Olfato

"OLFATO"

El olfato es el más sensible de los sentidos, ya que unas cuantas moléculas es decir, una mínima cantidad de materia bastan para estimular una célula olfativa. Detectamos hasta diez mil olores, pero como las estructuras olfativas, al igual que el resto de nuestro cuerpo, se deterioran con la edad, los niños suelen distinguir más olores que los adultos. Además de advertirnos de peligros como el humo y los gases tóxicos o venenosos, el olfato contribuye con el gusto, estimulando el apetito y las secreciones digestivas. La nariz es el órgano por el cual penetran todos los olores que sentimos desde el exterior. Es un cuerpo saliente del rostro, ubicado entre la boca y la frente, por debajo de la cavidad craneana.

El olfato está relegado al fondo y a lo alto de la nariz, cuyo interior está constituido por dos cavidades, las fosas nasales, separadas por un tabique. Cada fosa se divide en dos partes: la anterior o vestíbulo, cubierta por una membrana mucosa llamada epitelio olfativo, y la posterior, recubierta por la mucosa nasal, que es donde se encuentran los receptores olfativos que nos permiten captar los distintos olores. Cada célula receptora termina en pequeños pelitos, desde seis a 20, llamados cilios. Estos están conectados a columnas de células que sirven de soporte a los receptores del olfato.

 En la parte superior de la cavidad nasal existe la llamada mucosa olfatoria, que recubre una parte del tabique nasal y los cornetes superiores. Allí es donde se hallan embebidas las neuronas capaces de percibir los olores, que tienen sus terminaciones o dendritas hacia abajo, entremezcladas con otras células de soporte. Éstas son las encargadas de secretar un moco que es el que captura las moléculas. Los axones de las neuronas se dirigen hacia arriba, atravesando el hueso y reuniéndose hasta llegar al bulbo olfatorio. Éste es una especie de membrana que recoge las impresiones y las conduce hacía el nervio olfatorio. De allí pasan a la corteza cerebral, donde son interpretadas.

El olfato tiene una sensibilidad extraordinaria, ya que se precisa poca concentración de sustancias olorosas por cada litro de aire para poder percibir la sensación. Por otra parte, las personas pueden distinguir entre unos 3.000 olores distintos. Esto hace que el olfato sea un sentido previo al gusto, ya que nos da indicaciones sobre si un alimento es comestible, y además es complementario, ya que el gusto de los alimentos es una combinación de sensaciones olfativas y de las papilas gustativas. Cuando percibimos un olor durante un período muy largo de tiempo, se produce una fatiga del sentido del olfato, y la sensación se hace menos intensa y puede llegar a desaparecer. Ello sucede tanto con los olores agradables como con los desagradables.

El olfato está localizado en las fosas nasales, dos cavidades situadas en el interior de la cara. Las fosas nasales se abren al exterior por los orificios nasales, y comunican por detrás con la faringe; ambas fosas nasales están separadas entre sí  por un tabique nasal.  

Los quimiorreceptores del olfato

Los quimiorreceptores que componen el sentido del olfato se especializan en la captación de sustancias químicas volátiles transportadas por el aire. La cantidad de quimiorreceptores que un animal posee en la mucosa olfatoria es un índice de su sensibilidad olfativa. El olor produce acostumbramiento, es decir, al cabo de cierto tiempo de percibir cierto olor dejamos de detectarlo, ya que los receptores se impregnan de esa sustancia y se saturan, por lo que dejan de enviar la señal al encéfalo. Los quimiorreceptores, denominados también células de Schultze, son neuronas bipolares cuyas dendritas terminan en cilias que se orientan hacia la cavidad nasal. Los axones de las células de Schultze constituyen las fibras nerviosas que atraviesan la lamina cribosa del etmoides y confluyen en los bulbos olfatorios (uno para cada fosa nasal)

¿Cómo se produce el olfato y cuantas zonas tiene?

Las sustancias químicas ingresan por las fosas nasales, dos cavidades que se hallan dentro de la nariz, y cuyos techos están tapizados por la mucosa olfatoria o pituitaria, donde se localizan los quimiorreceptores. En la pituitaria se distinguen dos zonas de color y función diferentes:

El área respiratoria, de color rojizo debido a que esta profusamente irrigada. Su función es calentar el aire que se dirige a los bronquios,  el área olfatoria, de color amarillo debido a la presencia de células epiteliales de sostén. Su función es la recepción de estímulos químicos.

 Deterioro del sentido del olfato:

El padecer pérdida en el sentido del olfato puede ser señal de otras serias condiciones de salud. Personas que experimentan desordenes del olfato pierden la habilidad de oler o perciben los olores de diferente forma.
Como una pérdida del sentido del olfato algunas personas tienen hiposmia, es cuando el sentido del olfato se ve disminuido. Y la anosmia, es cuando no se pueden percibir olores en lo más mínimo. Como resultado de la percepción de los olores, algunas personas notan que olores familiares están distorsionados, u olores que normalmente eran agradables se han vuelto desagradables y en algunos casos las personas perciben olores que no están presentes.

Causas

·         Los desórdenes del olfato pueden tener muchas causas. La mayoría de las personas que desarrollan está condición han tenido alguna enfermedad o lesión, que son los desencadenantes de infecciones respiratorias superiores y daños en la cabeza.

·         Algunas causas pueden ser pólipos en las cavidades nasales, sinusitis, desórdenes hormonales, o problemas dentales.

·         Exposición a ciertos químicos como insecticidas y solventes, y algunos medicamentos.

·         Personas con cáncer de cuello o en la cabeza, que reciben tratamientos de radiación también pueden experimentar problemas con el sentido del olfato.

Enfermedades que afectan al sentido del olfato:

Rinitis: Se denomina Rinitis a la inflamación de la mucosa nasal. Ataca tanto a adultos como a niños. Produce congestión, insuficiencia respiratoria nasal, picazón nasal, rinorrea y en algunos casos estornudos. En los niños, según la intensidad de sus síntomas puede disminuir la concentración, causar irritabilidad y trastornos del sueño. Entre los factores predisponentes (aquellos que no causan la rinitis pero favorecen la acción de los agentes causales) se encuentran el frío o calor extremo, la humedad en exceso y un bajo porcentaje de humedad, cambios de temperatura, cambios estaciónales.

Alérgica: Los síntomas se desencadenan ante la presencia de un alérgeno (agente productor de la alergia). No sólo los alérgenos inhalatorios pueden producirla, también los que se encuentran en los alimentos y medicamentos.
Los signos clásicos de la presencia de esta enfermedad son:

• la característica arruga nasal horizontal en los niños producida por la tendencia reiterada a restregarse la misma con la palma de la muñeca de abajo hacia arriba. 
• un pliegue profundo en la bolsa de los ojos. 
•  mucosa nasal edematizada y pálida (no está pálida en las infecciosas, por el contrario está rubeótica). 
•  rinorrea clara a modo de clara de huevo, son fuertemente indicativos de rinitis alérgica. 
• estornudos e identificación de uno o varios alérgenos.

Sinusitis: La sinusitis es la inflamación de la mucosa de los senos paranasales.  Los senos paranasales, son cavidades que contienen aire y están revestidas por mucosa de tipo respiratorio. Existen, cuatro pares de senos: frontales, etmoidales, maxilares  y esfenoidales. Todos están comunicados con las fosas nasales a través de conductos u orificios. La enfermedad puede ser causada por cualquier afección que altere el normal drenaje de secreción mucosa desde los senos paranasales hacia la fosa nasal es capaz de producir una sinusitis, en la medida que esa secreción estancada se infecta e infecta a la mucosa que la produce. Síntomas de la enfermedad:

Sinusitis aguda: Presenta abundante secreción de mocomolestias oculares, nasales, cefalea a nivel de la unión de la frente con la nariz. La fiebre es rara, pero puede presentarse.

Sinusitis Crónica: Son pacientes que en general han padecido de cuadros agudos a repetición. Sus síntomas suelen ser:

• Congestión nasal crónica con insuficiencia respiratoria nasal todo el día (de día y de noche)
• Cefalea 
•    mal aliento (expresado por los allegados, el paciente no lo siente) 
•     hiposmia / anosmia (disminución / anulación del olfato).

Bibliografía

Guyton, A. C. y Hall, J. E. 2008.  Tratado de fisiología médica 11º ed. Madrid, Elsevier.

Universidad Autónoma de Barcelona, Facultad de Psicología; extraído del temario de Psicología Fisiológica.



El Olfato y el Sistema Olfativo:
http://web.sfn.org/content/Publications/BrainBriefings/smell.html.

Garrison/Loredo 1996.Antologia de psicologia. Capitulo 2.
Mc. Graw Hill México Pág. 19-27.

Transducción de señales

Transducción de señales

La transducción de señales a nivel celular se refiere al movimiento de señales desde fuera de la célula a su interior. El movimiento de señales puede ser simple, como el asociado a las moléculas del receptor de la acetilcolina: receptores que se constituyen en canales los cuales, luego de su interacción con el ligando, permiten que las señales pasen bajo la forma movimiento de iones al interior de la célula. Este movimiento de iones da lugar a cambios en el potencial eléctrico de las células que, a su vez, propaga la señal a lo largo de ésta. Una transducción de señal más compleja involucra el acoplamiento del ligando y su receptor a muchos eventos intracelulares. Estos eventos incluyen fosforilación por cinasas de tirosina y/o cinasas de serina/ treonina. Las fosforilación de las proteínas cambian sus actividades enzimáticas y las conformaciones de las proteínas. El resultado eventual es una alteración en actividad celular y cambia en el programa de los genes que se expresan dentro de las células.

Los receptores de transducción de señales son de tres clases generales:

1. Receptores que atraviesan la membrana de plasmática y tienen actividad enzimática intrínseca. Los receptores que tienen actividad enzimática intrínseca incluyen a aquellos que son cinasas de tirosina (ge. PDGF, insulina, los receptores de EGF y de FGF), fosfatasas de tirosina (ge. proteína CD45 de las células de T y de los macrófagos), guanilato ciclasas (ge. receptores del péptido natriurético) y cinasas de serina/ treonina (ge. activan y los receptores de TGF-β). Los receptores con actividad intrínseca de cinasas de tirosina son capaces del auto fosforilación así como de fosforilar a otros substratos. Además, varias familias de receptores carecen actividad enzimática intrínseca, sin embargo están asociados con cinasas de tirosina intracelulares mediante interacciones directas proteína-proteína (véase abajo).

2. Receptores que están asociados, dentro de la célula, a las proteínas G (que se unen e hidrolizan al GTP). Los receptores que interactúan con las proteínas-G tienen una estructura que se característica porque atraviesa la membrana celular 7 veces, por lo que estos receptores tienen 7 dominios transmembrana. Estos receptores se llaman receptores serpentina. Ejemplos de esta clase son los receptores adrenérgicos, receptores del olor, y ciertos receptores hormonas (ge. glucagón, angiotensina, vasopresina y bradicinina).

3. Receptores que están dentro de la célula y que luego de su unión con respectivo ligando migran al núcleo en donde el complejo ligante-receptor afectan directamente la trascripción de genes.

Los receptores celulares presentan en su estructura dos regiones o dominios funcionales bien diferenciados. Uno de reconocimiento o detección de los estímulos, que presenta una diversidad paralela a la de los estímulos, y otro dominio efector que pertenece a unos pocos tipos fundamentales, por lo que la secuencia de eventos que son capaces de iniciar son limitados.
En el extremo final de la cadena de transducción se encuentran las maquinarias celulares responsables de generar las respuestas. Cada tipo celular presenta maquinarias efectoras específicas, de tal forma que las señales generadas en la cascada de transducción de dos o más estímulos, aún siendo idénticos, activa en cada estirpe celular una respuesta distinta y que es definitoria del tipo celular. Por tanto, los rasgos fundamentales de una cascada de transducción en un sistema celular dado, tienen un carácter casi universal, porque los mismos eventos ocurren en gran variedad de sistemas celulares y frente a una gran diversidad de estímulos. Por lo tanto, la detección de estímulos y la respuesta a los mismos en todos los seres vivos, depende dentro de las células de las señales de transducción.
Las señales externas a la célula de diferente naturaleza físico-química producen una regulación de determinados genes en su núcleo celular, por medio de un conjunto de mecanismos que comprenden:

1. La captación de las señales externas en la superficie celular mediante los receptores celulares.
2. La generación y la transmisión intracelular de las señales por medio de interacciones proteína-proteína.
3. La ejecución de la respuesta a través de una modificación de la actividad de los genes.

Señales extracelulares: En las señales de transducción normalmente están involucrados la unión de moléculas de señalización extracelulares o ligandos con los receptores celulares situados en la superficie externa de la membrana plásmatica y que desencadena los eventos hacia el interior de la célula. Estas sustancias de señalización externa se sitúan en un lugar del receptor  y provocan un cambio en la superficie o conformación espacial del mismo que ocurre cuando la molécula de señalización se une al receptor. Los receptores celulares responden típicamente a una sola molécula específica o ligando con la que tiene afinidad y las moléculas que son incluso sólo escasamente diferentes a los ligandos, no suelen tener efecto o actúan a lo más como inhibidores.

Señales intracelulares

A menudo, pero no siempre, los eventos intracelulares activados por las señales externas son considerados desde el punto de vista de transducción en sí mismo, el cual en sentido estricto se refiere sólo al paso que convierte la señal extracelular en señal intracelular.

Las moléculas de señalización intracelular en células eucariotas incluyen proteínas G heterotriméricas, pequeñas GTP-asas, nucleótidos cíclicos como AMP cíclico (AMPc) y GMP cíclico (GMPc), ion calcio, derivados fosfoinositoles como fosfatidilinosiltoltrifosfato (PIP3), diacilglicerol (DAG) e inositoltrifosfato (IP3) y varias proteínas quinasas y fosfatasas. Algunas de estas sustancias también se llaman segundos mensajeros.

Señales intercelulares: La comunicación intercelular está unida a señales extracelulares y esto ocurre en organismos complejos que están formados por muchas células. En el campo de la endocrinología que estudia la señalización intercelular en animales, la señalización intercelular está subdividida en los siguientes tipos:

• Señales endocrinas: Las hormonas son producidas por células del sistema endocrino y circulan por el torrente sanguíneo hasta alcanzar todos los lugares del cuerpo. Es de respuesta lenta, inespecífica, larga duración y actúa a distancia.
• Señales paracrinas: Sólo actúan sobre células diana que se encuentran en la vecindad de las células emisoras, como por ejemplo los neurotransmisores. respuesta local
• Señales autocrinas: Afectan sólo a las células que son del mismo tipo celular como las células emisoras. Un ejemplo de señales autocrinas se encuentra en las células del sistema inmune.
• Señales yuxtacrinas: Son transmitidas a lo largo de la membrana celular a través de proteínas o lípidos que integran la membrana celular y son capaces de afectar tanto a la célula emisora como a las células inmediatamente adyacentes.

Un principio de la transducción de señales es la amplificación de la señal. Por ejemplo la unión de una o de algunas moléculas neurotransmisoras puede activar la entrada de millones de iones en la neurona. La unión de una o varias hormonas puede inducir una reacción enzimática que afecta a muchas rutas metabólicas y a muchos sustratos. La amplificación puede ocurrir en muchos puntos de la ruta de la señal de transducción.

Un receptor que ha sido activado por una hormona puede activar muchas proteínas efectoras intracitoplasmáticas corriente abajo. Por ejemplo, una molécula de rodopsina, en la membrana plasmática de una célula de la retina del ojo, que ha sido activada por un fotón, puede activar hasta 2000 moléculas efectoras, en este caso transducina, por segundo. La fuerza total de la amplificación de la señal por un receptor está determinada por:

1. La vida media del complejo hormona-receptor: El complejo hormona receptor más estable es el que menos probablemente se disocie en hormona y receptor; cuanto más tiempo el receptor permanezca activo, más proteínas efectoras pueden activarse.
2. La acumulación y vida media del complejo proteína efectora y receptor. La mayoría de las proteínas efectoras están disponibles para ser activadas por el receptor y cuanto más rápido la proteína efectora activada pueda disociarse del receptor, más proteínas efectoras pueden ser activadas en el mismo período de tiempo.
3. Desactivación del receptor activado: Un receptor que está ocupado por un complejo hormona-receptor puede ser desactivado, tanto por modificación covalente, por ejemplo fosforilación como por internalización por medio de ubiquitinas.

La señal de transducción intracelular está llevada a cabo en su mayor parte por moléculas de segundos mensajeros.

El calcio actúa como una molécula de señal dentro de la célula. Cuando el calcio es liberado y por lo tanto es activo, actúa en un espacio muy limitado de tiempo. Por lo tanto la concentración de ion calcio dentro de la célula es muy baja normalmente. El calcio está almacenado dentro de orgánulos, normalmente en el retículo endoplásmico o retículo sarcoplásmico en las células musculares, donde está rodeado de moléculas parecidas a la calreticulina.

• El receptor InsP3 puede transportar calcio a través de la interacción con inositoltrifosfato en la cara citoplasmática. Está formado por cuatro subunidades idénticas.
• El receptor rianodin, llamado así por el vegetal alcaloide rianodin, es similar al receptor del insP3 y estimula el transporte del calcio al interior del citoplasma por el reconocimiento del calcio en lugares citosólicos, de este modo se establece un mecanismo de retroalimentación, en el que una pequeña cantidad de calcio en el citosol cerca del receptor, puede provocar la liberación de más calcio. Esto es especialmente importante en neuronas y células musculares. En las células del corazón y del páncreas otro segundo mensajero, el ADP cíclico de ribosa, forma parte de la activación del receptor.

Bibliografía

Bioquímica. L. Stryer. Ed. Reverté, 2 tomos .1995.capítulo acción hormonal.

Principios de Bioquímica. Lehninger et al. 1993. Ed. Omega. Cap. De integración del metabolismo.

B. Alberts. Ed. Omega (1990). Biología Molecular de la Célula.pp. 650.

http://themedicalbiochemistrypage.org/spanish/signal-transduction-sp.html#intro.

Transporte a traves de la membrana

TRANSPORTE A TRAVES DE LA

 MEMBRANA

El transporte celular es el intercambio de sustancias entre el interior celular y el exterior a través de la membrana celular o el movimiento de moléculas dentro de la célula.

La célula necesita este proceso porque es importante para esta expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del líquido extracelular, gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias. Las vías de transporte a través de la membrana celular y los mecanismos básicos para las moléculas de pequeño tamaño son:

El transporte pasivo es el intercambio simple de moléculas de una sustancia a través de la membrana plasmática, se realiza por difusión y no hay gasto de energía. Va a favor del gradiente de concentración o a favor del gradiente de carga eléctrica.

Permeabilidad de la membrana

La membrana plasmática es una barrera selectivamente permeable que permite el paso de unas sustancias pero no de otras. Determina pues que sustancias entran o salen de la célula. El interior hidrofóbico de la bicapa de fosfolípidos es una de las razones por las que la membrana es selectivamente permeable. Así, la bicapa lipídica tiene un papel fisicoquímico dual pues sirve por una parte como un solvente de las proteínas de la membrana y por otra actúa como una barrera a la permeabilidad.

Los potenciales de membrana son cambios rápidos de polaridad a ambos lados de la membrana que separa dos disoluciones de diferente concentración, como la membrana celular que separa el interior y el exterior de una célula. Duran menos de 1 milisegundo. Cuando se habla de potenciales de membrana, se debería de hablar del "potencial de difusión" o "potencial de unión líquida". Dicha diferencia de potencial esta generada por una diferencia de concentración iónica a ambos lados de la membrana celular. Los potenciales de membrana son la base de la propagación del impulso nervioso.

Transporte pasivo primario: Bomba de sodio y potasio

Se encuentra en todas las células del organismo, encargada de transportar los iones potasio  que logran entrar a las células hacia el interior de éstas, dando una carga interior negativa y al mismo tiempo bombea iones sodio desde el interior hacia el exterior de la célula (axoplasma), sin embargo el número de iones Na ⁺ (con carga positiva) no sobrepasa al de iones con carga negativa dando por resultado una carga interna negativa. En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo-descanso.

 

Transporte pasivo secundario o cotransporte

 

Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoácidos y la glucosa, cuya energía requerida para el transporte deriva del gradiente de concentración de los iones sodio de la membrana celular (como el gradiente producido por el sistema glucosa/sodio del intestino delgado).

Intercambiador calcio-sodio: Es una proteína de la membrana celular de todas las células  eucariontas . Su función consiste en transportar calcio  iónico (Ca²⁺) hacia el exterior de la célula empleando para ello el gradiente de sodio; su finalidad es mantener la baja concentración de Ca²⁺ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio externo. Por cada catión Ca²⁺ expulsado por el intercambiador al medio extracelular penetran tres cationes Na⁺ al interior celular. Se sabe que las variaciones en la concentración intracelular del Ca²⁺ segundo mensajero se producen como respuesta a diversos estímulos y están involucradas en procesos como la contraccion muscular, la expresion genica, la diferenciación celular, la secreción, y varias funciones de las neuronas. Dada la variedad de procesos metabólicos regulados por el Ca²⁺, un aumento de la concentración de Ca²⁺ en el citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos. Si el aumento de la concentración de Ca²⁺ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un décimo de la del medio externo, el trastorno metabólico producido conduce a la muerte celular. El calcio es el mineral más abundante del organismo, además de cumplir múltiples funciones.

La difusión es el movimiento de átomos, moléculas o iones de una región de mayor concentración a una de menor concentración sin requerir gasto de energía.

Se incrementa de  manera proporcional  con  la concentración de la sustancia que se difunde. La difusión facilitada es el movimiento de moléculas más grandes que no pueden pasar a través de la membrana plasmática y necesita ayuda de una proteína u otros mecanismos (exocitosis) para pasar al otro lado. La magnitud de difusión se aproxima a un máximo (Vmax), al aumentar la concentración de la sustancia. Permite el transporte de pequeñas  moléculas polares, como los  aminoácidos, monosacáridos, etc. Requiere proteínas trasmembranosas faciliten su paso permeasas.

La ósmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual sólo las moléculas de agua son transportadas a través de la membrana. El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentración a uno de menor para igualar concentraciones. De acuerdo al medio en que se encuentre una célula, la osmosis varía. La función de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular. Dicho proceso no requiere gasto de energía. En otras palabras la ósmosis u osmosis es un fenómeno consistente en el paso del solvente de una disolución desde una zona de baja concentración de soluto a una de alta concentración del soluto, separadas por una membrana semipermeable.

Ósmosis en una célula animal

• En un medio isotonico, hay un equilibrio dinámico, es decir, el paso constante de agua.
• En un medio hipotonico, la célula absorbe agua hinchándose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citólisis.
• En un medio hipertónico, la célula arruga llegando a deshidratarse y se muere, esto se llama crenación.

La endocitosis es el proceso celular, por el que la célula mueve hacia su interior moléculas grandes o partículas, englobándolas en una invaginación de su membrana citoplasmática, formando una vesícula que luego se desprende de la pared celular y se incorpora al citoplasma. Esta vesícula, llamada endosoma, luego se fusiona con un lisosoma que realizará la digestión del contenido vesicular.

Existen dos procesos:

• Pinocitosis: consiste en la ingestión de liquidos y solutos mediante pequeñas vesiculas.

• Fagocitosis: consiste en la ingestión de grandes partículas que se engloban en grandes vesículas fagosomas que se desprenden de la membrana celular.

Endocitosis mediada por receptor o ligando: es de tipo específica, captura macromoléculas específicas del ambiente, fijándose a través de proteínas ubicadas en la membrana plasmática (especificas). Una vez que se unen a dicho receptor, forman las vesículas y las transportan al interior de la célula. La endocitosis mediada por receptor resulta ser un proceso rápido y eficiente.

Exositosis : Es la expulsión de sustancias como la insulina a través de la fusión de vesículas con la membrana celular. Las vesículas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmática, liberando su contenido, se observa en muy diversas células secretoras, tanto en la función de excreción como en la función endocrina. También interviene la exocitosis en la secreción de un neurotransmisor a la brecha sináptica, para posibilitar la propagación del impulso nervioso entre neuronas. La secreción química desencadena una despolarización del potencial de membrana, desde el axón de la célula emisora hacia la dendrita u otra parte de la célula receptora. Este neurotransmisor será luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado. Sin este proceso, se produciría un fracaso en la transmisión del impulso nervioso entre neuronas. Este proceso, hace parte de la formación de estalgamitas.

Bibliografía:

Alberts B et al. Transporte de moléculas pequeñas a través de la membrana y Base iónica de la excitabilidad de la membrana. En: “Biología Molecular de la Célula”,3 Edición, Ed Omega, Barcelona, 1996, pág. 541-587.

Lodish et al. 2005. Biología celular y molecular. Buenos Aires: Médica Panamericana.

Mathews, C. K.; Van Holde, K.E et Ahern, K.G 2003. Bioquímica 3 edición.

Fotobiologia

FOTOBIOLOGIA

A través de la historia el hombre ha rendido culto al sol dada su importancia en el desarrollo de todas las formas de vida, su utilidad como fuente de energía y, en el campo de la salud, por ser el agente físico al cual se está expuesto con mayor frecuencia y de cuya interacción se derivan efectos fisiológicos, patológicos y terapéuticos, que aun no han sido de todo dilucidados.

La fotobiología es la ciencia que estudia las interacciones de la luz y los seres vivos; es decir la relación entre energía lumínica y materia biológica. Hace parte de ella la fotodermatología, la cual se ocupa del estudio de las reacciones fisiológicas y patológicas de la piel a la radiación ultravioleta (RUV). Además incluye el uso terapéutico de las enfermedades.

La energía lumínica hace pasar las moléculas biológicas del estado fundamental o basal (con mínimo de energía) al estado excitado. La molécula pasa la energía y debe volver a su estado basal.

1-La luz es necesaria para los procesos de fotosíntesis dependientes de ella de suma importancia en el crecimiento de las plantas.

2-La luz interacciona con las células de la retina y gracias a ello nosotros podemos ver.

3-Como sabemos la intensidad de la luz varía con las horas del día y los efectos sobre los cuerpos de animales y humanos son diferentes, por ejemplo la producción de algunas hormonas, vitamina D.

4-En la actualidad sabemos que la luz es biodinámica pues afecta profundamente al sistema endocrino y a través de él a todos los sistemas biológicos.

5-La fotobiología ha comprobado que la percepción de la luz brillante por la glándula pineal inhibe la secreción de melatonina (sueño) y proporciona al cerebro serotonina y dopamina (actividad y atención).

Interacción de la piel con la radiación solar.

La piel interactúa con la radiación solar dando protección al ser vivo de la radiación biológicamente importante que son la RUV y la luz. Esta función la cumple gracias a su constitución física que le confiere determinadas propiedades ópticas y a las moléculas absorbentes de energía llamados cromóforos.

Propiedades ópticas de la piel.  Se rigen por cuatro procesos fundamentales:

·         Reflección, principalmente difusa, se ejerce a nivel de la capa córnea y de manera variable, siendo importante para la fracción visible y la RIR, no así para la UVB.

·         Difusión, se ejerce a nivel del estrato corneo y por la melanina, sobre todo de la fracción UVB.

·         Absorción, que se realiza a nivel de la capa cornea que absorbe el 70% de UVB debido a los aminoácidos polares de la queratina y al Ácido urocánico, de la melanina y los carotenoides que absorben la RUV y la luz; y la hemoglobina que absorbe la luz.

·         Transmisión, corresponde a la fracción del haz que ha escapado a los tres procesos anteriores y que penetra en la piel. Así, de la UVB, 20% llegan al cuerpo mucoso de Malpigio y 10% a la dermis. La mayoría de la luz y UVA atraviesa la epidermis siendo en parte detenido por la melanina. La luz roja y la RIR llegan hasta la hipodermis.

Los cromóforos de la piel son moléculas específicas que al absorber la RUV y la visible, aseguran los efectos biológicos de éstas sobre la piel. Estas moléculas tienen un característico espectro de absorción que depende de su estructura molecular. Los cromóforos son "energizados" por absorción de radiación y este hecho puede llevar a una reorganización molecular y/o a una acción con las moléculas vecinas (reacciones fotoquímicas). Por tanto, ninguna reacción fotoquímica tiene lugar en la piel si la longitud de onda a la que es expuesta la persona no es específicamente absorbida por los cromóforos de la piel.

La melanina es un absorbente de la radiación lumínica y es el recurso fundamental de protección del daño producido. Al absorber al fotón es convertida a estados excitados, los cuales en su mayor parte los pierde en forma de calor, pero algunas de las moléculas activadas juegan rol en el daño celular y es así que en las quemaduras solares las células tienen mucha melanina. Ella produce daño celular. Otra función fisiológica de la melanina es atrapar y desactivar estados excitados. Además pueden estar los cromóforos anormales o foto sensibilizadores que pueden llevar a consecuencias no esperadas. Las porfirinas expuestas a fuente lumínica apropiada de UVA se activan y reacciona con el oxígeno. El oxigeno en estado singlet reacciona con el lípido de la membrana celular y forma un peróxido lípido que produce daño en la membrana celular. El antraceno actúa sobre organelos citoplasmáticos.

Los efectos biológicos de la exposición a la radiación solar son consecuencia de reacciones fotoquímicas producidas por la interacción de los fotones con los cromóforos normales de la piel. Clásicamente se dividen en función del tiempo que tarda la aparición de estos efectos.

Efectos precoses o agudos:

·         Acción calórica debido a la fracción RIR que provoca vasodilatación cutánea responsable del eritema con elevación de la temperatura cutánea; por mecanismo reflejo la secreción sudoral asegura la regulación térmica. Una sobre exposición puede conducir al golpe de calor por saturación de las posibilidades de termorregulación, especialmente en los infantes.

·         Pigmentación inmediata, directa, primaria o fenómeno de Meirowski, producido por la UVA aparece pocos minutos después de la exposición y dura pocas horas. La reacción fotoquímica parece ser una foto oxidación de la melanina.

·         Acción antirraquítica de los UVB que inducen la transformación en la epidermis del 7-dehidrocalciferol en colecalciferol, el que a nivel del hígado y riñón será hidrolizado para formar el 1,25 dihidrocolecalciferol.

Efectos retardados:

·         El eritema actínico, de manifestación clínica tan conocida es producida por UVA. Su mecanismo de acción planteado está entre una acción de la RUV sobre los cromóforos dérmicos (lisosomas endoteliales, membrana de las células endoteliales con liberación de prostaglandinas y membranas de mastocitos peri vasculares con liberación de serotonina e histamina) y una acción indirecta por liberación de mediadores epidérmicos que se difunden hacia la dermis (las prostaglandinas parecen ser mediadores responsables de la vasodilatación).

·         Pigmentación retardada o tardía, muy conocida, que se inicia dos días después de la exposición alcanzando su máximo a las 3 semanas y disminuye progresivamente. Su mecanismo de acción es por neosíntesis melánica.

·         Hiperplasia epidérmica consecuencia de la interacción de los fotones con el ADN epidérmico. Después de la inhibición inicial sigue un aumento en las mitosis de los queratinocitos a partir de las 48 horas, conduciendo al engrosamiento de la capa cornea. Esta es interpretada como una reacción de fotoprotección.

Efectos crónicos:

La dosis de irradiación lumínica recibida por la piel es acumulativa. La aparición de los efectos crónicos depende tanto de la forma en que las dosis son recibidas como de la fotoprotección natural del individuo.

·         Envejecimiento cutáneo precoz o fotoenvejecimiento. Esto es particularmente visible en zonas expuestas (nuca, dorso de manos, frente, pómulos). Actualmente se da la eficacia espectral máxima al UVB y luego al UVA. La RIR parece potenciar el efecto de las RUV al menos en la elastosis.

·         Fotocarcinogénesis. El rol de la radiación no iónica sobre la carcinogénesis cutánea no melanoma, está claramente establecida con argumentos clínicos y epidemiológicos como son la localización en áreas cutáneas más expuestas a la luz, mayor frecuencia de presentación en los que realizan trabajos en áreas abiertas, en sujetos con fotosensibilidad especial (xerodermia pigmentosa, albinismo). La frecuencia se duplica cuando uno se desplaza hacia el Ecuador y se multiplica por 10 en las personas de fototipo I y II que viven en Australia, comparada con personas del mismo fototipo de piel que viven en Gran Bretaña. Además experimentalmente se ha establecido plenamente en el ratón. La relación es dosis dependiente a la dosis acumulativa de UV en el curso de la vida. Las exposiciones precoces jugarían un papel agravante. La RUVB tiene acción casi directa sobre carcinogénesis, la UVA tiene papel inductor La luz y la RIR tendrían un efecto promotor. Su mecanismo íntimo no está bien establecido. En lo que respecta al melanoma maligno cutáneo (MMC) el rol oncogénico del sol no está bien establecido. Hay ciertos hechos que argumentan en contra, tales como la ausencia de correlación entre la dosis requerida y la aparición de melanoma, la localización frecuente en zonas cubiertas, su aparición a una edad más precoz, observarse más en áreas urbanas y la falta de elastosis solar asociada a MMC. Pero sí podemos decir que el MMC es inducido por la exposición solar en razón de los siguientes hechos: 1) antecedentes de exposiciones intensas y traumáticas (por ejemplo: las observadas en las vacaciones de verano) y el de exposiciones precoces en la vida; 2) La mayor frecuencia de MMC en las pieles de tipos I y II; 3) el melanoma léntigo maligno está localizado casi exclusivamente en zonas expuestas.

Pigmentos antena y captación de luz

      Los complejos pigmento-proteína también contienen componentes específicos para la transferencia de electrones, que son importantes para la obtención de energía mediante el proceso de fotosíntesis. La organización de los complejos pigmento-proteína dentro de la membrana del tilacoide es tal que en realidad pueden ser distinguidos dos fotosistemas. Cada fotosistema contiene un conjunto de clorofilas y carotenoides conocido como pigmentos antena, por la función que realizan.

     Los pigmentos antena representan la mayoría de los pigmentos presentes en los fotosistemas. La función particular de dichos pigmentos es captar la energía de la luz y transferirla a un pequeño número de complejos pigmento-proteína llamados "centros de reacción".

     En un centro de reacción, la energía de un fotón es utilizada para excitar un electrón y elevarlo a un nivel mayor de energía (con un menor potencial redox) para que pueda ser transferido a una molécula que tenga un nivel de energía mayor que el mismo centro de reacción. Al aceptar el electrón, la molécula receptora se reduce. De esta manera, la energía de los fotones es utilizada para mover electrones de los centros de reacción a niveles de energía mayores de modo que puedan ser transferidos a otras moléculas. Al perder un electrón, el centro de reacción se oxida y queda en posibilidad de aceptar electrones de otras moléculas.

Bibliografía:

Villarrubia VG, González S y Cuevas J. “Alteraciones inmunológicas provocadas por la radiación ultravioleta. Su relación patogénica con el fotoenvejecimiento y la aparición del cáncer de piel”. Piel 1996; 11; 462-470.

Wetterberg L, Beck-Friss J, Kjellman BF, Junggren JG. The Circadian Rhythms in melatonin and control secretion in the depression. Adv Biochem Psychopharmacol 1984; 39: 197-205.

Young AR. Principles of Photobiology. Resúmenes del I Congreso Latinoamericano de Fotobiología. Lima, Perú. 2002, p. 7.

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Bioenergetica Mitocondrial

BIONERGETICA MITOCONDRIAL

Los organismos vivos existen gracias a que mantienen una entrada continua de energía. Parte de ella es utilizada en las funciones esenciales, como el mantenimiento, el crecimiento y la reproducción, y el resto se pierde en forma de calor.

 Para la mayoría de los organismos la fuente primaria de energía es el sol. Las plantas y las bacterias fotosintéticas utilizan la energía solar para producir moléculas orgánicas a partir del CO₂ (organismos autótrofos). Los animales obtienen alimento mediante la ingesta de plantas o animales que a su vez se alimentan de plantas (organismos heterótrofos).

Las células necesitan un aporte constante de energía para generar y mantener el orden biológico que las mantiene vivas. Esta energía deriva de la energía de los enlaces químicos de las moléculas de los nutrientes, los que sirven como combustible para las células. La energía útil proviene de los enlaces químicos almacenada en la glucosa cuando es hidrolizada y oxidada a dióxido de carbono y agua.

Fosforilación oxidativa:

• La mayor parte del ATP producido en las células es por un mecanismo de membrana en la mitocondria y en el cloroplasto. Consiste en dos fases interrelacionadas, que se realizan por complejos proteicos embebidos en la membrana.
•   Fase 1: los electrones (derivados del NADH y del FADH₂) son transferidos a lo largo de una serie de transportadores de electrones –denominados cadena de transporte de electrones- integrados en la membrana. Estas transferencias  de electrones liberan energía que es utilizada para bombear protones (H⁺ derivados del agua) a través de la membrana y así generar un gradiente electroquímico de protones.
• Fase 2: los H⁺  fluyen a favor de su gradiente electroquímico, a través de un complejo proteico denominado ATP sintetasa, el cual cataliza la síntesis (dependiente de energía) de ATP a partir de ADP y P_i. Esta enzima ubicua actúa como una turbina, permitiendo que el gradiente de protones impulse la producción de ATP.

La interrelación entre el transporte de electrones, el bombeo de protones y la síntesis de ATP se le conoce como acoplamiento quimiosmótico. El acoplamiento quimiosmótico es utilizado por la mayoría de los organismos vivos como fuente de producción de ATP, utilizando una gran variedad de sustancias diferentes como fuente de electrones para activar la bomba de protones. Los organismos aeróbicos utilizan la oxidación de glucosa y ácidos grasos, los vegetales necesita de la energía luminosa para producir los electrones y ciertas bacterias utilizan compuestos inorgánicos como hidrogeno, hierro y sulfuro como fuente de electrones. Todos reducen al oxigeno como aceptor de los electrones formando agua como desecho.

Cadena respiratoria

      Lleva a cabo la fosforilación oxidativa y está formada por 40 proteínas, de las cuales solo 15 están directamente implicadas en el transporte de electrones, las que están agrupadas en 3 grandes complejos enzimáticos. Los complejos respiratorios son: 1) el C. de la NADH deshidrogenasa, 2) el C.del citocromo b – c₁ y 3) el C. de la citocromo oxidasa. Todos los complejos contienen en sus moléculas iones metálicos y otros grupos químicos que forman una vía para el paso de los electrones a través del complejo. Cada uno de los complejos es una maquina proteica que bombea protones a través de la membrana mientras los electrones son transferidos a su través.

       

El "complejo I" o NADH deshidrogenasa o NADH: ubiquinona oxidoreductasa       captados electrones del NADH y los transfiere a un transportador liposoluble denominado ubiquinona (Q). El producto reducido, que se conoce con el nombre de ubiquinol (QH₂) puede difundir libremente por la membrana. Al mismo tiempo el Complejo I transloca cuatro protones a través de membrana, produciendo un gradiente de protones.

El "Complejo II" o Succinato deshidrogenasa; no es un bomba de protones. Además es la única enzima del ciclo de Krebs asociado a membrana. Este complejo dona electrones a la ubiquinona desde el succinato y los transfiere vía FAD a la ubiquinona.

El "complejo III" o Complejo citocromo bc₁; obtiene dos electrones desde QH₂ y se los transfiere a dos moléculas de citocromo c, que es un transportador de electrones hidrosoluble que se encuentra en el espacio intermembrana de la mitocondria. Al mismo tiempo, transloca dos protones a través de la membrana por los dos electrones transportados desde el ubiquinol.

El complejo IV o Citocromo c oxidasa; capta cuatro electrones de las cuatro moléculas de citocromo c y se transfieren al oxígeno (O₂), para producir dos moléculas de agua (H₂O). Al mismo tiempo se translocan cuatro protones al espacio intermembrana, por los cuatro electrones. Además "desaparecen" de la matriz 4 protones que forman parte del H₂O.

Inhibidores y desacoplantes:

El uso de inhibidores de la cadena ha permitido trazar el paso de los electrones a través de la cadena y determinar el punto de entrada de diversos sustratos. La velocidad a la cual el oxígeno es consumido por una suspensión de mitocondrias es una medida del funcionamiento de la cadena de transporte de electrones. La velocidad puede ser medida mediante un electrodo de oxígeno. Gran parte del conocimiento de la función mitocondrial ha resultado de estudios con compuestos tóxicos. Inhibidores específicos se han usado para distinguir el sistema de transporte de electrones del sistema de fosforilación oxidativa, y ha ayudado a definir la secuencia de los transportadores redox en la cadena. Si la cadena se bloquea en un punto, todos los transportadores anteriores quedan más reducidos, y los posteriores más oxidados. Hay seis tipos de venenos que afectan la función mitocondrial: 1. Inhibidores de la cadena que bloquean la cadena respiratoria.

• La rotenona, toxina de una planta, utilizada por indios amazónicos como veneno, también ha sido usada como insecticida.Actúa a inhibiendo el complejo I. Inhibe la reoxidación del NADH, no afecta la del FADH2. Inhibe la oxidación del malato, que es dependiente del NAD+, no así la del succinato.

·         El succinato entra en el segundo punto de entrada a la cadena, posterior al del NAD+.

               El amital (barbitúrico) inhibe al complejo I, afecta las oxidaciones dependientes del      NAD+.

• La antimicina A (Antibiótico) Actúa a inhibiendo el complejo III. Inhibe la reoxidación del NADH y del FADH2.
• El cianuro bloquea el paso de electrones del citocromo A3 al oxígeno.

Estos inhibidores detienen el paso de electrones de modo que no hay bombeo de protones. Sin gradiente de protones, no hay síntesis de ATP.

 

• La oligomicina, un antibiótico producido por Streptomyces, inhibe a la ATPasa al unirse a la subunidad Fo e interferir en el transporte de H+ a través de Fo, inhibe por lo tanto la síntesis de ATP.
• Diciclohexilcarbodiimida (DCCD), un reactivo soluble en lípidos, también inhibe el transporte de protones por Fo al reaccionar con un residuo de glutámico en una de las subunidades de Fo de mamíferos. En estas condiciones el gradiente de protones que se produce es mayor que lo normal, sin embargo la energía potencial de éste no puede ser utilizada para producir ATP.

3. Venenos que hacen permeable la membrana mitocondrial interna a los protones.
Estos agentes eliminan la relación obligada entre la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa que se observa en mitocondria intacto. Estos venenos, como el 2,4 dinitrofenol (DNP), el carbonilcianuro-p-trifluorometoxi-hidrazona (FCCP) y el carbonilcianuro-m-clorofenilhidrazona (CCCP) desacoplan la fosforilación oxidativa de la cadena respiratoria, se conocen como agentes desacopladores.

Los agentes desacoplantes son todos sintéticos, sin embargo en el mitocondria del tejido adiposo pardo una proteína desacopladora (termogenina) participa en el delicado control de la termogénesis.

    

El gradiente electroquímico de protones que se genera a través de la membrana mitocondrial interna es utilizado para impulsar la síntesis de ATP.  El mecanismo de síntesis de ATP se genera por la enzima ATP sintetasa. Esta genera una vía hidrofílica a través de la membrana que permite a los protones volver a favor de su gradiente electroquímico. Los iones se abren paso por la ATP sintetasa  y son utilizados para impulsar la reacción, energéticamente desfavorable, entre el ADP y el P_i produciendo ATP.

 BIBLIOGRAFÍA.

Lengeler JW; Drews G; Schlegel HG 1999. Biology of the Prokaryotes. Blackwell Science.

Nicholls DG; Ferguson SJ (Jul de 2002). Bioenergetics 3. Academic Press.

http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/introduccion%20fosforilacionoxidativa.html

Síntesis de ATP:2. Inhibidores de la fosforilación oxidativa, venenos que inhiben la ATP-sintasa.