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TEMA I: MICROSCOPIA
El estudio detallado de los componentes de células y tejidos animales o vegetales,
por el tamaño que poseen, requiere el uso de instrumentos que permitan ampliar
muchas veces más la imagen de las estructuras que los constituyen.
El instrumento que fue empleado por los primeros biólogos para estudiar la célula y
los tejidos, es el microscopio. El nombre deriva etimológicamente de dos raíces
griegas: mikrós, que significa pequeño y skopéoo, que significa observar. Es decir
el microscopio es un instrumento que sirve para observar objetos o estructuras
pequeñas.
CONCEPTOS BASICOS
MICROSCOPIO:
Es una herramienta que permite observar objetos, que son demasiado pequeños
para ser observados a simple vista. El tipo más común y el primero que fue
inventado es el microscopio óptico. Se trata de un instrumento que contiene dos
lentes que permiten obtener una imagen aumentada del objeto y que funciona por
refracción. La ciencia que investiga los objetos pequeños utilizando este
instrumento se llama microscopía.
UNIDADES DE MEDIDA DE LONGITUD EMPLEADAS EN MICROSCOPÍA:
Una unidad de medida es una cantidad estandarizada de una magnitud física. Para
determinarla se emplea el sistema internacional de medidas, también conocido
como sistema métrico. Las estructuras microscópicas pueden medirse mediante el
empleo de las siguientes unidades de medida de longitud:
Milímetro: (símbolo: mm)es una medida de longitud que es igual a la milésima parte
de un metro.
Micrómetro: (símbolo: μ) es una medida de longitud que es igual a la millonésima
parte de un metro. Equivalente a una milésima parte de un milímetro.
Nanómetro: (símbolo: nm) es una medida de longitud que equivale a la
milmillonésima parte del metro. Equivale a la millonésima parte de un milímetro.
Picómetro: (símbolo: pm) es una medida de longitud del que equivale a una
billonésima parte de un metro. 1000 picómetros equivalen a 1 nanómetro.
Angstrom: (símbolo: Å) es una unidad de longitud que equivale a la
diezmilmillonésima parte de un metro. Y diezmillonésima parte de un milímetro. para
Se utiliza para expresar longitudes de onda, distancias moleculares y atómicas.
ÍNDICE DE REFRACCIÓN:
Se denomina así a la relación existente entre la velocidad de la luz en el aire y su
velocidad en el medio transparente utilizado. De la misma manera, se pueden
obtener los índices de refracción de una serie de sustancias que se utilizan en la
construcción y tallado de las lentes de los objetivos.
La velocidad de la luz es de 300,000 Km/sg en el aire. Al atravesar un medio
transparente como el vidrio del cual están fabricados las lentes de los microscopios,
su velocidad se reduce a 200, 000 km./sg. Por lo tanto el vidrio tendrá un índice de
refracción de 1.5; pues el índice de refracción de un objeto o una sustancia
transparente se expresa mediante la fórmula:
PODER DE RESOLUCIÓN:
Se define así la capacidad de un objetivo de poder distinguir la distancia mínima
que debe existir entre dos puntos del objeto para que se puedan visualizar como
dos puntos separados. La calidad de una imagen, en la que se observe la claridad,
nitidez y la riqueza de detalles, depende del poder de resolución del objetivo.
El poder de resolución (PR) de un objetivo depende de la longitud de onda del rayo
luminoso utilizado y la apertura numérica del sistema óptico del objetivo.
MICROSCOPIO DE LUZ
Es un aparato óptico usado para amplificar y resolver detalles finos de un objeto
microscópico. Los microscopios de luz, compuestos u ópticos, usan lentes, para
enfocar y amplificar los rayos de luz que pasan a través de un espécimen o rebotan
en él. La capacidad de definición de estos microscopios es de aproximadamente de
1 micra (una millonésima parte de metro).
COMPONENTES ÓPTICOS: Son los objetivos, los oculares, el condensador y los
prismas. Los tres primeros están constituidos por sistemas de lentes positivos y
negativos.
concentrar y regular los rayos luminosos que provienen de la fuente luminosa.
Está formado por una o dos lentes convergentes que reúnen los rayos luminosos y
los orientan hacia la abertura central de la platina. Mediante un mecanismo de
cremallera se acerca o aleja de la platina. También tiene incorporado un diafragma
iris que regula la entrada de luz Todo ello con la finalidad de concentrar la mayor
cantidad de rayos luminosos en el plano donde está situado el objeto a observar. La
mayoría de los condensadores de los microscopios actuales también poseen una
apertura numérica que indica la cantidad de luz que puede captar y luego enviar
hacia la preparación.
Lentes oculares y objetivos: Los lentes oculares van montados en la parte superior
del tubo del microscopio. Su nombre se debe a la cercanía de la pieza con el ojo del
observador y sus poderes de aumento van desde 4x hasta 20x.
Los lentes objetivos se encuentran en el revólver y quedan cerca del objeto a
observar. Hay 2 tipos de objetivos: Objetivos secos y de Inmersión
Los objetivos secos se utilizan sin colocar alguna sustancia entre ellos y la
preparación, únicamente el aire. Proporcionan poco aumento que va desde 10x ,
20x,40x hasta incluso 60x; dicho aumento se encuentra grabado en el exterior de
cada objetivo, en este caso encontramos 10x o también llamado seco débil y 40x o
seco fuerte.
Los objetivos de inmersión se utilizan colocando una sustancia entre ellos y la
preparación, por lo general, se emplea el aceite de cedro. Proporcionan un mayor
aumento y definición, de 100x; los podemos identificar ya que son los más largos y
traen grabada en el exterior la palabra oil (aceite).
El espejo es necesario si la fuente de iluminación no está dentro del microscopio
tiene una cara plana y una es cóncava.
El Diafragma es una abertura que controla la cantidad de luz que debe pasar por el
condensador, que se regula por una palanca lateral.
COMPONENTES MECÁNICOS: Son aquellos que sirven de sostén, movimiento y
sujeción de los sistemas ópticos y de iluminación, así como de los objetos que se
van a observar.
Es un soporte metálico, amplio y sólido en donde se apoyan y
sostienen los otros componentes del microscopio.
Permite la sujeción y traslado del microscopio. Soporta
al tubo óptico, a la platina y el revolver.
Superficie plana de posición horizontal que posee una perforación circular
central. En ella se apoya la preparación (lámina portaobjetos que contiene a la
muestra que se va a examinar) que se sujeta a la platina mediante pinzas o con un
carrito o charriot que, mediante mandos especiales facilitan el movimiento de la
preparación de derecha a izquierda y de adelante hacia atrás.
Consiste en un cilindro metálico que suele medir 160mm o 170 mm
de longitud (dependiendo del fabricante del microscopio) el cual en un extremo, está
conectado al revolver o portaobjetivos y en el otro se relaciona con el (los)
ocular(es).
Es un componente que gira alrededor de un eje con la
finalidad que los objetivos que sostiene coincidan de manera perpendicular con la
perforación central de la platina. En su superficie inferior posee varios agujeros
donde se atornillan los objetivos.
. Generalmente están situados en la parte
inferior del brazo o columna. Pueden estar separados (en los microscopios antiguos)
o el tornillo micrométrico está incorporado en la circunferencia del tornillo
macrométrico (microscopios actuales). Ambos tornillos permiten el desplazamiento
de la platina hacia arriba y hacia abajo con la finalidad de acercar o alejar la
preparación hacia los objetivos.
El macrométrico produce desplazamientos evidentes y rápidos de la platina, en
cambio el tornillo micrométrico produce movimientos imperceptibles de la platina y
sirve para efectuar el enfoque fino y definitivo de la imagen. En la actualidad los
microscopios tienen incorporados a los mecanismos de desplazamiento de los
tornillos macro y micrométricos, topes de seguridad que impiden que éstos
continúen descendiendo indefinidamente y así se evita roturas y daños a la laminilla
y a las lentes de los objetivos.
Constituyen mecanismos de desplazamientos de las
diferentes partes del microscopio.
Es un componente situado en relación con el tubo del microscopio que
alberga principalmente prismas o espejos que sirven para acondicionar en él dos o
más oculares, o sistemas mecánicos que soportan cámaras fotográficas, de vídeo
o sistemas de proyección de la imagen.
MICROSCOPIO ELECTRONICO:
Son aquellos que usan electrones en lugar de fotones o luz visible para formar
imágenes de objetos diminutos. Los microscopios electrónicos permiten alcanzar
amplificaciones mayores antes que los mejores microscopios ópticos, debido a que
la longitud de onda de los electrones es bastante menor que la de los fotones.
El primer microscopio electrónico fue diseñado por Ernst Ruska y Max Knoll entre
1925 y 1932, quienes se basaron en los estudios de Louis-Victor de Broglie acerca
de las propiedades ondulatorias de los electrones.
Fundamento: El principio de funcionamiento de un microscopio electrónico se basa
en utilizar electrones en lugar de luz visible. La longitud de onda con la que se mueve
un electrón es inversamente proporcional a su velocidad. Esto significa que si los
electrones son acelerados a altas velocidades pueden obtenerse longitudes de
onda muy cortas.
Un microscopio electrónico utiliza esta idea para observar las muestras. A un nivel
muy básico consiste en una fuente de electrones que son acelerados a gran
velocidad. Estos electrones impactan con la muestra de modo equivalente a como
la luz podría iluminarla. Algunos de estos electrones son reflejados por la muestra y
otros la atraviesan. Mediante la detección estos electrones es posible reconstruir
una imagen de la muestra.
Partes del microscopio electrónico: Las partes principales de un microscopio
electrónico incluyen aquellos elementos utilizados para generar electrones y
dirigirlos hacia la muestra. Esto incluye:
Fuente de electrones: Es equivalente a la fuente de luz en un microscopio óptico.
En este caso es necesario disponer de un emisor de electrones. En general se utiliza
un filamento de tungsteno. Este filamento es calentado de modo que la energía de
sus átomos y electrones aumenta. A partir de un cierto nivel energético los
electrones poseen suficiente energía para escapar de sus átomos. Estos electrones
libres son a continuación dirigidos hacia la muestra.
Lentes electromagnéticas: Utilizan lentes electromagnéticas. Estas lentes generan
campos eléctricos y magnéticos de modo que su interacción con los electrones hace
que sus trayectorias diverjan o converjan en un punto.
Cámara de vacío: El procedimiento expuesto anteriormente debe llevarse a cabo
dentro de una cámara de vacío. De lo contrario, los electrones interactuarían con
las moléculas del aire y no sería posible determinar sus trayectorias
adecuadamente. La muestra que se observa debe colocarse también dentro de la
cámara de vacío. Este es uno de los motivos por el cual no es posible observar
muestras vivas con un microscopio electrónico.
Detector (Pantalla fluorescente): Una vez los electrones han impactado contra la
muestra es necesario medir algún tipo de información para poder reconstruir la
imagen de la muestra. Una opción consiste en utilizar una pantalla fluorescente.
Esta pantalla reacciona de modo distinto según cual sea el número de electrones
que impactan en ella. De este modo es posible detectar las zonas donde impactan
más o menos electrones y deducir así la imagen de la muestra. Existen alternativas
a las pantallas fluorescentes, por ejemplo, sensores CCD.
A continuación, la información capturada por la pantalla fluorescente es transmitida
a un ordenador que puede asignar colores artificiales a la imagen obtenida. En los
microscopios ópticos estos componentes no son necesarios porque la luz
proveniente de la muestra es directamente observada con el ojo humano. Dado que
nuestros ojos no están preparados para detectar electrones debemos incorporar
este elemento detector en un microscopio electrónico.
Microscopio electrónico de transmisión. Fue diseñado y construido basándose
en los mismos principios de un microscopio fotónico; con la diferencia que en vez
de usar energía luminosa emplea haces de electrones y reemplaza las lentes
ópticas (de vidrio) por “lentes” construidas mediante campos electromagnéticos.
Partes del microscopio electrónico de transmisión:
constituido por un filamento de alambre de tungsteno que se calienta
e irradia un chorro de electrones cuya velocidad y longitud de onda están
relacionadas con el voltaje de la energía eléctrica que se le aplica.
encargado de orientar los haces de electrones, reagruparlos y acelerar
su recorrido.
condensadora (primer campo electromagnético). Los haces de electrones
provenientes del ánodo son concentrados por este primer campo electromagnético
y dirigidos hacia el.
en este lugar, dependiendo de la densidad que posean
los componentes del espécimen los haces de electrones los atraviesan, son
absorbidos, reflejados o son desviados en su recorrido. Las muestras deben ser
secciones sumamente delgadas para permitir el paso de los electrones.
Generalmente se utilizan secciones de tejidos del orden de 20 a 100 nanómetros.
El escaso grosor del espécimen dificulta la formación de la imagen por lo que es
necesario “teñir” o contrastar las secciones con soluciones de sales de metales
pesados (plomo, uranio, plata o vanadio), los cuales tienen cierta afinidad por
determinados componentes celulares.
ente” objetivo (segundo campo electromagnético). Los electrones que
atraviesan la muestra o los desviados por los componentes de la misma, llegan a
esta zona donde son enfocados para formar una imagen ampliada. Esta imagen es
recogida por la Pantalla fluorescente o placa fotográfica
o de proyección (tercer campo electromagnético) que vuelve a
enfocar la imagen y la proyecta, ampliada también numerosas veces, hacia la
pantalla fluorescente. Ésta es una superficie plana constituida por un soporte de
colodión donde se distribuyen partículas muy finas de sales de zinc o de fósforo
verde, las cuales emiten energía luminosa (ondas de mayor longitud, visibles al ojo
humano) cuando son estimuladas por el choque de los electrones. Para obtener un
registro permanente de la imagen observada se reemplaza la pantalla fluorescente
con una placa fotográfica, cuyos componentes son estimulados por los electrones
de la misma manera que actúan los fotones.
Diferencias Entre Microscopio Óptico Y Electrónico:
 La principal diferencia radica en que el microscopio óptico utiliza luz visible,
mientras que el electrónico emplea electrones.
 Por otro lado, la lente del microscopio óptico es de vidrio. En cambio del
microscopio electrónico es electromagnética.
 El tamaño de los microscopios electrónicos es mucho más grandes que los
ópticos.
 Las imágenes del microscopio electrónico no tienen color, mientras que las
del óptico si son a color.
Aplicaciones del MET:
o Estudio de la morfología, estructura y composición de partículas finas
o Determinación de la microestructura de materiales
o Difracción de electrones
o Estudio y diagnóstico anatomo-patológico de células y tejidos humanos
o Estudio de cultivos celulares
o Caracteritzación y estudio taxonómico de células y tejidos deorigen vegetal
o Caracteritzación y diagnóstico de bacterias, virus etc.
Microscopio electrónico de barrido (scanning).
Este tipo de microscopio electrónico funciona con los mismos principios electrónicos
del M.E de transmisión: una fuente generadora de electrones, campos
electromagnéticos que actúan como “lentes” concentradoras (3) de los haces de
electrones o como ampliadoras de imágenes. La diferencia estriba en que los
electrones no atraviesan el espécimen para formar las imágenes.
Los electrones se aceleran y concentran hasta formar un haz sumamente delgado
de más o menos 5 nm de diámetro que rastrea o “barre” la superficie de la muestra.
Los electrones son reflejados por los componentes de la misma o al chocar con ellos
generan electrones secundarios. En ambos casos los electrones se envían e inciden
en la superficie de un detector localizado en las cercanías de la muestra. Este
aditamento está conectado a un amplificador que envía señales en forma de rayos
catódicos a la pantalla de un monitor de televisión. Para registrar la imagen formada
se utiliza una cámara fotográfica.
El M.E de barrido, ofrece imágenes con una resolución que alcanzan de 10 a 20
nm. El aumento efectivo es de 15,000 a 50,000 diámetros. Otra ventaja de este
microscopio es que forma imágenes con una gran profundidad de foco; de
aproximadamente 500 veces que la del microscopio fotónico. esta propiedad le
confiere a la imagen su aspecto tridimensional.
TIPOS ESPECIALES DE MICROSCOPIO
Microscopio de luz ultravioleta
Los microscopios de luz ultravioleta iluminan la muestra, como el nombre indica,
con luz ultravioleta. Este tipo de luz tiene una longitud de onda más corta que la luz
visible utilizada en los microscopios ópticos. La ventaja principal de utilizar esta
técnica es que puede alcanzarse una resolución mejor que con luz visible. Además,
el contraste obtenido en la muestra es distinto que en los microscopios ópticos. De
este modo, con el microscopio de luz ultravioleta pueden observar muestras que
aparecen transparentes si son observadas con luz visible.
Microscopio de luz polarizada
También conocido como microscopio petrográfico. Este microscopio es en realidad
un tipo de microscopio óptico al que se la han añadido dos polarizadores. Esto
significa que la onda de luz utilizada para observar la muestra tiene una dirección
de oscilación concreta. Este tipo de microscopio es muy útil para observar
estructuras cristalinas de rocas y minerales.
Microscopio de fluorescencia
Los microscopios de fluorescencia son aquellos que utilizan las propiedades de
fluorescencia para generar una imagen de la muestra. Este microscopio permite
observar sustancias que emiten luz propia cuando son iluminadas con una longitud
de onda determinada. Para ello la muestra es habitualmente iluminada con una
lámpara xenón o con una lámpara de vapor de mercurio. Estos microscopios
incorporan además filtros de luz para aislar la luz correspondiente a la muestra.
Microscopio confocal
Este es un tipo de microscopio de fluorescencia. En lugar de iluminar la muestra de
forma global se ilumina punto a punto de forma sucesiva y se reconstruye la imagen
al final del proceso. Este proceso de escaneado de la muestra es similar al que se
produce en los microscopios electrónicos de barrido. Este tipo de microscopio fue
inventado por Marvin Minsky en 1957.
Microscopio de campo oscuro
Esta técnica de microscopía consiste en iluminar la muestra oblicuamente. De este
modo los rayos de luz que llegan al objetivo no provienen directamente del foco de
luz sino que han sido dispersados primero por la muestra. Esta técnica permite ver
muestras que de otro modo no serían visibles debido a su transparencia. También
tiene la ventaja que no requiere teñir la muestra para aumentar su contraste y poder
observarla.
Microscopio de contraste de fases
La luz viaja a distintas velocidades dependiendo del medio de propagación. Esta
propiedad es utilizada en el microscopio de contraste de fases ya que la luz
atraviesa la muestra con distintas velocidades en distintas secciones. Este efecto
es amplificado para generar la imagen de la muestra. Mediante esta técnica no hace
falta utilizar tintes y, por lo tanto, pueden observarse células vivas. El microscopio
de contraste de fases fue inventado por Frits Zernike en 1932 y recibió por ello el
premio Nobel de física en 1953.
TEMA II: TÉCNICAS HISTOLÓGICAS PARA EL ESTUDIO DE CÉLULAS Y
TEJIDOS
Definición:
Se denomina Técnica Histológica al conjunto de operaciones a que se somete una
materia organizada, a fin de que sea posible su estudio por medio del microscopio,
posibilitando la observación de estructuras no visibles al ojo humano.
Tinción o coloración
Es una técnica auxiliar utilizada en microscopía para mejorar el contraste en la
imagen vista al microscopio. Los colorantes y tinturas son sustancias que
usualmente se utilizan en biología y medicina para resaltar estructuras en tejidos
biológicos que van a ser observados con la ayuda de diferentes tipos de
microscopios. Los diferentes colorantes pueden ser utilizados para aumentar la
definición y examinar grandes cortes de tejido (resaltando por ejemplo fibras
musculares o tejido conectivo), poblaciones celulares (por ejemplo clasificando
diferentes células sanguíneas) o incluso para resaltar orgánulos dentro de células
individuales.
Tinción in vivo e in vitro
Una tinción in vivo (tinción vital) es el proceso de teñir tejidos vivos. Al provocar
que determinadas células o estructuras adquieran los colores de contraste, se
puede estudiar su ubicación y morfología mientras están desempeñando su función.
El propósito más común es revelar detalles de la citoestructura que de otra manera
no resultarían evidentes, sin embargo, la tinción vital puede revelar además donde
aparece un determinado producto químico o donde se lleva a cabo una determinada
reacción química dentro de las células o tejidos.
A menudo estas tinciones son llamadas tinciones vitales. Se introducen en el
organismo mientras las células aún se encuentran vivas. Para conseguir el efecto
deseado, el colorante usualmente se utiliza en soluciones muy diluidas que van
entre 1:5.000 a 1:50.000. A pesar de esto las tinciones son eventualmente tóxicas
para los organismos, algunas más que otras.
Una tinción in vitro o "supravital" involucra el coloreo de células o estructuras
que han sido removidas de su contexto biológico. Se utiliza a menudo una
combinación de varios colorantes para revelar más detalles y características de las
que se obtendrían con la utilización de uno solo. Combinados con protocolos
específicos de fijación y de preparación de muestras, los científicos y profesionales
de la salud pueden utilizar estas técnicas estandarizadas como una herramienta
diagnóstica repetible y consistente. Una contratinción es una tinción que consigue
que las células o estructuras sean más visibles, cuando no se consigue que sean
totalmente visibles con la tinción principal.
Por ejemplo, el cristal violeta tiñe únicamente a las bacterias Gram positivas en la
tinción de Gram. Se utiliza una contratinción de safranina (que colorea todas las
células), para permitir también la identificación de bacterias Gram negativas.
Es de notar que muchas tinciones pueden ser utilizadas tanto en células vivas como
en células fijadas.
Tinción hematoxilina-eosina
Es uno de los métodos más populares de tinción utilizado en histología y medicina
diagnóstica. El método supone la aplicación de la tinción de hematoxilina, que por
ser catiónica o básica, tiñe estructuras ácidas (basófilas) en tonos azul y
púrpura,como por ejemplo los núcleos celulares; y el uso de eosina que tiñe
componentes básicos (acidófilos),como por ejemplo estructuras citoplasmáticas y
sustancias intercelulares; en tonos de color rosa.
Técnica
o Sumergir los preparados histológicos en xileno para eliminar los excesos de
parafina. El xilenol es tóxico pero existen reactivos (como el Hemo-D) que
ejercen la misma función aclarante de parafina sin la toxicidad del xileno.
o Pasar por una serie de alcoholes en concentración decreciente para
rehidratar la muestra (100°, 96° y 70°).
o Lavar en agua para eliminar exceso de alcohol
o Sumergir en hematoxilina por 10 minutos, luego lavar en agua para eliminar
excesos y pasar rápidamente por alcohol ácido.
o Lavar nuevamente
o Sumergir 30 segundos en eosina.
o Pasar por otra serie de alcoholes, esta vez en orden creciente (70°, 95° y
100°) para deshidratar la muestra y que se pueda realizar el montaje con un
pegamento no soluble en agua.
o Finalmente remojar 10 minutos en xileno, antes de realizar el montaje final.
Hay que tomar en cuenta que los tiempos varían dependiendo el tipo de tejido y
grosor de estos.
Resultados
o Núcleo celular: Violetas.
o Citoplasma: Rosa
o Musculatura: Rojo , rosa o fucsia
o Glóbulos rojos: Rojo, anaranjado
o Fibrina: Rosa
Hematoxilina:
La hematoxilina es un colorante natural y se obtiene del duramen del árbol
Haematoxylum campechianum. El nombre de la hematoxilina se deriva
etimológicamente de dos palabras griegos, hematos que significa sangre y xylos
que significa árbol.
Eosina
La eosina es un colorante citoplasmático frecuentemente utilizado como
contracolor. La eosina cambia los núcleos teñidos por el hemalumbre de un color
azul a púrpura. Este cambio de color puede ser debido a la atracción de aniones de
eosina a las cadenas laterales de los aminoácidos cargados positivamente del ADN.
La eosina también se usa como identificador de diferentes tipos de células entre los
distintos tipos de fibra del tejido conectivo y de las matrices.
Colorantes
La molécula de un colorante tiene normalmente dos componentes importantes: uno
que aporta el color, denominado cromógeno, y otro que posibilita la unión a
elementos del tejido denominado auxocromo. El cromóforo es la organización
molecular dentro del cromógeno responsable de la absorción de un espectro
determinado de longitudes de onda. El auxocromo que se une al cromógeno puede
influir en su coloración y muchos colorantes tienen más de un grupo auxocrómico.
El auxocromo puede ser un grupo ionizable, un grupo que reacciona
covalentemente con iones metálicos (mordientes) o puede reaccionar
covalentemente con el sustrato, en este caso el tejido. Los colorantes son
normalmente hidrosolubles, aunque hay colorantes que carecen de grupos
ionizables y sirven para teñir sustancias grasas, como gotas de lípidos.
Tipos: Según la naturaleza química del radical auxocromo los colorantes se
clasifican en:
Básicos: son sales en las que la base, normalmente una amina, aporta el color,
mientras que la parte ácida es incolora. Es decir, son colorantes catiónicos. Tienen
apetencia por sustancias ácidas del tejido como el ADN o ciertos componentes de
la matriz extracelular como los glicosaminoglicanos. La unión es por atracción
eléctrica. Así, ponen de manifiesto el núcleo y el ARN, sobre todo el ARNr presente
en los ribosomas por ser muy abundante, así como ciertas matrices extracelulares
ricas en componentes ácidos. Ejemplos de colorantes básicos son la tionina,
safranina, azul de toluidina, el azul de metileno o la hematoxilina.
Ácidos: son sales con el anión coloreado y la base incolora. Son derivados de
grupos sulfónicos, carboxilos o hidroxilos fenólicos. Tienen apetencia por sustancias
básicas, sobre todo estructuras proteicas localizadas en el citoplasma celular y
también por el colágeno de la matriz extracelular. La unión es por atracción eléctrica.
Ejemplos de colorantes ácidos son la fucsina ácida, verde rápido, naranja G o la
eosina.
Colorantes naturales y artificiales:
Fijación
Todos los tejidos, bien cuando se extraen de un organismo, o bien cuando muere el
organismo en el que están, sufren dos tipos de procesos degradativos: autolisis por
acción de enzimas intracelulares, es decir, autodigestión, y putrefacción por acción
bacteriana. Además, el procesamiento histológico posterior del tejido para poner de
manifiesto y observar determinadas estructuras supone una metodología que puede
degradar o alterar las estructuras tisulares. Fijar un tejido es preservar sus
características morfológicas y moleculares lo más parecidas posibles a las que
poseía en su estado vivo. O dicho de otra manera, la fijación disminuyen los cambios
en los tejidos desde que se obtienen hasta que se observan, tanto en organización
estructural como en composición química. Es como hacer una fotografía del tejido
vivo para poder observarla, tras algún tratamiento, con el microscopio. Una buena
fijación es importante porque de ello depende una interpretación correcta la
observación tisular. Puede ser la diferencia entre un buen y un mal diagnóstico de
una patología, basado en diferencias en la organización del tejido o en las
características de los núcleos de las células.
Fijadores simples
Etanol, metanol, acetona: (Etanol: CH3-CH2-OH). Fijan por deshidratación y
coagulación de las proteínas, sobre todo las citosólicas. Extraen los lípidos de los
tejidos, pero no afectan a los carbohidratos. El metanol es mejor fijador que el etanol
puesto que no causa tanto endurecimiento del tejido y aporta una mejor
preservación. En general, son buenos fijadores de muestras de pequeño tamaño, y
para preservar proteínas, como enzimas, glucógeno, y pigmentos. Se usan
frecuentemente para para fijar las extensiones citológicas o secciones de criostato
obtenidas de tejido no fijado. Debido a que deshidratan, a la vez que fijan, se pueden
usar también como un conservante de las muestras. Tienen algunos inconvenientes
como producir endurecimiento y la retracción de los tejidos, muy evidentes en
bloques de tejido muy grandes. Carecen de efecto mordiente.
Ácidoacético (CH3COOH): No fija directamente a las proteínas sino que su proceso
de fijación consiste en cambiar el estado coloidal de las proteínas. Se utiliza a una
concentración que varía entre el 1 y el 5 %. Es el fijador ideal para ácidos nucleicos
y nucleoproteínas. Como inconvenientes cabe destacar la destrucción de las
mitocondrias y mala fijación de membranas y citoplasma. Se suele usar en
combinación con otros fijadores. Ejemplos: Bouin, FAA. En las mezclas de fijadores
también es capaz de contrarrestar los artefactos que pueden introducir el etanol o
el ácido pícrico.
Cloruro o sulfato de zinc: El cloruro de zinc se utilizó inicialmente como fijador pero
más tarde pasó a ser un componente de mezclas fijadoras. Se emplea normalmente
en combinación con el paraformaldehído. El cloruro de zinc ayuda a la fijación y
preserva la antigenicidad si se necesita el tejido para pruebas inmunocitoquímicas,
ya que contrarresta el enmascaramiento de antígenos que se atribuye al
paraformaldehído. Las sales de zinc han sustituido progresivamente a las sales de
mercurio usadas tradicionalmente en las mezclas fijadoras. Es importante señalar
que el fijador no se prepara en sales de fostato, como es habitual, y tras la fijación
ha de eliminarse el zinc mediante lavados en agua destilada.
Ácido pícrico (C6H2OH(NO2)3): La fijación la produce gracias a que las sales del
tipo picrato coagulan las proteínas de los tejidos. Se suele usar del 2 al 15 % de una
solución saturada de ácido pícrico. Preserva bien la estructura celular, no produce
retracciones cuando el tiempo de fijación es óptimo, preserva bien glucógeno y
lípidos. Es un buen fijador para tinciones generales puesto que tiene efecto
mordiente y favorece la unión de los colorantes. Hay que eliminarlo completamente
antes de proceder a la inclusión en ceras como la parafina puesto que dificulta la
penetración de la parafina. Se suele usar combinado con otros fijadores. Ejemplos:
Bouin.
Formaldehído: Es un fijador ampliamente usado por la buena preservación del
tejido, actúa como conservante, produce poca retracción tisular, es compatible con
la mayoría de las técnicas y tinciones histológicas, incluidas las de
inmunocitoquímica e hibridación de ácidos ribonucleicos. El formaldehído se une a
grupos funcionales de las proteínas formando grupos hemiacetales. Esta unión
hace que muchos enzimas queden inactivas, lo que ayuda a evitar la degradación
del tejido por las enzimas hidrolíticas. Los grupos a los que se une son amino,
sulfidrilos, guanidilos, grupos hidroxilos alifáticos, etcétera. La unión a uno de estos
grupos produce un grupo hidroximetileno. Es el hidroximetileno el que reacciona con
grupos de otra, o de la misma, proteína para la formación de puentes. El
formaldehído preserva bien los lípidos, sobre todo si se añade a la solución fijadora
iones de calcio (reducen la solubilidad de los fosfolípidos), y no reacciona con los
carbohidratos.
Glutaraldehído: Es uno de los fijadores más usados. En solución polimeriza
formando dímeros y trímeros. Los grupos aldehídos que quedan dentro en la
molécula polimerizada reaccionan con los grupos aminos de los aminoácidos de las
proteínas, formando puentes entre las moléculas de los tejidos. Los grupos
aldehídos de los extremos, sin embargo, quedan libres, y es importante anularlos
para evitar falsos positivos (por ejemplo, evitando que se unan los anticuerpos
durante la inmunocitoquímica o que se unan los aldheídos del reactivo de Schiff).
Por tanto, es una buena práctica eliminarlos, lo que se puede hacer mediante la
incubación en borohidruro de sodio al 1 %. El glutaraldehído tiene poca velocidad
de penetración, por lo que la fijación por perfusión vascular es recomendada. Se
usa a una proporción de entre el 0,5 y el 3 %. Tiene una alta capacidad para
preservar la estructura celular puesto que es capaz de entrelazar el tejido más
fuertemente que otros aldehídos, por lo que es el fijador de referencia para
observación de ultraestructuras celulares con el microscopio electrónico. Sin
embargo, no se recomienda para inclusiones en parafina puesto que dificulta la
obtención de secciones. Hay que tener cuidado con su baja penetración tisular y
puede producir retracciones. Se usa en soluciones tamponadas isotónicas y
normalmente en combinación con el formaldehído.
Tetróxido de osmio (OsO4): Es uno de los fijadores más antiguos, se usa desde al
menos 1865. En solución penetra poco en los bloques de tejido, y se recomiendan
tamaños no mayores de 0.5 o 1 mm. Se puede usar tanto en solución como en
vapor. No produce artefactos pero hace a las muestras de tejido frágiles. Forma
puentes entre los enlaces insaturados de las cadenas de ácidos grasos de los
lípidos de las membranas celulares. Las hace insolubles, oscuras y opaca a los
electrones. Por eso se emplea habitualmente para las observaciones con el
microscopio electrónico, ya que preserva y oscurece las membranas celulares. Pero
también en microscopía óptico se usa para estudiar las grasas insaturadas, para
observar los tractos de mielina, y es necesario para las impregnaciones argénticas
como el método de Golgi. Por su fuerte carácter oxidante no se usa para tinciones
convencionales puesto que impide la unión al tejido de los colorantes aniónicos.
Actualmente se usa mucho tras la fijación de las muestras con formaldehído o
glutaraldehído, y antes de deshidratar dichas muestras para su observación al
microscopio electrónico.
Fijadores compuestos:
La mayor parte de los procesos de fijación usan varias sustancias fijadoras, bien
mezcladas en la solución acuosa inicial o utilizadas sucesivamente en el tiempo.
Con ello se aprovechan las ventajas de cada una de ellas y se pueden contrarrestar
sus desventajas. Hay multitud de formas de usar los diferentes fijadores, tanto en
sus componentes como en las proporciones de éstos, dependiendo de las
necesidades posteriores, es decir, qué tipo de tejido queremos fijar y qué queremos
ver de dicho tejido. Junto con las sustancias fijadoras también se añaden a las
mezclas otros componentes que afectan a otros parámetros como la osmolaridad o
el pH de la solución. Por ejemplo, en la mayoría de los casos las sustancias fijadoras
se disuelven en soluciones tamponadas para controlar osmolaridad y pH, de manera
que no se afecte a la estructura del tejido. Pero también con otros propósitos, como
por ejemplo el etilén glicol que se añade a los fijadores para obtener secciones por
congelación y además evita la difusión de las enzimas.
A continuación vamos a mencionar algunas combinaciones usadas frecuentemente
porque tienen unas propiedades de fijación que las hace apropiadas para las
observación de una gran variedad de tejidos y para el uso diversas de técnicas de
tinción.
Líquido de Bouin: Está formado por ácido pícrico, formaldehído y ácido acético
glacial. Es una solución muy utilizada para el procesamiento de tejidos que se
incluirán en parafina (ver capítulo de inclusión) y a cuyas secciones se le pueden
aplicar un amplio espectro de tinciones. Es muy útil para tejidos blandos y
embriones, y preserva bien el núcleo y el glucógeno. Hay que tener cuidado con el
tiempo de fijación, que no debe exceder de 48 h en el caso de fijaciones por
inmersión. Tras la fijación las muestras de tejido se pueden conservar en alcohol de
70°. No está recomendado para el riñ;ón ni para el estudio de mitocondrias. Antes
de la inclusión en parafina es conveniente eliminar el ácido pícrico mediante lavados
en alcohol de 70° porque impide una buena inclusión y que las tinciones no sean
óptimas.
Solución de Clarke: Está formada por etanol y ácido acético glacial (3:1). Es uno de
los primeros fijadores usados, bueno para muestras que se incluirán en parafina.
Carnoy: Es un buen fijador para el glucógeno, para los hidratos de carbono simples
y para las proteínas fibrosas. Es bueno para visualizar los ácidos nucleicos, aunque
no la morfología nuclear, y para los grumos de Nissl del sistema nervioso. Puede
producir retracciones tisulares. Está formado por etanol absoluto, cloroformo y ácido
acético glacial.
Mezclas con formaldehído: El formaldehído es quizá el fijador más usado hoy en
día, tanto para técnicas histológicas comunes como para otras como la
inmunocitoquímica o la hibridación de ácidos nucleicos. Lo más frecuente es
utilizarlo en solución al 4 % junto con otros fijadores. Se suele disolver en soluciones
tamponadas que tienen una osmolaridad similar a la del tejido que se pretende fijar.
Para fijaciones de tejidos destinados a microscopía electrónica se suelen utilizar
soluciones fijadoras que contienen formaldehído y glutaraldehído. La función del
formaldehído es iniciar una fijación rápida, por su mayor capacidad de penetración,
mientras que el glutaraldehído realizará una fijación más poderosa, pero más lenta
que no afectará a la estructura tisular puesto que el formaldehído ya ha realizado
una fijación previa. Ejemplos: formaldehído tamponado, Bouin, FAA, PLP.
Glutaraldehído-tetróxido de osmio: Los fijadores en combinación no tienen
necesariamente que usarse al mismo tiempo. Es habitual que los tejidos destinados
a microscopía electrónica sean inicialmente fijados en glutaraldehído (1 al 3 %) y
paraformaldehído (2 al 4 %), para posteriormente ser postfijados en tetróxido de
osmio al 1 % en solución tamponada. Este último es un buen preservador de la
ultraestructura celular, sobre todo membranas, en cooperación con los aldheídos.
Esto es importante porque el proceso para microscopía electrónica supone incubar
el tejido en solventes orgánicos y polimerización de resinas a 60 °C, durante las
cuales el tejido debe ser preservado.
Técnica parafina
Es el proceso que se utiliza habitualmente.Su objetivo es sustituir el agua de los
tejidos por parafina liquida caliente (58º C) que al enfriarse adquirirá una
consistencia adecuada para el corte. Como la parafina es insoluble en agua es
preciso eliminar previamente esta última del tejido, sustituyéndola inicialmente por
alcohol (deshidratación) y posteriormente por tolueno o xileno (aclaramiento) que al
ser solubles en parafina pueden ser sustituidos finalmente por ella. Así se obtendrá
un tejido embebido en parafina que será introducido en moldes con parafina liquida.
Al enfriarse los moldes obtendremos un "bloque de parafina" a partir del cual pueden
obtenerse las secciones.
Pasos
PREPARACIÓN DE TEJIDOS PARA MICROSCOPIA ELECTRÓNICA.
Histoquímica: Incluiremos dentro de las técnicas histoquímicas a aquellas que
supongan una reacción química en la que intervienen moléculas pertenecientes al
propio tejido (trataremos la detección de glúcidos mediante lectinas y la
inmunohistoquímica en apartados diferentes a éste, aunque algunos autores las
incluyen como técnicas histoquímicas). El objetivo de la histoquímica es poner de
manifiesto una molécula o familia de moléculas presentes en una sección
histológica y estudiar su distribución tisular "in situ". Estas moléculas son
difícilmente discernibles con técnicas generales y por tanto es necesario realizar
pasos previos para poner de manifiesto dichas moléculas. Vamos a dividir las
técnicas histoquímicas en dos grupos: reacciones químicas e histoquímica
enzimática.
Acidófilia: es la capacidad de la tinción de los colorantes ácidos.
Basófilia: es la capacidad de tinción de los colorantes básicos.
Metacromasia: Cambio que ocurre en el color que exhiben ciertos colorantes
utilizados en tinciones histológicas cuando se unen a determinadas sustancias
presentes en estos tejidos, llamadas cromotropos. Por ejemplo, el azul de toluidina
que asume colores desde el azul rojizo oscuro hasta el púrpura cuando se une a
glicosaminglicanos presentes en cartílago. Otros colorantes metacromáticos
ampliamente utilizados son los que forman parte de las tinciones hematológicas de
Giemsa y May-Grünwald, donde estas tinciones contienen colorantes tiazina. El
núcleo celular se tiñe de púrpura, los gránulos basófilos de color intensamente
magenta, mientras que el citoplasma de diferentes células varía entre el azul intenso
y el rosado.
La ausencia de cambio de color de una tinción se denomina ortocromasia.
Técnica de Schiff (PAS): La técnica de Schiff, es una reacción que se usa
comúnmente en Histoquímica. Utiliza PAS, ácido peryódico de Schiff, o
leucofucsina, un colorante incoloro, pero que se torna rojo estable al contacto con
los grupos aldehídos.
La técnica de PAS se utiliza en el laboratorio dentro de los preparados para
microscopía óptica, permitiendo la tinción de componentes celulares que contienen
hidratos de carbono, por ejemplo algunas membranas celulares, células
caliciformes en la mucosa del intestino, fibras reticulares que están rodeados por
hidratos de carbono, etc. Entonces en esta técnica, el ácido peryódico oxida a los
grupos oxhidrilo (–OH) de dos carbonos cercanos, formando de esta manera grupos
aldehídos compuestos por carbono, oxígeno e hidrógeno. Así la leucofucsina puede
reaccionar con estos y dejar una tinción rojiza.
Tinción de Feulgen: La tinción de Feulgen es una técnica de tinción descubierta por
Robert Feulgen y usada en histología para identificar material cromosómico o ADN
en células. Depende de la hidrólisis ácida del ADN.
El material es sometido a una hidrólisis con ácido clorhídrico 1N a 60 °C, o 5N a
temperatura ambiente, y luego al reactivo de Schiff.
La reacción Feulgen es una técnica semicuantitativa. Si el único aldehído que queda
en la célula son los producidos de la hidrólisis del ADN, ahí la técnica es cuantitativa
para el DNA. Es posible usar un instrumento, conocido como microdensitómetro o
microespectrofotómetro para medir la intensidad de la reacción Feulgen para un
orgánulo. Usando este proceso se determinó que, en interfase, las células estaban
compuestas de dos grupos de cromosomas. Uno con un grupo diploide y otro con
un grupo tetraploide (dos grupos genómicos completos). El núcleo se observaba
idéntico, pero uno de ambos poseía el doble de ADN. Esto dio a la división del
periodo que conocemos como interfase en el ciclo celular a G1, S y G2 basados en
la síntesis de ADN.
Inmunohistoquímica: Es un método basado en las reacciones inmunoenzimáticas
usando anticuerpos mono o policlonales para detectar antígenos de células de
tejidos. Hay muchos métodos de tinción inmunoenzimática que pueden ser usados
para localizar antígenos relevantes para el diagnóstico. Por ejemplo, las
interacciones inmunenzimáticas puede visualizarse usando diferentes enzimas
como la peroxidasa o la fosfatasa.
TEMA III: LA CELULA
Definición:
La célula (del latín cellula, diminutivo de cella, ‘celda’)1 es la unidad morfológica y
funcional de todo ser vivo. Es el componente básico de todos los seres vivos. El
cuerpo humano está compuesto por billones de células. Le brindan estructura al
cuerpo, absorben los nutrientes de los alimentos, convierten estos nutrientes en
energía y realizan funciones especializadas. Las células también contienen el
material hereditario del organismo y pueden hacer copias de sí mismas.
Célula eucariota:
Se llama célula eucariota (del vocablo griego eukaryota, unión de eu “verdadero” y
karyon “nuez, núcleo”) a todas aquellas células en cuyos citoplasmas puede hallarse
una membrana que delimita al núcleo celular, que contiene la mayor parte de su
material genético (ADN).
Tipos de célula eucariota: Existen diversos tipos de células eucariotas, pero
fundamentalmente se reconocen cuatro, cada una con estructuras y procesos
diferentes:
Células vegetales. Cuentan con una pared celular (compuesta de celulosa y
proteínas) que recubre su membrana plasmática y les otorga rigidez, protección y
resistencia. Además, las células vegetales tienen cloroplastos, es decir, organelas
que contienen la clorofila necesaria para llevar a cabo el proceso de fotosíntesis; y
una vacuola central grande, que mantiene la forma celular y controla el movimiento
de las moléculas en el citoplasma.
Células animales. No tienen cloroplastos (ya que no realizan fotosíntesis) ni pared
celular. Pero, a diferencia de las células vegetales, tienen centríolos (organelas que
participan en la división celular) y presentan vacuolas de menor tamaño, aunque
más abundantes, llamadas vesículas. Debido a la carencia de pared celular, las
células animales pueden adoptar una gran cantidad de formas variables, e incluso
fagocitar otras células.
Células de los hongos. Se asemejan a las células de los animales, aunque difieren
de ellas por la presencia de una pared celular compuesta de quitina (que las células
animales no tienen). Otra característica que las distingue es que las células de los
hongos tienen una menor especialización celular que las células animales. Aunque
no es lo más frecuente, existen hongos unicelulares, como las levaduras.
Células de protistas. Las células eucariotas suelen formar parte de organismos
pluricelulares. Sin embargo, existen protistas que son organismos eucariotas
unicelulares o pluricelulares simples que no forman tejidos. Si bien los eucariotas
unicelulares son seres más sencillos que los animales y las plantas, el hecho de
estar constituidos por una única célula que tiene que llevar a cabo todas las
funciones del organismo hace que la célula tenga una organización compleja.
Además, pueden alcanzar tamaños macroscópicos. Algunos ejemplos de este tipo
de organismos son las euglenas y los paramecios.
Funciones de la célula eucariota: Las células eucariotas, al igual que las
procariotas, llevan a cabo funciones esenciales:
Nutrición. Comprende la incorporación de los nutrientes al interior de la célula y su
transformación en otras sustancias, que son utilizadas para formar y reponer las
estructuras celulares y también para obtener la energía necesaria para llevar a cabo
todas sus funciones. Según su nutrición, las células pueden ser autótrofas (fabrican
su propio alimento a partir de materia inorgánica por procesos como la fotosíntesis)
o heterótrofas (deben incorporar la materia orgánica porque no son capaces de
fabricarla).
Crecimiento. Implica un aumento en el tamaño de las células individuales de un
organismo, en el número de células o en ambos. El crecimiento puede ser uniforme
en las diversas partes de un organismo o puede ser mayor en algunas partes que
en otras, lo que hace que las proporciones del cuerpo cambien a medida que se
produce el crecimiento.
Respuesta a estímulos. Las células se relacionan con el medio que las rodea,
recibiendo distintos estímulos (como variaciones de temperatura, humedad o
acidez) y elaborando las respuestas correspondientes a cada uno de ellos (como la
contracción o la traslación). Esta capacidad de reaccionar a los estímulos del medio
se conoce como irritabilidad.
Reproducción. Es el proceso de formación de nuevas células (o células hijas) a
partir de una célula inicial (o célula madre). Existen dos tipos de procesos de
reproducción celular: mitosis y meiosis. Mediante la mitosis, una célula madre da
lugar a dos células hijas idénticas, es decir, con la misma cantidad de material
genético e idéntica información hereditaria. Por otra parte, mediante la meiosis, una
célula madre da lugar a cuatro células hijas genéticamente distintas entre sí y que
además tienen la mitad del material genético que la célula inicial. La mitosis
interviene en los procesos de crecimiento y reparación de tejido, y en la
reproducción de los seres vivos que se reproducen asexualmente. La meiosis tiene
otro objetivo: únicamente ocurre para dar lugar a los gametos.
Adaptación. La capacidad de las células para evolucionar durante muchas
generaciones y adaptarse a su entorno les permite sobrevivir en un mundo
cambiante. Las adaptaciones son características que se heredan y que aumentan
la capacidad de un organismo para sobrevivir en un entorno particular. Las
adaptaciones pueden ser estructurales, fisiológicas, bioquímicas, de
comportamiento o una combinación de las cuatro. Todos los organismos
biológicamente exitosos son una compleja colección de adaptaciones coordinadas
que se han producido a través de los procesos evolutivos.
Las funciones de metabolismo, crecimiento, respuesta a estímulos, reproducción y
adaptación son llevadas a cabo por todas las células pertenecientes tanto a
organismos procariotas como eucariotas. Sin embargo, estas no son las únicas
funciones celulares: existen otras funciones según cada tipo de célula y el tejido u
organismo al cual pertenecen. Por ejemplo, las neuronas (que forman parte del
tejido nervioso) son capaces de comunicarse a través de impulsos eléctricos.
Célula procariota:
Las células procariotas o procariontes forman organismos vivientes unicelulares,
pertenecientes al superreino o imperio Prokaryota o a los dominios Archaea y
Bacteria, dependiendo de la clasificación biológica que se prefiera.
La principal característica de las células procariotas es que no tienen una membrana
que delimite al núcleo celular y, en cambio, presentan su material genético disperso
en el citoplasma, apenas reunido en una zona llamada nucleoide.
Los organismos procariotas (pro- significa “antes de” y karyo que se refiere a
«núcleo») son evolutivamente anteriores a los eucariotas, es decir, aquellos que sí
poseen un núcleo celular. Si bien las células procariotas surgieron en un pasado
muy remoto, eso no significa que hayan desaparecido de la Tierra. De hecho, las
formas de vida más simples son todavía organismos procariotas, como las bacterias
y las arqueas.
Esta simpleza que caracteriza a los organismos procariotas ha permitido su gran
diversificación, lo que se traduce en metabolismos sumamente diversos (no ocurre
lo mismo con las eucariotas) y una enorme diversidad en cuestión de adaptación a
diferentes ambientes, tipos de nutrición o incluso estructura celular.
Mecanismos de nutrición: Las células procariotas pueden ser autótrofas (elaboran
su propio alimento) o heterótrofas (se alimentan de materia orgánica producida por
otro ser vivo), tanto aerobias (requieren de oxígeno para vivir) como anaerobias (no
requieren de oxígeno para vivir), lo cual se traduce en varios mecanismos de
nutrición:
Fotosíntesis. Al igual que las plantas, algunos procariontes pueden utilizar la energía
de la luz solar para sintetizar materia orgánica a partir de materia inorgánica, tanto
en presencia como en ausencia de oxígeno. Existen dos tipos de fotosíntesis: la
fotosíntesis oxigénica (que produce oxígeno) y la fotosíntesis anoxigénica (no
produce oxígeno).
Quimiosíntesis. Semejante a la fotosíntesis, las células emprenden la oxidación de
materia inorgánica como mecanismo para obtener su energía y obtener su propia
materia orgánica para crecer. La quimiosíntesis se diferencia de la fotosíntesis en
que esta última utiliza como fuente de energía la luz solar.
Nutrición saprófita. Se basa en la descomposición de la materia orgánica dejada por
otros seres vivos, ya sea al morir o como restos de su propia alimentación.
Nutrición simbiótica. Algunos procariontes se asocian con otros seres vivos,
obtienen su materia orgánica para existir a partir de ellos y se genera un beneficio
mutuo.
Nutrición parásita. Existen organismos procariotas (parásitos) que se nutren a partir
de la materia orgánica de otro mayor (huésped u hospedador), al que perjudican en
el proceso (aunque no lleguen a matarlo directamente).
Por último, la reproducción de las células procariotas puede ser de dos tipos:
asexual (por el mecanismo de mitosis) o parasexual (intervienen tres procesos
relacionados con el intercambio y la incorporación de cambios en el material
genético: la conjugación, la transducción y la transformación del ADN).
Tipos de células procariotas: Las células procariotas pueden tener formas muy
variadas y a menudo incluso una misma especie puede adoptar formas cambiantes,
lo que se denomina pleomorfismo. Sin embargo, se pueden distinguir tres tipos
principales de morfología:
Coco. Es un tipo morfológico típico de las bacterias, que presenta forma más o
menos esférica y uniforme. Las bacterias también pueden presentarse en cocos en
grupos de a dos (diplococo), cocos en grupos de a cuatro (tetracoco), cocos en
cadenas (estreptococo) y cocos en agrupaciones irregulares o en racimo
(estafilococo). Por ejemplo: Streptococcus pneumoniae, uno de los agentes
causantes de la neumonía bacteriana.
Bacilo. Con forma de bastón y extremos redondeados, incluye una vasta gama de
bacterias y otros organismos saprófitos de vida libre. También se pueden encontrar
bacilos en grupos de a dos o formando filamentos. Por ejemplo: Escherichia coli y
Clostridium botulinum.
Espirilo. Con forma helicoidal, suelen ser muy pequeñas y abarcan desde bacterias
patógenas hasta autótrofas. Por ejemplo: las especies del género Campylobacter,
como Campylobacter jejuni, un patógeno transmitido por los alimentos, que causa
la campilobacteriosis.
Espiroqueta. También tienen formas helicoidales pero muy alargadas y flexibles.
Por ejemplo: las especies del género Leptospira que causan la leptospirosis.
Vibriones. Son bastones con forma de coma. Este grupo incluye a las del tipo vibrio,
un género de proteobacterias responsables de la mayoría de las enfermedades
infecciosas en el hombre y los animales superiores, sobre todo aquellas típicas del
tracto digestivo. El más conocido es Vibrio cholerae, agente causante del cólera.
Algunas variantes de estas formas son los cocobacilos (óvalos) y las bacterias
corineformes, bacilos irregulares con un extremo ensanchado.
Morfología celular
Membrana celular: es la estructura fina que envuelve a la célula y separa el
contenido de la célula de su entorno. Es la encargada de permitir o bloquear la
entrada de sustancias en la célula. La membrana consiste en una doble capa de
lípidos que encierran las proteínas.
Unidad de membrana: Corresponde con una bicapa lipídica con proteínas
embebidas. Los lípidos se disponen en una bicapa con las zonas hidrófilas (grupos
polares) hacia fuera, mientras que las zonas hidrófobas quedan enfrentadas hacia
el interior. Las membranas presentan, por tanto, dos caras: una cara externa y una
cara interna que, en el caso de la membrana plasmática, está en contacto con el
citoplasma celular. Las proteínas pueden estar asociadas a la cara interna o
externa, o ser transmembranales (atraviesan la membrana totalmente).
Estructura de la membrana. Modelo del mosaico fluido: Con los datos ofrecidos
por la microscopía electrónica y los análisis bioquímicos se han ido elaborando
varios modelos a lo largo del desarrollo de la biología celular. En la actualidad, el
modelo más aceptado es el propuesto por Singer y Nicholson (1972), denominado
modelo del mosaico fluido, que presenta las siguientes características:
· Considera que la membrana es como un mosaico fluido en el que la bicapa
lipídica es la red cementante y las proteínas están embebidas en ella,
interaccionando unas con otras y con los lípidos. Tanto las proteínas como los
lípidos pueden desplazarse lateralmente.
· Los lípidos y las proteínas integrales se hallan dispuestos en mosaico.
· Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución de
todos sus componentes químicos: lípidos, proteínas y glúcidos
Glucocálix, glucáliz, glicocáliz o glicocálix: Término genérico que se refiere al
material exudado polimérico extracelular compuesto por proteínas y carbohidratos
producido por algunas bacterias y células como las epiteliales de las superficies
mucosas. La capa mucilaginosa usualmente compuesta de glucoproteínas y
proteoglucanos que está presente sobre la superficie exterior de los peces también
se considera un glucocáliz.
El término fue aplicado inicialmente a la matriz de polisacárido secretada por las
células epiteliales y que forman una capa superficial. Los glucocálix son
compuestos, casi siempre con cadenas de carbohidratos, que recubren la superficie
celular. También cabe decir que el glucocáliz es diferente en cada membrana, por
lo que es un tipo de sello o huella de la célula.
Citoplasma: Es el material interno de las células. Ocupa el espacio situado entre la
membrana plasmática y el núcleo, que aparece en la imagen como una estructura
redonda o esférica en el centro de la célula. Numerosas estructuras pequeñas
forman parte del citoplasma, junto con el líquido que sirve como medio interno de
cada célula.
El citoplasma contiene pequeñas estructuras filiformes que se interconectan para
formar un «esqueleto celular» o citoesqueleto. El citoesqueleto organiza y da
soporte a un grupo de pequeñas estructuras, que en conjunto se denominan
organelas. Este nombre significa «pequeños órganos», nombre adecuado porque a
nivel celular equivalen a los órganos para el cuerpo en su conjunto.
Núcleo: Visto con el microscopio óptico, el núcleo de la célula aparece como una
estructura muy simple: solo una esfera
pequeña en la porción central de la célula (ver imagen). En ciertas células
especializadas, el núcleo puede estar desplazado a un lado, quizás incluso
constreñido en una forma más aplanada.
Sin embargo, ese aspecto simple corresponde a un papel complejo y crítico en el
funcionamiento celular. El núcleo contiene la mayor parte de la información genética
de la célula que, en última instancia, controla todas las organelas del citoplasma.
También controla el complicado proceso de la reproducción celular. En otras
palabras, el núcleo debe funcionar correctamente para que la célula realice sus
actividades normales y pueda duplicarse.
Nótese que el núcleo celular mostrado en la imagen principal está rodeado por una
envoltura nuclear constituida por dos membranas separadas. La envoltura nuclear
tiene numerosas aberturas diminutas denominadas poros nucleares que permiten
la entrada y la salida de moléculas grandes del núcleo. La envoltura nuclear rodea
un tipo especial de sustancia celular presente en el núcleo, llamada nucleoplasma.
El nucleoplasma contiene un número de estructuras y en la imagen se muestran
dos de las más importantes: el nucléolo y los gránulos de cromatina.
Citosol, hialoplasma o matriz citoplasmática: es el líquido que se localiza dentro
de las células; constituye la mayoría del fluido intracelular y está separado por
membranas en distintos compartimentos. Por ejemplo, la matriz mitocondrial separa
la mitocondria en varios apartados.
En las células eucariotas, el citosol se encuentra dentro de la membrana celular y
está incluido en el citoplasma, citoplasma que también abarca la mitocondria,
plastidios, y otros orgánulos. El citosol no abarca los fluidos internos ni estructuras
de los orgánulos; el núcleo celular es independiente. El citosol, es entonces, un
líquido de matriz alrededor de los orgánulos. En procariotas, la mayoría de las
reacciones químicas del metabolismo toman lugar en el citosol, mientras algunas
otras ocurren en las membranas o en el espacio periplásmico. En eucariotas, si bien
numerosas rutas metabólicas aún ocurren en el citosol, otras son contenidas dentro
de los orgánulos.
El citosol es una mezcla compleja de sustancias disueltas en agua. A pesar de que
el agua forma la mayor parte del citosol, su estructura y propiedades dentro de las
células no es bien comprendida aún. La concentración de iones como el sodio y
potasio es diferente en el citosol que en el fluido extracelular; estas diferencias en
los niveles iónicos son importantes en procesos como la regulación osmótica,
señalización de células y la generación de potenciales de acción en células
excitables como las células endocrinas, nerviosas y musculares. El citosol, también
contiene grandes cantidades de macromoléculas, las cuales pueden alterar el
comportamiento de las moléculas a través de la aglomeración macromolecular.
Organelo u orgánulo: es una estructura específica dentro de una célula. Hay
muchos tipos diferentes de organelos. Los organelos también son llamados
vesículas. En realidad, tienen una función muy importante, porque es una forma de
compartimentar todas las funciones que se cumplen dentro de una célula. Es
necesario que haya una membrana que rodee a los organelos para que los
mecanismos que ocurren dentro de ellos, produzcan un producto diferente. Es así
que los organelos están rodeados de una membrana que permite separar la función
que cumplen cada uno de ellos. Así, por ejemplo, la mitocondria tiene la función de
producir energía, y el lisosoma tiene la función de producir pequeñas moléculas a
partir de moléculas grandes, de romper los compuestos.
Mitocondrias: son estructuras pequeñas que producen energía en casi todas sus
células. Ellas lo hacen mediante la combinación de oxígeno con las moléculas de
combustible (azúcares y grasas) que provienen de los alimentos. Cuando las
mitocondrias son defectuosas, las células no tienen suficiente energía.
Aparato de Golgi: es un orgánulo presente en todas las células eucariotas que
forma parte del sistema de endomembranas. El Golgi está formado principalmente
por 4-6 sáculos aplanados o cisternas, que se encuentran apilados unos encima de
otros, y cuya función es completar el procesamiento y eventual secreción de algunas
macromoléculas. Funciona como una planta empaquetadora, modificando vesículas
del retículo endoplasmático rugoso, el material nuevo de las membranas se forma
en varias cisternas del aparato de Golgi.
Dentro de las funciones que posee el aparato de Golgi se encuentran la glicosilación
de proteínas, selección, destinación y glicosilación de lípidos, y la síntesis de
polisacáridos de la matriz extracelular. Almacenamiento y distribución de lisosomas,
al igual que los peroxisomas, que son vesículas de secreción de sustancia.
Retículo endoplasmático o endoplásmico: es un orgánulo que se encuentra en
el citoplasma de la célula eucariota, se presenta como una compleja red dispuesta
en forma de túbulos, sacos aplanados y cisternas, que están interconectadas entre
sí, con una organización variada en los diferentes tipos celulares.
El retículo muestra sus membranas organizadas en regiones, las que realizan
diferentes funciones. Existen dos regiones extensas y permanentes que son: el
retículo endoplasmático rugoso, con sus membranas formando túbulos más o
menos rectos, sacos aplanados o cisternas, con numerosos ribosomas asociados,
y el retículo endoplasmático liso, sin ribosomas asociados y con membranas
organizadas formando túbulos muy curvados e irregulares y cisternas
Ribosomas: son orgánulos citoplasmáticos no delimitados por la membrana del
ácido ribonucleico (ARNr) y proteínas ribosómicas, que constituyen una máquina
molecular presente en todas las células (excepto en los espermatozoides).1 Son los
centros celulares de traducción que hacen posible la expresión de los genes. Es
decir, son los encargados de la síntesis de proteínas a partir de la información
contenida en el ADN, que llega transcrita a los ribosomas en forma específicamente
de ARN mensajero (ARNm).
Lisosomas: son orgánulos relativamente grandes, formados a partir del aparato de
Golgi, que contienen hidrolasas ácidas (proteasas, nucleasas, glucosidasas,
lipasas, etc.) encargadas de degradar el material intracelular de origen externo
(como las bacterias o las partículas alimentarias) o interno (como las estructuras
celulares dañadas) que llega a ellos. Es decir, se encargan de la digestión celular.2
Son estructuras esféricas rodeadas de membrana simple. Son bolsas de enzimas
que si se liberasen, destruirían toda la célula. Esto implica que la membrana
lisosómica debe estar protegida de estas enzimas. El tamaño de un lisosoma varía
entre 0,02~0,5 μm.3 Los lisosomas fueron descubiertos por el bioquímico belga
Christian de Duve en 1974.
Peroxisomas: son orgánulos citoplasmáticos muy comunes en forma de vesículas,
con una sola membrana, y se encuentran en la mayoría de las células eucariotas.
Se trata de un orgánulo oxidativo donde, el oxígeno molecular actúa como
cosustrato para la formación de peróxido de hidrógeno (H2O2). Los peroxisomas
deben su nombre a su capacidad de producir peróxido de hidrógeno. También
juegan un papel crucial en el metabolismo de lípidos y la conversión de especies
reactivas de oxígeno. Están involucrados en el catabolismo de ácidos grasos de
cadena muy larga, ácidos grasos de cadena ramificada, intermediarios del ácidos
biliares (en el hígado), D-aminoácidos y poliaminas, en la reducción de especies
reactivas de oxígeno – especialmente el peróxido de hidrógeno3 – y en la biosíntesis
de plasminógenos, p.e. Fosfolípidos de ésteres, críticos para la función normal del
cerebro y pulmones de los mamíferos. También contienen, aproximadamente, el
10% de la actividad total de dos enzimas presentes en la ruta de las pentosas
fosfato, existe actualmente un debate sobre si los peroxisomas están involucrados
en la síntesis de isoprenoides y colesterol en animales.
Citocentro o centrosoma: es un orgánulo celular que no está rodeado por una
membrana; consiste en dos centríolos apareados, incrustados en un conjunto de
agregados proteicos que los rodean y que se denomina “material pericentriolar”
(PCM en inglés, por pericentriolar material).12 Su función primaria consiste en la
nucleación y el anclaje de los microtúbulos (MTs), por lo que de forma genérica
estas estructuras (conjuntamente con los cuerpos polares del uso en levaduras) se
denominan centros organizadores de MTs (COMTs, en inglés MTOCs por
microtubule organizing center).
Inclusión citoplasmática:
Es cualquier tipo de sustancia inerte que puede o no estar en la célula, dependiendo
del tipo de esta. En las inclusiones son almacenados nutrientes, productos de
excreción, y gránulos de pigmento.
Pigmentos: Los pigmentos se almacenan en células específicas aportando color
característico a los diferentes tejidos. Los pigmentos más conocidos en las células
animales son la hemoglobina, producida por los glóbulos rojos, y la melanina,
producida por los melanocitos de la piel y el cabello. Además, los pigmentos están
presentes en la retina, las células nerviosas de la sustancia negra del cerebro, el
tejido cardíaco y las neuronas del sistema nervioso central.
En las plantas, el principal pigmento es la clorofila, que aporta la coloración verde a
hojas y tallos. Otros pigmentos como las xantofilas, los carotenos (amarillo, naranja)
y las antocianinas (rosado, purpura, azul) dan color a frutas, flores y hojas jóvenes.
Gránulos de glucógeno: El glucógeno es el principal polisacarido que aporta las
reservas energéticas en células animales. Su descomposiciónproduce glucosa, que
al ser degradada por la acción de las enzimas produce energía y cadenas cortas de
carbono, empleadas en la síntesis de membranas y otros componentes
estructurales de la célula.
El glucógeno se almacena principalmente en las células del hígado y del músculo
esquelético. Así mismo, es una fuente de energía importante en el músculo
cardíaco. También puede ser almacenado en cantidades menores en células del
sistema nervioso central y otras células del cuerpo.
Los gránulos de glucógeno son de forma aplanada, circular u ovalada. Pueden ser
observados en el microscopio electrónico formando grupos o rosetas localizados
junto al retículo endoplasmático liso.
Lípidos: Los lípidos forman inclusiones citoplasmáticas en células animales y
vegetales. Las inclusiones lipídicas más comunes se denominan trigliéridos. Estos
se concentran principalmente en las células adiposas (adipocitos), especializadas
en la síntesis y almacenamiento de grasa.
Los lípidos constituyen una importante fuente de energía para la célula. Producen
más del doble de calorías por gramo que los carbohidratos. Además aportan
cadenas cortas de carbono utilizadas en la síntesis de estructuras celulares.
Secreciones: Otra de las funciones conocidas de las inclusiones citoplasmáticas
es el almacenamiento de sustancias secretadas en la célula por glándulas y órganos
especiales. Las secreciones celulares incluyen sustancias tan diferentes como
leche, lágrimas, enzimas digestivas, ácido clorhídrico, neurotransmisores,
hormonas, moco y proteínas. A continuación se describen algunos ejemplos.
TEMA IV: CICLO Y FISIOLOGIA CELULAR
Reproducción y división celular
¿Qué es la reproducción celular? Se conoce como reproducción celular o división
celular a la etapa del ciclo celular en la que cada célula se divide para formar dos
células hijas distintas. Es un proceso que se da en todas las formas de vida y que
garantiza la perpetuidad de su existencia, así como el crecimiento, la reposición de
tejidos y la reproducción en los seres pluricelulares. La célula es la unidad básica
de la vida. Cada célula, como los seres vivos, tiene un tiempo de vida durante el
que crece, madura y se reproduce y muere.
El ciclo celular: Representa el mecanismo fundamental subyacente a la
reproducción de todos los seres vivos, y se divide en etapas, a través de las cuales
la célula pasa de una división celular a la siguiente. Estos acontecimientos se
realizan mediante una secuencia ordenada de procesos en los que la célula duplica
su contenido y luego se divide en dos.
Tipos de reproducción celular
En principio, hay tres grandes tipos de reproducción celular. La primera y la más
simple, es la fisión binaria, en la que el material genético celular se replica y la célula
procede a dividirse en dos individuos idénticos, tal como hacen las bacterias,
dotadas de un único cromosoma y con procesos de reproducción asexuales.
Sin embargo, los seres más complejos, como los eucariotas están dotados de más
de un cromosoma (como los seres humanos, por ejemplo, que tenemos un par de
cromosomas del padre y uno de la madre).
En los organismos eucariotas se aplican procesos más complicados de
reproducción celular:
Mitosis. Es la forma más común de división celular de células eucariotas. En este
proceso, la célula replica su material genético completamente. Para hacerlo, emplea
un método de organización de los cromosomas en la región ecuatorial del núcleo
celular, que luego procede a dividirse en dos, generando dos dotaciones
cromosómicas idénticas. El resto de la célula, entonces, procede a duplicarse y
lentamente escindir el citoplasma, hasta que la membrana plasmática termina por
dividir a las dos nuevas células hijas en dos. Las células resultantes serán
genéticamente idénticas a su progenitora.
Meiosis. Es un proceso más complejo, que produce células haploides (con la mitad
de la carga genética), tales como las células sexuales o gametos, dotadas de
variabilidad genética. Esto se da con el fin de aportar la mitad de la carga genómica
durante la fecundación, y así obtener descendencia genéticamente única, evitando
la reproducción clónica (asexual). A través de la meiosis, una célula diploide (2n)
sufre dos divisiones consecutivas, para obtener así cuatro células hijas haploides
(n).
Etapas del crecimiento celular: crecimiento, diferenciación, envejecimiento.
Fase I o fase de latencia: En esta fase no se aumenta la concentración de células,
debidoa que se están ajustando a su nuevo entorno por lo que tendrán que reajustar
una nueva forma metabólica para poder consumir los nutrientes.
Fase II o crecimiento exponencial: La velocidad de crecimiento de la célula es
proporcional a la concentración de las células debido a que estas se dividen con
rapidez porque las rutas enzimáticas para metabolizar están en ejecución gracias a
todos los nutrientes que esta le brinda.
Fase III o estacionaria: Las células logran ocupar un espacio biológico donde la falta
de nutrientes, acumulación de ácidos orgánicos, materiales tóxicos y metabolitos
van a limitar su crecimiento hasta que lleguen a cero.
Fase IV o fase de muerte celular: En esta fase ocurre una disminución en la
concentración de células vivas, esto es provocado por el agotamiento de nutrientes
y subproductos tóxicos.
Muerte celular
Picnosis, o cariopicnosis, es la condensación irreversible de la cromatina en el
núcleo de una célula que experimenta necrosis o apoptosis. ... El neutrófilo en
maduración condensará su núcleo en varios lóbulos conectados que estarán en la
célula hasta el fin de su vida.
Cariolisis: es el estado de muerte del núcleo celular en el que no se produce tinción
de este y la cromatina se difunde en el protoplasma. La cariolisis es una de los
fenómenos que se da en la muerte celular, pero por una muerte celular concreta, la
necrosis.
Cariorrexis: es la fragmentación destructiva del núcleo de una célula moribunda
por la cual su cromatina se distribuye irregularmente por todo el citoplasma. Suele
ir precedido de picnosis y puede ocurrir como resultado de muerte celular
programada, senescencia celular o necrosis.
Propiedades de la célula:
-Irritabilidad: Capacidad de las células para reaccionar ante estímulos externos y/o
internos. Algunas células reaccionan ante cambios lumínicos, de temperatura, de
presión, de humedad, de gravedad y ante variaciones en la acidez o alcalinidad del
medio(pH).
-Conductibilidad: Facultad que tienen algunas células, como las neuronas, de
permitir el pasaje de una corriente eléctrica a través de sí.
-Contractibilidad. Capacidad de las células para contraerse y cambiar de forma.
Ejemplo: células musculares.
-Absorción: Es el mecanismo por el cuál las células incorporan sustancias del medio
externo (agua, gases, sales minerales, grandes moléculas) a través de la membrana
plasmática, con el fin de utilizarlas para llevar a cabo las funciones metabólicas. Ese
pasaje de moléculas pequeñas se realiza por transporte pasivo (sin gasto de
energía) y por transporte activo (con gasto de energía). Las grandes moléculas
ingresan a la célula por endocitosis y se expulsan por exocitosis.
Transporte pasivo: Es el movimiento de sustancias desde un lugar donde están más
concentradas a otro de menor concentración. El transporte pasivo está
representado por la difusión simple, la difusión facilitada, la ósmosis y la diálisis.
Transporte activo: Es el pasaje de una sustancia a través de una membrana
semipermeable desde una zona de menor concentración a otra de mayor
concentración. Este pasaje necesita un aporte de energía en forma de ATP y de
proteínas transportadoras que actúen como “bombas” para vencer ese gradiente.
La bomba de sodio y potasio cumple un rol muy importante en la producción y
transmisión de los impulsos nerviosos y en la contracción de las células musculares.
El sodiotiene mayor concentración fuera de la célula y el potasio dentro de la misma.
La proteína transmembrana “bombea” sodio expulsándolo fuera de la célula y lo
propio hace con el potasio al interior de ella. Este mecanismo se produce en contra
del gradiente de concentración gracias a la enzima ATPasa, que actúa sobre el ATP
con el fin de obtener la energía necesaria para que las sustancias puedan atravesar
la membrana celular.
-Metabolismo: Permite a la célula obtener, trasformar y aprovechar los alimentos
suministrados por el medio, y posteriormente obtener la energía necesaria para
poder realizar las demás funciones. No todos los seres vivos obtienen los nutrientes
de la misma forma. Hay dos tipos de nutrición: la autótrofa y la heterótrófa. La
nutrición autótrofa es propia de las plantas verdes, el fitoplancton, las algas verde
azuladas y algunas bacterias, que son capaces de producir sus propios nutrientes
a través de la fotosíntesis. La nutrición heterótrofa es utilizada por organismos
consumidores como son los animales, los hongos y protozoarios, que al no poder
producir sus alimentos necesitan tomarlos de otros organismos. A todos estos
procesos que transforman la energía de los alimentos en el “combustible” necesario
para la vida se los conoce con el nombre de metabolismo. El metabolismo es la
suma de todos los procesos químicos que suceden en los organismos vivos. Se
divide en:
anabolismo, cuando las células convierten las sustancias simples en sustancias
más complejas.
catabolismo, cuando las sustancias complejas son convertidas en compuestos más
simples mediante la degradación para producir energía.
Los procesos anabólicos necesitan el aporte de energía, mientras que los
catabólicos liberan la energía. Durante el crecimiento de animales y vegetales hay
anabolismo positivo. En el envejecimiento existe catabolismo positivo. Las
reacciones anabólicas y catabólicas están muy relacionadas y dependen unas de
otras. La nutrición celular incluye los procesos de respiración, absorción, secreción
y excreción.
-Secreción: Proceso que realiza la célula para verter (segregar), a través de la
membrana plasmática, sustancias útiles para el organismo como leche, hormonas
o enzimas para la digestión. Existen dos tipos de secreción. Una de ellas es la
secreción constitutiva, utilizada por todas las células y realizada en forma continua
por las vesículas que proceden del complejo de Golgi. Dichas vesículas se forman
cuando las sustancias transportadas atraviesan los dictiosomas y llegan a la cara
trans. Luego se dirigen hacia la membrana plasmática donde se fusionan para
descargar su contenido (lípidos, proteínas) sin señal previa. Este proceso se
denomina exocitosis, y es inverso al de endocitosis El otro tipo de secreción es la
regulada, propia de las células secretoras de las glándulas, que necesitan una señal
de algún mensajero químico para verter su contenido (una hormona o enzima).

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  • 1. TEMA I: MICROSCOPIA El estudio detallado de los componentes de células y tejidos animales o vegetales, por el tamaño que poseen, requiere el uso de instrumentos que permitan ampliar muchas veces más la imagen de las estructuras que los constituyen. El instrumento que fue empleado por los primeros biólogos para estudiar la célula y los tejidos, es el microscopio. El nombre deriva etimológicamente de dos raíces griegas: mikrós, que significa pequeño y skopéoo, que significa observar. Es decir el microscopio es un instrumento que sirve para observar objetos o estructuras pequeñas. CONCEPTOS BASICOS MICROSCOPIO: Es una herramienta que permite observar objetos, que son demasiado pequeños para ser observados a simple vista. El tipo más común y el primero que fue inventado es el microscopio óptico. Se trata de un instrumento que contiene dos lentes que permiten obtener una imagen aumentada del objeto y que funciona por refracción. La ciencia que investiga los objetos pequeños utilizando este instrumento se llama microscopía. UNIDADES DE MEDIDA DE LONGITUD EMPLEADAS EN MICROSCOPÍA: Una unidad de medida es una cantidad estandarizada de una magnitud física. Para determinarla se emplea el sistema internacional de medidas, también conocido como sistema métrico. Las estructuras microscópicas pueden medirse mediante el empleo de las siguientes unidades de medida de longitud: Milímetro: (símbolo: mm)es una medida de longitud que es igual a la milésima parte de un metro. Micrómetro: (símbolo: μ) es una medida de longitud que es igual a la millonésima parte de un metro. Equivalente a una milésima parte de un milímetro.
  • 2. Nanómetro: (símbolo: nm) es una medida de longitud que equivale a la milmillonésima parte del metro. Equivale a la millonésima parte de un milímetro. Picómetro: (símbolo: pm) es una medida de longitud del que equivale a una billonésima parte de un metro. 1000 picómetros equivalen a 1 nanómetro. Angstrom: (símbolo: Å) es una unidad de longitud que equivale a la diezmilmillonésima parte de un metro. Y diezmillonésima parte de un milímetro. para Se utiliza para expresar longitudes de onda, distancias moleculares y atómicas. ÍNDICE DE REFRACCIÓN: Se denomina así a la relación existente entre la velocidad de la luz en el aire y su velocidad en el medio transparente utilizado. De la misma manera, se pueden obtener los índices de refracción de una serie de sustancias que se utilizan en la construcción y tallado de las lentes de los objetivos. La velocidad de la luz es de 300,000 Km/sg en el aire. Al atravesar un medio transparente como el vidrio del cual están fabricados las lentes de los microscopios, su velocidad se reduce a 200, 000 km./sg. Por lo tanto el vidrio tendrá un índice de refracción de 1.5; pues el índice de refracción de un objeto o una sustancia transparente se expresa mediante la fórmula: PODER DE RESOLUCIÓN: Se define así la capacidad de un objetivo de poder distinguir la distancia mínima que debe existir entre dos puntos del objeto para que se puedan visualizar como dos puntos separados. La calidad de una imagen, en la que se observe la claridad, nitidez y la riqueza de detalles, depende del poder de resolución del objetivo. El poder de resolución (PR) de un objetivo depende de la longitud de onda del rayo luminoso utilizado y la apertura numérica del sistema óptico del objetivo.
  • 3. MICROSCOPIO DE LUZ Es un aparato óptico usado para amplificar y resolver detalles finos de un objeto microscópico. Los microscopios de luz, compuestos u ópticos, usan lentes, para enfocar y amplificar los rayos de luz que pasan a través de un espécimen o rebotan en él. La capacidad de definición de estos microscopios es de aproximadamente de 1 micra (una millonésima parte de metro). COMPONENTES ÓPTICOS: Son los objetivos, los oculares, el condensador y los prismas. Los tres primeros están constituidos por sistemas de lentes positivos y negativos. concentrar y regular los rayos luminosos que provienen de la fuente luminosa. Está formado por una o dos lentes convergentes que reúnen los rayos luminosos y los orientan hacia la abertura central de la platina. Mediante un mecanismo de cremallera se acerca o aleja de la platina. También tiene incorporado un diafragma iris que regula la entrada de luz Todo ello con la finalidad de concentrar la mayor cantidad de rayos luminosos en el plano donde está situado el objeto a observar. La mayoría de los condensadores de los microscopios actuales también poseen una apertura numérica que indica la cantidad de luz que puede captar y luego enviar hacia la preparación. Lentes oculares y objetivos: Los lentes oculares van montados en la parte superior del tubo del microscopio. Su nombre se debe a la cercanía de la pieza con el ojo del observador y sus poderes de aumento van desde 4x hasta 20x. Los lentes objetivos se encuentran en el revólver y quedan cerca del objeto a observar. Hay 2 tipos de objetivos: Objetivos secos y de Inmersión Los objetivos secos se utilizan sin colocar alguna sustancia entre ellos y la preparación, únicamente el aire. Proporcionan poco aumento que va desde 10x , 20x,40x hasta incluso 60x; dicho aumento se encuentra grabado en el exterior de cada objetivo, en este caso encontramos 10x o también llamado seco débil y 40x o seco fuerte.
  • 4. Los objetivos de inmersión se utilizan colocando una sustancia entre ellos y la preparación, por lo general, se emplea el aceite de cedro. Proporcionan un mayor aumento y definición, de 100x; los podemos identificar ya que son los más largos y traen grabada en el exterior la palabra oil (aceite). El espejo es necesario si la fuente de iluminación no está dentro del microscopio tiene una cara plana y una es cóncava. El Diafragma es una abertura que controla la cantidad de luz que debe pasar por el condensador, que se regula por una palanca lateral. COMPONENTES MECÁNICOS: Son aquellos que sirven de sostén, movimiento y sujeción de los sistemas ópticos y de iluminación, así como de los objetos que se van a observar. Es un soporte metálico, amplio y sólido en donde se apoyan y sostienen los otros componentes del microscopio. Permite la sujeción y traslado del microscopio. Soporta al tubo óptico, a la platina y el revolver. Superficie plana de posición horizontal que posee una perforación circular central. En ella se apoya la preparación (lámina portaobjetos que contiene a la muestra que se va a examinar) que se sujeta a la platina mediante pinzas o con un carrito o charriot que, mediante mandos especiales facilitan el movimiento de la preparación de derecha a izquierda y de adelante hacia atrás. Consiste en un cilindro metálico que suele medir 160mm o 170 mm de longitud (dependiendo del fabricante del microscopio) el cual en un extremo, está conectado al revolver o portaobjetivos y en el otro se relaciona con el (los) ocular(es). Es un componente que gira alrededor de un eje con la finalidad que los objetivos que sostiene coincidan de manera perpendicular con la perforación central de la platina. En su superficie inferior posee varios agujeros donde se atornillan los objetivos.
  • 5. . Generalmente están situados en la parte inferior del brazo o columna. Pueden estar separados (en los microscopios antiguos) o el tornillo micrométrico está incorporado en la circunferencia del tornillo macrométrico (microscopios actuales). Ambos tornillos permiten el desplazamiento de la platina hacia arriba y hacia abajo con la finalidad de acercar o alejar la preparación hacia los objetivos. El macrométrico produce desplazamientos evidentes y rápidos de la platina, en cambio el tornillo micrométrico produce movimientos imperceptibles de la platina y sirve para efectuar el enfoque fino y definitivo de la imagen. En la actualidad los microscopios tienen incorporados a los mecanismos de desplazamiento de los tornillos macro y micrométricos, topes de seguridad que impiden que éstos continúen descendiendo indefinidamente y así se evita roturas y daños a la laminilla y a las lentes de los objetivos. Constituyen mecanismos de desplazamientos de las diferentes partes del microscopio. Es un componente situado en relación con el tubo del microscopio que alberga principalmente prismas o espejos que sirven para acondicionar en él dos o más oculares, o sistemas mecánicos que soportan cámaras fotográficas, de vídeo o sistemas de proyección de la imagen. MICROSCOPIO ELECTRONICO: Son aquellos que usan electrones en lugar de fotones o luz visible para formar imágenes de objetos diminutos. Los microscopios electrónicos permiten alcanzar amplificaciones mayores antes que los mejores microscopios ópticos, debido a que la longitud de onda de los electrones es bastante menor que la de los fotones. El primer microscopio electrónico fue diseñado por Ernst Ruska y Max Knoll entre 1925 y 1932, quienes se basaron en los estudios de Louis-Victor de Broglie acerca de las propiedades ondulatorias de los electrones. Fundamento: El principio de funcionamiento de un microscopio electrónico se basa en utilizar electrones en lugar de luz visible. La longitud de onda con la que se mueve
  • 6. un electrón es inversamente proporcional a su velocidad. Esto significa que si los electrones son acelerados a altas velocidades pueden obtenerse longitudes de onda muy cortas. Un microscopio electrónico utiliza esta idea para observar las muestras. A un nivel muy básico consiste en una fuente de electrones que son acelerados a gran velocidad. Estos electrones impactan con la muestra de modo equivalente a como la luz podría iluminarla. Algunos de estos electrones son reflejados por la muestra y otros la atraviesan. Mediante la detección estos electrones es posible reconstruir una imagen de la muestra. Partes del microscopio electrónico: Las partes principales de un microscopio electrónico incluyen aquellos elementos utilizados para generar electrones y dirigirlos hacia la muestra. Esto incluye: Fuente de electrones: Es equivalente a la fuente de luz en un microscopio óptico. En este caso es necesario disponer de un emisor de electrones. En general se utiliza un filamento de tungsteno. Este filamento es calentado de modo que la energía de sus átomos y electrones aumenta. A partir de un cierto nivel energético los electrones poseen suficiente energía para escapar de sus átomos. Estos electrones libres son a continuación dirigidos hacia la muestra. Lentes electromagnéticas: Utilizan lentes electromagnéticas. Estas lentes generan campos eléctricos y magnéticos de modo que su interacción con los electrones hace que sus trayectorias diverjan o converjan en un punto. Cámara de vacío: El procedimiento expuesto anteriormente debe llevarse a cabo dentro de una cámara de vacío. De lo contrario, los electrones interactuarían con las moléculas del aire y no sería posible determinar sus trayectorias adecuadamente. La muestra que se observa debe colocarse también dentro de la cámara de vacío. Este es uno de los motivos por el cual no es posible observar muestras vivas con un microscopio electrónico.
  • 7. Detector (Pantalla fluorescente): Una vez los electrones han impactado contra la muestra es necesario medir algún tipo de información para poder reconstruir la imagen de la muestra. Una opción consiste en utilizar una pantalla fluorescente. Esta pantalla reacciona de modo distinto según cual sea el número de electrones que impactan en ella. De este modo es posible detectar las zonas donde impactan más o menos electrones y deducir así la imagen de la muestra. Existen alternativas a las pantallas fluorescentes, por ejemplo, sensores CCD. A continuación, la información capturada por la pantalla fluorescente es transmitida a un ordenador que puede asignar colores artificiales a la imagen obtenida. En los microscopios ópticos estos componentes no son necesarios porque la luz proveniente de la muestra es directamente observada con el ojo humano. Dado que nuestros ojos no están preparados para detectar electrones debemos incorporar este elemento detector en un microscopio electrónico. Microscopio electrónico de transmisión. Fue diseñado y construido basándose en los mismos principios de un microscopio fotónico; con la diferencia que en vez de usar energía luminosa emplea haces de electrones y reemplaza las lentes ópticas (de vidrio) por “lentes” construidas mediante campos electromagnéticos.
  • 8. Partes del microscopio electrónico de transmisión: constituido por un filamento de alambre de tungsteno que se calienta e irradia un chorro de electrones cuya velocidad y longitud de onda están relacionadas con el voltaje de la energía eléctrica que se le aplica. encargado de orientar los haces de electrones, reagruparlos y acelerar su recorrido. condensadora (primer campo electromagnético). Los haces de electrones provenientes del ánodo son concentrados por este primer campo electromagnético y dirigidos hacia el. en este lugar, dependiendo de la densidad que posean los componentes del espécimen los haces de electrones los atraviesan, son absorbidos, reflejados o son desviados en su recorrido. Las muestras deben ser secciones sumamente delgadas para permitir el paso de los electrones. Generalmente se utilizan secciones de tejidos del orden de 20 a 100 nanómetros. El escaso grosor del espécimen dificulta la formación de la imagen por lo que es necesario “teñir” o contrastar las secciones con soluciones de sales de metales pesados (plomo, uranio, plata o vanadio), los cuales tienen cierta afinidad por determinados componentes celulares. ente” objetivo (segundo campo electromagnético). Los electrones que atraviesan la muestra o los desviados por los componentes de la misma, llegan a esta zona donde son enfocados para formar una imagen ampliada. Esta imagen es recogida por la Pantalla fluorescente o placa fotográfica o de proyección (tercer campo electromagnético) que vuelve a enfocar la imagen y la proyecta, ampliada también numerosas veces, hacia la pantalla fluorescente. Ésta es una superficie plana constituida por un soporte de colodión donde se distribuyen partículas muy finas de sales de zinc o de fósforo verde, las cuales emiten energía luminosa (ondas de mayor longitud, visibles al ojo humano) cuando son estimuladas por el choque de los electrones. Para obtener un registro permanente de la imagen observada se reemplaza la pantalla fluorescente
  • 9. con una placa fotográfica, cuyos componentes son estimulados por los electrones de la misma manera que actúan los fotones. Diferencias Entre Microscopio Óptico Y Electrónico:  La principal diferencia radica en que el microscopio óptico utiliza luz visible, mientras que el electrónico emplea electrones.  Por otro lado, la lente del microscopio óptico es de vidrio. En cambio del microscopio electrónico es electromagnética.  El tamaño de los microscopios electrónicos es mucho más grandes que los ópticos.  Las imágenes del microscopio electrónico no tienen color, mientras que las del óptico si son a color. Aplicaciones del MET: o Estudio de la morfología, estructura y composición de partículas finas o Determinación de la microestructura de materiales o Difracción de electrones o Estudio y diagnóstico anatomo-patológico de células y tejidos humanos o Estudio de cultivos celulares o Caracteritzación y estudio taxonómico de células y tejidos deorigen vegetal o Caracteritzación y diagnóstico de bacterias, virus etc. Microscopio electrónico de barrido (scanning). Este tipo de microscopio electrónico funciona con los mismos principios electrónicos del M.E de transmisión: una fuente generadora de electrones, campos electromagnéticos que actúan como “lentes” concentradoras (3) de los haces de electrones o como ampliadoras de imágenes. La diferencia estriba en que los electrones no atraviesan el espécimen para formar las imágenes. Los electrones se aceleran y concentran hasta formar un haz sumamente delgado de más o menos 5 nm de diámetro que rastrea o “barre” la superficie de la muestra. Los electrones son reflejados por los componentes de la misma o al chocar con ellos generan electrones secundarios. En ambos casos los electrones se envían e inciden
  • 10. en la superficie de un detector localizado en las cercanías de la muestra. Este aditamento está conectado a un amplificador que envía señales en forma de rayos catódicos a la pantalla de un monitor de televisión. Para registrar la imagen formada se utiliza una cámara fotográfica. El M.E de barrido, ofrece imágenes con una resolución que alcanzan de 10 a 20 nm. El aumento efectivo es de 15,000 a 50,000 diámetros. Otra ventaja de este microscopio es que forma imágenes con una gran profundidad de foco; de aproximadamente 500 veces que la del microscopio fotónico. esta propiedad le confiere a la imagen su aspecto tridimensional. TIPOS ESPECIALES DE MICROSCOPIO Microscopio de luz ultravioleta Los microscopios de luz ultravioleta iluminan la muestra, como el nombre indica, con luz ultravioleta. Este tipo de luz tiene una longitud de onda más corta que la luz visible utilizada en los microscopios ópticos. La ventaja principal de utilizar esta técnica es que puede alcanzarse una resolución mejor que con luz visible. Además, el contraste obtenido en la muestra es distinto que en los microscopios ópticos. De este modo, con el microscopio de luz ultravioleta pueden observar muestras que aparecen transparentes si son observadas con luz visible. Microscopio de luz polarizada También conocido como microscopio petrográfico. Este microscopio es en realidad un tipo de microscopio óptico al que se la han añadido dos polarizadores. Esto significa que la onda de luz utilizada para observar la muestra tiene una dirección de oscilación concreta. Este tipo de microscopio es muy útil para observar estructuras cristalinas de rocas y minerales. Microscopio de fluorescencia Los microscopios de fluorescencia son aquellos que utilizan las propiedades de fluorescencia para generar una imagen de la muestra. Este microscopio permite observar sustancias que emiten luz propia cuando son iluminadas con una longitud
  • 11. de onda determinada. Para ello la muestra es habitualmente iluminada con una lámpara xenón o con una lámpara de vapor de mercurio. Estos microscopios incorporan además filtros de luz para aislar la luz correspondiente a la muestra. Microscopio confocal Este es un tipo de microscopio de fluorescencia. En lugar de iluminar la muestra de forma global se ilumina punto a punto de forma sucesiva y se reconstruye la imagen al final del proceso. Este proceso de escaneado de la muestra es similar al que se produce en los microscopios electrónicos de barrido. Este tipo de microscopio fue inventado por Marvin Minsky en 1957. Microscopio de campo oscuro Esta técnica de microscopía consiste en iluminar la muestra oblicuamente. De este modo los rayos de luz que llegan al objetivo no provienen directamente del foco de luz sino que han sido dispersados primero por la muestra. Esta técnica permite ver muestras que de otro modo no serían visibles debido a su transparencia. También tiene la ventaja que no requiere teñir la muestra para aumentar su contraste y poder observarla. Microscopio de contraste de fases La luz viaja a distintas velocidades dependiendo del medio de propagación. Esta propiedad es utilizada en el microscopio de contraste de fases ya que la luz atraviesa la muestra con distintas velocidades en distintas secciones. Este efecto es amplificado para generar la imagen de la muestra. Mediante esta técnica no hace falta utilizar tintes y, por lo tanto, pueden observarse células vivas. El microscopio de contraste de fases fue inventado por Frits Zernike en 1932 y recibió por ello el premio Nobel de física en 1953.
  • 12. TEMA II: TÉCNICAS HISTOLÓGICAS PARA EL ESTUDIO DE CÉLULAS Y TEJIDOS Definición: Se denomina Técnica Histológica al conjunto de operaciones a que se somete una materia organizada, a fin de que sea posible su estudio por medio del microscopio, posibilitando la observación de estructuras no visibles al ojo humano. Tinción o coloración Es una técnica auxiliar utilizada en microscopía para mejorar el contraste en la imagen vista al microscopio. Los colorantes y tinturas son sustancias que usualmente se utilizan en biología y medicina para resaltar estructuras en tejidos biológicos que van a ser observados con la ayuda de diferentes tipos de microscopios. Los diferentes colorantes pueden ser utilizados para aumentar la definición y examinar grandes cortes de tejido (resaltando por ejemplo fibras musculares o tejido conectivo), poblaciones celulares (por ejemplo clasificando diferentes células sanguíneas) o incluso para resaltar orgánulos dentro de células individuales. Tinción in vivo e in vitro Una tinción in vivo (tinción vital) es el proceso de teñir tejidos vivos. Al provocar que determinadas células o estructuras adquieran los colores de contraste, se puede estudiar su ubicación y morfología mientras están desempeñando su función. El propósito más común es revelar detalles de la citoestructura que de otra manera no resultarían evidentes, sin embargo, la tinción vital puede revelar además donde aparece un determinado producto químico o donde se lleva a cabo una determinada reacción química dentro de las células o tejidos. A menudo estas tinciones son llamadas tinciones vitales. Se introducen en el organismo mientras las células aún se encuentran vivas. Para conseguir el efecto deseado, el colorante usualmente se utiliza en soluciones muy diluidas que van entre 1:5.000 a 1:50.000. A pesar de esto las tinciones son eventualmente tóxicas para los organismos, algunas más que otras.
  • 13. Una tinción in vitro o "supravital" involucra el coloreo de células o estructuras que han sido removidas de su contexto biológico. Se utiliza a menudo una combinación de varios colorantes para revelar más detalles y características de las que se obtendrían con la utilización de uno solo. Combinados con protocolos específicos de fijación y de preparación de muestras, los científicos y profesionales de la salud pueden utilizar estas técnicas estandarizadas como una herramienta diagnóstica repetible y consistente. Una contratinción es una tinción que consigue que las células o estructuras sean más visibles, cuando no se consigue que sean totalmente visibles con la tinción principal. Por ejemplo, el cristal violeta tiñe únicamente a las bacterias Gram positivas en la tinción de Gram. Se utiliza una contratinción de safranina (que colorea todas las células), para permitir también la identificación de bacterias Gram negativas. Es de notar que muchas tinciones pueden ser utilizadas tanto en células vivas como en células fijadas. Tinción hematoxilina-eosina Es uno de los métodos más populares de tinción utilizado en histología y medicina diagnóstica. El método supone la aplicación de la tinción de hematoxilina, que por ser catiónica o básica, tiñe estructuras ácidas (basófilas) en tonos azul y púrpura,como por ejemplo los núcleos celulares; y el uso de eosina que tiñe componentes básicos (acidófilos),como por ejemplo estructuras citoplasmáticas y sustancias intercelulares; en tonos de color rosa. Técnica o Sumergir los preparados histológicos en xileno para eliminar los excesos de parafina. El xilenol es tóxico pero existen reactivos (como el Hemo-D) que ejercen la misma función aclarante de parafina sin la toxicidad del xileno. o Pasar por una serie de alcoholes en concentración decreciente para rehidratar la muestra (100°, 96° y 70°). o Lavar en agua para eliminar exceso de alcohol
  • 14. o Sumergir en hematoxilina por 10 minutos, luego lavar en agua para eliminar excesos y pasar rápidamente por alcohol ácido. o Lavar nuevamente o Sumergir 30 segundos en eosina. o Pasar por otra serie de alcoholes, esta vez en orden creciente (70°, 95° y 100°) para deshidratar la muestra y que se pueda realizar el montaje con un pegamento no soluble en agua. o Finalmente remojar 10 minutos en xileno, antes de realizar el montaje final. Hay que tomar en cuenta que los tiempos varían dependiendo el tipo de tejido y grosor de estos. Resultados o Núcleo celular: Violetas. o Citoplasma: Rosa o Musculatura: Rojo , rosa o fucsia o Glóbulos rojos: Rojo, anaranjado o Fibrina: Rosa Hematoxilina: La hematoxilina es un colorante natural y se obtiene del duramen del árbol Haematoxylum campechianum. El nombre de la hematoxilina se deriva etimológicamente de dos palabras griegos, hematos que significa sangre y xylos que significa árbol. Eosina La eosina es un colorante citoplasmático frecuentemente utilizado como contracolor. La eosina cambia los núcleos teñidos por el hemalumbre de un color azul a púrpura. Este cambio de color puede ser debido a la atracción de aniones de eosina a las cadenas laterales de los aminoácidos cargados positivamente del ADN. La eosina también se usa como identificador de diferentes tipos de células entre los distintos tipos de fibra del tejido conectivo y de las matrices.
  • 15. Colorantes La molécula de un colorante tiene normalmente dos componentes importantes: uno que aporta el color, denominado cromógeno, y otro que posibilita la unión a elementos del tejido denominado auxocromo. El cromóforo es la organización molecular dentro del cromógeno responsable de la absorción de un espectro determinado de longitudes de onda. El auxocromo que se une al cromógeno puede influir en su coloración y muchos colorantes tienen más de un grupo auxocrómico. El auxocromo puede ser un grupo ionizable, un grupo que reacciona covalentemente con iones metálicos (mordientes) o puede reaccionar covalentemente con el sustrato, en este caso el tejido. Los colorantes son normalmente hidrosolubles, aunque hay colorantes que carecen de grupos ionizables y sirven para teñir sustancias grasas, como gotas de lípidos. Tipos: Según la naturaleza química del radical auxocromo los colorantes se clasifican en: Básicos: son sales en las que la base, normalmente una amina, aporta el color, mientras que la parte ácida es incolora. Es decir, son colorantes catiónicos. Tienen apetencia por sustancias ácidas del tejido como el ADN o ciertos componentes de la matriz extracelular como los glicosaminoglicanos. La unión es por atracción eléctrica. Así, ponen de manifiesto el núcleo y el ARN, sobre todo el ARNr presente en los ribosomas por ser muy abundante, así como ciertas matrices extracelulares ricas en componentes ácidos. Ejemplos de colorantes básicos son la tionina, safranina, azul de toluidina, el azul de metileno o la hematoxilina. Ácidos: son sales con el anión coloreado y la base incolora. Son derivados de grupos sulfónicos, carboxilos o hidroxilos fenólicos. Tienen apetencia por sustancias básicas, sobre todo estructuras proteicas localizadas en el citoplasma celular y también por el colágeno de la matriz extracelular. La unión es por atracción eléctrica. Ejemplos de colorantes ácidos son la fucsina ácida, verde rápido, naranja G o la eosina.
  • 16. Colorantes naturales y artificiales: Fijación Todos los tejidos, bien cuando se extraen de un organismo, o bien cuando muere el organismo en el que están, sufren dos tipos de procesos degradativos: autolisis por acción de enzimas intracelulares, es decir, autodigestión, y putrefacción por acción bacteriana. Además, el procesamiento histológico posterior del tejido para poner de manifiesto y observar determinadas estructuras supone una metodología que puede degradar o alterar las estructuras tisulares. Fijar un tejido es preservar sus características morfológicas y moleculares lo más parecidas posibles a las que poseía en su estado vivo. O dicho de otra manera, la fijación disminuyen los cambios en los tejidos desde que se obtienen hasta que se observan, tanto en organización estructural como en composición química. Es como hacer una fotografía del tejido vivo para poder observarla, tras algún tratamiento, con el microscopio. Una buena
  • 17. fijación es importante porque de ello depende una interpretación correcta la observación tisular. Puede ser la diferencia entre un buen y un mal diagnóstico de una patología, basado en diferencias en la organización del tejido o en las características de los núcleos de las células. Fijadores simples Etanol, metanol, acetona: (Etanol: CH3-CH2-OH). Fijan por deshidratación y coagulación de las proteínas, sobre todo las citosólicas. Extraen los lípidos de los tejidos, pero no afectan a los carbohidratos. El metanol es mejor fijador que el etanol puesto que no causa tanto endurecimiento del tejido y aporta una mejor preservación. En general, son buenos fijadores de muestras de pequeño tamaño, y para preservar proteínas, como enzimas, glucógeno, y pigmentos. Se usan frecuentemente para para fijar las extensiones citológicas o secciones de criostato obtenidas de tejido no fijado. Debido a que deshidratan, a la vez que fijan, se pueden usar también como un conservante de las muestras. Tienen algunos inconvenientes como producir endurecimiento y la retracción de los tejidos, muy evidentes en bloques de tejido muy grandes. Carecen de efecto mordiente. Ácidoacético (CH3COOH): No fija directamente a las proteínas sino que su proceso de fijación consiste en cambiar el estado coloidal de las proteínas. Se utiliza a una concentración que varía entre el 1 y el 5 %. Es el fijador ideal para ácidos nucleicos y nucleoproteínas. Como inconvenientes cabe destacar la destrucción de las mitocondrias y mala fijación de membranas y citoplasma. Se suele usar en combinación con otros fijadores. Ejemplos: Bouin, FAA. En las mezclas de fijadores también es capaz de contrarrestar los artefactos que pueden introducir el etanol o el ácido pícrico. Cloruro o sulfato de zinc: El cloruro de zinc se utilizó inicialmente como fijador pero más tarde pasó a ser un componente de mezclas fijadoras. Se emplea normalmente en combinación con el paraformaldehído. El cloruro de zinc ayuda a la fijación y preserva la antigenicidad si se necesita el tejido para pruebas inmunocitoquímicas, ya que contrarresta el enmascaramiento de antígenos que se atribuye al paraformaldehído. Las sales de zinc han sustituido progresivamente a las sales de
  • 18. mercurio usadas tradicionalmente en las mezclas fijadoras. Es importante señalar que el fijador no se prepara en sales de fostato, como es habitual, y tras la fijación ha de eliminarse el zinc mediante lavados en agua destilada. Ácido pícrico (C6H2OH(NO2)3): La fijación la produce gracias a que las sales del tipo picrato coagulan las proteínas de los tejidos. Se suele usar del 2 al 15 % de una solución saturada de ácido pícrico. Preserva bien la estructura celular, no produce retracciones cuando el tiempo de fijación es óptimo, preserva bien glucógeno y lípidos. Es un buen fijador para tinciones generales puesto que tiene efecto mordiente y favorece la unión de los colorantes. Hay que eliminarlo completamente antes de proceder a la inclusión en ceras como la parafina puesto que dificulta la penetración de la parafina. Se suele usar combinado con otros fijadores. Ejemplos: Bouin. Formaldehído: Es un fijador ampliamente usado por la buena preservación del tejido, actúa como conservante, produce poca retracción tisular, es compatible con la mayoría de las técnicas y tinciones histológicas, incluidas las de inmunocitoquímica e hibridación de ácidos ribonucleicos. El formaldehído se une a grupos funcionales de las proteínas formando grupos hemiacetales. Esta unión hace que muchos enzimas queden inactivas, lo que ayuda a evitar la degradación del tejido por las enzimas hidrolíticas. Los grupos a los que se une son amino, sulfidrilos, guanidilos, grupos hidroxilos alifáticos, etcétera. La unión a uno de estos grupos produce un grupo hidroximetileno. Es el hidroximetileno el que reacciona con grupos de otra, o de la misma, proteína para la formación de puentes. El formaldehído preserva bien los lípidos, sobre todo si se añade a la solución fijadora iones de calcio (reducen la solubilidad de los fosfolípidos), y no reacciona con los carbohidratos. Glutaraldehído: Es uno de los fijadores más usados. En solución polimeriza formando dímeros y trímeros. Los grupos aldehídos que quedan dentro en la molécula polimerizada reaccionan con los grupos aminos de los aminoácidos de las proteínas, formando puentes entre las moléculas de los tejidos. Los grupos aldehídos de los extremos, sin embargo, quedan libres, y es importante anularlos
  • 19. para evitar falsos positivos (por ejemplo, evitando que se unan los anticuerpos durante la inmunocitoquímica o que se unan los aldheídos del reactivo de Schiff). Por tanto, es una buena práctica eliminarlos, lo que se puede hacer mediante la incubación en borohidruro de sodio al 1 %. El glutaraldehído tiene poca velocidad de penetración, por lo que la fijación por perfusión vascular es recomendada. Se usa a una proporción de entre el 0,5 y el 3 %. Tiene una alta capacidad para preservar la estructura celular puesto que es capaz de entrelazar el tejido más fuertemente que otros aldehídos, por lo que es el fijador de referencia para observación de ultraestructuras celulares con el microscopio electrónico. Sin embargo, no se recomienda para inclusiones en parafina puesto que dificulta la obtención de secciones. Hay que tener cuidado con su baja penetración tisular y puede producir retracciones. Se usa en soluciones tamponadas isotónicas y normalmente en combinación con el formaldehído. Tetróxido de osmio (OsO4): Es uno de los fijadores más antiguos, se usa desde al menos 1865. En solución penetra poco en los bloques de tejido, y se recomiendan tamaños no mayores de 0.5 o 1 mm. Se puede usar tanto en solución como en vapor. No produce artefactos pero hace a las muestras de tejido frágiles. Forma puentes entre los enlaces insaturados de las cadenas de ácidos grasos de los lípidos de las membranas celulares. Las hace insolubles, oscuras y opaca a los electrones. Por eso se emplea habitualmente para las observaciones con el microscopio electrónico, ya que preserva y oscurece las membranas celulares. Pero también en microscopía óptico se usa para estudiar las grasas insaturadas, para observar los tractos de mielina, y es necesario para las impregnaciones argénticas como el método de Golgi. Por su fuerte carácter oxidante no se usa para tinciones convencionales puesto que impide la unión al tejido de los colorantes aniónicos. Actualmente se usa mucho tras la fijación de las muestras con formaldehído o glutaraldehído, y antes de deshidratar dichas muestras para su observación al microscopio electrónico.
  • 20. Fijadores compuestos: La mayor parte de los procesos de fijación usan varias sustancias fijadoras, bien mezcladas en la solución acuosa inicial o utilizadas sucesivamente en el tiempo. Con ello se aprovechan las ventajas de cada una de ellas y se pueden contrarrestar sus desventajas. Hay multitud de formas de usar los diferentes fijadores, tanto en sus componentes como en las proporciones de éstos, dependiendo de las necesidades posteriores, es decir, qué tipo de tejido queremos fijar y qué queremos ver de dicho tejido. Junto con las sustancias fijadoras también se añaden a las mezclas otros componentes que afectan a otros parámetros como la osmolaridad o el pH de la solución. Por ejemplo, en la mayoría de los casos las sustancias fijadoras se disuelven en soluciones tamponadas para controlar osmolaridad y pH, de manera que no se afecte a la estructura del tejido. Pero también con otros propósitos, como por ejemplo el etilén glicol que se añade a los fijadores para obtener secciones por congelación y además evita la difusión de las enzimas. A continuación vamos a mencionar algunas combinaciones usadas frecuentemente porque tienen unas propiedades de fijación que las hace apropiadas para las observación de una gran variedad de tejidos y para el uso diversas de técnicas de tinción. Líquido de Bouin: Está formado por ácido pícrico, formaldehído y ácido acético glacial. Es una solución muy utilizada para el procesamiento de tejidos que se incluirán en parafina (ver capítulo de inclusión) y a cuyas secciones se le pueden aplicar un amplio espectro de tinciones. Es muy útil para tejidos blandos y embriones, y preserva bien el núcleo y el glucógeno. Hay que tener cuidado con el tiempo de fijación, que no debe exceder de 48 h en el caso de fijaciones por inmersión. Tras la fijación las muestras de tejido se pueden conservar en alcohol de 70°. No está recomendado para el riñ;ón ni para el estudio de mitocondrias. Antes de la inclusión en parafina es conveniente eliminar el ácido pícrico mediante lavados en alcohol de 70° porque impide una buena inclusión y que las tinciones no sean óptimas.
  • 21. Solución de Clarke: Está formada por etanol y ácido acético glacial (3:1). Es uno de los primeros fijadores usados, bueno para muestras que se incluirán en parafina. Carnoy: Es un buen fijador para el glucógeno, para los hidratos de carbono simples y para las proteínas fibrosas. Es bueno para visualizar los ácidos nucleicos, aunque no la morfología nuclear, y para los grumos de Nissl del sistema nervioso. Puede producir retracciones tisulares. Está formado por etanol absoluto, cloroformo y ácido acético glacial. Mezclas con formaldehído: El formaldehído es quizá el fijador más usado hoy en día, tanto para técnicas histológicas comunes como para otras como la inmunocitoquímica o la hibridación de ácidos nucleicos. Lo más frecuente es utilizarlo en solución al 4 % junto con otros fijadores. Se suele disolver en soluciones tamponadas que tienen una osmolaridad similar a la del tejido que se pretende fijar. Para fijaciones de tejidos destinados a microscopía electrónica se suelen utilizar soluciones fijadoras que contienen formaldehído y glutaraldehído. La función del formaldehído es iniciar una fijación rápida, por su mayor capacidad de penetración, mientras que el glutaraldehído realizará una fijación más poderosa, pero más lenta que no afectará a la estructura tisular puesto que el formaldehído ya ha realizado una fijación previa. Ejemplos: formaldehído tamponado, Bouin, FAA, PLP. Glutaraldehído-tetróxido de osmio: Los fijadores en combinación no tienen necesariamente que usarse al mismo tiempo. Es habitual que los tejidos destinados a microscopía electrónica sean inicialmente fijados en glutaraldehído (1 al 3 %) y paraformaldehído (2 al 4 %), para posteriormente ser postfijados en tetróxido de osmio al 1 % en solución tamponada. Este último es un buen preservador de la ultraestructura celular, sobre todo membranas, en cooperación con los aldheídos. Esto es importante porque el proceso para microscopía electrónica supone incubar el tejido en solventes orgánicos y polimerización de resinas a 60 °C, durante las cuales el tejido debe ser preservado.
  • 22. Técnica parafina Es el proceso que se utiliza habitualmente.Su objetivo es sustituir el agua de los tejidos por parafina liquida caliente (58º C) que al enfriarse adquirirá una consistencia adecuada para el corte. Como la parafina es insoluble en agua es preciso eliminar previamente esta última del tejido, sustituyéndola inicialmente por alcohol (deshidratación) y posteriormente por tolueno o xileno (aclaramiento) que al ser solubles en parafina pueden ser sustituidos finalmente por ella. Así se obtendrá un tejido embebido en parafina que será introducido en moldes con parafina liquida. Al enfriarse los moldes obtendremos un "bloque de parafina" a partir del cual pueden obtenerse las secciones.
  • 23. Pasos
  • 24.
  • 25. PREPARACIÓN DE TEJIDOS PARA MICROSCOPIA ELECTRÓNICA. Histoquímica: Incluiremos dentro de las técnicas histoquímicas a aquellas que supongan una reacción química en la que intervienen moléculas pertenecientes al propio tejido (trataremos la detección de glúcidos mediante lectinas y la inmunohistoquímica en apartados diferentes a éste, aunque algunos autores las incluyen como técnicas histoquímicas). El objetivo de la histoquímica es poner de manifiesto una molécula o familia de moléculas presentes en una sección histológica y estudiar su distribución tisular "in situ". Estas moléculas son difícilmente discernibles con técnicas generales y por tanto es necesario realizar pasos previos para poner de manifiesto dichas moléculas. Vamos a dividir las técnicas histoquímicas en dos grupos: reacciones químicas e histoquímica enzimática. Acidófilia: es la capacidad de la tinción de los colorantes ácidos. Basófilia: es la capacidad de tinción de los colorantes básicos. Metacromasia: Cambio que ocurre en el color que exhiben ciertos colorantes utilizados en tinciones histológicas cuando se unen a determinadas sustancias presentes en estos tejidos, llamadas cromotropos. Por ejemplo, el azul de toluidina que asume colores desde el azul rojizo oscuro hasta el púrpura cuando se une a glicosaminglicanos presentes en cartílago. Otros colorantes metacromáticos ampliamente utilizados son los que forman parte de las tinciones hematológicas de Giemsa y May-Grünwald, donde estas tinciones contienen colorantes tiazina. El núcleo celular se tiñe de púrpura, los gránulos basófilos de color intensamente magenta, mientras que el citoplasma de diferentes células varía entre el azul intenso y el rosado. La ausencia de cambio de color de una tinción se denomina ortocromasia. Técnica de Schiff (PAS): La técnica de Schiff, es una reacción que se usa comúnmente en Histoquímica. Utiliza PAS, ácido peryódico de Schiff, o leucofucsina, un colorante incoloro, pero que se torna rojo estable al contacto con los grupos aldehídos.
  • 26. La técnica de PAS se utiliza en el laboratorio dentro de los preparados para microscopía óptica, permitiendo la tinción de componentes celulares que contienen hidratos de carbono, por ejemplo algunas membranas celulares, células caliciformes en la mucosa del intestino, fibras reticulares que están rodeados por hidratos de carbono, etc. Entonces en esta técnica, el ácido peryódico oxida a los grupos oxhidrilo (–OH) de dos carbonos cercanos, formando de esta manera grupos aldehídos compuestos por carbono, oxígeno e hidrógeno. Así la leucofucsina puede reaccionar con estos y dejar una tinción rojiza. Tinción de Feulgen: La tinción de Feulgen es una técnica de tinción descubierta por Robert Feulgen y usada en histología para identificar material cromosómico o ADN en células. Depende de la hidrólisis ácida del ADN. El material es sometido a una hidrólisis con ácido clorhídrico 1N a 60 °C, o 5N a temperatura ambiente, y luego al reactivo de Schiff. La reacción Feulgen es una técnica semicuantitativa. Si el único aldehído que queda en la célula son los producidos de la hidrólisis del ADN, ahí la técnica es cuantitativa para el DNA. Es posible usar un instrumento, conocido como microdensitómetro o microespectrofotómetro para medir la intensidad de la reacción Feulgen para un orgánulo. Usando este proceso se determinó que, en interfase, las células estaban compuestas de dos grupos de cromosomas. Uno con un grupo diploide y otro con un grupo tetraploide (dos grupos genómicos completos). El núcleo se observaba idéntico, pero uno de ambos poseía el doble de ADN. Esto dio a la división del periodo que conocemos como interfase en el ciclo celular a G1, S y G2 basados en la síntesis de ADN. Inmunohistoquímica: Es un método basado en las reacciones inmunoenzimáticas usando anticuerpos mono o policlonales para detectar antígenos de células de tejidos. Hay muchos métodos de tinción inmunoenzimática que pueden ser usados para localizar antígenos relevantes para el diagnóstico. Por ejemplo, las interacciones inmunenzimáticas puede visualizarse usando diferentes enzimas como la peroxidasa o la fosfatasa.
  • 27. TEMA III: LA CELULA Definición: La célula (del latín cellula, diminutivo de cella, ‘celda’)1 es la unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. Es el componente básico de todos los seres vivos. El cuerpo humano está compuesto por billones de células. Le brindan estructura al cuerpo, absorben los nutrientes de los alimentos, convierten estos nutrientes en energía y realizan funciones especializadas. Las células también contienen el material hereditario del organismo y pueden hacer copias de sí mismas. Célula eucariota: Se llama célula eucariota (del vocablo griego eukaryota, unión de eu “verdadero” y karyon “nuez, núcleo”) a todas aquellas células en cuyos citoplasmas puede hallarse una membrana que delimita al núcleo celular, que contiene la mayor parte de su material genético (ADN). Tipos de célula eucariota: Existen diversos tipos de células eucariotas, pero fundamentalmente se reconocen cuatro, cada una con estructuras y procesos diferentes: Células vegetales. Cuentan con una pared celular (compuesta de celulosa y proteínas) que recubre su membrana plasmática y les otorga rigidez, protección y resistencia. Además, las células vegetales tienen cloroplastos, es decir, organelas que contienen la clorofila necesaria para llevar a cabo el proceso de fotosíntesis; y una vacuola central grande, que mantiene la forma celular y controla el movimiento de las moléculas en el citoplasma. Células animales. No tienen cloroplastos (ya que no realizan fotosíntesis) ni pared celular. Pero, a diferencia de las células vegetales, tienen centríolos (organelas que participan en la división celular) y presentan vacuolas de menor tamaño, aunque más abundantes, llamadas vesículas. Debido a la carencia de pared celular, las células animales pueden adoptar una gran cantidad de formas variables, e incluso fagocitar otras células.
  • 28. Células de los hongos. Se asemejan a las células de los animales, aunque difieren de ellas por la presencia de una pared celular compuesta de quitina (que las células animales no tienen). Otra característica que las distingue es que las células de los hongos tienen una menor especialización celular que las células animales. Aunque no es lo más frecuente, existen hongos unicelulares, como las levaduras. Células de protistas. Las células eucariotas suelen formar parte de organismos pluricelulares. Sin embargo, existen protistas que son organismos eucariotas unicelulares o pluricelulares simples que no forman tejidos. Si bien los eucariotas unicelulares son seres más sencillos que los animales y las plantas, el hecho de estar constituidos por una única célula que tiene que llevar a cabo todas las funciones del organismo hace que la célula tenga una organización compleja. Además, pueden alcanzar tamaños macroscópicos. Algunos ejemplos de este tipo de organismos son las euglenas y los paramecios. Funciones de la célula eucariota: Las células eucariotas, al igual que las procariotas, llevan a cabo funciones esenciales: Nutrición. Comprende la incorporación de los nutrientes al interior de la célula y su transformación en otras sustancias, que son utilizadas para formar y reponer las estructuras celulares y también para obtener la energía necesaria para llevar a cabo todas sus funciones. Según su nutrición, las células pueden ser autótrofas (fabrican su propio alimento a partir de materia inorgánica por procesos como la fotosíntesis) o heterótrofas (deben incorporar la materia orgánica porque no son capaces de fabricarla). Crecimiento. Implica un aumento en el tamaño de las células individuales de un organismo, en el número de células o en ambos. El crecimiento puede ser uniforme en las diversas partes de un organismo o puede ser mayor en algunas partes que en otras, lo que hace que las proporciones del cuerpo cambien a medida que se produce el crecimiento. Respuesta a estímulos. Las células se relacionan con el medio que las rodea, recibiendo distintos estímulos (como variaciones de temperatura, humedad o
  • 29. acidez) y elaborando las respuestas correspondientes a cada uno de ellos (como la contracción o la traslación). Esta capacidad de reaccionar a los estímulos del medio se conoce como irritabilidad. Reproducción. Es el proceso de formación de nuevas células (o células hijas) a partir de una célula inicial (o célula madre). Existen dos tipos de procesos de reproducción celular: mitosis y meiosis. Mediante la mitosis, una célula madre da lugar a dos células hijas idénticas, es decir, con la misma cantidad de material genético e idéntica información hereditaria. Por otra parte, mediante la meiosis, una célula madre da lugar a cuatro células hijas genéticamente distintas entre sí y que además tienen la mitad del material genético que la célula inicial. La mitosis interviene en los procesos de crecimiento y reparación de tejido, y en la reproducción de los seres vivos que se reproducen asexualmente. La meiosis tiene otro objetivo: únicamente ocurre para dar lugar a los gametos. Adaptación. La capacidad de las células para evolucionar durante muchas generaciones y adaptarse a su entorno les permite sobrevivir en un mundo cambiante. Las adaptaciones son características que se heredan y que aumentan la capacidad de un organismo para sobrevivir en un entorno particular. Las adaptaciones pueden ser estructurales, fisiológicas, bioquímicas, de comportamiento o una combinación de las cuatro. Todos los organismos biológicamente exitosos son una compleja colección de adaptaciones coordinadas que se han producido a través de los procesos evolutivos. Las funciones de metabolismo, crecimiento, respuesta a estímulos, reproducción y adaptación son llevadas a cabo por todas las células pertenecientes tanto a organismos procariotas como eucariotas. Sin embargo, estas no son las únicas funciones celulares: existen otras funciones según cada tipo de célula y el tejido u organismo al cual pertenecen. Por ejemplo, las neuronas (que forman parte del tejido nervioso) son capaces de comunicarse a través de impulsos eléctricos.
  • 30. Célula procariota: Las células procariotas o procariontes forman organismos vivientes unicelulares, pertenecientes al superreino o imperio Prokaryota o a los dominios Archaea y Bacteria, dependiendo de la clasificación biológica que se prefiera. La principal característica de las células procariotas es que no tienen una membrana que delimite al núcleo celular y, en cambio, presentan su material genético disperso en el citoplasma, apenas reunido en una zona llamada nucleoide. Los organismos procariotas (pro- significa “antes de” y karyo que se refiere a «núcleo») son evolutivamente anteriores a los eucariotas, es decir, aquellos que sí poseen un núcleo celular. Si bien las células procariotas surgieron en un pasado muy remoto, eso no significa que hayan desaparecido de la Tierra. De hecho, las formas de vida más simples son todavía organismos procariotas, como las bacterias y las arqueas. Esta simpleza que caracteriza a los organismos procariotas ha permitido su gran diversificación, lo que se traduce en metabolismos sumamente diversos (no ocurre lo mismo con las eucariotas) y una enorme diversidad en cuestión de adaptación a diferentes ambientes, tipos de nutrición o incluso estructura celular. Mecanismos de nutrición: Las células procariotas pueden ser autótrofas (elaboran su propio alimento) o heterótrofas (se alimentan de materia orgánica producida por otro ser vivo), tanto aerobias (requieren de oxígeno para vivir) como anaerobias (no requieren de oxígeno para vivir), lo cual se traduce en varios mecanismos de nutrición: Fotosíntesis. Al igual que las plantas, algunos procariontes pueden utilizar la energía de la luz solar para sintetizar materia orgánica a partir de materia inorgánica, tanto en presencia como en ausencia de oxígeno. Existen dos tipos de fotosíntesis: la fotosíntesis oxigénica (que produce oxígeno) y la fotosíntesis anoxigénica (no produce oxígeno).
  • 31. Quimiosíntesis. Semejante a la fotosíntesis, las células emprenden la oxidación de materia inorgánica como mecanismo para obtener su energía y obtener su propia materia orgánica para crecer. La quimiosíntesis se diferencia de la fotosíntesis en que esta última utiliza como fuente de energía la luz solar. Nutrición saprófita. Se basa en la descomposición de la materia orgánica dejada por otros seres vivos, ya sea al morir o como restos de su propia alimentación. Nutrición simbiótica. Algunos procariontes se asocian con otros seres vivos, obtienen su materia orgánica para existir a partir de ellos y se genera un beneficio mutuo. Nutrición parásita. Existen organismos procariotas (parásitos) que se nutren a partir de la materia orgánica de otro mayor (huésped u hospedador), al que perjudican en el proceso (aunque no lleguen a matarlo directamente). Por último, la reproducción de las células procariotas puede ser de dos tipos: asexual (por el mecanismo de mitosis) o parasexual (intervienen tres procesos relacionados con el intercambio y la incorporación de cambios en el material genético: la conjugación, la transducción y la transformación del ADN). Tipos de células procariotas: Las células procariotas pueden tener formas muy variadas y a menudo incluso una misma especie puede adoptar formas cambiantes, lo que se denomina pleomorfismo. Sin embargo, se pueden distinguir tres tipos principales de morfología: Coco. Es un tipo morfológico típico de las bacterias, que presenta forma más o menos esférica y uniforme. Las bacterias también pueden presentarse en cocos en grupos de a dos (diplococo), cocos en grupos de a cuatro (tetracoco), cocos en cadenas (estreptococo) y cocos en agrupaciones irregulares o en racimo (estafilococo). Por ejemplo: Streptococcus pneumoniae, uno de los agentes causantes de la neumonía bacteriana. Bacilo. Con forma de bastón y extremos redondeados, incluye una vasta gama de bacterias y otros organismos saprófitos de vida libre. También se pueden encontrar
  • 32. bacilos en grupos de a dos o formando filamentos. Por ejemplo: Escherichia coli y Clostridium botulinum. Espirilo. Con forma helicoidal, suelen ser muy pequeñas y abarcan desde bacterias patógenas hasta autótrofas. Por ejemplo: las especies del género Campylobacter, como Campylobacter jejuni, un patógeno transmitido por los alimentos, que causa la campilobacteriosis. Espiroqueta. También tienen formas helicoidales pero muy alargadas y flexibles. Por ejemplo: las especies del género Leptospira que causan la leptospirosis. Vibriones. Son bastones con forma de coma. Este grupo incluye a las del tipo vibrio, un género de proteobacterias responsables de la mayoría de las enfermedades infecciosas en el hombre y los animales superiores, sobre todo aquellas típicas del tracto digestivo. El más conocido es Vibrio cholerae, agente causante del cólera. Algunas variantes de estas formas son los cocobacilos (óvalos) y las bacterias corineformes, bacilos irregulares con un extremo ensanchado. Morfología celular Membrana celular: es la estructura fina que envuelve a la célula y separa el contenido de la célula de su entorno. Es la encargada de permitir o bloquear la entrada de sustancias en la célula. La membrana consiste en una doble capa de lípidos que encierran las proteínas. Unidad de membrana: Corresponde con una bicapa lipídica con proteínas embebidas. Los lípidos se disponen en una bicapa con las zonas hidrófilas (grupos polares) hacia fuera, mientras que las zonas hidrófobas quedan enfrentadas hacia el interior. Las membranas presentan, por tanto, dos caras: una cara externa y una cara interna que, en el caso de la membrana plasmática, está en contacto con el citoplasma celular. Las proteínas pueden estar asociadas a la cara interna o externa, o ser transmembranales (atraviesan la membrana totalmente). Estructura de la membrana. Modelo del mosaico fluido: Con los datos ofrecidos por la microscopía electrónica y los análisis bioquímicos se han ido elaborando
  • 33. varios modelos a lo largo del desarrollo de la biología celular. En la actualidad, el modelo más aceptado es el propuesto por Singer y Nicholson (1972), denominado modelo del mosaico fluido, que presenta las siguientes características: · Considera que la membrana es como un mosaico fluido en el que la bicapa lipídica es la red cementante y las proteínas están embebidas en ella, interaccionando unas con otras y con los lípidos. Tanto las proteínas como los lípidos pueden desplazarse lateralmente. · Los lípidos y las proteínas integrales se hallan dispuestos en mosaico. · Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución de todos sus componentes químicos: lípidos, proteínas y glúcidos Glucocálix, glucáliz, glicocáliz o glicocálix: Término genérico que se refiere al material exudado polimérico extracelular compuesto por proteínas y carbohidratos producido por algunas bacterias y células como las epiteliales de las superficies mucosas. La capa mucilaginosa usualmente compuesta de glucoproteínas y proteoglucanos que está presente sobre la superficie exterior de los peces también se considera un glucocáliz. El término fue aplicado inicialmente a la matriz de polisacárido secretada por las células epiteliales y que forman una capa superficial. Los glucocálix son compuestos, casi siempre con cadenas de carbohidratos, que recubren la superficie
  • 34. celular. También cabe decir que el glucocáliz es diferente en cada membrana, por lo que es un tipo de sello o huella de la célula. Citoplasma: Es el material interno de las células. Ocupa el espacio situado entre la membrana plasmática y el núcleo, que aparece en la imagen como una estructura redonda o esférica en el centro de la célula. Numerosas estructuras pequeñas forman parte del citoplasma, junto con el líquido que sirve como medio interno de cada célula. El citoplasma contiene pequeñas estructuras filiformes que se interconectan para formar un «esqueleto celular» o citoesqueleto. El citoesqueleto organiza y da soporte a un grupo de pequeñas estructuras, que en conjunto se denominan organelas. Este nombre significa «pequeños órganos», nombre adecuado porque a nivel celular equivalen a los órganos para el cuerpo en su conjunto. Núcleo: Visto con el microscopio óptico, el núcleo de la célula aparece como una estructura muy simple: solo una esfera
  • 35. pequeña en la porción central de la célula (ver imagen). En ciertas células especializadas, el núcleo puede estar desplazado a un lado, quizás incluso constreñido en una forma más aplanada. Sin embargo, ese aspecto simple corresponde a un papel complejo y crítico en el funcionamiento celular. El núcleo contiene la mayor parte de la información genética de la célula que, en última instancia, controla todas las organelas del citoplasma. También controla el complicado proceso de la reproducción celular. En otras palabras, el núcleo debe funcionar correctamente para que la célula realice sus actividades normales y pueda duplicarse. Nótese que el núcleo celular mostrado en la imagen principal está rodeado por una envoltura nuclear constituida por dos membranas separadas. La envoltura nuclear tiene numerosas aberturas diminutas denominadas poros nucleares que permiten la entrada y la salida de moléculas grandes del núcleo. La envoltura nuclear rodea un tipo especial de sustancia celular presente en el núcleo, llamada nucleoplasma. El nucleoplasma contiene un número de estructuras y en la imagen se muestran dos de las más importantes: el nucléolo y los gránulos de cromatina. Citosol, hialoplasma o matriz citoplasmática: es el líquido que se localiza dentro de las células; constituye la mayoría del fluido intracelular y está separado por membranas en distintos compartimentos. Por ejemplo, la matriz mitocondrial separa la mitocondria en varios apartados. En las células eucariotas, el citosol se encuentra dentro de la membrana celular y está incluido en el citoplasma, citoplasma que también abarca la mitocondria, plastidios, y otros orgánulos. El citosol no abarca los fluidos internos ni estructuras de los orgánulos; el núcleo celular es independiente. El citosol, es entonces, un líquido de matriz alrededor de los orgánulos. En procariotas, la mayoría de las reacciones químicas del metabolismo toman lugar en el citosol, mientras algunas otras ocurren en las membranas o en el espacio periplásmico. En eucariotas, si bien numerosas rutas metabólicas aún ocurren en el citosol, otras son contenidas dentro de los orgánulos.
  • 36. El citosol es una mezcla compleja de sustancias disueltas en agua. A pesar de que el agua forma la mayor parte del citosol, su estructura y propiedades dentro de las células no es bien comprendida aún. La concentración de iones como el sodio y potasio es diferente en el citosol que en el fluido extracelular; estas diferencias en los niveles iónicos son importantes en procesos como la regulación osmótica, señalización de células y la generación de potenciales de acción en células excitables como las células endocrinas, nerviosas y musculares. El citosol, también contiene grandes cantidades de macromoléculas, las cuales pueden alterar el comportamiento de las moléculas a través de la aglomeración macromolecular. Organelo u orgánulo: es una estructura específica dentro de una célula. Hay muchos tipos diferentes de organelos. Los organelos también son llamados vesículas. En realidad, tienen una función muy importante, porque es una forma de compartimentar todas las funciones que se cumplen dentro de una célula. Es necesario que haya una membrana que rodee a los organelos para que los mecanismos que ocurren dentro de ellos, produzcan un producto diferente. Es así que los organelos están rodeados de una membrana que permite separar la función que cumplen cada uno de ellos. Así, por ejemplo, la mitocondria tiene la función de producir energía, y el lisosoma tiene la función de producir pequeñas moléculas a partir de moléculas grandes, de romper los compuestos. Mitocondrias: son estructuras pequeñas que producen energía en casi todas sus células. Ellas lo hacen mediante la combinación de oxígeno con las moléculas de combustible (azúcares y grasas) que provienen de los alimentos. Cuando las mitocondrias son defectuosas, las células no tienen suficiente energía. Aparato de Golgi: es un orgánulo presente en todas las células eucariotas que forma parte del sistema de endomembranas. El Golgi está formado principalmente por 4-6 sáculos aplanados o cisternas, que se encuentran apilados unos encima de otros, y cuya función es completar el procesamiento y eventual secreción de algunas macromoléculas. Funciona como una planta empaquetadora, modificando vesículas
  • 37. del retículo endoplasmático rugoso, el material nuevo de las membranas se forma en varias cisternas del aparato de Golgi. Dentro de las funciones que posee el aparato de Golgi se encuentran la glicosilación de proteínas, selección, destinación y glicosilación de lípidos, y la síntesis de polisacáridos de la matriz extracelular. Almacenamiento y distribución de lisosomas, al igual que los peroxisomas, que son vesículas de secreción de sustancia. Retículo endoplasmático o endoplásmico: es un orgánulo que se encuentra en el citoplasma de la célula eucariota, se presenta como una compleja red dispuesta en forma de túbulos, sacos aplanados y cisternas, que están interconectadas entre sí, con una organización variada en los diferentes tipos celulares. El retículo muestra sus membranas organizadas en regiones, las que realizan diferentes funciones. Existen dos regiones extensas y permanentes que son: el retículo endoplasmático rugoso, con sus membranas formando túbulos más o menos rectos, sacos aplanados o cisternas, con numerosos ribosomas asociados, y el retículo endoplasmático liso, sin ribosomas asociados y con membranas organizadas formando túbulos muy curvados e irregulares y cisternas Ribosomas: son orgánulos citoplasmáticos no delimitados por la membrana del ácido ribonucleico (ARNr) y proteínas ribosómicas, que constituyen una máquina molecular presente en todas las células (excepto en los espermatozoides).1 Son los centros celulares de traducción que hacen posible la expresión de los genes. Es decir, son los encargados de la síntesis de proteínas a partir de la información contenida en el ADN, que llega transcrita a los ribosomas en forma específicamente de ARN mensajero (ARNm). Lisosomas: son orgánulos relativamente grandes, formados a partir del aparato de Golgi, que contienen hidrolasas ácidas (proteasas, nucleasas, glucosidasas, lipasas, etc.) encargadas de degradar el material intracelular de origen externo (como las bacterias o las partículas alimentarias) o interno (como las estructuras celulares dañadas) que llega a ellos. Es decir, se encargan de la digestión celular.2 Son estructuras esféricas rodeadas de membrana simple. Son bolsas de enzimas
  • 38. que si se liberasen, destruirían toda la célula. Esto implica que la membrana lisosómica debe estar protegida de estas enzimas. El tamaño de un lisosoma varía entre 0,02~0,5 μm.3 Los lisosomas fueron descubiertos por el bioquímico belga Christian de Duve en 1974. Peroxisomas: son orgánulos citoplasmáticos muy comunes en forma de vesículas, con una sola membrana, y se encuentran en la mayoría de las células eucariotas. Se trata de un orgánulo oxidativo donde, el oxígeno molecular actúa como cosustrato para la formación de peróxido de hidrógeno (H2O2). Los peroxisomas deben su nombre a su capacidad de producir peróxido de hidrógeno. También juegan un papel crucial en el metabolismo de lípidos y la conversión de especies reactivas de oxígeno. Están involucrados en el catabolismo de ácidos grasos de cadena muy larga, ácidos grasos de cadena ramificada, intermediarios del ácidos biliares (en el hígado), D-aminoácidos y poliaminas, en la reducción de especies reactivas de oxígeno – especialmente el peróxido de hidrógeno3 – y en la biosíntesis de plasminógenos, p.e. Fosfolípidos de ésteres, críticos para la función normal del cerebro y pulmones de los mamíferos. También contienen, aproximadamente, el 10% de la actividad total de dos enzimas presentes en la ruta de las pentosas fosfato, existe actualmente un debate sobre si los peroxisomas están involucrados en la síntesis de isoprenoides y colesterol en animales. Citocentro o centrosoma: es un orgánulo celular que no está rodeado por una membrana; consiste en dos centríolos apareados, incrustados en un conjunto de agregados proteicos que los rodean y que se denomina “material pericentriolar” (PCM en inglés, por pericentriolar material).12 Su función primaria consiste en la nucleación y el anclaje de los microtúbulos (MTs), por lo que de forma genérica estas estructuras (conjuntamente con los cuerpos polares del uso en levaduras) se denominan centros organizadores de MTs (COMTs, en inglés MTOCs por microtubule organizing center).
  • 39. Inclusión citoplasmática: Es cualquier tipo de sustancia inerte que puede o no estar en la célula, dependiendo del tipo de esta. En las inclusiones son almacenados nutrientes, productos de excreción, y gránulos de pigmento. Pigmentos: Los pigmentos se almacenan en células específicas aportando color característico a los diferentes tejidos. Los pigmentos más conocidos en las células animales son la hemoglobina, producida por los glóbulos rojos, y la melanina, producida por los melanocitos de la piel y el cabello. Además, los pigmentos están presentes en la retina, las células nerviosas de la sustancia negra del cerebro, el tejido cardíaco y las neuronas del sistema nervioso central. En las plantas, el principal pigmento es la clorofila, que aporta la coloración verde a hojas y tallos. Otros pigmentos como las xantofilas, los carotenos (amarillo, naranja) y las antocianinas (rosado, purpura, azul) dan color a frutas, flores y hojas jóvenes. Gránulos de glucógeno: El glucógeno es el principal polisacarido que aporta las reservas energéticas en células animales. Su descomposiciónproduce glucosa, que al ser degradada por la acción de las enzimas produce energía y cadenas cortas de carbono, empleadas en la síntesis de membranas y otros componentes estructurales de la célula. El glucógeno se almacena principalmente en las células del hígado y del músculo esquelético. Así mismo, es una fuente de energía importante en el músculo cardíaco. También puede ser almacenado en cantidades menores en células del sistema nervioso central y otras células del cuerpo. Los gránulos de glucógeno son de forma aplanada, circular u ovalada. Pueden ser observados en el microscopio electrónico formando grupos o rosetas localizados junto al retículo endoplasmático liso. Lípidos: Los lípidos forman inclusiones citoplasmáticas en células animales y vegetales. Las inclusiones lipídicas más comunes se denominan trigliéridos. Estos se concentran principalmente en las células adiposas (adipocitos), especializadas en la síntesis y almacenamiento de grasa.
  • 40. Los lípidos constituyen una importante fuente de energía para la célula. Producen más del doble de calorías por gramo que los carbohidratos. Además aportan cadenas cortas de carbono utilizadas en la síntesis de estructuras celulares. Secreciones: Otra de las funciones conocidas de las inclusiones citoplasmáticas es el almacenamiento de sustancias secretadas en la célula por glándulas y órganos especiales. Las secreciones celulares incluyen sustancias tan diferentes como leche, lágrimas, enzimas digestivas, ácido clorhídrico, neurotransmisores, hormonas, moco y proteínas. A continuación se describen algunos ejemplos. TEMA IV: CICLO Y FISIOLOGIA CELULAR Reproducción y división celular ¿Qué es la reproducción celular? Se conoce como reproducción celular o división celular a la etapa del ciclo celular en la que cada célula se divide para formar dos células hijas distintas. Es un proceso que se da en todas las formas de vida y que garantiza la perpetuidad de su existencia, así como el crecimiento, la reposición de tejidos y la reproducción en los seres pluricelulares. La célula es la unidad básica de la vida. Cada célula, como los seres vivos, tiene un tiempo de vida durante el que crece, madura y se reproduce y muere. El ciclo celular: Representa el mecanismo fundamental subyacente a la reproducción de todos los seres vivos, y se divide en etapas, a través de las cuales la célula pasa de una división celular a la siguiente. Estos acontecimientos se realizan mediante una secuencia ordenada de procesos en los que la célula duplica su contenido y luego se divide en dos. Tipos de reproducción celular En principio, hay tres grandes tipos de reproducción celular. La primera y la más simple, es la fisión binaria, en la que el material genético celular se replica y la célula procede a dividirse en dos individuos idénticos, tal como hacen las bacterias, dotadas de un único cromosoma y con procesos de reproducción asexuales.
  • 41. Sin embargo, los seres más complejos, como los eucariotas están dotados de más de un cromosoma (como los seres humanos, por ejemplo, que tenemos un par de cromosomas del padre y uno de la madre). En los organismos eucariotas se aplican procesos más complicados de reproducción celular: Mitosis. Es la forma más común de división celular de células eucariotas. En este proceso, la célula replica su material genético completamente. Para hacerlo, emplea un método de organización de los cromosomas en la región ecuatorial del núcleo celular, que luego procede a dividirse en dos, generando dos dotaciones cromosómicas idénticas. El resto de la célula, entonces, procede a duplicarse y lentamente escindir el citoplasma, hasta que la membrana plasmática termina por dividir a las dos nuevas células hijas en dos. Las células resultantes serán genéticamente idénticas a su progenitora. Meiosis. Es un proceso más complejo, que produce células haploides (con la mitad de la carga genética), tales como las células sexuales o gametos, dotadas de variabilidad genética. Esto se da con el fin de aportar la mitad de la carga genómica durante la fecundación, y así obtener descendencia genéticamente única, evitando la reproducción clónica (asexual). A través de la meiosis, una célula diploide (2n) sufre dos divisiones consecutivas, para obtener así cuatro células hijas haploides (n). Etapas del crecimiento celular: crecimiento, diferenciación, envejecimiento. Fase I o fase de latencia: En esta fase no se aumenta la concentración de células, debidoa que se están ajustando a su nuevo entorno por lo que tendrán que reajustar una nueva forma metabólica para poder consumir los nutrientes. Fase II o crecimiento exponencial: La velocidad de crecimiento de la célula es proporcional a la concentración de las células debido a que estas se dividen con rapidez porque las rutas enzimáticas para metabolizar están en ejecución gracias a todos los nutrientes que esta le brinda.
  • 42. Fase III o estacionaria: Las células logran ocupar un espacio biológico donde la falta de nutrientes, acumulación de ácidos orgánicos, materiales tóxicos y metabolitos van a limitar su crecimiento hasta que lleguen a cero. Fase IV o fase de muerte celular: En esta fase ocurre una disminución en la concentración de células vivas, esto es provocado por el agotamiento de nutrientes y subproductos tóxicos. Muerte celular Picnosis, o cariopicnosis, es la condensación irreversible de la cromatina en el núcleo de una célula que experimenta necrosis o apoptosis. ... El neutrófilo en maduración condensará su núcleo en varios lóbulos conectados que estarán en la célula hasta el fin de su vida. Cariolisis: es el estado de muerte del núcleo celular en el que no se produce tinción de este y la cromatina se difunde en el protoplasma. La cariolisis es una de los fenómenos que se da en la muerte celular, pero por una muerte celular concreta, la necrosis. Cariorrexis: es la fragmentación destructiva del núcleo de una célula moribunda por la cual su cromatina se distribuye irregularmente por todo el citoplasma. Suele ir precedido de picnosis y puede ocurrir como resultado de muerte celular programada, senescencia celular o necrosis. Propiedades de la célula: -Irritabilidad: Capacidad de las células para reaccionar ante estímulos externos y/o internos. Algunas células reaccionan ante cambios lumínicos, de temperatura, de presión, de humedad, de gravedad y ante variaciones en la acidez o alcalinidad del medio(pH). -Conductibilidad: Facultad que tienen algunas células, como las neuronas, de permitir el pasaje de una corriente eléctrica a través de sí. -Contractibilidad. Capacidad de las células para contraerse y cambiar de forma. Ejemplo: células musculares.
  • 43. -Absorción: Es el mecanismo por el cuál las células incorporan sustancias del medio externo (agua, gases, sales minerales, grandes moléculas) a través de la membrana plasmática, con el fin de utilizarlas para llevar a cabo las funciones metabólicas. Ese pasaje de moléculas pequeñas se realiza por transporte pasivo (sin gasto de energía) y por transporte activo (con gasto de energía). Las grandes moléculas ingresan a la célula por endocitosis y se expulsan por exocitosis. Transporte pasivo: Es el movimiento de sustancias desde un lugar donde están más concentradas a otro de menor concentración. El transporte pasivo está representado por la difusión simple, la difusión facilitada, la ósmosis y la diálisis. Transporte activo: Es el pasaje de una sustancia a través de una membrana semipermeable desde una zona de menor concentración a otra de mayor concentración. Este pasaje necesita un aporte de energía en forma de ATP y de proteínas transportadoras que actúen como “bombas” para vencer ese gradiente. La bomba de sodio y potasio cumple un rol muy importante en la producción y transmisión de los impulsos nerviosos y en la contracción de las células musculares. El sodiotiene mayor concentración fuera de la célula y el potasio dentro de la misma. La proteína transmembrana “bombea” sodio expulsándolo fuera de la célula y lo propio hace con el potasio al interior de ella. Este mecanismo se produce en contra del gradiente de concentración gracias a la enzima ATPasa, que actúa sobre el ATP con el fin de obtener la energía necesaria para que las sustancias puedan atravesar la membrana celular. -Metabolismo: Permite a la célula obtener, trasformar y aprovechar los alimentos suministrados por el medio, y posteriormente obtener la energía necesaria para poder realizar las demás funciones. No todos los seres vivos obtienen los nutrientes de la misma forma. Hay dos tipos de nutrición: la autótrofa y la heterótrófa. La nutrición autótrofa es propia de las plantas verdes, el fitoplancton, las algas verde azuladas y algunas bacterias, que son capaces de producir sus propios nutrientes a través de la fotosíntesis. La nutrición heterótrofa es utilizada por organismos consumidores como son los animales, los hongos y protozoarios, que al no poder producir sus alimentos necesitan tomarlos de otros organismos. A todos estos
  • 44. procesos que transforman la energía de los alimentos en el “combustible” necesario para la vida se los conoce con el nombre de metabolismo. El metabolismo es la suma de todos los procesos químicos que suceden en los organismos vivos. Se divide en: anabolismo, cuando las células convierten las sustancias simples en sustancias más complejas. catabolismo, cuando las sustancias complejas son convertidas en compuestos más simples mediante la degradación para producir energía. Los procesos anabólicos necesitan el aporte de energía, mientras que los catabólicos liberan la energía. Durante el crecimiento de animales y vegetales hay anabolismo positivo. En el envejecimiento existe catabolismo positivo. Las reacciones anabólicas y catabólicas están muy relacionadas y dependen unas de otras. La nutrición celular incluye los procesos de respiración, absorción, secreción y excreción. -Secreción: Proceso que realiza la célula para verter (segregar), a través de la membrana plasmática, sustancias útiles para el organismo como leche, hormonas o enzimas para la digestión. Existen dos tipos de secreción. Una de ellas es la secreción constitutiva, utilizada por todas las células y realizada en forma continua por las vesículas que proceden del complejo de Golgi. Dichas vesículas se forman cuando las sustancias transportadas atraviesan los dictiosomas y llegan a la cara trans. Luego se dirigen hacia la membrana plasmática donde se fusionan para descargar su contenido (lípidos, proteínas) sin señal previa. Este proceso se denomina exocitosis, y es inverso al de endocitosis El otro tipo de secreción es la regulada, propia de las células secretoras de las glándulas, que necesitan una señal de algún mensajero químico para verter su contenido (una hormona o enzima).