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El reconocimiento celular en la membrana plasmática
Para comprender con más detalle cómo funciona el reconocimiento celular, debemos volver a examinar la estructura de la membrana celular. Cada célula tiene una membrana de bicapa fosfolipídica que encierra los orgánulos y el material genético de la célula. Dentro de esta bicapa de fosfolípidos hay moléculas necesarias para la función celular, como las proteínas de canal que permiten que las sustancias entren y salgan de la célula, y el colesterol, que reduce la permeabilidad de la bicapa para crear un gradiente de concentración más fuerte entre el interior y el exterior de la célula.
De forma crucial, cada membrana celular contiene también moléculas identificadoras de la célula, que se encuentran en el exterior de la membrana fosfolipídica y se extienden por el espacio extracelular, el espacio fuera de las células. Estas moléculas identificadoras suelen denominarse hidratos de carbono de membrana. Esto ocurre cuando los hidratos de carbono se unen a moléculas presentes en la bicapa fosfolipídica. Son estas moléculas de hidratos de carbono las que se extienden hacia el espacio extracelular.
Figura 1. La membrana celular, Wikimedia Commons.
Los hidratos de carbono en el reconocimiento celular
Las membranas celulares contienen hidratos de carbono, proteínas y lípidos. Los hidratos de carbono pueden unirse covalentemente a las proteínas de la membrana celular, formando glucoproteínas, o a los lípidos, para formar glucolípidos. Éstos se conocen como carbohidratos de membrana. Estas moléculas se orientan principalmente hacia el exterior de la célula, extendiéndose por el espacio extracelular. Los carbohidratos de membrana son importantes para el reconocimiento celular.
El prefijo glico significa azúcar, lo que indica la presencia de moléculas de hidratos de carbono en la molécula.
La unión de los hidratos de carbono forma glucolípidos a la bicapa lipídica de la membrana celular. Un enlace glucosídico, covalente, une las moléculas de hidratos de carbono y de lípidos. Los glucolípidos actúan como lugares específicos de reconocimiento celular fuera de la membrana de la superficie celular.
Los glucolípidos participan principalmente en las interacciones entre células, en las que la molécula se unirá a un carbohidrato complementario específico o a una proteína de unión a carbohidratos en las células vecinas . Los glucolípidos también son importantes en el reconocimiento de las células huésped por parte de los virus.
Las proteínas de membrana en el reconocimiento celular
Las glucoproteínas se forman cuando una molécula de hidrato de carbono se une a una molécula de proteína. El enlace de esta molécula es covalente. Las glucoproteínas son los hidratos de carbono de membrana más comunes, y casi todas las proteínas de membrana están unidas a hidratos de carbono.
Un enlace covalente se refiere a dos átomos que comparten electrones.
Estas moléculas tienen muchas funciones en el organismo. En el reconocimiento celular, protegen a la célula de la unión con agentes patógenos como un virus, una bacteria o toxinas. También permiten interacciones con otras células del cuerpo mediante la unión de moléculas. Las glucoproteínas también pueden actuar como marcadores para que los virus identifiquen las células huésped.
Un ejemplo es laglicoproteína CD4 que se encuentra en las células T, a la que se une específicamente el VIH.
La estructura de una glicoproteína
Reconocimiento celular y sistema inmunitario
El reconocimiento celular es un elemento crucial en el funcionamiento del sistema inmunitario. Las células del organismo implicadas en la respuesta inmunitaria, como los fagocitos y los linfocitos, deben identificar la presencia de agentes patógenos para defender al organismo contra ellos. El organismo dispone de mecanismos de defensa inespecíficos, como la acción de los fagocitos contra los agentes patógenos, y de mecanismos de defensa específicos, como la acción de los linfocitos T y los linfocitos B. Ambos mecanismos de defensa utilizan el reconocimiento celular.
Fagocitos: Tipo de célula inespecífica que puede engullir y digerir partículas extrañas.
Linfocitos: Glóbulos blancos que forman parte del sistema inmunitario.
Patógenos: Son organismos que causan enfermedades.
Linfocitos
Los linfocitos son un tipo de glóbulo blanco que desempeña un papel clave en la respuesta inmunitaria del organismo. Hay unos 10 millones de linfocitos presentes en el cuerpo, cada uno con proteínas diferentes en su superficie que son complementarias a las proteínas que se encuentran en diferentes patógenos; esto les permite reconocer la presencia de un patógeno en el cuerpo.
Los linfocitos sólo responden a los antígenos no propios. Esto se debe a que los linfocitos con receptores complementarios a las células del cuerpo mueren o son suprimidos cuando la persona es todavía un feto.
En el feto, los linfocitos chocan casi exclusivamente con material propio, ya que el cuerpo está protegido de las infecciones por la placenta. Algunos de estos linfocitos tendrán receptores complementarios a las células del cuerpo, y estos linfocitos se suprimen. Por tanto, sólo quedan en el cuerpo los linfocitos que podrían complementar el material no propio.
En el organismo adulto, algunos linfocitos, las células B para ser exactos, se producen en la médula ósea. Al principio, estos linfocitos sólo entran en contacto con antígenos propios. Al igual que en el feto, los linfocitos que muestran una respuesta inmunitaria al encontrarse con autoantígenos sufren apoptosis, una muerte celular programada. Por lo tanto, en la sangre no aparecerán clones de estos linfocitos B antiyo; sólo habrá linfocitos B que puedan responder a antígenos extraños.
Células presentadoras de antígenos
Las células presentadoras de antígenos son células que muestran antígenos extraños en su superficie celular. Un ejemplo importante de células presentadoras de antígenos son los fagocitos.
Los fagocitos son otro tipo de glóbulos blancos implicados en la respuesta inmunitaria. Estas células engullen y digieren los patógenos mediante enzimas hidrolíticas llamadas lisozimas. Estas enzimas descomponen las partes del patógeno, que pueden ser absorbidas por el citoplasma del fagocito. Los fagocitos pueden tomar los antígenos del patógeno descompuesto y mostrarlos en su superficie celular.
Este proceso es crucial para desencadenar la respuesta inmunitaria mediada por células. Los linfocitos T, que llevan a cabo la respuesta mediada por células, sólo responderán a los antígenos presentados en una célula corporal, de ahí que se denomine respuesta celular o mediada por células. Por tanto, los fagocitos son cruciales para desencadenar la respuesta inmunitaria mediada por células, en la que las células T complementarias pueden unirse a los patógenos presentados de un antígeno.
Ejemplo de reconocimiento célula a célula: trasplantes de órganos
La idea del reconocimiento celular es importante para comprender los riesgos asociados a los trasplantes de órganos en humanos. Los trasplantes de órganos se toman de donantes seleccionados y luego se administran a los pacientes. Sin embargo, como los órganos trasplantados proceden de un cuerpo distinto, los antígenos de las superficies celulares del nuevo órgano serán distintos de los antígenos de las células propias del cuerpo. Esto puede hacer que el sistema inmunitario ataque al órgano trasplantado y lo destruya, igual que respondería a un agente patógeno. En otras palabras, el trasplante será rechazado.
Para evitarlo, los médicos intentan "emparejar" a los donantes de órganos con los pacientes, de modo que sus tejidos y antígenos sean lo más parecidos posible. A menudo, esto significa seleccionar donantes que sean genéticamente similares al receptor: las mejores compatibilidades suelen proceder de familiares. A los receptores también se les prescriben fármacos inmunosupresores, que ayudan a impedir que el sistema inmunitario reaccione contra el trasplante.
Reconocimiento celular - Puntos clave
- El reconocimiento celular es la forma en que las células del cuerpo se comunican para reconocerse entre sí o reconocer material extraño en el cuerpo.
- Este reconocimiento se consigue mediante la presencia de moléculas identificadoras en la membrana de la superficie de la célula. Estas moléculas tienen formas tridimensionales específicas que identifican a la célula, la toxina o la partícula vírica.
- Estas moléculas identificadoras suelen ser hidratos de carbono de membrana; son moléculas que se encuentran en la membrana celular, donde un hidrato de carbono se ha unido a proteínas o lípidos de la membrana celular.
- Las glucoproteínas son la forma más común de hidratos de carbono de membrana y se crean cuando un hidrato de carbono se une covalentemente a una proteína de membrana. Los glucolípidos se forman cuando un hidrato de carbono se une covalentemente a un lípido de la bicapa fosfolipídica de la membrana celular.
Las proteínas son especialmente útiles para identificar moléculas debido a su compleja estructura tridimensional, formando figuras muy específicas.
El reconocimiento celular es vital en el funcionamiento del sistema inmunitario. Los linfocitos pueden reconocer la presencia de material no propio en el organismo gracias a los receptores de su superficie celular. Los fagocitos pueden presentar los antígenos de los patógenos en su superficie celular, desencadenando la respuesta mediada por células cuando interactúan con ellos las células T.
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