CITOLOGÍA E HISTOLOGÍA VETERINARIA Tema 3. La célula: concepto, generalidades y morfología. Envoltura celular. Concepto, constitución y morfología. Especializaciones de la membrana celular. Modos de unión entre las células. Citoplasma. Concepto y componentes. Matriz citoplasmática. Citoesqueleto. Inclusiones citoplasmáticas. LA CÉLULA EUCARIOTA: CONCEPTO, GENERALIDADES Y MORFOLOGÍA La célula es la unidad morfológica y funcional de los seres vivos. Está delimitada externamente por una delgada membrana (envoltura celular) que la separa del protoplasma, donde se diferencian dos compartimentos: el citoplasma y el núcleo. El núcleo, que contiene la información genética, está separado del resto del citoplasma por la envoltura nuclear, que rodea un espacio denominado carioplasma. El citoplasma está constituido por el hialoplasma, en el que se encuentran inmersos el citoesqueleto, las inclusiones citoplasmáticas y los organoides celulares. Las células procariotas, como las bacterias, carecen de núcleo por lo que el material genético se encuentra inmerso en el citoplasma. Se considera a la célula, rodeada por la envoltura celular, como un sistema de membranas que delimita distintos compartimentos y que se comunican directamente o indirectamente a través del citoplasma, en los que se realizan funciones diversas. La forma de las células es muy variable. En estado libre tiende a adoptar forma esférica, pero generalmente, se encuentran formando asociaciones en los tejidos, dependiendo entonces la forma del tipo de tejido y de su función. Igualmente, el tamafio celular es muy variable, y aunque existen células muy pequefias (4 µm de diámetro) o muy grandes (200 µm de diámetro), el tamafio de la mayoría de las células varía entre 12 y 24 µm de diámetro. No existen grandes diferencias interespecíficas en cuanto al tamafio.
CITOLOGÍA E HISTOLOGÍA VETERINARIA Autores: Antonio Bernabé Salazar, José Antonio Navarro Cámara y Francisco José Pallarés Martínez ENVOLTURA CELULAR 1
2 CITOLOGÍA E HISTOLOGÍA VETERINARIA Es la envuelta que delimita externamente a la célula, que también recibe otros nombres como membrana celular, membrana plasmática, membrana citoplasmática o plasmalema. Su función es conservar la integridad celular, controlar del tráfico de sustancias entre el interior y el exterior, participar en el reconocimiento y adhesión celular y realizar la transferencia de sefiales extracelulares al interior celular. Constitución y morfología La envoltura celular no es observable con el microscopio óptico. Con el microscopio electrónico, se observa generalmente como una linea electrodensa de unos 7,5-8 nm de grosor. Con grandes aumentos, esta linea electrodensa tiene una estructura trilaminar: dos láminas electrodensas (externa e interna) de unos 2-3 nm de espesor, separadas por una lámina adielectrónica de 3-4 nm de grosor. Esta estructura se debe a la disposición de sus componentes: lípidos y proteínas. Los lípidos son fosfolípidos anfipáticos que presentan una cabeza hidrofilica y una cola hidrofóbica y que se disponen en dos capas de manera que las colas hidrofóbicas de cada capa se enfrentan entre sí, constituyendo la lámina adielectrónica, y las cabezas hidrofilicas se sitúan periféricamente, constituyendo las láminas electrodensas externa e interna. Otros lípidos que intervienen en la composición de la membrana son glucolípidos y colesterol. Las proteínas, según su situación en la bicapa lipídica, se clasifican como: Integrales o transmembranosas: están fuertemente unidas a los lípidos y constituyen canales de transporte a través de la bicapa lipídica. Periféricas: asociadas a la capa interna o externa de la membrana y débilmente unidas a los lípidos. Entre las funciones de estas proteínas destacan: - Ser receptores que intervienen en procesos de reconocimiento y adhesión celular
CITOLOGÍA E HISTOLOGÍA VETERINARIA - Transporte de sustancias hacia el exterior o interior celular - Ser enzimas que catalizan reacciones de membrana
3 CITOLOGÍA E HISTOLOGÍA VETERINARIA - Ser receptores que conectan la membrana con el citoesqueleto, con otra célula adyacente o con la matriz extracelular - Forman parte del glucocálix Glucocálix Es una delgada lámina situada sobre la lámina externa de la membrana celular y de espesor variable (5-10 nm). Está particularmente desarrollada en la superficie de las células con gran actividad de absorción, como ocurre en intestino, donde alcanza un grosor de unos 50 nm. Con el microscopio óptico, es PAS positiva por su composición rica en glucoproteínas, y con el microscopio electrónico, tiene aspecto filamentoso. Entre sus funciones destacan su actividad enzimática y su participación en procesos de protección, reconocimiento y adhesión. Intercambios con el medio externo El intercambio de sustancias entre el exterior y el interior de la célula se realiza a través de la envoltura celular, que actúa como una barrera semipermeable, permitiendo el paso de unas sustancias y restringiendo el de otras. Así pues, moléculas pequefias no polares, como el oxígeno, nitrógeno, benceno, agua, urea, glicerol, CO2, etc.) difunden fácilmente, mientras que moléculas polares e iones (azúcares, nucleótidos, vitaminas, etc.) pasan mediante proteínas transportadoras, de manera pasiva, o con gasto de energía mediante degradación de ATP. Unidad de membrana Se corresponde con la estructura trilaminar descrita para la envoltura celular, que es similar para todas las membranas de los componentes celulares, con ligeras diferencias en su grosor y en la proporción de sus componentes. ESPECIALIZACIONES DE LA MEMBRANA CELULAR Muchas de las funciones de las células se realizan a través de la membrana celular, como es el intercambio de sustancias o las relaciones con otras células. Esto, es particularmente evidente en los epitelios de revestimiento donde las células se disponen alrededor de una luz, lo que permite diferenciar en ellas una superficie apical, relacionada con la luz, una superficie lateral, en relación con las células
CITOLOGÍA E HISTOLOGÍA VETERINARIA vecinas, y una superficie basal, que relaciona a las células epiteliales con el tejido
CITOLOGÍA E HISTOLOGÍA VETERINARIA subyacente. Como las funciones que se desarrollan en estos lugares son diferentes, se han desarrollado especializaciones, así como modos específicos de unión entre las células. Especializaciones Entre las especializaciones diferenciamos: Membrana apical: microvellosidades, cilios y estereocilios Membrana lateral: interdigitaciones Membrana basal: invaginaciones Microvellosidades Son especializaciones de la superficie apical cuyas funciones son el aumento de superficie celular y el transporte de sustancias al interior de la célula. Con el microscopio óptico, en aquellos epitelios que tienen muchas, se ve como una capa superficial más refringente. Al presentar un glucocálix muy desarrollado se tiñe con la técnica de PAS. En el intestino se denomina chapa estriada y en el riñón, ribete en cepillo. Con el microscopio electrónico, se ven como evaginaciones de la envoltura celular que delimitan finas prolongaciones citoplasmáticas de 0.5 a 1 µm de longitud y de 80 a 90 nm de diámetro. En el interior contienen numerosos filamentos dispuestos longitudinalmente y constituidos fundamentalmente por actina y otras proteínas asociadas, que se funden con otra red basal de filamentos de actina y filamentos intermedios. Estereocilios Son un tipo especial de microvellosidades, más anchas y largas, que están presentes en epidídimo y en células sensoriales del oído. Cilios 4
5 CITOLOGÍA E HISTOLOGÍA VETERINARIA Son evaginaciones móviles de la membrana superficial con una constitución más compleja formada por microtúbulos y que estudiaremos en el tema correspondiente a las manifestaciones vitales de la célula. Flagelos Son un tipo especial de cilio que aparece en los espermatozoides. Interdigitaciones Son evaginaciones e invaginaciones de la membrana lateral de células vecinas que se complementan, aumentando así la superficie de unión y comunicación entre las células vecinas. Invaginaciones Son invaginaciones de la membrana basal que compartimentan el citoplasma basal y que suelen contener numerosas mitocondrias. Estas invaginaciones provocan un aumento de la superficie basal de aquellas células que participan en el intercambio de iones y agua mediante sistemas de transporte activo, siendo la energía necesaria suministrada por las mitocondrias. Modos de unión entre las células Las células epiteliales se suelen encontrar fuertemente unidas para impedir el paso de sustancias entre ellas. Con el microscopio electrónico se observó, a nivel de la porción apical de la membrana lateral, una estructura compleja que se denominó como complejo de unión o banda de cierre, el cual está formado por tres tipos de uniones diferentes que se disponen sucesivamente y que, desde la porción apical hacia el interior se denominan: zónula ocludens, zónula adherens y mácula adherens o desmosoma. Cada estructura lleva dos nombres uno que hace referencia a la extensión y el otro a la distancia entre las membranas. Segun la extension: - Zónula: banda de 1 µm de ancha que rodea a toda la célula. - Mácula: zona puntual de 1 µm 2.
6 CITOLOGÍA E HISTOLOGÍA VETERINARIA - Fascia: área más extensa e irregular que la mácula. Segun la distancia: - Ocludens: es una unión íntima o estrecha en la que no hay separación entre las membranas al fusionarse las dos capas externas de cada una de ellas, aunque en los lugares donde no hay unión se presenta un espacio entre 10 y 15 nm. - Adherens: en este tipo de unión hay una mayor distancia entre las dos células adyacentes (20-25 nm), y presentan proteínas transmembranosas asociadas a las membranas (cadherina, integrinas) y filamentos anclados. - Gap: son uniones de tipo hendidura o nexo, de manera que aunque la unión parece íntima, el espacio está reducido a 2 nm, apareciendo unidas las membranas puntual y periódicamente. Zónula ocludens Constituye la porción más apical del complejo de unión o banda de cierre, se extiende como una banda de 0,1-0,3 µm de ancha alrededor de toda la célula. Esta estructura muestra unas láminas externas electrodensas que se aproximan, de tal manera que las membranas parecen fundidas, pero esto solamente ocurre en algunos puntos, dando lugar a una línea electrodensa delimitada por dos bandas adielectrónicas junto con las dos electrodensas internas de las respectivas membranas. Esta unión impide el paso de sustancias entre las células, haciendo que éste tenga que realizarse a través de las células, excepto en el caso de algunos iones como el sodio o en situaciones especiales. Zónula adherens Se encuentra en el complejo unión o banda de cierre por debajo de la zónula ocludens, constituyendo una banda alrededor de la célula. En la cara interna de las membranas presenta un material moderadamente electrodenso donde se anclan los filamentos de actina de la red terminal del citoplasma. Mácula adherens También denominada desmosoma, se encuentra por debajo de la zónula
7 CITOLOGÍA E HISTOLOGÍA VETERINARIA adherens y se diferencia de ésta, además de por la extensión, ya que se trata de estructuras puntiformes de aproximadamente 0,5 µm, por la presencia de material electrodenso en el espacio intercelular y porque los filamentos de anclaje son filamentos intermedios (queratinas en las células epiteliales). Con el microscopio óptico, cuando son muy abundantes, se ven como espinas. Hemidesomosas Están constituidos por la mitad de un desmosoma y se localizan entre la membrana basal y el tejido subyacente. Fascia adherens Son desmosomas que ocupan amplias zonas de superficie celular y cuya función es, además de unión entre células, de intercambio iónico. Aparecen en las fibras cardiacas constituyendo, junto con uniones de tipo gap, los discos intercalares del miocardio. Uniones comunicantes o gap junction Son áreas de unión entre células vecinas que parecen uniones íntimas entre las membranas, lo que realmente ocurre es que el espacio intercelular está reducido hasta unos 2 nm. La unión tiene lugar mediante unas estructuras hexagonales formadas por subunidades denominadas conexinas, que dejan un canal hidrófilo entre el citoplasma de ambas células que deja pasar iones y pequefias moléculas como aminoácidos, oligosacáridos, nucleótidos, vitaminas y mensajeros intracelulares (como ocurre en el tejido muscular), lo que permite que exista una comunicación eléctrica y química entre las células. CITOPLASMA Es el espacio, sin estructura aparente, que se extiende entre la membrana celular y la envoltura nuclear y está constituido por una matriz donde se localizan estructuras visibles como el citoesqueleto, las inclusiones citoplasmáticas y los organoides celulares.
CITOLOGÍA E HISTOLOGÍA VETERINARIA Matriz citoplasmática o hialoplasma Se considera como un gel casi líquido que contiene sustancias en disolución como enzimas. De ella dependen las propiedades coloidales de la célula, como las modificaciones en la viscosidad (transformaciones de sol a gel), el movimiento intracelular, la formación del huso mitótico y la división celular. Además, contiene numerosos enzimas responsables de: Biosíntesis de aminoácidos, nuevas enzimas, nucleótidos y ácidos grasos Glucogenogénesis y glucogenolisis Glucolisis anaerobia Múltiples reacciones donde interviene el ARNt, ATP, GTP, AMPc y otros nucleótidos Actúan como tampón que regula el ph Citoesqueleto Es una red tridimensional de finas trabéculas que une todos los componentes de la célula en una unidad funcional y única, fijando así los organoides celulares y favoreciendo los movimientos celulares. Está integrado por microfilamentos, filamentos intermedios y microtúbulos. Microfilamentos En cortes transversales se ven como puntos y en los longitudinales como líneas. Tienen de 4-ó nm de grosor y los más abundante son los de actina, que están constituidos por proteínas globulares (actina G) y a modo de filamentos (actina F), que se localizan sobre todo en las porciones próximas a la membrana celular formando parte del denominado velo terminal. Suelen estar relacionados con el movimiento celular, interactuando con otras proteínas filamentosas (como la de los filamentos de miosina en el músculo). También participan en actividades relacionadas con la membrana celular, como constituyentes de las microvellosidades, zónulas adherens o fascias adherens.
CITOLOGÍA E HISTOLOGÍA VETERINARIA Filamentos intermedios En cortes transversales se ven como puntos y en los longitudinales como líneas. Tienen unos 8-10 nm de grosor y están constituidos por la unión en hélice de proteínas filamentosas. Son característicos de cada estirpe celular: Queratinas de células epiteliales 8
9 CITOLOGÍA E HISTOLOGÍA VETERINARIA Vimentina de células mesenquimatosas Desmina de fibras musculares Neurofilamentos de neuronas Gliofilamentos de células de glía Entre sus funciones destacan el mantenimiento de la estructura tridimensional de la célula, la fijación de los organoides celulares y participar en la reorganización postmitótica. Microtúbulos En los cortes transversales se ven como anillos de 22-25 nm de diámetro y en corte longitudinal como dos líneas paralelas de 5 nm. Cada sección transversal está formada por 13 subunidades globulares de 4-5 nm de diámetro denominadas tubulinas. Existen 2 tipos de tubulinas (a y R), que constituyen dímeros, de forma que la proporción de ambas es similar en todos los microtúbulos. Además, los microtúbulos llevan asociadas unas proteínas que están relacionadas unas de ellas con el ensamblaje de dímeros (Dineinas) para formar microtúbulos y otras con la unión de los microtúbulos entre sí o con otras estructuras del citoesqueleto. Los microtúbulos no se distribuyen al azar en el citoplasma sino que constituyen agrupaciones relacionadas con su función: - Se distribuyen igual que los filamentos intermedios contribuyendo al mantenimiento de la forma celular y fijación de los organoides citoplasmáticos. - Facilitan el transporte de sustancias y estructuras en citoplasma. - Se agrupan para constituir otras estructuras más complejas como los centríolos y los cilios, relacionados con la división y los movimientos celulares, respectivamente. Inclusiones celulares Son estructuras o sustancias almacenadas en el citoplasma, procedentes del metabolismo celular y que generalmente carecen de envuelta.
10 CITOLOGÍA E HISTOLOGÍA VETERINARIA Glucógeno Son hidratos de carbono polimerizados que aparecen habitualmente en células como hepatocitos o fibras musculares. Con el microscopio óptico, y con las técnicas habituales, se ven como espacios claros por ser soluble en agua, por lo que requiere fijación con alcohol y el uso de técnicas especiales de tinción como el carmín de Best, yodo o técnica de PAS. Con el microscopio electrónico, aparecen como acúmulos electrodensos (rosetas de 200 nm) llamados partículas a, formadas a su vez por subunidades de 30 nm denominadas partículas R. Grasas Los lípidos se acumulan en células como adipocitos, hepatocitos o fibras musculares. Para su observación con el microscopio óptico, es necesario fijar las muestras por congelación y utilizar tinciones especiales como sudán negro (negro), sudan III (rojo) o azul de Nilo (grasas complejas de azul y las neutras de rojo). Con la técnica de la hematoxilina-eosina se observan como espacios o vacuolas ópticamente vacíos. Con el microscopio electrónico, se observan como áreas circulares de electrodensidad variable. Proteínas Con el microscopio óptico, se observan como acumulaciones anormales denominadas gotas hialinas, que son acidófilas, homogéneas y refringentes. Con el microscopio electrónico, se ven como estructuras electrodensas amorfas o cristalinas. Pigmentos Son sustancias que tienen coloración propia, por lo que no necesitan estar tefiidas para poder observarse, aunque si pueden utilizarse tinciones especiales para identificar su naturaleza. Pueden clasificarse como exógenos y endógenos. Los exógenos proceden del exterior y penetran en el organismo, como por ejemplo el carbón, el hierro, etc.; los endógenos se originan en el interior del organismo, como por ejemplo la melanina, la hemosiderina o la bilirrubina. Su coloración varía desde el amarillo ocre al negro y su función biológica
CITOLOGÍA E HISTOLOGÍA VETERINARIA puede variar desde protección, como el caso de la melanina en la piel, a ser restos del
11 CITOLOGÍA E HISTOLOGÍA VETERINARIA metabolismo de otras sustancias, como por ejemplo la hemosiderina, que procede del metabolismo de la hemoglobina. Puesto que su presencia está relacionada en muchas ocasiones con trastornos patológicos, serán objeto de estudio de la asignatura de Anatomía Patológica General.