Unidad Integracin Clula organismo En esta unidad se

Unidad: Integración Célula organismo

En esta unidad se estudian los fundamentos moleculares del funcionamiento integrado y coordinado de los millones de células que componen un organismo multicelular.

• ¿Qué significa la definición del plan corporal y la diferenciación celular a nivel molecular?

• ¿Cómo se relacionan los eventos que ocurren en la superficie celular con las respuestas rápidas de las células y con la transcripción génica que ocurre en el núcleo?

¿Cómo interaccionan las células con la matriz extracelular y con otras células en la formación de tejidos y órganos?

Las tres preguntas señaladas anteriormente deberías ser capaz de contestar cabalmente una vez desarrolladas todas las actividades que incluye ésta unidad. Pero, para empezar unas preguntas más simples:

¿Cuál es la relación entre genes y fenotipo?

¿Qué eventos deberían ocurrir luego de los procesos señalados?

Debería ocurrir el proceso de gastrulación que permite la formación de las tres capas germinativas: Ectoderma, mesoderma y endoderma

De cada capa embrionaria se producirán diferentes tipos de células.

¿Qué defectos muestran las moscas de la figura adjunta?

Calvin Bridges, observó en 1915 una mutante (conocida como bitorax)de la mosca de la fruta que le llamó la atención. En dicha mosca los halterios (estructuras para la estabilización en vuelo) estaban transformados en alas. A este tipo de mutación se le llamó Homeótica, esto es, una malformación que sustituye el patrón de una región del genoma, la cual cambia de tal forma que ahora se parece mucho a otra. La mutaciones homeóticas muestran así que hay genes que pueden controlar las distintas regiones del genoma que determinan las regiones del organismo, por las que estas producen considerables transformaciones anatómicas que, en el caso de la mosca, pueden consistir en la formación de alas en lugar de halterios o de patas en lugar de antenas. Para muchos biólogos este tipo de transformaciones ha tenido un papel importante en la evolución de nuevos grupos de animales.

Los genes homeóticos definen el plan corporal en el eje anteroposterior (cabeza- cola)

Fenotipos celulares humanos Célula oxíntica del estómago: secreta HCl Célula zimógena del estómago: secreta pepsinógeno Célula del epitelio intestinal: absorbe nutrientes Célula de la retina: Bastoncito Célula mucosa del intestino: secreta mucus

Somitas La mayoría de los músculos proceden del mesodermo que se extiende a cada lado del tubo neural. Este mesodermo se divide en series longitudinales de somitas que por delaminación, fusión y migración se convierten en el esqueleto axial, la dermis dorsal y los músculos de la espalda, la pared del cuerpo y las extremidades El tubo neural es una estructura presente en el embrión de los animales cordados, del que se origina el sistema nervioso central. De forma cilíndrica, el tubo neural se deriva de una región específica del ectodermo llamada placa neural, la que aparece al inicio de la tercera semana de la concepción por medio de un proceso llamado neurulación

¿Qué técnicas biotecnológicas fueron utilizadas en el trabajo ilustrado por la figura adjunta? 1 aislar ADN y ARN 2 Cultivar células 3 Extraer un núcleo y transfectarlo. 4 Utilizar la transcriptasa inversa. 5 Hibridizar cadenas de DNA con cadenas de RNA 6 Adherir trozos de DNA aislados a plasmidios 7 Incorporar plasmidios en células C 3 H 10 T 8 Producir anticuerpos y utilizarlos para identificar moléculas.

Proceso de desarrollo del ojo en vertebrados

Transplante de vesícula óptica

Células troncales Objetivo: Examinar la diferenciación de células troncales y su importancia en la mantención de distintos tejidos. Investigar sobre las llamadas células troncales embrionarias humanas y su potencial uso en medicina http: //www. youtube. com/watch? v=LHgll. DAz. ZLQ

¿Qué es una célula madre embrionaria según lo señalado en el video?

Una definición comúnmente aceptada de "célula madre o troncal", si bien algunos aspectos necesitan todavía una mayor profundización, es la que habla de una célula con dos características: 1) la capacidad de auto-renovación ilimitada o prolongada, esto es, de reproducirse muchas veces sin diferenciarse, y con 2) la capacidad de dar origen a células generadores de transición, con capacidad limitada de proliferar, de las cuales descienden gamas de células altamente diferenciadas (nerviosas, musculares, hemáticas, etc. ).

El video señala que las células madre embrionarias pueden utilizarse a futuro para curar enfermedades degenerativas como el Alzheimer, Diabetes y Cirrosis. Incluso a firma que a partir de ellas se podrá en un futuro cercano cultivar en laboratorio tejidos específicos e incluso órganos completos que podrían transplantarse evitando el rechazo que en la actualidad tienen estos procedimientos médicos. Actividad 1 ¿Qué opinan del uso de células madre embrionarias con los fines señalados en el video? Discuta con sus compañeros de grupo, fundamenten su opinión.

Actividad 2 ¿Tiene algún cuestionamiento ético el uso de células madre embrionarias en investigación? Discuta con sus compañeros y presente al curso el resultado de su análisis.

La respuesta es “SI", por las siguientes razones: 1. En base a un análisis biológico completo, el embrión humano vivo es a partir de la fusión de los gametos, un sujeto humano con una identidad bien definida, que comienza desde ese momento su propio desarrollo, coordinado, continuo. y gradual, de tal modo que en ningún estadio sucesivo puede ser considerado como un simple conglomerado de células. 2. En consecuencia, en cuanto "individuo humano", tiene derecho a su propia vida. Por tanto, cualquier intervención que no sea en favor del embrión mismo, se transforma en un acto que atenta contra dicho derecho. 3. Por tanto, la ablación de la masa celular interna del blastocito, que lesiona grave e irreparablemente el embrión humano truncando su desarrollo, es un acto gravemente inmoral y, por tanto, gravemente ilícito. 4. Ningún fin considerado bueno, como la utilización de las células estaminales que podrían obtenerse para la preparación de otras células diferenciadas con vistas a procedimientos terapéuticos de grandes expectativas, puede justificar una tal intervención. Un fin bueno no hace buena una acción en sí misma mala.

5. Para un católico, dicha postura se confirma por el Magisterio de la Iglesia que, en la encíclica "Evangelium vitae" -refiriéndose también a la Instrucción "Donum vitae" de la Congregación para la Doctrina de la Fe, afirma: "La Iglesia siempre ha enseñado, y sigue enseñando, que al fruto de la generación humana, desde el primer momento de su existencia, se ha de garantizar el respeto incondicional que moralmente se le debe al ser humano en su totalidad y unidad corporal y espiritual: "El ser humano debe ser respetado y tratado como persona desde el instante de su concepción y, por eso, a partir de ese mismo momento se le deben reconocer los derechos de la persona, principalmente el derecho inviolable de todo ser humano inocente a la vida“. ¿Qué opinan de estas ideas de la iglesia católica? V 1 http: //www. youtube. com/watch? v=EQTdhhplye. I&feature=related V 2 http: //www. youtube. com/watch? v=BVsa. PKl. C 2 DE&feature=related V 3 http: //www. youtube. com/watch? v=_TLwd. Htaa. Ag&feature=related V 4 http: //www. youtube. com/watch? v=Bl. Ue 1 wro. Nb 0&feature=Play. List &p=5 F 6 C 3 D 69 CC 9 E 61 BD&index=79&playnext=3

¿Son lo mismo las células Pluripotenciales, multipotenciales o totipotenciales? ¿Cómo clasificaría a las células señaladas en la figura?

http: //www. youtube. com/watch? v=EQTdhhplye. I&feature=Play. Li st&p=5 F 6 C 3 D 69 CC 9 E 61 BD&playnext_from=PL&playnext=1&i ndex=76 http: //www. youtube. com/watch? v=XLOn. AOX 4_Jo&feature=relat ed

Totipotenciales: pueden originar un organismo entero (pueden servir para clonar un individuo); se producen cuando un óvulo se une a un espermatozoide. Pluripotenciales: pueden generar células de distintos tipos de tejidos (músculo, hueso, neuronas, piel, entre otros), pero no un cuerpo completo. Multipotenciales: pueden especializarse en células productoras de una sola familia: por ejemplo, la madre de todas las células de la sangre (glóbulos rojos, blancos, plaquetas). Las células madre adultas generalmente se toman de la medula ósea o de la sangre circulante, pero una limitante de estas células que no se pueden obtener en gran número. Estudios recientes han identificado a los adipocitos como una nueva fuente de esta células, que – de esas sí- se pueden obtener en la calidad que se quiera, y del mismo individuo a quien se quiere tratar. Se le hace por ejemplo una liposucción, y de allí se le obtienen células madre para regenerar tejido miocárdico perdido en un infarto, o tejido insular para curarle una diabetes. ¿Ciencia ficción? No, más bien ciencia del futuro

Actividad. Discuta con sus compañeros la respuesta a la siguiente pregunta: ¿Qué papel cumplen las células troncales en un organismo adulto si ya formó todos sus tejidos, órganos y sistemas?

¿Para qué se investigan las células madre?

Una gran parte de las enfermedades que afectan a los seres humanos consisten en la degeneración y muerte de los distintos tejidos que conforman nuestro cuerpo. Los infartos, el mal de Alzheimer y el mal de Parkinson de hecho ejemplos de desgaste natural de los tejidos. La medicina ha logrado reparar los tejidos envejecidos o dañados por medio del desarrollo de los trasplantes. Esta técnica ha hecho un impacto notable en el aumento de la esperanza y calidad de vida de miles personas cada año. Algo que era impensable hace unos siglos atrás. Sin embargo, los trasplantes de órganos tiene dos grandes limitaciones: la escasez de donantes y la posibilidad real del rechazo del órgano trasplanto. Si miramos episodios como los infartos de miocardio y los cerebrales notaremos que los tejidos muertos no son susceptibles de repararse por los medios naturales del organismo. Es aquí donde los científicos exploran el desarrollo de técnicas que permitan cultivar y transplantar células madre, que gracias a su capacidad natural de regeneración sirva para el tratamiento de este tipo de enfermedades.

El segundo problema ético se puede formular así: ¿Es moralmente licito realizar la llamada "donación terapéutica" a través de la producción de embriones humanos y su sucesiva destrucción para la producción de células troncales?

La respuesta es "NO", por la siguiente razón: Todo tipo de donación terapéutica, al menos por ahora, parece implicar necesariamente la producción de embriones humanos y la subsiguiente destrucción de los embriones producidos con el fin de obtener células estaminales. Se cae de nuevo, pues, en el problema ético precedentemente expuesto, el cual no puede tener sino una respuesta negativa.

El tercer problema ético se puede formular así: ¿Es moralmente lícito utilizar las células troncales, y las células diferenciadas de ellas obtenidas, proporcionadas eventualmente por otros investigadores o disponibles en comercio?

La respuesta es "NO", si: 1. Se comparte la intencionalidad moralmente ilícita del agente principal (cooperación formal); participación que, en el caso que nos ocupa, se podría concretizar en pedir la producción de las mencionadas células o en adquirirlas a conocidos productores y proveedores; 2. Aún sin haber complicidad alguna en la destrucción voluntaria de los embriones que ya se ha producido, la utilización de tales células derivadas de ello comportaría la manifestación, o el riesgo de manifestación, de una aprobación implícita y/o una incitación indirecta a proseguir tal procedimiento, que es gravemente ilícito.

Receptores de señales ubicados en la membrana plasmática

La respuesta celular a las señales puede involucrar cambios en la expresión génica, en la forma celular y en la movilidad celular. Es decir, cambia el comportamiento celular. Transducción de señales es el proceso por el cual una señal se convierte en una respuesta celular. La célula convierte un tipo de señal que le llega del exterior en otro que se transmite al intracelular, amplificándose el número de moléculas involucradas. Las proteínas receptoras en la superficie celular se pueden agrupar en tres grandes grupos según el sistema de transducción de señales que utilizan: a) receptores-canales iónicos que se abren o cierran por unión del ligando; b) receptores asociados a proteínas que unen e hidrolizan GTP(GTPasas); c) receptores-enzimas que fosforilan o desfosforilan otras proteínas.

a) Los receptores-canales iónicos unen un pequeño número de neurotransmisores que inducen transitoriamente su apertura o cierre y están involucrados en procesos de rápida señalización entre células excitables eléctricamente. Pertenecen a una familia de proteínas que atraviesan varias veces la membrana.

b) Los receptores asociados a proteínas-G regulan indirectamente la actividad de una enzima o un canal en la membrana plasmática. Entre el receptor y la enzima o el canal se interpone una proteína que une e hidroliza GTP (proteína-GTPasa). Todos los receptores asociados a proteínas. GTPasas pertenecen a una familia de proteínas que atraviesan siete veces la membrana, y son las más abundantes. Incluyen la rodopsina y los receptores olfatorios. La activación de este tipo de receptores resulta en aumentos en la concentración intracelular de AMPc o calcio, que cumplen un papel de mensajeros intracelulares o segundos mensajeros. El AMPc y el calcio activan quinasas intracelulares que finalmente llevan a cambios en el comportamiento celular.

c) Receptores-enzima poseen actividad enzimática que es activada por el ligando. La mayoría son proteínas que atraviesan sólo una vez la membrana y poseen un sitio extracelular para la unión del ligando y un dominio catalítico intracelular, que generalmente fosforila proteínas. En general estos son receptores para factores de crecimiento.

Señalización Celular

Importancia de la Señalización Celular • Metabolismo • Movimiento • Proliferación • Supervivencia • Muerte • Diferenciación

Señalización Celular: • Principios de Señalización Celular

Las Moléculas de Señalización pueden unirse a Receptores de Superficie o Intracelulares

Formas de Señalización Intracelular

AMPc activa PKA GMPc activa PKG 1, 2 Diacilglicerol activa PKC Inositol 3 p Activa canales de Ca++

Cambio en las proteínas intracelulares durante la transducción de señales

Ejemplos de Moléculas de Señalización • Moléculas de Señalización con Receptores Intracelulares: – Hormonas Esteroides – Óxido Nítrico y Monóxido de Carbono • Moléculas de Señalización con Receptores de Superficie Celular: – Neurotransmisores – Hormonas Peptídicas y --Factores de Crecimiento

Ejemplos de Moléculas de Señalización • Moléculas de Señalización con Receptores Intracelulares: – Hormonas Esteroides – Óxido Nítrico y Monóxido de Carbono • Moléculas de Señalización con Receptores de Superficie Celular: – Neurotransmisores – Hormonas Peptídicas y . Factores de Crecimiento

Señalización Celular: • Moléculas de Señalización y sus Receptores

Ciclo de Actividad de Receptores Asociados a Proteínas G

Ejemplos de transducción de señales vía proteínas quinasas para dos receptores distintos En biología celular y molecular, un receptor tirosín kinasa es un receptor celular asociado a una vía de señalización intracelular caracterizado por pertenecer a la familia de los receptores con actividad enzimática intrínseca o asociada y por poseer como ligandos a insulina, factor de crecimiento epidérmico, factor de crecimento de fibroblastos, neurotrofinas y otros factores tróficos. Las características moleculares de dicho receptor comprenden la posesión hélice alfa transmembrana individual, aunque la proteína intrínseca posee un dominio citosólico con actividad tirosín kinasa, y su vía de transducción de la señal implica a la proteína G monomérica Ras asociada a MAPK, vía IP 3/DAG o vía PI-3 kinasa. De este modo, su activación mediante un estímulo externo provoca una cascada de reacciones enzimáticas interna que facilita la adaptación de la célula a su entorno, por mediación de segundos mensajeros.

Activación de Adenilil-Ciclasa por Receptores Asociados a Proteínas G

Mecanismo de Activación de Transcripción vía elevación en los niveles de AMPc

Receptores con actividad intrínseca tirosina quinasa (RTK) y vía de la MAP quinasa (MAPR) La importancia de los RTK han aumentado considerablemente en los últimos años por dos razones: a) La naturaleza de los ligandos endógenos que los activan, como son diversos factores de crecimiento y hormonas (insulina); b) La naturaleza de la cascada de reacciones que origina hasta activar la vía de señalización de la MAP quinasa o MAPK, con profunda influencia sobre un amplio espectro de acciones, como son la regulación de la proliferación, la diferenciación, la supervivencia y la modulación del metabolismo de las células. Para ello, las quinasas han de fosforilar muy diversas proteínas, tanto citoplasmáticas como nucleares. Elemento común de los RTK es el comportarse como receptor de membrana que posee la actividad catalítica de la tirosina quinásica.

Se requiere la acción de varias proteína asociadas a la membrana plasmática para que una señal hormonal gatille una respuesta en la célula. Las señales extracelulares se unen a receptores específicos e inducen en ellos cambios en su conformación. La única función del ligando parece ser la de cambiar las propiedades del receptor. Esto inicia una secuencia de reacciones que lleva a la respuesta celular. Las reacciones consisten en cambios en la forma de ciertas proteínas intracelulares provocados por fosforilación o por unión de GTP. En el caso de receptores asociados a proteínas-G se inducen cambios en la concentración intracelular de AMPc o calcio que actúan como señales internas (segundos mensajeros) para activar proteínas quinasas. En cambio los receptotes-enzima son quinasas reguladas desde el exteror de la célula e inducen cambios en el estado de fosforilación de diversas proteínas intracelulares. Un mismo receptor se puede encontraren distintos tipos celulares y gatillar distintas respuestas según la especialidad de la célula. Por ejemplo, las células del músculo estriado y las células pancráticas exocrinas expresan receptores de acetilcolina. ¿Qué efectos tiene la acetilcolina en éstas células? En una induce la contracción y en las otras gatilla la secreción. El sistema de transducción de señales es similar en ambos tipos celulares. La respuesta está determinada por la estructura y organización celular , adaptada a la especialización celular.

TIPOS DE RESPUESTAS CELULARES A LOS ESTÏMULOS

Amplificación de las señales intracelulares

¿Por qué razón es necesario que exista amplificación de señales a nivel intracelular?