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Células responden principios físicos
Con
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Juan Carlos Gil explica cómo se encontraron formas celulares específicas en la piel del oído de un ratón, lo que respaldó una forma geométrica particular y sugirió que las formas celulares responden a principios físicos de minimización de energía.
…y luego dos hexágonos grandes y luego para conectar cada lado de ese hexágono con el otro, en vez de bajar directamente con un prisma, pues tiene dos caritas, forma un nuevo; pero esas caras, algunas son cuadradas y otras son hexagonales. Es una chulada. Que se descubrieron estas formas de células en la piel del oído del ratón, con lo cual no solo se daba el espaldarazo a esta forma geométrica, sino que se empezaba a probar que las formas de las células responden a principios físicos de minimización de energía también, porque al fin y al cabo la vida vive en un entorno físico, claro, y no es ajena a él. Vale. teníamos entonces los epitelios planos razonablemente resueltos, pero ¿qué ocurre en epitelios curvados? Si ahora cogemos un epitelio con estos tetradecaedros que hemos pensado y lo doblamos muchísimo, estamos hablando de pocas células; si la curvatura es…
Significado #1 · Palabras #1
Francis Villatoro recuerda haber leído un artículo sobre la estructura del complejo proteico mayor de histocompatibilidad en la revista Nature a principios de los años 90, destacando cómo las células infectadas marcan su membrana con antígenos.
Habla: Francis VillatoroPalabras #14complejo proteico mayor histocompatibilidad natureantígenos marcan membrana células infectadasestructura bioquímica revista nature años 90francis villatoro y la bioquímica de nature…mecanismos que reconocen que hay una infección y toman parte del agente infeccioso, esa parte que toman se llama antígeno y la llevan a la membrana, a su membrana, y en la membrana hay unas moléculas que se llaman el complejo mayor de histocompatibilidad que Toma ese antígeno y en una especie de receptor externo a la membrana presenta el antígeno. Es decir, la célula que está infectada marca en su membrana que está infectada poniendo trozos de antígenos, se llaman antígenos, trozos del agente infeccioso. Esto se descubrió hace muchísimos años cuando yo estaba suscrito a la revista Nature a principios de los 90. Uno de los primeros artículos que me agradó del tema de la bioquímica fue la estructura del complejo proteico mayor de histocompatibilidad; fue un artículo que a mí fue portada y a mí me fascinó en su momento. Bien, pues una vez que tenemos que la célula infectada está marcando en su membrana externa con antígenos que lo está, necesitamos que alguien la reconozca, esos son los lifoncitos T cooperadores, que tienen en su membrana respectiva, tienen una serie de…
Juan Carlos Gil continúa explicando cómo los patrones celulares observados en dos dimensiones se proyectan en tres dimensiones, sugiriendo una forma prismática como solución inicial.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3patrones celulares en dos dimensionesproyección prismática de hexágonosminimización superficie sistemas físicos…células que tienen pocos lados. Finalmente, hay una ley que se llama de Euler en este contexto; hay otras muchas leyes de Euler, que dice que el promedio de los lados de las células de los epitelios es precisamente 6. 6 es la moda, la mediana y el promedio. Pero todo esto que estaba bastante trillado es en dos dimensiones. ¿Qué pasa? ¿Qué hacen estas células en tres dimensiones? Bueno, pues lo lógico en orden cero es pensar que estos polígonos sencillos, estos hexágonos, pues se proyectan en forma de prismas, ¿no? Es lo primero que se te ocurre Y es razonable, así se rellena el espacio, pero hay un problema, hay una situación añadida y es que las células deben tender además a minimizar la superficie porque en general cualquier sistema físico tiende a reducir la tensión superficial. Y este problema ya fue planteado y discutido a finales del siglo XIX por Lord Kelvin, el monstruo de la termodinámica, a quien debemos la escala de temperatura absoluta, la racionalización del segundo principio y... Puedo agregar una cosa que le debemos a…
Juan Carlos Gil continúa explicando cómo estudios posteriores confirmaron la existencia de células con forma de tetradecaedro de Kelvin en la piel, comparándolas visualmente con un obelisco reflejado en el agua.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #10células tetradecaedro de kelvin pielobelisco reflejado en el agua juan carlos gil…para la forma de las células de los epiterios era un sólido de 14 caras con 8 hexagonales y 4 cuadradas, y él demostró que llena el espacio de forma eficiente y simétrica y consideró, con aproximación teórica, que minimizaba el área total de las caras. Bueno, pues un montón de años después, diversos estudios documentaron que efectivamente hay células que tienen la forma del tetradecaedro de Kelvin en la piel, por ejemplo. ¿Cómo sería para entenderlo? Es como una especie de obelisco reflejado en el agua, ¿no? Como un obelisco con dos puntas, algo así. Pues no te lo voy a saber decir mejor; ese está muy bien, o sea, es un gran, tiene dos caras grandes si quieres, obviamente se puede formar paralelas y luego dos hexágonos grandes y luego para conectar cada lado de ese hexágono con el otro, en vez de bajar…
Juan Carlos Gil explica cómo se encontraron formas celulares específicas en la piel del oído de un ratón, lo que respaldó una forma geométrica particular y sugirió que las formas celulares responden a principios físicos de minimización de energía.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1formas celulares piel oído ratónprincipios físicos minimización energíacélulas responden principios físicos…y luego dos hexágonos grandes y luego para conectar cada lado de ese hexágono con el otro, en vez de bajar directamente con un prisma, pues tiene dos caritas, forma un nuevo; pero esas caras, algunas son cuadradas y otras son hexagonales. Es una chulada. Que se descubrieron estas formas de células en la piel del oído del ratón, con lo cual no solo se daba el espaldarazo a esta forma geométrica, sino que se empezaba a probar que las formas de las células responden a principios físicos de minimización de energía también, porque al fin y al cabo la vida vive en un entorno físico, claro, y no es ajena a él. Vale. teníamos entonces los epitelios planos razonablemente resueltos, pero ¿qué ocurre en epitelios curvados? Si ahora cogemos un epitelio con estos tetradecaedros que hemos pensado y lo doblamos muchísimo, estamos hablando de pocas células; si la curvatura es…
Juan Carlos Gil explica cómo la forma de tronco de pirámide en las células permite mantener la simetría entre sus caras superior e inferior, asegurando que los vecinos celulares sean iguales tanto arriba como abajo.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #17simetría entre caras celularesforma tronco pirámide célulasvecinos celulares iguales arriba abajoepitelio urbado observaciones siglo xx…pirámides, tronco de pirámides; la base mayor del tronco de pirámides estaría en la zona exterior del tubo que se llama zona basal, con lo cual las caras apicales y basales de las células tienen distinto tamaño pero, y esto va a ser clave para lo que viene. Esta forma de tronco de pirámide hace que se conserven los vecinos. Si abajo es un hexágono, arriba es un hexágono, las caras que los unen son sencillas y los mismos vecinos que tiene la célula por arriba los tiene por abajo. Pero esto no ocurre siempre en la naturaleza, lo de que los vecinos de arriba son iguales a los vecinos de abajo de un epitelio urbado ya hubo algunas observaciones tempranas a principios del siglo XX sobre que. esto podía ser así, pero en 1991 un estudio clave de Kondik y colaboradores mostró que durante el desarrollo de las patitas de la drosófila, la famosa mosca del vinagre, las células epiteliales no conservan sus vecinas entre las caras apicales y basales de…
Francis Villatoro explica cómo un autor físico y su grupo de biofísica investigaron la minimización de energía en la forma de los escutoides, descubriendo que esta estructura geométrica reduce la energía y las tensiones al permitir que células se adhieran.
Habla: Francis VillatoroSignificado #13 · Palabras #10escutoides y minimización de energíaenergía mínima en forma escutoidecélulas adheridas a escutoidespompas de jabón y energía potencial…jamón. Pompas de jamón, sometidas a curvatura entre un par de cristales curvados, ya sabéis que de nuevo la naturaleza tiende a funcionar como, a trabajar como ordenadores, las pompas tienden a reducir a minimizar la superficie total, la tensión superficial. Y se encontraron escutoides. El autor físico, que tiene un grupo de biofísica, estudió cómo minimizar la energía en la forma de los escutoides y fue como descubrió que eran una forma: la superficie de esta estructura geométrica minimiza la energía y minimiza las tensiones con las, porque son diferentes piezas como células que se van pegando. Una célula está rodeada de otras piezas del mismo tipo y eso minimiza la energía mecánica con lo que hay una justificación física de la aparición de esta forma y por eso se buscó en burbujas, en pompas de jabón porque las pompas de jabón adquieren formas que minimizan la energía potencial de interacción entre las diferentes pompas. Eso es con lo cual se vio que claramente. La tensión superficial jugaba un papel importante, pero las células tienen otras fuerzas y es en lo que ha evolucionado el grupo de investigación y es un poco del trabajo que vamos a hablar. Bueno, a partir de aquí, y ya han pasado cuántos, siete años, pues…
Juan Carlos Gil explica cómo las células tienden a ser redondas para minimizar su superficie y cómo existen fuerzas adhesivas entre ellas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2ablación láser en células y tejidospinzas ópticas y magnéticas para célulasintercalaciones apicovasales sin modificarmétodo de potts-montecarlo en retículadiagramas de boronoi dinámico francismodelo de vértices y fuerzas epitelialesfuerza elástica conservación área celularanillos interiores fuerza contractilcélulas tienden a ser redonditasfuerza adhesiva entre célulasequilibrio determina la fórmula celularmodelo de vértices en tres dimensiones…componente fuerte como hemos hablado en matemática. La pregunta concreta de este artículo es: ¿son necesarias realmente estas intercalaciones apico-basales y por tanto los escutoides para garantizar la estabilidad mecánica de los tejidos epiteliales curvados? Bueno, existen técnicas experimentales para estimar estas fuerzas en células y tejidos: ablación láser, hay unas pinzas ópticas y magnéticas que te permiten pellizcar a las células y ver cómo se recomponen, pero esas técnicas no están tan avanzadas como para que te permitan modificar el problema del que estamos hablando. Que es las intercalaciones apicovasales; no te permiten, te hago una intercalación aquí o la cambio de sitio, eso no existe. Así que se tiende a usar métodos no invasivos, teóricos, lo que se llama inferencia mecánica observando imágenes, que en epitelios afortunadamente las tenemos porque son típicamente, y en este artículo así lo van a ser, monocapas; pues viendo la forma de las células estimar las fuerzas. Hay un método que se llama De Potts-Montecarlo que hace este trabajo en una retícula, hay uno que se llama De Voronoi Dinámico que es muy parecido a lo que ha contado Francis, pero con diferencia el más popular se llama modelo de vértices que representa un epitelio como una red de polígonos planos donde los vértices pueden moverse atendiendo a las fuerzas y tenemos tres tipos de fuerzas. La fuerza elástica, que tiende a conservar el área celular; la fuerza contractil, que es debida a los anillos interiores. De la célula de actomiosina, que tiende a reducir el perímetro. Las células tienen una tendencia por sí solas a ser más o menos redonditas, a ofrecer menos superficie. Y una fuerza adhesiva, claro, tenemos varias células juntas y por tanto en las caras compartidas pues hay allí tensión y esta fórmula, esta fuerza tiende a favorecer que se conserven esos contactos que tenemos. El equilibrio de todas ellas es lo que determina la fórmula de la célula, pues claro, es más fácil decirlo que hacerlo. Si habían hecho extensiones a tres dimensiones del modelo de vértices es muy Complicado, se había hecho de forma muy burda. Típicamente se cogían las células estas prismáticas sin curvatura ni nada y se resolvía el problema sin tener en cuenta la obvia anisotropía, cosas que ocurren a lo largo del eje apico basal. Se habían hecho…
Juan Carlos Gil explica que la presencia de estructuras inusuales no ofrece una ventaja física notable cuando las células son planas y se ha observado experimentalmente su ausencia en este tipo de tejidos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6contractibilidad celular y adhesióngeometría celular troncos de conotejido epitelial escamoso columnarmodelos escutoides resultados energéticosescutoides en tejidos columnarescelulas planas sin ventaja fisicamodelos de page para tejidos…un parámetro que es la relación altura-anchura y para estas es de 1,5; son sólo 1,5 veces más altos que anchos y por otra parte epitelios columnares donde esta relación de forma es de 4. Todos los tejidos del estudio son monocapa y tienen 200 células. ¿Qué obtenemos? Pues se trata de variar, de analizar cómo varían la contractibilidad, es esta tendencia de la célula a reducir su perímetro y la adhesión, las fuerzas que nos mantienen caras pegadas con las vecinas en función tanto de la geometría celular, recordad, troncos de cono o escutoides, y del tipo de tejido, que podemos llamar escamoso o columnar. Y esto lo resumo mucho. En epitelios escamosos, en los planitos, en los que las células son tipo loseta, ambos modelos, con y sin escutoides, dan resultados energéticos muy semejantes. Es decir, las intercalaciones estas extrañas no aportan una ventaja física clara cuando las celulitas son muy planas y efectivamente, experimentalmente se ha observado que no suelen aparecer escutoides en este tipo de tejidos. Pero en los tejidos columnares, donde las celulitas son más elongadas, los modelos dan muy distinto. En este caso, si se impiden las intercalaciones, es decir, con los troncos de pirámide, el tejido solo es estable cuando la adhesión entre las células es muy baja. Solamente en ese caso las fuerzas se compensan, tanto que dicen los autores no es realista para…
Francis Villatoro responde a una pregunta de Cristina Hernández García sobre si el sistema inmunológico de las plantas es más sencillo que el de los humanos, explicando que carecen de un sistema de transporte celular como el torrente sanguíneo.
Habla: Francis VillatoroPalabras #7sistema inmunológico plantas descentralizadotorrente sanguíneo ausencia en plantascélulas vegetales autodefensatráfico sustancias y células humanas…tema que no contaba, que te ibas a meter en ese charco de francesa. Gracias, y quedó fetén ¿eh? Bueno, bueno. Me gustó mucho. Pues muy bien, pues vamos a recopilar algunas preguntas que he cogido aquí del chat, no muchas porque tampoco quiero alargarme mucho. Cristina Hernández García pregunta: ¿el sistema inmunitario de las plantas es más sencillo, aparte de más descentralizado? Y la respuesta es que sí. Las plantas no tienen un mecanismo para transportar células, como es el torrente sanguíneo, por el que se pueden mover células y pueden alcanzar diferentes lugares, con lo que todo sistema inmunitario en las plantas tiene que estar localizado en las propias células o sea, las propias células tienen que defenderse a sí mismas; no puede confiar en que le venga algo de manera mágica y la proteja como ocurre en los órganos del cuerpo humano. Tenemos un enorme tráfico de sustancias que entran y salen y pueden incluir células que nos ayuden. Así que el sistema inmunitario de las plantas es mucho más simplificado que el de los animales, pero no por ello se puede considerar más sencillo o menos evolucionado. es un sistema más centralizado en las células pero tiene muchos mecanismos para luchar y claro no hay toda la complejidad en el sentido de que…