1. Unidad 1:
Integración
célula - organismo

2. Observemos el siguiente video

4. Desarrollo embrionario

5. Organogénesis

6. Diferenciación celular

7. Diferenciación celular
La mayoría de los organismos multicelulares están
formados por grupos de células que presentan
ciertas diferencias y semejanzas entre sí. Las células
que forman la capa superficial de nuestra piel, por
ejemplo, son muy diferentes a las que se encuentran
en los músculos de contracción voluntaria, y estas
son similares, pero no idénticas, a las del músculo
liso presente en órganos que se contraen
involuntariamente. Así, podemos clasificar cada uno
de estos grupos de células como diferentes tipos
celulares.

8. PIEL MÚSCULO ESTRIADO
MÚSCULO LISO

9. Células totipotenciales: Células
troncales.

10. Células totipotenciales: Células
meristemáticas

11. Una célula que es capaz de diferenciarse en
muchos tipos celulares diferentes se denomina
totipotencial. En el caso específico de los
organismos animales, estas células se conocen
como células troncales y, en los vegetales, cómo
células meristemáticas. En los animales, el cigoto
y ciertas células embrionarias son totipotentes.
En las plantas hay muchas células meristemáticas
en los extremos de las raíces y en el ápice de los
brotes, sin embargo, las células diferenciadas
pueden ser inducidas a convertirse en
totipotenciales bajo condiciones experimentales.

12. Células troncales
Estas células mantienen su potencial
proliferativo por períodos indefinidos de
tiempo. Así a partir de ellas se originan
células especializadas no solo durante el
desarrollo embrionario, sino también a los
largo de toda la vida del organismo,
haciendo posible la regeneración y
reparación de tejidos.

13. FIGURA 1:
Etapas en el desarrollo de la
mosca y efecto de mutaciones
en genes que controlan la
localización de estructuras a lo
largo del eje cabeza-cola (genes
homeóticos).

15. FIGURA 2:
Los genes homeóticos
definen el plan corporal en
el eje antero-posterior
(cabeza-cola).

16. Los genes
homeóticos se
distribuyen a lo
largo de un
cromosoma
siguiendo la
orientación de las
regiones
corporales en
donde se
expresan. Esta
característica se
ha conservado y
es evidente tanto
en insectos como
en vertebrados.

17. Genes homeóticos
La localización y formación de la estructura de los
diferentes órganos, proceso denominado
organogénesis, es dirigido principalmente por dos
tipos de genes. El primer grupo determina las
características estructurales de los órganos, mientras
que el otro grupo de genes determina la localización
corporal de los mismos. La determinación de la
localización de las principales regiones corporales
(cabeza, tronco, extremidades, por ejemplo) es otro
importante proceso, el que ocurre incluso antes que
las células se diferencien.

18. Mosca mutante bitorax

19. Mutantes Antennapedia

20. El papel de los genes homeóticos del desarrollo ha sido
estudiado a través de diferentes mutantes de la mosca
Drosophila melanogaster. El mutante bitorax, por
ejemplo, presenta dos tórax y dos partes de alas, en
vez de uno. Los mutantes antepanapedia, por su parte,
presentan patas en vez de antenas en la cabeza. Estos
dos tipos de mutaciones han servido como modelos
para estudiar los genes que controlan la posición de
órganos no solo en Drosophila, sino en otras especies,
incluyendo la especie humana. A los genes que
controlan la posición de los órganos se les ha
denominado genes homeóticos, mientras que a las
mutaciones que afectan a esos genes se les conoce
como mutaciones homeóticas.

21. Los genes homeóticos participan en el control de la posición de
órganos a través del eje anteroposterior, es decir, de cabeza a
cola. La determinación del eje anteroposterior es uno de los
eventos más tempranos del desarrollo, y que guía los restantes
procesos de organogénesis. Los genes homeóticos
corresponden a un grupo de genes que seleccionan la posición
de las estructuras que están formando. Estos genes se expresan
en las regiones corporales que albergarán a los órganos en
formación. Así, en una mosca Drosophila normal, los genes
homeóticos que determinan la posición de las patas se
expresan solo en el tórax. En el mutante antenapedia, en
cambio una mutación causa la expresión de dichos genes
homeóticos en la cabeza. Si bien la formación de patas requiere
la expresión de cientos de genes, una sola mutación afectando
a un gen homeótico puede provocar la drástica modificación
fenotípica observable en estos mutantes.

22. El producto de la expresión de los genes homeóticos son
proteínas que actúan como reguladoras de la expresión
de muchos otros genes. Los genes homeóticos presentan
una región común, incluso entre especies distantes,
denominada caja homeótica, que en la proteína
corresponde a la región denominada homeodominio. Los
homeodominios se unen al ADN en regiones cercanas a
los genes cuya expresión es regulada en el desarrollo,
conocidos como genes subordinados. De esta manera,
las proteínas homeóticas pueden activar o reprimir la
expresión de muchos genes del desarrollo. La
conservación de la caja homeótica entre especies de
insectos y vertebrados sugiere que estos genes han sido
heredados desde un ancestro en común a ambos grupos
de organismos.

23. Los genes homeóticos se organizan en
grupos en el genoma, distribuyéndose a lo
largo de un mismo cromosoma siguiendo
la misma orientación espacial que las
regiones corporales e las cuales se
expresan. Este interesante patrón de
distribución de los genes homeóticos se
encuentra tanto en Drosophila como en
vertebrados.

24. La detección de RNA transcritos muestra
diferencias en la expresión génica en distintos
tipos de célula

25. 1. ¿Qué es la diferenciación celular?
2. ¿Qué es una célula totipotencial?
3. ¿Qué es una célula troncal?
4. ¿Qué es una célula meristemática?
5. ¿Qué son los genes homeóticos?
6. ¿Cómo es posible que la mutación de uno o dos genes
produzca una transformación fenotípica tan notable
como la aparición de un órgano completo en un sitio
que no corresponde?
7. ¿Qué tipo de proteínas codifican los genes
homeóticos?
8. ¿Qué es una caja homeótica? Y ¿Qué son los
homeodominios?

26. Modelos de
diferenciación
celular

28. Los factores determinantes de la diferenciación celular
son, en primer lugar, moléculas conocidas como
determinantes del citoplasma del cigoto (moléculas y
organelos) se encuentran distribuidos de una manera
no homogénea. Al dividirse, el cigoto genera células
que difieren entre sí en la composición citoplasmática,
lo que constituye una primera etapa en la generación
de células diferenciadas. Es decir, las células hijas del
cigoto no son idénticas entre sí. Las diferencias
citoplasmáticas entre estas células iniciales
(blastómeros) determinan diferentes patrones de
expresión génica y cada una célula queda entonces
confinada a una trayectoria específica del desarrollo.

30. Así los determinantes citoplasmáticos
localizados constituyen la primera señal de
diferenciación durante el desarrollo. Estas
primeras señales son luego
complementadas con otros procesos
relacionados con la interacción entre
células vecinas. Uno de estos procesos,
conocido como INDUCCIÓN, ocurre
cuando dos células difieren en su fenotipo
toman contacto.

31. Inductores en la formación del ojo
en vertebrados

32. En el proceso de inducción, una célula
cambia su fenotipo “influenciada” por una
segunda célula, la cual no cambia sus
características. La célula que modifica su
fenotipo se denomina célula
respondedora, y la que causa el cambio,
célula inducidora. Las interacciones de este
tipo de inducción permiten que los grupos
de células vecinas adquieran un patrón de
desarrollo similar y de forma coordinada.

34. La capacidad de una célula de modificar su fenotipo, es decir, de
responder frente a la presencia de una célula inductora se denomina
competencia. La competencia ocurre solo durante ciertas fases del
desarrollo. Evidencias de competencia de este proceso provienen de
experimentos de trasplante de grupos de células desde un tejido a
otro. Por ejemplo, al trasplantar células que dan origen al ojo (células
del primordio óptico) hacia una región diferente del ectodermo, una
de las principales capas embrionarias, se observa formación del
cristalino en la respectiva zona ectodérmica.
Las células respondedoras reciben las señales emitidas por las células
inductoras y así comienzan el proceso de inducción. Estas señales son
moléculas de diferente naturaleza, pero entre las más comunes se
encuentran hormonas, factores de crecimiento y citoquinas. Entre
otros efectos estas moléculas determinan cambios en la producción
de moléculas de adhesión entre células y moléculas de la matriz
extracelular, ambos muy importantes en la formación y en la
determinación de las características de los tejidos.

37. Células
troncales
adultas.
Células
troncales
del
cordón
umbilical.
Derivadas de
blastocistos.

38. Las células troncales corresponden a tres clases
de células: derivadas de blastocistos, células
troncales adultas y células troncales del
cordón umbilical. En los embriones durante su
desarrollo, las células troncales dan origen a
todos los tipos celulares; en el adulto, estas
células troncales dan origen a todos los tipos
celulares; en el estudio, estas células participan
en la mantención de tejidos en renovación (por
ejemplo, la epidermis de la piel o el epitelio que
recubre el tubo digestivo) y en la reparación de
tejidos.

40. Las células troncales pueden ser cultivadas en
condiciones de laboratorio y su diferenciación puede ser
estimulada in vitro, adicionando diferentes moléculas que
actúan como señales de diferenciación. Así, los científicos
frecuentemente obtienen células especializadas, tales
como células musculares o nerviosas, por estimulación in
vitro de cultivos de células troncales. Consecuentemente,
se ha propuesto el uso de células troncales con fines
médicos, para generar tejidos especializados a partir de
muestras de células troncales del propio paciente, o bien
a partir de células troncales de embriones humanos. Este
último enfoque genera polémica debido a las
implicancias éticas de la experimentación con tejidos
embrionarios humanos.

42. En muchos tejidos adultos, la pérdida de
células se compensa a través de la
proliferación de células del mismo tipo
celular ya diferenciadas. Es el caso de los
hepatocitos (células del hígado). No
obstante, en la mayoría de los tejidos, la
recuperación de células troncales que se
encuentran formando parte de dichos
tejidos. Estas células troncales son, muchas
veces, unipotentes en vez de totipotentes o
pluripotentes.

44. En el intestino, por ejemplo, las células troncales se
encuentran en el fondo de las criptas, especie de
cavidades ubicadas entre las vellosidades, formando
parte del tejido epitelial que recubre al intestino. A
medida que las células del extremo superior de las
criptas mueren, estas se desprenden hacia el lumen
del intestino. Al mismo tiempo, las células que se
encuentran más abajo ascienden, reemplazando a las
células perdidas diariamente. Este desplazamiento de
células requiere de la generación de nuevas células
epiteliales intestinales, lo que es llevado a cabo por la
proliferación y posterior diferenciación de células
troncales en células epiteliales diferenciadas.

45. RECEPCIÓN
Y TRADUCCIÓN
DE SEÑALES

47. Señales de proteínas de membrana
Célula productora de la Célula receptora de la
señal señal

48. Las células tienen distintas formas de comunicación,
una de ellas consiste en el intercambio directo de
moléculas entre los citoplasmas de células
adyacentes, debido a la fusión de ambas membranas
plasmáticas en regiones especializadas llamadas
uniones comunicantes, (gap junction).
Otra manera de comunicación celular es mediante la
interacción entre proteínas de membrana de células
adyacentes. En este caso, una proteína ubicada en la
membrana plasmática de otra célula, lo que gatilla
alguna respuesta específica en esta última.

50. Las moléculas señal, también conocidas
ligando, debido a que se “ligan” o unen
específicamente a un receptor en la
membrana plasmática de la célula blanco,
tienen una naturaleza química variada,
pueden ser proteínas, péptidos, aminoácidos,
nucleótidos, lípidos, glucolípidos,
glucoproteínas e incluso gases disueltos,
como el dióxido nítrico liberado por las células
endoteliales de los vasos sanguíneos.

51. Tipos de
señalización
extracelular

52. Señal endocrina

53. Señal endocrina
La célula blanco está ubicada en algún
órgano o tejido alejado de la célula
productora de la molécula señal, por lo cual
esta última debe ser transportada a través
del organismo para llegar a su destino. En
los mamíferos, las hormonas son
transportadas por el torrente sanguíneo
hacia la célula blanco.

54. Señal paracrina

55. Señal paracrina
La molécula señal actúa sobre una célula
blanco cercana a la célula productora. Un
ejemplo de señal paracrina son los
neurotransmisores, moléculas que
participan en la comunicación entre
neuronas y entre una neurona y un
músculo.

56. Señal autocrina

57. Señal autocrina
La molécula señal actúa sobre la misma
célula que la produce. Los factores de
crecimiento son las señales autocrinas que
secretan las células para estimular su
propio crecimiento y proliferación.

58. RECEPTORES

59. Receptores intracelulares

60. Receptores intracelulares
Son proteínas que se ubican en el citoplasma o
en el núcleo. Se unen a moléculas señal
liposolubles que pueden difundirse con facilidad
a través de la membrana plasmática. La unión
entre el receptor y la molécula señal forman un
complejo que interactúa directamente en los
genes, regulando su expresión. Hormonas
lipídicas como la progesterona, el estrógeno y la
testosterona se unen a receptores intracelulares
de la célula blanco.

61. Receptores de superficie celular

62. Receptores de superficie celular
Son proteínas transmembrana ubicadas a lo
largo de la membrana plasmática.
Principalmente fijan moléculas señal
hidrosolubles, es decir, que no pueden
difundirse a través de la membrana de la célula.
Hormonas peptídicas como la insulina,
neurotransmisores y factores de crecimiento se
unen a este tipo de receptores.

63. TRANSDUCCIÓN
DE SEÑALES

64. Receptores asociados a un canal
iónico

65. Receptores asociados a un canal
iónico
Corresponden a proteínas transmembrana que
se organizan en una estructura con forma de
canal que cruza la membrana plasmática y
permiten el flujo de iones a través de ella.
Cuando la molécula señal se une al receptor,
este sufre un cambio conformacional que lo
abre y permite la entrada de iones al
citoplasma.

66. Receptores con actividad
enzimática

67. Receptores con actividad
enzimática
Son proteínas transmembrana que tienen
actividad enzimática en su origen citoplasmática,
que se activa una vez que la señal extracelular se
une al receptor. Por lo general, estos receptores
corresponden a proteínas quinasas, es decir,
enzimas que añaden un grupo fosfato que
extraen del ATP a proteínas, reacción llamada
fosforilación. La fosforilación regula la actividad
de numerosas proteínas celulares, pudiendo
activar o inhibir su función.

68. Receptores asociados a proteína G

69. Receptores asociados a proteína G
Son proteínas transmembrana que en su
porción extracelular se ensamblan a la molécula
señal lo que provoca que su región intracelular
interactúe con una proteína GTPasa o proteína
G. esta proteína, debido a la unión señal-
receptor, sufre un cambio conformacional que
la activa. La proteína G activada, a su vez regula
la actividad de enzimas implicadas en la
generación de segundos mensajeros.

70. Amplificación de las señales
intracelulares

71. Amplificación de las señales
intracelulares
La unión entre una molécula señal y su receptor en la
membrana plasmática gatilla una cascada de reacciones
intracelulares donde participa un numeroso grupo de
proteínas celulares. Estas cascadas consisten en una serie de
reacciones donde el producto de una reacción activa o inhibe
a las enzimas que participan en el paso siguiente. Por
ejemplo, una molécula de proteína G, que a su vez, activa una
enzima. Esta enzima cataliza la formación de muchas
moléculas de segundo grupo de enzimas, las que de esta
forma son activadas. Cada una de las moléculas del segundo
grupo de enzimas cataliza la formación de muchas moléculas
de producto que participan en la respuesta.

72. Actividad
1. Nombra los tipos de señales extracelulares.
2. Explica con tus palabras la señal endocrina.
3. Explica con tus palabras la señal paracrina.
4. Explica con tus palabras la señal autocrina.
5. ¿Qué es un receptor?
6. ¿Qué es un receptor intracelular? Explica con tus palabras.
7. ¿Qué es un receptor de superficie celular? Explica con tus palabras.
8. ¿Qué es un receptor asociado a un canal iónico? Explica con tus
palabras.
9. ¿Qué es un receptor con actividad enzimática? Explica con tus
palabras.
10. ¿Qué es un receptor asociado a la proteína G? Explica con tus palabras.
11. ¿Cómo funciona una amplificación de señales para dar una respuesta?
Explica con tus palabras.

73. RESPUESTAS
CELULARES

75. Todo el proceso de transducción y amplificación de
señales culmina en una respuesta celular
relacionada con el metabolismo, el desarrollo o la
función que desempeña la célula blanco.
Algunas señales extracelulares pueden actuar a
nivel genético regulando la expresión de algunos
genes. Otras señales actúan en el citoplasma o en la
membrana plasmática, controlando la síntesis y
secreción de proteínas, activando o inhibiendo
enzimas, induciendo modificaciones en la
organización del citoesqueleto o gatillando cambios
en la permeabilidad de la membrana plasmática.

76. Anticuerpos
monoclonales

77. Mientras ciertas proteínas se distribuyen de manera
bastante generalizada en todos los tejidos y en varias
estructuras celulares, otras son altamente específicas
en su ubicación, haciéndolo solamente en un tipo de
tejido o en un tipo celular e incluso algunas proteínas
se localizan solo en un organelo de la célula.
Identificar la ubicación de las proteínas permite
muchas veces realizar inferencias respecto de su
función y de sus características biológicas. De ahí que
los biólogos frecuentemente se preguntan acerca de
la localización de una proteína dentro de los tejidos y
dentro de las células.

78. Producción de
anticuerpos
monoclonales a través
de inyección de
antígenos (proteínas en
estudio) en ratón,
fusión de células de
mieloma con células
plasmáticas, cultivo en
medio selectivo (HAT) y
finalmente detección de
hibridomas productores
de anticuerpos contra la
proteína en estudio.

79. Una técnica usada ampliamente para localizar una
proteína corresponde a la inmunolocalización. Esta se
basa en la propiedad natural de los anticuerpos
(inmunoglobulinas) de reconocer y de unirse de forma
bastante específica a moléculas exógenas (antígenos).
Así, frente a cada antígeno, el organismo produce un
anticuerpo específico que reconoce y se acopla a dicha
molécula facilitando su eliminación por parte del
sistema inmune. Los científicos han aprovechado esta
característica natural de los anticuerpos para
desarrollar técnicas de inmunolocalización; entre ellas,
la más usada corresponde a la técnica de localización
por anticuerpos monoclonales.

80. 1. Inmunización
Se inyecta la proteína de estudio a un animal de
laboratorio (usualmente ratones o conejos). De
esta manera los linfocitos B del animal se
activan y comienzan a dividirse y a generar
células plasmáticas capaces de producir
anticuerpos específicos contra la proteína
capaces de producir anticuerpos específicos
contra la proteína inyectada.

81. 2. Producción de hibridomas
Las células plasmáticas son fusionadas con
células tumorales de mieloma –un tipo de
cáncer-, las que se caracterizan por su capacidad
de multiplicarse rápidamente en ciertos medios
de cultivo. Entonces, las células híbridas o
hibridomas resultantes de la fusión de ambos
tipos celulares (células plasmáticas con células
de mieloma) tienen la capacidad de producir los
anticuerpos requeridos y de multiplicarse
rápidamente.

82. 3. Selección de células híbridas
Los hibridomas son cultivados en un medio
especial denominado HAT. En este medio, solo
las células híbridas pueden sobrevivir, por lo
tanto, se eliminan las células tumorales y las
células plasmáticas no fusionadas.

83. 4. Identificación de células productoras
de anticuerpos
Todas las células sobrevivientes en el medio de
cultivo HAT son híbridas, pero solo una pequeña
porción de ellas produce el anticuerpo contra la
proteína en estudio. Para detectar las células
productoras del anticuerpo de interés se utilizan
pruebas bioquímicas. Una vez identificadas, estas
células se aíslan y se mantienen en condiciones de
cultivo que les permitan dividirse y generar clones
de hibridomas que producen todos el mismo
anticuerpo (anticuerpos monoclonales).

84. Solo después del procedimiento anterior es
posible usar los hibridomas como “fabricas” de
anticuerpos contra la proteína en estudio. Así,
los anticuerpos pueden ser aislados y marcados
con una sustancia fluorescente. Al aplicar estos
anticuerpos marcados a muestras de células o
tejidos, es posible detectar la presencia de la
proteína a través del color con el que el
anticuerpo fue marcado. Los anticuerpos se
marcan generalmente con moléculas
fluorescentes, las que pueden visualizarse en
microscopios de fluorescencia.