4.1.3. La membrana plasmática. Transporte celular

Entre las diversas funciones de la membrana celular o plasmática, la más básica es establecer los límites de la célula y mantenerla funcional.
La membrana es permeable de manera selectiva, con lo que algunos elementos pueden entrar y abandonar la célula libremente, mientras que otros requieren de una estructura especializada e incluso de energía para ello.

Entre las vías de transporte que emplea la célula a través de su membrana celular encontramos:

Transporte pasivo

Es un fenómeno que ocurre de manera natural y que no requiere que la célula emplee ningún tipo de energía para lograr el movimiento de las sustancias que atraviesan la membrana plasmática.

En este transporte las sustancias pasan de una zona de más alta concentración a otra de más baja concentración.
Los mecanismos del transporte pasivo se dividen en:

▣      Difusión: en este mecanismo una única sustancia se mueve de un área de alta concentración a otra de menor concentración hasta que ésta se iguala en ambas zonas.
Una variación de la difusión es el proceso de filtración en el que el material se traslada a través de la membrana de acuerdo al gradiente de concentración^[1]. En algunas ocasiones la tasa de difusión se incrementa por la presión causando que las sustancias se filtren más rápidamente. Este es el fenómeno que ocurre en los riñones donde la presión sanguínea fuerza a grandes cantidades de agua y sustancias disueltas en ella (solutos) pasar del torrente sanguíneo a los túbulos renales.

▣      Difusión facilitada: la difusión de las sustancias se lleva a cabo por medio de la membrana plasmática con la ayuda de las proteínas integradas en ella, las cuales actúan como escudos para estas sustancias (iones, moléculas polares) contra las fuerzas repulsivas de la membrana, facilitando su difusión en la célula.

▣      Ósmosis: se trata de un caso especial de difusión en el que en lugar de transportar material, se transporta agua a través de la membrana, siendo ésta la que limita la difusión de solutos en el agua. Este proceso es mediado por unas proteínas específicas denominadas acuaporinas.

Dependiendo de la relación entre la osmolaridad^[2] de una célula y la del fluido extracelular que la contiene, distinguimos tres situaciones:

▣      Soluciones hipotónicas: el fluido extracelular tiene una osmolaridad menor que la del fluido interior de la célula, por lo que el agua penetra en ella.

▣      Soluciones hipertónicas: el fluido extracelular posee una osmolaridad más alta que el citoplasma de la célula, por lo que el agua abandona la célula.

▣      Soluciones isotónicas: tanto la célula como el fluido extracelular tienen la misma osmolaridad. Como consecuencia existe un equilibrio dinámico, es decir, se produce un intercambio constante de agua entre ambas zonas.

Transporte activo

Estos tipos de mecanismos, también denominado bombas, requieren el uso de energía por parte de la célula, normalmente en forma de trifosfato de adenosina (ATP). Este requerimiento energético es necesario, puesto que la sustancia a desplazar lo va a hacer en contra de un gradiente de concentración (es decir, la concentración de la sustancia dentro de la célula es mayor que en el fluido extracelular o viceversa).
Mediante este mecanismo se transportan moléculas de una amplia variedad de tamaños.

En los organismos vivos no solamente existen simples gradientes de concentración de sustancias, sino también un gradiente eléctrico que indica una diferencia de carga a través de la membrana celular.

El interior de la célula es eléctricamente negativo en comparación al fluido extracelular y posee mayor concentración de iones K+ y menor concentración de iones Na+ que él.
Como consecuencia de ello, los gradientes eléctricos y de concentración del Na+ tienden a dirigir este ión hacia el interior de la célula.
La situación es más compleja con los iones de K+, ya que mientras su gradiente eléctrico también tiende estos iones hacia el interior de la célula, su gradiente de concentración los dirige hacia el exterior.

Estos gradientes combinados de concentración y carga eléctrica que afectan a un ión se denominan gradientes electroquímicos.

Una adaptación importante de la membrana para el transporte activo es la presencia de proteínas específicas transportadoras (bombas) que facilitan el desplazamiento de sustancias a ambos lados de la misma. Existen tres tipos de estas proteínas o transportadores:

- Uniportadores: transportan un ión o molécula específico en un solo sentido.
- Simportadores: trasladan dos iones o moléculas diferentes en la misma dirección.
- Antiportadores: también conducen simultáneamente dos iones o moléculas distintas pero en direcciones opuestas.

Transporte activo primario

Funciona con el transporte activo de Na y K y permite que en una etapa posterior ocurra el transporte activo secundario.

Uno de los mecanismos de transporte activo más importante en las células animales es la bomba de Na+ -K+ que mantiene el gradiente electroquímico y las concentraciones adecuadas de Na+ y K+ en las células.
Durante este proceso por cada tres iones de Na+ que se expulsan al exterior de la célula, penetran dos iones de K+, con lo que el interior es ligeramente más negativo que el exterior. Esta diferencia en la carga es importante para crear las condiciones necesarias del segundo proceso.

La bomba de Na-K pertenece a las denominadas bombas electrogénicas, las cuales son bombas iónicas que generan una diferencia de potencial o de carga eléctrica entre ambos lados de la membrana celular.

Transporte activo secundario (Cotransporte)

Mediante este proceso se introducen en la célula iones Na+ y otros compuestos aprovechando el gradiente electroquímico creado en el paso anterior.
En esta clase de transporte activo un soluto que va en contra del gradiente de concentración es cotransportado con otro soluto a favor de su gradiente de concentración.
De este modo, logran entrar en la célula muchas moléculas como la glucosa o los aminoácidos.
Este proceso también se utiliza para el almacenamiento en las mitocondrias de iones de hidrógeno de alta energía para la producción de ATP.

Transporte en masa

Además de pequeñas moléculas e iones, las células también necesitan eliminar y asimilar partículas y moléculas de tamaño superior y para ello van a requerir un aporte energético. Sin embargo, estas moléculas van a ser tan grandes que incluso con la energía suministrada por la célula tampoco conseguirían atravesar la membrana celular.
Por ello, la célula emplea los siguientes mecanismos:

Endocitosis

Es un tipo de transporte activo en el que las partículas, como moléculas de gran tamaño, partes de células e incluso células enteras, son englobadas por invaginación de la membrana plasmática formando una vesícula cuyo contenido es transportado del exterior al interior del citoplasma.

Podemos destacar los siguientes tipos de endocitosis:

▣      Fagocitosis: es el proceso por el que las células o partículas grandes son ingeridas por una célula. Este es el mecanismo empleado por un tipo de glóbulos blancos denominados neutrófilos con el que rodean, envuelven y destruyen los microorganismos que invaden el cuerpo humano.

▣      Pinocitosis: es un tipo de endocitosis en el que la célula capta las moléculas que necesita del fluido extracelular. La membrana plasmática se invagina formando una vesícula alrededor del líquido del medio externo, que es incorporado en la célula y liberado en el citoplasma.
El proceso de maduración del óvulo en el útero se realiza al incorporar por pinocitosis los nutrientes que le ceden las células nodrizas que lo rodean.

▣      Endocitosis mediada por receptor: se emplean proteínas receptoras de la membrana celular que poseen una afinidad específica para unirse a ciertas sustancias.

Algunas enfermedades humanas son causadas por el mal funcionamiento de este mecanismo. Es el caso de la hipercolesterolemia familiar, en la que se carece de los receptores del colesterol malo (LDL) o son defectuosos.

Exocitosis

Proceso inverso a la endocitosis en el que se expulsa material de la célula al medio exterior.
El material de desecho es envuelto con un saco membranoso que se fusiona con la membrana plasmática y posteriormente se abre para liberar su contenido al medio extracelular.
La secreción de neurotransmisores mediante vesículas en la brecha sináptica de las neuronas sigue este mecanismo.

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[1] Diferencia en la concentración de moléculas entre dos regiones.
[2] Describe la concentración total de soluto de una solución.

Fuentes: OpenStax College, Biology. OpenStax College. 30 May 2013.
              http://www.educ.ar/sitios/educar/recursos/ver?id=14378
              http://sevendaysperweek.blogspot.com.es/2015/09/spm-biology-3-movement-of-substances_20.html
              http://cbc.arizona.edu/classes/bioc462/462a/NOTES/LIPIDS/transport.html
              Nelson & Cox, Lehninger Principles of Biochemistry, 3rd ed., 2000
              http://es.slideshare.net/exitoinevitable/clulas-31270712
              https://micro.magnet.fsu.edu/cells/endosomes/endosomes.html

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1.4.2. Normas de buenas prácticas clínicas (BPC)

Según la normativa española y europea todos los ensayos clínicos deben realizarse de acuerdo con las normas de buenas prácticas clínicas (BPC) que constituyen una garantía para la protección del paciente y para los resultados de los ensayos.

Las normas de BPC de la Conferencia Internacional de Harmonización (ICH)^[1] son exigidas por las autoridades europeas desde 1996 y también han sido adoptadas por EEUU y Japón. Son un conjunto de requisitos de calidad científicos y éticos reconocidos a escala internacional que deben cumplirse en la planificación, realización, registro y comunicación de los ensayos clínicos donde participan seres humanos.
Estas normas deben asegurar los derechos, seguridad y bienestar de los sujetos del ensayo y la fiabilidad de los resultados.

Las BPC surgen de la necesidad de conciliar los intereses del sujeto que recibe el tratamiento y el interés de la sociedad en aumentar el conocimiento sobre los medicamentos.

Las partes implicadas en un ensayo clínico son las siguientes:

▣      Promotor: persona jurídica o física interesada en realizar un ensayo clínico y responsable del mismo. Normalmente se trata de una multinacional farmacéutica.

▣      Comités éticos: pertenecen al centro donde se realiza la investigación.

▣      Agencias reguladoras: pertenecen a la Administración.
Estos dos últimos deben aprobar el protocolo y supervisar el desarrollo del ensayo. Las agencias además evalúan los resultados de la investigación para autorizar la posterior comercialización del medicamento.

▣      Investigador: realiza o dirige la investigación del ensayo, suele ser un médico o personal sanitario que evalúa la respuesta del compuesto objeto de estudio.

▣      Monitor: responsable del seguimiento directo de la realización del ensayo. Intermediario entre el promotor y el investigador, debe garantizar la trazabilidad de todo lo acontecido en el ensayo.

▣      Paciente: sujeto participante en la investigación que generalmente padece la enfermedad de interés.

En ocasiones, la gestión y monitorización del ensayo la proporcionan unas empresas denominadas CROs (compañías de investigación por contrato).

Tras la II Guerra Mundial se promulgó el Código de Nuremberg en el que se establecen los principios de investigación clínica en seres humanos y que son:

▣      Autonomía: principio de respeto a los sujetos, tratados como personas autónomas con libre capacidad para decidir si quieren participar en el ensayo clínico.
El consentimiento informado (CI)^[2] firmado por el paciente forma parte del cumplimiento de este principio.

▣      Beneficencia: el médico está obligado a hacer el bien y el bienestar del paciente, así como su máximo beneficio.

▣      No maleficencia: evitar pruebas clínicas perjudiciales para el paciente.

▣      Justicia: los resultados obtenidos deben revertir en las personas que sufran las cargas del ensayo. Por ejemplo, este principio no se cumpliría si un país del tercer mundo, donde se realiza un ensayo, no se beneficiase del tratamiento por el alto coste del mismo.

Fase IV de la investigación clínica

Una vez comercializado el fármaco, se continúa investigando para seguir aumentando el conocimiento acerca de su seguridad y efectividad, identificar nuevos riesgos y reacciones adversas no detectadas en investigaciones previas.
El conjunto de estudios y ensayos controlados y aleatorizados que se llevan a cabo en este punto se denomina fase IV del ensayo clínico.

Los estudios epidemiológicos (observacionales) más frecuentes tras la autorización del fármaco son los de casos y controles y los de cohortes.

Finalmente, existe el programa de notificación de reacciones adversas a medicamentos (RAM), mediante las denominadas tarjetas amarillas, obligatorio para los profesionales médicos y que actualmente también pueden ser cumplimentadas por los pacientes. Estas tarjetas se emplean especialmente cuando el medicamento ha sido recientemente comercializado.

Constan de varios apartados entre los que se encuentran los datos personales del paciente (nombre o iniciales, edad, sexo, peso, altura...), datos de la medicación sospechosa de la reacción adversa, descripción de esa reacción, observaciones adicionales y los datos del notificador (nombre, profesión, centro de trabajo...).

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[1] Armoniza los distintos requerimientos regionales para el registro de productos farmacéuticos.
[2] El sujeto participante en el ensayo es informado a través de este documento en un lenguaje asequible de los pormenores del ensayo, sus ventajas e inconvenientes, pudiendo abandonarlo libremente en cualquier momento.

Fuentes: CEU Universidad San Pablo: Farmacología Básica, 2013.
              http://www.ub.edu/sdm/tertulies/armonizacion_y_ich.pdf
              http://www.ich.org/home.html

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4.1.2. El sistema endomembranoso. El citoesqueleto

El sistema endomembranoso es un grupo de orgánulos y membranas que trabajan conjuntamente para modificar, empaquetar y transportar proteínas y lípidos. Incluye al envoltorio nuclear, lisosomas y vesículas, que ya hemos mencionado en la entrada anterior: “Células procariotas y eucariotas. Sus principales componentes”, el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi.

Retículo endoplasmático

Se trata de una serie de sacos membranosos y túbulos interconectados que de manera colectiva modifican proteínas y sintetizan lípidos. Estas dos funciones se llevan a cabo en dos áreas distintas: el retículo endoplasmático rugoso y el retículo endoplasmático liso.

Retículo endoplasmático rugoso (RER)

Recibe este nombre debido al aspecto que le confiere los ribosomas pegados a su superficie citoplasmática.
Los ribosomas transfieren las proteínas que sintetizan al lumen del RER donde se someten a modificaciones para posteriormente ser incorporadas en la membrana celular o secretadas fuera de la célula a través de vesículas que surgen de la membrana del RER.
Estos procesos ocurren con hormonas, enzimas e incluso algunos fosfolípidos generados por el RER y que van a formar parte de las membranas celulares.
El retículo endoplasmático rugoso se halla de manera abundante en células que segregan una gran cantidad de proteínas como las células hepáticas.

Retículo endoplasmático liso (REL)

El retículo endoplasmático liso es continuo al rugoso con la diferencia de que posee pocos o ningún ribosoma en su superficie citoplasmática.
Entre sus funciones se hallan la síntesis de carbohidratos, lípidos, hormonas esteroideas, desintoxicación de venenos y medicamentos y almacenamiento de iones de calcio.
En las células musculares recibe el nombre de retículo sarcoplasmático (RS) encargado de almacenar iones de calcio necesarios para la contracción de las células musculares.

Aparato de Golgi

Antes de alcanzar su destino las proteínas y lípidos transportados por las vesículas del RE han de ser etiquetadas, clasificadas, empaquetadas y distribuidas. Estas funciones son desempeñadas por el aparato de Golgi que consta de una serie de membranas aplanadas o cisternas.
El lado receptor del aparato de Golgi se denomina cara cis o de entrada y el lado opuesto cara trans o de salida.

A medida que las proteínas y los lípidos viajan a través del aparato de Golgi están sometidas a una serie de modificaciones que permiten clasificarlas. La más habitual de todas ellas es la adición de cadenas cortas de moléculas de azúcar.

Posteriormente, se etiquetan con grupos fosfatos u otras moléculas pequeñas para que sean dirigidas a sus destinos correspondientes.
Finalmente, se empaquetan en vesículas secretoras que surgen de la cara trans del aparato de Golgi. Algunas de ellas se depositan en otras partes de la célula, mientras que otras se fusionan con la membrana celular y liberan su contenido al exterior.

Células como las del sistema inmunitario que segregan anticuerpos se caracterizan por su abundancia en aparatos de Golgi.

Lisosomas

Además de su papel digestivo y de reciclaje de orgánulos, los lisosomas también forman parte del sistema endomembranoso.
Los lisosomas emplean sus enzimas hidrolíticas para destruir patógenos que penetran en la célula.
Un ejemplo de lisosomas lo constituyen un tipo de glóbulos blancos denominados macrófagos, que mediante fagocitosis o endocitosis invagina (pliega y dobla) su membrana celular para envolver y englobar al patógeno, que posteriormente es destruido bajo la acción de las enzimas hidrolíticas de los lisosomas.

EL CITOESQUELETO

Es el conjunto de fibras de proteínas que mantienen la forma de la célula, fijan los orgánulos en posiciones concretas, permite a las vesículas moverse dentro de la célula y posibilita que las células de los organismos multicelulares puedan desplazarse.

Microfilamentos

De los tres tipos de fibras de proteínas del citoesqueleto, los microfilamentos son los más estrechos con un diámetro de alrededor 7 nm.
Consisten en dos hebras entrelazadas de la proteína actina, por lo que también se conocen como filamentos de actina.
Intervienen en procesos que requieren movimiento como la división celular en las células animales. También proporcionan rigidez y forma a la célula.

Filamentos intermedios

Su función es puramente estructural, soportan tensión y fijan el núcleo y otros orgánulos en sus posiciones correspondientes.
Su diámetro se sitúa entre los 8 y los 10 nm y consisten en varias hebras de fibras proteicas enrolladas entre sí.
Los filamentos de queratina son los más conocidos de todos ellos, entre cuyas funciones se encuentran fortalecer las uñas, la epidermis de la piel y el cabello.

Microtúbulos

Entre las actividades más importantes desarrolladas por los microtúbulos encontramos el desplazamiento de los cromosomas replicados a extremos opuestos de la célula durante la división celular. También proporcionan una vía sobre la que se mueven las vesículas en la célula y la ayudan a soportar la compresión.
Son los componentes más grandes del citoesqueleto con un diámetro de 25 nm.

Flagelos y cilios

Los flagelos son apéndices movibles de larga longitud que se extienden desde la membrana plasmática y permiten el desplazamiento de las células que los poseen (p.ej., espermatozoides).

Los cilios, por el contrario, son de corta longitud y se extienden en gran número por toda la superficie de la membrana plasmática.
Al igual que los flagelos posibilitan el traslado de células (paramecios) o sustancias sobre la superficie externa de la célula, como por ejemplo los cilios que recubren las trompas de Falopio que desplazan el óvulo hacia el útero.

CONEXIONES CELULARES

Como puedes imaginar, si las células tienen que trabajar juntas deben comunicarse entre ellas, veamos qué medios y métodos utilizan para ello.

Matriz extracelular de células animales

La matriz extracelular tiene como funciones fundamentales mantener las células unidas para formar un tejido y la comunicación celular en el mismo.
Se compone principalmente de un tipo de proteína denominada colágeno entrelazada con otros tipos de proteínas que contienen carbohidratos (proteoglicanos).

De manera general, la comunicación celular se realiza del siguiente modo:
Las células cuentan con unos receptores en la superficie de sus membranas plasmáticas. Cuando una molécula dentro de la matriz se une al receptor, modifica su estructura molecular. El receptor, a su vez, modifica la conformación de los microfilamentos situados dentro de la membrana. Estos cambios generan señales químicas que alcanzan el núcleo, activando y desactivando la transcripción de secciones específicas del DNA, lo cual afecta la producción de las proteínas asociadas con esa transcripción.

Las células también pueden comunicarse mediante contacto directo a través de las uniones intercelulares formadas por distintos tipos de proteínas. En las células animales estas uniones son de tres clases:

▣      Uniones estrechas u ocluyentes: sellan las membranas plasmáticas de células adyacentes creando una barrera impermeable entre ellas. Forman parte, por ejemplo, de las células epiteliales de la vejiga urinaria. Sus componentes principales son las proteínas claudinas y ocludinas.

▣      Desmosomas: actúan como puntos de soldadura entre las células epiteliales de tejidos y órganos sometidos a contracción como la piel, el corazón y los músculos. Están constituidas por unas proteínas de longitud corta denominadas cadherinas.

▣      Uniones de hendidura: funcionan como poros o canales que permiten el transporte de nutrientes e iones. Son especialmente importantes en el músculo cardíaco, donde posibilitan el paso de la señal eléctrica que contrae el músculo.
Están formadas por un grupo de seis proteínas llamadas conexinas que se disponen en la membrana plasmática en una configuración con forma de dónuts conocida como conexón.

Fuentes: OpenStax College, Biology. OpenStax College. 30 May 2013.
              http://www.oncoursesystems.com/images/user/9341/10845583/rough%20er.bmp
              http://apocketmerlin.tumblr.com/post/14923100822/a-summary-of-the-functions-of-major-eukaryotic
              http://iesicaria.xtec.cat/~SBG/BiologiaCurtis/Seccion%201/1%20-%20Capitulo%205.htm
              https://ohhaitrish.wordpress.com/2012/02/12/unit-one-compilation/

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4.1.1. Células procariotas y eucariotas. Sus principales componentes

Una vez hemos estudiado los distintos tipos de macromoléculas biológicas, las cuales constituyen los principales componentes de la estructura celular, estamos en disposición de abordar un nuevo apartado dentro de esta sección: la biología celular.

Del mismo modo que los ladrillos son los componentes básicos de construcción de un muro, las células son los componentes de construcción de los organismos vivos.

Existe una enorme variedad de células, cada una especializada con una función determinada en el crecimiento, desarrollo y el mantenimiento diario del organismo, pero todas ellas comparten unas características fundamentales.
Entre los diversos tipos de células encontramos las del sistema inmune que nos protegen de infecciones bacterianas, las sanguíneas que transportan oxígeno y nutrientes a todo el organismo o las epiteliales que protegen la superficie del cuerpo y cubren órganos y cavidades corporales.

La célula es considerada la unidad más pequeña de un ser vivo. Cuando varias de ellas del mismo tipo se interconectan compartiendo una función forman un tejido, varios tejidos forman un órgano y varios órganos constituyen un sistema (nervioso, circulatorio, digestivo). Por último, es la unión de varios sistemas que funcionan coordinadamente la que da lugar a un organismo como el ser humano.

Las células se dividen en dos grandes grupos: procariotas y eucariotas. Pero todas ellas poseen cuatro componentes: la membrana plasmática que la protege del exterior, el citoplasma consistente en el citosol con una consistencia gelatinosa sobre el que se encuentran otros componentes celulares, el DNA que contiene la información genética de la célula y los ribosomas que sintetizan proteínas.

En las células procariotas, el organismo (en la mayoría de las ocasiones unicelular) carece de un núcleo, con lo que el DNA se encuentra en la parte central de la célula denominada nucleoide. A esta categoría pertenecen las bacterias y las arqueas^[1].

Por el contrario, las células de protistas^[2], de hongos, plantas y animales son eucariotas, las cuales se diferencian de las anteriores al tener un núcleo que engloba su material genético (DNA) rodeado por una membrana, numerosos orgánulos^[3] limitados por membranas y varios cromosomas en forma de bastón.

Debido al propósito de este blog, me centraré exclusivamente en los componentes y funciones de las células eucariotas y dentro de éstas en las células animales.

La membrana plasmática

Comenzamos el estudio de los distintos componentes de la célula con la membrana plasmática, la cual separa el contenido interior de la célula del ambiente externo.

Consiste en una bicapa lipídica con numerosas proteínas insertadas en ella, que se encarga del control del paso entre el interior y el exterior de la célula de agua, iones, oxígeno, moléculas orgánicas y la eliminación de desechos como el dióxido de carbono y el amoníaco.

Un ejemplo de membranas plasmáticas especializadas en la tarea de absorción lo constituyen las microvellosidades de la pared del intestino delgado, que absorben los nutrientes de la comida digerida. En el caso de los celíacos, el consumo de gluten (proteína hallada en algunos cereales) produce una respuesta inmune que ataca estas células originando malnutrición, dolor abdominal y diarreas.

El citoplasma

El citoplasma es la región comprendida entre las membranas nuclear y plasmática. Posee una consistencia semisólida y gelatinosa que se denomina citosol, en el que se encuentran suspendidos los orgánulos.

También forman parte del citoplasma el citoesqueleto y varias sustancias bioquímicas, aminoácidos, ácidos grasos y nucleicos, polisacáridos, azúcares simples e iones de calcio, sodio y potasio.
En el citoplasma se producen una gran cantidad de reacciones metabólicas como la síntesis de proteínas.

El núcleo

El núcleo es el orgánulo más prominente de la célula, alberga el DNA y dirige la síntesis de proteínas y ribosomas.

Envoltura nuclear

Se trata de una estructura de doble membrana, en la que tanto la membrana interior como la exterior están formadas por bicapas fosfolipídicas (para recordar en qué consisten estas bicapas, visita la entrada: "Lípidos").
Esta estructura cuenta con un conjunto de poros para facilitar el paso del RNA, moléculas e iones entre el citoplasma y el nucleoplasma.
El nucleoplasma es el fluido semisólido que se localiza en el interior de la membrana nuclear donde se encuentran la cromatina y el nucleolo.

Cromosomas y cromatina

Los cromosomas en las células eucariotas son estructuras del interior del núcleo compuestas de DNA y por tanto, del material genético hereditario.
Cada especie eucariota tiene un número determinado de cromosomas en el núcleo de sus células, que en el caso de los humanos es 46 (23 pares).

Los cromosomas sólo son distinguibles cuando la célula está a punto de iniciar el proceso de división celular. Cuando la célula se encuentra en las otras fases de su ciclo vital, los cromosomas se unen a unas proteínas (histonas) formando un complejo con aspecto de una madeja enmarañada conocida como cromatina.
La cromatina describe la materia que compone los cromosomas cuando se hallan tanto en estado condensado como no condensado.

Nucleolo

El nucleolo es aquella parte del núcleo que agrega el RNA ribosómico a ciertas proteínas asociadas para ensamblar las subunidades ribosómicas. Estas subunidades se transportan posteriormente al citoplasma donde se unen y de esta manera es cómo el núcleo realiza una de sus principales funciones, la síntesis de ribosomas.

Ribosomas

Son los orgánulos responsables de la síntesis de proteínas. Se componen de dos subunidades: mayor y menor.
Pueden encontrarse formando grupos o de manera individual junto a la cara citoplasmática de la membrana plasmática, del retículo endoplasmático o pegados a la membrana exterior de la envoltura nuclear.

Los ribosomas reciben la orden por parte del núcleo para producir proteínas mediante el DNA que es transcrito en mRNA y éste llega al ribosoma. Allí, el código proporcionado por las bases nitrogenadas del mRNA es traducido en una serie de aminoácidos de acuerdo a un orden específico y constituyendo asi la proteína requerida.

Los ribosomas van a ser abundantes en aquellas células encargadas de sintetizar grandes cantidades de proteínas, como es el caso de las células pancreáticas encargadas de la producción de varias enzimas digestivas.

Mitocondrias

Las mitocondrias, a menudo denominadas las plantas energéticas de las células, se responsabilizan de la producción de la molécula energética más importante de las células: el ATP (trifosfato de adenosina). Esta molécula se origina durante la respiración celular a partir de la energía química de la glucosa y otros nutrientes. Durante este proceso emplea oxígeno y produce dióxido de carbono como residuo que se expulsa del organismo cuando exhalamos en la respiración pulmonar.

Las mitocondrias tienen forma oval con una doble membrana (bicapa fosfolípídica con proteínas insertadas) y poseen sus propios ribosomas y DNA.
Su capa interna tiene una serie de pliegues llamadas crestas mitocondriales rodeadas por la matriz mitocondrial, ambas con diferentes funciones en la respiración celular.

Peroxisomas

Son orgánulos pequeños, esféricos, rodeados por una membrana monocapa.
Desempeñan reacciones de oxidación que descomponen aminoácidos y ácidos grasos, así como la desintoxicación de los venenos que entran en nuestro organismo.
Por ejemplo, los peroxisomas de las células hepáticas son las encargadas de la desintoxicación del alcohol que consumimos.

Vesículas y vacuolas

Son orgánulos en forma de saco cuya función es el transporte y almacenamiento. Las diferencias entre ambas se encuentra fundamentalmente en sus distintos tamaños (las vacuolas son mayores) y en el hecho de que las membranas de las vesículas pueden fusionarse con la membrana plasmática o con las membranas de otros componentes dentro de las células.

Centrosoma

Es un centro organizador de microtúbulos (COMT) localizados cerca de los núcleos de las células animales.
Constan de dos estructuras perpendiculares entre sí, conocidas como centriolos. Estos centriolos son cilindros de nueve tripletes de microtúbulos cada uno.

El centrosoma se replica antes de comenzar la división celular y los centriolos desplazan los cromosomas duplicados a los polos opuestos de la célula durante la fase de división.

Lisosomas

Son los depósitos de basura de las células animales. Su pH es más ácido que el del citoplasma, lo que favorece que sus enzimas sean más activas y ayuden a la degradación de ácidos nucleicos, lípidos, polisacáridos e incluso el reciclaje de orgánulos que ya no son necesarios para la célula englobándolos y digiriéndolos.

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[1] Microorganismos unicelulares parecidas a las bacterias.
[2] Organismos unicelulares que en ocasiones forman colonias.
[3] Pequeños órganos especializados en funciones celulares, de modo similar a los órganos de nuestro cuerpo.

Fuentes: OpenStax College, Biology. OpenStax College. 30 May 2013.
              http://michelleburden.weebly.com/cell-types-prokaryotes-v-eukaryotes-plant-v-animal.html
              http://cosbiology.pbworks.com/w/page/11556247/Lesson%204-02%20Prokaryotes%20and%20Eukaryotes
              http://ernsstev.com/bilayer-pattern-in-cell-membrane/
              http://www.biologyexams4u.com/2012/11/difference-between-chromatin-and.html#.Vu1BANI7uSp
              http://jptregularbio.pbworks.com/w/page/79985510/Cells
              https://oggisioggino.wordpress.com/2013/11/01/las-celulas-procariotas-y-eucariotas/
              http://www.studyrankers.com/2015/06/cell-the-unit-of-life-class-11th-ncert-solutions.html

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1.4.1. Investigación clínica: Resumen

Aquellos compuestos que han llegado a superar la fase preclínica con buenas perspectivas pasan a investigarse en seres humanos (investigación clínica).
Este tipo de investigación tiene importantes connotaciones de índole científica, ética, social y económica.

En todas las sociedades avanzadas es obligatorio demostrar la eficacia y seguridad de los medicamentos antes de su comercialización, tarea que se lleva a cabo mediante los ensayos clínicos.

El ensayo clínico se define como toda investigación en seres humanos para determinar o confirmar los efectos clínicos, farmacológicos, farmacodinámicos y/o detectar reacciones adversas y/o estudiar la absorción, distribución, metabolismo y excreción de un medicamento con el fin de determinar su seguridad y eficacia.

Los ensayos clínicos se basan en una amplia documentación y regulación tanto nacional como internacional y una serie de códigos éticos, declaraciones y convenios internacionales.

En los últimos cincuenta años se han producido cientos de miles de compuestos, pero tan sólo un 10% de ellos superaron la evaluación clínica e incluso dentro de este grupo algunos fueron retirados tras su comercialización debido a las continuas revaluaciones en su seguridad y eficacia.

La metodología de la investigación clínica puede realizarse de modo:

▣      Experimental: En el ensayo experimental, el investigador diseña el estudio, selecciona los pacientes, establece los tratamientos y variables a analizar.

▣      Observacional: El investigador es mero observador de lo sucedido, sin alterar e intervenir la práctica clínica habitual.

Dentro de los ensayos experimentales encontramos:

▣      Ensayos randomizados en el que los pacientes forman parte de un tratamiento u otro de manera aleatoria. Utilizar el azar para adjudicar los pacientes a un tratamiento determinado es el procedimiento exigido por las agencias reguladoras para así, evitar el sesgo en la interpretación de los datos obtenidos antes de conceder la autorización para la puesta en el mercado del medicamento.

▣      Ensayos no randomizados en los que los pacientes no se distribuyen de manera aleatoria.

Entre los estudios observacionales que se realizan tras la comercialización del fármaco para desarrollar el perfil completo de eficacia y seguridad destacan:

▣      Casos y controles: los participantes se seleccionan en función de que tengan o no una determinada enfermedad y se investiga si estuvieron expuestos o no a una característica de interés, comparando el grupo de expuestos con el grupo de control.

▣      Cohortes: se hace una comparación de la frecuencia de una enfermedad entre dos poblaciones, una expuesta a un factor de riesgo y la otra libre de él.

▣      Transversales: examina la relación entre una enfermedad y una serie de variables en una población determinada y en un momento del tiempo.

Los ensayos clínicos pasan cronológicamente por tres fases hasta la autorización o comercialización del medicamento. Una vez comercializado, se pasa a la fase IV que dura toda la vida útil del medicamento, en la cual puede producirse la retirada del mismo si se detectan características desfavorables desconocidas en las tres fases previas del ensayo. Estos nuevos efectos pueden descubrirse al emplearse el fármaco en un entorno real de práctica clínica administrándose a miles de pacientes.

La eficacia medida en estas condiciones reales de la práctica asistencial se denomina efectividad, diferenciándola de esta manera de la eficacia medida previamente a la distribución del medicamento.

Fuentes: CEU Universidad San Pablo: Farmacología Básica, 2013.
              http://cmidd.northwestern.edu/about/drug-discovery-and-development-process/
              http://indacea.org/desarrollo-de-medicamentos-1/

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3.5. Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos DNA y RNA son las macromoléculas biológicas más importantes para la continuidad de la vida.
La molécula de DNA contiene el material genético de todos los organismos, desde las bacterias hasta los organismos celulares como los mamíferos.

En las células procariotas no se encuentra encerrado dentro del interior de ninguna envoltura membranosa, pero sí en las células eucariotas donde se halla en el núcleo y en algunos orgánulos de la misma.
En este segundo tipo de células, el DNA junto con unas proteínas, denominadas histonas, forma la cromatina que es la sustancia que compone los cromosomas eucarióticos que pueden contener decenas de miles de genes.
El DNA es el encargado de controlar la actividad de la célula, activando y desactivando los genes correspondientes.

El otro tipo de ácido nucleico, el RNA, está relacionado principalmente con la síntesis de proteínas y su regulación mediante la acción de tres tipos diferentes de RNA (rRNA o RNA ribosómico, tRNA o RNA de transferencia y el microRNA). La cuarta categoría de RNA, el mRNA o RNA mensajero, sirve de intermediario para la comunicación entre el DNA y el resto de la célula.

Los nucleótidos son los monómeros de los ácidos nucleicos que al combinarse dan lugar a sus polinucleótidos (DNA y RNA). Cada nucleótido posee tres componentes: una base nitrogenada que se une a una molécula de azúcar (pentosa) que a su vez se une a un grupo fosfato.

Las bases nitrogenadas son moléculas orgánicas que contienen carbono (C) y nitrógeno (N) y se dividen en cinco tipos: adenina (A) y guanina (G) conocidas como purinas que poseen dos anillos fusionados de C-N. La citosina (C), la timina (T) y el uracilo (U) son denominadas pirimidinas con un único anillo C-N.
En ambos tipos de bases nitrogenadas sus anillos C-N se encuentran unidos a diferentes grupos funcionales.

El DNA se encuentra constituido por A, T, G y C, en cambio en el RNA la timina (T) es sustituida por el uracilo (U).

Otra diferencia entre ambos ácidos nucleicos es que la molécula de azúcar del DNA es una desoxirribosa (con un H en su segundo átomo de carbono) y en el RNA se trata de una ribosa (con un grupo hidroxilo en ese segundo átomo).

Los átomos de carbono de la molécula de azúcar se numeran como 1´, 2´, 3´, 4´ y 5´. El residuo fosfato se une al grupo hidroxilo del carbono 5´ de una molécula de azúcar y al carbono 3´ de la molécula de azúcar del siguiente nucleótido, estableciendo un enlace fosfodiéster.

Estructura de doble hélice del DNA

En la estructura de doble hélice del DNA, el azúcar y el fosfato se sitúan en el exterior de la misma, mientras que las bases nitrogenadas se disponen en su interior formando pares, como los escalones de una escalera, unidos por puentes de hidrógeno , de tal modo que la A sólo se puede emparejar con la T y la G con la C. Esta regla se conoce como regla de complementariedad de las bases nitrogenadas.
Cada uno de estos pares está separado por 0.34 nm; ambas hebras corren en direcciones opuestas, estando el carbono 5´ de una de las hebras opuesto al carbono 3´ de la hebra complementaria.

Durante la replicación del DNA, cada una de las cadenas se separa sirviendo de molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria, de modo que cada nueva doble hélice contiene una hebra del DNA original y una nueva hebra sintetizada.

RNA

Normalmente el RNA se compone de una cadena de ribonucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. Estos ribonucleótidos, a su vez, contienen una ribosa (azúcar pentosa), una de la cuatro bases (A, U, G y C) y un grupo fosfato.

El DNA que controla toda la actividad de la célula emplea de los cuatro tipos de RNA al mRNA (RNA mensajero) para transmitir su mensaje.
Así, si una célula requiere cierta proteína, el gen para ello se activa y se sintetiza en el núcleo el mRNA.
Este mRNA tiene una secuencia complementaria a la del DNA del cual ha sido copiado.
El mRNA atraviesa la membrana nuclear, llega al citoplasma y allí interacciona con los ribosomas y otra maquinaria celular.
Para producir la proteína requerida el mRNA es leído en grupos de tres bases nitrogenadas conocidas como codones, donde cada uno de ellos codifica un único aminoácido.

Otro tipo de RNA, el RNA ribosómico (rRNA) se encarga del alineamiento adecuado entre el mRNA y los ribosomas. También posee una actividad enzimática y cataliza la formación de enlaces peptídicos entre dos aminoácidos alineados.

El RNA de transferencia (tRNA) se ocupa de transportar el aminoácido correcto al lugar de la síntesis proteica. El apareamiento entre bases del tRNA y el mRNA permite que el aminoácido apropiado se inserte en la cadena polipeptídica.

Por último, el microRNA (el más pequeño de todos los tipos de RNA) se ocupa de la regulación de la expresión génica al interferir con la expresión de ciertos mensajes del mRNA.

Por tanto, en un organismo la información pasa del DNA al RNA y de éste a las proteínas. Durante la primera etapa (transcripción), el DNA dicta la estructura del mRNA y durante la segunda (traducción) es el RNA el que dicta la estructura de una proteína concreta.
Todo este proceso se conoce como el dogma central de la biología molecular que es válido para todos los organismos vivos, aunque con excepciones relacionadas con las infecciones víricas.

Fuentes: OpenStax College, Biology. OpenStax College. 30 May 2013.
              https://www.windowssearch-exp.com/images/search?q=Antiparallel+DNA+Replication&view=detailv2&&id=CE5B36CC30
              3DB6E9F7C902454DF516328A0882B8&selectedIndex=1&ccid=uEIdkd5u&simid=608029733518446573&thid=OIP.Mb84
              21d91de6e5ee9db88b338c5b77e9aH0&ajaxhist=0
              http://www.scienceprofonline.com/genetics/ribonucleic-acid-rna-structure-and-function.html
              http://guia.bio.br/tag/purinas/
              http://www.discoveryandinnovation.com/BIOL202/notes/lecture12.html
              http://www.ib.bioninja.com.au/standard-level/topic-3-chemicals-of-life/35-transcription-and-transl.html
              http://thelessonlocker.com/kvhs/biology/biology.html

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