Usuario:Martha Corona Tinoco/Taller
pingsjehad COMUNICACIÓN Y DESARROLLO, TOTIPOTENCIALIDAD Y DIFERENCIACIÓN.
Todos los seres vivos tenemos homeostasis, un mecanismo auto regulador que promueve el buen funcionamiento metabólico del organismo. Por supuesto es exclusivo de organismos pluricelulares esta comunicación celular entre ellas, pero en los organismos unicelulares también ocurre el proceso de “mantenerse comunicado”, no necesariamente con otras células sino con el ambiente.
Entonces ¿Cómo sabe el organismo que requiere auto regularse, mantenerse “informado” de lo que hacen las otras células o el medio ambiente?, a ésta interrogante podremos responder en un contexto general así: La comunicación celular es la capacidad de las células para intercambiar información físico química o celular a través de procesos bioquímicos y celulares.
Los organismos unicelulares pueden realizar todas las funciones necesarias para mantener la vida. Por ejemplo, una ameba, organismo unicelular, asimila los nutrientes del medio, se mueve, lleva a cabo las reacciones metabólicas de síntesis y degradación y se reproduce. En los organismos pluricelulares, la situación es mucho más compleja, ya que las diversas funciones celulares se distribuyen entre distintas poblaciones de células, tejidos y órganos. De este modo en un organismo pluricelular, cada célula depende de otras y las influye. Por lo tanto la mayoría de las actividades celulares, solo se desarrollan, si las células involucradas son alcanzadas por estímulos provenientes de otras. Para coordinar todas estas diversas funciones deben existir mecanismos de comunicación intercelular. Cuando una célula recibe un estímulo puede responder con alguna respuesta, dependiendo de las características del estímulo y el tipo de célula receptora del mismo: por ejemplo, se puede diferenciar, reproducir, incorporar o degradar nutrientes, sintetizar, secretar o almacenar distintas sustancias, contraerse, propagar señales o morir.
La comunicación en organismos unicelulares y pluricelulares
Todas las bacterias, hongos microscópicos y protozoarios mantienen la comunicación con su ambiente por medio del ambiente acuoso en que se localizan, el reconocimiento físico químico con la luz, temperatura, concentración, salinidad y acidez provocan su respuesta llamada “taxia” o movimiento a cualquiera de los parámetros citados ( quimiotaxia, fototaxia). La forma en que ocurre es a través de señales que les indican direcciones de desplazamiento de sus flagelos, cilios, pseudópodos. Las “señalizaciones” químicas son péptidos o proteínas que se unen a receptores de membrana, inclusive para la reproducción se han localizado estas proteínas y por ello se considera son análogas a las hormonas en los organismos pluricelulares.
Por su parte los organismos pluricelulares como hongos y algas macroscópicos, plantas y animales, se mantienen comunicados por receptores celulares que reconocen las condiciones físico químicas del entorno. Estas señales del exterior son proteínas llamadas ligandos que realizan su función de tres posibles maneras dependiendo de la célula en que se localiza el contacto celular con el ligando: a) Soluble sí hay hormonas o factor de crecimiento, b) Fijo en otra célula y c) Fijo en la matriz extracelular.
INDUCCIÓN
En la mayoría de los organismos superiores existen dos métodos fundamentales de comunicación intercelular:
Sistema fundado en las neuronas o células nerviosas.
Las neuronas envían mensajes a sus células efectoras (células blanco), que pueden ser células musculares, células glandulares u otras neuronas. Para enviar su mensaje, la neurona libera una sustancia química, llamada neurotransmisor. El neurotransmisor es liberado en sitios específicos de unión llamados sinapsis. Las moléculas de neurotransmisor se unen a receptores, situados en la superficie de la célula blanco, y provocan de esta forma cambios físicos y químicos en la membrana celular y en el interior celular. Por lo tanto diremos que en general, la acción de estimular a las células desde el exterior se llama inducción y se realiza a través de sustancias producidas por células inductoras. La célula que es sensible al inductor se denomina célula inducida, blanco o diana y tiene receptores específicos formados por proteínas o complejos proteicos, que pueden ubicarse en la membrana plasmática, el citoplasma o en el núcleo.
Endocrina: una glándula libera hormonas (inductor) que pueden actuar sobre células u órganos situados en cualquier lugar del cuerpo (células blanco). Por lo tanto podemos decir que células inductoras e inducidas se encuentran distantes. Las glándulas endocrinas liberan hormonas al torrente sanguíneo donde las células o tejidos blanco poseen receptores que reconocen exclusivamente los diferentes tipos de moléculas hormonales. Una célula puede tener distintos tipos de receptores, y así reconocer diferentes hormonas. Ej. Insulina, glucagón, hormonas adenohipofisiarias, etc.
Paracrina: Una célula o un grupo de ellas liberan una hormona que actúa sobre las células adyacentes que presenten el receptor adecuado. De esta forma las células inductora e inducida se encuentran próximas. Ej. Prostaglandinas
Autocrina: Una célula libera una hormona que actúa sobre la misma célula, aquí la célula inductora es la misma de la inducida. Ej. Prostaglandinas.
Neuroendocrina: Una neurona libera su neuro secreción al torrente sanguíneo donde será reconocido por las células inducidas que tenga en receptor adecuado. Ej. Oxitocina, ADH, hormonas liberadoras e inhibidoras hipotalámicas.
Por contacto directo: La hormona o molécula inductora es retenida en la membrana plasmática de la célula inductora, por lo tanto no se secreta. Las células deben ponerse en contacto, para que la sustancia inductora tome contacto con el receptor localizado en la membrana plasmática de la célula inducida. Ejemplo el reconocimiento antígeno-anticuerpo.
Yuxtacrina o gap: Las células conectadas a través del establecimiento de este tipo de uniones firmes, pueden responder de forma coordinada ante un inductor que se une a alguna de las células que están comunicadas. A través de estas uniones pasan pequeñas moléculas como los segundos mensajeros.
Como vemos existen importantes diferencias entre la comunicación hormonal y la nerviosa. Las neuronas tienden a actuar sobre una célula en particular o sobre un grupo de ellas. Generalmente los axones recorren distancias cortas, aunque existen excepciones a esta regla. La comunicación entre neuronas puede desarrollarse en cuestión de milisegundos. Por el contrario, una hormona liberada al torrente sanguíneo por una glándula, puede alcanzar células y tejidos en cualquier parte del cuerpo, siempre que estas tengan el receptor adecuado, además la comunicación hormonal puede prolongarse por espacio de minutos o varias horas.
Debemos recordar que estas moléculas son mensajeros químicos, cuya función es coordinar las respuestas de las distintas poblaciones celulares en un organismo pluricelular. Sin embargo, estos mensajeros químicos no actúan de la misma forma. Por ejemplo las hormonas peptídicas y proteicas debido a su tamaño y polaridad, no pueden atravesar la membrana plasmática y deben unirse a receptores dispersos en la superficie externa de la célula. Estos son los llamados receptores de membrana, que en general son glicoproteicos. Los receptores de membrana detectan la llegada de una hormona y activan una ruta de transmisión de señales intracelular, que en última instancia regula los procesos celulares. Por lo tanto en este caso podemos decir, que la membrana plasmática celular constituye una barrera que se opone al flujo de información. En la membrana plasmática se alojan mecanismos que transducen las señales externas, en otras internas, responsables últimos de la regulación de las funciones celulares. En general vamos a denominar a las señales externas (hormonas), como primeros mensajeros, y a las señales internas como segundos mensajeros. El proceso de generar los segundos mensajeros, depende de una serie de proteínas de la membrana celular. Los segundos mensajeros son en general moléculas de pequeño tamaño, cuya rápida difusión permite que la señal se propague rápidamente por todo el interior celular. El otro tipo de señales extracelulares (inductores) son las hormonas esteroideas y las hormonas tiroideas, que por su naturaleza hidrofóbica (liposoluble), pueden difundir a través de la membrana plasmática, e interactuar directamente con receptores que se encuentran en el interior de la célula, por ejemplo en el citosol . Una vez que el inductor, interactua con el receptor citosólico, formando un complejo Hormona-Receptor, este complejo ingresa al núcleo donde activan genes específicos.
TOTIPOTENCIALIDAD
Los organismos son idénticos genéticamente desde su conformación como cigoto y a lo largo de su vida sin embargo, la lectura del ADN a lo largo del desarrollo y vida del individuo sí varía. Durante la primera etapa de cigoto o formación del individuo (unicelular) la célula que lo conforma tiene la información que teóricamente puede expresar cualquier cualidad, a esta condición la llamamos totipotencialidad.
En los seres vivos unicelulares la capacidad de diferenciarse durante la formación de un nuevo individuo es considerada la totipotencialidad expresada por el organismo. Es decir una célula de protozoario o bacteria tiene la cualidad de dividirse mediante procesos de mitosis o fisión binaria para transformarse en dos células genéticamente idénticas, en otros casos como la gemación la levadura puede formar una célula hija de igual ADN a su progenitora. Esta forma de reproducción sin variación genética ocurre por mitosis, se cree que en la evolución de la vida, los organismos mantuvieron sus linajes y auto perpetuación por éste proceso. Inicialmente empieza con la duplicación del ADN, el alineamiento de los cromosomas en un plano ecuatorial, la migración de las cromátidas llevadas por el huso mitósico y la citocinesis de la célula para transformarse en dos células genéticamente idénticas. Sí bien la variación genética es ausente, la conservación de los individuos y sus descendientes fue fundamental, de ¿Dónde salió entonces la variabilidad en los organismos unicelulares primitivos?, al igual que en los actuales la fuente de variación en la reproducción asexual es la mutación, otra de las fuerzas evolutivas involucradas en el linaje de las especies.
En los organismos pluricelulares la totipotencialidad es más compleja, inicia con la conformación del cigoto producto de la unión entre dos gametos genéticamente diferentes y compatibles para su fecundación de uno en el otro. Desde el momento en que dos gametos unen su material genético para formar un cigoto, la información genética del nuevo organismo está definida, tendrá características de sus progenitores pero combinaciones que lo harán único de entre los demás organismos de su especie.
El proceso celular a través del cual se forma un nuevo individuo es la meiosis, mecanismo genético que promueve la variabilidad. En general es una doble división sucesiva con una sola recombinación genética, que ocurre en las células sexuales o gametos. Durante la primera división meiótica ocurre una sola duplicación del material genético, que produce la reducción del número cromosómico de diploide a haploide, y el reordenamiento del material genético procedente de cada uno de los progenitores. En la segunda división, se separan las dos cromátidas que constituyen cada cromosoma. Como consecuencia de esa doble división se producen 4 células que contienen la mitad del número cromosómico característico de la especie, consideradas células haploides.
Diferenciación celular
En los organismos pluricelulares ocurre la diferenciación del cigoto, en los organismos unicelulares no porque son exclusivos de una célula pero sí hay compartamentalización de las funciones a partir de los organelos celulares. La transformación morfológica y fisiológica de las células vegetales o animales en tejidos adultos o diferenciados constituye el proceso de diferenciación celular. Ésta, y la consecuente especialización de la célula traen consigo la división de trabajo, formando células con funciones específicas. La diferenciación se produce por la activación diferencial de algunos genes y la represión de otros.
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Los organismos pluricelulares del reino Animalia como el humano, se forman a partir de un cigoto que a las 24 horas produce la primera división celular. En sus primeras divisiones celulares, el DNA del cigoto tiene la peculiaridad de permanecer puro, sin plegamientos. Por tanto, si separáramos artificialmente las dos primeras células del cigoto bicelular, comprobaríamos que cada célula generaría un embrión.
Estas células del embrión en sus fases iniciales se llaman células totipotenciales, es decir, que pueden dar lugar a todo un individuo.
Pluripotenciales
A medida que el embrión sigue su desarrollo y se van produciendo más divisiones celulares, las células embrionarias se van diferenciando hacia funciones y estirpes celulares determinados. Esta diferenciación se consigue a través de los plegamientos en el DNA celular, que dejan ilegibles los genes que no va a necesitar expresar esa célula. De esta forma, cuando el embrión ya está en fase de blastocisto (7-14 días postfecundación), si extrajéramos artificialmente las células de su Masa Celular Interna y las cultiváramos, nunca darían lugar a un embrión completo, sino a estirpes celulares determinadas por los genes que en ese momento se pueden leer.
Estas células que tienen capacidad para dar lugar a cualquier estirpe celular, pero no a un embrión completo, las denominamos células pluripotenciales, células madre embrionarias o Stem Cell Embrionarias. En las sucesivas divisiones, la célula madre embrionaria va perdiendo su capacidad de dar lugar a todos los distintos tejidos, al tiempo que empiezan a diferenciarse o especializarse hacia un tejido u otro tipo celular.
Las células en su desarrollo poseen dos cualidades básicas: La pluripotencialidad y la diferenciación, que son antagónicas porque la presencia de una evita la expresión de la otra es decir, cuanto más pluripotencialidad posee una célula, menos grado de diferenciación puede tener y viceversa. La pluripotencialidad, propia de la célula inmadura o indiferenciada, es la capacidad de una célula para convertirse en todas las posibles estirpes celulares. La diferenciación sin embargo es la cualidad por la cual la célula adquiere ya una especialización dentro de un tipo celular concreto que le hace no poder convertirse en otro tipo celular distinto. En el embrión existen gran cantidad de células pluripotenciales que se multiplican a gran velocidad para ir dando lugar a las diferentes partes y órganos del individuo. A medida que proliferan esas células, se van diversificando hacia un órgano y otro corporal, produciéndose la especialización. Hacia el 3 mes de gestación, el embrión humano termina la etapa de organogénesis, la mayor parte de sus células ya se hallan diferenciadas según el tipo celular que se necesita para cada órgano. Tras el nacimiento, prácticamente todos los tejidos, sobre todo aquellos que más se renuevan, conservan una cantidad pequeña variable de células pluripotenciales capaces de multiplicarse y poder así proporcionar células con el fin de renovar y reparar los tejidos en los que residen. Esas células formadoras de múltiples células hijas, que están programadas para regenerar el tejido donde residen, se llaman células multipotenciales y son otro tipo de células madre, progenitoras o stem cells. Multipotenciales
La multipotencialidad se define como la capacidad de generar células, pero sólo del tipo celular del tejido al que pertenecen o residen. Estas células existen, y están presentes en la mayoría de los órganos de la economía corporal del adulto, y conviviendo en su órgano con el resto de las células diferenciadas, tiene una propiedad única: dar lugar a los distintos tipos celulares que componen el órgano en el que residen con el fin, por ejemplo, de renovar las poblaciones de células que van envejeciendo.
Vamos a ilustrar este fenómeno con un ejemplo. El corazón está compuesto por millones de células de distintas estirpes: células musculares, células endoteliales de revestimiento de los vasos del corazón, células de conducción del impulso nervioso. Muchas de esas células citadas, no pueden dividirse, y si se llegaran a dividir, sólo darían lugar a células iguales a ellas. Ahora bien, se ha descubierto recientemente que existen células en el corazón –células madre cardíacas-, que conviviendo con las antes citadas, tienen la capacidad de dividirse y dar lugar a células de las tres estirpes citadas. Algunos autores han llamado a estas células madre de adulto, células madre órgano-específicas, para diferenciarlas de las embrionarias. En el caso que se produzca un infarto de pequeño tamaño, esas células pueden cubrir esa zona infartada con células cardíacas y endoteliales generadas por ellas. Estas células madres también se han encontrado en muchos otros órganos: cerebro, hígado, piel, retina, médula ósea. La capacidad de estas células madre de adulto para regenerar zonas dañadas es muy limitada, y se ciñe sólo a zonas de pequeños infartos. Grandes áreas de infarto no son susceptibles de ser regeneradas por estas células. El órgano en el que mejor se conocen ésta funciones es la médula ósea, como una fuente inagotable para la regeneración de las poblaciones celulares de la sangre que incluyen al sistema inmunológico.
En plantas
En los organismos del Reino Plantae durante la diferenciación celular ocurren alteraciones en el contenido celular, visibles en las vacuolas, plástidos alteraciones profundas del protoplasma o desaparición del mismo. En ocasiones los cambios ocurren desde la estructura de las paredes celulares variando el espesor y la composición química, o por desaparición de porciones de los vasos. Estas modificaciones provocan que los espacios intercelulares tengan formación esquizógena o lisígena. En el primer caso se disuelve la laminilla media en los ángulos y aristas de las células, lo que provoca que las células contiguas se separen en dichos lugares formando los espacios intercelulares o meatos, que pueden ensancharse por división de las células contiguas y formar cámaras mayores. Cuando hay formación lisígena los huecos en los tejidos se originan por ruptura de las células o disolución de las paredes celulares.
El resultado de estos eventos son las variaciones en el crecimiento de la célula vegetal, decimos que el crecimiento es simplástico cuando crecen al mismo tiempo las células vecinas. Por el contrario el crecimiento intrusivo típico de las fibras y traqueidas es asincrónico con las células vecinas, cuando el elemento se abre camino entre ellas; las paredes de las células contiguas se separan como durante la formación de espacios intercelulares. Los plasmodesmos que existían desaparecen y generalmente no se establecen nuevas conexiones intercelulares en las porciones celulares que crecen intrusivamente.
Las células vegetales adultas pueden tener desdiferenciación aunque hayan alcanzado especialización y estabilidad fisiológica, sí las necesidades orgánicas lo requieren pueden recobrar su actividad meristemática cuando son adecuadamente estimuladas. Ocurre naturalmente en las plantas cuando se originan los meristemos secundarios. Por ejemplo, el felógeno, meristemo encargado de la formación de los tejidos de protección secundarios, se origina por desdiferenciación de células epidérmicas y/o subepidérmicas.
LA FECUNDACIÓN Y EL DESARROLLO No siempre existe unión de gametos en la reproducción sexual, aunque es el mecanismo de reproducción más habitual. La fecundación es la unión de un espermatozoide y un óvulo. La célula formada tras la fecundación tendrá un proceso denominado embriogénesis que consiste en la formación del embrión.
La fecundación origina la célula huevo o cigoto. Mediante un complejo proceso de divisiones mitóticas, llamado desarrollo embrionario o embriogénesis que formará el nuevo individuo.
Segmentación: el cigoto se divide varias veces, formando una estructura llamada mórula. El proceso de formación de la mórula se realiza por sucesivas divisiones mitóticas. Las células formadas son totipotenciales y se llaman blastómeros.
Blastulación: Las células de la mórula continúan dividiéndose y migran hacia el exterior, formando una única capa celular que envuelve un hueco interior llamado blastocele. La estructura formada se denomina blástula.
Gastrulación: Las células de la blástula continúan su división. En un punto concreto, las células se dividen a distinto ritmo, originando una cavidad hacia el interior de la blástula. La estructura formada se denomina gástrula y la cavidad interior, arquénteron, que se abre al exterior por un orificio denominado blastoporo. Así, las células que tapizan el arquénteron pertenecen a la hoja embrionaria denominada endodermo y las células de fuera pertenecen al ectodermo. La gástrula se origina de distinto modo, según el tipo de animal.
En animales triblásticos, todavía en la fase de gástrulación, se origina una nueva hoja embrionaria denominada mesodermo, localizada entre el endodermo y el ectodermo. La forma de originar el mesodermo varía según el tipo de animal. A veces, el mesodermo contiene una cavidad interior, denominada celoma. Los animales que poseen esta cavidad reciben el nombre de celomados.
Organogénesis: es la fase en la que se van a formar los distintos tejidos y órganos que conformarán el animal. Dependiendo del animal, esta fase puede llegar a ser muy compleja. Las primeras células que segregan de la MCI (masa celular interna) forman el hipoblasto que da lugar al endodermo extraembrionario. El resto de la MCI dará el epiblasto que da lugar a las células endodérmicas, ectodérmicas y mesodérmicas.
Dentro de los primeros diecisiete días del estado embrionario se desarrollan tres capas germinales: Endodermo, Mesodermo y Ectodermo, a partir de las cuales se originan todos los tejidos y órganos. Cuando un feto se desarrolla durante la fase embrionaria (ontogénesis), el organismo que crece pasa a través de todas las etapas de la evolución a una velocidad muy acelerada (filogénesis). Durante este viaje a través de la evolución - desde una criatura unicelular hasta un ser humano completo - las tres capas germinales dirigen paso a paso el desarrollo del organismo entero.
La mayoría de nuestros órganos, el colon notablemente, emanan solo de una de las tres capas germinales; otros como el corazón, el hígado, el páncreas o la vejiga están hechos de diferentes partes derivadas de diferentes capas germinales.
ENDODERMO: (Capa Germinal Interna) se desarrollada durante el periodo evolutivo más temprano, en un tiempo en el que los organismos todavía vivían en un ambiente acuoso. Naturalmente el endodermo es también la primera capa germinal del periodo embrionario. Siendo la primera capa, el endodermo forma los órganos más antiguos. Este da origen a la submucosa de todo el canal alimentario, desde la boca hasta el recto, al recubrimiento interno de la próstata, al útero (sin el cérvix) y a las tubas uterinas. Los núcleos de los nervios acústicos, la glándula tiroides, los túbulos colectores del riñón, los alvéolos pulmonares y el hígado también derivan del endodermo.
MESODERMO: (Capa Germinal Media) está dividido en un grupo más antiguo y en uno más joven. Después de que nuestros ancestros evolutivos dejaron el ambiente acuoso, la piel, derivada del mesodermo, ha sido el órgano que mejor protege de la radiación solar excesiva y de la deshidratación, la pleura (piel en el pecho), el peritoneo (piel en la cavidad estomacal) así como el pericardio (piel alrededor del corazón).
ECTODERMO (Capa Germinal Externa) es la capa germinal más joven en la evolución. Con el tiempo la piel de abajo resultó insuficiente, una respuesta adaptativa eficiente es la piel del corium. La nueva capa de piel está formada de células de epitelio escamoso. Los órganos y tejidos que se derivan del ectodermo son: la epidermis (piel exterior), la membrana mucosa de la faringe (incluyendo la boca y la nariz), los conductos faríngeos, la laringe, el esófago superior, los bronquios, el recubrimiento de los conductos lactíferos, la curvatura menor del estómago, los conductos biliares del hígado, la vesícula biliar, los conductos pancreáticos, la vejiga urinaria, la uretra y la pelvis renal, el cérvix, y la parte más distal del recto. Las células escamosas también cubren las paredes internas de las arterias y venas coronarias. Otros tejidos que pertenecen al ectodermo son la retina de los ojos y el esmalte de los dientes.
Fuentes consultadas:
Mesografía
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Audesirk, T., et. al., 2008. Biología. Ciencia y naturaleza. Ed. Pearson Prentice Hall, México. 712 pags.
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