martes, 15 de octubre de 2013

Fisiología para Escritores



Fuente: Science Blogs
 
En la figura: esquema del espacio intracelular mostrando el núcleo, el aparato de Golgi y la liberción de vesículas

Una célula también puede verse como una fábrica. Las hay simples como las Procariontes-bacterias-  que derivan sus productos directamente en el citoplasma y otras con mayor complejidad y organización como las Eucariontes –que van desde hongos hasta mamíferos- que diferencian sus funciones por compartimientos internos llamados organelas, unas burbujas ancladas en el citoplasma y que están cubiertas por la misma membrana celular externa. La microscopía electrónica ha servido de mucho para observar directamente esta organización intracelular. Una célula es la unidad funcional y anatómica de cada ser viviente.

En los organismos multicelulares y por  ende en los más evolucionados, las células se agrupan en tejidos y variados tejidos forman un órgano. Los órganos se especializan en funciones específicas que determinan un sistema corporal. El cuerpo humano es el conjunto de sistemas que mantienen un equilibrio y una armonía. Las células son aquellas fábricas de proteínas, genes y productos metabólicos que hacen posible la homeostasis, es decir el equilibrio funcional de todo el cuerpo.

Como todas las estructuras descritas anteriormente no tienen lenguaje ni los sentidos de la vista y audición, se comunican entre sí de diversas maneras: por contacto directo entre las moléculas de cada membrana celular o por envío de señales químicas.

Una señal química puede ser un átomo o un complejo molecular. Átomos como el Calcio, el Sodio o el Potasio, que en el caso del transporte de productos celulares funcionan como  las monedas en las máquinas dispensadoras: el átomo se introduce por una estructura llamada receptor de membrana celular y al hacer contacto como una llave a la cerradura provoca la apertura de un canal que a su vez trabaja como compuerta para el ingreso o salida de moléculas específicas. La célula se comporta como un submarino con diversas compuertas que se abren o cierran para permitir el pasaje de moléculas según sus necesidades. En otros casos un complejo molecular actúa como una llave sobre un enclave de la membrana celular conocido como receptor y permite la apertura de diversos canales o activa un mecanismo interno en cadena que termina en la liberación de sustancias al exterior de la célula.

De este modo, las células que componen los tejidos intercambian constantemente señales que circulan en un tráfico incesante. Dentro de la célula hay un complejo pero ordenado sistema de canales internos que transporta productos del metabolismo interno de una célula hacia los grandes ríos corporales como son las arterias –este es el caso de todas las hormonas- o exporta moléculas para que activen una respuesta en la célula vecina –esta es la base de la transmisión de impulsos nerviosos que nos permiten mover las extremidades, conversar, cambiar nuestros estados de ánimo o modificar el funcionamiento de determinado órgano. Estos canales internos son el aparato de Golgi (llamado así por su descubridor, premio Nobel en 1906) y una red de microtúbulos que actúan como carriles por donde se desplazan las vesículas (pequeñas bolsas cubiertas de membrana celular, que son como gotas transportadoras de productos celulares o material de desecho). Por ejemplo las proteínas son producidas por los ribosomas del retículo endoplasmático –una red de vesículas- y luego son transportadas en vesículas unitarias dentro o fuera de la célula. Lo que la ciencia estaba por determinar era qué disparaba la producción de la fábrica, qué se producía y en qué momento.

Esto fue logrado por trabajos concurrentes de James E. Rothman (Yale University), Randy W. Schekman (University of California at Berkeley) y Thomas C. Südhof (Stanford University), quienes ganan el Nobel en Medicina 2013 por sus descubrimientos sobre la maquinaria intracelular que regula el tráfico de vesículas.

Schekman descubrió que existen genes que codifican a proteínas responsables en la formación y movilidad de las vesículas dentro de la célula que terminan en la fusión de la misma con la membrana externa permitiendo la salida de productos celulares al exterior. Su trabajo fue demostrado en levaduras lo que explicaría que este sistema se presenta en seres menos evolucionados.

Rothman trabaja con levaduras, células animales y células nerviosas, en su largo camino de investigación descubre que existen proteínas específicas para cada vesícula y cada punto de membrana, ambas proteínas al reconocerse por contacto se engarzan y permiten la fusión de ambas membranas con la consiguiente salida de productos celulares en el lugar y en el tiempo correctos.

Südhof trabajó con neuronas y encontró concordancia con los descubrimientos anteriores pero fue más allá, estableció el rol de los átomos de Calcio como detonantes de la liberación de vesículas cargadas con neurotransmisores y establecimiento de la comunicación neuronal. La presencia de calcio en el espacio extracelular dispara señales en el interior activando las proteínas que regulan el transporte interno de vesículas cargadas de materiales y permiten su viaje hacia la membrana celular, fusionarse ambas y liberar el cargamento en el exterior.

En este preciso instante usted que lee este artículo está activando los iones de Calcio y promoviendo la salida de neurotransmisores de una neurona a otra para tener una opinión sobre este mensaje.

Tales descubrimientos permiten determinar el origen de varias enfermedades donde las vesículas no liberan su carga a tiempo o simplemente no la liberan o por qué algunas toxinas de gérmenes como los que provocan el Botulismo o el Tétanos provocan mortales disturbios neurológicos.

Asimismo, nos explican una vez más la simultánea simpleza y complejidad de las funciones de los sistemas vivientes, desde levaduras a humanos, que muestra la línea de continuidad evolutiva en la vida de nuestro planeta.

Foto: Connexions.org
Esquema de la transmisión neuronal con iones de calcio y liberación de neurotransmisores

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