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PROGRAMA DE ACOMPAÑAMIENTO Y ACCESO EFECTIVO A LA EDUCACIÓN SUPERIOR (PACE)

ACOMPAÑAMIENTO EN EDUCACIÓN SUPERIOR (AES)

UNIVERSIDAD CATÓLICA SILVA HENRÍQUEZ (UCSH)

2018

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Presentación

El equipo de Acompañamiento en Educación Superior, 1AES, tiene como propósitos

acompañar y orientar los procesos de inserción universitaria, tanto en lo académico

como en lo psicoafectivo. En ese contexto, ponemos a tu disposición este material

de estudio.

El documento tiene la finalidad de apoyar tu aprendizaje y complementar las

cátedras de biología que estás recibiendo, todo siempre con el objetivo de

potenciar tus talentos y capacidades.

1 El material fue diseñado por la profesora de Biología y Ciencias Naturales, Magíster en Educación, Daniela Latorre,

Ayudante Académica del Programa PACE-UCSH.

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Matriz Extracelular

La mayoría de las células de los organismos pluricelulares se organizan en estructuras cooperativas

denominadas tejidos, por ejemplo el tejido nervioso, muscular, epitelial y conectivo de los vertebrados.

Los tejido no solo están compuestos de células con sus respectivos citoesqueletos, también poseen una

matriz extracelular que las mismas células secretan y que se deposita alrededor de ellas; esta matriz es la

que otorga resistencia a los tejidos de sostén como los huesos o la madera en las plantas. Además

mantiene unidas a las células, aunque estas también pueden adherirse directamente entre sí. Pero, ¿qué

es la Matriz extracelular? Básicamente es un material denso formado a menudo por fibras proteicas

embebidas en un gel de polisacáridos.

Matriz extracelular y tejido conectivo:

Primero debemos tener claro que los componentes de tejidos animales están organizados de muchas

maneras diferentes. En algunos tejidos, como el hueso, los tendones, la matriz extracelular es abundante

y muy importante desde el punto de vista mecánico; en otros tejidos, como el músculo o la epidermis, la

matriz extracelular es escasa y el citoesqueleto de las células soporta la carga mecánica.

Los tejidos conectivos de los animales están compuestos en gran medida por matriz extracelular: Es

importante mencionar que los tejidos conectivos son muy variados. Pueden ser duros y flexibles como es

el caso de los tendones o la dermis de la piel y en otros casos duros y densos como los huesos, algunos

son flexibles y capaces de absorber las tensiones como el cartílago, o blancos y transparentes como el gel

que ocupa el interior del globo ocular. En todos estos ejemplos, la matriz extracelular ocupa el mayor

porcentaje del volumen tisular y las células que producen la matriz se esparcen dentro de ella como pasas

de uva dentro de un budín. En todos estos tejidos, la resistencia a la tensión sea elevada o baja no depende

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de un polisacárido (celulosa), como es el caso de los vegetales, sino de una proteína fibrosa, llamada

colágeno. Los diversos tipos de tejidos deben conectivos deben sus características específicas al tipo de

colágeno que contienen, a su cantidad y, lo más importante, a las otras moléculas que se entremezclan

con el colágeno en proporciones variables. Estas comprenden la proteína elástica “elastina”, que como

su nombre lo indica, confiere la elasticidad a las paredes de los vasos sanguíneos cuando la sangre pasa

por ellos, así como muchos polisacáridos, que describiremos a continuación.

El colágeno aporta la resistencia a la tensión en los tejidos conectivos de los animales: El colágeno se

encuentra en todos los animales multicelulares y de variadas formas. Los colágenos son las proteínas

principales de los huesos los tendones y la piel y constituyen el 25% de la masa proteica presente en los

mamíferos, un porcentaje mayor que el de cualquier otro tipo de proteína.

Estructuralmente hablando, el colágeno es una triple hélice larga y rígida, en la que 3 cadenas

polipeptídicas de colágeno se entrelazan, formando una superhélice similar a una cuerda. A su vez, estas

moléculas se ensamblan y constituyen polímeros ordenados, denominados fibrillas de colágeno, que son

como cables delgados entre 10 a 300 nm de diámetro y muchos micrómetros de longitud; estas fibrillas

pueden empaquetarse unas con otras y formar fibras de colágeno más gruesas. Otras moléculas de

colágeno se ubican en la superficie de las fibrillas y las conectan entre sí y con otros componentes de la

matriz extracelular.

Los fibroblastos y osteoblastos, son células que sintetizan la matriz extracelular e sus respectivos tejidos.

Estas células secretan colágeno y otros componentes orgánicos de la matriz. Casi todas moléculas se

producen dentro de las células y luego son secretadas por exocitosis. Fuera de las células estas moléculas

se ensamblan en grandes cantidades, pero si el ensamblado se produjera en forma prematura, antes de

la secreción, la célula se obstruiría con sus propios productos. Existen unas enzimas conocidas como

precolágeno proteinasas que permiten el ensamblado sólo después de que las moléculas hayan llegado

al espacio extracelular.

Algunas personas tienen un defecto genético en una de estas proteinasas o el precolágeno, lo que

determina que las fibrillas de colágeno no se ensamblen en forma correcta. Como consecuencia de esto,

la piel y varios otros tejidos conectivos tienen menor resistencia a la tensión y una extraordinaria

capacidad de estiramiento.

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Las células en los tejidos deben ser capaces de sintetizar la matriz y también degradarla. Esta capacidad

es esencial para el crecimiento, la reparación y la renovación del tejido; también es importante en los

sitios en los que las células migratorias como los macrófagos deben traspasar el espesor del colágeno y

de otros polímeros de la matriz extracelular. Las proteasas de la matriz participan en el desarrollo de

muchas enfermedades, desde la artritis (en la que contribuyen a la degradación del cartílago en las

articulaciones comprometidas, hasta el cáncer, en el que ayudan a las células neoplásicas a invadir los

tejidos normales.

Las integrinas acoplan la matriz extracelular con el citoesqueleto intracelular: Si las células traccionan la

matriz y se desplazan sobre su superficie, deben ser capaces de adherirse a ella. Las células no se unen de

forma apropiada al colágeno desnudo. La fibronectina, otra proteína de la matriz extracelular, permite la

conexión: una parte de la molécula de fibronectina se une al colágeno mientras que otra parte se une a la

célula.

La célula se adhiere al sitio específico en la fibronectina a través de una proteína receptora, denominada

integrina, que atraviesa la membrana plasmática de la célula. El dominio extracelular (parte estructural

de la proteína) se une a la fibronectina mientras que el dominio intracelular se adhiere a los filamentos

de actina (otra proteína).

Debido a este anclaje, la molécula de integrina transmite la tensión desde la matriz hacia el citoesqueleto

más sólido y resistente. Las integrinas, además forman y rompen adherencias a medida que una célula

avanza lentamente a través de un tejido; la mantiene sujeta a la matriz a su extremo frontal y la libera en

la parte posterior.

Los geles de polisacáridos y proteínas llenan los espacios y resisten la compresión: Mientras que el

colágeno aporta la resistencia a la tensión soportando el estiramiento, un grupo completamente diferente

de macromoléculas presentes en la matriz extracelular de las células animales, cumple una función

complementaria que consiste en resistir la compresión y ocupar los espacios libres. Estas moléculas son

los proteoglucanos, que corresponden a proteínas extracelulares ligadas con una clase especial de

polisacáridos complejos con carga negativa denominados glucosaminoglucanos (GAG). Los

proteoglucanos tienen tamaños, formas y estructuras químicas muy variables. La característica típica es

que muchas cadenas de GAG están unidas con una sola proteína central, que a su vez puede fijarse, en un

extremo a otro GAG y constituir una macromolécula gigante similar a una escobilla para limpiar botellas.

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CITOPLASMA

El citoplasma está formado por el citosol y estructuras

subcelulares rodeadas por una membrana llamadas

organelos. El citosol es un gel acuoso concentrado de

moléculas grandes y pequeñas. Si se quitara la membrana

plasmática de una célula eucarionte y después se

eliminaran todos los orgánulos (orgánelos) rodeados de

membrana, como el núcleo, el RER, REL, el complejo de

Golgi, las mitocondrias, los cloroplastos, etc, quedarían el

citosol. En la mayor parte de las células el citosol es el

compartimento más grande. Contiene una innumerable

cantidad de moléculas grandes y pequeñas tan

estrechamente relacionadas que se comporta más como

un gel acuoso que como una solución líquida. Es el sitio de

muchas reacciones químicas que son fundamentales para

la existencia de la célula. Por ejemplo: en el citosol se producen los primeros pasos de la degradación de

las moléculas de nutrientes, y también es el lugar donde la célula realiza uno de sus procesos de síntesis

esenciales, como la fabricación de proteínas que se lleva a cabo en los Ribosomas.

Citoesqueleto:

Es el responsable de dirigir los movimientos celulares, en sí es una red compleja de filamentos proteicos

que se extiende por todo el citoplasma. Está formado por filamentos delgados de Actina, llamados

“Microfilamentos” que están presentes en todas las células eucariontes, pero que son especialmente

numerosos en las células musculares donde actúan como parte de la maquinaria que genera las fuerzas

contráctiles; presentan un diámetro de 7nm. Los filamentos más gruesos se denominan microtúbulos

porque tienen la forma de tubos huecos diminutos. Durante la división celular, se reorganizan, lo que

impulsa a los pares de cromosomas en direcciones opuestas y en sí a distribuirlos de forma equitativa

entre las células hijas. Están formados por un Dimero de tubulina, un Alfa monómero tubulina y un Beta

monómero tubulina, presentan un diámetro de 25nm. Con un grosos intermedio entre los

microfilamentos y los microtúbulos se encuentran los filamentos intermedios, que otorgan resistencia

mecánica a la célula (presentan un diámetro entre 8 -12 nm). Estos tres tipos de filamentos, junto con

otras proteínas unidas a ellos, forman un sistema de vigas, sogas y motores que guían sus movimientos.

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Dentro de las funciones del citoesqueleto, podemos destacar que gobiernan la organización interna de la

célula, así como sus características externas, es necesario para la célula vegetal como para la célula animal

que se incurva, se estira, nada o se desliza libremente. En ambas células sirve para separar todos sus

componentes internos en dos conjuntos para cada una de las células hijas durante la división celular,

además permite que las células puedan adoptar diferentes formas, interactuar mecánicamente con su

medio extracelular.

A diferencia de nuestro esqueleto, el citoesqueleto, es una estructura sumamente dinámica que se

reorganiza de manera continua a medida que la célula cambia de forma, se divide y responde a su

ambiente, es el responsable directo de los movimientos a gran escala, por ejemplo la contracción de las

células musculares y los cambios de forma celular que se producen durante el desarrollo embrionario. Si

no existiera el citoesqueleto, las heridas nunca cicatrizarían, los músculos serán inútiles y los

espermatozoides jamás alcanzarían al ovocito.

En resumen podemos enfatizar en:

Los filamentos intermedios son resistentes, se asemejan a cuerdas y confieren resistencia a las

células contra la tensión mecánica.

La envoltura nuclear o carioteca está sostenida por una red de filamentos intermedios.

El centrosoma es el principal centro organizador de microtúbulos en las células animales.

Los microtúbulos organizan el interior de la célula.

Los orgánulos (organelos) se desplazan a los largo de los microtúbulos.

Los cilios y los flagelos están formados por microtúbulos.

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Cilios y Flagelos están formados por microtúbulos estables movidos por la dineína.

Los cilios son estructuras piliformes de alrededor de 0, 25 um de diámetro, cubiertas de membrana

plasmática, que parten de la superficie de varios tipos de células eucariontes. Cada cilio contiene una

porción central formada por un haz de microtúbulos estables que crecen a partir de un cuerpo basal

localizado en el citoplasma; el cuerpo basal actúa como centro organizador del cilio.

Los cilios desplazan agua sobre la superficie de una célula o propulsan células aisladas a través de un

medio líquido. Por ejemplo algunos protozoos utilizan cilios para recoger partículas alimenticias y los otros

los emplean como medio de locomoción. En las células epiteliales humanas que tapizan la vía respiratoria,

una enorme cantidad de cilios barre capas de mucus que contienen partículas de polvo atrapadas y células

muertas.

Los flagelos son estructuralmente similares a los cilios, pero mucho más largos, su función es desplazar a

todas las células. Los flagelos propulsan a la célula mediante movimientos ondulatorios repetitivos.

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TABLA RESUMEN DE LOS PRINCIPALES ORGANELOS Y ESTRUCTURAS CELULARES

Estructura u

organelo

Función

Ribosomas Complejo supramolecular suya función es sintetizar proteínas

RER Organelo, que presenta ribosomas adosados a él, por esto se le atribuye

la función de sintetizar proteínas

REL Organelo, cuya función es sintetizar Lípidos

Aparato o

complejo de Golgi

Modificación, distribución y empaquetamiento de proteínas y lípidos sea

para secreción hacia otro organelo

Núcleo Organelo, Contiene el genoma principal, síntesis de ADN y ARN

Mitocondrias Organelo, su función Síntesis de ATP, en el proceso de respiración celular

Cloroplastos Organelo, Realizar el proceso de fotosíntesis

Lisosomas Organelo, Contiene enzimas digestivas cuya función es degradar

organelos y /o células defectuosas

Peroxisomas Organelo, Oxidación de moléculas tóxicas, por ejemplo convierte el

peróxido de hidrogeno en agua y oxígeno molecular.

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CUESTIONARIO

1. ¿Cuáles son los componentes estructurales de la matriz extracelular?

2. ¿Cuál es la función de la matriz extracelular?

3. Si una célula presenta una alta demanda energética, ¿Cuál es el organelo que debiese tener en

mayor proporción?

4. ¿Por qué, el RER, está ubicado al lado del núcleo?

5. ¿Por qué el complejo de Golgi, está ubicado entre los retículos y la membrana plasmática?

6. ¿Cuál es la función de los cilios y los flagelos?

7. ¿Cuáles son los componentes estructurales del citoesqueleto?

8. ¿Cuál es la función del citoesqueleto?

9. Una célula que necesita sintetizar una hormona lipídica, ¿Cuál es el organelo que debiese tener

más desarrollado?

Bibliografía:

Alberts. 2013. Introducción a la Biología Celular. Tercera edición. Editorial Médica Panamericana.