Unidad1 integracióncélula organismo
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Unidad1 integracióncélula organismo

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  • 1. Unidad 1: Integracióncélula - organismo
  • 2. Observemos el siguiente video
  • 3. Desarrollo embrionario
  • 4. Organogénesis
  • 5. Diferenciación celular
  • 6. Diferenciación celularLa mayoría de los organismos multicelulares estánformados por grupos de células que presentanciertas diferencias y semejanzas entre sí. Las célulasque forman la capa superficial de nuestra piel, porejemplo, son muy diferentes a las que se encuentranen los músculos de contracción voluntaria, y estasson similares, pero no idénticas, a las del músculoliso presente en órganos que se contraeninvoluntariamente. Así, podemos clasificar cada unode estos grupos de células como diferentes tiposcelulares.
  • 7. PIEL MÚSCULO ESTRIADO MÚSCULO LISO
  • 8. Células totipotenciales: Células troncales.
  • 9. Células totipotenciales: Células meristemáticas
  • 10. Una célula que es capaz de diferenciarse enmuchos tipos celulares diferentes se denominatotipotencial. En el caso específico de losorganismos animales, estas células se conocencomo células troncales y, en los vegetales, cómocélulas meristemáticas. En los animales, el cigotoy ciertas células embrionarias son totipotentes.En las plantas hay muchas células meristemáticasen los extremos de las raíces y en el ápice de losbrotes, sin embargo, las células diferenciadaspueden ser inducidas a convertirse entotipotenciales bajo condiciones experimentales.
  • 11. Células troncalesEstas células mantienen su potencialproliferativo por períodos indefinidos detiempo. Así a partir de ellas se originancélulas especializadas no solo durante eldesarrollo embrionario, sino también a loslargo de toda la vida del organismo,haciendo posible la regeneración yreparación de tejidos.
  • 12. FIGURA 1: Etapas en el desarrollo de la mosca y efecto de mutaciones en genes que controlan la localización de estructuras a lolargo del eje cabeza-cola (genes homeóticos).
  • 13. FIGURA 2: Los genes homeóticosdefinen el plan corporal en el eje antero-posterior (cabeza-cola).
  • 14. Los geneshomeóticos sedistribuyen a lolargo de uncromosomasiguiendo laorientación de lasregionescorporales endonde seexpresan. Estacaracterística seha conservado yes evidente tantoen insectos comoen vertebrados.
  • 15. Genes homeóticosLa localización y formación de la estructura de losdiferentes órganos, proceso denominadoorganogénesis, es dirigido principalmente por dostipos de genes. El primer grupo determina lascaracterísticas estructurales de los órganos, mientrasque el otro grupo de genes determina la localizacióncorporal de los mismos. La determinación de lalocalización de las principales regiones corporales(cabeza, tronco, extremidades, por ejemplo) es otroimportante proceso, el que ocurre incluso antes quelas células se diferencien.
  • 16. Mosca mutante bitorax
  • 17. Mutantes Antennapedia
  • 18. El papel de los genes homeóticos del desarrollo ha sidoestudiado a través de diferentes mutantes de la moscaDrosophila melanogaster. El mutante bitorax, porejemplo, presenta dos tórax y dos partes de alas, envez de uno. Los mutantes antepanapedia, por su parte,presentan patas en vez de antenas en la cabeza. Estosdos tipos de mutaciones han servido como modelospara estudiar los genes que controlan la posición deórganos no solo en Drosophila, sino en otras especies,incluyendo la especie humana. A los genes quecontrolan la posición de los órganos se les hadenominado genes homeóticos, mientras que a lasmutaciones que afectan a esos genes se les conocecomo mutaciones homeóticas.
  • 19. Los genes homeóticos participan en el control de la posición deórganos a través del eje anteroposterior, es decir, de cabeza acola. La determinación del eje anteroposterior es uno de loseventos más tempranos del desarrollo, y que guía los restantesprocesos de organogénesis. Los genes homeóticoscorresponden a un grupo de genes que seleccionan la posiciónde las estructuras que están formando. Estos genes se expresanen las regiones corporales que albergarán a los órganos enformación. Así, en una mosca Drosophila normal, los geneshomeóticos que determinan la posición de las patas seexpresan solo en el tórax. En el mutante antenapedia, encambio una mutación causa la expresión de dichos geneshomeóticos en la cabeza. Si bien la formación de patas requierela expresión de cientos de genes, una sola mutación afectandoa un gen homeótico puede provocar la drástica modificaciónfenotípica observable en estos mutantes.
  • 20. El producto de la expresión de los genes homeóticos sonproteínas que actúan como reguladoras de la expresiónde muchos otros genes. Los genes homeóticos presentanuna región común, incluso entre especies distantes,denominada caja homeótica, que en la proteínacorresponde a la región denominada homeodominio. Loshomeodominios se unen al ADN en regiones cercanas alos genes cuya expresión es regulada en el desarrollo,conocidos como genes subordinados. De esta manera,las proteínas homeóticas pueden activar o reprimir laexpresión de muchos genes del desarrollo. Laconservación de la caja homeótica entre especies deinsectos y vertebrados sugiere que estos genes han sidoheredados desde un ancestro en común a ambos gruposde organismos.
  • 21. Los genes homeóticos se organizan engrupos en el genoma, distribuyéndose a lolargo de un mismo cromosoma siguiendola misma orientación espacial que lasregiones corporales e las cuales seexpresan. Este interesante patrón dedistribución de los genes homeóticos seencuentra tanto en Drosophila como envertebrados.
  • 22. La detección de RNA transcritos muestradiferencias en la expresión génica en distintos tipos de célula
  • 23. 1. ¿Qué es la diferenciación celular?2. ¿Qué es una célula totipotencial?3. ¿Qué es una célula troncal?4. ¿Qué es una célula meristemática?5. ¿Qué son los genes homeóticos?6. ¿Cómo es posible que la mutación de uno o dos genes produzca una transformación fenotípica tan notable como la aparición de un órgano completo en un sitio que no corresponde?7. ¿Qué tipo de proteínas codifican los genes homeóticos?8. ¿Qué es una caja homeótica? Y ¿Qué son los homeodominios?
  • 24. Modelos dediferenciación celular
  • 25. Los factores determinantes de la diferenciación celularson, en primer lugar, moléculas conocidas comodeterminantes del citoplasma del cigoto (moléculas yorganelos) se encuentran distribuidos de una manerano homogénea. Al dividirse, el cigoto genera célulasque difieren entre sí en la composición citoplasmática,lo que constituye una primera etapa en la generaciónde células diferenciadas. Es decir, las células hijas delcigoto no son idénticas entre sí. Las diferenciascitoplasmáticas entre estas células iniciales(blastómeros) determinan diferentes patrones deexpresión génica y cada una célula queda entoncesconfinada a una trayectoria específica del desarrollo.
  • 26. Así los determinantes citoplasmáticoslocalizados constituyen la primera señal dediferenciación durante el desarrollo. Estasprimeras señales son luegocomplementadas con otros procesosrelacionados con la interacción entrecélulas vecinas. Uno de estos procesos,conocido como INDUCCIÓN, ocurrecuando dos células difieren en su fenotipotoman contacto.
  • 27. Inductores en la formación del ojo en vertebrados
  • 28. En el proceso de inducción, una célulacambia su fenotipo “influenciada” por unasegunda célula, la cual no cambia suscaracterísticas. La célula que modifica sufenotipo se denomina célularespondedora, y la que causa el cambio,célula inducidora. Las interacciones de estetipo de inducción permiten que los gruposde células vecinas adquieran un patrón dedesarrollo similar y de forma coordinada.
  • 29. La capacidad de una célula de modificar su fenotipo, es decir, deresponder frente a la presencia de una célula inductora se denominacompetencia. La competencia ocurre solo durante ciertas fases deldesarrollo. Evidencias de competencia de este proceso provienen deexperimentos de trasplante de grupos de células desde un tejido aotro. Por ejemplo, al trasplantar células que dan origen al ojo (célulasdel primordio óptico) hacia una región diferente del ectodermo, unade las principales capas embrionarias, se observa formación delcristalino en la respectiva zona ectodérmica.Las células respondedoras reciben las señales emitidas por las célulasinductoras y así comienzan el proceso de inducción. Estas señales sonmoléculas de diferente naturaleza, pero entre las más comunes seencuentran hormonas, factores de crecimiento y citoquinas. Entreotros efectos estas moléculas determinan cambios en la producciónde moléculas de adhesión entre células y moléculas de la matrizextracelular, ambos muy importantes en la formación y en ladeterminación de las características de los tejidos.
  • 30. Células troncales adultas. Células troncales del cordón umbilical.Derivadas deblastocistos.
  • 31. Las células troncales corresponden a tres clasesde células: derivadas de blastocistos, célulastroncales adultas y células troncales delcordón umbilical. En los embriones durante sudesarrollo, las células troncales dan origen atodos los tipos celulares; en el adulto, estascélulas troncales dan origen a todos los tiposcelulares; en el estudio, estas células participanen la mantención de tejidos en renovación (porejemplo, la epidermis de la piel o el epitelio querecubre el tubo digestivo) y en la reparación detejidos.
  • 32. Las células troncales pueden ser cultivadas encondiciones de laboratorio y su diferenciación puede serestimulada in vitro, adicionando diferentes moléculas queactúan como señales de diferenciación. Así, los científicosfrecuentemente obtienen células especializadas, talescomo células musculares o nerviosas, por estimulación invitro de cultivos de células troncales. Consecuentemente,se ha propuesto el uso de células troncales con finesmédicos, para generar tejidos especializados a partir demuestras de células troncales del propio paciente, o biena partir de células troncales de embriones humanos. Esteúltimo enfoque genera polémica debido a lasimplicancias éticas de la experimentación con tejidosembrionarios humanos.
  • 33. En muchos tejidos adultos, la pérdida decélulas se compensa a través de laproliferación de células del mismo tipocelular ya diferenciadas. Es el caso de loshepatocitos (células del hígado). Noobstante, en la mayoría de los tejidos, larecuperación de células troncales que seencuentran formando parte de dichostejidos. Estas células troncales son, muchasveces, unipotentes en vez de totipotentes opluripotentes.
  • 34. En el intestino, por ejemplo, las células troncales seencuentran en el fondo de las criptas, especie decavidades ubicadas entre las vellosidades, formandoparte del tejido epitelial que recubre al intestino. Amedida que las células del extremo superior de lascriptas mueren, estas se desprenden hacia el lumendel intestino. Al mismo tiempo, las células que seencuentran más abajo ascienden, reemplazando a lascélulas perdidas diariamente. Este desplazamiento decélulas requiere de la generación de nuevas célulasepiteliales intestinales, lo que es llevado a cabo por laproliferación y posterior diferenciación de célulastroncales en células epiteliales diferenciadas.
  • 35. RECEPCIÓNY TRADUCCIÓN DE SEÑALES
  • 36. Señales de proteínas de membrana Célula productora de la Célula receptora de la señal señal
  • 37. Las células tienen distintas formas de comunicación,una de ellas consiste en el intercambio directo demoléculas entre los citoplasmas de célulasadyacentes, debido a la fusión de ambas membranasplasmáticas en regiones especializadas llamadasuniones comunicantes, (gap junction).Otra manera de comunicación celular es mediante lainteracción entre proteínas de membrana de célulasadyacentes. En este caso, una proteína ubicada en lamembrana plasmática de otra célula, lo que gatillaalguna respuesta específica en esta última.
  • 38. Las moléculas señal, también conocidasligando, debido a que se “ligan” o unenespecíficamente a un receptor en lamembrana plasmática de la célula blanco,tienen una naturaleza química variada,pueden ser proteínas, péptidos, aminoácidos,nucleótidos, lípidos, glucolípidos,glucoproteínas e incluso gases disueltos,como el dióxido nítrico liberado por las célulasendoteliales de los vasos sanguíneos.
  • 39. Tipos deseñalizaciónextracelular
  • 40. Señal endocrina
  • 41. Señal endocrinaLa célula blanco está ubicada en algúnórgano o tejido alejado de la célulaproductora de la molécula señal, por lo cualesta última debe ser transportada a travésdel organismo para llegar a su destino. Enlos mamíferos, las hormonas sontransportadas por el torrente sanguíneohacia la célula blanco.
  • 42. Señal paracrina
  • 43. Señal paracrinaLa molécula señal actúa sobre una célulablanco cercana a la célula productora. Unejemplo de señal paracrina son losneurotransmisores, moléculas queparticipan en la comunicación entreneuronas y entre una neurona y unmúsculo.
  • 44. Señal autocrina
  • 45. Señal autocrinaLa molécula señal actúa sobre la mismacélula que la produce. Los factores decrecimiento son las señales autocrinas quesecretan las células para estimular supropio crecimiento y proliferación.
  • 46. RECEPTORES
  • 47. Receptores intracelulares
  • 48. Receptores intracelularesSon proteínas que se ubican en el citoplasma oen el núcleo. Se unen a moléculas señalliposolubles que pueden difundirse con facilidada través de la membrana plasmática. La uniónentre el receptor y la molécula señal forman uncomplejo que interactúa directamente en losgenes, regulando su expresión. Hormonaslipídicas como la progesterona, el estrógeno y latestosterona se unen a receptores intracelularesde la célula blanco.
  • 49. Receptores de superficie celular
  • 50. Receptores de superficie celularSon proteínas transmembrana ubicadas a lolargo de la membrana plasmática.Principalmente fijan moléculas señalhidrosolubles, es decir, que no puedendifundirse a través de la membrana de la célula.Hormonas peptídicas como la insulina,neurotransmisores y factores de crecimiento seunen a este tipo de receptores.
  • 51. TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES
  • 52. Receptores asociados a un canal iónico
  • 53. Receptores asociados a un canal iónicoCorresponden a proteínas transmembrana quese organizan en una estructura con forma decanal que cruza la membrana plasmática ypermiten el flujo de iones a través de ella.Cuando la molécula señal se une al receptor,este sufre un cambio conformacional que loabre y permite la entrada de iones alcitoplasma.
  • 54. Receptores con actividad enzimática
  • 55. Receptores con actividad enzimáticaSon proteínas transmembrana que tienenactividad enzimática en su origen citoplasmática,que se activa una vez que la señal extracelular seune al receptor. Por lo general, estos receptorescorresponden a proteínas quinasas, es decir,enzimas que añaden un grupo fosfato queextraen del ATP a proteínas, reacción llamadafosforilación. La fosforilación regula la actividadde numerosas proteínas celulares, pudiendoactivar o inhibir su función.
  • 56. Receptores asociados a proteína G
  • 57. Receptores asociados a proteína GSon proteínas transmembrana que en suporción extracelular se ensamblan a la moléculaseñal lo que provoca que su región intracelularinteractúe con una proteína GTPasa o proteínaG. esta proteína, debido a la unión señal-receptor, sufre un cambio conformacional quela activa. La proteína G activada, a su vez regulala actividad de enzimas implicadas en lageneración de segundos mensajeros.
  • 58. Amplificación de las señales intracelulares
  • 59. Amplificación de las señales intracelularesLa unión entre una molécula señal y su receptor en lamembrana plasmática gatilla una cascada de reaccionesintracelulares donde participa un numeroso grupo deproteínas celulares. Estas cascadas consisten en una serie dereacciones donde el producto de una reacción activa o inhibea las enzimas que participan en el paso siguiente. Porejemplo, una molécula de proteína G, que a su vez, activa unaenzima. Esta enzima cataliza la formación de muchasmoléculas de segundo grupo de enzimas, las que de estaforma son activadas. Cada una de las moléculas del segundogrupo de enzimas cataliza la formación de muchas moléculasde producto que participan en la respuesta.
  • 60. Actividad1. Nombra los tipos de señales extracelulares.2. Explica con tus palabras la señal endocrina.3. Explica con tus palabras la señal paracrina.4. Explica con tus palabras la señal autocrina.5. ¿Qué es un receptor?6. ¿Qué es un receptor intracelular? Explica con tus palabras.7. ¿Qué es un receptor de superficie celular? Explica con tus palabras.8. ¿Qué es un receptor asociado a un canal iónico? Explica con tus palabras.9. ¿Qué es un receptor con actividad enzimática? Explica con tus palabras.10. ¿Qué es un receptor asociado a la proteína G? Explica con tus palabras.11. ¿Cómo funciona una amplificación de señales para dar una respuesta? Explica con tus palabras.
  • 61. RESPUESTAS CELULARES
  • 62. Todo el proceso de transducción y amplificación deseñales culmina en una respuesta celularrelacionada con el metabolismo, el desarrollo o lafunción que desempeña la célula blanco.Algunas señales extracelulares pueden actuar anivel genético regulando la expresión de algunosgenes. Otras señales actúan en el citoplasma o en lamembrana plasmática, controlando la síntesis ysecreción de proteínas, activando o inhibiendoenzimas, induciendo modificaciones en laorganización del citoesqueleto o gatillando cambiosen la permeabilidad de la membrana plasmática.
  • 63. Anticuerposmonoclonales
  • 64. Mientras ciertas proteínas se distribuyen de manerabastante generalizada en todos los tejidos y en variasestructuras celulares, otras son altamente específicasen su ubicación, haciéndolo solamente en un tipo detejido o en un tipo celular e incluso algunas proteínasse localizan solo en un organelo de la célula.Identificar la ubicación de las proteínas permitemuchas veces realizar inferencias respecto de sufunción y de sus características biológicas. De ahí quelos biólogos frecuentemente se preguntan acerca dela localización de una proteína dentro de los tejidos ydentro de las células.
  • 65. Producción deanticuerposmonoclonales a travésde inyección deantígenos (proteínas enestudio) en ratón,fusión de células demieloma con célulasplasmáticas, cultivo enmedio selectivo (HAT) yfinalmente detección dehibridomas productoresde anticuerpos contra laproteína en estudio.
  • 66. Una técnica usada ampliamente para localizar unaproteína corresponde a la inmunolocalización. Esta sebasa en la propiedad natural de los anticuerpos(inmunoglobulinas) de reconocer y de unirse de formabastante específica a moléculas exógenas (antígenos).Así, frente a cada antígeno, el organismo produce unanticuerpo específico que reconoce y se acopla a dichamolécula facilitando su eliminación por parte delsistema inmune. Los científicos han aprovechado estacaracterística natural de los anticuerpos paradesarrollar técnicas de inmunolocalización; entre ellas,la más usada corresponde a la técnica de localizaciónpor anticuerpos monoclonales.
  • 67. 1. InmunizaciónSe inyecta la proteína de estudio a un animal delaboratorio (usualmente ratones o conejos). Deesta manera los linfocitos B del animal seactivan y comienzan a dividirse y a generarcélulas plasmáticas capaces de produciranticuerpos específicos contra la proteínacapaces de producir anticuerpos específicoscontra la proteína inyectada.
  • 68. 2. Producción de hibridomasLas células plasmáticas son fusionadas concélulas tumorales de mieloma –un tipo decáncer-, las que se caracterizan por su capacidadde multiplicarse rápidamente en ciertos mediosde cultivo. Entonces, las células híbridas ohibridomas resultantes de la fusión de ambostipos celulares (células plasmáticas con célulasde mieloma) tienen la capacidad de producir losanticuerpos requeridos y de multiplicarserápidamente.
  • 69. 3. Selección de células híbridasLos hibridomas son cultivados en un medioespecial denominado HAT. En este medio, sololas células híbridas pueden sobrevivir, por lotanto, se eliminan las células tumorales y lascélulas plasmáticas no fusionadas.
  • 70. 4. Identificación de células productoras de anticuerposTodas las células sobrevivientes en el medio decultivo HAT son híbridas, pero solo una pequeñaporción de ellas produce el anticuerpo contra laproteína en estudio. Para detectar las célulasproductoras del anticuerpo de interés se utilizanpruebas bioquímicas. Una vez identificadas, estascélulas se aíslan y se mantienen en condiciones decultivo que les permitan dividirse y generar clonesde hibridomas que producen todos el mismoanticuerpo (anticuerpos monoclonales).
  • 71. Solo después del procedimiento anterior esposible usar los hibridomas como “fabricas” deanticuerpos contra la proteína en estudio. Así,los anticuerpos pueden ser aislados y marcadoscon una sustancia fluorescente. Al aplicar estosanticuerpos marcados a muestras de células otejidos, es posible detectar la presencia de laproteína a través del color con el que elanticuerpo fue marcado. Los anticuerpos semarcan generalmente con moléculasfluorescentes, las que pueden visualizarse enmicroscopios de fluorescencia.