Atlas de histología vegetal y animal

La célula. Ampliaciones ÁCIDO HIALURÓNICO

1. Introducción Diversidad Descubrimiento Teoría celular Origen de la célula Endosimbiosis 2. Matriz extracelular Proteínas estructurales Glúcidos, proteoglicanos Glicoproteínas Tipos de matrices extracelulares 3. Membrana celular Lípidos Proteínas Glúcidos Permeabilidad, fluidez Asimetría, reparación Síntesis Transporte Adhesión Complejos de unión 4. Núcleo Envuelta nuclear Poros nucleares Cromatina Nucléolo 5. Tráfico vesicular Retículo endoplasmático Del retículo al Golgi Aparato de Golgi Exocitosis Endocitosis Endosomas Lisosomas En células vegetales 6. Tráfico no vesicular Peroxisomas Mitocondrias Cloroplastos 7. Citoesqueleto Filamentos de actina Microtúbulos Filamentos intermedios 8. Ciclo celular Fase G1 Fase S Fase G2 Fase M. Mitosis. 9. Meiosis Ampliaciones Cuestionarios Bibliografía Glosario

Es un glicosaminoglicano, un polisacárido, no sulfatado de alto peso molecular que se encuentra en la matriz extracelular de todos los tejidos animales, siendo especialmente abundante en los tejidos conectivos, pero también en el tejido nervioso y epitelios. Fue aislado en 1934 del humor vítreo del ojo bovino. Es una molécula extremadamente larga con una gran capacidad de hidratación que aporta a los tejidos resistencia a presiones mecánicas y lubrificación, pero también otras funciones relacionadas con la comunicación y diferenciación celular. Aunque se asocia con otras moléculas en la matriz extracelular no forma enlaces covalentes con ellas, lo que es una característica única entre los glicosaminoglicanos. Apareció tarde en la evolución, quizá a partir de los primeros animales cordados. Características moleculares La estructura molecular del ácido hialurónico fue desentrañada en 1950. Es un polímero formado por pares de disacáridos, D-glucurónico y N-acetil glucosamina, unidos mediante enlaces alternos: (1-3)-beta-D-N-acetil glucosamina- (1-4)-beta-D-glucurónico. Algunas moléculas puede llegar a tener hasta 25000 repeticiones de dichas parejas y alcanzar los 20000 kd. En condiciones acuosas adopta una organización plegada y globular, pero si se extendiese tirando de sus dos extremos podría llegar a medir unas 15 µm de longitud, mayor que el diámetro de un eritrocito. El ácido hialurónico se encuentra disuelto en la matriz en forma de sal, como hialuronato. En 1972 se descubrió que el ácido hialurónico es capaz de actuar como una especie de esqueleto central al que se asocian mediante uniones electrostáticas otros proteoglicanos mediante interacciones electrostáticas. Estas moléculas son otros proteoglicanos como el agrecano, versican y neurocan. Actúa como el esqueleto de un andamiaje donde se pueden unir dichos proteoglicanos. Con ello se crean redes de sacáridos enormes en la matriz extracelular. Sin embargo, al contrario que otros glicosaminoglicanos el ácido hialurónico no se une directamente mediante enlaces químicos, covalentes, a polipéptidos de la matriz extracelular, por tanto no forma proteoglicanos. Esquema donde se muestran los enlaces eléctricos entre grupos de azúcares próximos que hace que la molécula de ácido hialurónico no se pliegue fácilmente. Los núeros en azul indican los enlaces tipo beta entre azúcares contiguos. (Modificado de Glycoforum) El ácido hialurónico tiene una gran capacidad de hidratación, de asociarse a moléculas de agua, puesto que posee muchas cargas negativas en su estructura molecular. Debido a su tamaño, a un pobre plegamiento de su estructura molecular y a su capacidad para unir agua, puede crear un gran espacio acuoso en su interior. La proporción de agua asociada a su estructura puede ser 1000 veces mayor que su propio peso molecular. Esto favorece la difusión de moléculas no muy voluminosas a través del espacio que crea. Sin embargo, otras moléculas de mayor volumen como algunas proteínas quedarían excluidas. Aún así, su estructura cambia constantemente de organización, con lo que la posibilidad de difusión a su través es variable. Esquema que quiere indicar el amplio volumen que ocupan las cadenas extremadamente largas de una molécula de ácido hialurónico. Síntesis y degradación Al contrario que el resto de los glicosaminoglicanos, se sintetiza en la membrana plasmática en vez de en el aparato de Golgi. Lo llevan a cabo unas enzimas de membrana denominadas sintasas del ácido hialurónico, de las que hay tres tipos en vertebrados (HSA1, HAS2, HAS3) y se expresan de forma diferencial en diferentes tejidos. La síntesis ocurre en la cara citosólica de la membrana plasmática donde se van ensamblando los monosocáridos, y a medida que se va sintetizando la cadena de ácido hialurónico va siendo transerida al espacio extracelular. Aunque las tres enzimas sintetizan ácido hialurónico, la HAS2 es la que parece sintetizar las cadenas más largas. Curiosamente un gen homólogo al de la enzima HSA1 se ha encontrado también en algunas bacterias, las cuales lo sintetizan para aumentar su movilidad. Probablemente estas bacterias captaron el gen de los animales. Esquema de la síntesis de ácido hialurónico en la membrana celular por la sintasa del ácido hialurónico (Modificado de Escudero 2009). El metabolismo del ácido hialurónico es muy dinámico. La vida de las moléculas de ácido hialurónico puede variar entre 1 y varios días. Se degrada por varios tipos de enzimas: hialuronidasa, beta-D glucoronidasa, beta-D-N-acetil-hexosaminidasa. Las más importantes son las hialuronidasas. También se puede degradar en los lisosomas tras endocitosis mediada por receptor. En aquellos tejidos que están bien drenados por vasos linfáticos se suele eliminar ácido hialurónico en la linfa, desde donde pasa a la sangre y es degradado fundamentalmente por las células endoteliales de los capilares sinusoidales del hígado. Aproximadamente el 30 % del ácido hialurónico que se elimina lo hace en el hígado. Una parte del ácido hialurónico también se elimina en los propios nódulos linfáticos o es excretado (1 % del ácido hialurónico corporal) diariamente por los riñones. Distribución El ácido hialurónico es el más abundante de todos los glicosaminoglicanos. En el ratón se ha encontrado que aproximadamente la mitad del ácido hialurónico se encuentra en la piel y un 25 % en los huesos y articulaciones. El resto se distribuye entre los músculos y las vísceras. Las zonas donde está más concentrado es en el cordón umbilical, en el líquido sinovial, cuerpo vítreo y en el folículo previo a la ovulación. Es un componente importante del líquido sinovial de las articulaciones, donde aumenta la viscosidad del fluido, y en el cartílago articular. Las menores concentraciones se encuentran en el hígado y en el suero sanguíneo. Es también un componente importante en el tejido nervioso. En el cartílago, aunque no es el glicosaminoglicano más abundante, ayuda a la estabilización de los proteoglicanos de la matriz, fundamentalmente el agrecano, donde forman agregados enormes que se disponen entre las fibras de colágeno. Esquema de la agregación del ácido hialurónico con numerosos proteoglicanos para formar estructuras moleculares enormes. A veces, estas complejos se asocian a la membrana plasmática gracias a los receptores CD44, que reconocen al ácido hialurónico (modificado deGlycoforum). A veces el ácido hialurónico se concentra en torno a las células. Las células tienen receptores en sus membranas denominado CD44 que pueden unir ácido hialurónico, quedando este en la periferia celular. A veces se puede detectar en el interior de las propias células. Función Las funciones que lleva a cabo el ácido hialurónico están relacionadas con sus características moleculares. Debido a su capacidad para unir agua es un excelente lubricante y aporta una gran resistencia a presiones mecánicas, pero también esta propiedad le capacita para regular el balance hídrico de los tejidos y su osmolaridad. El ácido hialurónico ayuda a crear la trama de la matriz extracelular mediante sus interacciones los proteoglicanos o el colágeno. Cuando está muy concentrado puede interaccionar consigo mismo creando mayas o entramados que le aportan al tejido unas propiedades visco-elésticas particulares. Las células tienen receptores específicos para el ácido hialurónico, tales como el CD44, TSG6, RHAMM y LYUE-1. Así, más allá de sus propiedades mecánicas e hídricas, se le ha implicado como señal molecular en la regulación de la proliferación, diferenciación y migración celular. . El más importante es el CD44, que se expresa en todas la mayoría de las células. La degradación del ácido hialurónico permite la permeabilización de la matriz extracelular, favoreciendo el trasiego de células. Curiosamente, los restos resultantes de la degradación del ácido hialurónico tienen carácter angiogénico e inflamatorio. Una alta concentración de ácido hialurónico en la matriz extracelular favorece la estabilidad celular e integridad tisular, mientras que la degradación favorece procesos de remodelación tisular. Es un indicio de madurez del tejido. El ácido hialurónico es una buena herramienta en biotecnología y medicina, sobre todo en los procesos de reparación tisular y como armazón en cultivos tisulares. A esto ayuda que no es una molécula antigénica, es decir, no desencadena respuestas inmunes cuando se inocula en los tejidos. Por ejemplo, su primera aplicación médica fue en oftalmología donde se usó en inyecciones para mantener las formas de las cavidades oculares y como sustituto del humor vítreo. En la reparación de tejidos se sintetizan grandes cantidades de ácido hialurónico y por ello se usa en medicina para curar heridas. En artritis se puede inyectar directamente, también en la reparación de heridas, en cirugía de operaciones estéticas, etc. También se usa para la coadministración de fármacos. Por otra parte se ha demostrado que su presencia es importante en los nichos de las células madre, donde estimula y la favorece la migración mediante la creación de espacios físicos para que las células se desplacen. Durante el desarrollo ayuda a la morfogénesis de estructuras embrionarias. Por ejemplo, se puede liberar desde la parte basal de los epitelios y producir la curvatura en éstos, debido a la gran cantidad de agua que atrae. Pero además favorece que los espacios intercelululares sean más transitables por las células. Por ejemplo, este proceso parece implicado en la formación embrionaria de las válvulas del corazón. En los cultivos celulares se detecta un halo de ácido hialurónico a su alrededor de las células, secretado por ellas mismas. El papel de este halo no está claro pero parece tener dos funciones: favorecer la movilidad de la propia célula y la de protección. Este papel de protección es debido a que otras células, virus o moléculas grandes no pueden atravesar dicho halo.