Estudios de la Histología humana

Organitos
Aunque los microscopistas de luz descubrieron algunos de los organitos, su estructura y función no se aclararon hasta el advenimiento de la microscopia electrónica, las técnicas de separación y los procedimientos bioquímicos e histoquímicos sensibles.
A causa de la aplicación de estos métodos, se sabe ahora que las membranas de los organitos están compuestas por una bicapa fosfolipídica que no sólo divide a la célula en compartimientos, sino que además ofrece grandes superficies para las reacciones bioquímicas esenciales para la conservación de la vida.

Organitos citoplasmáticos no membranosos

Los ribosomas son estructuras esféricas compuestas por ácido ribonucleico (ARN) y proteínas, que tienen afinidad por los colorantes básicos (basófilos) y se colorean de azul con la hematoxilina. Estos organitos pueden localizarse libres en el citoplasma oasociados con membranas, especialmente del retículo endoplásmico rugoso. Losribosomas libres participan en la síntesis de proteínas estructurales y los ribosomas asociados con membranas, intervienen en la síntesis de proteínas de secreción o exportables.

Los centriolos son generalmente 2 estructuras alargadas formadas por microtúbulos que están situados cerca del núcleo y constituyen la parte central del centrosoma o citocentro, a partir del cual se disponen radialmente los microtúbulos citoplasmáticos. Estos organitos participan en la formación de los microtúbulos que se hallan en los cilios, flagelos y huso mitótico que se desarrollan en la división celular.

Los microtúbulos son estructuras tubulares que forman parte del citoesqueleto y participan en la motilidad celular. Además, actúan como un sistema microcirculatorio por donde se transportan distintos tipos de sustancias.

Los microfilamentos son estructuras alargadas que tienen la función mecánica de sostén de la célula , intervienen en su motilidad y representan la parte activa del citoesqueleto.

Membrana celular

Cada célula está limitada por una membrana celular (conocida también como membrana plasmática o plasmalema) cuyas funciones (7) consisten en:

1.- Conservar la integridad estructural de la célula

2.- Controlar el paso de sustancias hacia el interior y el exterior de la célula (permeabilidad selectiva)

3.- Regular las interacciones celulares entre unas y otras células

Las membranas celulares

Para llevar a cabo las reacciones químicas necesarias en el mantenimiento de la vida, la célula necesita mantener un medio interno apropiado. Esto es posible porque las células se encuentran separadas del mundo exterior por una membrana limitante, la membrana plasmática. Además, la presencia de membranas internas en las células eucariotas proporciona compartimientos adicionales que limitan ambientes únicos en los que se llevan al cabo funciones altamente específicas, necesarias para la supervivencia celular.
La membrana plasmática se encarga de: 

	aislar selectivamente el contenido de la célula del ambiente externo
	regular el intercambio de sustancias entre el interior y exterior celular (lo que entra y sale de la célula);
	comunicación intercelular

La mayoría de las células tienen membranas internas además de la membrana plasmática, forman y delimitan compartimentos donde se llevan a a cabo las actividades bioquímicas de la célula. Las restantes membranas también constituyen barreras selectivas para el pasaje de sustancias.

Funciones de las membranas

	La membrana celular funciona como una barrera semipermeable, permitiendo el paso de pocas moléculas y manteniendo la mayor parte de los productos producidos dentro de ella.
	Protección
	Ayudar a la compartimentalización subcelular
	Regular el transporte desde y hacia la célula y de los dominios subcelulares
	Servir de receptores que reconocen señales de determinadas moléculas y transducir la señal al citoplasma.
	Permitir el reconocimiento celular.
	Proveer sitios de anclaje para los filamentos del citoesqueleto o los componentes de lamatriz extracelular  lo que permite, entre otras, el mantenimiento de la forma celular
	Servir de sitio estable para la catálisis enzimática.
	Proveer de "puertas" que permitan el pasaje  través de las membranas de diferentes células (gap junctions)
	Regular la fusión de la membrana con otra membrana por medio de uniones (junctions) especializadas
	Permitir direccionar la motilidad celular

Estructura de las Membranas

La membrana plasmática tiene un grosor no mayor de 5 nm. Debido a que la mayor parte de las proteínas tiene un diámetro mayor a 10 nm, uno de los principales problemas para comprender la estructura básica de las membranas consistía en determinar la forma en que las moléculas se disponían en un espacio tan pequeño. El actual modelo de la estructura de la membrana plasmática es el resultado de un largo camino que comienza con las observaciones indirectas que determinaron que los compuestos liposolubles pasaban fácilmente esta barrera lo que llevó a Overton,  ya en 1902, a sostener que su composición correspondía al de una delgada capa lipídica; posteriormente se agregó a esta propuesta la que sostenía que en la composición también intervenían proteínas. Hacia 1935 Danielli y Davson sintetizaron los conocimientos proponiendo que la membrana plasmática estaba formaba por una "bicapa lipídica" con proteínas adheridas a ambas caras de la misma. 

La integración de los datos químicos,  físico-químicos y las diversas técnicas de microscopía llevó al actual modelo de "" (Singer S.J., and Nicolson, G.L. (1972) Science, 175:120). Según este modelo del mosaico fluido, que ha tenido gran aceptación, las membranas constan de unabicapa lipídica (una doble capa de lípidos) en la cual están inmersas diversas proteínas.
La bicapa lipídica ha sido establecida como la base universal de la estructura de la membrana celular. Es fácil de observar en una micrografía electrónica pero se necesitan técnicas especializadas como la difracción de rayos X y técnicas de criofractura para revelar los detalles de su organización.

Membranas celulares de neuronas opuestas.  Dennis Kunkel ©  (M.E., 436.740xhttp://www.pbrc.hawaii.edu/~kunkel/gallery/fungi-sm1/92386a.html), usada con permiso.

La membrana es una estructura cuasi-fluida, en ella sus componentes pueden realizar movimientos de traslación dentro de la misma. Esta fluidez implica que los componentes en su mayoría solo están unidos por uniones no covalentes.  La microscopía electrónica mostró a la membrana plasmática como una estructura de tres capas, dos de ellas externas y densas, y una clara en el medio.

Los lípidos son insolubles en agua pero se disuelven fácilmente en disolventes orgánicos. Constituyen aproximadamente el 50% de la masa de la mayoría de las membranas plasmáticas de las células animales, siendo casi todo el resto proteínas. Existen 109 moléculas lipídicas en la membrana plasmática de una célula animal pequeña.

La molécula primaria de la membrana celular es el fosfolípido, posee una "cabeza"  polar (hidrofílica) y dos "colas" no polares (hidrofóbicas), son por tanto simultáneamente hidrofílicos e hidrofóbicos (). 

Los fosfolípidos en la membrana se disponen en una bicapa con sus colas hidrofóbicas dirigidas hacia el interior, quedando de esta manera entre las cabezashidrofílicas que delimitan la superficie externa e interna de la membrana.   El espesor de la membrana es de alrededor de 7 nanómetros.

Esquemas de una molécula de fosfolípido

Debido a que las moléculas del tipo de los fosfolípidos tienen un extremo que se asocia libremente con el agua y otro que no lo hace, cuando se encuentran dispersas en agua adoptan por lo general una conformación de capa doble. La estructura en bicapa permite que los grupos del extremo hidrofílico se asocien libremente con el medio acuoso, y que las cadenas hidrófobas de ácidos grasos permanezcan en el interior de la estructura, lejos de las moléculas de agua.

Esquema del modelo fluido de membrana

Bicapa de fosfolípidos) Lado externo de la membrana Lado interno de la membrana Proteína intrínseca de la membrana Proteína canal iónico de la membrana Glicoproteína	Moléculas de fosfolípidos organizadas en bicapa Moléculas de colesterol Cadenas de carbohidratos Glicolípidos Región polar (hidrofílica) de la molécula de fosfolípido Región hidrofóbica de la molécula de fosfolípido
www.puc.cl/sw_educ/neurociencias/ html/047.html

El colesterol es otro componente importante de la membrana. Se encuentra embebido en el área hidrofóbica de la misma, su presencia contribuye a la estabilidad de la membrana al interaccionar con las "colas" de la bicapa lipídica y contribuye a su fluidez evitando que las "colas" se "empaqueten" y vuelvan mas rígida la membrana (este efecto se observa sobre todo a baja temperatura).

Las membranas de las células vegetales no contienen colesterol, tampoco las de la mayoría de las células bacterianas.
 Las arqueobacterias poseen lípidos de membrana diferentes tanto de las bacterias como de los  eucariotas (incluyendo enlaces éter en lugar de enlaces ester en sus fosfolípidos). Algunas de ellas poseen esteroles en su membrana celular (una característica de eucariotas).
Las proteínas pueden estar suspendidas en la membrana, con sus regiones hidrofóbicas insertadas en ella y con las hidrofílicas que sobresalen ("stick out") hacia el exterior e interior de la célula.
Diversas experiencias sugieren que estas proteínas no están fijas en un lugar de la membrana, sino que están relativamente libres para desplazarse lateralmente, por lo cual se originó el concepto demosaico fluido.

 Proteínas de la membrana 

Las proteínas de la membrana pueden considerarse, de acuerdo a como se encuentran en la membrana, comprendidas en una de estas dos categorías:

	integrales: estas proteínas tienen uno o mas segmentos que atraviesan la bicapa lipídica
	periféricas: estas proteínas no tienen segmentos incluidos en la bicapa, interaccionan con las cabezas polares o bien con las proteínas integrales

La superficie externa de la membrana tiende a ser rica en glicolípidos que tienen su colas hidrofóbicas embebidas en la región hidrofóbica de la membrana y sus cabezas hacia el exterior de la célula.

 Ellos, junto a con los hidratos de carbono pegados a las proteínas (glicoproteínas), intervienen en el reconocimiento de lo propio ("self") de un organismo. Los antígenos de diferenciación, mas conocidos como antígenos CD (por Cluster of  Differentiation, grupo de diferenciación) no son otra cosa que  glicoproteínas que se expresan sobre la superficie de las membranas 

Esquema de un proteoglucano, estas glicoproteínas poseen una proporción de polisacáridos  mayor que lo usual.

Esquema de las Proteínas del Complejo Mayor de Histocompatibilidad (CMH). Estas moléculas resultan claves para distinguir entre lo propio y lo ajeno por el sistema inmunitario.

Esquema de una proteína de transmembrana que actúa como receptor de quimiocinas

Tema ampliado

La Matriz Extracelular 

Las interacciones celulares resultan fundamentales para su integración en tejidos y su relación con células similares o diferentes.
Las células animales secretan alrededor de ellas un complejo retículo conformado por proteínas e hidratos de carbono que les crean un ambiente especial: la matriz extracelular. Entre sus principales componentes se cuentan:

	el colágeno, fibras proteicas que confieren resistencia y fortaleza a la matriz
	los proteoglucanos,  glicoproteínas que poseen una proporción de polisacáridos  mayor que lo usual. y confieren el alto grado de viscosidad característico de la matriz
	las fibronectinas, proteínas  multiadhesivas, tienen afinidad tanto para el colágeno como para las integrinas de las células. Su función principal es la fijación de células a matrices que contienen colágeno.

La matriz extracelular de las células animales puede equipararse a la pared celular de las células vegetales, cuya composición química es muy diferente y se describe mas adelante.

Adhesión intercelular 

 Un grupo de proteínas denominadas Moléculas de Adhesión Celular (MAC  o CAM por sus siglas en inglés) es el responsable de las interacciones entre células. Estas proteínas corresponden a  proteínas integrales de membrana , entre las mas importantes tenemos:

Cadherinas: son responsables de las interacciones entre células similares (interacciones homotípicas) y requieren de Ca ++ para dicha interacción, y entre otras características , se encuentra las de relacionarse (por su porción citosólica) al citoesqueleto Un ejemplos de uniones que contiene cadherina lo constituyen los desmosomas y las uniones adhesivas celulares y que confieren rigidez y fortaleza al conjunto de células que se unen para formar tejidos.

Selectinas: son responsables de las interacciones entre células diferentes (interacciones heterótípicas), se fijan a los hidratos de carbono de otras  moléculas de adhesión celular. Esta fijación es Ca++ dependiente y se realiza por medio de una lectina que se encuentra en el extremo de la molécula.

Uniones especializadas entre las células 

Esquema de un desmosoma

Esquema simplificado de uniones que se establecen entre células

	Desmosomas que, como se observa en la figura superior, constan de una placa adosada a la cara citosólica de las respectivas membranas citoplasmáticas de las células que unen y, siendo las cadherinas los elementos que unen a las mismas. La placa (formada por proteínas denominadas placoglobinas) se unen a filamentos intermedios del citoesqueleto (queratina). Las cadherinas (en este caso proteínas de trasmembrana denominadas desmogleína y desmocolina) se fijan a la placa y se proyectan al espacio intercelular entrelazándose a las de la otra célula.
	Uniones adherentes: se las encuentra generalmente en el tejido epitelial conformando una banda continua de moléculas de cadherina que en su porción citosólica se unen a un "cinturón" de proteínas adaptadoras que discurre en la cara citosólica de la membrana celular y relaciona a las cadherinas con el citoesqueleto (principalmente actina).
	Unión estrecha u oclusiva: se las encuentra separando los líquidos extracelulares que bañan las regiones apicales y basales de las células (con el objeto de que cumplan sus respectivas funciones) y forman barreras que tornan impermeables determinadas cavidades (como la luz del intestino). En este tipo de relación entre células,  hileras de proteínas integrales de membrana (como la ocludina y la claudina) forman, con la porción que se proyecta al espacio intercelular,  uniones extremadamente fuertes con las similares de la célula adyacente y prácticamente fusionan ambas células estableciendo una unión impermeable. La porción citosólica de estas células se relaciona al citoesqueleto.

Comunicación intercelular 

Uniones comunicantes ( gap junctions)

Un tipo particular de unión entre células animales lo constituye la unión comunicante (gap junction), en este caso las membranas de ambas poseen proteínas que conforman semicanales de transmembrana, que las interconectan y permiten el paso de moléculas entre ambas.

 En las células vegetales las uniones intercelulares se extienden a través de las paredes celulares de células adyacentes y se denominan plasmodesmos. Al igual que las uniones comunicantes, conectan a ambas células permitiendo el paso de moléculas, pero en este caso la membrana celular conforma una lámina continua que "tapiza" el plasmodesmo y, por otra parte una extensión del retículo plasmático (el desmotúbulo) lo atraviesa y se conecta al citosol de la célula adyacente.

Adhesión entre las células y la matriz   

En los grupos organizado de células la matriz, entre otras funciones,  cumple la de organizar las células en tejidos amén de coordinarlas proporcionando el medio para que se propaguen señales que pueden indicar a las células que crezcan y proliferen. 

Esquema simplificado de la matriz celular, que muestra una de las relaciones entre componentes de la matriz y componentes del citoesqueleto.

La adhesión entre las células y la matriz esta mediada esencialmente por las integrinas: son las principales clases de Moléculas de Adhesión Celular que interaccionan entre la célula y la matriz (aunque las selectinas y proteoglucanos también intervienen en la fijación). Las integrinas están compuestas por dos subunidades diferentes (heterodímeros) que toman el nombre de alfa (con 17 tipos diferentes) y beta (con ocho tipos diferentes), lo cual permite un gran número de combinaciones. Las células generalmente presentan en su superficie varios tipos de integrinas.
La porción extracelular de la integrina se fija a las proteínas de la matriz y la citosólica se relaciona con proteínas adaptadoras que a su vez interactúan con el citoesqueleto.
 Algunas integrinas pueden además de mediar entre la célula y la matriz, intervenir en interacciones intercelulares.

La pared celular  

La pared celular se encuentra localizada por fuera de la membrana celular dando protección y soporte mecánico a las células que la poseen.
Presenta diferentes características ya sea que se trate de la pared de las plantas (eucariotas) o de la de bacterias (procariotas). En los respectivos capítulos (La pared bacteriana, La pared celular en las plantas) se las trata in extenso.A continuación se detallan algunas hechos que caracterizan a diferentes grupos en referencia a la misma.

	Las células de los animales y de muchos protistas no tienen pared celular.
	Las plantas tienen una variedad de productos incorporados en su pared celular, entre ellos lacelulosa en la pared primaria y la lignina, y otros productos químicos en la pared secundaria.
	Los plasmodesmos son las conexiones por medio de las cuales se comunican las células eucariotas cubiertas por paredes celulares.
	Los hongos poseen quitina en su pared celular.
	Los procariotas tienen una pared celular formada por un peptidoglicano, que entre sus características esta el hecho de contener aminoácidos de la serie D.
	Las arqueobacterias no poseen paredes celulares con peptidoglicanos.