1. - ... , ji , LE .G ES~ """, 2. ex o as e I 3. .------, . Segunda edicin I LESllE P. GARTNER, Ph.D. JAMES lo HIATT, Ph. D. Associate Professor of Anatomy Department of Oral and Craniofacial Biological Sciences Baltimore Collage of Dental Surgery Dental School Associate Professor of Anatomy, Retired Department of Oral and Craniofacial Biological Sciences University of Maryland Baltimore, Maryland Traduccin: Baltimore Collage of Dental Surgery Dental School University of Maryland Baltimore, Maryland Dr. Jorge Orizaga S. Revisin tcnica: M. en e N. Teresa 1. Fortoul Van der Coes Dra. Patricia Bizarro N. M. en e Laura Coln B. BiL Irma E. Lpez M. BiL Ivonne C. Snchez C. Dr. Rodrigo Vzquez F. McGraw-Hill Interanlericana HEALTIiCARE GROUP MEXICO AUCKLAND BOGOTA CARACAS LISBOA LO NDRES MADRID . MlLAN . MONTREAL NUEVA DELHI NUEVA YORK SAN FRANCISCO SAN JUAN SINGAPUR SIDNEY TORONTO 4. NOTA La medicina es una ciencia en constante desarrollo. Conforme surjan nuevos conocimientos, se requerirn cambios de la teraputica. El (los) autor(es) y los editores se han esforzado para que los cuadros de dosificacin medicamentosa sean precisos y acordes con lo establecido en la fecha de publicacin. Sin embargo, ante los posibles errores humanos y cambios en la medicina, ni los editores ni cualquier otra persona que haya participado en la preparacin de la obra garantizan que la informacin contenida en ella sea precisa o completa, tampoco son responsables de errores u omisiones, ni de los resultados que con dicha informacin se obtengan. Convendra recurrir a otras fuentes de datos, por ejemplo, y de manera particular, habr que consultar la hoja informativa que se adjunta con cada medicamento, para tener certeza de que la informacin de esta obra es precisa y no se han introducido cambios en la dosis recomendada o en las contraindicaciones para su administracin. Esto es de particular importancia con respecto a frmacos nuevos o de uso no frecuente. Tambin deber consultarse a los laboratorios para recabar informacin sobre los valores normales. TEXTO ATLAS DE HISTOLOGIA Prohibida la reproduccin total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin autorizacin escrita del editor. D E HECHOS HESEHVADOS 2002, respecto a la segunda edicin en espaol por, McGRAW-T-IILL INTERAMERICANA EDITORES, S.A. de C.V, A subsidieuy of The McGraw-Hill Companies. Cedro Nm. ,512, Col. Atlampa, Delegacin Cuauhtmoc, 064.50 Mxico, D.F. Miembro de la Cmara Nadonal de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Nm. 736 ISBN: 970-10-3728-6 Translated from the second English edition 01" Color Textbook of Histology, by Leslie P. Gartner, James L. Hiatt Copyright 2001, Pllblished by W.B. Sallnders Company A Harcourt Health Sciences Company The Curtis Center Independence Square vVest Philadelphia, Pennsylvania 19106 Al! rights reserved ISBN 0-7216-8806-3(Edicin original) 1234.567890 hllpreso en RR DONNELLEY 09876.543102 Printed in Chile 5. A mi esposa Roseann, mi hija jennifer, y mi madre Mary. L.P.G. A mis nietos Natl~an David, james Mallary, Hanna Elisabeth, Alexandm Renate y Eric james. J.L.H. 6. Siempre es muy satisfactorio publicar una nueva edicin de un libro, en especial de uno tan bien aceptado no slo en su idioma original sino tambin en sus diversas traducciones. La histologa, como tema, se encuentra en el cruce entre la anatoma macroscpica y la fisiologa, y acta como un elemento integral entre ellas. Conforme nuestros conoci- mientos en biologa progresaron, se desarrollaron nuevas disciplinas, como las biologas celular y molecular, que ejercen un gran impacto en el cmulo de conocimientos de la histologa, que se expande para incorporar vastas cantidades de informacin recin descubierta. En la preparacin de la edicin actual buscamos a travs de la mltiple informacin que inunda los campos de la biologa celular y molecular, y revisamos la mayor parte de los captulos del libro con el fin de reflejar conceptos actuales en estos campos, de manera especfica en su apli- cacin al estudio de la histologa. An as, al mismo tiempo trabajamos para presentar el material en forma concisa, de modo que se ajuste al reducido tiempo curricular actual que la mayor parte de las escuelas de medicina y odontologa asigna al estudio de la histologa. Tambin aadimos nuevo material ilustrativo en forma de dibujos a todo color y fotomicrografas, as como micro- grafas electrnicas de barrido y transmisin con objeto de continuar ayudando al estudiante a correlacionar la informacin que obtiene en las secciones didctica y de laboratorio del curso. Otro cambio didctico que observarn quienes utilizaron la edicin anterior es la adicin de un resumen corto al inicio de cada seccin, que destaca de manera sucinta la informacin que se presenta en ese segmento del captulo. Ms an, ajustamos el tamao final Pre acio del libro para que el estudiante lo manipule en forma ms conveniente y cmoda. Como en la primera edicin, trabajamos para que este libro sea legible y proporcione la informacin de manera tan eficiente como sea posible al presentar muchos de los esquemas en forma didctica. Gran parte de la informacin se resume en cuadros para promover la adquisicin de los conocimientos. Con frecuencia el texto se interrumpe por insertos resumidos que no slo organizan aspectos importantes de la histologa funcional sino que tambin ponen en alerta al lector respecto a su relevancia. Los trminos importantes se presentan en negritas tanto para dirigir la atencin a ellos como para permitir que el estu- diante que se prepara para exmenes los revise con rapidez. Por ltimo, en la totalidad del texto el lector encontrar correlaciones clnicas que se insertan en recuadros e ilustran la importancia de la histologa para los estudiantes de las profesiones de la salud. Creemos que estas caractersticas ayudarn a resaltar el dogma importante de la histologa de los das modernos: que la estructura y la funcin se relacionan de manera estrecha. Aunque hicimos todo lo posible por presentar una descripcin completa y precisa del tema, reconocemos que en cualquier labor de esta magnitud hay omisiones y errores. Por consiguiente, continuamos alentando y acogiendo con mucho gusto las sugerencias, los consejos y las crticas que facilitarn mejorar este texto. LESLIE P. GARTNER JAMES L. HIATT IX 7. A~ra Deseamos agradecer a las personas siguientes la ayuda y apoyo que nos proporcionaron en la preparacin de este libro. En la University of Maryland, gracias en especial al doctor William A. Falkler, Jr., por la revisin del captulo referente al sistema linfoide; al doctor Norman F. Capra por revisar la seccin de huso muscular, y a la sefiorita Jennifer P. Bassiur, estudiante de odontologa del tercer afio, por sus sugerencias que contribuyeron a mejorar la presentacin de este material. Agradecemos verdaderamente al doctor James C. Hus- ton y en especial al doctor Paul May por proporcionarnos una extensa lista de sugerencias para mejorar los materiales de texto e ilustrativos. Tambin deseamos agradecer a los doctores Robert A. Bloodgood, Fadhil Al-Lami y Nicholas A. Chiaia sus valiosos comentarios dirigidos a sus respectivos campos de experiencia. ecimientos Como la histologa es un tema visual, es imprescindi- ble contar con ilustraciones grficas excelentes. Por esta razn estamos en deuda con Todd Smith por su atencin cuidadosa a los detalles al revisar las ilustraciones de la primera edicin y crear nuevas figuras. Tambin agrade- cemos a nuestros mltiples colegas de todo el mundo y a sus respectivos editores que nos permitieron genero- samente tomar prestados materiales ilustrativos de sus publicaciones. Por ltimo, damos las gracias al equipo de proyectos de W.B. Saunders por toda su ayuda, en particular a WiUiam R. Schmitt, Editor en Jefe, Textos Mdicos; Carol Robins, Supervisora de Correctores; EUen ZanoUe, Disefiadora; Natalie Ware, Jefa de Produccin; Peg Shaw, Ilustrador Especialista y, sobre todo, a nuestra Editora de Desarrollo, Deborah Thorp. XI 8. 1 Introduccin a la histologa y tcnicas histolgicas bsicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 Citoplasma.......................... 11 3 Ncleo ............................ . 49 4 Matriz extracelular ..... . ........ .... . 69 5 Epitelio y glndulas . ...... .. ... ... .... 83 6 Tejido conectivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 7 Cartlago y hueso 127 8 Msculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 9 Tejido nervioso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 1O Sangre y hemopoyesis ................ 213 11 Sistema circulatorio .................. 243 12 Sistema linfoide (inmunitario) .. . ...... 263 Conteni o 13 Sistema endocrino ................... 289 14 Sistema tegumentario .......... . ..... 311 15 Sistema respiratorio ................. 329 16 Sistema digestivo: cavidad bucal ....... 351 17 Sistema digestivo: conducto alimentario . . 363 18 Sistema digestivo: glndulas ........... 393 19 Sistema urinario .. ........ . ......... 415 2O Sistema reproductor femenino ... .. .... 439 21 Sistema reproductor masculino . .... .... 463 22 Sentidos especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485 Indice alfabtico ................ .... 511 ..VII 9. . ./ ucclon aIntro tcnicas Histologa es la rama de la anatoma que estudia los tejidos de animales y plantas. Sin embargo, este libro de texto slo describe los tejidos animales, de manera especfica los humanos. En su aspecto ms amplio, la palabra histologa se emplea como sinnimo de anatoma microscpica, ya que su materia no slo incluye la estructura microscpica de los tejidos sino tambin la de la clula, rganos y sistemas. Es necesario comprender que el cuerpo est compuesto de clulas, matriz intercelular y una sustancia lquida, el lquido extracelular (lquido tisular), que impregna estos componentes. El lquido extracelular, que deriva del plasma sanguneo, transporta nutrientes, oxgeno y molculas de sealamiento a las clulas del cuerpo. Por el contrario, las molculas de sealamiento, los productos de desecho y el dixido de carbono que liberan las clulas del organismo llegan a la sangre y los vasos linfticos a travs del lquido extracelular. Este ltimo y tambin gran parte de la matriz intercelular no se observan en preparaciones histolgicas de rutina; empero, es necesario que el estudiante de histologa reconozca su presencia invisible. El objeto de la histologa ya no aborda simplemente la estructura del cuerpo, sino tambin su funcionamiento. En realidad, la histologa guarda una relacin directa con otras disciplinas y es esencial para comprenderlas. Por esta razn, este libro de texto entrelaza la biologa celular, bioqumica, fisiologa y, segn sea apropiado, la patologa. Los estudiantes reconocern la importancia de este objetivo en cuanto se remitan al texto ms adelante en su carrera. Un excelente ejemplo de esta relacin se advertir cuando el lector conozca la histologa del rin y observe su intrincada estructura (hasta el nivel molecular), en la que reside la capacidad de este rgano para realizar su funcin. Las alteraciones de la estructura renal dan lugar a un gran nmero de trastornos que ponen en peligro la vida. . El resto de este captulo analiza 10$ mtodos que aplican los histlogos para estudiar la anatoma microscpica del cuerpo. a isto o"""a isto icas>- ./ . aSlcas MICROSCOPIA DE LUZ Preparacin de los tejidos Los pasos necesarios para la preparacin de tejidos para microscopia de luz incluyen a) fijacin, b) deshidratacin y aclaramiento, c) inclusin, d) corte y e) montaje y tincin de los cortes. Se han desarrollado diversas tcnicas para preparar los tejidos con el fin de estudiarlos, de tal manera que semejen cuanto ms su estado natural en vivo. Las etapas incluidas son fijacin, deshidratacin y aclaramiento, inclusin en un medio estable, seccin en cortes delgados para poderlos observar mediante transiluminacin, montaje en una superficie para facilitar su manipulacin y tincin para diferenciar los diversos componentes tisulares y celu- lares. Fijacin La fijacin se refiere al tratamiento del tejido con sustancias qumicas que no slo retardan las alteraciones tisulares subsecuentes a la muerte (o despus de su remo- cin del organismo) sino que tambin conservan su confi- guracin normal. Los agentes para fijacin usados ms a menudo en microscopia de luz son formalina amortiguada y fijador de Bouin. Estas dos sustancias permiten el entrecruzamiento de las protenas y por tanto conservan una imagen del tejido similar al vivo. Deshidratacin y aclaramiento Debido a que una gran parte del tejido est constituida por agua, se aplica una serie gradual de baos de alcohol iniciando con alcohol al 50% y alcanzando de manera 1 10. 2 Introduccin a la histologa y tcnicas histolgicas bsicas paulatina el alcohol al 100% para eliminar el agua (deshi- dratacin). A continuacin, el tejido se trata con xileno, una sustancia qumica que es miscible con parafina fundida. Este proceso se conoce como aclaramiento, ya que el tejido se torna transparente en xileno. Inclusin Con objeto de distinguir entre s las clulas superpuestas en un tejido y la matriz extracelular, el histlogo debe incluir los tejidos en un medio apropiado y a continuacin seccionarlos en cortes delgados. Para la microscopia de luz, el medio habitual de inclusin es la parafina. Se coloca el tejido en un recipiente adecuado con parafina fundida hasta que se inflltra por completo. Una vez que se impregna el tejido con parafina, se coloca en un receptculo pequeo, recubierto con parafina fundida y se deja endurecer para formar un bloque de parafina que incluya al tejido. Seccin Una vez que se rebajan los bloques de tejido para eliminar el material de inclusin redundante, se montan para seccionarlos. Esta labor se lleva a cabo mediante un micrtomo, un aparato equipado con una hoja y un brazo que desciende en el bloque de tejido en incrementos especficos iguales. Para la microscopia de luz, el grosor de cada corte flucta entre 5 y 10 pm. Tambin es posible efectuar los cortes en especmenes congelados, sea en nitrgeno lquido o en un portamuestras para congelacin rpida en un cristato. Estos cortes se montan con un medio para montaje de congelacin rpida y se seccionan a temperaturas inferiores a cero mediante una hoja de acero enfriada con anterioridad. Los cortes se colocan en portaobjetos de vidrio previamente enfriados, se permite que alcancen la temperatura ambiente y se tien despus con colorantes especficos (o se tratan para estudios histoqumicos o inmunocitoqumicos). Montaje y tincin Los cortes de parafina se montan (colocan) en portaobjetos de vidrio y a continuacin se tien mediante colorantes hidroso/ubles que permiten diferenciar los diversos componentes celulares. Los cortes para microscopia de luz convencional, sec- cionados mediante hojas de acero inoxidable, se montan en portaobjetos de vidrio recubiertos con un adhesivo. Debido a que muchos constituyentes de los tejidos tienen casi las mismas densidades ptimas, deben teirse para la microscopia de luz. La tincin para microscopia de luz se llev a cabo principalmente con colorantes hidrosolubles. En consecuencia, primero es necesario eliminar la parafina del corte, despus de lo cual se rehidrata y ti'ie el tejido. Una vez teido, se deshidrata el corte de nueva cuenta de tal manera que pueda fijarse de modo permanente el cubreobjetos con un medio adecuado para montaje. El cubreobjetos no slo protege el tejido de algn dao sino que tambin se requiere para observar el corte con el microscopio. Aunque existen varios tipos de colorantes para observar los mltiples componentes de clulas y tejidos, pueden agruparse en tres clases: Colorantes que diferencian los componentes cidos y bsicos de la clula Colorantes especializados que distinguen los compo- nentes fibrosos de la matriz extracelular Sales metlicas que se precipitan en los tejidos y forman depsitos de metales en ellos Los colorantes empleados con ms frecuencia en his- tologa son hematoxilina y eosina (H y E). La hema- toxilina es una base que tie de manera preferencial los componentes cidos de la clula de un color azuloso. Puesto que casi todos los componentes cidos son cido desoxirribonucleico (DNA) y cido ribonucleico (RNA), el ncleo y las regiones del citoplasma ricas en ribosoma se tien de color azul oscuro; estos elementos se denominan basoflicos. La eosina es un cido que tie los componentes bsicos de la clula de color rosado. Debido a que muchos constituyentes del citoplasma tienen un pH bsico, las regiones del citoplasma se tien de color rosa; se dice que estos elementos son acidfllos. Tambin se usan muchos otros colorantes en la preparacin de especmenes para estudio histolgico (cuadro 1-1). Las molculas de algunos colorantes, como el azul de toluidina, se polimerizan entre s cuando se exponen a concentraciones altas de polianiones en el tejido. Estos agregados son de un color diferente al de sus molculas individuales. Por ejemplo, el azul de toluidina tie de azul los tejidos, excepto los que son ricos en palianiones (p. ej., matriz de cartlago y grnulos de clulas cebadas), que se tien de color prpura. Se dice que un tejido o un componente celular que se tie de color prpura es metacromtico y que el azul de toluidina muestra metacromaSIa. Microscopia de luz Los microscopios compuestos estn constituidos por una disposicin especifica de lentes que permiten una gran amplificacin y una buena resolucin de los tejidos observados. En el microscopio de luz actual se utiliza una disposicin especfica de grupos de lentes que amplifican una imagen (fig. 1-1). Como resultado del uso de ms de una lente simple, este instrumento se conoce como un microscopio compuesto. La fuente de luz es una bombilla elctrica con un filamento de tungsteno cuya luz se rene en un haz enfocado por la lente condensadora. El haz de luz se localiza abajo y se enfoca en el espci- men. La luz que pasa a travs de este ltimo penetra en una de las lentes del objetivo; estas lentes estn asentadas en 11. Cuadro 1-1. Colorantes y reacciones histolgicas comunes Reactivo Hematoxilina Eosina Tricrmica de Masson Colorante de orcena para fibras elsticas Colorante Weigert para fibras elsticas Tinciones argnticas Hematoxilina frrica Acido perydico de Schiff Colorantes de Wright )' Giemsa Resultado A;:;ul: ncleo; regiones cidas del citoplasma; matriz de cartlago Rosa: regiones bsicas del citoplasma; fibras de col- gena A;:;ul oscuro: ncleo; rojo: msculo, queratina, cito- plasma A;:;ul claro: mucingeno, colgena Pardo: fibras elsticas A;:;ul: fibras elsticas Negro. fibras reticulares Negro: estriaciones de msculo, ncleos, eritro- citos Magenta: molculas ricas en glucgeno)' carbohi- dratos Se utiliza para tinciones diferenciales de clulas hemticas Rosa: eritrocitos, grnulos de eosinfilos PrJtlm: ncleos de leuco- citos, grnulos basfilos A;:;ul: citoplasma de mono- citos)' linfocitos una torreta movible localizada justo arriba del espcimen. Por lo general se dispone de cuatro lentes objetivos en una torreta, que proporcionan amplificaciones baja, media, alta y con aceite. En la mayor parte de los microscopios las tres primeras lentes suelen amplificar, cuatro, 10 y 40 veces, respectivamente, y se utilizan sin aceite; la lente para aceite amplifica la imagen 100 veces. La imagen de las lentes del objetivo se rene y las lentes del ocular la amplifican de manera adicional. Es- tas lentes aumentan la imagen en un factor de 10 - para amplificaciones totales de 40, 100, 400 Y1 000 y enfocan la imagen resultante en la retina del ojo. El enfocamiento de la imagen se realiza mediante perillas indentadas que mueven las lentes del objetivo hacia arriba y abajo sobre el espcimen. La perilla de enfoque amplio las mueve en incrementos mayores que la perilla Introduccin a la histologa y tcnicas histolgicas bsicas 3 de enfoque fino. Resulta de inters que la imagen que se proyecta en la retina est invertida de derecha a izquierda y al revs. La calidad de una imagen no slo depende de la capa- cidad de una lente para amplificar sino tambin de su resolucin -la capacidad de la lente para mostrar que dos objetos distintos estn separados por una distancia. La calidad de una lente depende de qu tan cerca se aproxima su resolucin al lmite terico de 0.2.5 pm, una restriccin determinada por la longitud de onda de la luz visible. Existen varios tipos de microscopios de luz, que se diferencian por el tipo de luz que utilizan como fuente luminosa y la forma en que la emplean. Sin embargo, la mayora de los estudiantes de histologa deben reconocer slo las imgenes obtenidas de los microscopios de luz compuesto, electrnico de transmisin y electrnico de barrido; en consecuencia, no se comentan aqu los otros tipos de microscopios. Tcnicas de imgenes digitales En las tcnicas de imgenes digitales se emplea una computadora para capturar y manipular imgenes histolgicas. El advenimiento de la computadora proporcion un medio para capturar imgenes en forma digital, sin utilizar una pelcula. Aunque este mtodo de captura de imgenes an no puede competir con la tecnologa flmica, tiene muchas ventajas que la constituyen en una herramienta valiosa, por ejemplo: Observacin inmediata de la imagen adquirida Modificacin digital de la imagen Capacidad para realzar la imagen mediante el uso de programas de computadora disponibles en el comer- . ClO Adems, debido a que estas imgenes se guardan en un formato digital, es posible archivar cientos de ellas en un solo disco CD-ROM Ysu recuperacin es casi instantnea. Por ltimo, su forma digital hace posible la transmisin electrnica de estas imgenes mediante correo electrnico o su distribucin a travs de Internet. Interpretacin de cortes microscpicos Una de las habilidades ms difciles, fru strantes y demoradas en histologa es la de aprender a interpretar un corte bidimensional como si fuera tridimensional. Si se imagina una manguera para el jardn, como en la figura 1-2, y a continuacin se practican cortes delgados, se torna obvio que el objeto tridimensional no necesariamente se distingue de cualquiera otra de las representaciones bidimensionales. Sin embargo, observando todos los cortes extrados de la manguera arrollada, es posible reconstruir mentalmente la imagen tridimensional. 12. 4 Introduccin a la histologa y tcnicas histolgicas bsicas Lmpara Imagen en el ojo , ' , ' , ', , ;:;----Lente condensador Lente de proyeccin Imagen en la pantalla de Ctodo - - - - - - Anodo Ventana para observacin Espcimen Imagen en la pantalla de observacin Pantalla de televisin Microscopio de luz Microscopio electrnico de transmisin Microscopio electrnico de barrido Fig. 1-1. Comparacin de los microscopios de luz, electrnico de transmisin y electrnico de barrido. Procedimientos avanzados de observacin Histoquimica La histoqumica es un mtodo de tincin de tejidos que proporciona informacin sobre la presencia y localizacin de macromolculas intracelulares y extracelulares. Es posible localizar los constituyentes qumicos espec- ficos de tejidos y clulas por los mtodos de histoqumica y citoqumica. Estos mtodos aprovechan la actividad enzimtica, reactividad qumica y otros fenmenos fisico- qumicos relacionados con el elemento en cuestin. Las reacciones de inters se tornan evidentes mediante la formacin de un precipitado insoluble que toma cierto color. Con frecuencia, la histoqumica se efecta en tejidos congelados y puede aplicarse tanto en la microscopia de luz como en la electrnica. En una reaccin histoqumica se utiliza el reactivo cido perydico de Schiff (PAS ), que forma un precipitado de color magenta con molculas ricas en glucgeno y carbohidratos. Para asegurar que la reaccin sea especfica del glucgeno, los cortes consecutivos se tratan con ami- lasa. Por consiguiente, los cortes no tratados con amilasa muestran un depsito magenta, en tanto que en los cortes tratados no se observa tincin en la misma regin. Aunque es posible localizar enzimas mediante proce- dimientos histoqumicos, se observa el producto de la reaccin enzimtica y no la enzima en s misma. El reactivo est diseado de tal manera que el producto se precipita en el sitio de la reaccin y se reconoce como un depsito metlico o de color. Inmunocitoqumica En la inmunocitoqumica se utilizan anticuerpos marcados con fluorescena y antianticuerpos para identificar una localizacin intracelular y extracelular de las macromolculas ms precisa de la que es posible con la histoqumica. Aunque los procedimientos histoqumicos permiten ubicar relativamente bien ciertas enzimas y macromolculas en clulas y tejidos, es posible obtener una localizacin ms exacta con la inmunocitoqumica. Este procedimiento exige desarrollar un anticuerpo contra la macromolcula particular a localizar y marcar el anticuerpo con un colo- rante fluorescente (fluorescena o rodamina). Existen dos mtodos de marcado con anticuerpo: directo e indirecto. En el mtodo directo (fig. 1-3) se marca el anticuerpo contra la macromolcula con un colorante fluorescente. A continuacin se permite que reaccione el anticuerpo con la macromolcula y puede 13. Fig. 1-2. La histologa exige la reconstruc- cin mental de imgenes bidimensionales en una slida tridimensional a partir de la cual se cortaron. En este diagrama se seccion un tubo curvo en varios planos para ilustrar la relacin entre una serie de cortes bidimen- sionales y la estructura tridimensional. Corte transversal Corte oblicuo c:I t c ) I I ~ ~ e ) observarse el complejo resultante con un microscopio de fluorescencia (fig. 1-4). En el mtodo indirecto (fig. 1-3) se prepara un anti- cuerpo marcado con fluorescencia contra el anticuerpo primario especfico para la macromolcula de inters. Una vez que reacciona el anticuerpo primario con el antgeno, se lava la preparacin para eliminar el anticuerpo primario no unido; en seguida se aade el anticuerpo marcado y reacciona con el complejo antgeno-anticuerpo origi- nal, con lo cual se forma un complejo secundario visi- ble con microscopia de fluorescencia (fig. 1-5). El mtodo Anticuerpo fluoresceinado Antgeno Introduccin a la histologa y tcnicas histolgicas bsicas 5 ~I :; c ) :CC ~I e :> Diagrama que muestra los diferentes aspectos de cortes a travs de un tubo curvo en diferentes niveles e e ) Corte longitudinal - - - - - - - - ~ -- 'e ) indirecto es ms sensible que el directo porque se unen mltiples antianticuerpos marcados con el anticuerpo pri- mario, cuya observacin es ms fcil. Adems, el mtodo indirecto no requiere marcar el anticuerpo primario, que muchas veces slo se encuentra disponible en cantidades limitadas . La inmunocitoqumica puede utilizarse con especme- nes para microscopia electrnica si se marca el anticuerpo con ferritina, una molcula densa en electrones, en lugar de un colorante fluorescente. El marcado con ferritina puede aplicarse en los mtodos directo e indirecto. Antianticuerpo fluoresceinado adicionado r- r ""Anticuerpo Antgeno r ~ Fig. 1-3. Mtodos de inmunohistoqumica directo e indirecto. l;;quie-rda. Se marca un anticuerpo contra el antgeno con un colorante fluorescente y se obselva con un microscopio de Auorescencia. La fluorescencia se identific slo en donde se localizaba el anticuerpo. Derecha. Se preparan anticuerpos marcados con fluo- rescencia contra un anticuerpo que reacciona con un antgeno particular. Cuando se obser- van mediante microscopia de fluorescencia, la regin que fluoresce representa el sitio del anticuerpo. ~__~=-_~___-.:.:~t--- Corte de tejido '~f; . . +-- - -- Lavado Directo Indirecto 14. 6 Introduccin a la histologa y tcnicas histolgicas bsicas Fig. 1-4. Ejemplo de inmunocitoqumica directa. Se tiferon inmuno- lgicamente neuronas cultivadas de un ganglio cervical superior de rata con anticuerpo marcado con fluorescencia especfico para el receptor de insulina. Las reas brillantes corresponden a los sitios en los que se uni el anticuerpo a receptores de insulina. El patrn de tincin indica que los receptores estn localizados en todo el citoplasma del soma y las prolongaciones pero no en el ncleo. (Tomado de James S, Patel, N, Thomas P, Burnstock G: Immunocytochemical localisation of insulin receptors on rat superior cervical ganglion neurons in dissociated cell culture. JAnat 182:95-100, 1993.) Autorradiografa La autorra diogra fa es un mtodo en el que se incorporan istopos radiactivos en macromolculas, que a continuacin se observan con el uso de una pelcula de emulsin superpuesta. La autorradiografa (radioautografa) es un mtodo particularmente til para localizar e investigar una secuen- cia temporal especfica de fenmenos. El mtodo exige incorporar un istopo radiactivo casi siempre tritio (3H) en el compuesto estudiado (fig. 1-6). Un ejemplo es el empleo de un aminocido tritiado para observar la sntesis y agrupamiento de protenas. Despus de inyectar el compuesto radiomarcado en un animal se obtienen especmenes de tejido a intervalos de tiempo seleccionados. Se procesa el tejido en la forma usual y se coloca en un portaobjetos de vidrio; sin embargo, en lugar de sellar el tejido con un cubreobjetos, se aplica sobre l una capa delgada de emulsin fotogrfica. Se coloca el tejido en una caja oscura durante unos cuantos das o semanas, durante los cuales las partculas emitidas del istopo radiactivo exponen la emulsin sobre los sitios celulares en los que se localiza el istopo. Se revela y fija la emulsin mediante tcnicas fotogrficas y se dejan pequeos grnulos de plata sobre las porciones expuestas de la emulsin. A continuacin se sella el espcimen con un cubreobjetos y se observa con un microscopio de luz. Los grnulos de plata se hallan sobre las regiones del espcimen que incorpor el compuesto radiactivo. Se usa una autorradiografa para vigilar el tiempo de incorporacin de prolina tritiada en la membrana basal subyacente a clulas endodrmicas del saco vitelino (fig. 1-6). Se ha empleado una adaptacin del mtodo de auto- radiografa de la microscopia electrnica para demostrar que la prolina tritiada aparece primero en el citosol de las clulas endodrmicas, se desplaza a continuacin al retculo endoplsmico rugoso, despus al aparato de Golgi, Fig. 1-5. Inmunocitoqumica indirecta. Se prepararon anticuerpos fluorescentes contra anticuerpos primarios contra colgena de tipo IV para demostrar la presencia de una lmina basal continua en la interfaz entre acumulaciones de clulas malignas y el tejido conectivo circundante. (Tomado de Kopf-Maier P, Schroter-Kermani C: Distribution 01' type VII collage in xenografted human carcinomas. Cell Tissue Res 272:395-405, 1993. Copyright Springer-Verlag. ) 15. a continuacin hacia vesculas y por ltimo a la matriz extracelular (fig. 1-7). De esta forma se demostr visual- mente la secuencia de fenmenos que tiene lugar en la sntesis de colgena de tipo IV -la protena principal en la lmina densa de la lmina basal. MICROSCOPIA ELECTRONICA El uso de electrones como fuente de luz en la microscopia electrnica permite lograr una amplificacin y resolucin mucho mayores que las obtenidas con la microscopia de luz. En los microscopios de luz, las lentes pticas enfocan luz visible (un haz de fotones ). En los microscopios elec- trnicos, los electromagnetos tienen la funcin de enfocar un rayo de electrones. Debido a que la longitud de onda de un rayo de electrones es mucho ms corta que la de la luz visible, los microscopios electrnicos son en teora capaces de obtener la resolucin de dos objetos separados por 0.005 nm. Sin embargo, en la prctica la resolucin del microscopio electrnico de transmisin (MET) es alrededor de 0.2 nm, an ms de 1 000 veces mayor que la resolucin del microscopio de luz compuesto. La resolucin del microscopio electrnico de barrido (MEB) se aproxima a 10 nm, considerablemente menor respecto de los instrumentos de transmisin. Ms an, los microscopios electrnicos modernos pueden amplificar un objeto hasta 150 000 veces; esta amplificacin es lo bastante potente para observar macromolculas individuales como DNA y miosina. Microscopia electrnica de transmisin En la microscopia electrnica de transmisin se utilizan cortes mucho ms delgados, en comparacin con 105 de la microscopia de luz, para teir 105 tejidos y se requieren tcnicas de precipitado de metales pesados en lugar de colorantes hidrosolubles. La preparacin de especmenes de tejido para micros- copia electrnica de transmisin incluye las mismas etapas bsicas que las de la microscopia de luz. Se han desarrollado fijadores especiales para la microscopia de luz de transmi- sin, ya que el poder de resolucin mayor del microscopio electrnico requiere enlaces cruzados de protenas ms finos y especficos. Estos fijadores, por ejemplo soluciones amortiguadas de glutaraldehdo, paraformaldehdo, tetrxido de osmio y permanganato de potasio, no slo preservan los detalles estructurales finos sino que tambin actan como colorantes electrodensos, que per- miten observar el tejido con el haz de electrones. Puesto que estos fijadores penetran en tejidos frescos, incluso en los que se emplean para la microscopia de luz, se infiltran piezas relativamente pequeas de tejidos en grandes volmenes de fijadores. Los bloques de tejido para microscopia electrnica de transmisin no suelen ser mayores de 1 mm3 Se han creado medios de inclusin adecuados, como la resina epxica, de tal modo que pue- Introduccin a la histologa y tcnicas histolgicas bsicas 7 . " ..4~. " . >. .. .. 2min. 10min . 20min 8hr Fig. 1-6. Autorradiografla. Examen con microscopia de luz de la incor- poracin de prolina tritiada en la membrana basal en funcin del tiempo transcurrido desde la inyeccin de la prolina. En las fotomicrografas a a e, los grnulos de plata (puntos negros ) se localizan principalmente en las clulas endodrmicas; sin embargo, despus de ocho horas (el), los grnulos de plata tambin se hallan en la membrana basal. La presen- cia de grnulos de plata indica la localizacin de la prolina tritiada. (Tomado de Mazariegos MR, Leblon cr, van der Rest M: Radioautographic tracing of :3H-proline in endodennal cells of the parietal yolk sac as an indicator of the biogenesis of basement membrane components. Am J Anat 179:79-93, 1987. Copyright 1987. Reprinted by permission of Wiley-Liss, lnc, a subsidiary of John Wiley & Sons, lnc. ) den cortarse los tejidos incluidos en plstico en cortes extremadamente delgados (ultradelgados) (25 a 100 nm) que no absorben el haz de electrones. Los haces de electrones se generan en una cmara de vaco mediante calentamiento de un filamento de tungsteno, el ctodo. A continuacin se atraen los electrones al nodo de carga positiva, una placa metlica en forma de rosquilla con un agujero central. Con una carga diferencial de alrededor de 60 000 voltios colocada entre el ctodo y el nodo, los electrones que pasan a travs del agujero en el nodo tienen una alta energa cintica. 16. 8 Introduccin a la histologa y tcnicas histolgicas bsicas Fig. 1-7. Autorradiografa. En esta foto micrografa electrnica de una clula endodrmica de saco vitelino son obvios grnulos de plata (similares a los de la figura 1-6), que representan la presencia de prolina tritiada recubriendo el retculo endoplsmico rugoso (rER), el aparato de e olgi (e ) y grnulos secretorios (Se). La colgena de tipo IV, que es rica en prolina, se sintetiza en clulas endodrmicas y se libera a la membrana basal. La prolina tritiada se concentra ms en organelos que participan en la sntesis de protena. (Tomado de Mazariegos MH, Leblon CP, van de Hest M: Hadioau- tographic trac:ing of 3H-proline in endodennal cells of the pariental yolk sac as an indicator of the biogenesis of basement membrane components. Am JAnat 179:79-93, 1987. Copyright 1987. Heprinted by permission of Wiley-Liss, II1C, a subsidiary of John Wiley & Sons, 1ne.) Fig. 1-8. Citoqumica y grabado por congelacin (crio- fractura). Hplica del marcado por criofractura de una clula acinar pancretica de rata. Se localizaron residuos de N-acetil-d-galactosamina mediante el complejo de lectina y oro de Helix poma.tia. que aparecen como puntos negros en la imagen. El ncleo (Nu) semeja una depresin, el retculo endoplsmico rugoso (rER) asume la forma de lneas paralelas y los grnulos secretorios (e ) parecen elevaciones o depresiones pequeas. Las elevaciones (e ) representan la mitad de la cara E y las depresiones (asteriscos) la cara P de la membrana del grnulo secretorio. (Tomado de Kan FVK, Bendayan M: Topographical and planar distribution of Helix pomatia lec:tin-binding glycoconjugates in secretory granules and plasma membrane of pancreatic acinar cells of the rat: Demonstration of membrane heterogeneity. Am ] Anat 185:165-176, 1989. Copyright 1989. Reproducida con autorizacin de Wiley-Liss, Inc, a subsidia,y of John Wiley & Sons, 1nc.) 17. Se enfoca el haz de electrones en el espcimen mediante electromagnetos, que son anlogos a las lentes condensa- doras de un microscopio de luz (fig. 1-1). Debido a que el tejido est teido con metales pesados que se precipitan de manera preferencial en membranas lpidas, los electrones pierden parte de su energa cintica a medida que inter- actan con el tejido. Cuanto ms pesado sea el metal que encuentra un electrn, menos energa retendr el electrn. Los electrones que salen del espcimen se someten a los campos electromagnticos de varios electromagnetos adicionales, que enfocan el haz en una placa fluorescente. A medida que los electrones chocan con la placa fluorescente, se convierte su energa cintica en puntos de luz, cuya intensidad es una funcin directa de la energa cintica del electrn. Es posible llevar a cabo un registro permanente de la imagen resultante sustituyendo la placa fluorescente con una pelcula sensible a electrones y produciendo un negativo a partir del cual pueden imprimirse una fotomi- crografa en blanco y negro. Microscopia electrnica de barrido La microscopia electrnica de barrido proporciona una imagen tridimensional del espcimen. A diferencia de la microscopia electrnica de transmi- sin, la de barrido se usa para observar la superficie de un espcimen slido. Con esta tcnica es posible ver una imagen tridimensional del objeto. Por lo general, el objeto que se observa se prepara en una forma especial que permite depositar en la superficie del espcimen una capa delgada de un metal pesado, como oro o paladio. Introduccin a la histologa y tcnicas histolgicas bsicas ___ 9 A medida que el haz de electrones explora la superficie del objeto, se reflejan algunos (electrones retrodispersos) :' se expulsan otros (electrones secundarios) desde la capa de metal pesado. Los electrones retrodispersos y secundarios son capturados por detectores de electrones y se interpretan, comparan y muestran en un monitor como una imagen tridimensional (fig. 1-1). Es posible represen- tar una imagen permanente fotografindola o digitalizndola para guardarla en una computadora. Tcnica de fractura por congelacin (criofractura) La estructura macromolecular de las superficies inter- nas de la membrana se revela mediante el mtodo de fractura por congelacin o criofractura (fig. 1-8). Los especmenes congelados con rapidez que se trataron mediante criopreservadores no forman cristales de hielo durante el proceso de congelacin; en consecuencia, el tejido no sufre un daio mecnico. A medida que choca en el espcimen congelado una hoja de corte sumamente fra, fractura a lo largo de planos de segmentacin, que son regiones de menor unin molecular; en las clulas la fractura ocurre con frecuencia entre las hojas interna y externa de la membrana. La cara de la fractura se recubre en un ngulo mediante platino y carbn evaporados; con ello se forman acumula- ciones de platino en un lado de una proyeccin pero no en el lado opuesto cerca de la proyeccin, generando as una rplica de la superficie. A continuacin se digiere el tejido )' se examina la rplica mediante microscopia electrnica de transmisin. Este mtodo permite mostrar las protenas transmembranales de membranas celulares (fig. 1-8). 18. Las clulas son las unidades funcionales bsicas de los organismos complejos. Las que se relacionan o son simi- lares entre s, as como las clulas que funcionan de una manera particular o tienen un propsito comn se agru- pan para formar tejidos. Los cuatro tejidos bsicos (epi- telio, tejidos conectivos, msculo y tejido nervioso) que constituyen el cuerpo se unen para formar rganos, que a su vez se integran en sistemas. La labor de cada sistema es especfica, es decir, implica un conjunto de funciones relacionadas, como digestin, reproduccin o . ./ reSplraClOn. Aunque el cuerpo humano est conformado por ms de 200 tipos diferentes de clulas, cada uno con una funcin diferente, todas las clulas poseen ciertas caractersticas unificadoras y por tanto pueden describirse en trminos generales. Cada clula est rodeada por una membrana plasmtica bilipdica, posee organelos que le permiten realizar sus funciones, sintetiza macromolculas para su uso o secrecin, genera energa y es capaz de comunicarse con otras clulas (figs. 2-1 a 2-4). El protoplasma, la sustancia viva de la clula, se subdivide en dos compartimientos: citoplasma, que se extiende desde la membrana plasmtica hasta la envoltura nuclear, y carioplasma, la sustancia que forma el contenido del ncleo. En este captulo se detalla el citoplasma; el ncleo se comenta en el captulo 3. El agua representa el mayor volumen del citoplasma y en ella se disuelven o suspenden diversas sustancias inor- gnicas y orgnicas. Esta suspensin lquida se denomina citosol y contiene organelos, estructuras metablicamente activas que llevan a cabo funciones precisas (figs. 2-5 y 2-6). .-dems, la forma de las clulas, su capacidad para moverse . las vas intracelulares dentro de ellas se conservan por un sistema de tbulos y filamentos que se conoce como citosqueleto. Por ltimo, las clulas contienen inclusiones, que consisten en productos accesorios metablicos, formas de depsito de diversos nutrientes o cristales y pigmentos Cito asma inertes. En los temas siguientes se describen la estructura y las funciones de los principales constituyentes de organelos, citosqueleto e inclusiones. ORGANELOS Los organelos son estructuras celulares metablicamente activas que realizan funciones especficas. Aunque algunos organelos se descubrieron mediante microscopia de luz, su estructura y funcin no se aclara- ron hasta el advenimiento de la microscopia electrnica, tcnicas de separacin y procedimientos bioqumicos e histoqumicos sensibles. Como resultado de la aplicacin de estos mtodos, hoy en da se sabe que las membranas de los organelos estn compuestas de una bicapa fosfolipdica, que no slo divide la clula en compartimientos sino que tambin proporciona reas de superficie ms grandes para las reacciones bioqumicas esenciales para la conservacin de la vida. Membrana celular La membrana celular forma una barrera permeable selectiva entre el citoplasma y el medio externo. Cada clula est limitada por una membrana celular (tambin conocida como membrana plasmtica o plas- malema) que acta para: Conservar la integridad estructural de la clula Controlar movimientos de sustancias hacia el interior y el exterior de la clula (permeabilidad selectiva) Regular interacciones entre las clulas Reconocer, mediante receptores, antgenos y clulas extrai'as as como clulas alteradas 11 19. 12 Citoplasma Actuar como una interfaz entre el citoplasma y el medio externo Establecer sistemas de transporte para molculas espe- cficas Transferir seales fsicas o qumicas extracelulares a fenmenos intracelulares Las membranas celulares no son visibles con el micros- copio de luz. En micrografas electrnicas, el plasmalema tiene alrededor de 7.5 nm de grosor y aparece como una estructura trilaminar de dos lneas densas y delgadas, con Fig. 2-1. Fotomicrografa de clulas tpicas de un mono (x975). Obsrvese el ncleo azul y el citoplasma de color rosa. Pueden distinguir- se con facilidad los lmites de clulas indivi- duales. un rea lcida intermedia. Cada capa tiene alrededor de 2.5 nm de ancho y la estructura completa se conoce como unidad de membrana (fig. 2-7). La lnea densa ms interna (citoplsmica) es su hojuela ms interna; la lnea densa externa es la hojuela externa. Composicin molecular El plasmalema se compone de una bicapa fosfolipdica y protenas integrales y perifricas relacionadas. Fig. 2-2. Clulas de Purkinje de cerebelo de un mono (x540). Obsrnvese las prolon- gaciones en ramificacin largas (dendritas) de estas clulas. El ncleo est localizado en la porcin ms ancha de la clula. 20. Fig. 2-3. Neuronas motoras de mdula espinal humana (X540). Estas clulas nelviosas tienen mltiples ramificaciones (axones y dendritas). Se ven claramente el ncleo colocado en el centro y el nucleolo grande nico. Las caractersticas ms notables del citoplasma son los cuerpos de :--Jissl (retculo endoplsmico rugoso). Cada hojuela se conforma con una capa de fosfolpidos y protenas vinculadas, casi siempre en una proporcin 1:1 por peso. Sin embargo, en ciertos casos, como en las vainas de mielina, el componente lpido sobrepasa al protenico en una proporcin de 4:1. Las dos hojuelas, que componen Fig. 2-4. Clulas caliciformes de colon de mono (X540). Algunas clulas, como las cali- ciformes, se especializan en la secrecin de materiales. Estas clulas acumulan mucin- geno, que ocupa gran parte del volumen de la clula y a continuacin lo liberan a la luz del intestino. Durante el procesamiento del tejido se extrae el mucingeno y deja espacios , v aCIOS. Citoplasma 13 una bicapa lipdica en la cual se suspenden protenas, integran la estructura bsica de todas las membranas celulares (fig. 2-8). Cada molcula fosfolipdica de la bicapa lipdica est compuesta por una cabeza polar, localizada en la superficie de la membrana, y dos colas aciloadiposas largas no polares que se proyectan hacia el centro del plasmalema (fig. 2-8). Las colas aciloadiposas no polares de las dos capas se encuentran una frente a la otra dentro de la membrana y forman uniones no covalentes dbiles entre s, que sostienen junta la bicapa. Debido a que la molcula fosfolipdica se conforma con una cabeza hidroflica y una cola hidrofbica, se dice que la molcula es anfl.ptica. Las cabezas polares estn integradas por glicerol, al cual estn unidos grupos nitrogenados de carga positiva por un grupo fosfato de carga negativa. Las dos colas aciloadiposas, de las que slo una suele estar saturada, estn unidas de manera covalente al glicerol. En la membrana celular tambin se encuentran otras molculas anfipticas, como glucolpidos y colesterol. Las molculas aciloadi- posas no saturadas incrementan la fluidez de la membrana, en tanto que el colesterol la atena. Los componentes protenicos del plasmalema abarcan la totalidad de la bicapa lipdica como protenas integrales o estn unidas a la superficie citoplsmica de la bicapa lipdica como protenas perifricas. Debido a que la mayor parte de las protenas integrales pasa a travs del grosor de la membrana, tambin se denominan protenas trans- membranales. Las regiones de protenas transmembrana- les que se proyectan al citoplasma o el espacio extracelular estn compuestas de aminocidos hidroflicos, mientras que la regin intramembranal se forma con aminocidos hidrofbicos. Las protenas transmembranales crean con frecuencia canales inicos y protenas portadoras que 21. 14 Citoplasma Microvellosidades Membrana plasmtica Retculo endoplsmico liso Envoltura nuclear Mitocondria Lisosoma /,urnulo de secrecin _---/7' Microtbulos Microfilamentos Nucleolo '-' ! Retculo endoplsmico rugoso Aparato de Golgi Fig. 2-5. Esquema tridimensional de una clula idealizada, como se observa mediante microscopia electrnica. Se muestran varios organelos y elementos citosquelticos. facilitan el paso de iones y molculas especficos a travs de una membrana celular. Muchas de estas protenas son muy largas y plegadas, de tal manera que representan varios pasos a travs de la membrana y en consecuencia se conocen como prote- nas multipasos (fig. 2-8). Las superficies citoplsmica y extracitoplsmica de estas protenas tienen a menudo sitios receptores que son especficos para molculas de sealamiento particulares. Una vez que se reconocen estas molculas en estos sitios receptores, las protenas integrales pueden modificar su forma y llevar a cabo una funcin especfica. Dado que las mismas protenas de membrana integrales tienen la capacidad de flotar como icebergs en el mar de fosfolpidos, este modelo se conoce como modelo de mosaico lquido de estructura mem- branal. Sin embargo, muchas veces las protenas integrales slo poseen una movilidad limitada, en especial en clulas polarizadas, en las que regiones particulares de la clula tienen funciones especializadas. Las protenas perifricas no forman casi nunca uniones covalentes con protenas integrales o los componentes fosfolipdicos de la membrana celular. Aunque habitual- mente estn localizadas en la superficie citoplsmica de la membrana celular, en ocasiones pueden estar en la superficie extracelular. Estas protenas pueden formar uniones, sea con las molculas fosfolipdicas o con las protenas transmembranales. Con frecuencia se vinculan con el sistema mensajero secundario de la clula (vase ms adelante) o con el aparato citosqueltico. Mediante tcnicas de fractura por congelacin es posi- ble segmentar la membrana plasmtica en sus dos hojuelas a fin de observar las superficies hidrofbicas (figs. 2-9 y 2-10). La superficie externa de la hojuela interna se denomina cara P (ms cerca del protoplasma); la superficie ms interna de la hojuela externa se llama cara E (ms cerca del espacio extracelular). Las micrografas electrni- cas de membranas plasmticas fracturadas por congelacin muestran que las protenas integrales, que se observan sombreando replicaciones, son ms numerosas en la cara P que en la cara E (fig. 2-10). Glucocliz El glucocliz, compuesto por lo general por cadenas de carbohidratos, recubre la superficie celular. 22. Fig. 2-6. Fotomicrografa de una clula acinar de la glndula uretral de un ratn que ilustra el aspecto ele algunos organelos (X1l 327). M, mitoconelria; e, aparato ele eolgi; N, ncleo; U, nuc!eolo; se, grnulos secretorios; REIl, retculo endoplsmico rugoso; CM, membrana celular. (Tomaclo de Parr MB, Ren HP, Kepple L, et al: Ultraes- tructure and morphometry of the urethraJ glands in normal, castrateel, mice. Anat Rec 236:449-458, 1993. Copyright 199.3 Reim- preso con autorizacin ele vViley Liss, 1ne, una subsidiaria ele John Wiley & Sons, 1nc. ) G- u- En micrografas electrnicas de la membrana celular es evidente con frecuencia una capa vellosa, que se conoce como capa celular o glucocliz. Por lo regular, esta cubierta se compone de cadenas de carbohidratos unidas de manera covalente a protenas transmembranales, molculas de fosfolpidos, o ambas, de la hojuela externa (fig. 2-8). Adems, tambin contribuyen a su formacin algunas de las molculas de la matriz extracelular, adsorbidas a la superficie celular. Son variables su intensidad y grosor, pero pueden ser tan gruesas como 50 nm en algunas vainas epiteliales, como las regiones de recubrimiento del sistema digestivo. Debido a sus mltiples grupos sulfato y carboxilo de carga negativa, el glucocliz se tie intensamente con lectinas y colorantes, como el rojo de rutenio y el azul de Alsacia, que permiten observarlas con microscopia de luz. La funcin ms importante del glucocliz es proteger a la clula de la interaccin con protenas inapropiadas y lesiones qumicas y fsicas. Otras funciones de la cubierta celular incluyen el reconocimiento y adherencia de clula con clula, como ocurre entre clulas endoteliales y neu- trfilos, en la coagulacin de la sangre y en reacciones inflamatorias. Citoplasma _ _ _ 15 ~-----CM RER - SG Protenas de transporte de la membrana Las protenas de transporte de la membrana facilitan el movimiento de molculas acuosas y iones a travs del plasmalema. - M -N Aunque los componentes hidrofbicos de la membrana plasmtica limitan el paso de molculas polares a travs de ella, la presencia y actividades de protenas transmem- branales especializadas facilitan la transferencia de estas molculas hidroflicas a travs de esta barrera. Dichas protenas transmembranales y complejos protenicos for- man protenas de canales yprotenas transportadoras, que se relacionan especficamente con la transferencia de iones y molculas pequeas a travs de la membrana plasmtica. A travs de la membrana celular pueden pasar unas cuantas molculas apolares (p. ej., benceno, oxgeno, nitr- geno) y molculas polares sin carga (como agua, glicerol) mediante difusin simple contra sus gradientes de con- centracin. Sin embargo, incluso cuando son impulsadas por un gradiente de concentracin, el paso de la mayor 23. 16 Citoplasma "'.. -ji.1f{j' ;'" .~ , , . " . ~ Fig. 2-7. Unin entre dos clulas que de- muestra las estructuras trilaminares de las dos membranas celulares (X240 000). (Tomado de Leeson TS, Leeson e R, Papparo AA:Textl Atlas of Histology. Philadelphia, WB Saunders, 1988 ) parte de los iones y molculas pequeas a travs de una membrana requiere la ayuda de protenas de transporte de la membrana, sea protenas del canal o protenas transpor- tadoras. Este proceso se conoce como difusin facilitada. Debido a que ambos tipos de difusin ocurren sin ningn ingreso de energa, aparte del inherente al gradiente de concentracin, representan transporte pasivo (fig. 2-11 ). Mediante gasto de energa, las clulas pueden transpor- tar iones y molculas pequeas contra sus gradientes de concentracin. Slo las protenas transportadoras pueden mediar dicho transporte activo, que requiere energa. Se comentan primero las diversas protenas de canales que participan en la difusin facilitada y posteriormente se consideran las protenas transportadoras ms verstiles. de cido graso Glucoprotena Cabeza polar Protenas de canales Las protenas de canales pueden controlarse (con compuerta) o no (sin compuerta); son incapaces de transportar sustancias contra un gradiente de concentracin. Espaci.o extracelular Glucolpido ! Protena perifrica Citoplasma Hojuela externa Hojuela interna Protena integral Fig. 2-8. Representacin tridimensional del modelo de mosaico de lquido ele la membrana celular. 24. ~.---- Hojuela externa ..... '...o " '.:~::::.':',: """ . ... ---"""' . .'.. .', . . : : .... , ,', "..ff...." ~ "-' ./ ).... lY~ ()( Ciclasa de ~ Protena G Citoplasma GTP adenilato GDP Ciclasa de adenilato activada ' /"'. .1.. 11 / + /" . f >------...., X """ ~ v---,F',f"',,......,~ """'."" ,,,--,. ~ "-U. 'i"1"1 .... 11' xx X.X 'Y :- ~()(~"'''~0..:::::-_~L~~1 f ' . ~ l", GTP SUbunida7 G alfa activada cAMP + PPi Fig. 2-12. Heceptor unido a protena G. Cuando la molcula de sel'ialamiento entra en contacto con su receptor, se disocia la subunidad alfa de la protena G y entra en contacto y activa ciclasa de adenilato, que convierte el trifosfato de adenosina (ATP) en 1l1onofosfato de adenosina cclico (cAMP). GTP, trifosfato de guanosina; GDr, difosbto de guanosiml; PPi, pirofos[ato. Citoplasma _ _ _ 21 alfa hidroliza su CTP en CDP, se desprende de la cicla- S de adenilato (yen consecuencia la desactiva) y se asocia nuevamente a las subunidades beta y gamma. La C se comporta en forma similar a la Cs, pero en lugar de activar la ciclasa de adenilato, la inhibe, de tal modo que no se produce cAMP. La falta de cAMP impide la fosforilacin y por tanto la activacin de enzimas, que precipitaran una reaccin particular. Por consiguiente, la unin de un ligando particular a un receptor especfico puede activar o inactivar la clula, segn sea el tipo de protena C que se acopla a la ciclasa de adenilato. AMP cclico y su funcin como segundo mensajero. El cAMP es una molcula de sealamiento intracelular que activa a la cinasa de protena dependiente de cAMP (cinasa A) y se une a ella. La cinasa A activada se disocia hacia su componente regulador y dos subunidades catalticas activas. Estas ltimas fosforilan otras enzimas en el citosol y por tanto inician una cascada de fosforila- ciones y su efecto es una respuesta especfica. Valores elevados de cAMP en ciertas clulas tienen como resultado la transcripcin de los genes, cuyas regiones reguladoras poseen elementos de respuesta de cAMPo Se fosforila una cinasa A y en consecuencia se activa una protena reguladora de gen conocida como protena de unin de los elementos de respuesta de cAMP, cuyo acoplamiento a estos ltimos estimula la transcripcin de dichos genes. Mientras se encuentre cAMP en una concentracin alta suficiente, se suscita una reaccin particular de la clula blanco. Para prevenir respuestas de duracin inde- bidamente prolongada, el cAMP se degrada con rapidez por accin de las fosfodiesterasas de cAMP en 5'-AMP, que es incapaz de activar la cinasa A. Todava ms, las enzimas fosforiladas durante la cascada de fosforilaciones se desactivan y se desfosforilan por otras series de enzimas (fosfatasas de fosfoprotena serina/treonina). Sealamiento a travs de la protena Co Cuando se une un ligando al receptor ligado a protena C o , el receptor altera su configuracin y se une a Co ' Esta protena trimrica se disocia y su subunidad activa la fosfolipasa C, la enzima que tiene a su cargo la segmentacin del difosfato de fosfatidil inositol fosfolpido (PIP2) en IP3 Ydiacilglicerol. El IP.3 deja la membrana y se difunde en el retculo endoplsmico, en donde propicia la liberacin de Cah - otro segundo mensajero hacia el citosol. El diacilglicerol permanece unido a la hojuela interna de la membrana plasmtica y, con ayuda de Ca"+, activa la enzima cinasa de protena C (cinasa C). A su vez, la cinasa C precipita una cascada de fosforilacin cuyo resultado final es la activacin de protenas reguladoras de gen que inician la transcripcin de genes especficos. El IP3 se inactiva con rapidez por la desfosforilacin y el diacilglicerol se cataboliza en el transcurso de unos cuantos segundos despus de form arse. Estas acciones aseguran que las respuestas a un ligando tengan una duracin limitada. Ca2+ !J calmodulina. Puesto que el Ca2+citoslico acta como un segundo mensajero importante, la clula debe controlar de manera cuidadosa su concentraci de seal /j' segmentada I Protena terminada Retculo endoplsmico rugoso Fig. 2-16. Esquema de la sntesis de protenas en el retculo endoplsmico rugoso. mRNA, cido ribonucleico mensajero; SRP, partcula de reconocimiento de seal. 1. Ensamble de protenas de poro para formar un poro a travs de la bicapa lipdica del RER. 2. El pptido de seal entra en contacto con la protena de poro y comienza a translocarse (primero la terminal amino) hacia la cisterna del RER. 3. La SRP se desaloja, entra nuevamente en el citosol y libera el sitio P en la subunidad ribosmica pequea. El ribosoma permanece en la superficie del RER. 4. Amedida que se reanuda la traduccin, la protena nacien- te contina su canalizacin hacia la cisterna del RER. 5. Una enzima unida a la superficie cisternal de la mem- brana del RER, conocida como peptidasa de seal, segmenta el pptido de seal de la protena en forma- cin. El pptido de seal se degrada hacia sus compo- nentes aminocidos. 6. Como se detall previamente, cuando se llega al codn de detencin, se completa la sntesis de protenas y se disocian las subunidades ribosmicas pequea y grande y penetran de nueva cuenta en el citosol para unirse al fondo comn de subunidades ribosmicas. 7. Las protenas recin formadas se pliegan, glucosilan y sufren modificaciones postraduccionales adicionales dentro de las cisternas de RER. S. Las protenas modificadas salen de la cisterna a tra- vs de vesculas de transporte pequeas (sin una cubierta de clatrina) a regiones del RER desprovistas de ribosomas. Aparato de Golgi El aparato de Golgi acta en la sntesis de carbohidratos y en la modificacin y seleccin de protenas elaboradas en el RER. Las protenas elaboradas y agrupadas en el RER siguen una va de omisin al aparato de Golgi para modificacin postraduccional y agrupamiento. Las protenas destinadas a permanecer en el RER o pasar a un compartimiento, adems del aparato de Golgi, poseen una seal que las deriva de la va de omisin. El aparato de Golgi est compuesto por una o ms series de cisternas unidas a membranas aplanadas, ligeramente curvas, la denominada pila de Golgi, que semeja una pila de panes pita sin contacto completo entre s (figs. 2-17 a 2-19). La periferia de cada cisterna est dilatada y bordeada con vesculas que se hallan en proceso de fusionarse o desprenderse de ese compartimiento particular. Cada pila de Golgi tiene tres niveles de cisternas: La cara cis (o red de Golgi cis ) La cara medial (cara intermedia) La cara trans La cara cis es la ms cercana al RER. Es de forma convexa y se considera la cara de entrada, ya que las protenas recin formadas del RER penetran en la cara cis antes que en las otras cisternas del aparato de Golgi. La cara transo es de forma cncava y representa la cara de salida, dado que la protena modificada est lista para empacarse y enviarse a su destino a partir de ese sitio. Existen dos compartimientos adicionales de inters, uno vinculado con la cara cis y el otro con la cara trans. Entre el RER y la cara cis del aparato de Golgi se ubica un compartimiento de vesculas intermedio, el retculo endoplsmico/compartimiento intermedio de Golgi (RECIG), y la red de Golgi trans (RGT), situada en el lado distal del aparato de Golgi. El REClG, que tambin recibe el nombre de complejos tubulovesiculares, es una coleccin de vesculas y tbulos formados por la fusin de