Compensación del déficit energético
Ante el daño de las estructuras celulares, las mitocondrias son las primeras en sufrir, lo que conduce a una caída en el resíntesis de ATP durante la respiración tisular. Para sobrevivir, la célula desencadena una cascada de reacciones compensatorias:
- Activación de vías alternativas: la glucólisis se convierte en la principal fuente de energía. Si el daño es leve o moderado, puede aumentar la actividad de las enzimas de oxidación y fosforilación.
- Optimización del transporte y la utilización: se acelera la entrega de ATP a las estructuras efectoras mediante enzimas clave como la adenin nucleótido translocasa y la creatina fosfoquinasa. Asimismo, aumenta la eficiencia de las enzimas de utilización de energía (ATPasas).
- Ahorro de energía: la célula disminuye la intensidad de los procesos plásticos (síntesis de elementos estructurales) y limita su actividad funcional.
Protección de membranas y sistemas enzimáticos
El sistema de defensa antioxidante (SDA) desempeña un papel fundamental en la protección de las estructuras celulares. La superóxido dismutasa (SOD) inactiva los radicales superóxido de oxígeno, mientras que la catalasa y la glutatión peroxidasa degradan los compuestos peróxidos. Los sistemas multienzimáticos neutralizan los peróxidos lipídicos, reduciendo sustancialmente los efectos patógenos de las reacciones de radicales libres.
El daño siempre va acompañado de acidosis intracelular. Para contrarrestarla, se activan los sistemas tampón proteico, fosfato y carbonato. Paralelamente, las enzimas microsomales del retículo endoplásmico aceleran la transformación físico-química de los agentes patógenos (oxidación, reducción, desmetilación) y desencadenan la desrepresión génica para sintetizar nuevos componentes de membrana en sustitución de los perdidos.
Restablecimiento del equilibrio iónico e hídrico
La alteración en el funcionamiento de las bombas iónicas debido al déficit de ATP y al daño de la membrana conduce a un desequilibrio hídrico y electrolítico. La célula compensa esto de varias maneras:
- Reajuste metabólico: la activación de la glucólisis se acompaña de la liberación de iones de potasio, lo que compensa su pérdida a través de las membranas dañadas.
- Acción de los sistemas tampón: la disminución de la concentración de iones hidrógeno ayuda a restablecer la proporción óptima de potasio, sodio y calcio en el citosol.
- Activación del transporte: la recuperación de la síntesis de ATP aporta energía a las bombas iónicas, potenciando el transporte transmembrana.
El resultado es la normalización del volumen de líquido intracelular, lo que previene la tumefacción de la célula y de sus orgánulos.
Reparación del genoma y proteínas de choque térmico
Para restaurar el código genético opera el sistema de reparación del ADN. Las roturas de cadenas, surgidas bajo la acción de radicales libres o radiación, son unidas por enzimas ligasas. Las regiones dañadas son reemplazadas por normales (reparación por escisión) y los fragmentos extraños son eliminados.
Para corregir pequeños defectos del genoma se emplean mecanismos de regulación epigenética. Por ejemplo, las enzimas desmetilasas eliminan los grupos metilo, lo que contribuye al restablecimiento de la expresión génica normal. Esto normaliza los procesos de transcripción, traducción, división nuclear (nucleotomía) y de la célula misma (citotomía).
Un papel especial lo desempeñan las proteínas de choque térmico (HSP — Heat Shock Proteins), tales como HSP 70 y HSP 90. Estas se sintetizan en respuesta a la hipoxia, virus, agentes químicos o cambios de temperatura, previniendo la muerte celular y asegurando el plegamiento (conformación) correcto de otras proteínas.
Adaptación regulatoria y estructural
La adaptación celular tiene un carácter complejo y se implementa en tres niveles: metabólico, funcional y estructural.
- Reacciones regulatorias: la célula modifica el número de receptores, su sensibilidad a sustancias biológicamente activas y la actividad de los mediadores intracelulares (segundos mensajeros).
- Reposo funcional: la disminución temporal de la actividad permite redistribuir los recursos, reducir sustancialmente la magnitud de la alteración (daño) en el momento de la acción del factor patógeno y asegurar una rápida recuperación tras su eliminación.
- Cambios estructurales: ante una exposición prolongada o repetida al factor patógeno, se desarrollan procesos adaptativos típicos como hipertrofia, hiperplasia, atrofia, metaplasia y displasia.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Cómo influye la acidosis intracelular en la actividad de las enzimas lisosomales durante la alteración?
La acidosis intracelular durante el daño celular activa las hidrolasas lisosomales y favorece la salida de enzimas desde los lisosomas. Ante el daño, la activación de la glucólisis conduce a la acumulación de lactato y a la disminución del pH.
La acidificación del medio provoca las siguientes consecuencias:
- Activación de las hidrolasas lisosomales: provoca la autodigestión de la célula.
- Aumento de la actividad de lipasas, fosfolipasas y proteasas: se acompaña de una hidrólisis intensa de fosfolípidos, glucoproteínas, proteínas del citoesqueleto y enzimas.
Como resultado, aumenta la permeabilidad de las membranas, disminuye la actividad de las enzimas celulares y se desarrolla la lisis de la membrana.
¿Cuál es el papel patogénico de la acumulación de iones de calcio en el citosol durante el daño de la membrana?
La acumulación de iones Ca^{2+} dentro de la célula desencadena una cascada de reacciones enzimáticas implicadas en el daño de las estructuras celulares.
Efectos principales del exceso de Ca^{2+}:
- Activación de ATPasas: acelera la degradación del ATP y agrava el déficit energético.
- Activación de fosfolipasas: conduce a la destrucción de los fosfolípidos de la membrana y a la lisis de la misma.
- Activación de proteasas: provoca la destrucción de las proteínas del citoesqueleto y de la membrana, lo que también contribuye a la lisis de la membrana.
- Activación de endonucleasas: conduce a la hidrólisis del ADN y del ARN.
Además, el exceso de Ca^{2+} ejerce un efecto desacoplador en las mitocondrias y suprime la refosforilación del ADP. La destrucción mitocondrial puede estar relacionada con la hiperdistensión de las membranas ante un exceso de Ca^{2+} y líquido.
¿Qué vías de muerte celular existen ante el agotamiento de los mecanismos de protección y reparación?
En las fuentes se describen la necrosis y los tipos regulados de muerte celular.
Entre las vías principales se encuentran:
- Necrosis: el resultado de la combinación de la lisis de la membrana y la destrucción del material genético.
- Apoptosis: muerte regulada con la participación de caspasas, formación de cuerpos apoptóticos, sin salida del contenido celular al exterior y sin inflamación.
- Necroptosis: proceso controlado genéticamente que morfológicamente recuerda a la necrosis; se acompaña de la ruptura celular y la liberación de DAMPs, citocinas y quimiocinas.
- Ferroptosis: muerte regulada, dependiente de hierro y glutatión, asociada a la alteración del funcionamiento de la glutatión peroxidasa 4, acumulación de especies reactivas de oxígeno y peroxidación lipídica de las membranas.
- Piroptosis: muerte regulada con la participación de caspasas, acompañada de inflamación marcada y liberación de DAMPs y citocinas proinflamatorias IL-1β e IL-18.
Para memorizar las principales direcciones de la defensa celular, utilice la regla «EMIGRante»: E — Energía (glucólisis), M — Membranas (antioxidantes), I — Iones (bombas y tampones), G — Genoma (reparación del ADN), R — Regulación (receptores).
Preguntas de clases y exámenes
¿Cómo compensa la célula la pérdida de potasio durante la lesión de la membrana?
En la célula dañada, debido al aumento de la permeabilidad de la membrana, suele disminuir el contenido de potasio. La activación de la glucólisis se acompaña de la liberación de iones de potasio de las estructuras intracelulares, lo que ayuda a compensar estas pérdidas y a mantener la homeostasis iónica.
¿Qué es el «reposo funcional» de la célula?
Es una reacción defensiva en la cual la célula disminuye temporalmente su función específica y la intensidad de los procesos plásticos. Esto permite redistribuir los recursos energéticos, aumentar las capacidades de adaptación y disminuir la magnitud del daño.
¿Qué papel desempeñan las proteínas de choque térmico (HSP)?
Las proteínas de estrés (por ejemplo, HSP 70 y HSP 90) protegen a la célula de la muerte bajo la acción de la hipoxia, infecciones o agentes químicos. Su función principal es asegurar el ensamblaje (plegamiento) y la conformación correctos de otras proteínas intracelulares.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismos de reparación por escisión de ADN
- El papel de las desmetilasas en la regulación epigenética
- Cambios estructurales típicos: hipertrofia, hiperplasia, metaplasia
- Funcionamiento de las enzimas microsomales del retículo endoplásmico
- Relación entre la acidosis intracelular y los sistemas amortiguadores
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