Fisiología Celular: Estructura, Transporte, Genética, Potencial de Membrana y Cáncer

Fichas de vocabulario exhaustivas que cubren la estructura de la membrana celular, mecanismos de transporte, fisiología de organelos, código genético, ciclo celular, mitosis, meiosis, potencial de membrana en reposo y de acción, y bases moleculares del cáncer.

Membrana celular (plasmalema)

Lámina continua con un espesor de $7\text{--}10\,nm$ y estructura trilaminar (hidrófila-hidrófoba-hidrófila) que separa el citoplasma del líquido extracelular. Está compuesta por un $35\%$ de lípidos (fosfolípidos, colesterol y glucolípidos), un $60\%$ de proteínas ($80\%$ integrales y $20\%$ periféricas) y carbohidratos.

Bicapa lipídica

Estructura fluida y estable formada espontáneamente por lípidos anfipáticos. Presenta una región polar hidrofílica orientada hacia el exterior y una región apolar hidrófoba hacia el interior. Es permeable a $CO_2$, $O_2$ y moléculas liposolubles, relativamente impermeable al agua y casi impermeable a iones y moléculas polares.

Glucocálix

Capa rica en azúcares situada en la cara externa de la membrana plasmática. Protege contra daños mecánicos y químicos, previene interacciones no deseadas entre proteínas y participa en la adhesión y reconocimiento celular mediante lectinas.

Aquaporinas

Proteínas de membrana que forman canales para el paso de agua a favor de su gradiente osmótico. Abundan en tejidos con elevado transporte hídrico, tales como el túbulo renal y las glándulas secretoras intestinales.

Bomba $Na^+/K^+$ ATPasa

Proteína transportadora antiporte presente en todas las células de mamíferos que utiliza la hidrólisis de ATP para bombear $3\text{ iones de } Na^+$ al exterior y $2\text{ iones de } K^+$ al interior. Estabiliza el volumen celular y genera el gradiente de sodio necesario para el transporte activo secundario.

Transporte activo secundario

Tipo de transporte activo que no consume ATP de forma directa, sino que aprovecha el gradiente electroquímico generado previamente por un transporte activo primario (como el gradiente de $Na^+$) para desplazar otra sustancia en contra de gradiente.

Tipos de transporte mediado por proteínas transportadoras

Modalidades de transporte acoplado o individual: uniporte (transporte de una sola molécula), simporte (cotransporte de dos sustancias en la misma dirección) y antiporte (cotransporte de dos sustancias en direcciones opuestas).

Endocitosis, exocitosis y transcitosis

Mecanismos de transporte con deformación de membrana: la endocitosis engloba sustancias en vesículas hacia el citoplasma (fagocitosis, pinocitosis o mediada por receptor); la exocitosis fusiona vesículas intracelulares con la membrana para expulsar su contenido; y la transcitosis traslada sustancias a través de la célula combinando ambas vías.

Zónula occludens (uniones estrechas o tight junctions)

Conexiones intercelulares compuestas por claudinas y actinas que impermeabilizan el espacio intercelular en tejidos como la vejiga y el intestino. Polarizan la célula en dominios apical y basolateral, restringiendo la endocitosis a la cara apical y la exocitosis a la basolateral.

Zónula adherens

Complejo de anclaje que mantiene adheridas células adyacentes separadas por una hendidura de $20\,nm$. Está formado por cadherinas transmembrana, cateninas citoplasmáticas y filamentos de actina conectados al citoesqueleto.

Desmosomas y hemidesmosomas

Estructuras de anclaje celular: los desmosomas unen células entre sí mediante cadherinas, queratinas e integrinas en epitelios sometidos a tensión mecánica; los hemidesmosomas unen la cara basal de las células epiteliales a la lámina basal.

Uniones gap

Canales intercelulares de comunicación directa de $1,5\text{--}2\,nm$ de diámetro formados por conexones (cada uno compuesto por 6 conexinas). Permiten el paso metabólico y eléctrico de iones y pequeñas moléculas entre células vecinas.

Organelos del citoplasma

Componentes estructurales y funcionales del citoplasma: citosol (1), citoesqueleto (2), retículo endoplasmático (3), aparato de Golgi (4), vesículas secretoras (5), lisosomas (6), peroxisomas (7) y mitocondrias (8).

Citoesqueleto

Entramado tridimensional proteico de soporte interno y transporte celular compuesto por: microfilamentos de actina ($3\text{--}7\,nm$ asociados a miosina), filamentos intermedios ($10\,nm$ de resistencia a la tensión) y microtúbulos cilíndricos ($20\text{--}25\,nm$ de tubulina $\alpha$ y $\beta$).

Centriolos

Dos estructuras cilíndricas situadas en el centrosoma celular, constituidas cada una por 9 tripletes de microtúbulos.

Cilios y flagelos

Prolongaciones celulares móviles que emergen de la superficie celular. Cuentan con una disposición interna $9+2$ (9 pares de microtúbulos periféricos y 2 microtúbulos centrales) y brazos de dineína que posibilitan el movimiento mediante deslizamiento.

Retículo endoplasmático

Sistema membranoso en continuidad directa con la envoltura nuclear. Se divide en retículo endoplasmático liso (REL), especializado en la síntesis de lípidos y proteínas de membrana, y retículo endoplasmático rugoso (RER), cubierto de ribosomas y dedicado a la síntesis de otras proteínas.

Aparato de Golgi

Orgánulo formado por cisternas aplanadas y apiladas rodeadas de vesículas. Recibe proteínas sintetizadas en el RER para modificarlas, clasificarlas y empaquetarlas hacia su destino celular o vesicular.

Lisosomas

Vesículas provistas de enzimas hidrolíticas ácidas dedicadas a la digestión y degradación de material biológico intracelular y extracelular. Su rotura incontrolada puede inducir necrosis celular.

Peroxisomas

Orgánulos celulares con enzimas oxidasas (catalasa, peroxidasa) encargados de degradar el peróxido de hidrógeno ($H_2O_2$), llevar a cabo la $\beta$-oxidación de ácidos grasos y sintetizar ácidos biliares, colesterol y plasmalógenos.

Mitocondria

Orgánulo de doble membrana (interna replegada en crestas) responsable de la fosforilación oxidativa aeróbica que genera $34\text{ ATP}$ por molécula de glucosa. Posee ribosomas y ADN circular propio ($37\text{ genes}$, 4-5 copias por nucleoide) de herencia estrictamente materna.

Señalización celular

Mecanismos de comunicación intercelular clasificados en: autocrina (la señal estimula a la misma célula emisora), paracrina (estimula a células vecinas), sináptica (paracrina especializada en hendidura sináptica), endocrina (secreción a la sangre para actuar a distancia) y por contacto (entre membranas contiguas).

Segundos mensajeros

Moléculas intracelulares (como cAMP, óxido nítrico [NO], $IP_3$, DAG y $Ca^{2+}$) que traducen y amplifican las señales originadas por la unión de un ligando extracelular a su receptor de membrana, activando enzimas efectoras como las quinasas.

Ácido desoxirribonucleico (ADN)

Polímero de nucleótidos (compuestos por desoxirribosa, grupo fosfato y bases A, T, C, G) unidos por enlaces fosfodiéster. Adopta una estructura de doble hélice dextrógira y antiparalela ($5'\rightarrow 3'$ frente a $3'\rightarrow 5'$) con complementariedad de bases: A con T (2 puentes de hidrógeno) y C con G (3 puentes de hidrógeno).

Replicación semiconservativa del ADN

Mecanismo demostrado de duplicación del ADN en el cual cada molécula hija resultante conserva una hebra intacta de la molécula molde original y una hebra nueva sintetizada en dirección $5'\rightarrow 3'$.

Fragmentos de Okazaki

Segmentos discontinuos de nucleótidos sintetizados en dirección $5'\rightarrow 3'$ sobre la hebra rezagada del ADN, en sentido opuesto al avance de la horquilla de replicación.

Transcripción del ADN

Proceso catalizado por la ARN polimerasa mediante el cual se sintetiza una molécula de ARNm complementaria a partir de la hebra molde de un gen del ADN, leyendo en dirección $3'\rightarrow 5'$ y añadiendo nucleótidos en dirección $5'\rightarrow 3'$.

Splicing

Proceso de maduración del ARNm primario en el que se eliminan los intrones (secuencias no codificantes) y se empalman los exones (secuencias codificantes) antes de que la molécula migre al citoplasma.

Traducción del ARNm

Síntesis de una cadena polipeptídica a partir de la secuencia de codones del ARNm, llevada a cabo por los ribosomas y ARNt en los sitios A y P, comenzando en el codón AUG y culminando ante la presencia de un codón stop.

Código genético

Correspondencia universal y no solapante entre tripletes de bases (codones) del ARNm y aminoácidos específicos. Es degenerado o redundante (múltiples codones pueden codificar para el mismo aminoácido, confiriendo resistencia a mutaciones).

Codón de inicio y codones STOP

Señales de traducción del código genético: el codón de inicio es AUG (codifica metionina); los codones de parada o stop son UAA, UAG y UGA (no codifican ningún aminoácido).

Ciclo celular

Secuencia ordenada de acontecimientos de crecimiento y división celular dividido en interfase (fase G1, fase S de síntesis de ADN, fase G2) y fase M (mitosis o meiosis). Las células que cesan su división ingresan en la fase quiescente G0.

Mitosis

División celular somática que origina dos células hijas diploides genéticamente idénticas a la célula madre. Comprende profase, metafase, anafase, telofase y citocinesis.

Meiosis

División celular especializada que transforma una célula diploide en cuatro células haploides genéticamente distintas para formar gametos. Incluye dos divisiones sucesivas (Meiosis I y II) con sinapsis, tétradas y entrecruzamiento (crossing-over) en la profase I.

Potencial de membrana en reposo

Diferencia de carga eléctrica o voltaje a través de la membrana plasmática en reposo, oscilando entre $-40\text{ y }-90\,mV$. Está determinado principalmente por la alta permeabilidad de la membrana al $K^+$ y su salida a favor de gradiente de concentración.

Concentraciones iónicas intra y extracelulares

Distribución iónica fisiológica estándar: en el líquido extracelular predomina el $Na^+\ (145\,mmol\cdot l^{-1})$ y el $Cl^-\ (114\,mmol\cdot l^{-1})$, con bajo $K^+\ (4\,mmol\cdot l^{-1})$; en el medio intracelular predomina el $K^+\ (150\,mmol\cdot l^{-1})$ y aniones proteicos, con bajo $Na^+\ (20\,mmol\cdot l^{-1})$ y $Cl^-\ (3\,mmol\cdot l^{-1})$.

Canales dependientes del voltaje

Canales iónicos regulados por cambios en el potencial eléctrico de la membrana celular que alternan entre tres conformaciones funcionales: estado de reposo (cerrado), abierto e inactivo.

Canales operados por ligando

Canales iónicos cuya apertura o cierre depende de la interacción directa con una molécula química agonista o ligando específica, participando en la señalización intercelular y sináptica.

Potencial de acción

Inversión rápida y transitoria de la polaridad de membrana estimulada por la apertura de canales de $Na^+$ dependientes de voltaje hasta valores de $+40\text{ a }+50\,mV$ (despolarización), seguida de la inactivación de dichos canales, apertura de canales de $K^+$ (repolarización) e hiperrepolarización transitoria antes del retorno al reposo.

Cáncer

Segunda causa principal de muerte a nivel global (primera en varones) caracterizada por proliferación celular desregulada, anomalías morfológicas, resistencia a la apoptosis, angiogénesis, invasión tisular y capacidad de diseminación metastásica.

Fases del desarrollo del cáncer

Etapas secuenciales de la carcinogénesis: transformación neoplásica (mutaciones conductoras o driver en células madre/progenitoras), promoción (expansión clonal selectiva y ventaja proliferativa) y progresión (adquisición de fenotipo invasivo, agresivo y metastásico).

Apoptosis

Muerte celular programada y ordenada en la cual la célula se retrae, condensa su cromatina, fragmenta su núcleo y forma cuerpos apoptóticos fagocitados por células contiguas sin inducir respuesta inflamatoria.

Vía intrínseca y extrínseca de la apoptosis

Rutas de activación apoptótica: la intrínseca responde a estrés interno o daño genético mediante liberación mitocondrial de citocromo C y activación de caspasas; la extrínseca se activa por ligandos de muerte extracelulares (TNF, FAS) unidos a receptores de superficie que activan la caspasa 8.

Complejos Ciclina-CDK

Fuerzas motrices enzimáticas del ciclo celular constituidas por quinasas dependientes de ciclinas (CDK, con concentración celular constante e inactivas por sí solas) y ciclinas (subunidades reguladoras activadoras oscilantes) que fosforilan proteínas efectoras para orquestar la progresión celular.

Proto-oncogenes y oncogenes

Los proto-oncogenes son genes normales que estimulan el crecimiento y la proliferación celular. Al sufrir mutaciones de ganancia de función o amplificaciones, se transforman en oncogenes promotores descontrolados del crecimiento tumoral.

Genes supresores de tumores

Genes celulares que frenan la división celular y estimulan la apoptosis en caso de daño genético. Su inactivación bialélica por mutación o deleción (como en el gen Rb del retinoblastoma) elimina el control proliferativo.

Genes reparadores del ADN

Genes encargados de corregir fallos cometidos durante la replicación o desencadenar la muerte celular si los errores son irreparables. Mutaciones en estos genes (como MSH2) predisponen a neoplasias como el cáncer colorrectal hereditario no polipósico (HNPCC).