Bases biológicas de la toxicología.

1. 1. La célula. – La membrana celular.
Diego Losada Muñoz
Cali, diciembre de 2013

2. ¿Qué es la vida?
Es difícil definirla, pero se reconoce cuando se ve..

3. Atributos de los seres
vivos.
• Organización: Estructuras que permiten realizar actividades
simultáneas y coordinadas, requiere una organización especial dentro
de los seres vivos.
• Homeostasis: Proceso mediante el cual se mantienen reguladas las
funciones internas de un organismo.
• Irritabilidad: Capacidad para reaccionara estímulos del ambiente.
• Metabolismo: Mecanismo para la obtención de energía a partir de los
recursos del ambiente y mantener los procesos internos.
• Reproducción: Capacidad de perpetuar la especie al hacer réplicas de
los individuos.
• Relación: Capacidad de integrarse con el ambiente y con otros seres
vivos.
• Adaptación: Ajuste a los cambios del ambiente para asegurar la
supervivencia.
• Entropía: Reducción de la entropía en los seres vivos, a expensas de un
incremento acentuado en la entropía de otros sistemas.

4. La célula: Unidad
estructural de la vida.
Una célula es una
estructura que delimita
y engloba las moléculas
de las sustancias
químicas requeridas
para el desarrollo de los
diferentes procesos
biológicos.
Las células, a su
vez, se
organizan para
formar tejidos y
órganos.
LOS NIVELES MOLECULAR Y CELULAR
SON LOS MÁS RELEVANTES PARA LA
TOXICLOGÍA.
Intercambio de
información –
materiales con el
medio extracelular.
Intercambio de
información –
materiales con
el núcleo.

5. Estructura de la célula.
Los diferentes orgánulos
celulares cumplen
funciones importantes
de forma coordinada
para mantener la
homeostasis. En general,
son los elementos
estructurales que
participan en la
interacción con los
xenobióticos. En esta
presentación, las
descripciones se basan
en las características de
las células humanas.
Énfasis en esta primera presentación.

6. La membrana celular.
Doble capa lipídica (fosfolípidos,
glicolípidos, colesterol), acompañada por
glúcidos y proteínas y que rodea todas las
células.
• Mantiene el medio interno separado del
interno, gracias a su permeabilidad selectiva.
• Transporte a través de la membrana: pasivo
(difusión) y activo, con proteínas
transportadoras y consumo de energía.
• Orgánulos con membranas: célula dividida
en secciones, en cada una de las cuales
ocurren reacciones específicas.
• Transferencia de materiales de un sitio a otro
de la membrana, de acuerdo con las
necesidades de la célula.
• Mantenimiento del potencial electroquímico
(diferencia de potencial) entre el exterior y
el interior celular.
• Participa en la interacción y coordinación con
otras células.
• Posee receptores que identifican señales
celulares y desencadenan respuestas.
(Fuente: Jpablo cad, Diagrama detallado de la estructura de la membrana citoplasmática
y sus componentes.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Detalle_de_la_membrana_celular.svg).

7. Detalles estructurales de la
membrana: superficie apical.
Algunas células tienen especializaciones particulares de acuerdo con su función:
Costra: membrana plasmática apical muy gruesa a expensas de la
lámina externa de la bicapa. Superficie apical ondulada y la porción
de citoplasma vecino es muy rico en filamentos finos y vesículas
aplanadas. Esta especialidad le imparte a las células la posibilidad de
estirarse o retraerse.
Microvellosidades: prolongamientos digitiformes, revestidos por la
membrana, los cuales poseen en su interior una porción de citoplasma
y un eje constituido por filamentos de actina y otras proteínas
(citoesqueleto). Ej.: revestimiento del tracto gastrointestinal.
Cilios: Prolongamientos celulares delgadas, con presencia de
microtúbulos en su eje, organizados en 9 pares periféricos y un par
central. Este eje recibe el nombre de axonema y se inserta en una
estructura semejante a un centríolo, denominada cuerpo basal. Ej.:
células especializadas de la mucosa respiratoria.

8. Estructuras especializadas de la
cara lateral de la membrana.
Unión gap
Está formada por dos hemicanales (oligómeros de 6 proteínas llamadas conexinas) insertos donde son
contiguas dos células y alineados con precisión, de manera que la luz de uno se continua con la del otro.
Desmosomas: Estructuras
celulares que las mantienen
adheridas lateralmente. Dicha
unión a sus filamentos
intermedios (queratina) está
mediada por cadherinas
(desmogleína y desmocolina).
Zónula occludens
Estructuras citológica presente
en células del epitelio y
endotelio que crean una barrera
de permeabilidad impidiendo el
libre flujo de sustancias entre
células.
Zónula adherens
Los desmosomas
en banda o
macula adherens
son un tipo de
uniones
celulares. Se
trata de
especializaciones
de la membrana
plasmática que
contienen
proteínas como
las cadherinas y
cateninas.

9. Estructuras especializadas de la
cara basal de la membrana.
Hemidesmosomas
Constituyen la mitad de un desmosoma y
se localizan en la cara basal, donde las
células reposan sobre la lámina basal.
Presentan la misma estructura intracelular
que el desmosoma, pero las moléculas de
adhesión que aseguran la estabilidad del
hemidesmosoma son del tipo integrinas. Es
la unión con la lámina basal y en
consecuencia, con el tejido conectivo
subyacente.
Invaginaciones o pliegues
Aunque la mayoría de las células
epiteliales poseen una cara basal lisa,
ciertos epitelios (Ej.: túbulos renales,
epitelio ciliar del globo ocular) presentan
la membrana del polo basal profusamente
plegada, la cual divide al citoplasma en
numerosos compartimientos que contienen
mitocondrias. Aumentan la superficie
celular para incrementar el transporte
transmembranal de agua y electrólito.

10. Transporte pasivo a través
de la membrana.
PASIVO
Sin gasto de energía, a favor de un gradiente de concentración o
de carga eléctrica.
Ósmosis: Transporte de moléculas de agua a
través de la membrana, a favor de un
gradiente de concentración.
Difusión simple: paso de sustancias a través de la
membrana plasmática, como los gases respiratorios,
el alcohol y otras moléculas no polares. A favor de un
gradiente de concentración.
Difusión facilitada:es necesaria la presencia de
un carrier o transportador (proteína integral) para
que las sustancias atraviesen la membrana.
Influyen gradiente de potencial químico y
estructura proteica.

11. Transporte activo a través
de la membrana.
ACTIVO
Flujo a través de la membrana contra un gradiente de concentración (de baja a
alta concentración). Se requiere consumo de energía. Ej.: bomba de sodio y
potasio, transporte de glucosa.
Transportadores (carriers)
Simportadores: Proteínas que transportan una sustancia junto con otra,
frecuentemente un protón (H+).
Uniportadores: Proteínas que transportan una molécula en un solo sentido
a través de la membrana.
Antiportadores: Proteínas que transportan una sustancia en un sentido
mientras que simultáneamente transportan otra en sentido opuesto
Transporte activo secundario – Cotransporte: Transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana
celular tales (aminoácidos, glucosa), cuya energía requerida deriva del gradiente de concentración de los iones sodio en la
membrana celular. Intercambiador de calcio – sodio: Proteína de membrana que extrae calcio iónico (Ca2+) empleando el
gradiente de sodio; su finalidad es mantener la baja concentración de Ca2+ en el citoplasma.
Transporte activo primario – Bombas de sodio y potasio: En todas las células del organismo. En cada ciclo consume una
molécula de ATP; transportar 2 iones de potasio a la célula y bombea 3 iones de sodio hacia el exterior de la célula, ya que
tanto el sodio como el potasio poseen cargas positivas. Se genera una perdida de la electro-positividad interna de la
célula, lo que convierte a su medio interno en un medio "electronegativo con respecto al medio extra celular."

12. Transporte en masa.
Transporte de macromoléculas o partículas grandes.
Endocitosis: proceso celular,
por el que la célula mueve
hacia su interior moléculas
grandes o partículas.
Pinocitosis: Ingreso de
líquidos y solutos mediante
pequeñas vesículas.
Fagocitosis: grandes partículas
que se engloban en grandes
vesículas que se desprenden
de la membrana celular.
Endocitosis mediada por receptor o
ligando: captura de macromoléculas
específicas del ambiente, fijándose a
través de proteínas específicas ubicadas
en la membrana plasmática
Exocitosis: expulsión o secreción
de sustancias como la insulina a
través de la fusión de vesículas
con la membrana celular.

13. Receptores superficiales
en la membrana.
Cambios
en el
ambiente
Estímulos
externos
Receptores
celulares Activación de
rutas para
señales de
transducción
Se dispara respuesta
regulatoria en el
interior de la célula.
Con mayor detalle:
Estímulos
externos
Receptores
superficiales
celulares
Efector
Moléculas
mensajeras
Transducción
de la señal
Comportamiento
celular
Contracción /
Relajación
Crecimiento /
Diferenciación
Metabolismo
Secreción

14. Características de los
receptores superficiales
• Unión con ligandos apropiados en la superficie de la célula.
• Propagación de señales reguladoras en las células target.
• Determinación de la relación cuantitativa entre la dosis o magnitud del
estímulo y el efecto fisiológico.
• Selectividad de las interacciones del estímulo en relación con las
respuestas de la célula.
• Las interacciones de los receptores y la estructura, posibilitan la acción
de dos tipos de ligandos: agonistas (activadores) y antagonistas
(inhibidores).
• Saturación de los receptores frente a la cantidad de los ligandos genera
un límite en la respuesta fisiológica.
• Pueden presentarse receptores múltiples para el mismo ligando.

15. Categorías principales de
receptores superficiales.
Moléculas de adhesión: Mediadores
de las interacciones célula – matriz y
célula – célula.
Receptores ligados a enzimas.
Receptores acoplados a la proteína
G – GPCR. Proteína G: proteína de
enlace del nucleótido guanina.

16. El citoplasma.
El citoplasma comprende el contenido celular ubicado entre el núcleo y la
membrana plasmática. Es una emulsión coloidal muy fina de aspecto
granuloso (el citosol o hialoplasma) donde se encuentra flotando una
diversidad de orgánulos celulares que desempeñan diferentes funciones.
1. Nucléolo.
2. Núcleo.
3. Ribosoma.
4. Vesícula secretora.
5. Retículo endoplasmático rugoso.
6. Aparato de Golgi.
7. Citoesqueleto.
8. Retículo endoplasmático liso.
9. Mitocrondrias.
10. Vacuola.
11. Citoplasma.
12. Lisosoma.
13. Centriolo.

17. El citoesqueleto.
El citoesqueleto es uno de los componentes celulares de mayor importancia
estructural, pues es responsable de la forma de la célula y del movimiento
de la célula en su conjunto y del movimiento de orgánulos en el citoplasma.
Constituido por proteínas del citoplasma que polimerizan en estructuras
filamentosas
Filamentos intermediosMicrotúbulos
Microfilamentos

18. Filamentos intermedios.
Se clasifican de acuerdo con su proteína constitutiva:
• Queratinas.
• Vimentina.
• Desmina.
• Proteína ácida fibrilar glial (GFAP).
• Neurofilamentos.
• Láminas nucleares.
• Nestina.
Haces
de GFAP

19. Microtúbulos.
Formados por dímeros de la proteína tubulina. Son polímeros huecos de
forma cilíndrica, como una tubería.
Además del citoplasma, los
microtúbulos aparecen en
estructuras como los cilios
y los centriolos del
centrosoma.

20. Microfilamentos.
Polímeros de la proteína actina, que posee forma filamentosa, ubicados en
diferentes regiones del citoplasma, como la membrana celular y algunos
tipos de uniones celulares.
La interacción entre la actina y otras
moléculas, como la miosina, constituye la base
de los procesos de contracción de algunas
células (Ej.: musculares).

21. Citosol.
Solución acuosa – 70% agua – donde se encuentran suspendidas diversas
biomoléculas vitales (generalmente macromoléculas) responsables de la
mayoría de los procesos bioquímicos. Carece de estructura estable, pero
puede varias entre dos condiciones:
• Forma de gel: Consistencia gelatinosa.
• Forma de sol: consistencia fluida.

22. En una próxima presentación,
veremos en detalle los orgánulos
celulares.