el ojo
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INTRODUCCIÓN
La luz que entra al ojo pasa a través de la cornea; de la cámara anterior constituida por el humor acuoso; el cristalino; el cuerpo vítreo, constituido
por el humor vítreo; y finalmente se enfoca sobre la retina, que contiene el aparato sensitivo visual.
INTRODUCCIÓN
El exterior de la cornea esta bañado por las lagrimas y el interior por el humor acuoso, un fluido isosmotico que contiene sales, albúmina, globulina, glucosa…
El humor acuoso proporciona nutrientes a la cornea y al cristalino, y elimina productos finales del metabolismo de estos tejidos.
el humor vítreo es una masa colagenosa que ayuda a mantener la forma del ojo, y le permite flexibilidad.
CÓRNEA
La córnea es la porción anterior y transparente de la túnica fibrosa del
bulbo ocular, y es el elemento refractivo de mayor poder del
sistema óptico del ojo.
Está constituida por un epitelio anterior, la membrana de Bowman,
un estroma de tejido conectivo colágeno denso modelado laminar, la
membrana de Descemet, y un epitelio posterior o endotelio.
córnea
El combustible metabolico principal del ojo es la glucosa.
La cornea obtiene un porcentaje elevado de su ATP a partir del metabolismo aeróbico.
El 30 % de la glucosa utilizada por la cornea se metaboliza mediante glucolisis y el 65 % por la
ruta de las pentosas fosfato.
Presenta una elevada actividad de la glutatión reductasa, una enzima que requiere
NADPH producto de las pentosas fosfato.
córnea
El epitelio de la córnea es permeable al oxígeno, necesario para reacciones oxidativas.
Estas reacciones del oxígeno pueden dar lugar a la formación de varias especies de oxígeno activas que son perjudiciales para los tejidos, tal vez en algunos casos a través de la oxidación de grupos sulfhidrilo de proteínas a disulfuros.
córnea Se utiliza el glutatión reducido (GSH) para reducir de
nuevo los disulfuros a su estado nativo original, mientras que el propio GSH se convierte en glutatión
oxidado (GSSG).
También puede formarse GSSG por autooxidación. Laglutatión reductasa utiliza NADPH para reducir
GSSG a 2GSH
La actividad de la ruta de las pentosas fosfato y de la glutatión reductasa mantiene este tejido en un
estado reducido apropiado mediante una neutralización eficiente de las especies de oxígeno
activas.
cristalino
El cristalino esta bañado por el humor acuoso y sustentado por el humor vítreo.
No tiene aporte sanguíneo pero es metabólicamente actvo.
Obtiene nutrientes del humor acuoso y elimina sus desechos en el mismo.
Esta constituido por agua y proteínas.
cristalino
Las proteínas que contiene son las cristalinas α,β y γ.
También contiene albuminoídes, enzimas y proteínas de membrana que se sintetizan en una capa epitelial situada alrededor del borde del cristalino
El requisito de estas proteínas es el de mantener un estado cristalino transparente.
Con la edad el cristalino aumenta en peso y grosor y se vuelve menos elástico. A esto se acompaña una pérdida de la visión cercana, estado conocido como presbiopia.
cristalino
Las proteínas del cristalino son sensibles a cambios en el estado de oxidación-reducción, la osmolaridad, concentraciones
elevadas de metabolitos y la radiación UV.
La integridad estructural del cristalino es mantenida mediante la ATPasa intercambiadora de Na+, K+ para el equilibrio osmótico,
la glutatión reductasa para el equilibrio del estado redox, y la síntesis proteica para el crecimiento y el mantenimiento.
cristalino
La energía necesaria para estos procesos procede del metabolismo de la glucosa.
El 85% de la glucosa metabolizada por el cristalino lo hace a través de la glucólisis, el 10% por Ia ruta de las pentosas fosfato y el 3% por el ciclo de los ácidos tricarborilicos.
Las cataratas son opacidades del cristalino producidas por una pérdida de la
osmolaridad y un cambio en la solubilidad de las proteínas del cristalino.
cristalino
En las cataratas seniles, los cambios en la disposición arquitectónica de las cristalinas del cristalino dependen de la edad y se deben a la degradación de las moléculas proteicas a partir del extremo C-terminal, desamidación y racemización de los residuos aspartilo.
Las cataratas por diabetes son el resultado de un incremento de osmolaridad del cristalino debido a la actividad de la aldosa reductasa y la poliol (aldosa) deshidrogenasa de la ruta metabólica del poliol.
cristalino
Cuando la concentración de glucosa en el cristalino es elevada, la aldosa reductasa
reduce una parte de aquélla hasta sorbitol, que puede convertirse en fructosa
mediante la poliol deshidrogenasa
La acumulación de sorbitol en el cristalino conduce a un aumento en la osmolaridad
del mismo, afecta a la organización estructural de las proteínas cristalinas, y estimula su velocidad de agregación y
desnaturalización.
Interrelaciones del metabolismo del cristalino
retina
La retina es una estructura celular que recubre el fondo del globo ocular, y se encarga de
transformar los estímulos luminosos en impulsos nerviosos, y transmitirlos al cerebro por el nervio
óptico.
La retina está formada por varias capas de células especializadas, entre las que destacan las células fotorreceptoras, que recogen el estímulo luminoso y establecen uniones sinápticas con las
neuronas bipolares.
Éstas están conectadas con las neuronas ganglionares, cuyos axones se integran en el
nervio óptico y llegan hasta el área visual primaria, situada en la parte posterior del
cerebro.
retina
La retina, depende de la glucólisis anaeróbica para la producción de ATP.
La retina es un tejido vascular, aunque esencialmente no presenta vasos sanguíneos en el área donde es mayor la agudeza visual, la fóvea central.
En las células de la retina, incluidos bastones y conos, existen mitocondrias, excepto en los segmentos extremos de los bastones y conos, que es donde se localizan los pigmentos visuales.
El NADH producido durante la glucólisis reduce piruvato a lactato. La lactato deshidrogenasa de la retina utiliza tanto NADH como NADPH.
retina
Capas de la retina
retina
En la cara opuesta a las células fotorreceptoras, la retina tiene un epitelio pigmentado rico en melanina (ERP).
El epitelio retiniano pigmentado es esencial para la visión, puesto que la pérdida de estas células (degeneración macular
por envejecimiento) comporta la muerte de las células fotorreceptoras y es la causa principal de la pérdida de visión
a nivel mundial.
funciones del epitelio pigmentado:
— Participar en el metabolismo de los derivados de la vitamina A (entre los que está la principal molécula fotorreceptora, el 11-cis-retinal).
— Fagocitar las porciones distales de los segmentos externos de conos y bastones, renovando estos segmentos de forma continua.
— Constituir una barrera entre la sangre y la retina, que no permite la transferencia libre de sustancias presentes en el plasma y que alterarían la estructura del retinal.
— Contribuir a la calidad de la visión en situaciones de luminosidad intensa, mejorando el enfoque óptico.
células fotorreceptoras
Las células fotorreceptoras son de dos tipos, conos
y bastones.
Los conos están especializados en la visión a plena luz y en
color.
Los bastones se ocupan de la
visión con poca luz y en blanco
y negro.
células fotorreceptoras
Tanto los bastones como los conos son alargados y tienen un cilio central estrecho que separa la célula en dos partes, los segmentos externo e interno.
El segmento interno contiene el núcleo, el retículo endoplásmico y la mayor parte de los orgánulos subcelulares. Su membrana es rica en canales de Na+ y su extremo basal establece sinapsis con las neuronas bipolares.
El segmento externo es la parte de la célula fotorreceptora especializada en la captación del estímulo luminoso.
En los bastones, presenta una serie de vesículas aplanadas, llamadas discos, mientras que, en los conos, presenta una serie de invaginaciones de la membrana plasmática, denominadas sacos.
El potencial de reposo de las células fotorreceptoras
Las células fotorreceptoras en la oscuridad tienen un potencial de reposo negativo, que oscila entre –30 y –40 mV.
Este potencial es el balance de la acción de la ATPasa dependiente de Na+ y K+, y de un canal de Na+ que permite la entrada limitada de este ion.
La ATPasa se encuentra localizada en la membrana plasmática del segmento interno y bombea Na+ hacia el exterior y K+ hacia el interior de la célula, ambos contra gradiente.
El canal de Na+ está localizado en los segmentos externos y permite la entrada limitada de Na+ a favor de gradiente
El potencial de reposo de las células fotorreceptoras
El canal de Na+ presente en la membrana de los conos y los bastones es un canal controlado por
ligando: los canales se abren por la unión de GMPc.
En las células fotorreceptoras no estimuladas, los niveles basales de GMPc son suficientes para
mantener abierta una fracción considerable de los canales.
Aunque el canal presenta permeabilidad preferente para el Na+, permite también la
entrada de Ca+2, lo que es importante para los mecanismos de adaptación a una estimulación
continua de luz.
El potencial de reposo de las células fotorreceptoras
Tras la llegada de una estimulación luminosa fugaz, los canales de Na+ de las células fotorreceptoras se cierran completamente porque
disminuyen los niveles de GMPc.
Se paraliza transitoriamente la entrada de Na+ por los canales, mientras se mantiene el bombeo de expulsión de este catión por la
ATPasa.
El resultado es una hiperpolarización de la membrana.
El potencial de reposo de las células fotorreceptoras
La magnitud de la hiperpolarización de la membrana, depende de la estimulación, es decir, del número de fotones captados.
Lo cual dispara la liberación de glutamato, el NT acumulado en el extremo basal de los conos y los bastones.
El glutamato transmite los impulsos hasta las neuronas bipolares que contienen receptores específicos para este neurotransmisor, y de ahí, el impulso pasa hasta el cerebro por el nervio óptico.
METABOLISMO DEL 11-CIS-RETINAL para la síntesis de RODOPSINA
El todo-trans-retinal se reduce a todo-trans-retinol (vitamina A1) en una reacción catalizada por la enzima retinol deshidrogenasa,
dependiente de NADH.
En las células de la mucosa intestinal, el β-caroteno se escinde en dos moléculas de todo-trans-retinal, mediante una oxidación
catalizada por la enzima caroteno 15,15’-dioxigenasa.
El precursor de los retinoles es el β -caroteno (provitamina A) de la dieta.
METABOLISMO DEL 11-CIS-RETINAL para la síntesis de RODOPSINA
Allí, los ésteres se saponifican y el retinol se libera y se une a la proteína transportadora de
retinol del plasma (RBP, retinol binding protein), que lo transporta hasta la retina.
El todo-trans-retinol se esterifica con los ácidos grasos, dando moléculas muy hidrofóbicas que
se incorporan a los quilomicrones y se transportan al hígado.
METABOLISMO DEL 11-CIS-RETINAL para la síntesis de RODOPSINA
La transformación se produce en dos reacciones consecutivas, la isomerización a 11-cisretinol, catalizada por la retinol
isomerasa, y la oxidación a 11-cis-retinal, catalizada de nuevo por una retinol deshidrogenasa dependiente de NADH.
El todo-trans-retinol es acumulado en dicho epitelio y transformado en 11-cis-retinal para la síntesis de rodopsina.
Los complejos retinol-RBP son reconocidos y captados por receptores de las células del epitelio retiniano pigmentado.
Estructura de la rodopsina
La primera etapa en la cascada de acontecimientos que conduce a la percepción de un estímulo luminoso es la captación de un fotón por una proteína muy especializada para tal fin,
la RODOPSINA.
Esta proteína es la más abundante de la membrana de los discos y sacos, y está formada por la opsina, una apoproteína de 38 kDa, y el
grupo prostético 11-cis-retinal.
Este aldehído con 6 enlaces dobles conjugados es el responsable más directo de la absorción de luz,
puesto que esa alta conjugación electrónica lo convierten en un cromóforo con fuerte absorción
de luz visible.
Estructura de la rodopsina
La estructura tridimensional de la rodopsina presenta siete fragmentos helicoidales hidrofóbicos que atraviesan la membrana, dispuestos en forma de haz, dejando en el interior del haz el 11-cis-retinal.
El segmento del extremo C-terminal, está orientada hacia el citosol bastonal y puede interaccionar con otros componentes del sistema de transducción de señales.
Esta zona C-terminal tiene siete residuos susceptibles de unir grupos fosfato, por lo que puede encontrarse en diferente grado de fosforilación.
Estructura de la rodopsina
El 11-cis-retinal se une a la opsina, a través de un enlace básico de
Schiff, con el grupo amino de una lisina.
La capacidad de los residuos laterales de las distintas opsinas de modificar la absorción del 11-
cis-retinal, constituye la base de la percepción de colores diferentes
Estructura de la rodopsina
Opsinas en los conos
En los conos existen tres tipos de opsinas con propiedades de absorción distintas. Las tres contienen 11-cis-retinal como cromóforo y secuencias de aminoácidos semejantes, pero con alguna modificación que modula la longitud de onda
de máxima absorción de luz.
Ello especializa a cada opsina para la percepción de los colores azul (opsina S), verde (M) y rojo (L).
FOTOEXCITACIÓN DE LA RODOPSINA
Cuando un fotón es absorbido por la rodopsina, la energía induce la isomerización del doble enlace sobre el C11 de la molécula de 11-cis-retinal, produciendo el todo trans-retinal.
Esta isomerización provoca toda una serie de cambios de conformación rápidos en la rodopsina.
La rodopsina excitada pasa por varios estados metaestables de vida muy fugaz, hasta llegar a la metarrodopsina II, que tiene una vida media mucho mayor, de casi un minuto.
Es precisamente en este estado cuando puede interaccionar con otras proteínas del sistema de transducción, que transforman, finalmente, el estímulo fotónico inicial en impulso eléctrico
FOTOEXCITACIÓN DE LA RODOPSINA
Por tanto, la esencia de la captación primaria de la luz
consiste en que la energía de un fotón produce un cambio de conformación en el 11-cis-retinal unido a la rodopsina, de
manera que se crea un estado transitorio capaz de activar una cascada de transducción de señales.
Esta cascada es un mecanismo que acopla la formación de metarrodopsina II con el cierre de los canales de Na+ para
hiperpolarizar la membrana de las células fotorreceptoras y liberar el glutamato.
