Las uniones intercelulares son especializaciones de las membranas plasmáticas de dos células vecinas en puntos concretos de las mismas, del espacio intercelular correspondiente y del citoplasma circundante a dichas áreas. A través de ellas, las células de los distintos tejidos se mantienen fuertemente unidas unas a otras formando entidades complejas como la epidermis, impermeabilizando los epitelios del medio externo, como en el tubo digestivo, o posibilitando el trabajo al unísono de grandes masas celulares, como ocurre en el músculo cardiaco.
La mayor parte de estas estructuras se conocen desde los albores de la microscopía, todas se han redefinido en términos morfológicos y fisiológicos tras el análisis ultraestructural de los últimos treinta años y, algunas han recibido un impulso extraordinario en estos años, al aplicarse las modernas técnicas celulares y moleculares (Fig. 1).
La mayor parte de estas estructuras se conocen desde los albores de la microscopía, todas se han redefinido en términos morfológicos y fisiológicos tras el análisis ultraestructural de los últimos treinta años y, algunas han recibido un impulso extraordinario en estos años, al aplicarse las modernas técnicas celulares y moleculares (Fig. 1).
La complejidad molecular de cada una de las estructuras conocidas, alcanza probablemente su desarrollo más extraordinario en el caso de los desmosomas, quizás una de las que se conocen de más antiguo. También llamados desmosomas puntuales o macula adherens, son puntos de unión responsables de la fuerte cohesión de los epitelios, epecialmente de la epidermis. En ellos las membranas se separan dejando un espacio de unos 25 nanometros, en el que interactuan glucoproteínas intramembranales de ambos lados. En los correspondientes lados citoplasmáticos, otro conjunto de proteínas forman unas placas electrodensas que se adhieren, por un lado a las propias membranas, recibiendo por el otro la interacción de los filamentos intermedios (tonofilamentos en el caso de los epitelios o filamentos de vimentina o desmina en otros casos) que a modo de lazo, entran y salen en la estructura. El conjunto de los desmosomas de una célula se encuentran interconectados mediante estos haces de filamentos, aumentando enormemente la cohesión.
En el desmosoma se tienen identificadas unas quince proteínas diferentes, que van desde 22 kilodaltons de peso molecular para una pequeña glucoproteína minoritaria del espacio extracelular, hasta los 640 de una proteína de la placa intracelular que se encuentra sólo en los epitelios estratificados. El conjunto se distribuye en seis glucoproteínas localizadas en el espacio extracelular y nueve identificadas en el lado intracelular (Fig. 2).
Figura 2
Como es lógico imaginar, esta compleja panoplia de moléculas diferentes en una estructura tan concreta y aparentemente tan estable e «inofensiva», no es el resultado de una complicación gratuita de la naturaleza. Según avanza el proceso de análisis y conocimiento de los componentes desmosomales, van teniendo respuesta los porqués de tal complejidad. Por referirnos sólo a uno de los casos más estudiados, citaremos el de una enfermedad autoinmune, conocida desde muy antiguo, y sólo entendida muy recientemente en términos celulares y moleculares: el pénfigo, caracterizada por la aparición de ampollas y escarificaciones de diferentes tipologías en la epidermis y/o las mucosas.
Como enfermedad autoinmune, el pénfigo en cualquiera de sus variedades, hoy por hoy es una enfermedad incurable, aunque su agresividad y morbilidad está lejos de las fatales consecuencias que solía tener hace 50 años. Los corticoides, las drogas inmunosupresoras y los antibióticos para cortar las infecciones concomitantes, hacen posible que los enfermos puedan llevar una vida normal tras el diagnóstico y control del primer brote.
¿Cual es la explicación actual a la aparición de esta enfermedad? Como es sabido las enfermedades autoinmunes se manifiestan como consecuencia de la formación de anticuerpos en el organismo, como respuesta a antígenos propios que son reconocidos como extraños. En el caso del pénfigo, la proteína que actua de antígeno es una desmogleina, glucoproteína cuyo domonio extracelular interactua con el correspondiente de otra molécula de la célula vecina en el lugar del desmosoma. Esta proteína es un miembro de una subfamilia , que a su vez se inscribe dentro de la familia génica de las cadherinas, proteínas integrales de membrana más ampliamente difundidas en la naturaleza, casi siempre ligadas a fenómenos de adhesión celular. Se sabe además, que los genes humanos que codifican para esta proteína se encuentran ubicados en la banda q12 del cromosoma 18, en una pequeña región de unos 320 kilobases.
Por razones que se desconocen, esta desmogleina sufre una modificación, que bien puede ser de origen genético o postraduccional, de tal forma que la nueva molécula conocida comoantígeno del pénfigo vulgar (APV), modifica tres dominios moleculares concretos, que suponen una ínfima parte de su molécula, que no altera su capacidad de interactuación con la vecina y que por tanto no merma la funcionalidad del desmosoma, pero que, el organismo huesped reconoce como extraña, crea anticuerpos que acuden al espacio intercelular desmosómico, bloquea los APV, desorganiza los desmosomas y el conectivo vecino hace protrusión entre el epitelio, apareciendo las típicas lesiones de la enfermedad.
Desgraciadamente, el avance experimentado en el conocimiento de las causas y de los mecanismos moleculares implicados, no se corresponde con un progreso parecido en las pautas de tratamiento. La terapia continua siendo hoy la ya comentada, si bien mejorada por los importantes impulsos proporcionados por la farmacología. los estudios profundos sobre la farmacognosia y farmacocinética de los corticoides, sobre nuevos típos de moléculas de menor toxicidad y, sobre todo, que permiten su uso a concentraciones muy inferiores a las de hace veinte años, la reducción de los efectos secundarios que producen estas «mágicas» herramientas terapeuticas, y los diferentes coadyuvantes entre los que se encuentran las drogas inmunosupresoras, hacen que, aún en estas circunstancias, las perspectivas de estos enfermos sean bastante esperanzadoras.
No obstante, en esta como en tantas otras dolencias, está por llegar la aplicación a la clínica de los modernos avances genéticos y moleculares. Una línea en franco progreso en el caso que comentamos, que ya ha obtanido resultados interesantes en experimentación animal, consiste en, una vez conocido el antígeno, la fabricación por ingeniería genética de una proteína recombinante que pueda mimetizar al mismo, y que al ser introducida por via sanguinea en los enfermos, produzcan el bloqueo de los autoanticuerpos, evitando así el acceso de los mismos a los auténticos antígenos situados en los espacios intercelulares de los desmosomas. Tambien en este caso la clínica espera el lógico trasvase de conocimientos de la investigación básica (¡básica pero con mayúscula!) a la aplicación clínica diaria, siguiendo esa lógica y ansiada transferencia de resultados de investigación.
Transporte de aminoácidos en vegetales
El transporte de metabolitos se puede clasificar en dos grupos (Figura 1):
1) Transporte no mediado, que ocurre por difusión, atravesando una molécula la membrana impulsada por su gradiente de potencial energético.
2) Transporte mediado, que ocurre por acción de proteínas transportadoras denominadas permeasas, translocasas, transportadores o portadores.
Termodinámicamente, el transporte mediado puede dividirse en:
a) Pasivo o difusión facilitada, que ocurre igual que la simple difusión pero aquí las moléculas atraviesan la membrana ³ayudadas² por unas proteínas específicas
b) Activo, en el cual las moléculas se transportan a través de la membrana en contra de un gradiente de potencial energético. Al ser éste un proceso endergónico, ha de estar acoplado a otro proceso lo suficientemente exergónico para que sea favorable energéticamente.
El transporte activo puede dividirse en: b.1) primario, cuando el transporte está ligado directamente a una reacción química como la hidrólisis de ATP. b.2) secundario, donde la translocación de la especie en contra del gradiente electroquímico está acoplada al transporte de otra especie a favor de dicho gradiente, de modo que la magnitud absoluta de la energía libre es lo suficientemente alta para impulsar el transporte de ambas especies.
El transporte mediado también puede clasificarse según la estequiometría del proceso en: uniporte cuando sólo se transporta una sola molécula, simporte cuando se transportan dos moléculas a la vez en el mismo sentido, y antiporte cuando se transportan dos moléculas en sentido opuesto.
Figura 1. Clasificación de los distintos tipos de transporte de metabolitos
La mayoría del transporte asociado a membranas biológicas es mediado por proteínas de membrana que contienen dominios hidrofóbicos con estructura de alfa-hélice y en algunos casos de lámina-beta. Podemos distinguir bombas, canales y portadores (carriers). Las bombas median el transporte activo primario. Los canales catalizan la difusión facilitada formando canales transmembrana o poros en los que queda un camino acuoso a través del cual pueden difundir selectivamente distintos sustratos. Los portadores median el transporte activo secundario y la difusión facilitada uniendose a sus sustratos específicos, transportándolos a través de la membrana y liberándolos en el otro lado. Las proteínas transportadoras pueden clasificarse en distintas superfamilias cuyos miembros existen en todas las especies, desde micoplasmas a humanos. Una de éstas es la superfamilia principal de transportadores facilitadores (MFS), caracterizada por presentar 2 unidades estructurales de 6 dominios transmembrana cada uno. Esta superfamilia MFS puede dividirse en varias familias, siendo las de azúcares, aminoácidos, y la de permeasas que confieren resistencia a fármacos (MDR) las de mayor número de miembros.
La toma de nitrógeno es de vital importancia para el desarrollo de las plantas, pues al igual que el fosfato y el potasio, el nitrógeno es uno de los principales nutrientes limitantes en el suelo. El metabolismo del nitrógeno y su transporte es poco conocido en plantas superiores debido principalmente a la dificultad de purificar proteínas integrales de membrana, ensayar su actividad y la complejidad de su regulación. En los últimos años, mediante expresión heteróloga de genes en Xenopus y en Saccharomyces cerevisiae, se ha conseguido la identificación y caracterización de muchos de estos transportadores. Las fuentes de nitrógeno del suelo más importantes son nitrato, amonio y aminoácidos. Estos nutrientes se absorben por las raíces y se incorporan metabólicamente en las mismas o bien, se transportan a otros órganos que pueden estar alejados. Dependiendo de la planta, el nitrato puede ser reducido en las raíces o transportado a través del xilema a las hojas, donde la energía fotosintética es usada para la producción de aminoácidos. En el caso del amonio, la asimilación ocurre mayoritariamente en las raíces. El nitrógeno orgánico puede ser almacenado transitoriamente en distintos órganos vegetativos en forma de proteínas de almacenamiento, o bien puede ser transportado en forma de aminoácidos, aminas y ureidos por el sistema vascular (floema y xilema). Las plantas usan preferentemente determinados aminoácidos para ser transportados a larga distancia: arginina, asparagina, glutamato y glutamina. La similar composición de aminoácidos en el mesófilo y en la savia del floema y del xilema de las hojas sugiere que los transportadores implicados han de ser de amplio rango de especificidad. Estudios bioquímicos realizados en vesículas de membrana plasmática indican la existencia de una permeasa de aminoácidos de baja especificidad, tratándose de un simporte acoplado a protones (transporte activo secundario). En S. cerevisiae, además de un transportador general de aminoácidos, existe un transportador específico para cada aminoácido. En otros organismos unicelulares se han identificado tres sistemas de transporte de aminoácidos: uno para ácidos, uno para básicos y otro para neutros. En plantas superiores éste es un asunto controvertido. Así, hay investigadores que defienden la existencia de un solo sistema general de transporte, mientras que otros hablan de una multiplicidad de sistemas (hasta llegar a siete). Por ejemplo en hojas de remolacha hay cuatro sistemas (uno de aminoácidos ácidos, otro de básicos y dos de neutros), en Arabidopsis se han encontrado tres familias: las permeasas AAP que constituyen el sistema general de transporte al reconocer a un amplio espectro y cotransportan protones, las permeasas AAT que constituye un sistema de mayor afinidad, relacionadas con los transportadores de aminoácidos de mamíferos, y las permeasas NTR1 que transportan péptidos con alta afinidad.
La clonación de la mayoría de transportadores de aminoácidos se ha conseguido gracias a la complementación de mutantes de levaduras. Así, en Arabidopsis se ha conseguido identificar cinco permeasas de la familia AAP (AAP1-5); por experimentos de competición y de toma directa de aminoácidos, estas permeasas se clasificaron en dos subfamilias: permeasas que reconocen a aminoácidos ácidos y neutros (AAP1, 2 y 4) y transportadores generales que reconocen a todos (AAP3 y 5). La diferencia esencial entre estas permeasas reside en patrones de expresión tisular y etapas de desarrollo. Por último, señalar que a pesar de que la mayoría de los transportadores de aminoácidos en plantas son de amplio rango, éstos difieren con respecto a sus afinidades hacia aminoácidos individuales; esto lleva a pensar en la existencia de distintos requerimientos y preferencias por determinados aminoácidos según el tipo celular.
1) Transporte no mediado, que ocurre por difusión, atravesando una molécula la membrana impulsada por su gradiente de potencial energético.
2) Transporte mediado, que ocurre por acción de proteínas transportadoras denominadas permeasas, translocasas, transportadores o portadores.
Termodinámicamente, el transporte mediado puede dividirse en:
a) Pasivo o difusión facilitada, que ocurre igual que la simple difusión pero aquí las moléculas atraviesan la membrana ³ayudadas² por unas proteínas específicas
b) Activo, en el cual las moléculas se transportan a través de la membrana en contra de un gradiente de potencial energético. Al ser éste un proceso endergónico, ha de estar acoplado a otro proceso lo suficientemente exergónico para que sea favorable energéticamente.
El transporte activo puede dividirse en: b.1) primario, cuando el transporte está ligado directamente a una reacción química como la hidrólisis de ATP. b.2) secundario, donde la translocación de la especie en contra del gradiente electroquímico está acoplada al transporte de otra especie a favor de dicho gradiente, de modo que la magnitud absoluta de la energía libre es lo suficientemente alta para impulsar el transporte de ambas especies.
El transporte mediado también puede clasificarse según la estequiometría del proceso en: uniporte cuando sólo se transporta una sola molécula, simporte cuando se transportan dos moléculas a la vez en el mismo sentido, y antiporte cuando se transportan dos moléculas en sentido opuesto.
La mayoría del transporte asociado a membranas biológicas es mediado por proteínas de membrana que contienen dominios hidrofóbicos con estructura de alfa-hélice y en algunos casos de lámina-beta. Podemos distinguir bombas, canales y portadores (carriers). Las bombas median el transporte activo primario. Los canales catalizan la difusión facilitada formando canales transmembrana o poros en los que queda un camino acuoso a través del cual pueden difundir selectivamente distintos sustratos. Los portadores median el transporte activo secundario y la difusión facilitada uniendose a sus sustratos específicos, transportándolos a través de la membrana y liberándolos en el otro lado. Las proteínas transportadoras pueden clasificarse en distintas superfamilias cuyos miembros existen en todas las especies, desde micoplasmas a humanos. Una de éstas es la superfamilia principal de transportadores facilitadores (MFS), caracterizada por presentar 2 unidades estructurales de 6 dominios transmembrana cada uno. Esta superfamilia MFS puede dividirse en varias familias, siendo las de azúcares, aminoácidos, y la de permeasas que confieren resistencia a fármacos (MDR) las de mayor número de miembros.
La toma de nitrógeno es de vital importancia para el desarrollo de las plantas, pues al igual que el fosfato y el potasio, el nitrógeno es uno de los principales nutrientes limitantes en el suelo. El metabolismo del nitrógeno y su transporte es poco conocido en plantas superiores debido principalmente a la dificultad de purificar proteínas integrales de membrana, ensayar su actividad y la complejidad de su regulación. En los últimos años, mediante expresión heteróloga de genes en Xenopus y en Saccharomyces cerevisiae, se ha conseguido la identificación y caracterización de muchos de estos transportadores. Las fuentes de nitrógeno del suelo más importantes son nitrato, amonio y aminoácidos. Estos nutrientes se absorben por las raíces y se incorporan metabólicamente en las mismas o bien, se transportan a otros órganos que pueden estar alejados. Dependiendo de la planta, el nitrato puede ser reducido en las raíces o transportado a través del xilema a las hojas, donde la energía fotosintética es usada para la producción de aminoácidos. En el caso del amonio, la asimilación ocurre mayoritariamente en las raíces. El nitrógeno orgánico puede ser almacenado transitoriamente en distintos órganos vegetativos en forma de proteínas de almacenamiento, o bien puede ser transportado en forma de aminoácidos, aminas y ureidos por el sistema vascular (floema y xilema). Las plantas usan preferentemente determinados aminoácidos para ser transportados a larga distancia: arginina, asparagina, glutamato y glutamina. La similar composición de aminoácidos en el mesófilo y en la savia del floema y del xilema de las hojas sugiere que los transportadores implicados han de ser de amplio rango de especificidad. Estudios bioquímicos realizados en vesículas de membrana plasmática indican la existencia de una permeasa de aminoácidos de baja especificidad, tratándose de un simporte acoplado a protones (transporte activo secundario). En S. cerevisiae, además de un transportador general de aminoácidos, existe un transportador específico para cada aminoácido. En otros organismos unicelulares se han identificado tres sistemas de transporte de aminoácidos: uno para ácidos, uno para básicos y otro para neutros. En plantas superiores éste es un asunto controvertido. Así, hay investigadores que defienden la existencia de un solo sistema general de transporte, mientras que otros hablan de una multiplicidad de sistemas (hasta llegar a siete). Por ejemplo en hojas de remolacha hay cuatro sistemas (uno de aminoácidos ácidos, otro de básicos y dos de neutros), en Arabidopsis se han encontrado tres familias: las permeasas AAP que constituyen el sistema general de transporte al reconocer a un amplio espectro y cotransportan protones, las permeasas AAT que constituye un sistema de mayor afinidad, relacionadas con los transportadores de aminoácidos de mamíferos, y las permeasas NTR1 que transportan péptidos con alta afinidad.
La clonación de la mayoría de transportadores de aminoácidos se ha conseguido gracias a la complementación de mutantes de levaduras. Así, en Arabidopsis se ha conseguido identificar cinco permeasas de la familia AAP (AAP1-5); por experimentos de competición y de toma directa de aminoácidos, estas permeasas se clasificaron en dos subfamilias: permeasas que reconocen a aminoácidos ácidos y neutros (AAP1, 2 y 4) y transportadores generales que reconocen a todos (AAP3 y 5). La diferencia esencial entre estas permeasas reside en patrones de expresión tisular y etapas de desarrollo. Por último, señalar que a pesar de que la mayoría de los transportadores de aminoácidos en plantas son de amplio rango, éstos difieren con respecto a sus afinidades hacia aminoácidos individuales; esto lleva a pensar en la existencia de distintos requerimientos y preferencias por determinados aminoácidos según el tipo celular.
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