(Ciencias de Joseleg)(Biología)(Introducción y biología celular)(La célula)(Introducción)(Del vitalismo a la abiogénesis)(El fin del vitalismo)(Del microscopio a la teoría celular)(Más que una bolsa de proteínas)(Como se estudia la célula)(Las propiedades de las células)(Generalidades de la célula y su estudio)(La célula procariota)(La célula eucariota)(Introducción a las partes de la célula)(Referencias bibliográficas)(Versión documento word)
El microscopio permite dos cosas fundamentales, la primera es que
permite ver la célula, y la segunda es que permite ver las cosas que están en
el interior de la célula. En primera instancia, el microscopio incrementa el
tamaño aparente de las cosas. Este proceso se denomina magnificación. Sin
embargo, el solo hecho de magnificar algo no significa que puede verse con
claridad.
Figura 17. Las imágenes de los microscopios electrónicos pasan directo a
computadoras.
La segunda capacidad del microscopio es que, al mismo tiempo que
permite ver las cosas como si fueran más grandes, también permite ver los
detalles de sus formas, a esta propiedad la denominamos resolución.
Formalmente, la resolución es la distancia mínima en la que dos objetos pueden
alejarse y aun así seguirse viendo como dos cosas independientes. La resolución
del ojo humano es del alrededor de 0,2 milímetros o (200 micrómetros).
La mayoría de las células son más pequeñas que 200 micrómetros, y
por lo tanto son invisibles al ojo humano. El microscopio magnifica e
incrementa la resolución de modo tal que las células y sus estructuras internas
pueden ser vistas. Existen dos tecnologías de microscopio diferentes, el
microscopio óptico y el microscopio electrónico.
El microscopio electrónico permite una mayor resolución y
magnificación, sin embargo, debe tenerse en cuenta de que lo que se observa es
un preparado especial, que requiere la deshidratación y por lo tanto la muerte
celular. Es decir, bajo el microscopio electrónico solo pueden verse células
muertas, por lo que los analistas deben tener eso en cuenta a la hora de
analizar los resultados. Los microscopios ópticos fueron los primeros en
aparecer, y su tecnología, aunque limitada para la amplificación y la
resolución, permite la observación de células vivas.
Antes de lidiar con los detalles de la estructura celular es útil
considerar los muchos usos que posee la microscopia. Una rama completa de la
medicina, la patología, hace uso de muchos métodos diferentes de microscopia
para ayudar en el análisis de las células en el diagnóstico de las
enfermedades.
Por ejemplo, un cirujano remueve una muestra de tejido para que el
patólogo determine si es tumoral o no. Para realizar el esto, el patólogo
deberá examinar rápidamente el tejido mediante microscopia de contraste de fase
o contraste de interface para determinar el tamaño, la forma y la dispersión de
las células. Usar colorantes específicos para tinturar los tejidos en
microscopia óptica para ver algunas características como el núcleo, las
características de la división celular o algunos otros organelos que fijan los
colorantes de manera densa. También se pueden usar colorantes fluorescentes.
Finalmente puede usarse el microscopio electrónico para observar las
estructuras internas en detalle como la mitocondria y la cromatina.
Figura 18. De todas las células del cuerpo, las células ancinares poseen un
sistema de membranas internas particularmente grande. Estas células se
especializan en la síntesis y secreción de las enzimas digestivas.
De todas las células del cuerpo, las células ancinares poseen un
sistema de membranas internas particularmente grande. Estas células se
especializan en la síntesis y secreción de las enzimas digestivas. Después de
haber sido segregadas por el páncreas, estas enzimas son transportadas a través
de varios conductos hasta el intestino delgado, donde se encargan de la
digestión química de los alimentos. ¿Dónde al interior de las células ancinares
se sintetizan las proteínas, y como es que estas sustancias alcanzan el
exterior de la célula sin digerirse esta misma?
Estas preguntas son inherentemente difíciles de responder debido a
que todos los pasos para la secreción ocurren de forma simultánea en la célula.
Para poder aislar los pasos en un solo ciclo desde el ensamblaje del péptido
hasta la maduración de la enzima activa, James Jamieson y George Palade
de la universidad de Rockefeller emplearon una técnica denominada
autoradiofragía.
La autoradiografía provee los medios necesarios para visualizar
los procesos bioquímicos permitiendo al investigador determinar la localización
de materiales marcados radioactivamente al interior de una célula viva. En esta
técnica, secciones de tejido que contienen isótopos radiactivos son cubiertos
por una delgada capa de emulsión fotográfica, la cual es expuesta a la
radiación que emana de los isótopos radiactivos del tejido.
Para determinar los lugares donde las proteínas a segregar son
sintetizadas, Palade y Jamieson incubaron placas de tejido pancreático en una
solución que contenía isótopos radioactivos por un breve periodo de tiempo.
Durante ese instante, los aminoácios marcados fueron tomados por las células
vivas e incorporados en sus sistemas metabólicos, lo cual incluía la producción
de enzimas a medida que estas iban siendo producidas por los ribosomas.
A intervalos los tejidos fueron fijados, es decir matar las
células en momentos variantes para poder tener una imagen estática que lo que
sucede a lo largo de una secuencia de tiempo. Usando esta técnica encontraron
que el retículo endoplasmático rugoso era el principal lugar de síntesis de los
péptidos iniciales en la cadena de producción de las enzimas activas. Para
determinar la ruta intracelular los investigadores debían encontrar una forma
de eliminar el esceso de aminoácidos marcados, para esto realizaron una segunda
incubación con aminoácidos no marcados, de forma tal que el retículo
endoplasmático se liberara de los aminoácidos marcados y solo pudiera verse las
zonas en las cuales eran transferidos los péptidos después de un tiempo.
Usando esta técnica fue posible identificar la compleja ruta de
las sustancias a través del sistema de membranas internas. En resumen, hay dos
grandes zonas de membranas, los retículos cercanos al núcleo donde se
sintetizan los péptidos, el aparato de Golgi a medio camino donde se modifican
y maduran los péptidos a las proteínas funcionales o formas semiactivas, y las
vesículas que transportan las sustancias entre las membranas internas y la
membrana externa.
Técnicas empleando isotopos radioactivos han sido abandonadas paulatinamente por los biólogos. Una técnica alternativa requiere crear mutantes transgénicos empleando la inserción de un gen de medusa denominado gen de la proteína verde fluorescente. Esta proteína o por lo menos su dominio activo emite un color verde fluorescente que permite rastrear dicho dominio a medida que se mueve por la célula.
Figura 19. La microscopía de fluoresencia permitió ver cosas que hasta
entonces parecían agua, eran invisibles.
Si se inserta el dominio de gen de la proteína verde fluorescente
en otra proteína, se genera una proteína quimérica que además de sus dominios
nativos posee el dominio de la proteína verde fluorescente, esta proteína
quimérica puede ser seguida de forma dinámica a través del microscopio de
fluorescencia para determinar la ruta de proteínas especificas al interior de
la célula.
Para insertar el gen de la proteína verde fluorescente es
necesario emplear retrovirus que inserten el gen en una posición específica,
uno de estos es el virus de la estomatitis vesicular. Los virus como este son
útiles ya que no solo insertan el gen deseado, sino que también estimulan a que
la célula produzca activamente el gen deseado convirtiéndolas en fábricas muy
eficientes del producto de interés.
Figura 20. Christian René Marie
Joseph de Duve (Thames Ditton, Surrey; 2 de octubre de 1917-Grez-Doiceau,
Bélgica; 4 de mayo de 2013) fue un citólogo y bioquímico inglés. Se le otorgó
el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1974 compartido con Albert Claude y
George Emil Palade por haber descrito la estructura y funciones de los
diferentes orgánulos en el interior de las células.
Aunque las técnicas anteriores permiten seguir la ruta
biosintética, estas no permiten determinar la composición molecular del
sistema de membranas internas. En las décadas de 1950 y 1960 Albert Claude y
Christian De Duve (Figura
20)
propusieron un nuevo método que consistía en el rompimiento de la célula por
homogenización. Cuando una célula se rompe por homogenización las membranas
internas y externa se fragmentan, los fragmentos se fusionan rápidamente entre
sí para formar vesículas de menos de 100 nm de diámetro. Las vesículas
derivadas de diferentes organelos poseen propiedades diferentes, lo cual
permite separarlas y estudiarlas independientemente, lo cual le da el nombre a
la técnica, fracciones subcelulares.
Con el paso del tiempo las técnicas para hacerlo se han
mejorado, pero el principio es el mismo, separar las membranas de diversos
organelos y luego purificar las proteínas que les otorgan sus propiedades
específicas. Cientos de proteínas pueden ser identificadas simultáneamente,
proveyendo información de la composición molecular de cualquier organelo. Un
ejemplo de los resultados que otorga esta técnica es que un simple fagosoma,
que es una vesícula de menor tamaño puede contener más de 160 tipos de
proteínas, muchas de las cuales ni siquiera se conocían antes o se sospechara
siquiera que estuvieran involucradas en la fagocitosis.
El fraccionamiento celular sirve para la anatomía, pero también
para la fisiología, ver de que son capaces las vesículas fraccionadas
representa un sistema celular libre. Cuando se realizaron los procesos, los
investigadores se dieron cuenta de que los sistemas subcelulares aislados aun
eran capaces de realizar actividades muy complejas, que no pueden ser
estudiadas con una sola enzima aislada. Durante la década de 1960 George
Palade, Philip Siekevitz,y sus colegas de la Universidad de Rockefeller
emplearon esta tecnología para estudiar fracciones del retículo endoplasmático,
obteniendo resultados como (1) la identificación de la función de los ribosomas
tanto de forma aislada –síntesis de proteínas liberadas al citosol –como al
interior de la vesícula, donde las proteínas eran almacenadas en el lumen de la
vesícula. Durante las décadas pasadas, la técnica de sistemas celulares libres
ha ayudado a determinar la función de muchas proteínas involucradas en el
tráfico de sustancias entre las membranas por medio de vesículas.
El estudio de mutantes es un clásico en genética molecular, y se
basa en crear mutantes para genes de proteínas que se conocen estructuralmente,
pero cuya función en el todo no es clara. Un mutante en este contexto es un
organismo que genera una proteína que no pliega adecuadamente para realizar su
función, por lo que, al observar el sistema, el mutante revela cual es la
función que tenía al mostrar la carencia de dicha función.
No hay comentarios:
Publicar un comentario