Diferenciación celular

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Cuando se forma un organismo las células primigenias (el cigoto) en los mamíferos cumplen una maravillosa función, pues a partir de una sola celular formada por el aporte genético que han aportado ambos padres, puede originarse un nuevo individuo con unas características únicas, y dentro de esa  particularidad que tiene esa primera célula es que puede dar origen a millones de células, cada una especializada en un tejido, un órgano y cumple una función especial. Estas primeras células que la ciencia hoy llama totipotentes originan toda esta división y diferenciación celular, estas células madres van dando origen a todo este intrincado  y fantástico proceso de crear un nuevo ser, así que nos proponemos estudiar un poco esta función celular.

Definición del concepto

Un organismo completo se inicia a partir de una única célula, la célula huevo o cigota. Pero ¿cómo es posible que a partir de esa primera célula se originen los más de doscientos tipos celulares diferentes que conforman un organismo?
¿Las células intestinales tienen la misma información genética que las células del músculo o las neuronas? ¿La información genética se fragmenta y pierde  en las células “especializadas”? ¿Qué promueve la diferenciación celular?
¿Pueden “desespecializarse” las células que se han  especializado en cumplir una función?
Algunas de estas preguntas ya tienen respuestas, pero otras todavía necesitan  de la investigación de los científicos para esclarecer los mecanismos en juego. Mucho se ha avanzado, pero mucho más queda por develar.  [1]

La división de la cigota origina un embrión La fecundación se presenta como resultado de la fusión de los gametos haploides masculino y femenino para formar la célula cigota o cigoto diploide.
En ese momento se activa el desarrollo: el cigoto comienza una rápida serie de divisiones y a partir de ese instante comienza a llamarse embrión. [1]

En determinado momento, ocurre un evento de proporciones dramáticas: una serie coordinada de migraciones celulares ocasiona  que la capa externa de células se pliegue hacia dentro de la bola hueca, como si diéramos vuelta un
guante. Las células se unen entonces a la superficie interior de la blástula y  migran, arrastrando a más células con ellas. A partir de este momento, esta masa de células se denomina gástrula.
El resultado es la formación en el embrión de tres capas primarias de células: el endodermo (capa interna); el mesodermo (capa media) y el ectodermo (capa  externa).
Comienzan a distinguirse grupos de células que adquieren características  particulares que otras no poseen, especializándose  en un  tipo celular. La morfología de las células cambia notablemente y este proceso se denomina diferenciación celular. [1]

Las primeras células de un ser humano procedentes del zigoto son denominadas células totipotenciales, por ser capaces de diferenciarse en todo tipo de células especializadas; proceso que comienza a los 4 días de desarrollo. De una célula totipotencial se puede obtener un organismo funcional. A medida que se diferencian restringen su potencial y se convierten en células  pluripotenciales,  que pueden desarrollarse en varios, pero ya no en todos los tipos celulares. De estas células ya no es posible obtener un organismo.

A medida que avanza la diferenciación se van desarrollando los distintos tipos de tejidos del cuerpo.
Con la especialización y la maduración muchas células pierden la capacidad de reproducción. En cambio otras denominadas células troncales o células madre conservan la capacidad de división.

En los adultos estas células sólo, pueden diferenciarse en un tipo concreto de célula especializada  (ej.: las células sanguíneas). A estas células troncales indiferenciadas de un tejido que pueden desarrollarse a células especializadas de dicho tejido se las denomina multipotenciales. (Ej. Las de la médula ósea que darán lugar a células sanguíneas). [2]

Patrones de desarrollo

Están mediados por los genes de los cuales hay varios grupos:

a) Genes de efecto materno: que definen la polaridad del embrión, es decir sus ejes anteroposteriores y dorsoventrales.

b) Genes de segmentación: que definen el número correcto y la polaridad de de los segmentos
corporales del embrión

c) Genes selectores homeóticos: que especifican la identidad de los segmentos, las mutaciones de estos transforman una parte del cuerpo en otra. Algunos de estos se conocen en conjunto como genes Hox y codifican factores de transcripción.

Los factores de crecimiento estimulan la mitosis y la diferenciación celular. Si una célula necesita ser reemplazada (a causa de daño, apoptosis natural, o alguna otra razón), segregará factores de crecimiento que estimulan que la célula se someta a mitosis o se diferencie.

La inhibición del contacto hace que las células dejen de proliferarse. Normalmente, las células individuales mantienen una pequeña cantidad de "espacio personal". Bajo ciertas condiciones,
las células que se vuelven atestadas y comienzan a tocarse entre sí, simplemente dejarán de crecer. Exactamente cómo funciona la inhibición de contacto todavía se desconoce. Sin embargo, los científicos creen que el contacto entre las células estimula la liberación de los factores inhibitorios del crecimiento. A diferencia de los factores de crecimiento, los factores de inhibición de crecimiento le dicen a las células que dejen de dividirse. [2]

Formación de tejidos

La asociación de células que realizan funciones específicas da origen a los tejidos. La especialización en ciertas funciones trae como consecuencias la diferenciación celular. Al mismo tiempo la células tienden a adoptar las características estructurales que las capacitan por el desempeño de su función especifica.

Diversidad y diferenciación de los tejidos

Un vegetal o un animal esta formado por órganos, diferentes por su forma y funciones, pero dispuestos y coordinados de tal manera que constituye un individuo capas de realizar las funciones propias de cada ser vivo. Cada órgano a su vez esta formado por tejidos diferentes que desempeñan determinadas funciones. [3]

Tejidos vegetales

Los principales tejidos vegetales son los siguientes: los tejidos de crecimiento, los tejidos parenquimáticos, los tejidos protectores, los tejidos conductores, los tejidos se sostén y los tejidos excretores.

  • Los tejidos de crecimiento o meristemos están constituidos por células jóvenes cuya única actividad es la de dividirse continuamente por mitosis. De las células de los meristemos derivan todas las células que forman el vegetal. Existen meristemos primarios, cuyas células permiten el crecimiento de la planta en longitud, y medistemos secundarios, el cámbium y el felógeno, cuyas células permiten el crecimiento de la planta en grosor.

  • Los tejidos parenquimáticos están constituidos por células especializadas en la nutrición. Los principales parénquimas son: el parénquima clorofílico, con células capaces de realizar la fotosíntesis; el parénquima de reserva, con células que almacenan sustancias alimenticias; el parénquima aerífero, que contiene aire, etc.

  • Los tejidos protectores, también llamados tegumentos, están formados por células que recubren el vegetal y lo aíslan del exterior. Hay dos clases de tegumentos: la epidermis, formada por células transparentes e impermeabilizadas, y el súber o corcho, formado por células muertas de paredes gruesas.

  • Los tejidos conductores están formados por células cilíndricas que se asocian formando tubos, por los que circulan las sustancias nutritivas. Se distinguen los vasos leñosos, o xilema, por los que circula la savia bruta formada por agua y sales minerales, y los vasos liberianos, o floema, por los que circula la savia elaborada formada por agua y materia orgánica, que ha pasado por el proceso de la fotosíntesis y es el verdadero alimento de la planta.

  • Los tejidos de sostén están constituidos por células alargadas de paredes muy gruesas formadas por celulosa. Estos tejidos dan forma y confieren rigidez a los vegetales.

  • Los tejidos excretores están formados por células especializadas en producir y excretar diversos tipos de sustancias, como la resina de las coníferas o pinos y abetos, el látex de las plantas lechosas, las bolsas secretoras de la corteza de la naranja, etc. [4]

  • Tejidos animales

    Tejidos epiteliales.
    Conjunto de células estrechamente unidas que tapizan las superficies corporales, tanto internas como externas, y que además forman glándulas.

    Los epitelios constituyen uno de los cuatro tejidos fundamentales de los animales. Están formados por células dispuestas de manera contigua, sin que exista prácticamente matriz extracelular, con lo que presentan una gran superficie de contacto entre ellas. En estas zonas adyacentes existen estructuras moleculares especializadas denominadas complejos de unión, como las uniones estrechas y desmosomas, además de uniones focales, que forman puentes intercelulares para fortalecer la cohesión entre las células epiteliales. Esto hace difícil o imposibilita el paso de determinadas moléculas por el espacio intercelular. Los epitelios no poseen red de capilares sanguíneos por lo que la nutrición se realiza por difusión desde el tejido conectivo subyacente. Las células epiteliales se organizan formando uno o varios estratos que descansan sobre una capa de matriz extracelular especializada denominada lámina basal. Bajo la lámina basal siempre aparece tejido conectivo. La lámina basal tiene un componente producido por las células epiteliales y otro por el tejido conectivo subyacente. Es característico también de los epitelios su polaridad, entendiendo por ello las diferencias morfofuncionales que presentan entre su dominio apical (orientado hacia la luz o hacia el exterior) y su dominio basal (orientado hacia la lámina basal). [5]

    Las funciones de los epitelios son muy variadas: protección frente a la desecación o la abrasión, filtración, absorción selectiva, transporte de sustancias por su superficie, y además pueden poseer células que actúan como órganos sensoriales, de secreción, etcétera. Algunas de estas funciones son posibles gracias a la presencia de especializaciones celulares en sus superficies libres o apicales como cilios, flagelos y microvellosidades.

    Tejidos conectivos o conjuntivos.
    Agrupan a un variado tipo de tejidos que se caracterizan por la gran importancia de su matriz extracelular, la cuál en la mayoría de los casos es la principal responsable de su función. Se origina a partir de las células mesenquimáticas embrionarias. Forman la mayor parte del organismo y realizan funciones tan variadas como sostén, nutrición, reserva, etc. El tejido conectivo se especializa en diferentes tipos cuya clasificación puede depender del autor.

    El tejido conectivo es el principal constituyente del organismo. Se le considera como un tejido de sostén puesto que sostiene y cohesiona a otros tejidos y órganos, sirve de soporte a estructuras del organismo y proteje y aisla a los órganos. Además, todas las sustancias que son absorbidas por los epitelios tienen que pasar por este tejido, que sirve de puente de comunicación entre distintos tejidos y órganos, por lo que generalmente se le considera como el medio interno del organismo. Bajo el nombre de conectivo se engloban una serie de tejidos heterogéneos pero con características compartidas. Una de estas características es la presencia de células embebidas en una abundante matriz extracelular, la cual representa una combinación de fibras colágenas y elásticas y de una sustancia fundamental rica en proteoglucanos y glucosamicoglucanos. Las características de la matriz extracelular son precisamente las responsables de las propiedades mecánicas, estructurales y bioquímicas del tejido conectivo. La clasificación del tejido conectivo en distintos subtipos depende de los autores pero generalmente se agrupan de la siguiente forma: [5]

    Conectivo propiamente dicho

    Mesenquimático
    Mucoso o gelatinoso
    Reticular
    Elástico
    Laxo o areolar
    Denso

    Conectivo especializado

    Adiposo
    Cartílaginoso
    Óseo
    Sanguíneo

    Tejido muscular.
    Formado por células que permiten el movimiento de los animales gracias a la propiedad de sus células de contraerse. 

    El tejido muscular es un derivado mesodérmico responsable del movimiento de los órganos y de los organismos que lo poseen. Está formado por unas células muy alargadas denominadasmiocitos o fibras musculares que tienen la capacidad de contraerse. Los miocitos se disponen en paralelo formando haces. La capacidad contráctil de estas células depende de la asociación entre microfilamentos y proteínas motoras miosina II presentes en su citoesqueleto. [5]

    El tejido muscular se divide en dos tipos: estriado y liso. Las células del músculo estriado presentan unas bandas perpendiculares al eje longitudinal celular cuando se observan al microscopio, de ahí su nombre. El tipo estriado se subdivide en músculo esquelético y en músculo cardiaco. Estas bandas transversales no aparecen en el músculo liso.

    Tejido nervioso.

    Está constituido por células especializadas en procesar información. La reciben del medio interno o externo, la integran y producen una respuesta que envían a otras células. [5]

    El tejido nervioso se desarrolla a partir del ectodermo embrionario. Es un tejido formado por dos tipos celulares: neuronas y glía, y cuya misión es recibir información del medio externo e interno, procesarla y desencadenar una respuesta. Es también el responsable de controlar numerosas funciones vitales como la respiración, digestión, bombeo sanguíneo del corazón, regular el flujo sanguíneo, control del sistema endocrino, etc.

    Las células del sistema nervioso se agrupan para formar dos partes: el sistema nervioso central que incluye el encéfalo y la médula espinal, y el sistema nervioso periférico formado por ganglios, nervios y neuronas diseminados por el organismo.

    Las neuronas están especializadas en la conducción de información eléctrica por sus membranas gracias a variaciones en el potencial eléctrico de la membrana plasmática. Mofológicamente, estas células se pueden dividir en tres compartimentos: el soma o cuerpo celular (donde se localiza el núcleo de la célula), las prolongaciones dendríticas y el axón. El árbol dendrítico es el principal receptor de la información que proviene de multitud de otras neuronas, la integra y la dirige al cuerpo celular. Del cuerpo celular parte el axón por donde viaja la información hacia otras neuronas o a fibras musculares.

     
       

    Fuentes:

    [1] https://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r66084.PDF

    [2] http://ocw.unican.es/ciencias-de-la-salud/fisiologia-general/materiales-de-clase-1/tema-1.-introduccion-al-estudio-de-la-fisiologia/Tema%209-Bloque%20I-Crecimiento%20Diferenciacion%20Celular.pdf

    [3] http://html.rincondelvago.com/biologia_39.html

    [4] http://www.duiops.net/seresvivos/metafitas_tejidos.html

    [5] http://webs.uvigo.es/mmegias/guiada_a_inicio.php 

     

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