Los Heteropolisacaridos contienen en su estructura dos o mas diferentes tipos de monosacaridos. Los heteropolisacaridos usualmente proporcionan soporte extracelular a muy diferentes organismos, desde las bacterias hasta los seres  humanos.  Junto a las proteinas fibrosas como el colageno, la elastina, la fibronectina, la laminina y otras, los heteropolisacaridos son los componentes mas importantes de la matrix extracelular, la cual mantiene unidas a las celulas individuales en los tejidos animales, y les provee proteccion, forma y soporte a las celulas, tejidos y organos.

Los heteropolisacaridos mas importantes desde el punto de vista humano son los glicosaminoglicanos. El acido Hialuronico, los Condroitin sulfatos y los Dermatan sulfatos son ejemplos de estos importantes heteropolisacaridos de la matrix extracelular. Estos heteropolisacaridos estan formados usualmente por la repeticion de una unidad de disacarido formada por un aminoazucar y un azucar acido.

Este estructura es un tipico ejemplo de una unidad de repeticion en los heteropolisacaridos.

Los grupos sulfatos son modificadores frecuentes en los monosacaridos que forman los heteropolisacaridos. Ejemplos de heteropolisacaridos con estos grupos son los Condroitin sulfatos y el Dermatan sulfato,

Usualmente los heteropolisacaridos se asocian con proteinas formando proteoglicanos. Los glicosaminoglicanos han sido denominados previamente mucopolisacaridos, por su abundancia en las secreciones mucosas.  Como grupo, los mucopolisacaridos realizan diversas funciones: funcion estructural, regulacion del metabolismo del agua (actuan como un reservorio de agua), cemento celular, “filtro” biologico  (atrapa grandes estructuras impidiendo su acceso a otros tejidos), lubricante biologico, y sitios de enlace para factores de crecimiento, entre otras funciones.

A continuacion se detallan funciones importantes de algunos glucosaminoglicanos en especifico:

Acido Hialuronico (Hialuronato): Actua como lubricante en liquido sinovial de las articulaciones, da consistencia al humor vitreo, contribuye a la fortaleza tensil y elasticidad de los cartilagos y tendones.

Condroitin Sulfatos: Contribuyen a fortaleza tensil y elasticidad de cartilagos, tendones, ligamentos y paredes de la aorta.

Dermatan sulfato (antiguamente llamado condroitin sulfato B) se encuentra principalmente en la piel, pero tambien en los vasos, el corazon, los pulmones. Hay indicios de que esta involucrado en alteraciones de la coagulacion,  desarrollo de enfermedades vasculares y otros procesos.

Keratan sulfato: Esta presente en la cornea, cartilagos, huesos y otras estructuras como unas y  pelo.

Heparina:  Es un potente anticoagulante natural producido en los mastocitos, que facilita la union de la antitrombina con la trombina, lo cual inhibe la coagulacion de la sangre.  

Los Glucosaminoglicanos son sintetizados en el Reticulo Endoplasmico y el Aparato de Golgi. Son degradados por hidrolasas lisosomales. Una deficiencia de una de las hidrolasas resulta en una mucopolisacaridosis. 

Las  mucopolisacaridosis son enfermedades hereditarias causadas por deficits de enzimas especificas relacionadas con la degradacion de los mucopolisacaridos, en las que los glucosaminoglicanos se acumulan en los tejidos, causando sintomas y signos  tales como deformidades esqueleticas y retardo mental. 

Ejemplos de estas enfermedades geneticas son el Sindrome de Hunter y el sindrome de Hurler. Estas enfermedades, , se caracterizan por deformidades fisicas, retraso mental y trastornos en la degradacion de heparan sulfato y dermatan sulfato.

Las mucopolisacaridosis se heredan de forma autosomica recesiva:

Seleccione la opcion que indica el rendimiento energetico de la oxidacion total de 1 mol de glucosa hasta CO2 y agua, suponiendo que:

- se utilicen la via glicolitica y la lanzadera del glicerol fosfato.

- cada mol de NADH.H+ que sea oxidado en la cadena respiratoria rinda  3 moles of ATP,

- cada “mol” de FADH2 que sea oxidado en la cadena respiratoria rinda 2 ATP

Escoja la opcion correcta:

a) 36 ATP

b) 38 ATP

c) 24 ATP

d) 12 ATP

e) 30 ATP

Este compuesto disipa el gradiente electroquimico y como consecuencia, continua el transporte de electrones pero se interrumpe la sintesis de ATP:

a)     Antimycin B

b)     Monoxido de Carbono

c)      Oligomicina

d)     Rotenona

e)     UCP

Plaqueta

Las plaquetas presentan en su citoplasma diferentes tipos de granulos: granulos lisosomales y granulos de glucogeno, similares a los encontrados en otras celulas, y ademas granulos caracteristicos de la plaqueta: los granulos alfa y los granulos densos o delta.

Los granulos alfa contienen una amplia variedad de peptidos y proteinas, Investigaciones recientes indican la existencia de dos tipos de granulos alfa: granulos alfa proangiogenicos y granulos alfa antiangiogenicos. Ambos parecen liberar sus componentes como respuesta a estimulos de diferentes receptores.

Los granulos alfa angiogenicos contienen Factor de Crecimiento Plaquetario (Platelet-Derived Growth Factor o PDGF), que desempenha un papel fundamental en la proliferacion de las celulas musculares lisas dentro del vaso sanguineo. Otras substancias presentes en estos granulos y estimulantes de la formacion de vasos (angiogenesis) son el Factor de Crecimiento del Endotelio Vascular (Vascular Endothelial Growth Factor oVEGF), Factor de Crecimiento basico de los fibroblastos (basic Fibroblast Growth Factor o bFGF), Factor de Crecimiento Epidermico (EGF), entre otros.

Los granulos alfa antiangiogenicos contienen endostatina, Factor Plaquetario 4, trombospondina-1, alfa-2 macroglobulina, inhibidor del activador del palsminogeno, y angiostatina.

La liberacion de substancias de estos granulos es activada por diferentes receptores: mientras la activacion de PAR-1 en la membrana plaquetaria activa la liberacion de substancias de los granulos proangiogenicos, la activacion de Par-4 activa la liberacion de las substancias de los granulos antiangiogenicos en un equilibro necesario para mantener la homeostasis.

El Sindrome de Plaqueta Gris (Gray Platelet Syndrome), o alfa-SPD (alfa-storage pool platelet disease) es una enfermedad hemorragica hereditaria caracterizada por plaquetas grandes en las cuales la microscopia electronica muestra ausencia o una marcada disminucion de los granulos alfa. Las plaquetas muestran una coloracion gris al ser observadas en el microscopio optico.

Los granulos densos almacenan calcio en altas concentraciones, ademas de ATP, ADP, serotonina, Pirofosfatos y polifosfatos.

El calcio liberado por estos granulos en el citoplasma desencadena una serie de eventos fundamentales para la agregacion plaquetaria, que incluyen entre otros, la activacion de la Fosfolipasa A2, (con liberacion de acido araquidonico de los fosfolipidos de las membranas, y su conversion en Tromboxano A2), y desencadena la contraccion del complejo actina-miosina asociado al citoesqueleto interno flexible de las plaquetas, lo cual provoca cambios conformacionales con centralizacion de organelos y formacion de los seudopodos caracteristicos de la plaqueta activada.

La falta de granulos delta puede observarse en la Enfermedad denominada delta-SPD, en la cual se detectan bajos niveles plaquetarios de ADP, por lo cual la agregacion plaquetaria esta disminuida. Otras enfermedades que se caracterizan por un defecto de los granulos delta son el Sindrome de Chediak-Higashi, en el cual este defecto esta asociado con albinismo y con alteraciones neurologicas, el sindrome de Hermansky-Pudlak, en el cual el paciente,  ademas de granulos delta defectuosos y albinismo presenta fibrosis pulmonar, y el alfa-delta-SPD, en que se detecta en la microscopia electronica un deficit de granulos alfa y delta.

Mas informacion, aqui:

Molecular mechanisms of platelet exocytosis: insights into the “secret”  life of thrombocytes.

Molecular Basis of Platelet Granule Secretion

Human Platelet Dense Granules contain Polyphosphates and are Similar to Acidocalcisomes f Bacteria and Unicellular  Eukariotes

Hemostasis: The ying-yang of platelet granules

Platelets function Defects

Angiogenesis is regulated by a novel mechanism: pro and antiangiogenic proteins are organized into separateplatelet alpha granules and differentially released.

Especialmente recomiendo esta excelente revision publicada por la Federacion Mundial de Hemofilia:

Platelet function Disorders

Colestiramina

La Colestiramina se usa para reducir el colesterol serico debido a su habilidad para interferer con la circulacion enterohepatica, dificultando la reabsorcion de las sales biliares. Por consiguiente, cuando este medicamento es indicado a un paciente, cual de los siguientes compuestos sera encontrado en altas concentraciones en sus heces fecales?

a) Desoxicolato

b) Palmitato

c) Glucuronato

d) Bilirrubina

e) Escualeno

f) Coenzima Q

En la membrana de las plaquetas se encuentran receptores de muy diversos tipos: receptores de la familia de las integrinas, receptores ricos en leucina (LRR), receptores transmembranales ligados a proteina G, proteinas de la superfamilia de las inmunoglobulinas, receptores de tipo tirosin quinasa, lectinas, y otros.

Muchos de estos receptores juegan un importante papel en la function hemostatica de las plaquetas, participando en las interacciones entre plaquetas, entre plaquetas y tejido vascular y  entre las plaquetas y factores de la coagulacion y otros agonistas (ADP, epinefrina, tromboxano A2, etc) .

Otros receptores de las membranas plaquetarias estan relacionados con la participacion de las plaquetas en procesos como la inflamacion, crecimiento tumoral y mestatasis, y reacciones de tipo inmunologica.   

Desde el punto de vista medico, resultan de especial interes los receptores GPIIb-IIIa  y los receptores GPIb.

El receptor [GP] IIb-IIIa es el receptor mas abundante en la superficie de la plaqueta, representando casi el 15 % de las proteinas de la superficie celular. Este receptor es un miembro de la familia de integrina-receptores de la superficie celular y es tambien llamado integrin αIIb-β₃ . Este es un receptor para el factor de Von Willebrand y el fibrinogeno. La importancia de este receptor para una adecuada hemostasis es obvia si se tiene en cuenta que mutaciones geneticas que provocan la ausencia de este receptor o su expresion en cantidades reducidas dan como resultado que las plaquetas son incapaces de enlazarse al fibrinogeno y agregarse (Tromboastenia de Glanzmann). Otro interes medico de este receptor radica en que actualmente, para inhibir la agregacion plaquetaria, se usan drogas que son antagonistas de este receptor (por ejemplo,  anticuerpos monoclonales contra el mismo).

El receptor GPI-b (GPIb-GPIX-GPV) es un receptor tipo Receptor Rico en Leucina (LRR receptor) formado por un complejo multiproteico constituido por 4 diferentes tipos de  glicopoproteinas: GPIb alfa y  GPIb beta, (unidas entre si por enlaces disulfuro), y GPIX y GPV, (asociadas por fuerzas no covalentes). Este receptor es fundamental para la union inicial de las plaquetas a la matrix extracelular y su adhesion al vaso danhado. Esta union se realiza a traves del factor de von Willebrand que actua como puente entre el colageno subendotelial (expuesto por la lesion del vaso) y los receptores GPI-b en la membrana plaquetaria. El sindrome de Bernard-Soulier  es un desorden autosomico recesivo que aparece como consecuencia de una ausencia o disminucion de las glicoproteinas que forman el receptor GPI-b.

Excelentes revisiones sobre estos temas pueden encontrarse en los siguientes enlaces:

Platelet function defects.

Platelet function disorders 

Platelet receptors and signaling in the dynamics of thrombus formation

 Inherited Disorders of Platelets 

 Blood coagulation 

 Thromboasthenia of Glanzmann and Naegeli 

 Giant Platelet Syndrome

En esta representacion del Ciclo de Krebs, cada reaccion aparece marcada por un numero. Las reacciones donde el NAD⁺ es reducido a NADH.H⁺ son aquellas marcadas con los numeros:

a)     1, 3 y 4

b)     3, 4 y 5

c)      3, 4 y 6

d)     3, 4 y 8

e)     5, 6 y 7

f)       4, 5 y 6

Las plaquetas o trombocitos son celulas sanguineas que participan en la coagulacion de la sangre.

Origen de las plaquetas.

Las plaquetas se forman a partir de sus precursores en el tejido hematopoyetico. La formacion de las plaquetas, como las de otras celulas sanguineas, comienza con el Hemocitoblasto, que entre otras posibilidades, (y fundamentalmente cuando esta bajo el estimulo de trombopoyetina) puede convertirse en megacarioblasto, el cual se transforma en promegacariocito y este en megacariocito. Durante la etapa de maduracion del megacariocito, el DNA continua replicandose y el nucleo experimenta muchas divisiones pero sin la correspondiente division celular.  Mientras esto ocurre, se acumula una gran cantidad de citoplasma. Las plaquetas se forman por el desarrollo de membranas de demarcacion en el citoplasma, con liberacion posterior a los sinusoides venosos de la medula osea. Un megacariocito puede liberar miles de plaquetas, quedando la celula con practicamente solo el nucleo.

Plaquetogenesis

Estructura general:

Las plaquetas son muy pequenhas, de 1 a 4 micras de diametro y circulan entre 4 y 10 dias, como discos achatados y sin nucleo. La membrana plaquetaria es muy rica en fosfolipidos y contiene diversas glicoproteinas que desempenhan un papel fundamental en la recepcion y transduccion de las senhales intracelulares. El citoplasma de las plaquetas contiene un sistema de microfilamentos y una estructura contractil del tipo actina/miosina, denominada thrombosthenin, que al ser activada modifica la estructura de la membrana. Tambien se encuentran en el citoplasma microtubulos, que junto a los microfilamentos, forman un citoesqueleto interno flexible responsable de la forma de las plaquetas, pero que a la vez permite los cambios de conformacion durante la activacion plaquetaria. Tambien se observan en el citoplasma plaquetario reticulo endoplasmico residual (formando el llamado sistema tubular denso), mitocondrias, glucogeno  y tres distintos tipos de granulos: granulos alfa, granulos densos, y granulos lisosomales, que contiene substancias biologicamente activas que son liberadas durante el proceso de la coagulacion. La energia para los procesos plaquetarios (agregacion, secrecion y otros) deriva de metabolismo aerobico en la mitocondria y de glicolisis anaerobia utilizando los granulos de glucogeno presentes en su citoplasma.

De particular interes desde el punto de vista bioquimico, fisiologico y medico resultan los receptores y los granulos de las plaquetas, que seran analizados en proximos posts.

Lecturas recomendadas:

Flaumenhaft, R. et al:

The actin cytoskeleton differentially regulates platelet (alpha)granule and dense granule secretions.

The Online Metabolic and Molecular Bases of Inhereted Diseases.

The inhereted disorders of platelets

Wikipedia:

Plaqueta.

Platelet.

La union del anticuerpo al antigeno muchas veces no es suficiente para brindar una proteccion efectiva contra el agente invasor, por lo que requiere de la accion complementaria de otro componente del sistema inmunologico que sea capaz de neutralizar o de conllevar  a la neutralizacion del agente.

Se denomina sistema del complemento a un conjunto de proteinas que constituyen  una cascada bioquimica que participa en los mecanismos de defensa inmunologico del organismo.  Este sistema, muchas veces, de hecho, actua complementariamente y como resultado de la interaccion antigeno-anticuerpo, pero en otras, como veremos mas adelante, puede actuar independientemente de la accion de los anticuerpos.

Las proteinas que forman este sistema son en su mayor parte enzimas proteoliticas en forma de zimogenos, que al ser iniciado este mecanismo de respuesta inmunologica se  van activando las unas a las otras desencadenando procesos de defensa que van desde la activacion de procesos de fagocitosis hasta la lisis de las bacterias invasores.  En este proceso, algunas proteinas del sistema actuan como cofactores, y otras como inhibidores.

Las proteinas que forman el sistema del complemento son sintetizadas en su mayor parte en el higado y constituyen aproximadamente el 5 % -10 %  de las globulinas plasmaticas. Ellas son componentes de la fase de respuesta aguda y aumentan su concentracion durante infecciones y traumas,  Muchas de esas proteinas se nombran con la letra C y se le asigna un numero relacionado con el orden en que fueron descubiertas.

Las funciones de este sistema incluyen:

1.- Lisis celular

2.- Estimulacion de la fagocitosis por opsonizacion.

3.- Atraccion de celulas fagociticas (quimotaxis)

4.- Contribucion a la respuesta inflamatoria y alergica ,estimulando la degranulacion celular y liberacion de enzimas intracelulares, histamina, etc.

5.- Facilitacion de la eliminacion de complejos inmunes.

La activacion del sistema del complemento puede producirse por tres mecanismos fundamentales:

1.- Activacion por la via clasica del complemento.

2.- Activacion por la via alternativa

3.- Activacion por via de la lectina-manosa.

En la via de activacion clasica, al interactuar los antigenos y los anticuerpos IgG o IgM especificos, se producen cambios alostericos en la inmunoglobulina que provocan que en la region constante 2 de las cadenas pesadas (HC2) se exponga un sitio de union con la proteina C1q, uno de los componentes del sistema del complemento. Al unirse la proteina C1q a la region constante de las cadenas pesadas, activa a otras dos proteinas del complemento, C1s y C1r. C1s es una serine proteasa que actua sobre C4 que al ser activada actua sobre C2. Los fragmentos activos de C4 y de C2 forman un complejo que se denomina C3 convertasa, porque puede hidrolizar a C3. (C1q tambien puede ser activado por micoplasmas, endotoxinas bacterianas, virus a RNA, y algunas membranas en ausencia de anticuerpos)

C3 es la proteina del complemento mas abundante, lo cual unido a la posibilidad de autoactivarse, amplifica extraordinariamente la senhal. La C3 b derivada de C3 se une a glicoproteinas de la superficie celular. Debido a que los macrofagos y neutrofilos tienen receptores para C3b, reconocen a las celulas recubiertas por esta proteina y se unen a ellas para fagocitarlas.

Otra parte de C3b se une a C5 y este complejo es hidrolizado por la C3 convertasa.

La hidrolisis de enlaces en C5 por la C3 convertasa (tambien llamada C3/c5 convertasa) produce C5a, que atrae a los neutrofilos, y C5b, que forma un complejo en la membrana celular con C6, C7 y C8. Este complejo, denominado Complejo de ataque a la membrana guia el ensamblaje de alrededor de 20 moleculas de C9 para formar un canal que atravesando la bicapa lipidica de la membrana, permite el paso de iones y pequenhas moleculas y agua, por lo que la celula experimenta lisis.

El siguiente video es una buena ilustracion de este proceso:

La via alternativa ocurre en ausencia de complejo antigeno anticuerpo. Normalmente, una cierta cantidad de C3 es hidrolizada espontaneamente liberando 3ª y 3b. En condiciones normales, 3b es inactivada, pero en presencia de bacterias o particulas o moleculas invasoras (virus, hongos, bacterias, parasitos, veneno de serpiente o  Ig A)  3b puede unirse a la membrana bacteriana e interactuar entonces con otra proteina del plasma llamada Factor B, formando un complejo C3bB, el cual al ser hidrolizado por otra proteina (Factor D) libera Ba y se convierte en un complejo C3bBb, que tiene actividad de C3 convertasa y desencadena ulteriores cambios que desembocan en la formacion del Complejo de Ataque a Membrana  y la lisis de la celula invasora. (las proteinas Factor H y factor I tienen enfecto inhibitorio sobre la C3 convertasa, mientras la properdina estabiliza su conformacion activa)

 Una tercera forma de activacion del complemento es la via de la Lectina-Manosa. En esta via, una proteina serica, capaz de enlazarse a la manosa (Manose-Binding Lectine o MBL) y otros monosocararidos de los glicocomplejos (glicolipidos y glicoproteinas) en la superficie del organismo invasor, forma un complejo con dos serin proteasas en forma de zimogeno (Manosa-binding lectin Associated Serin Proteasas)  MASP-I y MASP-II. Cuando la MBL se une a los oligosacaridos de la superficie de bacterias, virus u hongos, se activan las serin proteasas las cuales  hidrolizan y activan las proteinas C4 y C2, desencadenando la cascada del complemento.

Cualquiera de los tres mecanismos que sean desencadenados, ellos convergen en la formacion de un complejo con actividad de C3 convertasa,  la formacion de 3b y la continuacion de la cascada que culmina con la lisis de la celula invasora.

Aunque muchos  textos difieren en algunos detalles especificos,  lo cierto es que el sistema del complemento tiene como funciones principales:

1.- Opsonizacion (marcar a las celulas extranhas para la fagocitosis mediante formacion de proteinas que recubren a dicha celula. Ej. C3b)

2.- Quimotaxis (atraccion de neutrofilos hacia el agente invasor Ej. C5a)

3.- Lisis de la celula invasora (Ej C5, C6, C7, C8, C9)

4.- Contribucion a la respuesta inflamatoria y alergica, estimulando la degranulacion celular y liberacion de enzimas intracelulares, histamina, etc (Ej. C3a, C4a, C5a)

5.- Facilitar la eliminacion de complejos inmunes (Ej. C3b )

Se conocen diversas enfermedades relacionadas con el malfuncionamiento  sistema del complemento, que incluyen deficiencias congenitas o adquiridas de componentes individuales del complemento, que se manifiestan generalmente como susceptibilidad aumentada a infecciones piogenas o a Neisseria.  Es importante tambien la asociacion entre deficiencia de factores del complemento y enfermedades  inmunologicas del tipo del Lupus Eritematoso Sistemico y otras enfermedades colageno-vasculares,  asi como en nefritis cronicas, angioedemas a repeticion, y otras.  

Informacion adicional en idioma castellano:

Sistema del Complemento

Complejo de Ataque a Membrana

Complemento. Lab tests on line.

 Patino, P.J. :

El papel del complemento y los anticuerpos en la inflamacion

Salgado, H. Et al:

Guia de estudio y manejo del paciente sospechoso de presentar alteraciones en el sistema del complemento

Berron-perez, R. Et al:

El sistema del complemento: Vias clasica y de la lectina que se une a la manosa

Excelentes revisiones en ingles sobre enfermedades del complemento:

Moore, E.:

Complement Deficiencies. When the Immune System has Inadequate Levels of Complement Proteins.

Gupta, R.; Agraharkar, M.

Complement Related Disorders

Chaganti, K.R. et al:

Complement Deficiencies

Glovski, M. et al:

Complement determinations in human disease

Al atender a un paciente adolescente, masculino, mestizo, que se queja de dolor abdominal, usted observa una coloracion amarillenta en la piel, mucosas y esclerotica. El examen abdominal no refleja aumento de tamanho del higado o del bazo. No se observan signos de abdomen agudo. Un test rapido en la orina muestra un resultado negativo para bilirrubina, pero positivo para urobilinogeno.

Al llegar los examenes de laboratorio, usted observa los siguientes resultados:

- Hematocrito: 28% (rango de referencia:  41% a  53%)

- Hemoglobina: 8 g/dL (13.5-17.5 g/dL)

- Alanina aminotransferasa (ALT) : 12 U/L (rango de referencia:  8-20 U/L)

- Aspartato aminotransferasa (AST): 18 U/L (rango de referencia: 8-20 U/L)

- Fosfatasa alacalina (ALP): 80 U/L (rango de referencia: 44-147 U/L)

- Bilirrubina total: 3.5 mg/dL (normal = 0.1 a 1 mg/dL)

- Bilirrubina directa: 0.2 mg/dL (normal desde 0 a  0.3 mg/dL).

Cual de las siguientes opciones es compatible con las caracteristicas mencionadas anteriormente?

a)     Ictericia de causa prehepatica

b)     Ictericia de causa hepatica debido a deficiencia en la captacion de bilirrubina.

c)      Ictericia de causa hepatica debido a deficiencia en la conjugacion de bilirrubina.

d)     Ictericia de causa hepatica debido a deficiencia en la excrecion de bilirrubina del hepatocito.

e)     Ictericia de causa posthepatica (obstruccion biliar extrahepatica)