1.Virus Els Els virus irus són part partíc ícul ulees micr micros oscò còp pique iquess que que no arrib rriben en a ten tenir estru struct ctu ura cel· cel·lu lula lar, r, ja que que no tene enen un cito citopl plas asma ma amb amb els els enzi enzims ms nece necess ssar aris is per per dur dur a term termee un meta metabo boli lism sme. e. Per Per això això,, quan quan es trob troben en fora fora de les cèl·lules (fase extracel·lular) són totalment inerts i s’anomenen partícules víriques o virions. En els virus es poden distingir tres parts: El genoma genoma víric víric:: es compon d’una o diverses molècules de DNA o d’RNA, però mai de les dues ● simu simult ltàn ània iame ment nt.. L’àc L’àcid id nucl nuclei eicc del del viru viruss pot pot ser ser de cade cadena na ober oberta ta o circ circul ular ar,, i la cade cadena na pot pot ser ser monocatenària o bicatenària. La càpsida: càpsida: és la coberta proteica que envolta al genoma víric. La funció de la càpsida és ● prot proteg egir ir l’àc l’àcid id nucl nuclei eicc i, en algu alguns ns viru virus, s, reco reconè nèix ixer er els els rece recept ptor orss de memb membra rana na de les les cèl· cèl·lu lule less que el virus parasita. El con conjunt del gen genoma víri íric i la càpsida s’anomena nucleocàpsida. La càps càpsid idaa forma ormad da per per prot proteeïne ïnes glob globu ulars lars anom anomeenade nadess caps capsòm òmeers, rs, pot pot ser ser de diver iverssos tip tipus: us: icosaèdrica, helicoïdal i complexa. La coberta coberta membranosa membranosa:: és una una cobe cobert rtaa de tipu tipuss memb membra ranó nóss que que envo envolt ltaa la nucl nucleo eocà càps psid ida. a. Es ● compon d’una doble capa lipídica procedent de les cèl·lules hostes parasitades i de glic glicop opro rote teïn ïnes es.. Té com com a funci unció ó el reco recone neix ixem emeent de la futur uturaa cèl· cèl·lu lula la hos hoste i la indu inducc cció ió de la penetració del virió en aquesta per mitjà de fagocitosi. El cicle dels virus Els Els viru viruss pres presen ente ten n meca mecani nism smes es que que els els perm permet eten en repr reprod odui uirr-se se dins dins de les les cèl· cèl·lu lule less host hostee i dese desenv nvol olup upar ar un complex cicle vital a través d’aquestes. Aquests mecanismes poden ser: Cicle lític: condueix lític: condueix a la destrucció de la cèl·lula hoste. Les fases d’aquest cicle són: ● Fase Fase de fixa fixaci ció ó o adso adsorc rció ió:: hi ha una una gran gran espe especi cifi fita tatt en el cont contac acte te dels dels viru viruss i les les seve sevess ○ futures cèl·lules hoste, en les quals hi ha diverses molècules que actuen com a rece recept ptor orss que que perm permet eten en l’ad l’adhe hesi sió ó dels dels viri virion ons. s. En aque aquest staa fase fase,, els els bact bacter eriò iòfa fags gs es fixe fixen n inic inicia ialm lmen entt a travé ravéss de les les punte untess de les les fibre ibress caud caudal alss per per mitjà itjà d’e d’enlla nllaço çoss quím químic icss, i posteriorment de maners mecànica, ja que claven les espines basals a la paret del bacteri. Fase Fase de pene penetr trac aciió: el bacteriòfag perfora la paret cel·lular del bacteri per mitjà ○ d’enzims lisozims situats a la placa basal. Aleshores contrau la beina de la cua i hi introdueix DNA a través d’aquest orifici, amb la qual cosa el genoma víric passa directament al citoplasma bacterià. Fase Fase d’ec d’ecli lips psi: i: Aquesta denominació de fase d’eclipsi fa referència al fet que no ○ s’ob s’obse serv rven en viru viruss a l’in l’inte teri rior or del del bact bacter eri. i. És quan quan hi ha més més acti activi vita tatt meta metabò bòli lica ca indu induïd ïdaa pel DNA del virus. Inicialment, el DNA víric, utilitzant nucleòtids i l’enzim RNApolimerasa del bacteri, dirigeix la síntesi d’una gran quantitat de RNAm víric (tra (trans nscr crip ipci ció) ó).. Aque Aquest st RNAm RNAm víri víricc serv servei eixx de base base per per a la sínt síntes esii de prot proteï eïne ness del del viru virus, s, com com ara ara els els caps capsòm òmer ers, s, els els enzi enzims ms endo endonu nucl clea ease sess (que (que dest destru ruie ieix ixen en el DNA DNA bact bacter erià ià i n’in n’inpe pede deix ixen en la dupl duplic icac ació ió)) i els els enzi enzims ms endo endoli lisn snes es.. El DNA DNA víri víricc expe experi rime ment ntaa múlt múltip iple less processos de replicació gràcies als complexos enzimàtics del bacteri. Fase Fase d’acop d’acoplam lament ent:: Els Els caps capsòm òmer erss acab acabat atss de form formar ar es reun reunei eixe xen n form forman antt càps càpsid ides es,, ○ mentre que les noves molècules de DNA víric es pleguen i penetren a les càpsides. Fase Fase de lisi lisi o alli allibe bera rame ment nt:: A cau causa de l’ac l’acci ció ó de l’e l’enzim nzim endo endoli lisi sina na,, es prod produ ueix eix la lisi lisi ○ del bact bacteeri i els nous nous virio irions ns form format atss surte urten n a l’e l’exter xterio ior, r, de mane anera que ja són cap capaço aços d’infectar altres bacteris.
●
●
Cicle lisogènic: Alguns virus, quan infecten una cèl·lula, no la destrueixen sinó que el seu genoma passa a incorporar-se al DNA de la cèl·lula hoste. Aquests virus s’anomenen virus atenuats o pròfags, i la cèl·lula receptora, cèl·lula lisogènica. El DNA del pròfag pot viure en forma latent durant diverses generacions de la cèl·lula hoste, fins que un estímul determinat indueixi la separació del DNA del pròfag del DNA de la cèl·lula hoste. En aquest moment el DNA del pròfag iniciarà un cicle lític típic des de la fase 3. Mentre la cèl·lula hoste tingui el DNA pròfag, serà immune a infeccions d’aquest mateix virus. Cicle del virus de la sida: El virus de la sida és extremadament petit, de forma esfèrica i es compon d’un nucli intern o càpsida. A l’interior de la càpsida hi ha el material genètic del virus en forma de dos fils d’RNA que es troben lligats, cadascun, a una molècula d’un enzim, la transcriptasa inversa. Dins de la càpsida hi ha també altres proteïnes com ara la integrasa, una proteasa i una ribonucleasa. El virus de la sida és un retrovirus. Transcriu el seu genoma d’RNA a DNA com a primer pas de la infecció cel·lular. Aquesta transcripció inversa la du a terme l’enzim transcriptasa inversa.
2.Bacteris Els bacteris són organismes molt simples, amb escasses estructures internes. Existeixen quatre tipus morfològics de bacteris: Els bacils, en forma de bastó. ● Els cocs, de forma esfèrica. ● Els espirils, en forma de bastó cargolat. ● Els vibrions, en forma de coma ortogàfica. ● Alguns bacteris poden formar agrupacions d’individus, ja que, quan es divideixen, els bacteris fills es mantenen units entre si per mitjà de components químics de les càpsules. Així, els bacils poden formar cadenes lineals d’individus, ja que el procés de divisió té lloc en una sola direcció. En canvi, els cocs poden dividir-se en diferents direccions, per la qual cosa poden presentar diferents agrupacions, que reben el nom de diplococs si formen parelles, estreptococs si formen cadenes, estafilococs si formen raïms d’individus i sarcines si formen associacions tridimensionals regulars. L’estructura bacteriana L’estructura interna dels bacteris és molt més simple que la de les cèl·lules eucariotes, però en canvi l’estructura superficial és més complexa. Els components estructurals més importants dels bacteris són: La càpsula bacteriana: és una capa mucosa de diferents polisacàrids que envolta la paret ● bacteriana i que només presenten alguns bacteris. És rígida i està adherida a la paret bacteriana, però si per la seva compsició absorbeix aigua, aquesta capa augmenta de gruix i es torna mucilaginosa: aleshores s’anomena capa mucosa. La paret bacteriana: és una coberta rígida que dóna forma a les cèl·lules bacterianes. ● La diferent composició de la paret bacteriana fa que els bacteris reaccionin de manera diferent quan es tracten amb els tres compostos de l’anomenada tinció de Gram, de la qual es distingeixen dos grups: els bacteris grampositius ( gram + ), que queden de color blau, i els bacteris gramnegatius ( gram − ), que queden de color vermell. La paret dels bacteris gram + és monoestratificada i està formada per una capa gruixuda de peptidoglicans (mureïna). En canvi, la paret dels gram − és biestratificada, ja que té una capa ●
basal fina de peptidoglicans sobre la qual hi ha una membrana externa. La membrana plasmàtica: és la coberta que envolta el citoplasma. Les funcions de la membraba plasmàtica són les mateixes que en les cèl·lules eucariotes, és a dir, delimita el bacteri i regula el pas de substàncies nutritives.
●
●
El citoplasma, amb el citosol i el morfoplasma (ribosomes i inclusions). Els ribosomes són partícules globulars que es troben en un gran nombre lliures en el citoplasma bacterià o formant llargues cadenes, anomenades poliribosomes. Els ribosomes estan formats per RNA i proteïnes. Igual que en les cèl·lules eucariotes, els ribosomes bacterians fan la síntesi de proteïnes. Les inclusions són gránuls de substàncies de reserva que el bacteri sintetitza en moments d’abundància. El DNA bacterià: el cromosoma dels bacteris està constituït per una doble cadena circular de DNA, generalment condensada en una regió del citoplasma anomenada regió nuclear o nucleoide. El cromosoma bacterià porta associat proteïnes i RNA, i té com a funció contenir la informació genètica, així com dirigir el funcionament de tot el metabolisme bacterià. Els bacteris també poden contenir petites molècules de DNA circular bicatenari anomenades plasmidis, que disposen també de capacitat de replicació autònoma. Alguns plasmidis tenen la capacitat reversible d’integrar-se en el cromosoma bacterià, i aleshores reben el nom d’episomes. A banda de tots els que ja hem comentat, els bacteris també poden tenir flagels, prolongacions fines amb una longitud diversa, a vegades més gran que la del bacteri. Els flagels, en girar, permeten el moviment dels bacteris. També poden tenir pèls, estructures allargades i buides que fan servir per aherir-se a diferents superficies. Alguns pèls tenen funció d’intercanvi de material genètic (conjugació), i poden transmetre plasmidis.
Fisiologia bacteriana Els bacteris, com qualsevol ésser viu, desenvolupen les funcions de: Funció de nutrició: presenten una gran variabilitat de metabolismes, poden dur a terme tots els ● tipus de metabolismes que hi ha, des de l’heteròtrof fins a l’autòtrof, on podem trobar bacteris fotosintètics i quimisintètics, i des de l’aerobi fins a l’anaerobi. Gràcies a la seva diversa capacitat d’adaptació, els bacteris poden trobar-se en gairebé qualsevol ecosistema, tant terrestres com marins. Funció de relació: moltes espècies de bacteris disposen de mobilitat. El desplaçament pot ● efectuar-se per mitjà de moviments de contracció i dilatació o bé per mitjà de flagels. S’han comprovat respostes davant d’estímuls lluminosos (fotoactisme) en bacteris fotosíntetics, i també d’estímuls químics (quimiotactisme). Una de les respostes més conegudes respecte a les variacions del medi és la formació d’espores, que són formes de resistència. Funció de reproducció: la reproducció dels bacteris és de tipus asexual i es du a terme per mitjà ● de bipartició o fissió binària, a la qual precedeix una duplicació del DNA bacterià i una separació de les dues molècules obtingudes. Això dóna lloc a individus clonals, és a dir, genèticament iguals. La diversitat apareix quan hi ha mutacions. A més, existeixen tres mecanismes d’intercanvi de material genètic anomenats mecanismes parasexuals: La conjugació és el procés en què un bacteri, considerat donador, transmet DNA en ○ forma de plasmidi per mitjà d’un pèl sexual a un altre bacteri anomenat receptor. La transducció és un fenomen d’intercanvi genètic accidental a través d’un agent ○ transmissor, generalment un virus, el qual transporta fragments de DNA procedents de l’últim bacteri parasitat. La transformació és un procés pel qual un bacteri introdueix a dins seu fragments de ○ DNA que estaven lliures en el medi i que procedien de la lisi d’altres bacteris.
Tipus de bacteris La classificació dels bacteris és extremadament complexa i es basa no només en les característiques morfològiques sinó també en la manera en què es tenyeixen amb els colorants ( gram + , gram − ), en la manera de formar colònies, en el tipus de nutrició, en la fisiologia (tolerància a la temperatura i al pH, requeriment d’oxigen i sals), en la bioquímica, en la genètica i en les anàlisis moleculars. A efectes pràctics i basant-nos en característiques fisiològiques i nutricionals, podem assenyalar que els principals grups de bacteris són: Bacteris porpres i verds: són bacteris fotosintètics anaerobis que tenen un pigment molt ● semblant a la clorofil·la a, anomenat bacterioclorofil·la, i un sol fotosistema I, per la qual cosa no poden utilitzar l’aigua com a font d’hidrògens i, per tant, no generen oxigen. Cianobacteris: també s’anomenen cianofícies o algues verdes blavoses i es tracta de bacteris ● fotosintètics aerobis. Tenen un pigment blau anomenat ficocianina, a més de la clorofil·la a. Els cianobacteris poden ser unicel·lulars o pluricel·lulars. Bacteris nitrificants: són bacteris quimioautòtrofs capaços de formar compostos orgànics ● gràcies a l’energia alliberada en reaccions d’oxidació de compostos nitrogenats inorgànics. Hi ha dos tipus de bacteris nitrificants: els bacteris oxidants de l’amoni i els bacteris oxidants de nitrits. Bacteris fixadors de nitrogen: són bacteris aerobis gram − capaços de fixar el nitrogen de ● l’atmosfera. Bacteris entèrics: són els bacteris que viuen a l’intestí de l’espècie humana i d’altres animals; es ● coneixen com la flora intestinal. Espiroquetes: viuen generalment en medis aquàtics; d’altres provoquen malalties als animals i ● l’espècie humana. Bacteris de l’àcid làctic: viuen en productes d’origen animal o vegetal que estan en ● fermentació, i en el tracte digestiu o urogenital de l’espècie humana. Micoplasmes: moltes espècies de micoplasmes són patògenes i produeixen malalties a les ● plantes i a l’espècie humana. Dins de cada espècie pot haver-hi diferents subtipus o variants genètiques anomenades soques. Per estudiar els bacteris, aquests es mantenen en medis de cultiu. Els medis de cultiu són dissolucions aquoses que tenen sals minerals i nutrients orgànics que satisfan els requeriments dels bacteris. Importància dels bacteris Els bacteris són de vital importància en el funcionament dels cicles geobioquímics , ja que efectuen reaccions de descomposició de matèria orgànica i de transformació dels compostos, oxidant o reduint el sofre. D’altra banda, també tenen la capacitat de reduir els minerals del ferro en estat fèrric a estat ferrós, permeten així que estigui més disponible per als éssers vius. La biotecnologia microbiana tradicional fa servir els microorganismes per transformar algunes molècules en altres que tenen més utilitat, com antibiòtics i vacunes. A més, són organismes útils per investigar mètodes d’enginyeria genètica, ja que són fàcils de mantenir i es reprodueixen de forma molt ràpida.
3.Antibiòtics Els antibiòtics són substàncies químiques produïdes en el metabolisme d’alguns bacteris i fongs. La seva composició química és variada, fet que se ha determinat que s’hagin establert famílies d’antibiòtics amb una composició semblant. Els antibiòtics són molt útils per al tractament de malalties produïdes per bacteris, i alguns també tenen efectes contra els fongs patògens.
Mecanisme d’acció El mecanisme d’acció dels antibiòtics és molt variat. Alguns exemples són la inhibició de la síntesi de les parets cel·lulars dels bacteris patògens, la destrucció dels fosfolípis de les membranes cel·lulars i la inhibició de la síntesi del DNA, de l’RNA i de les proteïnes dels microbis patògens. Aquestes estructures bacterianes sobre les quals actuen en els antibiòtics s’anomenen dianes. Els antibiòtics d’espectre ampli són els que exerceixen la seva acció sobre una gran varietat de microorganismes. Principals antibiòtics Alguns bacteris són resistents a determinats antibiòtics gràcies al fet que són capaços d’inactivar-los, o bé perquè les seves cobertes no són permeables a l’antibiòtic. La resistència als antibiòtics és deguda a una mutació genética aleatòria o un intercanvi parasexual de gens resistents entre bacteris. La generalització de la resistència a tota una població de bacteris és provocada per la selecció natural. Els bacteris que posseeixen una mutació que els permet sobreviure continuaran reproduint-se, i transmetent per tant els seus gens resistents a la seva descendència. La producció d’antibiòtics Els antibiòtics que es fan a a la indústria són productes de la síntesi, no de catabolisme. Es coneixen prop de 800 antibiòtics produïts per microorganismes: fongs del gènere Penicillium i bacteris dels gèneres Bacillus i Streptomyces. La selecció dels microorganismes productors d’antibiòtics s’acostuma a fer a l’atzar en la naturalesa. La producció industrial d’antibiòtics ha crescut espectacularment des de la dècada de 1950 i té una gran importància en l’àrea de la medicina. Són diverses les causes que hi han contribuït, com per exemple: El descobriment d’espècies microbianes que tenen més capacitat de producció. ● La millora dels medis de cultiu i el desenvolupament de la tècnica de cultiu submergit en els ● fermentadors industrials, que permeten el creixement dels microbis en grans quantitats. La selecció de soques mutants dels microbis productors. ● La millora del mètode d’extracció de l’antibiòtic de la barreja de cultiu. ●
4.El sistema immunitari El conjunt de cèl·lules, teixits i molècules implicades en els processos d’immunització forma el sistema immunitari. Aquest sistema té la capacitat de reconèixer molècules estanyes a l’organisme, fet que provoca una sèrie de processos cel·lulars i moleculars que condueixen a la seva neutralització o destrucció. El sistema immunitari té una importància extraordinària en la defensa de l’organisme davant d’infeccions microbianes i de desordres cel·lulars patològics com ara els tumors. Totes les molècules que són capaces d’activar el sistema immunitari reben el nom d’antígens. Òrgans del sistema immunitari Reben aquest nom tots aquells òrgans relacionats amb la formació, la maduració o l’acumulació de limfòcits. Són òrgans limfoides primaris aquells en els quals es produeix la maduració definitiva dels limfòcits, com ara la medul·la òssia vermella, el tim i la bossa de Fabrici dels ocells. En canvi, la melsa, els ganglis limfàtics i el teixit limfoide difús o amb fol·licles limfàtics constitueixen els òrgans limfoides secundaris, perquè és on els limfòcits reaccionen contra antígens específics. La medul·la òssia vermella: es troba, en els adults, a l’interior dels ossos plans, com els que ● formen el crani; dels ossos curts, com les costelles, i de les epífisis o caps dels ossos llargs. En la medul·la òssia vermella hi ha les cèl·lules mare, precursores dels limfòcits. Aquestes cèl·lules mare maduren a la mateixa medul·la òssia i es transformen en limfòcits B, on surten de la medul·la òssia i migren al tim, on es transformen en limfòcits T.
El tim: tot i que és un òrgan una mica atrofiat en l’adult, és molt important per al desenvolupament dels limfòcits T perquè és l’òrgan on migren algunes cèl·lules mare de la medul·la òssia per transformar-se en limfòcits T. Aquests, al mateix tim, són seleccionats (el 95% són eliminats), i el 5% escollit migra als òrgans limfoides secundaris, on finalitza la transformació en limfòcits T. Els ganglis limfàtics: s’encarreguen de filtrar la limfa gràcies a l’acció de cèl·lules ● macrofagocitàries que hi ha a l’interior. En l’espècie humana, els ganglis limfàtics tendeixen a concentrar-se en els capil·lars limfàtics dels engonals, les axil·les, la zona cervical i la subclavicular. Quan s’inflamen és indici de l’existència d’una infecció microbiana i de l’acció de l’aparell immunològic. En diferents parts del cos es troben limfòcits, cèl·lules plasmàtiques i fagòcits aïllats de manera difusa o formant agregats anomenats fol·licles limfàtics. Solen estar associats amb l’epiteli de revestiment de cavitats internes, per això s’anomenen estructures limfoepitelials. Les estructures més importants són les amígdales, l’apèndix i les plaques de Peyer (en relació amb l’intestí prim). En aquestes estructures limfoepitelials s’acumulen cèl·lules immunocompetents. ●
Els antígens Qualsevol substància que sigui capaç de desencadenar una resposta immunitària rep el nom d’antígen o immunogen. Generalment, els antígens són macromolècules que pertanyen a microorganismes (heteroantígens), però també poden ser molècules d’un altre individu de la mateixa espècie (isoantígens), com ara les mucoproteïnes del sistema ABO sanguini humà, i molècules del mateix animal (autoantígens). Els antígens presenten una petita zona de la molècula, anomenada determinant antigènic, per mitjà de la qual s’uneixen específicament als receptors de membrana dels limfòcits i als anticossos. En els antígens proteics, el determinant sol estar format per només quatre o cinc aminoàcids. L’antigen es diu que és univalent quan només té un determinant antigènic a la molècula, de manera que únicament s’hi pot unir un anticòs, mentre que és polivalent quan té diversos llocs d’unió del mateix anticòs o de diferents anticossos. Els antígens es diferencien dels haptens en el fet que aquests són petites molècules que poden unir-se a anticossos específics, però que per si sols no estimulen ni la producció d’anticossos ni les cèl·lules immunocompetents. Tanmateix, els haptens poden adquirir propietats antigèniques quan s’uneixen a molècules transportadores, generalment proteïnes. La presència de determinats antígens en el cos d’un animal estimula la proliferació dels limfòcits que tenen els receptors específics contra aquests antígens. Aquesta idea de formació de limfòcits específics rep el nom de teoria de la selecció clonal, que admet que els receptors ja estan preformats en l’aparell immunitari fins i tot abans de la presència dels antígens; davant de l’entrada dels antígens, les cèl·lules amb receptors específics són seleccionades entre un immens repertori de cèl·lules amb diferents receptors, i se’ls estimula la proliferació i la maduració. Els anticossos Són molècules produïdes pels limfòcits B destinades a unir-se específicament als antígens. Els anticossos produïts pels limfòcits B poden quedar adherits a la membrana plasmàtica del limfòcit B, on actuen com a anticossos de superfície receptors d’antígens, o bé són segregats a l’exterior de la cèl·lula com a anticossos lliures circulants en la sang. Les cèl·lules plasmàtiques (limfòcits B madurs) són incapaces de dividir-se , tenen una vida curta i destinen la seva maquinària de síntesi proteica principalment a produir anticossos.
Els anticossos són proteïnes del grup de les globulines i també reben el nom d’immunoglobulines (Ig). L’estructura bàsica de les Ig són quatre cadenes polipeptídiques: dues cadenes lleugeres o L iguals i dues cadenes pesants o H també idèntiques. Lligades a les cadenes H hi ha molècules d’oligosacàrids, la funció de les quals encara no es coneic. Les cadenes H i L estan unides entre si per ponts disulfur. Es combinen dues cadenes pesants i dues cadenes lleugeres per formar una molècula tridimensional en forma de Y, que es compon d’una tija constituïda per una part de les dues cadenes pesants amb el radicals àcid (-COOH) terminals i de dos braços formats per la resta de les cadenes pesants i per les dues cadenes lleugeres, totes amb els radicals amino (- N H 2 ) teminals. A la base dels braços de les cadenes H hi ha la frontissa, una zona formada per uns quants aminoàcids per on els braços poden moure’s lliurement respecte a la resta de la molècula, el que permet la unió a antígens amb diferents determinants antigènics. Els extrems aminats de les cadenes H i L s’anomenen porció variable de la Ig, ja que cada tipus d’anticòs té aquesta zona de les cadenes amb una seqüència diferent d’aminoàcids: els dos extrems de la Y dels anticossos són els centres d’unió als antígens, de manera que una molècula d’anticòs es bivalent. El lloc d’unió amb cada antigen es pot considerar com un forant entre les porcions variables d’una cadena H i una altra L en el qual encaixa el determinant antigènic de l’antigen específic. La resta de les cadenes H i L s’anomena porció constant i no té la propietat d’unirs-se als antígens. Es coneixen cinc tipus diferents d’immunoglobulines: IgG, IgM, IgD, IgA i IgE, les quals es diferencien entre si pel tipus de les cadenes H. Les IgG o gammaglobulines: són els anticossos més nombrosos de la sang, on poden arribar a ● assolir fins al 75% de les immunoglobulines circulants en l’espècie humana. Tenen un pes molecular aproximadament de 150000 daltons i es componen de dues cadenes L i de dues cadenes H de tipus gamma a les quals s’uneixen molècules d’oligosacàrids. A més d’unir-se a antígens, les IgG són capaces d’activar el complement i els fagòcits sanguinis. Les IgG són els únics anticossos que travessen la placenta i penetren en el fetus. Les IgM: són els primers anticossos que es produeixen davant de l’exposició a un antigen i ● representen fins al 10% del total de les immunoglobulines de la sang. Tenen un pes molecular d’uns 90000 daltons i estan formades per cinc monómers d’anticossos units per ponts disulfur i d’una cadena polipeptídica anomenada J. Les cadenes H són de tipus mi. Tenen una gran avidesa per molècules o omicroorganismes antigènics polivalents, com els virus, i també activen els macròfags i el sistema del complement. Les IgM tenen deu llocs per unir-se amb els antígens. Les IgA: estan formades per quatre cadenes polipeptídiques, com les IgG, dues cadenes L i dues ● cadenes H de tipus alfa, tot i que aquest monòmer pot associar-se amb un altre o amb dos més per mitjà d’una cadena J, i així dímers o trímers. Les IgA representen fins al 10% del total de les immunoglobulines circulants. S’originen en estructures limfoides subepitelials i es troben a la sang i la llet, el mucus respiratori i intestinal, la saliva i les llàgrimes, amb la qual cosa col·laboren en l’eficàcia de les barreres primàries de defensa dels animals. Les IgA d’aquestes secrecions contenen una cadena polipeptídica anomenada component secretor que impedeix que aquestes immunoglobulines siguin hidrolitzades pels enzims proteolítics de líquid segregat. Les IgE: tenen un pes molecular aproximat de 190000 daltons i es componen de dues cadenes L ● i dues cadenes H de tipus èpsilon. Es troben principalment als teixits i són les causants principals dels fenòmens d’al·lèrgia. Es troben en una concentració molt baixa en la sang. Les IgD: es componen de dues cadenes L i dues H de tipus delta i tenen un pes molecular ● aproximat de 180000 daltons. Són anticossos de la superfície de limfòcits B que serveixen com a receptors d’antígens específics.
5.Cèl·lules del sistema immunitari Els leucòcits són cèl·lules sense pigments, dotades de nucli, mitocondris i altres orgànuls cel·lulars; es caracteritzen perquè es mouen mitjançant pseudopodis. Hi ha diversos tipus de leucòcits amb funcions diferenciades: els monòcits i neutròfils es relacionen amb la immunitat inespecífica, i els limfòcits, amb la immunitat específica. Els monòcids: representen el 2-8% del total de leucòcits. Després de subsistir diversos dies al ● flux sanguini, migren a diferents teixits o òrgans i es transformen en cèl·lules més grans amb més capacitat fagocítica, els anomenats macròfags. El conjunt de macròfags s’anomena sistema reticuloendotelial. Els neutròfils o micròfags: constitueixen el 50-70% del total de leucòcits. Es troben en un gran ● nombre en el flux sanguini i tenen una mitjana de vida molt més curta que els macròfags. Les substàncies químiques que alliberen els teixits infectats pels microbis atrauen quimiotàcticament els neutròfils, que surten dels vasos sanguinis (mecanisme de diapedesi) gràcies al moviment ameboide. Els limfòcits: representen entre el 20-40% del total de glòbuls blancs. Es troben a la sang i a la ● limfa, tenen el nucli gran i arrodonit i poc citoplasma. S’anomenen cèl·lules immunocompetens perquè són la base dels dos tipus d’immunitat, la humoral i la cèl·lular. Els limfòcits procedeixen de cèl·lules mare pluripotents que en els adults es troben a la medul·la òssia vermella dels ossos. Hi ha dos tipus de limfòcits: Els limfòcits B o cèl·lules B: es formen a la medul·la òssia, en els mamífers i a la bossa ○ de Fabrici, en els ocells. Són els responsables de la immunitat humoral. Aquests limfòcits tenen proteïnes a la superfície externa de la membrana plasmàtica que reaccionen amb antígens específics de microorganismes; els limfòcits B, quan s’activen a partir del contacte amb un antigen, es converteixen en cèl·lules plasmàtiques i produeixen anticossos lliures específics. Els limfòcits T o cèl·lules T: maduren en el tim i no poden produir anticossos lliures, ○ però disposen, a la superfície de la membrana, de receptors que reconeixen antígens. Aquests receptors són macromolècules formades per dues cadenes proteiques unides de manera no covalent a proteïnes de superfície de la membrana plasmàtica (complex CD3). Els receptors dels limfòcits només tenen un lloc de reconeixement d’antígens. Les proteïnes del complex CD3 transmeten a l’interior del limfòcit T la informació de la interacció dels antígens amb els receptors T. Els limfòcits T intervenen en la immunitat cel·lular. Hi ha dos tipus de limfòcits T: Els limfòcits T citotòxics: destrueixen les cèl·lules infectades per virus o bacteris ■ patògens endocel·lulars amb l’alliberació de citotoxines, com les perforines, que destrueixen els microorganismes. Els limfòcits T col·laboradors: activen els limfòcits B i inicien la proliferació dels ■ limfòcits T citotòxics per mitjà de la secreció d’interleucines. Les cèl·lules assassines naturals (o cèl·lules NK): són un tipus particular de limfòcits que es ● troba a la sang dels vertebrats i que destrueix alguns tipus de cèl·lules canceroses o bé cèl·lules infectades per virus de manera similar a la de les cèl·lules T citotòxiques, però sempre de manera molt poc específica. No tenen receptors d’antígens a la membrana i es desconeix la manera com aquestes cèl·lules discriminen entre cèl·lules normals i anormals de l’organisme i indueixen la mort (apoptosi) d’aquestes últimes.
6.Mecanismes de resposta immunitària inespecífica L’organisme disposa de diverses defenses de caràcter no específic per rebutjar els microorganismes. Són les barreres primàries i les barreres secundàries. Les barreres primàries: la pell és una barrera física gairebé infranquejable per als ● microorganismes gràcies al gruix i al procés de queratinització i descamació de les capes cel·lulars més externes. A més, la secreció de les glàndules sebàcies i la suor determinen un pH una mica àcid que dificulta la supervivència de microbis. La flora bacteriana de la pell també impedeix el desenvolupament d’altres microbis. A la boca, l’anus, les fosses nasals, les vies respiratòries, urogenitals i digestives, les barreres defensives són les secrecions mucoses que en recobreixen els epitelis. En la saliva, en la secreció lacrimal i en la secreció nasal hi ha un enzim, el lisozim, que destrueix la capa de mureïna de la paret bacteriana; en l’esperma es troba l’espermina, d’acció bactericida. Les secrecions àcides de l’epiteli vaginals i dels conductes digestius, com ara l’estómac, dificulten la proliferació dels microorganismes. En les mucoses respiratòries, els microbis i les partícules estranyes que queden atrapats en el mucus s’eliminen amb el moviment ciliar de les cèl·lules epitelials, per la tos i per l’esternut. Les barreres secundàries: la resposta inflamatòria. Quan els microbis aconsegueixen travessar ● les barreres primàries i penetren a l’interior de l’organisme, s’activa la barrera secundària cel·lular o defensa fagocítica. El procés de la fagocitosi és un tipus d’endocitosi que comporta l’englobament de microorganismes en vacúols fagocítics, la incorporació dels enzims hidrolítics dels lisosomes a aquests vacúols (fagolisosomes) i la destrucció dels microorganismes fagocitats, així com l’aprofitament de les biomolècules produïdes en aquest procés. Per facilitar el procés fagocític es produeix en el cos dels animals una sèrie de fenòmens entre els quals destaca la dilatació dels vasos sanguinis locals (de manera que arriba més sang i, per tant, més leucòcits a la zona infectada) i l’augment de la permeabilitat vascular, la qual cosa facilita la sortida de plasma i de cèl·lules sanguínies: és l’anomenada resposta inflamatòria.
7.Mecanisme de resposta immunitària específica En principi, qualsevol macromolècula aliena a l’organisme és reconeguda pel sistema immunitari i desencadena una resposta immunitària. Aquestes respostes poden ser respostes propiciades per cèl·lules (immunitat cèl·lular) i respostes produïdes per molècules anomenades anticossos (immunitat humoral). La resposta immunitària Els microorganismes patògens activen la resposta immunitària, el mecanisme de proliferació i maduració de cèl·lules immunocompetents i de producció d’anticossos. Es coneixen dos tipus de resposta immunitària: la primària i la secundària. La resposta immunitària primària: és la que es produeix en el primer contacte amb un antigen ● determinat. Al cap d’uns quants dies d’aquest contacte, comencen a aparèixer anticossos a la sang de l’animal infectat, la producció dels quals va en augment exponencial fins a una fase estacionària en la que comencen a davallar. Els anticossos que es formen en aquesta resposta són del tipus de les IgM, i les IgG. Passades unes setmanes, les Ig són gairebé imperceptibles a la sang. Resposta immunitària secundària: quan l’aparell immunològic detecta per segona vegada la ● presència del mateix antigen, origina una resposta diferent de l’anterior: hi ha menys retard entre l’entrada en l’antigen I l’aparició d’anticossos, que són principalement del tipus de les IgG.
Com que se’n produeixen molt més ràpidament, els valors de concentració d’aquestes Ig a la sang són més alts i la persistència a la sang és molt superior (fins a uns quants anys). Les característiques de la resposta immunitària secundària (resposta més ràpida, més intensa i de dérada més llarga) indiquen clarament que hi ha una memòria immunitària. Cal buscar la base d’aquesta memòria immunitària en els limfòcits B, alguns dels quals, després del primer contacte amb l’antigen, es transformen en cèl·lules de memòria de llarga durada, i sobreviuen gran part de la vida de l’animal. Els limfòcits B de memòria circulen contínuament per la sang i pels òrgans limfoides secundaire, per això detecten ràpidament una nova entrada de l’antigen, gràcies a la gran avidesa que els receptors de superfície tenen per l’antigen, i desencadenen una ràpida producció d’IgG. El mecanisme de presentació Hi ha diversos tipus de cèl·lules, com ara els macròfags sanguinis, les cèl·lules dendrítiques dels òrgans limfoides i les cèl·lules de Langerhans de la pell, que són capaces d’activar els limfòcits T en ‘’presentar-los’’ molècules d’antígens unides a macromolècules de la seva membrana. El mecanisme de presentació dels antígens als limfòcits T funciona així: 1. Les cèl·lules presentadores capten l’antigen mitjançant endocitosi. 2. Als endosomes es degraden les proteïnes dels antígens en pèptids senzills. 3. Una part d’aquests peptides va a parar a la membrana plasmàtica, on són associats a les proteïnes MHC, anomenades també complex principal d’histocompatibilitat. Els pèptids d’origen antigènic s’exposen a l’exterior de les cèl·lules presentadores. La ‘’presentació’’ de pèptids antigènics per part d’aquestes cèl·lules determina que alguns limfòcits T col·laboradors reconeguin aquests pèptids gràcies als seus receptors de membrana, que s’uneixen específicament als antígens presentats. Aquest reconeixement d’antígens per parts de limfòcits T col·laboradors provoca que aquests quedin activats. La secreció d’interleucines per part d’aquests limfòcits T activats estimula la proliferació de limfòcits T i la conversió de limfòcits B en cèl·lules plasmàtiques productores d’anticossos. Es coneixen dos tipus d’interacció dels antígens amb els limfòcits T: Si són antígens generats a la mateixa cèl·lula, com passa en les cèl·lules canceroses, les ● molècules MHC de tipus I mosten un petit pèptid antigènic als limfòcits T citotòxics. Si són antígens procedents d’una endocitsi feta per una cèl·lula presentadora, les molècules ● MHC de tipus II mostren un pèptid antigènic als limfòcits T col·laboradors. La reacció antigen-anticòs Quan reconeixen els antígens, els anticossos s’hi uneixen per mitjà d’enllaços de Van der Waals, forces hidrofòbiques o iòniques, en una reacció que s’anomena antigen-anticòs. En apuesta unió, que es duu a terme entre les porcions variables de les cadenes H i L de l’anticòs i els determinants antigènics, no s’estableix cap enllaç covalent entre antigen i anticòs, per això la reacció és reversible. La reacció es desplaça cap a un costal o un altre segons les concentracions d’antígens i d’anticossos i la intensitat de la reacció. L’afinitat d’un anticòs per un antigen està determinada per la intensitat de les interaccions que s’estableixen entre l’antigen i el determinat antigènic. La reacció antigen-anticòs és extraordinàriament específica: un anticòs pot reconèixer entre una multitud de determinants antigènics únicament els que li són complementaris. Hi ha diferents tipus de reacció antigen-anticòs: Reacció de precipitació: quan els antígens són macromolècules solubles amb diversos ● determinants (antígens multivalents), els anticossos lliures pel plasma sanguini, quan s’hi uneixen formen complexos insolubles que precipiten.
●
●
●
Reacció de neutralització: s’efectua principalment amb els virus i consisteix en la disminució de la capacitat infectant dels virus quan s’uneixen els anticossos amb els determinants antigènics de la càpsula vírica. Aquesta reacció és reversible, és a dir, que poden tornar a activar-se de nou els virus. Reacció d’aglutinació: es produeix quan els anticossos reaccionen amb molècules s’antígens situats a la superfície de bacteris o altres cèl·lules. Com a resultat d’aquesta reacció, les cèl·lules formen agregats que sedimenten amb facilitat. Els antígens de la superfície de les cèl·lules que provoquen aglutinació s’anomenen aglutinògens, mentre que els seus anticossos específics s’anomenen aglutinines. Una varietat particular és l’aglutinació passiva, que consisteix en l’adherència d’antígens solubles a la membrana de les cèl·lules; posteriorment, els anticossos contra aquests antígens, quan reaccionen amb aquests, determinen l’aglutinació de les cèl·lules a les quals estaven lligats. Aquest fenomen es dóna sovint en els glòbuls vermells de la sang. Reacció d’opsonització: els fagòcits sanguinis, quan tenen molècules d’anticossos unides a la superfície, fagociten més àvidament els microorganismes o les partícules antigèniques. Això passa perquè la unió dels anticossos produeix un augment de l’adherència del complex antigen-anticòs a la superfície dels macròfags i micròfags sanguinis, fet que en facilita la fagocitosi. Els microorganismes recoberts d’anticossos es diu que estan opsonitzats.
El sistema del complement El complement s’anomena així perquè ajuda o complementa i alhora augmenta els mecanismes de la resposta immunitària. Està compost per una vintena de proteïnes plasmàtiques del tipus de globulines que es troben sempre presents al plasma. El complement reacciona davant d’una gran varietat de complexos antigen-anticòs iI principalment provoca la lisi dels microorganismes amb complexos antigen-anticòs adherits. El funcionament s’inicia quan el complex antigen-anticòs fixa una globulina d’aquest sistema; llavors comença una seqüència d’activacions de les altres proteïnes del complement que condueixen a la formació d’un enzim actiu del grup de les proteases, que destrueix la membrana del microorganisme. El sistema del complement actua també en la alliberació de histamina en els mastòcits. La histamina provoca un augment de la permeabilitat dels capil·lars sanguinis de la zona infectada, per això hi arriben més glòbuls blancs i més anticossos. Algunes proteïnes del sistema del complement atrauen els micròfags sanguinis i són responsables de la inflama;ó local de la zona infectada. L’interferó Són petites proteïnes plasmàtiques produïdes pels limfòcits T, per les cèl·lules NK, per leucòcits o fibroblasts que interfereixen principalment en la replicació dels virus a l’interior de les cèl·lules. En l’espècie humana hi ha tres tipus d’interferó, l’alfa, el beta i el gamma. Els dos primers es produeixen i s’alliberen quan leucòcits i fibroblasts queden infectats pels virus; els interferons alfa i beta, quan s’uneixen a altres cèl·lules veïnes, les estimulen perquè produeixin enzims anomenats proteïnes antivirals, que actuen bloquejant la replicació dels virus quan siguin infectats per aquests. Els limfòcits T i les cèl·lules NK sanes, quan són sensibilitzades per antígens de virus, bacteris o cèl·lules tumorals, produeixen l’interferó gamma humà. Es creu que l’activitat de l’interferó gamma és potènciar l’efecte de limfòcits, cèl·lules assassines i macròfags per destruir cèl·lules infectades o tumorals. Defensa contra cèl·lules canceroses Les cèl·lules normals dels teixits es poden transformar en cèl·lules canceroses quan el material genètic original és modifica per mutació. Aquestes cèl·lules canceroses tenen a la membrana antígens tumorals, que són molècules antigèniques diferents de les que tenen les cèl·lules normals.
Els antígens tumorals són específics per a cada tipus de cèl·lules canceroses, i determinen la posada en marxa del sistema immunitari, com ara la producció d’anticossos específics i l’activitat dels limfòcits T citotòxics, de les cèl·lules assassines (NK) i dels macròfags. Tot i així, la resposta immunitària a les cèl·lules cancerígenes és, en molts casos, ineficaç. Es postula que les cèl·lules canceroses tenen capacitat de modular els seus antígens tumorals de manera que aquestes ‘’desapareixen’’ de la superfície de les cèl·lules en presència d’anticossos sanguinis específics, amb la qual cosa no són reconegudes com a estranyes. També s’ha observat que les cèl·lules canceroses tenen una quantitat molt baixa de molècules MHC a la membrana, fet que pot determinar que els limfòcits T citotòxics no aconsegueixin reconèixer-les de manera adequada.
7.Tipus d’immunitat i mecanisme d’actuació El concepte d’immunitat fa referència al fet de ser invulnerable a una malaltia infecciosa determinada. La immunologia s’encarrega d’estudiar tot el que està relacionat amb la immunitat a les infeccions, és a dir, el sistema immunitari. La principal característica de la immunitat és que és específica. Així, per exemple, una persona que ha passat la varicel·la és immune aquesta malaltia, però no ha d’altres com ara el tifus o la ràbia. A més, la immunitat a determinada malaltia infecciosa té memòria en els animals, ja que perdura durant un temps, que pot ser des de tan sols uns dies fins a tota la vida. Hi ha dos tipus d’immunitat, la immunitat natural i la immunitat artificial. La immunitat natural: els animals adquireixen immunitat de manera natural quan, en ser ● exposats a una invasió microbiana, el seu sistema immunològic actua i produeix anticossos específics contra aquests microbis. Si es vénç la invasió microbiana, l’animal s’immunitza contra aquests microbis durant el temps que els anticossos subsisteixen a la sang. Com que els mateixos mecanismes immunològics de l’animal són els que han aconseguit la immunitat, es diu que és activa. El fetus dels mamífers també pot adquirir immunitat natural mentre és a l’úter matern, ja que a través de la placenta rep constantment els anticossos que hi ha a la sang de la mare. D’aquesta manera, les cries dels mamífers aconsegueixen una immunitat natural de tipus passiu fins que els seus mecanismes immunològics es desenvolupen completament. S’anomena passiva perquè els anticossos no han estat produïts pel mateix individu, sinó que els adquirit de l’exterior. La immunitat artificial o adquirida: la immunitat també es pot adquirir artificialment amb l’ús ● de tècniques com la vacunació i la seroteràpia. La vacunació consisteix a injectar microbis morts o atenuats de la malaltia que es vol prevenir; en l’organisme aquests microbis activen el sistema immunitari i es formen anticossos específics. Les vacunes són preventives i no curatives perquè produeixen l’efecte després d’uns dies, en que l’organisme fabrica els anticossos. Són efectes bastant duradors perquè els anticossos es produeixen durant un temps considerable. La vacunació és un mètode d’immunitat actiu, ja que és el mateix organisme qui produeix els anticossos. Actualment es disposa de vacunes contra un gran nombre de malalties infeccioses, com ara el còlera, la tuberculosi, la diftèria, el tètanus, la verola, el xarampió, la meningitis, la ràbia, la poliomielitis i el tifus. La seroteràpia també confereix immunitat artificial a l’organisme. Consisteix a tractar el pacient afectat d’una malaltia infecciosa amb anticossos específics dels antígens dels microorganismes que produeixen la malaltia. Aquests anticossos es poden obtenir per mitjà de tècniques de clonació a partir de limfòcits capaços de produir-ne (anticossos monoclonals), o a partir de sèrum de cavall prèviament vacunat amb l’antigen. La seroteràpia s’utilitza amb finalitats curatives en individus malalts, els quals obtenen una immunitat artificial passiva de durada limitada.
La immunoteràpia del càncer Actualment hi ha diverses tècniques que tendeixen augmentar els mecanismes de defensa de l’organisme que pateix càncer. Algunes substàncies, injectades localment en el nucli cancerigen, poden estimular l’activació dels macròfags i la producció d’interleucina. Els missatges químics del sistema immunitari, com a l’interferó, es poden utilitzar en la teràpia del càncer per augmentar els atacs contra els antígens de les cèl·lules cancerígenes. En l’actualitat, s’està investigant en la teràpia genètica contra el càncer, inserint en el codi genètic de cèl·lules canceroses gens específics que augmenten l’activitat del sistema immunitari o descobrint estratègies per inhibir l’activitat dels oncogens. Els anticossos monoclonals són anticossos produïts per una cèl·lula híbrida resultant de la fusió d’un limfòcit B i d’una cèl·lula de tipus cancerós. La cèl·lula resultant de la fusió, la cèl·lula híbrida o hibridoma, té la capacitat de produir anticossos d’un sol tipus i de reproduir-se constantment. Totes les cèl·lules filles descendents d’una hibridoma tenen la mateixa constitució genètica, és a dir, es formen clons de la cèl·lula mare, i tots els anticossos produïts per aquestes també seran idèntics, clonats, els anticossos monoclonals. En l’actualitat, gràcies a l’enginyeria genètica s’ha aconseguit humanitzar anticossos monoclonals de la rata que no indueixen el rebuig del sistema immunitari quan s’introdueixen en persones. Es tracta dels anticossos monoclonals quimèrics, que tenen dues parts: una part variable originària de la rata (aproximadament el 30%), que és essencial perquè l’anticòs pugui reconèixer l’antigen estrany; i una part d’origen humà (el 70% restant que és de tipus estructural i és la causant que el sistema immunitari humà no el reconegui com estrany i, d’aquesta manera, és minimitza la possibilitat que el sistema immunitari respongui negativament davant de la anticòs monoclonal quimèric. Avui dia hi ha diversos anticossos monoclonals humanitzats que s’utilitzen en la teràpia de diversos càncers, en malalties d’autoimmunitat, per evitar el rebuig d’òrgans trasplantats, en les al·lèrgies, etc. Les vacunes Les vacunes actuals estan constituïdes per microorganismes atenuats (tuberculosi, xarampió, rubèola), per microorganismes mort però que encara tenen capacitat antigènica (còlera, poliomielitis, ràbia) o per macromolècules purificades del microorganisme (meningitis, diftèria, tètanus). Les vacunes de microorganismes atenuats tenen un alt poder immunogènic i s’administren en ● una sola dosi, però tenen el risc de convertir-se en virulentes. Les vacunes de microorganismes morts no són virulentes però se n’han d’administrar unes ● quantes dosis perquè produeixin els efectes desitjats. Les vacunes de macromolècules antigèniques de microorganismes tenen l’inconvenient que és ● difícil disposar d’una quantitat suficient del component purificat. Actualment és possible allà els gens que codifiquen determinants Anthien X en els microorganismes introduir-los en bacteris, llevats ho cultius de cèl·lules de mamífers, on es clonen i on produeixen grans quantitats d’un determinant antigènic específic, que posteriorment s’utilitza per elaborar la vacuna corresponent. L’enginyeria genètica s’utilitza per maximitzar les respostes immunològiques de les persones contra els antígens dels microorganismes, amb el disseny de vacunes que fan ressaltar la immunitat cel·lular o la humoral, facilitant a l’organisme la producció d’anticossos.
