasmática de la celula hepatica_ -125.t_lt`ll“n-:_ En el recuadro se observa que cada unidad tiene la forma rie un anillo hcsagonal cuyes lados celrcspondcn ri las seis conc:tinas_ tlfiortesírr de G- Iäampighij

120

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FUHDAMEHTÚS DE BIÚLDGIA CELULAR 'I' lvllÍlLEtÍl_lLfltR

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El sistema de endomembranas ' 1

Digestión y secrecien

F4. Les cc-mpnnerrtes del sistema de eridemembranas sc ctimunican mediante vesículas En el capítule ¿Li describirnes tes cempartimientes en que se divide ia célula, de les cuales el sistema de enddmembranas es une de lc-s más vrilu-

mineses. Se distribuye per tede el citepiasma 3' esta cempueste per varias subcempartimientes --cisternas, sacas, túbules -c-amunicades entre si (fig. Ti'-li. En algunas lugares ,la cernunicaeidn es directa y en etres es mediada per vesíeulas transpurtadnras- Estas nacen de un cempartimiente yr se transfieren a etre en virtud de preceses que eemprenden perdida y ganancia de membranas. Las vesículas transpertaderas nperan del siguiente mede tffig. 7-2): 1) bretan de la membrana de un cnrnpartimiente, llamada denante; 2) viajan per el citesel en busca de etre eempartimiente. llamada receptnr, con cuya mem-

Fig. 7-1. Úrgannides que cern pnnen el sistema de endernembranas. Se ilustran tambien ias distintas vesículas transpbrtadciras |[flecƒu¡'s Henus] ji reciclad-:iras Uífechas _nunraddn.s] que lc- integran.

brana se fusionan. Per censecuencia, una parte de la membrana ff una parte del ebntenìdb dei cnmpartimientci donante se transfieren, respectivamente, a la membrana y al interic-r del cnmpartimiento receptcir. La figura T-1 permite ver que el ccimpartimiente dbnante recupera la membrana perdida merced a vesículas recìcladuras.

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?¬2. El sistema de endnmembranas esta integrada par varias urgannides El sistema de endemernbranas esta integrada per les siguientes erganeides (fig. T-1): l) el retieule endaplasmiìtìcn, que cernpren-

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una vfeeieula transpertadera

membranas [véase Fig. 3-13)

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sentan más del ElÍi% de su pese lfig. 3-14). Les hidrates de carbene se erien-

tan siempre hacia la cavidad de les erganeides. El tamañe del sistema de enclemerubranas varia en las distintas clases de células. Es muy pequeña en ies evecites, en las celulas price diferenciadas jƒ en las que prüducen preteínas para el citesel exclusivamente, ceme ies reticulecites.

RETICU LO ENDOPLÄSMATICÚ ?-3. Generalidades El retículo endeplasmatice (RE) fue descubierta cuande se intreduje Ia microscopía electrenica en el estudie de las celulas. Las primeras micrefotegrafías mestraren un cempenente retìcular que ne llegaba a la membrana plasmática -de ahí les termines “retr'eulo" y “endeplasn1atice"-, hasta que se ceneció su verdadera ferrna triciimensienal. Finalmente, cen el use de Ia radieautegraiïa v de tecnicas de analisis citequírnice se identificaren casi tedes sus cempenentes. El retícule endeplasmatice se distribuye per tede el citeplasma, desde el núeiee hasta la membrana plasmática, Esta cempueste per una red tridimensienal de túbules v saces aplarrades tetalmente intercenectades (fig. T-3). si pesar de su erttensidn gr de su intrincada merfelegia, censtituve un erganeide indivise, va que pesee una membrana centinua v una seta cavidad. Ei citees.-,---'"'i.

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qneleto se encarga de mantener a sus componentes en posiciones mas o me-

nos Fijas dentro del citoplasma (cap- 5-9). Este organoide se divide en dos sectores, que se diferencian por la ausencia o la presencia de ribosomas sobre su cara citosdlica. Se denominan. res-

pectivamente, reticulo endoplasmátieo liso [RELJ 3: retículo eudoplasmático rugoso (REIR) tfigs. 1-'i', l-IU, Tr'-3, 'il-4 v 'i'-Ei). Entre ellos hay un sector de transición, en parte liso v en parte rugoso. ?-4. El REL se halla libre de ribosomas Como acaba de señalarse. el REL carece de ribosomas. Suele comprender una red de tdbulos intercortectados, cuyo volumen y distribucion espacial di-

lieren en las distintas clases de celulas. Esta diversidad depende de sus variadas funciones. Por ejemplo, la celula muscular estriada contiene un REL absolutamente singular --el rstícmlo strrcoplasmtítico-, adaptado para desencadenar ia contractilidad del eitoesqueleto (seccion T-26].

T-5. El HEH esta asociado con ribosomas El RER esta muy desarrollado en las celulas que realiaan una activa sintesis proteica. En su composicion predominan los sacos aplanados, que cuando son abundantes se encuentran separados por un angosto espacio citosoli-

co repleto de ribosomas (Hg. 'i'-4]. Estos ribosomas se italian adheridos a Ia cara citosolica de la membrana del RE (fìg. T-6). Por lo general componen complejos llamados polìsomas o polirribosomas, consistentes en grupos de ribosomas enla:-tados por una rnolécula de ARI*-irn fifigs. T-3 y 16-T) (cap- lo-11). La afinidad del RER por los ribosomas se debe a que en su membrana existen receptores específicos (seccidn 7-12.), de los cuales carece el REL.

COMPLEJO DE GÚLGI T-E. Generalidarirs En 1893, utiliaando un metodo de coloración argentica, Camilo Crolgi descubrio una estructura reticular en las celulas nerviosas que posteriormente lleve su nombre- tviedio siglo despues, con el advenimiento de la microsco-

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Fig. 'T-ti. Mìcrogtefía eieclrünica del retículo endoplasmä-

tico rugeso. Dbservense los ribosomas unidos a la membrana del orgartoide [uno aparece marcado con una flecha). 2l]3.tIil`l:›-r, [Cortesia de G. li. I-'a|arlc.l F-n el recuadro se tlisliltgur-it las srtbmtiilarlcs tttct1t¦r'lr'l-'L|`r'¦| 3-' list;-'ut' lM'rr| tIt,'I lili-ttsrntlit, il Ill,lllilI.-f, tt'||¡|1* sin Ilt' N 'I' |"||ut*IulIt¦I

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pia electronica, el fraccionamiento celular jr las técnicas de análisis citocjuímico, pudo revelarse su estructura jr su composicion molecular. En una célula idealiaada el complejo de Golgi se halla entre el RE jr la

membrana plasmritica, con los endosomas ji los lisosomas situados entre esta 3 el complejo (fig. 1-T). Estas relaciones espaciales son el reflejo de otras de índole funcional, va que, por medio de vesículas transportadoras, las moleculas provenientes del ELE alcanaan el complejo de Golgi, lo recorren, se desprenden de el jr arriban a la membrana plasmática o a los endosomas tlìg. T-lj. Estos flujos comprenden tanto moleculas membranosas como moléculas lurninales. Así, según la vía seguida, se transfieren fragmentos de membrana del RE a la membrana plasmática o a la membrana de los endosomas. mientras que las moleculas provenientes de la cavidad del retículo se vuelcan en el medio extracelular -esto se denomina secrecion- o ingresan en la cavidad de los endosomas. Como se vera, en ambos casos el complejo de Golgi desempeña un papel fundamental, dado que las moléculas que lo recorren experimentan modificaciones necesarias para sus actividades biologìcas. Por otro lado, algunas moleculas son sintetiaadas directamente en el complejo de tf-olgi, sin la intervencion del retículo cndoplasmático.

?-?. El complejo de lìolgi muestra una polariracion que se corresponde con su funcionamiento El complejo de Golgi esta integrado por una o por varias unidades funcionales llamadas dictiosomas (del griego dolcrven, red. jr sdine, cuerpo). En la celula secretoris polariaada el organoide posee un solo dictiosorna grande que ocupa una posicion intemiedia entre el núcleo 3' la superficie celular, donde se libera la secrecion (frg. 1-T). Complejos de Golgi con estas características se observan, por ejemplo, en celulas de la mucosa intestinal, de la tiroides jf del páncreas exocrino. En cambio, otras células, como las plasmáticas, los hepatocitos jr las neuronas, poseen varios dictiosomas pequeños distribuidos por todo el citoplasma fifig. 1-10). En el hepatocito existen unos 50 dictiosomas, que representan el 2% del volumen citoplasmático. Aunque su localizacion jr su número varian en las distintas clases dc colulas, los dictiosomas presentan caracteristicas rnrirfrilogicrts colistuntcs. Huclcrt :ttlti¦tl¦|| |t||¦t lilrtttrt uttrvutltt, utirt l:| r:u1'rlrrtu1vr1x¦t |t1ÍI'¦Itu|rt :ll tttirlrti v la t'r't|| ritvu una-r|l¦u|L|. |t:'u¬l¦t l:t t|tt'r|||ttlt||:| |¦lns|t|:iIi-.'n. |.u jirltttvru rn- rIr'||ii||t|||it r'¡||'t| ¡It-rt|Irurl|rr1r'l'¬', v lo :,r'j-uttrlu, r'trr'tt rlr' sttlltltl. H trutts tine, .f H, l' ti v l' fl

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Cada dicticscma está integrado por: 1) Una red cis, ferrnada pc-r numerosas saccs v túbuics íntercenectadcs. 2) Una cisterna cis, cc-nectada cen la red cis. 3) Una ri mas cisternas medias independientes, ic cual significa que no están conectadas entre sí ni con los restantes cempenentes del dicticscrna. 4) Una cisterna trans, conectada con la red trans. 5) Una red trans, similar a la red cis. La cara de entrada del dicticscrma -representada pct la red cis jr la cisterna cis- sdlc recibe vesículas transpcrtadcras provenientes del RE (Hg. 'I-1). Dada que la red cis jr la cisterna cis fdrntan un sele ccntpartirnìentc, las mclecuias incerpcradas a la membrana y a la cavidad del crgancide circulan de la red a la cisterna par simple ccnitinuidad- En cambie, para pasar dela cisterna cis a las cisternas medias 31 de estas a la cisterna trans, las ntdleculas se

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Fig. '?¬t5. Micrcgrafía elecnñnica de la celula hepática de un animal expuestc a una clieta rica en grasas. Se cbservan

vesículas que transportan lipcprcteinas, el retículc ende-

plasmaticc rugcsc (RIZR), el reticulc endcplasmaticc iiscERELJ, el ccrrnplejcf de Gclgi {-Gi, una ntitcccndria (M) 1,' un per-:ctiaüma {_P}. 5E¡.i]IÍlÚ>