El Origen de la Célula ¿Cómo se originaron las células? Uno de los rompecabezas más complicados del origen de la vida es cómo se formaron las primeras células y su metabolismo. Pudiera pensarse que las primeras células fueran como los organismos más pequeños y simples que viven hoy en día, los microbios conocidos como micoplasmas.

Las células de los micoplasmas son realmente diminutas, más de mil millones de veces menores que un protozoo, y albergan tan sólo una fracción del ADN y de las proteínas normalmente presentes en una célula. Pero todos los micoplasmas son parásitos, versiones menores y simplificadas de microorganismos mayores de vida libre, y sólo pueden crecer y reproducirse en el interior de otras células, por lo general de mamíferos, un modo de vida claramente imposible para las primeras formas de vida.

Las bacterias comunes ofrecen un modelo alternativo, pero los microbios de vida libre son demasiado complejos, compuestos de cientos de polímeros diferentes (entre ellos, unos quinientos tipos de ARN), más de un millar de enzimas y decenas de miles de moléculas. Las primeras células debieron ser considerablemente más simples.

Para conocer cómo eran las primeras células es necesario levantar el velo evolutivo que separa la vida actual de sus principios. Esta tarea apenas ha comenzado. Los avances en la comprensión de la historia temprana de la vida sólo se producen progresivamente, así que hasta que no se disponga de un modelo del origen de los monómeros y los polímeros parecería ocioso atacar esta compleja cuestión.

Pero aunque apenas se conozca nada con certeza acerca del origen de la vida celular, sí está claro que ocurrió según una secuencia de tres estadios: Es probable que ya existieran sistemas químicos que la mayoría de científicos describirían como vivos antes de que fueran empaquetados en células. La evidencia fósil de este estadio precelular pudiera no llegar a descubrirse nunca, puesto que su composición química sería demasiado frágil para conservarse, pero se cree que durante un cierto periodo la Tierra primitiva estuvo poblada por moléculas vivas, «genes desnudos primordiales» de ácidos nucleicos capaces de autorreproducirse. A causa de su composición química, estos y otros compuestos orgánicos del caldo primordial habrían acabado por agregarse en diminutos lóbulos protocelulares, ancestros potenciales de células con pared celular. Las pruebas empíricas de este estadio parecen haberse evadido también de la historia, si bien es posible que algún día se hallen células fósiles más antiguas que las más antiguas conocidas en la actualidad. Las primeras células estarían impulsadas por una forma sencilla de metabolismo que estableció las bases para la evolución posterior de una maquinaria metabólica más compleja.

Consideremos cada uno de estos estadios por separado.

El problema de la gallina y el huevo La vida puede multiplicarse solamente si la información química almacenada en los ácidos nucleicos de los cromosomas se copia y se transmite a la descendencia. La mayor parte de

esta información dirige la síntesis de proteínas enzimáticas, entre las cuales se encuentra un tipo especial (las polimerasas) que se necesitan para copiar los propios ácidos nucleicos. Así pues, ¿qué fue primero, los ácidos nucleicos necesarios para sintetizar las polimerasas, o los enzimas necesarios para sintetizar los ácidos?

Durante muchos años, los intentos por resolver este problema, que recuerda al de la gallina y el huevo, se centraron en el ADN y el papel que desempeña en la fabricación de proteínas enzimáticas. Pero como el propio ADN es un producto de la evolución, una versión joven y más avanzada de un ácido ribonucleico antecesor más primitivo, la atención pasó a centrarse sobre el ARN como almacén de información genética primigenio de la vida.

A principios de los años ochenta, este cambio de enfoque recibió su recompensa con el descubrimiento de los ribozimas, un tipo especial de ARN que no sólo alberga información, sino que además actúa como un sistema multienzimático. Aunque todos los ribozimas modernos son largos y complejos, las cortas partes que tienen propiedades enzimáticas son más sencillas y pudieran asemejarse a los ARNs de la vida primitiva.

Al igual que las proteínas enzimáticas, los ribozimas pueden dividir moléculas o unirlas, y algunos pueden realizar ambas funciones. Algunos son auto-divisivos, capaces de seccionar una parte de la propia molécula y volver a unir los trozos resultantes. Otros pueden cortar una parte de ellos mismos y moverla a otro lugar en la molécula. Aun otros son capaces de ensamblar hebras de ARN.

Aunque no se ha encontrado ningún ribozima capaz de hacer una copia completa de sí mismo, el repetido cortar y pegar de que son capaces algunos demuestra una habilidad elemental para la autorreproducción. Algunos experimentos en los que se juntan en tubos de ensayo varias versiones de estos híbridos de gen y enzima muestran cómo habría podido Iniciarse su evolución. Esta serie de descubrimientos recientes hace razonable la concepción de un mundo precelular en el cual genes desnudos primordiales de ARN se reprodujeran a si mismos sin la ayuda de proteínas enzimáticas.

El objetivo último de crear vida en un tubo de ensayo, de fabricar a partir de cero «moléculas vivas» que se autoensamblen y se autorreproduzcan es cada vez menos un tema de ciencia-ficción.

Las células son como burbujas de jabón Es obvio que los sistemas vivos necesitan células. Si los jugos de los organismos no estuvieran contenidos, se desparramarían, se mezclarían con el medio y perderían el orden. Esta separación, que quizá no fuera necesaria para los genes desnudos primordiales, se hizo obligatoria a medida que la vida ganó en complejidad.

La clave para entender el origen de las células está en el adagio de los profesores de química: «lo semejante disuelve a lo semejante». El aguarrás y la pintura se mezclan fácilmente porque son químicamente semejantes. Pero el agua y el aceite no se mezclan porque su estructura química es muy diferente.

Las moléculas de agua (H20) tienen forma de V con los dos átomos de hidrógeno en las puntas de la V y el átomo de oxigeno en la base. Gracias a esta disposición, las moléculas de agua funcionan como diminutos imanes: en un polo están los hidrógenos con carga

positiva, y en el otro polo, el oxigeno, con carga negativa. Las moléculas de aceite, en cambio, no están cargadas, cual trocitos de plástico o de madera. Así, las moléculas de aceite forman bolas en el agua porque tienen más afinidad entre ellas («lo semejante disuelve a lo semejante») que con el agua que las rodea.

Los jabones son compuestos especiales que construyen un puente entre el agua y el aceite. Los átomos cargados de uno de los extremos de una molécula de jabón el extremo hidrófilo (con afinidad por el agua) se disuelven en agua. El resto de la molécula es hidrófobo (con aversión al agua). una larga cadena de átomos de hidrógeno y carbono químicamente semejante al aceite y la grasa, en los que se disuelve fácilmente. El jabón funciona porque mientras uno de los extremos se mezcla con el agua, el otro extremo disuelve la grasa.

Las células tuvieron su origen en procesos químicos parecidos. El caldo primordial era un ligero consomé en el cual los compuestos orgánicos hidrófobos se juntaban en grumos de forma natural según el parecido de su estructura química. Entre estos compuestos se contaban cadenas de hidrógeno y carbono, hidrocarburos como las colas de las moléculas de jabón. Algunas de estas moléculas tenían un extremo cargado eléctricamente y, cual jabones, tendían a agregarse formando pequeñas burbujas en las que los extremos cargados de las moléculas apuntaban hacia el agua y las colas hidrófobas se congregaban en el interior, mezclándose con otros compuestos orgánicos hidrófobos.

Podemos vislumbrar el origen de las células por este proceso, aunque sólo vagamente. Aunque fina y frágil, la piel de las burbujas protegía los compuestos orgánicos concentrados en su interior, donde podían reaccionar y formar nuevas configuraciones. Con el tiempo, una segunda capa de moléculas semejantes al jabón se combinó espalda contra espalda con la primera para formar una película de dos capas, una estructura semejante a la de las membranas de las células actuales. La capa externa separa la célula del medio externo, y la capa cargada interna encierra una mezcla acuosa de compuestos orgánicos. Más tarde, esta doble capa flexible se robusteció con la adición de proteínas a la membrana. Estas ayudaban a mantener un intercambio controlado de nutrientes y desechos con el exterior. Todavía había de reforzarse con una robusta banda de carbohidratos y proteínas que la transformó en una resistente cápsula, como la que conforma las paredes celulares de las bacterias actuales. La estructura física, la configuración genética y los primeros mecanismos de producción de energía de las células evolucionaron al unísono desde el origen de la vida, y no uno tras el otro.

Pero una buena parte de la maquinaria metabólica no evolucionó hasta mucho más tarde, millones de años después de que aparecieran las primeras células.

Origen de las células

La comunidad científica cree que todos los organismos que viven sobre la Tierra, proceden de una única célula primitiva nacida hace varios miles de millones de años. Las similitudes entre todos los seres vivos parecen tan acusados que no lo explica de otra manera.

Las células vivas surgieron probablemente en la Tierra gracias a la agregación espontánea de moléculas, hace aproximadamente 3500 millones de años. Conociendo los organismos actuales y las moléculas que contienen, parece que debieron producirse por lo menos tres etapas antes de que surgiera la primera célula:Debieron formarse polímeros de ARN capaces de dirigir su propia replicación a través de interacciones de apareamiento de bases complementarias.

Debieron desarrollarse mecanismos mediante los cuales una molécula de ARN pudiera dirigir la síntesis de una proteína.Tuvo que ensamblarse una membrana lipídica para rodear a la mezcla autoreplicante de ARN y moléculas proteicas. En alguna fase posterior del proceso evolutivo, el ADN ocupó el lugar del ARN como material hereditario..

Hace unos 1.500 millones de años se produjo la transición desde células pequeñas con una estructura interna relativamente sencilla (células procariotas), hasta células más grandes, más complejas como las que componen los animales y las plantas (células eucariotas).

El orígen de la Tierra y la vida

Los científicos estiman el orígen del Universo entre hace 10 a 20 billones de años. La teoría actualmente mas aceptada es la del Big Bang (La Gran Explosión), la idea es que toda la materia en el Universo existión en un huevo cósmico (mas pequeño que el tamaño de un átomo moderno) que explotó formando el Universo Moderno. La evidencias para el Big Bang ( Stephen Hawkings es uno de los pensadores contemporaneos mas respetado en este tema) incluyen:

1) El corrimiento hacia el Rojo: cuando las estrellas o galaxias se mueven alejándose de nosotros, la energía que emiten se corre hacia la zona roja del espectro de luz visible, es decir la longitud de onda de luz que viaja entre las galaxias se alarga como consecuencia de la expansión del universo, la luz procedente de objetos remotos, al haber viajado mas tiempo, tiene un corrimiento hacia el rojo mas pronunciado. Esto suele asociarse con el efecto Doppler, el fenómeno del cambio de tono del silbato agudo de un tren que se acerca, que se convierte en grave cuando se aleja. Edwin P.Hubble (en cuyo honor se nombró al gigantesco telescopio espacial que orbita la Tierra) fué el primero en señalar que las Galaxias se alejan de nosotros.

2) Radiación de fondo: dos científicos del laboratorio Bell descubrieron que en el espacio interestelar existe una ligera radiación de fondo que se observa cuaelesquiera fuere la dirección a la cual se apunten los radiotelescopios (por ello recibieron el premio Nobel de Física), se piensa que la misma es un residuo de la Gran Explosión. Enlaces a sitios referidos al Big Bang, o aquí para diapositivas del Big Bang.

Inmediatamente despues del Big Bang se diferenciaron las fuerzas principales (gravedad, fuerza nuclear débil, fuerza nuclear fuerte etc.). Y, si bien en el huevo cósmico la materia y la energía tal como hoy la entendemos no existían, se formaron rápidamente después de la explosión. Luego (el luego aquí son 1 billón o 10 billonesde años) la materia comenzó a acumularse en sistemas solares. Uno de esos sistemas solares, el nuestro, comenzó a formarse hace unos 5 billones de años con una gran "protoestrella" en el centro. Los planetas quedaron en órbita a diferentes distancias de la estrella y su campo gravitacional atrajo "restos de materia espacial" aumentando su masas.

Los procesos de desintegración radioactiva y la energía liberada por los impactos de materia proveniente del espacio calentaron la Tierra, que comenzaba a diferenciarse en una costra que se enfriaba y un núcleo que incrementaba su temperatura. Los impactos en la superficie, y el comienzo de fenómenos volcánicos liberaron vapor de agua, anhidrido carbónico, metano, amoníaco y otros gases en la atmósfera en desarrollo. La pregunta obvia: Cuando de originó la vida y como?

Extra-terrestre: En 1969 un meteorito impactó cerca de Allende, México. El análisis del meteorito de Allende (y de otros similares) indicó la existencia de aminoácidos, los "ladrillos" que construyen la proteínas, y por lo tanto la vida. Se hipotizó que la vida se originó en el espacio exterior y fue traída a la Tierra en un meteorito, sin embargo los aminoácidos recobrados de ellos se encuentran dentro del grupo de los denominados "exóticos" que no se encuentran en los sistemas químicos de los organismos vivientes. Actualmente esta teoría no se considera correcta, si bien los hallazgos efectuados en un meteorito marciano en 1996 han revivido el pensamiento acerca de la existencia de vida en otros lugares del Sistema Solar.

Sobrenatural: Dado que la ciencia es un intento de medir y estudiar el mundo natural, estas teorías están fuera de la ciencia (al menos de lo que entendemos actualmente por ciencia).

Evolución Química: Hasta mediados del siglo 18 se pensaba que los compuestos orgánicos solo podían formarse por la acción de los seres vivos, la síntesis en el laboratorio de la urea (un compuesto orgánico), dio por tierra con esta creencia. En 1922, el científico ruso, A.I. Oparin hipotizó que la vida celular había sido precedida por un período de evolución química.

En 1950 Stanley Miller, un estudiante graduado, diagramó un *experimento destinado a corroborar la hipótesis de Oparin, que presumía como condiciones de partida: ausencia o escasas cantidades de oxígeno libre (es decir no combinado químicamente a otro compuesto)abundancia de: C (carbono), H (hidrógeno), O(oxígeno), y N(nitrógeno)

Los estudios de las modernas erupciones volcánicas avalan la inferencia de la existencia de tal atmósfera.

Miller hizo pasar descargas eléctricas a través de una mezcla de gases que se asemejaría a la atmósfera primordial. En un recipiente de agua, que en el modelo experimental, representaba al antiguo océano, Miller recobró aminoácidos. Subsecuentes modificaciones de la atmósfera produjeron muestras o precursores de las cuatro clases de macromoléculas orgánicas. La primera presentación de los trabajos de Miller fue realizada en este "paper": Miller S L, A production of amino acids under possible primitive Earth conditions, Science 1953; 117: 528-529.

Un coacervado es un agregado de moléculas mantenidas unidas por fuerzas electrostáticas. Esas moléculas son sintetizadas abióticamente. A. I. Oparin de Rusia llamó coacervados a los protobiontes. Un protobionte, el cual es un tipo de coacervado, es un glóbulo estable que es propenso a la autosíntesis si se agita una suspensión de proteínas, polisacáridos y ácidos nucléicos. Muchas macromoléculas quedaron incluídas en coacervados.

COACERVADOS (Coacervado = agregado)- Coacervado es un sistema simple, primitivo, no viviente, formado por macromoléculas orgánicas, en su mayoría hidrofóbicas, englobadas por una película de agua, misma que les proporciona protección y estabilidad. Su origen es espontáneo y abiótico. Los coacervados son una variedad de protobiontes.

ORIGEN DE LA VIDA Y EL UNIVERSO

Introducción

Desde que el hombre tuvo la capacidad de pesar y de razonar, se empezó a preguntar como surgió la vida, brotando así uno de los problemas más complejos y difíciles que se ha planteado el ser humano. En su afán de encontrar una respuesta, se intento solucionarlo mediante explicaciones religiosas, mitológicas y científicas, a partir de estas ultimas han surgido varias teorías y otras han sido descartadas.

Del Bin Bang a la Tierra

Muchas fueron las suposiciones, y muchas las equivocaciones, desde la antigüedad se han formulado diversas teorías sobre el origen del Universo y el de nuestro planeta, teorías que tenían que ver con un origen sobrenatural, que los seres humanos somos el centro de la creación y del universo, aseveraciones en su mayoría rechazadas con los hallazgos y conocimientos actuales.

Figura 1. Del Bin Bang a la Tierra

La teoría de mayor aceptación en nuestro tiempo y con mayores evidencias, es aquella desarrollada por George Gamow con base en el descubrimiento, hecho por Edwin Hubble, de que el universo está en expansión, la llamada teoría del BIN BANG (la Gran Explosión), en el que hace 15.000 millones de años, de la nada absoluta y por mera casualidad, una gran cantidad de energía hizo explosión, originando el tiempo y el espacio, dicha energía poco a poco se fue condensando en materia, formando las partículas subatómicas y los

átomos, la materia así formada constituyo las primeras estrellas, las galaxias, los sistemas solares y los planetas.

Nuestra galaxia (la vía láctea) y el sistema solar del que formamos parte se conformó hace 12.000 y 4.600 millones de años respectivamente

Nuestro planeta, La Tierra, el tercer planeta de nuestro sistema solar, tiene una edad aproximada de 4.500 millones de años.

Desde la formación del planeta, hasta la aparición del primer organismo vivo (aquel sistema capaz, como mínimo, de transferir su información molecular a través de la auto-reproducción y relacionarse con el medio) pasó mucho tiempo (1.000 millones de años), durante el cual se establecieron las condiciones pertinentes para su aparición.

Líneas de pensamiento sobre el origen de la vida

Las diversas hipótesis acerca del origen de la vida han sido objeto de reseñas muy completas. Estas se agrupan en cuatro líneas principales de pensamiento:

Creación sobrenatural.

Generación espontánea.

Panspermia o eternidad de la vida.

Evolución química.

El Creacionismo

Desde la antigüedad han existido explicaciones creacionistas que suponen que un dios o varios pudieron originar todo lo que existe. A partir de esto, muchas religiones se iniciaron dando explicación creacionista sobre el origen del mundo y los seres vivos. Por otra parte, la ciencia también tiene algunas explicaciones acerca de cómo se originaron los seres vivos como son las siguientes.

La Generación Espontánea

Desde la antigüedad este pensamiento se tenía como aceptable, sosteniendo que la vida podía surgir del lodo, del agua, del mar o de las combinaciones de los cuatro elementos fundamentales: aire, fuego, agua, y tierra. Aristóteles propuso el origen espontáneo para gusanos, insectos y peces a partir de sustancias como el rocío, el sudor y la humedad. Según él, este proceso era el resultado de interacción de la materia no viva, con fuerzas capaces de dar vida a lo que no tenía. A esta fuerza la llamo ENTELEQUIA.

La idea de la generación espontánea de los seres vivos, perduro durante mucho tiempo. En 1667, Johann B, van Helmont, medico holandés, propuso una receta que permitía la generación espontánea de ratones: "las criaturas tales como los piojos, garrapatas, pulgas, y gusanos, son nuestros huéspedes y vecinos, pero nacen de nuestras entrañas y excrementos. Porque si colocamos ropa interior llena de sudo junto con trigo en un recipiente de boca ancha, al cabo de 21 días el olor cambia y penetra a través de las cáscaras del trigo, cambiando el trigo en ratones. Pero lo más notable es que estos ratones son de ambos sexos y se pueden cruzar con ratones que hayan surgido de manera normal..."

Algunos científicos no estaban conformes con esas explicaciones y comenzaron a someter a la experimentación todas esas ideas y teorías. Francisco Redí, medico italiano, hizo los primeros experimentos para demostrar la falsedad de la generación espontánea. Logró demostrar que los gusanos que infestaban la carne eran larvas que provenían de huevecillos depositados por las moscas en la carne, simplemente coloco trozos de carne en tres recipientes iguales, al primero lo cerro herméticamente, el segundo lo cubrió con una gasa, el tercero lo dejo descubierto, observo que en el frasco tapado no había gusanos aunque la carne estaba podrida y mal oliente, en el segundo pudo observar que, sobre la tela, había huevecillos de las moscas que no pudieron atravesarla, la carne del tercer frasco tenia gran cantidad de larvas y moscas. Con dicho experimento se empezó a demostrar la falsedad de la teoría conocida como "generación espontánea"

A finales del siglo XVII, Antón van Leeuwenhoek, gracias al perfeccionamiento del microscopio óptico, logro descubrir un mundo hasta entonces ignorado. Encontró en las gotas de agua sucia gran cantidad de microorganismos que parecían surgir súbitamente con gran facilidad. Este descubrimiento fortaleció los ánimos de los seguidores de la "generación espontánea"

A pesar de los experimentos de Redí, la teoría de la generación espontánea no había sido rechazada del todo, pues las investigaciones, de este científico demostraba el origen de las moscas, pero no el de otros organismos.

En esos mismos tiempos, otro científico llamado Needhad, sostenía que había una fuerza vital que originaba la vida. Sus suposiciones se basan en sus experimentos: hervía caldo de res en una botella, misma que tapaba con un corcho, la dejaba reposar varios días y al

observar al microscopio muestra de la sustancia, encontraba organismos vivos. Él afirmaba que el calor por el que había hecho pasar el caldo era suficiente para matar a cualquier organismo y que, entonces, la presencia de seres vivos era originada por la fuerza vital. Sin embargo Spallanzani no se dejo convencer, como muchos científicos de su época, realizando los mismos experimentos de Needhad, pero sellada totalmente las botellas, las ponía a hervir, la dejaba reposar varios días y cuando hacia observaciones no encontraba organismos vivos. Esto lo llevo a concluir que los organismos encontrados por Needhad procedían del aire que penetraba a través del corcho.

En 1862, Louis Pauster, medico francés, realizo una serie de experimentos encaminados a resolver el problema de la generación espontánea. Él pensaba que los causantes de la putrefacción de la materia orgánica eran los microorganismos que se encontraban en el aire. Para demostrar su hipótesis, diseño unos matraces cuello de cisne, en los cuales coloco líquidos nutritivos que después hirvió hasta esterilizarlos. Posteriormente, observo que en el cuello de los matraces quedaban detenidos los microorganismos del aire y aunque este entraba en contacto con la sustancia nutritiva, no había putrefacción de la misma. Para verificar sus observaciones, rompió el cuello de cisne de un matraz, y al entrar en contacto él liquido con el aire y los microorganismos que contenía él ultimo, se producía una descomposición de la sustancia nutritiva. De esta manera quedo comprobada por él celebre científico la falsedad de la teoría de la generación espontánea

La Panspermia

Una propuesta mas para resolver el problema del origen de la vida la presento Svante Arrhenius, en 1908, su teoría se conoce con el nombre de panspermia. Según esta, la vida llego a la Tierra en forma de esporas y bacterias provenientes del espacio exterior que, a u vez, se desprendieron de un planeta en la que existían.

A esta teoría se le pueden oponer dos argumentos:

Se tiene conocimiento de que las condiciones del medio interestelar son poco favorables para la supervivencia de cualquier forma de vida. Además, se sabe que cuando un meteorito entra en la atmósfera, se produce una fricción que causa calor y combustión destruyendo cualquier espora o bacteria que viaje en ellos.

Es que tampoco soluciona el problema del origen de la vida, pues no explica como se formo esta en el planeta hipotético del cual se habría desprendido la espora o bacteria.

Evolución Química

Condiciones que permitieron la vida

Hace aproximadamente 4.500 millones de años se formo la Tierra, junto con el resto del sistema solar. Los materiales de polvo y gas cósmico que rodeaban al Sol fueron fusionándose y solidificándose para formar todos los planetas.Cuando la Tierra se condenso, su superficie estaba expuesta a los rayos solares, al choque de meteoritos y a la radiación de elementos como el torio y el uranio. Estos procesos provocaron que la temperatura fuera muy elevada.La atmósfera primitiva contenía vapor de agua (H2O), metano (CH4), amoniaco (NH3), ácido cianhídrico (HCN) y otros compuestos, los cuales estaban sometidos al calor desprendido de los volcanes y a la radiación ultravioleta proveniente del sol. Otra

característica de esta atmósfera es que carecía de oxigeno libre necesario para la respiración.Como en ese tiempo tampoco existía la capa formada por ozono, que se encuentra en las partes superiores de la atmósfera y que sirven para filtrar el paso de las radiaciones ultravioletas del sol, estas podían llegar en forma directa a la superficie de la Tierra.

También había gran cantidad de rayos cósmicos provenientes del espacio exterior, así como actividad eléctrica y radiactiva, que eran grandes fuentes de energía. Con el enfriamiento paulatino de la Tierra, el vapor de agua se condensó y se precipito sobre el planeta en forma de lluvias torrenciales, que al acumularse dieron origen al océano primitivo, cuyas características definieran al actual.

La Teoría de Oparin

Con el transcurso de los años y habiendo sido rechazada la generación espontánea, fue propuesta la teoría del origen físico-químico de la vida, conocida como Teoría de Oparin.

La teoría de Oparin se basa en las condiciones físicas y químicas que existieron en la Tierra primitiva y que permitieron el desarrollo de la vida.

De acuerdo con esta teoría, en la Tierra primitiva existieron determinadas condiciones de temperatura, así como radiaciones del Sol que afectaron las sustancias que existían entonces en los mares primitivos. Dichas sustancias se combinaron de tal manera que dieron origen a los seres vivos.

En 1924, el bioquímico Alexander I. Oparin publico "el origen de la vida", obra en que sugería que recién formada la Tierra y cuando todavía no había aparecido los primeros organismos, la atmósfera era muy diferente a la actual, según Oparin, esta atmósfera primitiva carecía de oxigeno libre, pero había sustancias como el hidrógeno, metano y amoniaco. Estos reaccionaron entre sí debido a la energía de la radiación solar, la actividad eléctrica de la atmósfera y a la de los volcanes, dando origen a los primeros seres vivos.

¿Cómo fueron los primeros organismos?

Los elementos que se encontraban en la atmósfera y los mares primitivos se combinaron para formar compuestos, como carbohidratos, las proteínas y los aminoácidos. Conforme se iban formando estas sustancias, se fueron acumulando en los mares, y al unirse constituyeron sistemas microscópicos esferoides delimitados por una membrana, que en su interior tenían agua y sustancias disueltas.

Estos tipos de sistemas precelulares, podemos estudiarlos a partir de modelos parecidos a los COACERVAROS. Estos son mezclas de soluciones orgánicas complejas, semejantes a las proteínas y a los azúcares. Oparin demostró que en el interior de un coacervado ocurren reacciones químicas que dan lugar a la formación de sistemas y que cada vez adquieren mayor complejidad. Las propiedades y características de los coacervados hacen suponer que los primeros sistemas precelulares se les parecían mucho.

Figura 2. Formación de Coacervados

Los sistemas precelulares similares a los coacervados sostienen un intercambio de materia y energía en el medio que los rodea. Este tipo de funciones también las realizan las células actuales a través de las membranas celulares.Debido a que esos sistemas precelulares tenían intercambio con su medio, cada vez se iban haciendo más complejos, hasta la aparición de los seres vivos.

Esos sistemas o macromoléculas, a los que Oparin llamo PROTOBIONTES, estaban expuestos a las condiciones a veces adversas del medio, por lo que no todos permanecieron en la Tierra primitiva, pues las diferencias existentes entre cada sistema permitían que solo los más resistentes subsistieran, mientras aquellos que no lo lograban se disolvían en el mar primitivo, el cual ha sido también llamado SOPA PRIMITIVA.

Después, cuando los protobiontes evolucionaron, dieron lugar a lo que Oparin llamo EUBIONTES, que ya eran células y, por lo tanto, tenían vida. Según la teoría de Oparin - Haldane, así surgieron los primeros seres vivos.Estos primeros seres vivos eran muy sencillos, pero muy desarrollados para su época, pues tenían capacidad para crecer al tomar sustancias del medio (eran organismo heterótrofos y anaerobios), y cuando llegaban a cierto tamaño se fragmentaban en otros más pequeños, a los que podemos llamar descendientes, estos conservaban muchas características de sus progenitores.

Conforme avanzaba la evolución, se formaron bacterias primitivas, quienes realizaban procesos fotosintéticos (organismos autótrofos). Con la aparición de la fotosíntesis, se produce oxígeno, (transforma la atmósfera), y favoreció la aparición de los organismos aerobios, con procesos metabólicos más complejos, como síntesis de ATP.

El Experimento de Miller

En 1953, Stanley Miller, un joven estudiante de la Universidad de Chicago, hace un experimento que revoluciona a la comunidad científica, y satisface especialmente a aquellos científicos que trataban de buscar en la ciencia una explicación alternativa a los orígenes de la existencia.

Stanley Miller les dio la respuesta que buscaban. Hizo un experimento, una experiencia de laboratorio para demostrar cómo había aparecido la vida, a partir de circunstancias aleatorias. Miller tomó un poco de agua destilada, junto con gases de amoníaco, metano e hidrógeno y aplicó flashes de descargas eléctricas durante dos días y medio, casi tres. Más tarde analizó el contenido del agua y detectó aminoácidos. Los aminoácidos son los elementos primordiales para las proteínas, que son los ladrillos de la vida. Por lo tanto, había quedado demostrado, científicamente, que la vida puede aparecer por azar.

Figura 2. Formación de Moléculas Orgánicas (experimento de Miller)

Características estructurales

Individualidad: Todas las células están rodeadas de una membrana plasmática que las separa y comunica con el exterior, que controla los movimientos celulares y que mantiene el potencial eléctrico de la célula. Algunas células como las bacterias y las células vegetales poseen una pared celular que rodea a la membrana plasmática.

Contienen un medio hidrosalino, el citoplasma, que forma la mayor parte del volumen celular y en el que están inmersos los orgánulos celulares.

Autogobierno: poseen ADN, el material hereditario de los genes y que contiene las instrucciones para el funcionamiento celular.

ARN, que expresa la información contenida en el ADN. Enzimas y otras proteínas que ponen en funcionamiento la maquinaria celular. Una gran variedad de otras biomoléculas.

Características diferenciales y funcionales de las células

Las células vivas son un sistema bioquímico complejo. Las características que permiten diferenciar las células de los sistemas químicos no vivos son:

1. Autoalimentación o nutrición. Las células toman sustancias del medio, las transforman de una forma a otra, liberan energía y eliminan productos de desecho, mediante el metabolismo.

2. Autorreplicación o crecimiento. Las células son capaces de dirigir su propia síntesis. A consecuencia de los procesos nutricionales, una célula crece y se divide, formando dos células, en una célula idéntica a la célula original, mediante la división celular.

3. Diferenciación. Muchas células pueden sufrir cambios de forma o función en un proceso llamado diferenciación celular. Cuando una célula se diferencia, se forman algunas sustancias o estructuras que no estaban previamente formadas y otras que lo estaban dejan de formarse. La diferenciación es a menudo parte del ciclo de vida celular en que las células forman estructuras especializadas relacionadas con la reproducción, la dispersión o la supervivencia.

4. Señalización química. Las células responden a estímulos químicos y físicos tanto del medio externo como de su interior y, en el caso de células móviles, hacia determinados estímulos ambientales o en dirección opuesta mediante un proceso que se denomina síntesis. Además, con frecuencia las células pueden interaccionar o comunicar con otras células, generalmente por medio de señales o mensajeros químicos, como hormonas, neurotransmisores, factores de crecimiento... en seres pluricelulares en complicados procesos de comunicación celular y transducción de señales.

5. Evolución. A diferencia de las estructuras inanimadas, los organismos unicelulares y pluricelulares evolucionan. Esto significa que hay cambios hereditarios (que ocurren a baja frecuencia en todas las células de modo regular) que pueden influir en la adaptación global de la célula o del organismo superior de modo positivo o negativo. El resultado de la evolución es la selección de aquellos organismos mejor adaptados a vivir en un medio particular.

Clasificación

Existen dos tipos básicos de células: procariotas y eucariotas.

Comparación entre la célula eucariota animal y la procariota. En la célula procariota, la cápsula no siempre se presenta.

Las células procariotas son estructuralmente mas simples que las eucariotas. Conformaron los primeros organismos del tipo unicelular que aparecieron sobre la tierra, hace unos 3.500 millones de años.

Las células procariotas tienen el material genético concentrado en la región central del citoplasma, pero sin una membrana protectora que defina un núcleo. La célula no tiene orgánulos –a excepción de ribosomas- ni estructuras especializadas. Como no poseen mitocondrias, los procariotas obtienen energía del medio mediante reacciones de glucólisis en los mesosomas o en el citosol. Están representados por los organismos del Reino Monera (bacterias y algas cianofitas) y por los organismos pertenecientes al Dominio Archaea (extremófilos)

Las células eucariotas son más complejas que las procariotas y surgieron a partir de estas por el fenómeno de Endosimbiosis, hace unos 1.000 millones de años.

Tienen mayor tamaño y su organización es más compleja, con presencia de organelas que le permiten una notable especialización en sus funciones. El ADN está contenido en un núcleo con doble membrana atravesado por poros. Las células eucariotas están presentes en los organismos pertenecientes al Dominio Eukarya (Protistas, Hongos, Plantas y Animales)

Estructura de una célula eucariota

Estructura de una célula animal típica: 1. Nucleolo, 2. Núcleo, 3. Ribosoma, 4. Vesícula, 5. Retículo endoplasmático rugoso, 6. Aparato de Golgi, 7. Citoesqueleto (microtúbulos), 8.

Retículo endoplasmático liso, 9. Mitocondria, 10. Vacuola, 11. Citoplasma, 12. Lisosoma. 13. Centriolo.

Estructura de una célula vegetal típica: 1. Núcleo, 2. Nucleolo, 3. Membrana nuclear, 4. Retículo endoplasmático rugoso, 5. Leucoplasto, 6. Citoplasma, 7. Aparato de Golgi, 8. Pared celular, 9. Peroxisoma, 10. Membrana plasmática, 11. Mitocondria, 12. Vacuola central, 13. Cloroplasto, 14. Plasmodesmos, 15. Retículo endoplasmático liso, 16. Citoesqueleto, 17. Vesícula, 18. Ribosomas.

Las células eucariotas están formadas por diferentes estructuras y organelas que desarrollan diversas funciones, a saber:

Membrana Plasmática, Celular o Citoplasmática. Separa la célula del exterior y regula la entrada y salida de compuestos. Es semipermeable.

Citoplasma. Medio hidrosalino donde se llevan a cabo gran parte de las reacciones químicas de la célula.

Citoesqueleto. Entramado interno que da soporte estructural a la célula.

Núcleo. Contiene la mayor parte del material genético (ADN), ya sea como cromatina o como cromosomas.

Nucleolo. Su función principal es la producción y ensamblaje de ribosomas y la síntesis de ARN.

Ribosomas. Realizan la síntesis de proteínas a partir de la información genética que llega del núcleo en forma de ARN mensajero.

Retículo endoplasmático rugoso (o granular). Conjunto de membranas que reciben las proteínas que producen los ribosomas adosados a sus membranas y participan en el transporte intracelular.

Retículo endoplasmático liso. Conjunto de membranas que realizan varios procesos metabólicos, incluyendo la síntesis de lípidos: triglicéridos, fosfolípidos y esteroides, participan en el transporte intracelular.

Aparato de Golgi. Sintetiza o transforma compuestos previamente sintetizados (carbohidratos, proteínas), ensambla lisosomas y participa en el embalaje y transporte intracelular y la fabricción de membrana plasmática.

Mitocondrias. Encargadas de la producción de energía (ATP) a partir de la respiración celular.

Vacuolas. Almacenan alimentos o productos de desecho y participan en la homeostasis.

Vesículas. Almacenan, transportan o digieren productos y residuos celulares.

Lisosomas. Contienen enzimas que digieren materiales de origen externo o interno que llegan a ellos.

Centríolos (sólo en la célula animal). Estructuras tubulares que ayudan a la separación de los cromosomas durante la división celular.

Cloroplastos (sólo en las células de plantas y algas). Realizan la fotosíntesis.

Cromoplastos (sólo en las células de plantas y algas). Sintetizan y almacenan pigmentos.

Pared celular (sólo en la célula vegetal, de algas, hongos y protistas). Capa exterior a la membrana citoplasmática que protege a la célula y le da rigidez.

Diferencias entre las células animales y vegetales

Célula animal

No tiene pared celular (membrana celulósica) Presentan diversas formas de acuerdo con su función. No tiene plastos Puede tener vacuolas pero no son muy grandes. Presenta centríolos ue son agregados de microtúbulos cilíndricos que forman los

cilios y los flagelos y facilitan la división celular.

Célula vegetal

Presentan una pared celular compuesta principalmente de celulosa) que da mayor resistencia a la célula.

Disponen de plastos como cloroplastos (orgánulo capaz de realizar la fotosíntesis), cromoplastos (orgánulos que acumulan pigmentos) o leucoplastos (orgánulos que acumulan el almidón fabricado en la fotosíntesis)..

Poseen Vacuolas de gran tamaño que acumulan sustancias de reserva o de desecho producidas por la célula.

Presentan Plasmodesmos que son conexiones citoplasmáticas que permiten la circulación directa de las sustancias del citoplasma de una célula a otra.

Funciones de las células

Todas las células realizan tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción. Otras funciones o derivadas de estas serian:

Irritabilidad: es la capacidad del protoplasma para responder a un estímulo. Es más notable en las neuronas y desaparece con la muerte celular.

Conductividad: es la generación de una onda de excitación (impulso eléctrico) a toda la célula a partir del punto de estimulación. Esta y la irritabilidad son las propiedades fisiológicas más importantes de las neuronas.

Contractilidad: es la capacidad de una célula para cambiar de forma, generalmente por acortamiento. Está muy desarrollada en las células musculares.

Absorción: es la capacidad de las células para captar sustancias del medio. Secreción: es el proceso por medio del cual la célula expulsa materiales útiles como

una enzima digestiva o una hormona. Excreción: es la eliminación de los productos de desecho del metabolismo celular.

Tamaño, forma y función de las células

Tamaño: Las mayoría de las células son microscópicas, es decir, no son observables a simple vista sino al microscopio. A pesar de ser muy pequeñas (un milímetro cúbico de sangre puede contener unos cinco millones de células), el tamaño de las células es extremadamente variable. Existen bacterias con 1 y 2 micras de longitud. Las células humanas son muy variables: hematíes de 7 micras, hepatocitos con 20 micras, espermatozoides de 53 micras y óvulos de 150 micras. En las células vegetales los granos de polen pueden llegar a medir de 200 a 300 micras y algunos huevos de aves pueden alcanzar entre 1 (codorniz) y 7 centímetros (avestruz) de diámetro. Para la viabilidad de la célula y su correcto funcionamiento siempre se debe tener en cuenta la relación superficie-volumen. Puede aumentar considerablemente el volumen de la célula y no así su superficie de intercambio de membrana lo que dificultaría el nivel y regulación de los intercambios de sustancias vitales para la célula. También es importante la relación entre volumen citoplasmático y volumen nuclear. El mismo número de cromosomas no puede controlar un aumento de volumen desproporcionado, puesto que no regularía ni controlaría adecuadamente las funciones de toda la célula.

Forma y función: Las células presentan una gran variabilidad de formas, e incluso, algunas no ofrecen una forma fija. Pueden ser: fusiformes (forma de huso), estrelladas, prismáticas, aplanadas, elípticas, globosas o redondeadas, etc. Algunas tienen una pared rígida y otras no, lo que les permite deformar la membrana y emitir prolongaciones citoplasmáticas (pseudópodos) para desplazarse o conseguir alimento. Hay células libres que no muestran esas estructuras de desplazamiento pero poseen cilios o flagelos que son estructuras derivadas de un orgánulo celular (centriolo) que dota a estas células de movimiento. La función que realice la célula determina su forma, por lo que encontramos diferentes tipos de células:

1. Células contráctiles que suelen ser alargadas, como las células musculares. 2. Células con finas prolongaciones, como las neuronas que transmiten el impulso

nervioso. 3. Células con microvellosidades o con pliegues, como las del intestino para ampliar la

superficie de contacto y de intercambio de sustancias. 4. Células cúbicas, prismáticas o aplanadas como las epiteliales que recubren

superficies como las losas de un pavimento.

El calor en la célula

Todo ser vivo y cada una de sus células presentan una determinada temperatura a la cual pueden realizar sus actividades. Los cambios de temperatura detienen o aumentan la actividad celular. En general, una ligera elevación de temperatura activa el trabajo del protoplasma; por el contrario, un descenso inactiva la célula.

Experiencias realizadas con los protozoarios indican que a una temperatura de 25 ºC su actividad es normal; a 30 ºC la actividad y los movimientos son más rápidos; al sobrepasar esta temperatura las funciones son desordenadas y la célula puede morir.

La reacción de los seres ante la temperatura se llama termotaxismo, y es positiva si el ser se desplaza en busca de calor o negativa si se aleja de él.

Origen de las células

La comunidad científica cree que todos los organismos que viven sobre la Tierra, proceden de una única célula primitiva nacida hace varios miles de millones de años. Las similitudes entre todos los seres vivos parecen tan acusados que no lo explica de otra manera.

Las células vivas surgieron probablemente en la Tierra gracias a la agregación espontánea de moléculas, hace aproximadamente 3500 millones de años. Conociendo los organismos actuales y las moléculas que contienen, parece que debieron producirse por lo menos tres etapas antes de que surgiera la primera célula:

1. Debieron formarse polímeros de ARN capaces de dirigir su propia replicación a través de interacciones de apareamiento de bases complementarias.

2. Debieron desarrollarse mecanismos mediante los cuales una molécula de ARN pudiera dirigir la síntesis de una proteína.

3. Tuvo que ensamblarse una membrana lipídica para rodear a la mezcla autoreplicante de ARN y moléculas proteicas. En alguna fase posterior del proceso evolutivo, el ADN ocupó el lugar del ARN como material hereditario..

Hace unos 1.500 millones de años se produjo la transición desde células pequeñas con una estructura interna relativamente sencilla (células procariotas), hasta células más grandes, más complejas como las que componen los animales y las plantas (células eucariotas).

Descubrimiento y conocimiento histórico de las células

En 1665 Robert Hooke publicó los resultados de sus observaciones sobre tejidos vegetales como el corcho, realizadas con un microscopio de 50 aumentos construido por él mismo. Este investigador fue el primero que, al ver en esos tejidos unidades que se repetían a modo de celdillas de un panal, llamó a esas unidades de repetición células (del latín cellulae, celdillas). Pero Hooke sólo pudo observar células muertas por lo que no pudo describir las estructuras de su interior.

En la década de 1670, Anton Van Leeuwenhoek, observó protozoos y bacterias. En la década de 1830, Theodor Schwann estudió la célula animal; junto con Matthias

Schleiden postularon que las células son las unidades bioelementales en la formación de las plantas y animales, y que son la base fundamental del proceso vital.

En 1745 Needham, animálculos en infusiones. En 1831 Brown, el núcleo celular. En 1839 Purkinje, el citoplasma celular. En 1850 Rudolf Virchow, descubrió que todas las células provienen de otras células. En 1857 Kölliker, las mitocondrias. En 1860 Pasteur, esterilización de infusiones. En 1880 August Weismann descubrió que las células actuales comparten similitud

estructural y molecular con células de tiempos remotos.

Célula procariota

Estructura celular de una bacteria proca Copeland o Whittaker, que aunque obsoletas, son aún muy populares. Se reparten entre los dominios Bacteria y Archaea.

Entre las características de las células procariotas que las diferencian de las eucariotas, podemos señalar:

ADN principal desnudo(sin un denso acompañamiento de proteínas) y lo más a menudo en forma de una sola hebra circular

División celular por fisión binaria sin un mecanismo complejo de reparto comparable a la mitosis de los eucariotas

Carencia de orgánelos membranosos en el citoplasma, que forma un solo compartimento

Existencia, salvo en algunos parásitos endocelulares, de un segundo compartimento acuoso rodeando el citoplasma, el periplasma, limitado internamente por la membrana plasmática y externamente por una segunda membrana o una pared densa. El citoplasma no contiene objetos reconocibles, salvo granos de reserva, de composición variada y agregados moleculares, visibles sólo con las mayores ampliaciones del microscopio electrónico, como ribosomas o carboxisomas.

Suelen portar pared celular, cuya composición no tiene nada que ver con la de los grupos eucarióticos que la tienen. Se alimentan universalmente por absorción, son osmótrofos, sin tener en general la capacidad de ingerir o internalizar partículas u otras células (endocitosis).

Diversidad bioquímica y metabólica

El metabolismo de los procariotas es enormemente variado, a diferencia de los eucariotas, y muchos resisten condiciones ambientales sorprendentes por lo extremas en parámetros como la temperatura o la acidez.

Cuando se considera la diversidad de los metabolismos, se observa que en toda su extensión es propia de los procariontes, y que la diversidad metabólica de los eucariontes es sólo un subconjunto de la anterior. Si en eucariontes encontramos diferencias metabólicas importantes, como la que distingue a los fotoautótrofos de los heterótrofos, o la que hay entre anaerobios y aerobios, es sólo porque portan distintos orgánulos de origen endosimbiosis, como plastos, mitocondrias o hidrogenosomas, procedentes de distintos procariontes.

Evolución

No está aceptado que las células procariotas del dominio Archaea fueron las primeras células vivas, aunque se conocen fósiles de hace 3.500 millones de años. Después de su aparición, han sufrido una gran diversificación. Su metabolismo es lo que más diverge, y causa que algunas procariotas sean muy diferentes a otras.

Se cree que todos los organismos que existen actualmente derivan de una forma unicelular procariótica. A lo largo de un lento proceso evolutivo, hace unos 1500 millones de años, las procariotas derivaron en células más complejas, las eucariotas, probablemente por la combinación en una sola célula de dos o más procarióticas.

Microorganismos procariotas

Clamidia

Célula eucariota

Se denomina eucariotas a todas las células que tienen su material hereditario fundamental (su información genética) encerrado dentro de una doble membrana, la envoltura nuclear, que delimita un núcleo celular.

La alternativa a la organización eucariótica de la célula la ofrece la llamada célula procariota. En éstas células el material hereditario aparece más o menos disperso en el citoplasma. Las células eucariotas no cuentan con un compartimento alrededor de la membrana plasmática (periplasma), como el que tienen las células procariotas.

A los organismos formados por células eucariotas se les denomina eucariontes.

Organización

A diferencia de las células procariotas, las células eucariotas presentan un citoplasma muy compartimentado, con organelos separados o interconectados, limitados por membranas biológicas que son de la misma naturaleza esencial que la membrana plasmática. El núcleo es solamente el más notable y característico de los compartimentos en que se divide el protoplasma, es decir, la parte activa de la célula. En el protoplasma distinguimos tres componentes principales, a saber, la membrana plasmática, el núcleo y el citoplasma, constituido por todo lo demás. Las células eucariotas están dotadas de un citoesqueleto complejo, muy estructurado y dinámico, formado por microtúbulos y diversos filamentos proteicos. Además puede haber pared celular, que es lo típico de plantas, hongos y protistas pluricelulares, o algún otro tipo de recubrimiento externo al protoplasma.

Fisiología

Las células eucariotas contienen en principio mitocondrias, orgánulos derivados por endosimbiosis de ciertas bacterias, lo que les dota de la capacidad de desarrollar un metabolismo aerobio. Sin embargo en algunos eucariontes del reino protistas las mitocondrias han desaparecido secundariamente en el curso de la evolución, en general derivando a otros orgánulos, como los hidrogenosomas.

Algunos eucariontes realizan la fotosíntesis, gracias a la presencia en su citoplasma de orgánulos llamados plastos, los cuales derivan por endosimbiosis de bacterias del grupo denominado cianobacterias (algas azules).

Aunque demuestran una diversidad increíble en su forma, comparten las características fundamentales de su organización celular, arriba resumidas, y una gran homogeneidad en lo relativo a su bioquímica (composición), y metabolismo, que contrasta con la inmensa heterogeneidad que en este terreno presentan los procariontes (bacteria, en sentido amplio).

Organismos eucariontes

Los organismos eucariontes forman el dominio Eukarya que incluye a los organismos más conocidos, repartidos en cuatro reinos: Animalia (animales), Plantae (plantas), Fungi (hongos) y Protista. Incluyen a la gran mayoría de los organismos extintos morfológicamente reconocibles que estudian los paleontólogos. Los ejemplos de la disparidad eucariótica van desde un dinoflagelado (un protista unicelular fotosintetizador), un árbol como la sequoia, un calamar, o un racimo de setas (órganos reproductivos de hongos), cada uno con células distintas y, en el caso de los pluricelulares, a menudo muy variadas

Diferencias entre células eucariotas

Existen diversos tipos de células eucariotas entre las que destacan las células de animales y plantas. Los hongos y muchos protistas tienen, sin embargo, algunas diferencias substanciales.

Células animales

Estructura de una célula animal típica: 1. Nucleolo, 2. Núcleo, 3. Ribosoma, 4. Vesícula, 5. Retículo endoplasmático rugoso, 6. Aparato de Golgi, 7. Citoesqueleto (microtúbulos), 8. Retículo endoplasmático liso, 9. Mitocondria, 10. Vacuola, 11. Citoplasma, 12. Lisosoma. 13. Centriolo.

Las células animales componen los tejidos de los animales y se distinguen de las células vegetales en que carecen de paredes celulares y de cloroplastos y tienen vacuolas más pequeñas. Debido a la carencia de pared celular rígida, las células animales pueden adoptar variedad de formas e incluso pueden fagocitar otras estructuras.

Células vegetales

Estructura de una célula vegetal típica: 1. Núcleo, 2. Nucleolo, 3. Membrana nuclear, 4. Retículo endoplasmático rugoso, 5. Leucoplasto, 6. Citoplasma, 7. Aparato de Golgi, 8. Pared celular, 9. Peroxisoma, 10. Membrana plasmática, 11. Mitocondria, 12. Vacuola central, 13. Cloroplasto, 14. Plasmodesmos, 15. Retículo endoplasmático liso, 16. Citoesqueleto, 17. Vesícula, 18. Ribosomas.

Las características distintivas de las células de las plantas son:

Una vacuola central grande (delimitada por una membrana, el tonoplasto), que mantiene la forma de la célula y controla el movimiento de moléculas entre citosol y savia.

Una pared celular compuesta de celulosa y proteínas, y en muchos casos, lignina, que es depositada por el protoplasto en el exterior de la membrana celular. Esto contrasta con las paredes celulares de los hongos, que están hechas de quitina, y la de los procariontes, que están hechas de peptidoglicano.

Los plasmodesmos, poros de enlace en la pared celular que permiten que las células de la plantas se comuniquen con las células adyacentes. Esto es diferente a la red de hifas usada por los hongos.

Los plastos, especialmente cloroplastos que contienen clorofila, el pigmento que da a la plantas su color verde y que permite que realicen la fotosíntesis.

Los grupos de plantas sin flagelos (incluidas coníferas y plantas con flor) también carecen de los centriolos que están presentes en las células animales.

Células de los hongos

Las células de los hongos, en su mayor parte, son similares a las células animales, con las excepciones siguientes:

Una pared celular hecha de quitina. Menor definición entre células. Las células de los hongos superiores tienen

separaciones porosas llamados septos que permiten el paso de citoplasma, orgánulos, y a veces, núcleos. Los hongos primitivos no tienen tales divisiones, y

cada organismo es esencialmente un supercélula gigante. Estos hongos se conocen como coenocíticos.

Solamente los hongos más primitivos, Chytridiomycota, tienen flagelos.

Comparación de estructuras en células animales y vegetales

Célula animal típica Célula vegetal típica

Estructuras básicas

Membrana plasmática

Citoplasma

Citoesqueleto

Membrana plasmática Citoplasma

Citoesqueleto

Orgánulos Núcleo (con Nucleolo)

Retículo endoplasmático rugoso

Retículo endoplasmático liso

Ribosomas Aparato de Golgi Mitocondria Vesículas Lisosomas Vacuolas

Centrosoma (con Centriolos)

Núcleo (con Nucleolo) Retículo endoplasmático rugoso Retículo endoplasmático liso Ribosomas Aparato de Golgi (Dictiosomas) Mitocondria Vesículas Lisosomas Vacuola central (con Tonoplasto) Plastos (Cloroplastos,

Leucoplastos, Cromoplastos)

Microcuerpos (Peroxisomas, Glioxisomas)

Estructuras adicionales

Flagelo

Cilios

Flagelo (solo en gametos) Pared celular

Plasmodesmos

DEFINICION

La célula es la unidad anatómica, funcional y genética de los seres vivos.

La célula es una estructura constituida por tres elementos básicos: membrana plasmática,

citoplasma y material genético (ADN).

Posee la capacidad de realizar tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción

Células Eucariotas y Procariotas

Se llama eucariotas a las células que tienen la información genética envuelta dentro de

una membrana que forman el llamado núcleo.

Un organismo formado por células eucariotas se denomina eucarionte.

Muchos seres unicelulares tienen la información genética dispersa por su citoplasma, no

tienen núcleo.

A ese tipo de células se les da el nombre de procariotas.

Esquema de una membrana celular

ESQUEMA DE UNA CÉLULA VEGETAL ESQUEMA DE UNA CÉLULA ANIMAL

EL CITOPLASMA

El citoplasma es el espacio celular comprendido entre la membrana plasmática y la

envoltura nuclear. Está constituido por el citosol, el citoesqueleto y los orgánulos celulares.

El citosol (también llamado hialoplasma) es el medio interno del citoplasma. En él flotan el

citoesqueleto y los ribosomas.

Está formado por un 85% de agua con un gran contenido de sustancias dispersas en él de

forma coloidal (prótidos, lípidos, glúcidos, ácidos nucleicos y nucleótidos así como sales

disueltas. Entre sus funciones destacan la realización, gracias a los ribosomas y la síntesis

de proteínas, con los aminoácidos disueltos en el citosol. Estas proteínas quedan en el

citosol (enzimas, proteínas de reserva energética o proteínas que formarán el

citoesqueleto). En él se produce una ingente cantidad de reacciones metabólicas

importantes: glucólisis, gluconeogénesis, fermentación láctica, etc.

El citoesqueleto aparece en todas las células eucariotas.

La composición química es una red de fibras de proteína (microfilamentos, filamentos

intermedios y microtúbulos).

Sus funciones son mantener la forma de la célula, formar pseudópodos, contraer las fibras

musculares, transportar y organizar los orgánulos celulares.

(1).Núcleolo.

(2).Nucleo celular.

(3).Ribosoma.

(4).Vesículas.

(5).Retículo endoplásmico rugoso.

(6).Aparato de Golgi.

(7).Microtúbulos.

(8).Retículo endoplásmico liso.

(9).Mitocondria.

(10).Vacuola.

(11).Citoplasma.

(12).Lisosoma.

ESQUEMA DE UNA CELULA

(1)Núcleo.

(2)Poro Nuclear

(3)Retículo endoplásmico rugoso (RER)

(4)Retículo endoplásmico liso (SER)

(5)Ribosoma en el RER

(6)Proteínas que son trasportadas.

(7)Vesícula trasportadora.

(8)Aparato de Golgi (AG).

(9)Cisterna del AG.

(10)Transmembrana de AG.

(11)Cisterna de AG.

(12)Vesícula secretora.

(13)Membrana plasmática.

(14)Proteína secretada.

(15)Citoplasma.

(16)Espacio extracelular.

RETICULO ENDOPLASMATICO: El retaculo endoplasmatico es un sistema membranoso cuya

estructura consiste en una red de s�culos aplanados o cisternas, s�culos globosos o

vesiculas y tabulos sinuosos que se extienden por todo el citoplasma y comunican con la

membrana nuclear externa. Dentro de esos sacos aplanados existe un espacio llamado

l�men que almacena las sustancias. Existen dos clases de ret�culo endoplasm�tico: R.E.

rugoso (con ribosomas adheridos) y R.E. liso (libres de ribosomas asociados).

Su funci�n primordial es la s�ntesis de prote�nas, la s�ntesis de l�pidos constituyentes

de membrana y la participaci�n en procesos de detoxificaci�n de la c�lula.

RIBOSOMAS: Los ribosomas son estructuras globulares, carentes de membrana. Están

formados químicamente por varias proteínas asociadas a ARN ribosomico procedente del

nucléolo. Pueden encontrarse libres en el citoplasma o adheridos a las membranas del

retículo endoplasmático. Unas proteínas (riboforinas) sirven de nexo entre ambas

estructuras.

Su estructura es sencilla: dos subunidades (una mayor o otra menor) de diferente

coeficiente de sedimentación.

Su función consiste únicamente en ser el orgánulo lector del ARN mensajero, con órdenes

de ensamblar los aminoácidos que formarán la proteína. Son orgánulos sintetizadores de

proteínas.

MITOCONDRIAS: Las mitocondrias son los orgánulos celulares encargados de suministrar la

mayor parte de la energía necesaria para la actividad celular, actúan por tanto,como

centrales energéticas de la célula y sintetizan ATP a expensas de los carburantes

metabólicos (glucosa, ácidos grasos y aminoácidos).

1. Membrana interna.

2. Membrana externa.

3. Cresta.

4. Matriz.

Los lisosomas son vesículas procedentes del Aparato De Golgi que contienen enzimas

digestivas como hidrolasas ácidas.

El aparato de Golgi está formado por sacos aplanados limitados por membranas. Funciona

como una planta empaquetadora, modificando vesículas del retículo endoplasmático

rugoso. El material nuevo de las membranas se forma en varias cisternas del Golgi. Se

encuentra en el citoplasma de la célula. Dentro de las funciones que posee el aparato de

golgi se encuentran la glicosilación de proteínas, selección , destinación (targeting),

glicosilación de lípidos y la síntesis de polisacáridos de la matriz extracelular

VACUOLAS: Las vacuolas son estructuras celulares, muy abundantes en las células

vegetales, contenidas en el citoplasma, de forma más o menos esféricas u ovoideas,

generadas por la propia célula al crear una membrana cerrada que aisla un cierto volumen

celular del resto del citoplasma. Su contenido es fluido. Almacenan productos de nutrición o

de desecho, y pueden contener enzimas lisosómicas.

EL NUCLEO , rodeado de una membrana propia, llamada membrana nuclear, es la parte

central de la celula, que contiene el acido desoxirribonucleico (ADN o en inglés DNA),

donde se encuentran codificados los genes

(1)Membrana nuclear -

(2)Ribosomas -

(3)Poros Nucleares -

(4)Nucleolo -

(5)Cromatina -

(6)Nucleo -

(7)Reticulo endoplasmico -

(8) Nucleoplasma -

(9)Toda la estructura está rodeada por el citoplasma

El nucleo es una estructura constituida por una doble membrana, denominada envoltura

nuclear que rodea al ADN de la celula separandolo del citoplasma. El medio interno se

denomina nucleoplasma y en el estan sumergidas, mas o menos condensadas, las fibras de

ADN que se llaman cromatina y corpusculos formados por ARN conocidos como nucleolos.

La molécula de ADN es una hélice larga y doble, semejante a una escalera de caracol. Los

eslabones de esta cadena, que determinan el código genético de cada individuo, se

componen de pares de cuatro tipos de moléculas denominadas bases (adenina, timina,

guanina y citosina). La adenina se empareja con la timina y la guanina con la citosina. El

código genético está escrito en tripletes, de manera que cada grupo de tres eslabones de

la cadena codifica la producción de uno de los aminoácidos, los cuales son los

componentes que constituirán las proteínas.

CROMOSOMA: Cada persona posee 23 pares de cromosomas. Una de estas parejas

determina el sexo con el que se nace, adoptando el nombre de "cromosomas sexuales".

Por su forma se identifican los cromosomas sexuales femeninos (determinan que la

persona sea de sexo femenino) como XX, y la pareja de cromosomas masculinos como XY

(determinan que la persona sea de sexo masculino).

ESTRUCTURA Y FUNCION CELULAR:

1.                                                       INTRODUCCION:

La microscopía electrónica es una herramienta muy importante en el estudio de la estructura celular. Su principal ventaja reside en que proporciona imágenes de diferentes estructuras celulares, en diferentes condiciones. Para determinar la función de las estructuras celulares es necesario introducir otras técnicas. Los investigadores deben purificar distintas estructuras celulares de manera que se puedan emplear métodos físicos y químicos para determinar lo que cada una realiza. En la actualidad los biólogos celulares emplean técnicas experimentales distintas a comprender la función de las estructuras celulares. (1)

 

1.                                                                               ORGANIZACIÓN Y PROCESOS:

1.                                                                                                       LA CELULA:

La palabra célula proviene del latín cellula = pequeña estancia, unidad constitutiva del protoplasma o materia viva; puede constituir por sí sola un individuo o participar junto con otros elementos semejantes, en la formación de organismos más complejos. La teoría celular sostenía que la célula era un elemento estructural constante en todos los seres vivos, desde los protozoos, constituidos por una célula única, hasta los metazoos y matafitos , animales y vegetales pluricelulares. Sin embargo ciertas observaciones han disminuido el valor de esta generalización; se ha visto, por ejemplo, que no sólo no pueden considerarse todos los protozoos como verdaderamente unicelulares, sino que existen organismos vivos carentes de cualquier estructura celular, como los virus filtrables. También las bacterias, aunque muestren algunas notas estructurales cromáticas, no presentan un verdadero y propio núcleo. La célula típica, libre, suele presentar forma esférica, y esféricas son también las células que flotan en los fluidos. Algunas especies celulares tienen, por el contrario, una forma propia, como los glóbulos rojos ovalados de algunos anfíbios y mamíferos, y los glóbulos rojos bicóncavos del hombre. La forma celular puede variar por la acción recíproca de elementos, formando colonias o tejidos, y depender también de la diferenciación y de la función de las mismas células En cuanto a sus dimensiones, casi todas las células son microscópicas: los diámetros máximos varían desde algunas micras hasta algunos centímetros. Existen no obstante ejemplos de células visibles a simple vista: como el huevo de las aves, cuyo volumen está determinado por la enorme acumulación de materiales de reserva. Las dimensiones de las células no varían con las del organismo del que forman parte; por ejemplo, el volumen de las células de la mucosa intestinal del ratón no difiere mucho del de las células análogas del elefante. Constituyen una excepción a esta regla los elementos llamados perennes, como las células nerviosas y musculares. (2)  

1.                                                                                                                               ESTRUCTURA CELULAR GENERAL:

Antiguamente los biólogos pensaban que las células estaban formadas por una gelatina uniforme que llamaban protoplasma. Con la microscopía electrónica y otras herramientas modernas de investigación, se ha extendido la percepción del mundo con respecto a las

células. En la actualidad sabemos que la célula tiene un alto nivel de organización y que es sorprendentemente compleja: tienen su propio centro de control, su sistema de transporte interno, fuentes de energía, fábricas para procesar la materia que requiere, plantas de empaquetamiento, e incluso un sistema de autodestrucción. En nuestros días el término protoplasma si acaso se utiliza es en un sentido muy general. La porción de protoplasma que se encuentra fuera del núcleo se llama citoplasma, y el material interno del núcleo se llama nucleoplasma. Los organelos se encuentran suspendidos en el componente líquido del citoplasma y del nucleoplasma. Cada uno de los organelos delimitados por sus membranas forma uno o más compartimentos independientes dentro del citoplasma. (3)   Estructura de las células eucariotas y sus funciones: (4)

  Cuadro 2.2.2-1. Estructura de la célula eucariota y sus funciones

 

Estructura Descripción Función

Núcleo celular

   

Núcleo Gran estructura rodeada por una doble membrana; contiene nucleolo y cromosomas.

Control de la célula

Nucleolo Cuerpo granular dentro del núcleo; consta de ARN y proteínas.

Lugar de síntesis ribosómica; ensamble de subunidades ribosómicas.

Cromosomas Compuestos de un complejo de ADN y proteínas, llamado cromatina; se observa en forma de estructuras en cilindro durante la división celular.

Contiene genes (unidades de información hereditaria que gobiernan la estructura y actividad celular).

Sistema de membranas de la célula.

Membrana celular (membrana plasmática)

Membrana limitante de la célula viva

Contiene al citoplasma; regula el paso de materiales hacia dentro y fuera de la célula; ayuda a mantener la forma celular; comunica a la célula con otras.

Retículo endoplasmát

Red de membranas internas que se extienden a través del

Sitio de síntesis de lípidos y de proteínas de membrana;

ico (ER) citoplasma. origen de vesículas intracelulares de transporte, que acarrean proteínas en proceso de secreción.

Liso Carece de ribosomas en su superficie externa.

Biosíntesis de lípidos; Destoxicación de medicamentos.

Rugoso Los ribosomas tapizan su superficie externa.

Fabricación de muchas proteínas destinadas a secreción o incorporación en membranas.

Ribosomas Gránulos compuestos de ARN y proteínas; algunos unidos al ER, otros libres en el citoplasma.

Síntesis de polipéptidos.

Aparato de Golgi

Compuesto de saculaciones membranosas planas.

Modifica, empaca (para secreción) y distribuye proteínas a vacuolas y a otros organelos.

Lisosomas Sacos membranosos (en animales).

Contienen enzimas que degradan material ingerido, las secreciones y desperdicios celulares.

Vacuolas Sacos membranosos (sobre todo en plantas, hongos y algas )

Transporta y almacena material ingerido, desperdicios y agua.

Microcuerpos (ej. peroximas)

Sacos membranosos que contienen una gran diversidad de enzimas.

Sitio de muchas reacciones metabólicas del organismo.

Organismos transductores de energía

Mitocondrias Sacos que constan de dos membranas; la mambrana interna está plegada en crestas.

Lugar de la mayor parte de las reacciones de la respiración celular; transformación en ATP, de la energía proveniente de la

glucosa o lípidos.

Plástidos Sistema de tres membranas: los cloroplastos contienen clorofila en las membranas tilacoideas internas.

La clorofila captura energía luminosa; se producen ATP y otros compuestos energéticos, que después se utilizan en la conversión de CO2 en glucosa.

Citoesqueleto

Microtúbulos Tubos huecos formados por subunidades de tubulina.

Proporcionan soporte estructural; intervienen en el movimiento y división celulares; forman parte de los cilios, flagelos y centriolos.

Microfilamentos

Estructuras sólidas, cilíndricas formadas por actina.

Proporcionan soporte estructural; participan en el movimiento de las células y organelos, así como en la división celular.

 

Centriolos

 

Par de cilindros huecos cerca del centro de la célula; cada centriolo consta de 9 grupos de 3 microtúbulos.

 

Durante la división celular en animales se forma un uso mitótico entre ambos centriolos; en animales puede iniciar y organizar la formación de microtúbulos; no existen en las plantas superiores.

Cilios Proyecciones más o menos cortas que se extienden de la superficie celular; cubiertos por la membrana plasmática; compuestos de 2 microtúbulos centrales y 9 pares periféricos

Locomoción de algunos organismos unicelulares; desplazamiento de materiales en la superficie celular de algunos tejidos.

Flagelos Proyecciones largas formadas por 2 microtúbulos centrales y 9 periféricos; se extienden desde la superficie celular; recubiertos por mambrana

Locomoción de las células espermáticas y de algunos organismos unicelulares.

plasmática.

   

1.       TIPOS DE ORGANIZACIÓN CELULAR:

ORGANIZACIÓN UNICELULAR:  

Células Eucariotas:

Los organismos Eucariotas son aquellos que contienen una estructura llamada núcleo, que se encuentra limitado por una membrana. El núcleo sirve para localizar el material genético, el ADN. El término eucariota significa "núcleo verdadero" y se refiere a que el material genético de las células, está incluido en un núcleo distinto, rodeado por una membrana nuclear. Estas células también presentan varios organelos limitados por membranas que dividen el citoplasma celular en varios compartimentos adicionales. Algunos organelos sólo se presentan en algunas variedades celulares específicas. Por ejemplo, los cloroplastos, que atrapan la luz solar para conversión de energía, se hallan en las células que realizan fotosíntesis. Los organelos especializados de las células eucariotas les permiten resolver algunos de los problemas relacionados con su gran tamaño, de manera que pueden ser considerablemente más grandes que las células procariotas. (5)

Células procariotas: Las células procariotas son aquellas que carecen de núcleo, vacuolas, mitocondrias y otros orgánulos subcelulares, generalmente son más pequeñas que las eucariotas. Son organismos de una sola célula que pertenecen al grupo Monera: se incluyen bacterias y algas verdeazules o cianobacterias, que no son sino bacterias fotosintéticas. El ADN de las células procariotas está confinado a una o más regiones nucleares, que a veces se denominan nucleoides, los cuales no están limitados por una membrana independiente.

Las células procariotas tienen una membrana plasmática que confina el contenido celular a un compartimento interno, pero carece de un sistema de membranas internas en forma de organelos. En algunas células procariotas la membrana plasmática puede plegarse hacia adentro y forma un complejo de membranas internas en donde se piensa se llevan a cabo las reacciones de transformación de energía. Algunas células procariotas también tienen una pared celular o membrana externa, que es una estructura que encierra a toda la célula, incluida la membrana plasmática. (6)  

Virus: Los virus o viriones no son seres celulares, dado a que no se mueven por si mismos y no son capaces de metabolizar de manera independiente: sólo pueden vivir cuando han infectado una célula. Un virus consiste en un filamento de ADN o de ARN (pero nunca ambos ácidos nucleicos en un mismo virus) contenido en una envoltura proteica de forma geométrica denominada cápside o cápsida, que está integrada por un conjunto de subunidades idénticas, los capsómeros, dispuestas en mosaico. Los virus pueden presentarse desnudos o bien revestidos de una envoltura lipoproteica, procedente de una porción de la membrana plasmática de la célula huésped. (7)

 ORGANIZACIÓN PLURICELULAR: (8)Tejidos vegetales: Los vegetales presentan dos tipos de organización celular bien diferenciados. Los hongos, las algas y las plantas no vasculares en general carecen de verdaderos tejidos y vasos; las divisiones celulares tienen lugar en un plano y los nutrientes llegan directamente a todas las células sin necesidad de un sistema especializado de transporte. Es la organización tipo talo.

Las plantas vasculares, adaptadas ya a la vida terrestre y aérea, son las que tienen verdaderos tejidos diferenciados. Es la organización tipo cormo, con raíces, hojas y tallos verdaderos, los tres órganos de las plantas superiores. Tejidos animales: Generalmente los tejidos animales se clasifican en cuatro tipos fundamentales: epitelial, conectivo, muscular y nervioso. Otras clases de tejidos como el óseo o la sangre son formas de tejido conectivo.Los tejidos se reúnen en forma de órganos especializados en un tipo de actividad (corazón, estómago, etc.), de forma que un determinado órgano puede estar formado por varios tejidos diferentes. Un conjunto de órganos coordinados puede desarrollar una función específica (por ejemplo, la respiración) constituye un aparato. Y un conjunto de órganos de la misma clase de tejidos y distribuidos por todo el organismo con una misma función es lo que se llama un sistema (sistema nervioso, endocrino, etc.). 

1.       PROCESOS CELULARES: (9)

Metabolismo:

En todos los seres vivos ocurren reacciones químicas esenciales para la nutrición, el crecimiento y la reparación de las células, así como para la conversión de la energía en formas utilizables. La suma de todas estas actividades químicas del organismo recibe el nombre de metabolismo. Las reacciones metabólicas ocurren de manera continúa en todo ser vivo; en el momento en que se suspenden se considera que el organismo ha muerto.

Crecimiento:

Algunas cosas no vivas parecen crecer. Por ejemplo, se forman cristales en una solución sobresaturada de una sal; a medida que va saliendo más sal de la solución, los cristales crecen más y más. No obstante, ese proceso no es crecimiento en el sentido biológico. Los biólogos restringen el término crecimiento a los procesos que incrementan la cantidad de sustancia viva en el organismo. El crecimiento por tanto es, es un aumento de la masa celular, como resultado de un incremento del tamaño de las células individuales del número de células, o de ambos. El crecimiento puede ser uniforme en las diversas partes del organismo, o mayor en unas partes que en otras, de modo que las proporciones corporales cambian conforme ocurre el crecimiento.

Algunos organismos p. ej. casi todos los árboles siguen creciendo en forma definida. Muchos animales tienen un periodo de crecimiento, el cual termina cuando se alcanza el tamaño característico del adulto. Uno de los aspectos más notables del proceso es que cada parte del organismo sigue funcionando conforma éste crece.

Movimiento:

El movimiento, aunque no necesariamente la locomoción, es otra característica de los seres vivos. El movimiento de casi todos los animales es muy obvio: se agitan, raptan, nadan, corren o vuelan. Los movimientos de las plantas son mucho más lentos y menos obvios, pero no por ello dejan de ser un hecho. El movimiento de flujo del material vivo en el interior de las células de las hojas de las plantas se conoce como ciclosis.

La locomoción puede ser el resultado de la actividad de diminutas extensiones piliformes llamadas cilios o flagelos, de la contracción de los músculos, o del lento flujo de una masa de sustancias celulares llamado movimiento amiboideo.

Irritabilidad:

Los seres vivos reaccionan a los estímulos, que son cambios físicos o químicos en su ambiente interno o externo. Los estímulos que evocan una reacción en la mayoría de los organismos son: cambios de color, intensidad o dirección de la luz; cambios en temperatura, presión o sonido, y cambios en la composición química del suelo, aire o agua circundantes. En los animales complejos, como el ser humano, ciertas células del cuerpo están altamente especializadas para reaccionar a ciertos tipos de estímulos; por ejemplo las células de la retina del ojo reaccionan a la luz. En los organismos más simples esas células pueden estar ausentes, pero el organismo entero reacciona al estímulo. Ciertos organismos celulares reaccionan a la luz intensa huyendo de ella.

La irritabilidad de las plantas no es tan obvia como la de los animales, pero también los vegetales reaccionan a la luz, la gravedad, el agua y otros estímulos, principalmente por crecimiento de su cuerpo. El movimiento de flujo del citoplasma de las células vegetales se acelera o detiene a causa de las variaciones en la intensidad de la luz.

Reproducción:

Aunque hubo una época en la que se creía que los gusanos se creaban a partir de crines de caballo sumergidas en abrevaderos, que los gusanos de la carne se originaban a partir de ésta, y que las ranas surgían del fango del Nilo, ahora se sabe que cada uno de esos organismos sólo puede provenir de organismos preexistentes. Uno de los principios fundamentales de la biología es que "toda vida proviene exclusivamente de los seres vivos". Si existe alguna característica que pueda considerarse la esencia misma de la vida, ésta es la capacidad que tienen los organismos de reproducirse.

En el caso de los organismos más simples, como las amibas, la reproducción puede ser asexual; es decir, sin contacto sexual. Cuando una amiba alcanza cierto tamaño, se reproduce partiéndose en dos, y forma dos amibas nuevas. Antes de dividirse, cada amiba produce un duplicado de su material genético, de modo que cada amiba hija, es idéntica a la célula progenitora.

En casi todas las plantas y animales, la reproducción sexual se realiza mediante la reproducción de células especializadas llamadas óvulos y espermatozoides, las cuales se unen y forman el óvulo fecundado, o cigoto, del que nace el nuevo organismo. Cuando la reproducción es sexual, cada descendiente es el producto de la interacción de diversos genes, aportados por la madre y el padre, en vez de ser idéntico al progenitor, como sucede en el proceso asexual. La variación genética es la materia prima sobre la cual actúan los procesos vitales de la evolución y la adaptación.

Adaptación:

La capacidad que muestra una especie para adaptarse a su ambiente es la característica que les permite sobrevivir en un mundo en constante cambio. Las adaptaciones son rasgos que incrementan la capacidad de sobrevivir en un ambiente determinado. Dichas adaptaciones pueden ser estructurales, fisiológicas o conductuales, o una combinación de ellas.

La adaptación trae consigo cambios en la especie, mas que en el individuo. Si todo organismo de una especie fuera exactamente idéntico a los demás, cualquier cambio en el ambiente sería desastroso para todos ellos, de modo que la especie se extinguiría. La mayor parte de las adaptaciones se producen durante periodos muy prolongados de tiempo, y en ellas intervienen varias generaciones. Las adaptaciones son resultado de los procesos evolutivos.

1.       HOMEOSTASIS Y TRANSPORTE A TRAVES DE MEMBRANA:

HOMEOSTASIS:

En todos los organismos, los diversos procesos metabólicos deben ser cuidadosos y constantemente regulados para mantener un estado de equilibrio. Cuando ya se sintetizó una cantidad suficiente de un componente celular, es necesario reducir su producción o suspenderla por completo. Cuando declina la cantidad de energía disponible en una célula, es necesario que entren en funcionamiento los procesos adecuados para poner a disposición de la célula nueva energía. Estos mecanismos autorregulados de control son notablemente sensibles y eficientes. La tendencia de los organismos a mantener un medio interno constante se denomina homeostasis, y los mecanismos que realizan esa tarea se llaman mecanismos homeostáticos.

La regulación de la temperatura corporal en el ser humano es un ejemplo de la operación de tales mecanismos. Cuando la temperatura del cuerpo se eleva por arriba de su nivel normal de 37°C, la temperatura de la sangre es detectada por células especializadas del cerebro que funcionan como un termostato. Dichas células envían impulsos nerviosos hacia las glándulas sudoríparas e incrementan la secreción del sudor. La evaporación del sudor que humedece la superficie del cuerpo reduce la temperatura corporal. Otros impulsos nerviosos provocan la dilatación de los capilares sanguíneos de la piel, haciendo que esta se sonroje. El aumento de flujo sanguíneo en la piel lleva más calor hacia la superficie corporal para que desde ahí se disipe la radiación.

Cuando la temperatura del cuerpo desciende por debajo de su nivel normal, el sensor del cerebro inicia una serie de impulsos que constriñen los vasos sanguíneos de la piel, reduciendo así la pérdida de calor a través de la superficie. Si la temperatura corporal desciende aún más, el cerebro empieza a enviar impulsos nerviosos hasta los músculos, estimulando las rápidas contracciones musculares conocidas como escalofríos, un proceso que tiene como resultado la generación de calor. (10)

 

TRANSPORTE A TRAVES DE MEMBRANA: (11)

El hecho de que una membrana permita el paso de las moléculas de cierta sustancia depende de la estructura de aquella y el tamaño y carga eléctrica de las moléculas. Se dice que una membrana es permeable para alguna sustancia si permite que ésta la cruce e impermeable si no permite el paso de dicha sustancia. Una membrana selectivamente permeable permite el paso de algunas sustancias pero no el de otras. Todas las membranas biológicas que rodean las células, núcleos, vacuolas, mitocondrias, cloroplastos y otros organelos celulares son selectivamente permeables.

Al reaccionar a las condiciones ambientales cambiantes a las diversas necesidades de la célula, la membrana puede constituir una barrera al paso de un compuesto determinado

en cierto momento, mientras promueve activamente su paso en otro momento. Mediante la regulación del tráfico químico de esa manera, la célula controla su propia composición interna de iones y moléculas que puede ser muy diferente a la del exterior. En el mundo abiótico, los materiales se mueven pasivamente por procesos físicos como la difusión. En los seres bióticos, los materiales también se mueven activamente por procesos fisiológicos como transporte activo, exocitosis y endocitosis. Esos procesos fisiológicos activos demandan un gasto de energía por parte de la célula.

 

Difusión:

Algunas sustancias se desplazan hacia adentro y afuera de las células, y se mueven dentro de éstas por medio de un proceso llamado difusión simple, el cual se basa en el desplazamiento al azar. A temperaturas mayores al cero absoluto, todos los átomos y moléculas poseen energía cinética, o energía de movimiento. Los tres estados de la materia (sólido, liquido y gaseoso) difieren con respecto a la libertad del movimiento de las moléculas que los constituyen. Las moléculas del estado sólido se encuentran muy cerca una de otra, y las fuerzas de atracción entre ellas les permiten vibrar, pero no desplazarse. Las moléculas de un líquido se encuentran más separadas entre sí, respecto a las de un sólido; las fuerzas intermoleculares son más débiles, y las moléculas se desplazan con relativa libertad; en el estado gaseoso, las moléculas están tan separadas que las fuerzas intermoleculares son mínimas y por tanto el desplazamiento de las moléculas sólo está limitado por las paredes del recipiente que las contiene. Esto significa que los átomos y moléculas de líquidos y gases se separan en una especie de "desplazamiento al azar". A este desplazamiento se atribuye el proceso de difusión, movimiento neto de partículas (átomos, iones, moléculas, etc.) de una región de alta concentración a una de concentración más baja, de manera que las partículas adquieren una distribución uniforme. Por tanto puede decirse que la difusión implica el movimiento neto de partículas a favor de un gradiente de concentración. Esto no significa que las partículas no puedan desplazarse en sentido contrario al gradiente de concentración. Sin embargo, si al inicio hay mayor cantidad de partículas en una región de concentración elevada, lógicamente más partículas se desplazarán desde la zona de alta concentración hacia la de baja concentración, que a la inversa. La proporción de difusión está en función del tamaño y forma de las moléculas, de sus cargas eléctricas y de la temperatura, las moléculas se mueven con mayor rapidez y aumenta la proporción de difusión.

 

Diálisis:

La difusión de un soluto a través de una membrana diferencialmente permeable se llama diálisis. Para demostrar la diálisis se utiliza una bolsa de celofán llena con una solución de azúcar, que luego se sumerge en un matraz que contiene agua pura. Si la membrana de celofán es permeable al azúcar y al agua, las moléculas de azúcar pasarán a través de ella hasta que la concentración de azúcar en el agua de los dos lados de la membrana sea exactamente igual. A partir de ese momento, las moléculas de soluto (así como también las moléculas de agua) seguirán pasando a través de la membrana, pero ya no habrá ningún cambio neto en las concentraciones ya que la velocidad de movimiento será igual en ambos sentidos. La diálisis renal es una aplicación práctica de este proceso; los productos de desecho, que se difunden a través

de las membranas artificiales del aparato, pueden retirarse del organismo, pero los eritrocitos, proteínas sanguíneas y otras moléculas grandes, no se difunden a través de la membrana, y por tanto se retendrán en el organismo.

 

Osmosis:

La ósmosis es una variedad especial de difusión que implica el movimiento de moléculas solventes (p. ej., agua) a través de una membrana de permeabilidad selectiva. Las moléculas de agua pasan libremente en cualquier dirección, pero al igual que en todos los procesos de difusión, el movimiento neto ocurre a partir de la región de mayor concentración a la de menor. La mayor parte de los solutos no puede difundirse libremente a través de la membrana celular de permeabilidad selectiva.

Los principios que intervienen en el proceso de ósmosis se ilustran mediante la utilización de un aparato llamado tubo en U, éste se divide en dos secciones por una membrana de permeabilidad selectiva que permite que las moléculas de soluto (glucosa, sal y otras). En una parte del tubo se coloca una solución de agua y solutos; en la otra se coloca agua pura. La solución de agua y solutos contiene una concentración de agua menor a la del agua pura, porque las moléculas de soluto han diluido las moléculas de agua. Por tanto, hay un movimiento neto de moléculas de agua del lado del agua pura (con mayor concentración de moléculas de agua) hacia el lado del agua con soluto (que tiene menor concentración de moléculas de agua), como resultado de esto el nivel del líquido del lado del agua pura disminuye, mientras que se eleva el del lado del agua con soluto. Sin embargo aún existe una diferencia en la concentración de las moléculas de agua entre ambos lados, debido a que las moléculas de soluto no pueden moverse a través de la membrana. El movimiento neto de agua continuará, y el nivel del líquido del lado del agua con soluto seguirá aumentando. En condiciones no sujetas a la gravedad, este proceso continuará indefinidamente, pero en la tierra, el peso de la columna del líquido en aumento finalmente ejercerá una presión suficiente para detener el cambio en los niveles del líquido, aunque las moléculas de agua continuarán pasando a través de la membrana en ambas direcciones.

La presión osmótica de una solución se define como la tendencia que presenta el agua de moverse hacia dicha solución mediante ósmosis.

 

Soluciones isotónicas, hipertónicas e hipotónicas:

Con frecuencia deseamos comparar las presiones osmóticas de dos soluciones. En todo líquido de los compartimentos de las células vivas se encuentran disueltas sales, azúcares y otras sustancias que le confieren a dicho líquido una determinada presión osmótica. Cuando una célula se coloca en una solución, cuya presión osmótica es igual a la suya, no hay movimiento neto de partículas de agua, ni hacia fuera ni hacia dentro de ella; por tanto la célula no se hincha ni se encoge. Se dice que el líquido en el cual se colocó la célula es un líquido isotónico (es decir que tiene presión osmótica igual) con respecto al líquido interior de la célula.

Si el líquido circundante tiene una concentración de solutos mayor que la del líquido intracelular y, por tanto, una presión osmótica mayor que la de éste se dice que es una

solución hipertónica; una célula colocada en una solución hipertónica pierde agua y por tanto, se encoge. Cuando una célula con pared celular se coloca se coloca en un medio hipertónico pierde agua, y entonces su contenido disminuye dentro de la pared celular; este proceso se llama plasmólisis.

Si el líquido circundante posee una concentración de solutos menor que la del líquido intacelular, y por tanto tiene una presión osmótica menor que la de éste, se denomina solución hipotónica; en estas circunstancias, el líquido se desplazará hacia el interior de la célula provocando que ésta se hinche.

  Presión de turgencia:

Las paredes celulares rígidas de células vegetales, algas, bacterias y hongos hacen posible que esos organismos vivan sin reventar en un medio externo muy diluido, que contenga una concentración muy baja de solutos. Debido a las sustancias disueltas en el citoplasma, las células son hipertónicas respecto al medio externo. (El medio circundante es hipotónico respecto al citoplasma). El agua tiende a difundirse hacia el interior de las células por ósmosis, llenando sus vacuolas centrales y distendiéndolas. La célula se hincha acumulando presión, llamada presión de turgencia, contra las paredes celulares rígidas de celulosa. La pared celular puede estirarse muy poco, y se alcanza un estado de equilibrio cuando su resistencia impide que la célula se hinche más. Al llegar a este punto ya no hay movimiento neto de moléculas de agua hacia el interior de la célula (aunque desde luego, las moléculas continúan moviéndose hacia dentro y hacia fuera de la membrana). La presión de turgencia es un factor importante en el sostén del cuerpo de las plantas herbáceas. Por este motivo, una flor se marchita cuando la presión de turgencia de sus células disminuye (las células han sufrido plasmólisis) por falta de agua.

Transporte mediado de moléculas pequeñas:

La membrana celular es relativamente impermeable a casi todas las grandes moléculas polares. Esto constituye una ventaja biológica para la célula, ya que casi todos los compuestos metabolizados en su interior son polares y la impermeabilidad de la membrana impide su pérdida por difusión. Para transportar nutrientes polares, como glucosa y aminoácidos, a través de la membrana lipídica hacia el interior de la célula, han aparecido por evolución sistemas de proteínas transportadoras que se unen a esas moléculas y las transfieren a través de la membrana. El paso de solutos a través de la membrana celular por el sistema de transporte se llama transporte mediado. La energía que se necesita proviene de dos fuentes: difusión facilitada y transporte activo.

Difusión facilitada:

En los casos más simples, la célula utiliza la energía almacenada por el gradiente de concentración de una sustancia cuya concentración es mayor en el líquido extracelular que el intracelular. En estas circunstancias, mientras la membrana sea permeable a dicha sustancia, ésta se desplazará hacia el interior de la célula. Este tipo de transporte se llama difusión facilitada. La difusión facilitada depende de la existencia de proteínas transportadoras, las cuales se combinan temporalmente con la molécula de soluto para acelerar el paso de ésta a través de la membrana celular. La proteína transportadora no se modifica por ésta acción; después de transportar la molécula de soluto, queda libre para unirse a una nueva molécula.

Transporte activo mediado:

Algunas moléculas se transportan a través de la célula mediante el proceso de difusión; otras las requiere la célula en concentraciones mayores a su concentración extracelular. Estas moléculas se incorporan mediante mecanismos de transporte activo. Este mecanismo exige una fuente de energía debido a que el transporte activo implica el "bombeo" de una molécula en contra de su gradiente de concentración. Por tanto los sistemas de transporte activo utilizan energía generada por el metabolismo celular en forma de trifosfato de adenosina (ATP) o bien utilizan algún otro tipo de energía almacenada, derivada de la hidrólisis del ATP.

Uno de los ejemplos más sorprendentes de los mecanismos de transporte activo es la bomba de sodio y potasio que se observa en todas las células animales.  

Sistema de cotransporte:

El gradiente electroquímico generado por la bomba de sodio y potasio también proporciona suficiente energía para propiciar el transporte activo de otras moléculas esenciales. En estas reacciones, el gradiente de concentración de sodio y potasio cotransporta las moléculas requeridas, junto con los iones de sodio y potasio. La energía del ATP se usa en forma indirecta al favorecer el transporte activo de una molécula requerida, cuando une el transporte de dicha molécula en contra de su gradiente de concentración, con el transporte de sodio o potasio, a favor de su gradiente de concentración.

 

Sistema de transporte múltiple integrado:

En algunas células se observa el funcionamiento de más de un sistema de transporte para una sustancia determinada. Por ejemplo, el transporte de la glucosa del intestino hacia el torrente circulatorio se lleva a cabo a través de una delgada capa de células epiteliales que recubren la luz del intestino y que poseen regiones especializadas, o dominios, en su membrana plasmática. La superficie de éstas células, expuesta en el intestino, posee una gran cantidad de microvellosidades que incrementan con eficacia la superficie de membrana disponible para absorción. El transporte de glucosa en esta zona de la superficie celular es parte de un sistema de transporte activo que se efectúa en cotransporte con el sodio. La concentración intracelular de sodio se mantiene en cifras bajas por función de una bomba de sodio y potasio en la superficie opuesta de la célula, que bombea el sodio hacia el torrente circulatorio. Gracias a su elevada concentración dentro de la célula, la glucosa puede ser transportada hacia el torrente circulatorio mediante difusión facilitada.

 

Transporte de grandes moléculas a través de las membranas:

En la difusión simple, en la difusión facilitada y en el transporte activo las moléculas individuales y los iones pasan a través de la membrana celular. Sin embargo en ocasiones también es necesario el desplazamiento de cantidades más grandes de material o de partículas de alimento o incluso de células completas, hacia afuera o adentro de una célula. Esto implica un gasto de energía por parte de la célula y en ocasiones conlleva

también la fusión de membranas. En la exocitosis una célula expulsa productos de desecho o productos específicos de secreción (como hormonas), mediante la fusión de una vesícula con la membrana plasmática de la célula. La exocitosis consiste en la fusión de la membrana de la vesícula secretora con la membrana plasmática.

En la endocitosis, la célula incorpora materiales hacia su interior. En los sistemas biológicos operan varios mecanismos endocitóticos. Por ejemplo en la fagocitosis, la célula ingiere partículas sólidas como bacterias o nutrientes. Durante la ingestión los pliegues de la membrana celular engloban a la partícula, que se ha unido a la superficie celular, y forman una vacuola alrededor de ella. Una vez que la membrana ha encerrado a la partícula en cuestión, se4 fusiona en el punto de contacto, dejando que la vacuola flote libremente en el citoplasma. Posteriormente la vacuola se fusiona con los lisosomas, donde el material es ingerido y degradado.

En otro tipo de endocitosis llamada pinocitosis, la célula incorpora materiales disueltos. Algunos pliegues de la membrana plasmática engloban gotas de líquido, las cuales emergen en el citoplasma en forma de pequeñas vesículas.

Otro tipo de endocitosis llamado endocitosis mediada por receptor, algunas proteínas específicas de determinadas partículas se unen a proteínas receptoras, localizadas en la membrana plasmática de la célula. Luego, las moléculas ligadas al receptor emigran en placas recubiertas, que son regiones de la superficie citoplasmática de la membrana recubiertas con estructuras en forma de cepillo.

1.                   FOTOSINTESIS Y RESPIRACION:

FOTOSINTESIS: (12)La fotosíntesis es una de las funciones biológicas fundamentales. Por medio de la clorofila contenida en los cloroplastos, los vegetales verdes son capaces de absorber la energía que la luz solar emite como fotones y transformarla en energía química. Esta se acumula en las uniones químicas producidas por la síntesis de muchos principios nutritivos. Las mitocondrias son susceptibles de utilizar y transformar la energía contenida en las sustancias alimenticias mediante la fosforilación oxidativa. En la fotosíntesis ocurre, hasta cierto punto, un proceso inverso. En los procariotas fotosintéticos, bacterias y cianofíceas, no hay cloroplastos, pero la clorofila se encuentra en extensos sistemas membranosos internos.Los cloroplastos y las mitocondrias tienen muchas semejanzas estructurales y funcionales, pero también poseen algunas diferencias.La principal reacción de la fotosíntesis es:Luz, clorofila 

nCO2 + H2O (CH2O)n + nO2 (1)

  que consiste en la combinación de CO2 y H2O para formar carbohidratos con liberación de O2.Se ha calculado que cada molécula de CO2 de la atmósfera, se incorpora al vegetal cada 200 años, y que el oxígeno del aire es renovado por las plantas cada 2000 años. Sin plantas no existiría O2 en la atmósfera y la vida sería casi imposible.

Los carbohidratos formados al principio por la fotosíntesis son azúcares solubles que pueden acumularse como granos de almidón o de otros polisacáridos dentro del cloroplasto o, más frecuentemente, en el interior de los leucoplastos (amiloplastos). Después de varias etapas que involucran la participación de diferentes tipos de plástidos y de sistemas enzimáticos, el material fotosintético se almacena como un producto de reserva o bien se emplea como una parte estructural del vegetal (ej. celulosa).Desde los primeros estudios, se sugirió que en la reacción (1) el H2O era el dador de hidrógeno, del mismo modo que el H2S es el dador en las sulfobacterias.luz 

2H2S + CO2 (CH2O) + 2S + H2O (2)

    Por tanto, la reacción (1) en las plantas superiores puede expresarse: luz 

2nH2O + nCO2 (CH2O)n + nH2O + nO2 (3)

  La reacción (3) demuestra que el agua es el dador de H2 y que todo el O2 liberado proviene de ella.Los estudios bioquímicos revelaron que la reacción (3) estaba compuesta por una serie de pasos complejos, de los cuales algunos se producen sólo en presencia de luz, mientras que los otros pueden llevarse a cabo también en la oscuridad. Por lo tanto, se las denomina reacciones en la luz y en la oscuridad. En la primera, la luz es absorbida y empleada por la clorofila; ésta es la reacción fotoquímica o de Hill. En la segunda, tiene lugar la fijación y reducción del CO2 por medio de mecanismos termoquímicos.

  Reacción fotoquímica: Al estudiar la reacción fotoquímica es necesario tener presente el proceso de la oxidación fosforilativa de las mitocondrias. En ésta el flujo de los electrones va desde NADH2 hacia O2, siendo el gradiente de potencial de oxidoreducción (-0,6 a +0,81V). En la fotosíntesis es a la inversa: los electrones fluyen desde el H2O al NADPH2, es decir de +0,81 a –0,6 V.La reacción fotoquímica o primaria de la fotosíntesis tiene lugar en las membranas de los tilacoides. Cuando éstas son iluminadas se produce la transferencia de electrones desde el agua (E'o=0,81V) al aceptor final (E'o=-0,6V). Para que esa transferencia pueda cumplirse en contra del gradiente electroquímico es indispensable la energía provista por los fotones de luz. Este proceso tiene lugar en una cadena de transportadores de electrones acoplados a la fosforilación del ADP a ATP.A diferencia de la fosforilación oxidativa de las mitocondrias, en la fotofosforilación no se emplea O2. Mediante la fotofosforilación, los vegetales verdes pueden producir una cantidad de ATP 30 veces mayor que la obtenida en sus propias mitocondrias. Por otra parte éstas plantas contienen muchos más cloroplastos que mitocondrias. Ciclo fotosintético de la reducción del carbono o ciclo de Calvin: Las moléculas de ATP y NADPH2, producidas en el tilacoide proveen, a las enzimas del estroma del cloroplasto, de la energía necesaria para fijar el CO2 y sintetizar los carbohidratos. Junto con la energía proporcionada por el ATP, el NADPH2 reducido, es capaz de reducir el CO2 atmosférico y combinarlo con el hidrógeno para formar los diferentes carbohidratos. Este proceso comprende diversos pasos que han sido dilucidados fundamentalmente mediante el uso de CO2 radiactivo. Las reacciones involucradas son tan rápidas que se completan en un segundo o menos después del agregado de C14O2. Tienen lugar en la oscuridad total, si las plantas fueron expuestas previamente a la luz.En células expuestas al C14O2 durante 5 segundos, el compuesto predominante es el 3-fosfoglicerato. Dos moléculas de triosafosfato se unen para formar hexosa (fructosa) difosfato, de la que deriva luego la glucosa fosfato. A partir de ésta última se originan varios disacáridos y polisacáridos.La enzima inicial del ciclo de Calvin es la ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa o carboxidismutasa, que tiene un alto peso molecular (500000 dalton), con ocho subunidades grandes producidas en el cloroplasto y ocho más pequeñas sintetizadas en el citosol. Esta enzima representa la mitad de las proteínas del estroma y desempeña el papel central del ciclo al combinar una pentosa-ribulosa 1,5 difosfato con un CO2 para producir dos moléculas de 3-fosfoglicerato, utilizando una de H2O.Esta triosa se fosforila luego con ATP y se forma una molécula activada que puede aceptar H+ y electrones a partir de NADPH. Se trata del 3-fosfogliceraldehido, que luego se reduce para constituir hexosas y carbohidratos más complejos.Calvin y Benson propusieron que en cada vuelta de éste ciclo (también llamado ciclo C3) se regenera una molécula de ribulosa 1,5 difosfato. Tal proceso de regeneración es muy complejo y comprende unas 12 reacciones enzimáticas. Para producir una hexosa a partir de la fijación de CO2 se necesitan 6 vueltas del ciclo.La clásica ecuación para la síntesis de una hexosa es:luz 

6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O (4)

 

 En ella se produce la acumulación de 686 kcal/mol de hexosa. Esta energía es provista por 12 NADPH y 18 ATP, que en total representan 877 kcal/mol. Por lo tanto, la eficiencia del proceso alcanza al 78%. 

Ciclo C 4: Además del ciclo de Calvin (que se halla en la mayoría de las plantas superiores) en cierto número de especies de angiospermas se encuentra el ciclo C4. Desde el punto de vista de la biología celular es de gran interés que ambos ciclos, el C4 y el C3, se hallan integrados en la misma planta.En las células mesófilas se asimila el CO2 por la carboxilación del fosfoenolpiruvato (PEP), lo que da origen a los ácidos C4, como aspartato y malato. El CO2 que sale por descarboxilación entra en el ciclo de Calvin y da origen al 3-fosfoglicerato, mientras que los productos C3 pueden volver a la célula mesófila y entrar en el ciclo C4.

 RESPIRACION CELULAR: Al igual que las células animales, las vegetales efectúan las reacciones de la respiración celular, principalmente en sus mitocondrias, utilizando para ello sustratos como la glucosa y produciendo CO2. En estas reacciones hay producción de ATP, el cual sirve para impulsar los procesos metabólicos de las células. Además en determinadas condiciones, muchas plantas utilizan oxígeno y producen CO2 a través de un proceso diferente llamado fotorrespiración.En días de sol intenso, cuando el clima es caliente y seco, las células vegetales cierran sus estomas (pequeños poros de la superficie foliar) para evitar la pérdida de agua a través de las hojas. Esta respuesta impide la deshidratación pero al mismo tiempo el paso de CO2 al interior de la hoja. Al llevar a cabo la fotosíntesis en estas condiciones, el CO2 es expulsado y la concentración de oxígeno aumenta. Cuando la concentración de oxígeno en la hoja es mayor que la concentración de CO2, el oxígeno se combina en vez del CO2, con el sitio activo de la ribulosa difosfato carboxilasa. Esta enzima es una oxigenasa y al mismo tiempo es una carboxilasa; el CO2 y el carbono y el oxígeno compiten entre sí por el sitio activo de esta enzima. Cuando actúa como carboxilasa, cataliza la combinación del CO2 con la ribulosa 1,5 difosfato y el oxígeno molecular, formando un compuesto de tres carbonos, el 3-fosfoglicerato, y uno de dos carbonos, el 2-fosfoglicolato. El fosfoglicolato se hidroliza, formando el glicolato y fosfato inorgánico. Luego el glicolato abandona el cloroplasto y más adelante se metaboliza en un glioxisoma. El glicolato se convierte en glioxilato, liberando peróxido de hidrógeno. Posteriormente el glioxilato se metaboliza en las mitocondrias, formando CO2.La fotorrespiración consume hasta 50% del CO2 fijado en el ciclo de Calvin; por tanto parece ser un proceso de desgaste sin beneficio aparente para la planta. Si pudiera disminuirse la fotorrespiración, podría aumentarse el abastecimiento de alimento. Nótese que las plantas C4 fijan CO2 en condiciones que provocarían la fotorrespiración en las plantas C3.  2.2.7.1.- ÁCIDOS NUCLEICOS 2.2.7.1.1.- Estructura molecular.- Deseamos proponer una estructura para la sal del ácido desoxirribonucleico (ADN). Esta estructura presenta características nuevas que son de considerable interés biológico.Pauling y Corey ya han propuesto una estructura para el ácido nucleico. Con gentileza nos brindaron su manuscrito aun antes de publicarlo. Su modelo consta de tres cadenas entrelazadas, cuyos fosfatos se encuentran cerca del eje de fibra, mientras que, las bases dan al exterior. En nuestra opinión, esa estructura es insatisfactoria por dos razones: (1) Creemos que el material que produce los diagramas de rayos X es la sal, no el ácido libre. Sin los átomos de hidrógeno acídicos no esta claro que fuerzas podrían mantener unida la

estructura, de manera especial dado que los fosfatos cargados negativamente que hay cerca del eje se repelerían unos a otros; (2) Algunas de las distancias de Van der Waals parecen demasiado pequeñas.Fraser (en prensa) ha propuesto también otra estructura de tres cadenas. En su modelo, los fosfatos están por fuera y las bases en el interior , unidas por enlaces de hidrógeno. Es una estructura algo deficientemente definida, cual se describe, y por lo mismo no la comentaremos.Deseamos proponer una estructura radicalmente diferente para la sal del ácido desoxirribonucleico. En una estructura de dos cadenas helicoidales enrollada en torno al mismo eje. Hemos hecho los supuestos químicos usuales, a saber, que cada cadena consta de grupos diésteres de fosfasto unidos a residuos de b-D-Desoxirribofuranosa con enlaces de 3', 5'. Ambas cadenas (que no las bases) se encuentran relacionadas por una diada perpendicular al eje de fibra. Las dos cadenas siguen un giro hacia la derecha, pero por la diada las secuencias de loa átomos de ambas cadenas corren en dirección contraria. Cada cadena se parece algo al modelo N° 1 de Furberg, o sea, las bases están en el interior de la hélice y los fosfatos por fuera . La configuración del azúcar y de los átomos cercanos a él se acerca a la "configuración estándar" de Furberg, con el azúcar más o menos perpendicular a la base que lleva adherida. En cada cadena hay un residuo cada 3-4 A en dirección -z. Hemos supuesto un ángulo de 36° entre residuos ayacentes en la misma cadena, de manera que la estructura se repite en cada cadena después de 10 residuos, o sea, después de 34 A. La distancia de un átomo de fósforo al eje de fibra es de 10 A. Como los fosfatos están en el exterior, los cationes les llegan fácilmente.Es una estructura abierta y su contenido de agua es más bien alto. Si el de agua fuera inferior cabría esperar que las bases se inclinaran, de donde la estructura resultaría más compacta.La estructura tiene de característica novel el modo como se mantienen las dos cadenas por las bases purínicas y pirimidínicas . Los planos de las bases son perpendiculares al eje de fibra. Van en pares, de forma que cada base de una cadena se enlaza por medio de hidrógeno con otra base de otra cadena, una al lado de otra con idénticas coordenadas -z. Para que pueda ocurrir el enlace, un elemento del par ha de ser de una purina y el otro de una pirimidina. Los enlaces de hidrógeno son como sigue: posición purínica 1 a posición pirimidínica 1; posición purínica 6 a posición pirimidínica 6.Si se supone que las bases sólo ocurren en la estructura en las formas tautoméricas más plausibles (o sea, con las configuraciones keto y no con la enol) resulta que sólo se pueden enlazar pares específicos de bases . Dichos pares: adenina (purina) con timina (pirimidina), y guan (purina) citosina (pirimidina).En otras palabras, si una adenina forma un miembro del par, en ambas cadenas, entonces de tal supuesto el otro miembro ha de ser timina, y lo mismo vale para la guanina y la citosina. La secuencia de bases de una cadena no parece tener restricción de ningún tipo. Sin embargo, si solo se pueden formar pares específicos de bases, se sigue que sabiendo la secuencia de bases de una cadena se puede determinar automáticamente la secuencia en la otra cadena.Se ha visto experimentalmente que la proporción en la cantidad de adenina frente a la timina, y la proporción de guanina a citosina, son siempre muy próximas a la unidad en el ácido desoxirribonucleico.Quizá sea imposible construir esta estructura con un azúcar de ribosa en vez de la desoxirribosa, puesto que el átomo de oxigeno extra acercaría demasiado la distancia de Van der Waals.Los datos de rayos X antes publicados sobre el ácido desoxirribonucleico para comprobar con rigor nuestra estructura. Hasta donde podemos afirmar es compatible en general con los datos experimentales, pero se ha de considerar como no probada hasta compulsarla con resultados más exactos. En las siguientes comunicaciones se presentan algunos de

éstos. No nos habíamos percatado de los detalles de los resultados allí presentados, al idear la estructura , que se basa principalmente en datos experimentales publicados ( aunque no del todo) y en argumentos estereoquímicos.No se nos ha escapado que el apareamiento específico que hemos postulado sugiere de inmediato la existencia de un posible mecanismo de copiado de material genético.Los detalles completos de la estructura , incluidas las condiciones supuestas para construirla, junto con un par de coordenadas de los átomos, se publicarán en otra parte.Estamos muy en deuda con el Dr. Jerry Donohue, por su constante consejo y crítica, sobre todo respecto de las distancias interatómicas . Nos ha estimulado asimismo el haber tenido conocimiento, de una manera general , de los resultados inéditos de experimentos y de ideas del Dr. M.H.F. Wilkins, de la Dra. R. E. Flanklin y sus colaboradores en el King's College, Londres. Uno de nosotros (J. D.W.) dispone de la ayuda de una beca de la Fundación Nacional pro Parálisis Infantil. 2.2.7.2.-Síntesis de proteínas La traducción del ARNm2.2.7.2.1.-INTRODUCCION El ARN mensajero es el que lleva la información para la síntesis de proteínas, es decir, determina el orden en que se unirán los aminoácidosLa síntesis de proteínas o traducción tiene lugar en los ribosomas del citoplasma celular. Los aminoácidos son transportados por el ARN de transferencia (ARNt) , específico para cada uno de ellos, y son llevados hasta el ARN mensajero (ARNm), dónde se aparean el codón de éste y el anticodón del ARN de transferencia, por complementariedad de bases, y de ésta forma se sitúan en la posición que les corresponde.Una vez finalizada la síntesis de una proteína, el ARN mensajero queda libre y puede ser leído de nuevo. De hecho, es muy frecuente que antes de que finalice una proteína ya está comenzando otra, con lo cual, una misma molécula de ARN mensajero, está siendo utilizada por varios ribosomas simultáneamente.

                     Los ARNt desempeñan un papel central en la síntesis de las proteínas

La síntesis proteica tiene lugar en el ribosoma, que se arma en el citosol a partir de dos subunidades riborrucleoproteicas provenientes del nucléolo. En el ribosoma el ARN mensajero (ARNm) se traduce en una proteína, para lo cual se requiere también la intervención de los ARN de transferencia (ARNt). El trabajo de los ARNt consiste en tomar del citosol a los aminoácidos y conducirlos al ribosoma en el orden marcado por los nucleótidos del ARNm, que son los moldes del sistemaLa síntesis de las proteínas comienza con la unión entre sí de dos aminoácidos y continúa por el agregado de nuevos aminoácidos -de a uno por vez- en uno extremos de la cadena.Como se sabe la clave de la traducción reside en el código genético, compuesto por combinaciones de tres nucleótidos consecutivos -o tripletes- en el ARNm. Los distintos tripletes se relacionan específicamente con tipos de aminoácidos usados en la síntesis de las proteínas.Cada triplete constituye un codón: existen en total 64 codones, 61 de los cuales sirven para cifrar aminoácidos y 3 para marcar el cese de la traducción. Tal cantidad deriva de una relación matemática simple: los cuatro nucleótidos (A, U, C y G)se combinan de a tres, por lo que pueden generarse 64 (43).Dado que existen más codones, (61) que tipos de aminoácidos (20), casi todos pueden ser reconocidos por más de un codón, por lo que algunos tripletes a como "sinónimos". Solamente el triptófano y la metionina -dos de los aminoácidos menos frecuentes en las proteínas - son codificados, cada uno, por un solo codón.

Generalmente los codones que representan a un mismo aminoácido se parecen entre sí y es frecuente que difieran sólo en el tercer nucleótido. La baja especificidad de este nucleótido ha llevado a decir que existe una "degeneración" en tercera base de la mayoría de los codones. Resta agregar que el número de codones en el ARNm determina la longitud de la proteína.

                     Existen 31 tipos diferentes de ARNt

Las moléculas intermediarias entre los codones del ARNm y los aminoácidos son los ARNt, los cuales tienen un dominio que se liga específicamente a uno de los 20 arninoácidos y otro que lo hace, específicamente también, con el codón apropiado. El segundo dominio consta de una combinación de tres nucleótidos -llamada anticodón - que es complementaria de la del codón.Cada tipo de ARNt lleva antepuesto el nombre del aminoácido que transporta. por ejemplo, leucinil-ARNt para el aminoacil-ARNt de la leucina, lisinil-ARNt para el de la lisina, fenilalanil-ARNt para el de la fenilalanina, metionil-ARNt para el de la metionina, etcétera.Por su lado. El ARNt unido al aminoácido compatible con él se designa aminoacil-ARNtAA, en el que "AA" correspnde a la sigla del aminoácido. Por ejemplo, leucinil-ARNtLeu, lisinil-ARNtlys, fenilalanil-ARNtPhe. metionil-ARNtMet, etcétera.Si bien teóricamente pueden existir 61 tipos de ARNt diferentes, sólo hay 31. El déficit se resuelve por la capacidad que tienen algunos ARNt de reconocer a más de un codón. Lo logran porque sus anticodones suelen poseer la primera base "adaptable", es decir, que puede unirse con una base no complementaria situada en la tercera posición del codón (recuérdese la "degeneración" de esta base).Así, la G en la primera posición del anticodón puede aparearse tanto con una C -es lo habitual - como con una U del codón . Similarmente, la U en la primera posición del anticodón puede hacerlo con una A -es lo habitual - o con una G. Por otra parte, la inosina (I) -una de las bases inusuales se encuentra en la primera posición del anticodón en varios ARNt y es capaz de aparearse con cualquier base (excepto con una G) localizada en la tercera posición del codón.

                     El codón de iniciación es el triplete AUG

El primer codón que se traduce en los ARNm es siempre el triplete AUG. cuya información codifica al aminoácido metionina . Por lo tanto, este codón cumple dos funciones: señala el sitio de comienzo de la traducción -caso en el cual recibe el nombre de codón de iniciación -, y cuando se halla en otras localizaciones en el ARNm codifica a las metioninas del interior de las moléculas proteicas.Al especificar el primer aminoácido de la proteína, el codón AUG de iniciación determina el encuadre de los sucesivos tripletes, lo que asegura la síntesis correcta de la molécula. Tómese como ejemplo la secuencia AUGGCCUGUAACGGU. Si el ARNm es traducido a partir del codón AUG, los codonessiguientes serán GCC, UGU, AAC y GGU, que codifican, respectivamente, a los aminoácidos alanina, cisteina ,asparagina y glicina. En cambio, si se omitiera la A del codón de iniciación, el encuadre de los tripletes sería el siguiente: UGG, CCU, GUA y ACG, los cuales se traducen en los aminoácidos triptófano, prolina, valina y treonina, respectivamente.Algo semejante ocurriría si también se omitiera la U, pues resultaría un tercer tipo de encuadre: GGC, CUG, UAA y CGC. En este caso, después de codificar los dos primeros codones a los aminoácidos glicina y leucina, la traducción se detendría, ya que UAA es un codón de terminación.

                     Los aminoácidos se ligan por medio de uniones peptídicas

La unión de los aminoácidos entre sí para construir una proteína se produce de modo que el grupo carboxilo de un aminoácido se combina con el grupo a amínoácido siguiente, con pérdida de una molécula de agua H2O y recordemos que esa combinación se llama unión peptídica.Cualquiera que sea su longitud, la proteína mantiene el carácter anfotérico de los aminoácidos aislados, ya que contiene un grupo amino libre en uno de sus extremos y un grupo carboxilo en el otro extremo. La proteína se sintetiza a partir de extremo que lleva el grupo amino libre. Ello se corresponde con la 3´ usada para la traducción del ARNm, la misma con que®dirección 5´ el ADN se transcribe.Antes de describir los procesos que dan lugar a la síntesis de las proteínas analizaremos cómo arriban los ARNm al citoplasma, qué configuración poseen los ARNt y cuál es la estructura de los ribosomas.

                     Los ARNm arribados al citoplasma se conectan con ríbosomas

Los transcriptos primarios de los ARNm se hallan combinados con diversas proteínas, con las que forman las nueleoproteínas heterogéneas nucleares o RNPhn.. No obstante, muchas de esas proteínas se desprenden de los ARNm a medida que éstos abandonan el núcleo.Los ARNm salen hacia el citoplasma por los poros de la envoltura nuclear. Ya en el citosol, cada ARNm se combina con nuevas proteínas y con ribosomas, lo que lo habilita para ejercer su función codificadora durante la síntesis proteica. Entre las proteínas se encuentra la llamada CBP (por cap binding protein), que se combina con el cap en el extremo 5´ del ARNm.Algunos ARNm se localizan en sitios prefijados en el citoplasma, de modo que las proteínas que codifican se sintetizan y se concentran en esos sitios. Un ejemplo es el ARNm de la actina, que se sitúa en la zona periférica de las células epiteliales donde se deposita la mayor parte de la actina .El extremo 5' de los ARNm contiene una secuencia de alrededor de 10 nucleótidos previa al codón de iniciación -entre éste y el cap - que, como es lógico, no se traduce . En algunos ARNm esta secuencia participa en el control de 1a traducción y en otros regula la estabilidad del ARNm, es decir, su supervivencia.Otra secuencia especial del ARNm, de hasta miles de nucleótidos, suele hallarse después del codón de terminación. entre éste y la poli A . Tiene por función controlar la supervivencia del ARNm.

                     Las moléculas de los ARNt adquieren una forma característica

Hemos visto que los codones del ARNm no seleccionan a los aminoácidos directamente y que la traducción de los ARNM en proteínas depende de un conjunto de moléculas intermediarias -los ARNt- que actúan como adaptadores, ya que discriminan tanto a los codones del ARNm como a los aminoácidos compatibles con ellos.Así la función básica de los ARNt es alinear a los aminoácidos siguiendo el orden de los codones para poder cumplir con sus funciones, los ARNt ,adquieren una forma característica semejante a un trébol de cuatro hojas . Los cuatro brazos se generan por la presencia en los ARNt de secuencias de 3 a 5 pares de nuelcótidos complementarios, los cuales se aparean entre sí como los nucleótidos de las dos cadenas del ADN.En la punta de uno de los brazos confluyen los extremos 5' y 3´ del ARNt. El extremo 3´ es más largo, de modo que sobresale el trinucleótido CCA que fue incorporado durante el

procesamiento. Este brazo se llama aceptador porque a él se liga el aminoácido, que se une a la A del CCA.Los tres brazos restantes poseen en sus extremos secuencias de 7 a 8 nucleótidos no apareados, -con forma de asas -, cuyas denominaciones derivan de los nucleótidos que las caracterizan. Una de ellas contiene el triplete de nueleótidos del anticodón, por lo que su composición varía en cada tipo de ARNt. Otra, en virtud de que contiene dihidrouridinas (D), se denomina asa D. La tercera se conoce como C que la identifica.yasa T, por el trinucleótido T a la seudouri dina.yLa letra T simboliza a la ribotimidina y laEntre el asa T y el anticodón existe un asa adicional, llamada variable porque su longitud difiere en los distintos ARN de transferencia.Un plegamiento ulterior en el ARNt hace que deje de parecerse a un trébol de cuatro hojas y adquiera la forma de la letra L . El cambio se debe a que se establecen apareamientos inusuales entre algunos nueleótidos, como la combinación de un nucleótido con dos a la vez.Formada la L, las asas D y T pasan a la zona de unión de sus dos ramas y el brazo aceptador y el triplete de bases del anticodón se sitúan en las puntas de la molécula. Una aminoacil-ARNt sintetasa une el aminoácido al ARNt El aminoácido se liga a su correspondiente ARNt por la acción de una enzima llamada aminoacil-ARNt sintetasa, que cataliza la unión en dos pasos. Durante el primero, el aminoácido se liga a un AMP , con el cual forma un aminoacil AMP. Por ejemplo leucinil –AMP , lisinil AMP, fenilalanil AMP, metionil-AMP, etc.. Dado que el AMP deriva de la hidrólisis de un ATP , se libera pirofosfato (PP) y energía , que también pasa al aminoacil- AMP AA-AMP + PP®AA + ATP En el segundo paso esa energía es utilizada por la aminoacil ARNt sintetasa para transferir el aminoácido del aminoacil –AMP a la A del brazo aceptador del ARNt compatible, con lo cual se forma una molécula esencial para la síntesis proteica: el aminoacil-ARNtAA que reconoce el codón complementario en el ARNm. ®AA-A + ARNt ( AMINOACIL SINTETASA AA-ARNt®)AA + AMP Debe señalarse que la energía del ATP usada en la primera reacción queda depositada en la unión química entre el aminoácido y la A del trinucleótido CCA.

                     Existen 20 amínoacil – ARNt sintetasas diferentes

Existen 20 aminoacil-ARNt sintetasas diferentes, cada una diseñada para reconocer a un aminoácido y al ARNt compatible con él. Ambos reconocimientos permiten que cada uno de los 31 tipos de ARNt se ligue sólo a uno de los 20 aminoácidos usados en la síntesis proteica. Ello es posible porque cada aminoacil ARNt sintetasa identifica al ARNt por el anticodón, la parte más específica del ARNt . No obstante, en los ARNt existen otras señales que son reconocidas por la enzima, generalmente tramos de nucleótidos cercanos al anticodón. Como es obvio, la existencia de 11 clases de ARNt hace que algunos aminoácidos sean reconocidos por más de un ARNt. Uno de los ARNt redundantes es el llamado ARNt iniciador o ARNt[i], pues transporta a la metionina destinada exclusivamente al codón AUG de iniciación . Es muy probable quecerca de ese codón existan señales que diferencien al metionil-ARNt[i]met –portador de la metionina dirigida a él- de los metionil ARNtmet comunes, portadores de las metioninas destinadas a los restantes codones AUG del ARNm.

                     Los ribosomas están compuestos por dos subunidades

Los mecanismos para alinear a los aminoacil ARNtAA de acuerdo con el orden de los codones del ARNm son algo complicados. Requieren de los ribosomas cuya primera tarea es localizar al codón AUG de iniciación y acomodarlo correctamente para que el encuadre de ese triplete y el de los siguientes sea el adecuado. Luego el ribosoma se desliza hacia el extremo 3´del ARNm y traduce a los sucesivos tripletes en aminoácidos. Estos son traídos – de a uno por vez – por los respectivos ARNt. Las reacciones que ligan a los aminoácidos entre sí - es decir , las uniones peptídicas - se producen dentro del ribosoma . Finalmente, cuando el ribosoma arriba al codón de terminación – en el extremo 3´del ARNm – cesa la síntesis proteica y se libera la proteína. Como podemos notar, los ribosomas constituyen las "fábricas de las proteínas" Cada ribosoma está compuesto por dos subunidades - una mayor y otra menor – identificadas con las siglas 40S y 60S respectivamente (los números hacen referencia a los coeficientes de sedimentación de las subunidades, es decir a las velocidades con que sedimentan cuando son ultracentrifugadas, la 60S migra más rápido al fondo del tubo). En la subunidad menor algunas proteínas forman dos áreas - una al lado de la otra – denominadas sitio P (por peptidil) y sitio A (por aminoacil). Por otro lado en la subunidad mayor las proteínas ribosómicas formarían un túnel por el que saldría la cadena polipeptídica a medida que se sintetiza Las etapas de la síntesis de proteínas La síntesis de las proteínas se divide en tres etapas, llamadas de iniciación , de alargamiento y de terminación.

                     El comienzo de la síntesis proteica requiere de varios factores de iniciación

  La etapa de iniciación es regulada por proteínas citosólicas denominadas factores de iníciación (IF), que provocan dos hechos separados pero concurrentes , uno en el extremo 5´del ARNm y otro en la subunidad menor del ribosomaEl primer proceso involucra al cap y a una secuencia de nucleótidos aledaña, localizada entre el cap y el codón de iniciación . Estas partes reconocidas por el factor IF-4, que se liga a ellas sí al ARNm se proteína CBP . La conexión del IF-4 con el ARNm insume energía que es provista por un ATP.En el segundo proceso, el metioníl-ARNt[i]met se coloca en el sitio P de la subunidad menor del ribosoma, reacción que requiere el factor IF-2 y la energía de un GTP.Logrados ambos acondicionamientos, otro factor de iniciación, el IF-3, con la ayuda del IF-4 coloca el extremo 5´ del ARNm sobre una de las caras de la unidad menor del ribosoma, la que posee los sitios P y A.De inmediato la subunidad menor se desliza por el ARNm y detecta al codón de AUG de iniciación, que se coloca, en el sitio P . Como es lógico , el segundo codón del ARNm queda colocado al lado, es decir en el sitio A.Entre tanto, el metioril-ARNt[i]met ,' ubicado en el sitio P de la subunidad menor, se une al codón AUG de iniciación mediante su anticodón CAU ). El acoplamiento correcto entre estos dos tripletes es¬(UAC imprescindible para asegurar el encuadre normal de los siguientes codones del ARNm en los sitios P y A del ribosoma.La etapa de iniciación concluye cuando la subunidad menor se combina con la subunidad mayor y se forma el ribosoma. En él se encuentran los primeros dos codones del ARNm: en el sitio P el codón AUG de iniciación -unido al metionilARNt[i]met- y en el sitio A el codón que le sigue.La unión entre sí de las dos subunidades ribosómicas se produce luego del desprendimiento del IF-2 y del IF-3, lo cual es mediado por el factor IF-5.

                     El alargamiento de la cadena proteica es promovido por factores de elongación

La etapa de alargamiento comienza cuando al sitio A del ribosoma se acerca otro aminoacil-ARNtAA, compatible con el segundo codón del ARNm, con el cual se une. La reacción es mediada por un factor de elongación llamado EF-1 y consume energía, que es aportada por un GTP.Al quedar el aminoacil-ARNtAA cerca del metionil-ARN[t]met. la metionina localizada en el sitio P, al tiempo que se desacopla del. ARNt[i], se liga - mediante una unión peptidica - al aminoácido ubicado en el sitio A. Se forma así un dipeptidil-ARNt, que continúa ubicado en el sitio A. Su permanencia en este sitio es breve, en seguida veremos por qué.La unión peptídica es catalizada por la subunidad mayor del ribosoma. Debe agregarse que la energía requerida para consumar esa unión proviene de la ruptura de otra unión química , aquella que liga al aminoácido con la adenina en el brazo aceptador del ARNt. Como en el caso del metionil – ARNt [i]met, la ruptura química tiene lugar siempre en el sitio P.Entre tanto, fuera del ribosoma, esperando para ingresar, se encuentra el tercer codón del ARNm. Aborda el ribosoma cuando el ARNm se corre tres nucleótidos en dirección de su extremo 5´. Este proceso – llamado traslocación – es mediado por el el factor de elongación EF-2 y también consume energía ahora aportada por un GTP.Como vemos, desde el punto de vista energético la síntesis proteica es bastante costosa, ya que por cada aminoácido que se incorpora se consumen dos GTP y un ATP, el último gastado durante 1a síntesis del aminoacil-ARNtAA

El corrimiento del ARNm hace que el codón de iniciación sea desalojado del sitio P sitio P -y, por consiguiente, del ribosoma- el segundo codón se mude del sitio A al sitio P y el tercer codón ingrese en el sitio A vacante. Lógicamente el corrimiento de los codones desplaza también a los ARNt , por lo que el ARNt[i] sale del ribosoma -no tarda en desprenderse del codón de iniciación – y el dipéptido pasa del sitio A al sitio P.Mientras tanto, un tercer aminoacil-ARNtAA ingresa en le ribosoma , se acomoda en el sitio A y su anticodón se une al tercer codón de ARNm, otra vez por la intervención del EF-1. Debe señalarse que el EF-1 actúa después que el EF-2 se retira del ribosoma, y viceversa.El paso siguiente comprende la formación de una unión peptídica entre el dipéptido y el aminoácido del tercer aminoacil –ARNt AA. Esta unión peptídica, ahora entre e dipéptido y el aminoácido del tercer aminoacil-ARNtAA. Esta unión peptídica genera un tripeptidil –AARNt, que permanece en el sitio P hasta la próxima translocación del ARNm.Los procesos citados se repiten de forma sucesiva codón tras codón ; así , en el cuarto paso se forma un tetrapeptidil ARNt y luego peptidil - ARNt cada vez más largos , que se traslocan del sitio A al P conforme se producen las uniones peptídicas. Se calcula que se agregan a la cadena, en promedio, cinco aminoácidos por segundo.Debido a que con cada traslocación se corren tres nucleótidos del ARNm , su extremo 5´se aleja progresivamente del ribosoma y su extremo 3´se acerca a él en igual medida. Cuando el ribosoma se ha alejado del extremo 5´del ARNm unos 90 nucleótidos, en el codón de iniciación se acomoda un nuevo ribosoma, lo cual da inicio a la síntesis de otra cadena proteica. Esto se repite varias veces .

                     La síntesis proteica concluye cuando el ribosoma alcanza el codón de terminación

La etapa de terminación determina la conclusión de la síntesis de la proteína cuando el sitio A del ribosoma es abordado por el codón de terminación del ARNm (UUA, UGA o UAG, indistintamente). Ello deja al sitio A sin el esperado aminoacil-ARNtAA, aunque pronto

es ocupado por un factor de terminación llamado eRF (eucaryotic releasing factor), que sabe reconocer a los tres codones de terminación.En síntesis la terminación de la cadena polipeptídica está señalada por el ARNm mediante un codón que no especifica la incorporación de ningún aminoácido . Ese codón de terminación puede ser UUA, UGA o UAG, y sobre él no se une ningún ARNt. En cambio, es reconocido por dos proteínas llamadas factores de liberación (eRF). Cuando esto sucede, la proteína terminada se libera del último ARNt, que también se separa del ARNm. Por último también se disocian las subunidades ribosómicas. Todos estos elementos pueden ser reutilizados en una nueva síntesis. 2.2.8.- DIVISIÓN CELULAR 2.2.8.1.- División celular en procariotas | ContenidosLos procariotas tienen una organización mucho más simple que la de los eucariotas, los cuales entre otras cosas, tienen muchos más cromosomas.El cromosoma procariota es una sola molécula circular de ADN contenida en una región definida del citoplasma, denominada nucleoide, sin estar separado del mismo por una membrana. Este cromosoma es el elemento obligatorio del genoma, aunque es frecuente encontrar unidades de replicación autónomas llamadas plásmidos, que si se pierden, la bacteria sigue siendo viable.El método usual de duplicación de las células procariotas se denomina fisión binaria. La duplicación de la célula va precedida por la replicación del cromosoma bacteriano. Primero se replica y luego pega cada copia a una parte diferente de la membrana celular. Cuando las células que se originan comienzan a separarse, también se separa el cromosoma original del replicado.Luego de la separación (citocinesis), queda como resultado dos células de idéntica composición genética (excepto por la posibilidad de una mutación espontánea)Una consecuencia de este método asexual de reproducción es que todos los organismos de una colonia son genéticamente iguales. Cuando se trata una enfermedad originada en una infección bacteriana, una droga que mata a una bacteria matará a todos los miembros de ese clon (colonia). 2.2.8.2.- División celular en eucariotas | ContenidosEn razón de su número de cromosomas, organelas y complejidad la división de la célula eucariota es más complicada, aunque ocurran los mismos procesos de replicación, segregación y citocinesis. 2.2.8.3.- Mitosis  | ContenidosLa mitosis es el proceso de formación de dos células  idénticas (generalmente) por replicación y división de los cromosomas de la original que da como resultado una "copia" de la misma.Las células eucariotas poseen un mayor número de cromosomas que por otra parte son mucho más grandes que los de los procariotas. Los estructura de los cromosomas replicados y condensados tiene varios aspectos de interés. El cinetocoro es el punto donde "anclan" los microtúbulos del huso. Los cromosomas replicados consisten en dos moléculas de ADN (junto con sus proteínas asociadas: las histonas) que se conocen con el nombre de cromátidas. El área donde ambas cromátidas se encuentran en contacto se conoce como centrómero, el cinetocoro se encuentra en la parte externa del centrómero. Se debe hacer hincapié en que los cromosomas son cromatina (ADN más histonas) y señalar la particularidad  que en los extremos del cromosoma (que toman el nombre de telómero) se encuentran secuencias repetidas de ADN.Dependiendo de la posición del centrómero los cromosomas se clasifican en:

A.                  telocéntricos, con el centrómero en un extremo

B.                  acrocéntricos, uno de sus brazos es muy corto

C.                  submetacéntricos, brazos de diferente longitiud

D.                  metacéntricos, brazos de igual longitud

2.2.8.4.- Empaquetamiento del ADN | ContenidosLas proteínas asociadas al ADN se conocen colectivamente con el nombre de histonas. Son polipéptidos relativamente cortos cargados positivamente (básicos) y por lo tanto son atraídos por las cargas negativas del ADN (ácido)  Las histonas son sintetizadas en cantidad durante la fase S ( S por síntesis) del ciclo celular. Una de las funciones de esas proteínas está relacionada con el empaquetamiento del ADN en la forma del cromosoma: los 2 metros de ADN de la célula humana son empaquetados en 46 cromosomas de un largo combinado de aproximadamente 200 nm. La célula tiene unas 90 millones de moléculas de histonas siendo la mayoría perteneciente a un tipo conocido como H1. Se conocen cinco tipos de las siguientes histonas (H1, H2A, H2B, H3, y H4 , 8 moléculas en total); con la excepción de la H1 la mayor parte de las histonas de los eucariotas son muy similares.El nucleosoma es la unidad fundamental de "empaquetamiento" del ADN eucariótico. El "carretel" ("core") del mismo consiste en dos moléculas de H2A, H2B, H3, y H4; alrededor de las cuales el ADN se enrolla dos veces . La histona 1 esta fuera del "carretel". Este nivel de empaquetamiento ("packing") se conoce como "cuentas de un collar" . El siguiente nivel se conoce como la fibra de 30 nm, cuyos detalles de organización no se conocen completamente. Las fibras se condensa a posteriori en dominios en bucle de 300 nm . Los dominios son parte de las secciones condensadas ( 700 nm) de los cromosomas (el cromosoma tiene un ancho de unos 1.400 nm en la metafase) .Durante la mitosis los cromosomas replicados se posicionan cerca de la mitad de la célula y luego se segregan en manera tal que cada célula resultante recibe una copia de cada cromosoma original (si se comienza con 46 cromosomas en la célula original se termina con 46 cromosomas en las 2 células resultantes). Para realizar esto las células utilizan microtúbulos (que en este caso en conjunto forman el huso mitótico) que "tiran" de los cromosomas para llevarlos a cada futura célula. Las células animales (excepto un grupo de gusanos conocidos con el nombre de nematodos) poseen centríolos. Las plantas y la mayor parte de los otros eucariotas no poseen centríolos y los procariotas, por supuesto, carecen de huso y centríolos; en procariotas la membrana celular suple esta función al arrastrar los cromosomas pegados a ella durante la citocinesis de la fisión binaria. Las células que contienen centríolos también poseen una "corona" de pequeños microtúbulos, el aster, que se extienden desde los centríolos a la membrana nuclear.Las fases de la mitosis son en realidad difíciles de separar. Se debe tener en cuenta que el proceso no es el estático que se describe en el texto, sino dinámico como el que se puede seguir en esta animación.2.2.8.5.- Profase | Contenidos La profase es el primer estadio de la mitosis. La cromatina se condensa (recordar que el ADN de la cromatina se replica en la interfase), por lo que en este punto existen dos cromátidas unidas. La membrana nuclear se disuelve, los centríolos (si se encuentran presentes) se dividen y los pares migran a los polos, se forma  el huso mitótico. Los centrómeros (o constricciones primarias) se vuelven claramente visibles, debido a que se le han asociados placas proteicas a ambos lados: el cinetocoro. En el citoplasma el retículo endoplasmático y el complejo de Golgi se fragmentan en vesículas, se desorganiza el citoesqueleto por lo que la célula pierde su forma original y se hace esférica.2.2.8.6.- Metafase | Contenidos

La metafase sigue a la profase. Los cromosomas (que a este punto consisten en dos cromátidas mantenidas juntas por el centrómero) alcanzan su máxima condensación y migran al ecuador de la célula donde las fibras del huso se "pegan" a las fibras del cinetocoro. 2.2.8.7.- Anafase | ContenidosLa anafase comienza con la separación de los centrómeros y el arrastre de las cromátidas (los llamamos cromosomas luego de la separación de los centrómeros) a los polos opuestos. 2.2.8.8.- Telofase | ContenidosEn la telofase los cromosomas llegan a los polos de sus respectivos husos, la membrana nuclear se reconstituye, los cromosomas se desenrollan y pasan a formar la cromatina y el nucleolo, que desapareció en la profase se vuelve a constituir. Donde antes había una célula ahora existen dos pequeñas con exactamente la misma información genética y número cromosómico. Estas células pueden luego diferenciarse en diferentes formas durante el desarrollo.  2.2.8.9.- Citocinesis | ContenidosLa citocinesis es el proceso de separación de las células formadas. En tanto la mitosis es la división del núcleo en la citocinesis ocurre la división y la relocalización de los plástidos, Golgi y citoplasma en cada nueva célula. Se reestablece el citoesqueleto.Difiere en las células animales y vegetales. En las primeras, la membrana comienza a constreñirse alrededor de la circunferencia de la célula, formándose un anillo contráctil de miosina y actina.En las células vegetales una serie de vesículas producidas por los dictiosomas divide al citoplasma en la línea media formando una placa celular que crece en forma centrífuga y se fusiona a la membrana de la célula madre dividiendo la célula en dos.2.3.- MICROBIOLOGIA.- 2.3.1.-. BACTERIAS/Morfología y estructura. Las bacterias son microorganismos procariotas de organización muy sencilla. La célula bacteriana consta:

                citoplasma. Presenta un aspecto viscoso, y en su zona central aparece un nucleoide que contiene la mayor parte del ADN bacteriano, y en algunas bacterias aparecen fragmentos circulares de ADN con información genética , dispersos por el citoplasma: son los plásmidos.

La membrana plasmática presenta invaginaciones, que son los mesosomas, donde se encuentran enzimas que intervienen en la síntesis de ATP, y los pigmentos fotosintéticos en el caso de bacterias fotosintéticas.En el citoplasma se encuentran inclusiones de diversa naturaleza química. Muchas bacterias pueden presentar flagelos generalmente rígidos, implantados en la membrana mediante un corpúsculo basal . Pueden poseer también, fimbrias o pili muy numerosos y cortos, que pueden servir como pelos sexuales para el paso de ADN de una célula a otra Poseen ARN y ribosomas característicos, para la síntesis de proteinas.

            pared celular es rígida y con moléculas exclusivas de bacterias.

2.3.2.-Nutrición El éxito evolutivo de las bacterias se debe en parte a su versatilidad metabólica. Todos los mecanismos posibles de obtención de materia y energía podemos encontrarlos en las bacterias.

Según la fuente de carbono que utilizan, los seres vivos se dividen en autótrofos, cuya principal fuente de carbono es el CO2 , y heterótrofos cuando su fuente de carbono es materia orgánica.Por otra parte según la fuente de energía, los seres vivos pueden ser fototrofos, cuya principal fuente de energía es la luz, y los organismos quimiotrofos, cuya fuente de energía es un compuesto químico que se oxida.Atendiendo a las anteriores categorías, entre las bacterias podemos encontrar las siguientes formas, como puede apreciarse en el esquema:1.-Las bacterias quimioheterótrofas, utilizan un compuesto químico como fuente de carbono , y a su vez, este mismo compuesto es la fuente de energía.2.- La mayor parte de las bacterias cultivadas en laboratorios y las bacterias patógenas son de este grupo.

o                    Las bacterias quimioautótrofas, utilizan compuestos inorgánicos reducidos como fuente de energía y el CO2 como fuente de carbono. Como por ejemplo, Nitrobacter, Thiobacillus.

o                    Las bacterias fotoautótrofas, utilizan la luz como fuente de energía y el CO2 como fuente de carbono. Bacterias purpureas.

o                    Las bacterias fotoheterótrofas, utilizan la luz como fuente de energía y biomoléculas como fuente de carbono. Ejemplos como Rodospirillum y Cloroflexus.

2.3.3.- ReproducciónGeneralmente las bacterias se reproducen por bipartición.Tras la duplicación del ADN, que esta dirigida por la ADN-polimerasa que se encuentra en los mesosomas, la pared bacteriana crece hasta formar un tabique transversal separador de las dos nuevas bacterias.Pero además de este tipo de reproducción asexual, las bacterias poseen unos mecanismos de reproducción sexual o parasexual, mediante los cuales se intercambian fragmentos de ADN .Puede realizarse por :

o                    TRANSFORMACION: Consiste en el intercambio genético producido cuando una bacteria es capaz de captar fragmentos de ADN, de otra bacteria que se encuentran dispersos en el medio donde vive.

o                    CONJUGACIÓN: En este proceso, una bacteria donadora F+ transmite a través de un puente o pili, un fragmento de ADN, a otra bacteria receptora F-. La bacteria que se llama F+ posee un plásmido, además del cromosoma bacteriano.

Puedes verlo en el esquema siguiente y su correspondiente animación.

o                    TRANSDUCCIÓN: En este caso la transferencia de ADN de una bacteria a otra , se realiza a través de un virus bacteriófago, que se comporta como un vector intermediario entre las dos bacterias.

2.3.2.- HONGOS . Se puede decir que hay hongos por todas partes y en todos los medios.En las aguas, en el suelo, en el aire (esporas), parásitos en plantas, empleados en la industria alimenticia y farmacéutica, en las raíces (y líquenes simbióticos), en los prados y bosques (setas).

Son hongos los mohos que surgen al pudrirse cualquier materia orgánica, así como los causantes de plagas en la agricultura (es el caso del Cornezuelo del Centeno), y de enfermedades de la piel como son las micosis cutáneas. También lo son la levadura que se usa para la fabricación del pan y la cerveza, los que dan aromas a los quesos y los que se utilizan para la obtención de la penicilina, como "Penicilium nonatum". Así, el hombre continuamente está conviviendo, padeciendo y disfrutando de los hongos y sus consecuencias.Existen hongos de todos los tamaños, desde los microscópicos hasta las grandes setas, y de todos los colores y formas. Pero la característica común a todos ellos es la ausencia de clorofila u otros pigmentos fotosintéticos. Por ello, los hongos tienen necesidad de encontrar las sustancias nutritivas ya elaboradas. Son, por ello, heterótrofos y pueden ser saprofítos (que se alimentan de sustancias en descomposición), parásitos o simbióticos (en combinación con otras plantas).Los hongos están compuestos por filamentos (hifas) que son hileras de células, que forman una red o micelio.Se reproducen por esporas que se forman en los aparatos esporíferos, que es la parte más visible del hongo.Existen más de 50.000 especies.Tradicionalmente se ha incluido a los hongos dentro del reino vegetal, considerándolos, como plantas sin clorofila, llamandoles también Micófitos y Eumicetes. Sin embargo los hongos no son ni plantas ni animales, sino otro reino distinto.Las diferencias más visibles son las siguientes:

o                    Las plantas se alimentan mayormente por medio de la fotosíntesis.

o                    Los hongos se alimentan por absorción.

o                    Los animales se alimentan por ingestión.

Por lo tanto los micólogos (los que estudian los hongos), rechazan su inclusión dentro de los vegetales.Los hongos se desarrollan prefentemente en lugares húmedos y oscuros ya que no necesitan de la luz para sobrevivir. Son incapaces de producirse por si mismo los compuestos orgánicos que necesitan para sobrevivir, por eso viven como parasitos de otros seres vivos, o en simbiosis con las plantas formando las llamadas micorrizas con las raices.Los hongos podemos clasificarlos en grandes grupos:

o                    Ascomicetes: Hongos cuyas esporas se producen en saquitos (ascas).

o                    Basidiomicetes: Sus esporas se producen en los basidios y comprende desde los tizones a las setas.

o                    Ficomicetes: Son hongos parecidos a las algas, casi todos acuáticos, y mohos negros.

o                    Mixomicetes: Son organismos mitad hongo, mitad animal, que suelen clasificarse aparte.

De estos tres grupos a los Basidiomicetes y a los Ascomicetes se les denomina "Hongos superiores", y sobre ellos profundizare por ser las especies más conocidas.2.3.2.1.-Partes de un Hongo

En el hongo hay que diferenciar dos partes fundamentales: el cuerpo vegetativo y el cuerpo reproductor.El cuerpo vegetativo, que se encuentra bajo tierra, está formado por unos filamentos llamados hifas que pueden ser unicelulares (con una sucesión de nucleos), y pluricelulares.El conjunto de todas las hifas es el micelio. El es el que se encarga de absorver las subtancias minerales del suelo para alimento del hongo.El micelio en realidad es el hongo, ya que la seta (a la que vulgarmente se llama hongo), es su aparato reproductor.2.3.2.2.- Reproducción de los hongos Los hongos se reproducen por esporas. Los hongos superiores poseen unas células madre localizadas en el himenio, son las encargadas de producir las esporas. En el caso de los Basidiomicetes a estas células madre se les denomina Basidios, mientras que las células madre de los Ascomicetes son los Ascos.Las esporas de los basidios y los ascos son lanzadas al exterior para la propagación de la especie. Si la espora se deposita en un lugar cuyas condiciones sean favorables dará origen al micelio. Este crecerá bajo tierra o entre la hojarasca, se ramificará y se entremezclará con los micelios de otras esporas. En el terreno donde la humeda y las condiciones del medio sean más adecuadas crecerá una seta que portará en su himenio los ascos o basidios que expulsarán al exterior las esporas, dando lugar de nuevo al ciclo reproductor del hongo.2.3.2.4.- Las Setas Aragonesas Se van ha indicar aquí algunas setas que se pueden encontrar en Aragón, y antes de empezar una advertencia: hay setas venenosas e incluso mortales.No hay ninguna regla general para diferenciar una seta venenosa de otra que no lo es. La única solución es identificar cada seta antes de comerla y no tocar ni probar ninguna que no se este seguro de cual es.Las setas (los hongos) tienen un papel fundamental en la naturaleza ya que descomponen y hacen accesible para las plantas el material que descomponen, por lo tanto hay que tratar de no perjudicarlas innecesariamente.Las setas se deben de cortar (no arrancar), por el pie sin dañar el micelio que queda en el suelo.Algunas de las setas que se pueden encontrar en Aragón son las siguientes:

o                    Falsa Oronja (Amanitas muscaria).

o                    Oronja Mortal (Amanitas phalloides).

o                    Seta de San Jorge (Tricholoma georgii).

o                    Colmenilla (Morchella esculenta).

o                    Trufa Negra (Tuber nigrum).

o                    Calabaza (Boletus edulis)

o                    Champiñon Silvestre (Agaricus campestris).

o                    Rovellón (Lactarius deliciosus).

o                    Setas de Pino (Tricholoma terreum).

o                    Clavaria (Ramaria aurea).

o                    Seta de Cardo (Pleurotus eryngii).

o                    Seta de Chopo (Agrocybe aegerita).

2.3.3.- PROTOZOOS. Fauna Los protozoos son los animales más sencillos ya que están formados por una sola célula. Por tanto, son organismos unicelulares. Mediante su única célula realizan todas las funciones vitales.Los protozoos son abundantísimos y se encuentran en todos los lugares de la tierra, en especial, en los sitios húmedos. Son, frecuentemente, parásitos sobre animales, plantas y sobre el hombre, y pueden producir enfermedades.Existen unas 50.000 especies de protozoos y pueden vivir aislados o formando colonias.1.-RespiraciónLa respiración la realizan a través de la membrana celular y por las partículas de agua absorbidas con el alimento.2.- Vacuola pulsátilLa expulsión del gas carbónico la hacen por las vesículas o vacuolas pulsátiles.Cuando la vacuola pulsátil está llena de agua, se abre y lo libera al exterior.3.-LocomociónLos protozoos se mueven de diversas formas. Los ciliados, somo el Paramecio, lo realizan mediante el movimiento rítmico y rápido de los cilios.Otros protozoos se desplazan mediante el rápido movimiento del flagelo o los seudópodos.4.- AlimentaciónLa alimentación suele realizarse mediante la captura del alimento que penetra en el citoplasma a través de una abertura de la membrana.En el citoplasma se forman vacuolas nutritivas y los residuos son expulsados por las vacuolas fecales.El paramecio succiona el alimento produciendo un torbellino con los cilios.Las amebas atrapan el alimento rodeándolo con los seudópodos que forman.5.- ReproducciónLos protozoos pueden reproducirse por bipartición (división en dos), por gemación (crecimiento de una yema o célula hija) y por esporulación (fragmentación de la célula madre en esporas). Cuando sucede este último caso, pueden permanecer mucho tiempo enquistados en una cápsula.6.- Distintos tipo de Protozoos 6.1.- FlageladosLos protozoos flagelados o mastigóforos están provistos de uno o varios flagelos que les permiten moverse.Son unicelulares, se reproducen por división longitudinal (a lo largo); viven libremente y muchos son parásitos que producen enfermedades, algunas muy graves, especialmente las tricomoniasis, la enfermedad del sueño, la enfermedad de Chagas, la leptomoniasis, etc.En la clase de los flagelados se incluyen los fitoflagelados o dinoilagelados, que se tratan en el Reino Vegetal (Algas unicelulares).6.2.-Tripanosoma gambiensisEl tripanosoma es el causante de la enfermedad del sueño, y es transmitida por la mosca tsé-tsé. La mosca, al picar a un hombre infectado, chupa algunos tripanosomas que se multiplican en su intestino. Luego, cuando pica de nuevo, inyecta los protozoos que se reproducen e invaden el cerebro.

6.3.-TrichomonasCausante de varias enfermedades, en la boca, intestino, vagina. etc6.4.-CiliadosEs la Clase más numerosa de los protozoos.Poseen cilios en la membrana que usan para desplazarse.Otros tienen cirros en forma de patas.Muchos son libres, nadadores y otros viven sujetos por pedúnculos que pueden enrollarse como un muelle.Viven en aguas dulces o marinas.Algunos son parásitos en peces mamíferos e incluso en el hombre.En periodos secos pueden enquistarse.Pueden citarse entre otros al Paramecium, Vorticella Stentor, Stilonichia, Balantidium, Mesódinium, etc.6.5.- Suctores o AcinetosSólo presentan cilios en su estadio juvenil. De adultos se fijan al sustrato mediante un pedúnculo y poseen unos tentáculos huecos con ventosas, con las cuales aferran a sus víctimas y succionan sus jugos.6.6.- Rizópodos o sarcodinosEstos protozoos poseen seudópodos o prolongaciones a modo de pies, para moverse y atrapar el alimento.Unos, como los Ameboides no tienen membrana rígida; otros, los foraminíferos, radiolarios y heliozoos poseen un esqueleto silíceo o calcáreo y sus seudópodos son radiantes de infinidad de formas y dibujos.Existen en inmensas cantidades en mares y ríos, formando parte importante del plancton.6.7.-EsporozoosSon todos parásitos que carecen de órganos locomotores y digestivos.Se reproducen por esporas resistentes, y también sexualmente mediante la producción de un zigoto.Este tipo de reproducción cíclica origina algunas enfermedades graves, como las fiebres terciarias o paludismo. ocasionada por el Plasmodium.2.3.4.- ALGAS. Flora Silvestre. Las Algas son los vegetales pluricelulares más sencillos, ya que su estructura está formada por el talo, que es una agrupación de células con cierta diferenciación, similares a hojas, raíces o tallos. No poseen por lo tanto, tejidos, vasos conductores, hojas ni raíces, pero ciertas partes de la planta asumen funciones específicas. Poseen plastos ricos en clorofila y otros pigmentos. La reproducción se realiza en fases alternas, sexual y asexualmente. Las algas pueden ser algas rojas o Rodofíceas; algas pardas o Feofíceas y algas verdes o Clorofíceas.  

1.                   El Conceptáculo masculino o anteridio produce: Anterozoides o gametos masculinos

2.                   El Conceptáculo femenino u Oogonio produce: Oosferas o gametos femeninos

3.                   El resultado es Huevos o Zigotos

4.                   Mas adelante se desarrolla un Embrión

5.                   Al final aparece un Plántula

2.3.4.1.- CLASIFICACION DE LAS ALGAS De menor a mayor complejidad podemos hacer la siguiente clasificación:

                     Algas rojas.                      Algas pardas.                      Algas verdes.

Otras Informaciones de interes Clasificación de los Vegetales. Protofitas. Esquizófitas. Monadófitas. Conjugadas. Diatomeas. Talofitas Algas. Algas rojas. Algas pardas.                      Algas verdes.                      Hongos.                      Liquenes.                      Carmofitas                      Briofitas.                      Pteridofitas.                      Fanerógamas.                      Gimnospermas.                      Angiospermas.                      Dicotiledoneas.                      Monocotiledoneas.                      Vegetación en Aragón.                      Vegetación en la Provincia de Teruel.                      Flora alpina.                      El Bosque.                      Los Árboles.                      Clasificación de los Árboles.                      La Encina.                      El Reino Vegetal.                      Bibliografía sobre Flora.                      Glosario sobre Flora.                      Observa la flora.

2.3.5.- VIRUS ANIMALES Y VEGETALES.- Un virus es un agente genético que posee un ácido nucléico que puede ser ADN o ARN, rodeado de una envuelta de proteína. Los virus contienen toda la información necesaria para su ciclo reproductor; pero necesitan para conseguirlo a otras células vivas de las que utilizan orgánulos y moléculas.Los virus pueden actuar de dos formas distintas:

Reproduciéndose en el interior de la célula infectada, utilizando todo el material y la maquinaria de la célula hospedante.

Uniéndose al material genético de la célula en la que se aloja, produciendo cambios genéticos en ella.

Por eso se pueden considerar los virus como agentes infecciosos productores de enfermedades o como agentes genéticos que alteran el material el material hereditario de la célula huésped.2.3.5.1.-REPRODUCCIÓN DE LOS VIRUSLa única función que poseen los virus y que comparten con el resto de los seres vivos es la de reproducirse o generar copias de sí mismos, necesitando utilizar la materia, la energía y la maquinaria de la célula huésped, por lo que se les denomina parásitos obligados. No poseen metabolismo ni organización celular, por lo que se les situa en el límite entre lo vivo y lo inerte.Los virus una vez infectan a una célula,pueden desarrollar dos tipos de comportamiento, bien como agentes infecciosos produciendo la lisis o muerte de la célula o bien como virus atenuados, que añaden material genético a la célula hospedante y por lo tanto resultan agentes de la variabilidad genética.Ambos casos han sido estudiados con detalle en los virus bacteriófagos, y aquí puedes ver en unos dibujos esquemáticos:En los dos casos de infección el proceso empieza de esta forma:

1. Fase de fijación : Los virus se unen por la placa basal a la cubierta de la pared bacteriana.

2. Fase de contracción: La cola se contrae y el ácido nucléico del virus se empieza a inyectar.

3. Fase de penetración : El ácido nucléico del virus penetra en el citoplasma de la bacteria, y a partir de este momento puede seguir dos ciclos diferentes:

1. En el ciclo lítico el ADN bacteriano fabrica las proteínas víricas y copias de ácidos nucléicos víricos. Cuando hay suficiente cantidad de estas moléculas, se produce el ensamblaje de la proteína y el A.N. vírico y se liberan al medio, produciendo la muerte de la célula.

2. En el ciclo lisogénico se produce cuando el genoma del virus queda integrado en el genoma de la bacteria, no expresa sus genes y se replica junto al de la bacteria.El virus queda en forma de profago.

  3.- CONCLUSIONES: 1.- Las células eucarióticas son de mayor tamaño que las procariótidas y su estructura es más compleja, y es aquella que posee un núcleo celular.2.- Los virus son seres vivientes de tamaño mucho menor que las células eucarióticas y procariótidas, y no se les considera como unidades celulares.3.- La mayor parte de las células son microscópicas, pero su tamaño varía en un rango muy amplio, algunas células bacterianas pueden apreciarse en un buen microscopio óptico, y ciertas células animales tienen un tamaño que permite apreciarlas a simple vista.4.- El hecho de que una membrana permita el paso de las moléculas de cierta sustancia depende de la estructura de aquella y del tamaño y carga eléctrica de las moléculas.5.- En los cloroplastos es donde se lleva a cabo la fotosíntesis, éstos cloroplastos al igual que las mitocondrias, poseen una membrana interna y una externa.6.- En la fotosíntesis las células transforman la energía luminosa en energía química, con el aprovechamiento del CO2 de la atmósfera y la formación de carbohidratos, y desprendimiento de oxígeno

7.- En la fotorrespiración celular, éstas utilizan sustratos como la glucosa y producen dióxido de carbono, esto se lleva a cabo principalmente en sus mitocondrias.8- La fermentación va invariablemente acompañada del desarrollo de microorganismos, y cada tipo químico de fermentación en particular definido en función de sus principales productos orgánicos finales ( por ejemplo la fermentación láctica, alcohólica o butírica), va acompañada del desarrollo de un tipo específico de microorganismo.9- La fermentación es un proceso menos eficaz que la respiración aeróbica en cuanto a suministro energético ya que parte de la energía presente en la sustancia descompuesta está todavía presente en los productos orgánicos finales ( por ejemplo, el alcohol o el ácido láctico) formados de manera característica en los procesos fermentativos.10.- Las bacterias se subdividen en un total de 19 partes, cada una de las cuales se distinguen por unos pocos criterios fáciles de determinas.11.- La definición más sencilla de la estructura de un hongo superior es una masa de citoplasma multinucleda, móvil dentro de un sistema de tubos muy ramificados que lo encierran.12.- Los hongos están siempre encerrados dentro de una pared rígida, no puede atrapar microorganismos más pequeños. La mayoría de los hongos viven libres en el suelo o en el agua y obtienen su energía por respiración o fermentación de materiales orgánicos solubles presentes en estos ambientes.13.- La mejor manera de considerar a los protozoos es como un conjunto que abarca un cierto número de grupos de protistas unicelulares eucarióticos ,típicamente móviles y no fotosintéticas, que probablemente han derivado, en varios momentos distintos del pasado evolutivo, de uno u otro grupo de las algas unicelulares14.- La clasificación primaria de las algas está basada en propiedades celulares, no del organismo: la naturaleza química de la pared, si está presente, los materiales orgánicos de reserva producidos por la célula; la naturaleza de los pigmentos fotosintéticos y la naturaleza y disposición de los flagelos que llevan las células móviles.15.- La mayoría de las algas son organismos acuáticos, que habitan las aguas dulces y los océanos. Estas formas acuáticas son principalmente de vida libre, pero ciertas algas marinas unicelulares han establecido relaciones simbióticas duraderas con animales invertebrados marinos ( por ejemplo, esponjas, corales ) y se desarrollan dentro de las células del animal hospedados.16.-La reproducción de los virus animales en forma resumida se origina con la adsorción y penetración del virus animal a una célula hospedadora con la formación de enlaces covalentes entre la superficie del virión y los receptores específicos de la superficie celular, posteriormente el primer paso en el desarrollo vírico intracelular es la transcripción y traducción de los genes víricos.REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Ciclo celular

El ciclo celular es el proceso ordenado y repetitivo en el tiempo en el que la célula crece y se divide en dos células hijas. Las células que no se están dividiendo no forman parte, de por sí, en el ciclo celular, sino que están en una fase conocida como G0.

Todas las células se originan únicamente de otra existente con anterioridad. El ciclo celular se inicia en el instante en que aparece una nueva célula, descendiente de otra que se divide y, termina en el momento en que dicha célula, por división subsiguiente, origina dos nuevas células hijas.

El ciclo celular puede considerarse como una sucesión continua de estados que se diferencian del anterior y del siguiente por la cantidad de material genético existente en el núcleo celular.

La duración del ciclo celular varía según la estirpe celular, siendo la duración media del ciclo completo de unas 24 horas.

Las células que se encuentran en el ciclo celular se llaman células proliferantes y las que se encuentran en fase G0 se llaman células quiescentes.

Comparación entre la fisión binaria, mitosis y meiosis, tres tipos de división celular

Fases del ciclo celular

La célula puede encontrarse en dos estados claramente diferenciados:

El estado de división, generalmente en mitosis. El estado de no división o interfase. La célula realiza sus funciones específicas y, si

está destinada a avanzar a la división celular, comienza por realizar la duplicación de su ADN.

Micrografías de: a la izquierda, interfase celular; después, las distintas fases de la mitosis, dentro de la fase M del ciclo celular.

Fase M

Es la división celular en la que una célula progenitora (células eucariotas, células somáticas -células comunes del cuerpo-) se divide en dos células hijas idénticas. Esta fase incluye la mitosis, a su vez dividida en: profase, metafase, anafase, telofase; y la citocinesis, que se inicia ya en la telofase mitótica. Si el ciclo completo durara 24 h, la fase M duraria como media 30 minutos.

Interfase

Es el período comprendido entre divisiones celulares. Es la fase más larga del ciclo celular, ocupando casi el 95% del ciclo, trascurre entre dos mitosis y comprende tres etapas:

Fase G1 (del inglés Growth 1): Es la primera fase del ciclo celular en el que existe crecimiento celular con síntesis de proteínas y de ARN. Es el período que trascurre entre el fin de una mitosis y el inicio de la síntesis de ADN. Tiene una duración de entre 6 y 12 horas y durante este tiempo, la célula dobla su tamaño y masa debido a la continua síntesis de todos sus componentes como resultado de la expresión de los genes que codifican las proteínas responsables de su fenotipo particular.

Fase S (del inglés Synthesis): Es la segunda fase del ciclo, en la que se produce la replicación o síntesis del ADN, como resultado cada cromosoma se duplica y queda formado por dos cromátidas idénticas. Con la duplicación del ADN, el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio. Tiene una duración de unos 6-8 horas.

Fase G2 (del inglés Growth 2): Es la segunda fase de crecimiento del ciclo celular en la que continúa la síntesis de proteínas y ARN. Al final de este período se observa al microscopio cambios en la estructura celular, que indican el principio de la división celular. Tiene una duración entre 3 y 4 horas. Termina cuando los cromosomas empiezan a condensarse al inicio de la mitosis.

Regulación del ciclo celular: Generalidades

El ciclo celular es controlado por un sistema que vigila cada paso realizado. En regiones concretas del ciclo, la célula comprueba que se cumplan las condiciones para pasar a la etapa siguiente. Si no se cumplen estas condiciones, el ciclo se detiene. Existen cuatro transiciones principales:

Paso de G0 a G1 / comienzo de la proliferación Paso de G1 a S / iniciación de la replicación Paso de G2 a M / iniciación de la mitosis Paso de metafase a anafase

Los genes que regulan el ciclo celular se dividen en tres grandes grupos:

1. Genes que codifican proteínas para el ciclo: enzimas y precursores de la síntesis de ADN, enzimas para la síntesis y ensamblaje de tubulina, etc.

2. Genes que codifican proteínas que regulan positivamente el ciclo: También llamados protooncogenes. Las proteínas que codifican activan la proliferación celular, para que células quiescentes pasen a la fase S y entren en división. Algunos de estos genes codifican las proteínas del sistema de ciclinas y quinasas dependientes de ciclina. Pueden ser:

1. Genes de respuesta temprana, inducidos a los 15 minutos del tratamiento con factores de crecimiento, sin necesidad de síntesis proteica;

2. Genes de respuesta tardía, inducidos más de una hora después del tratamiento con factores de crecimiento, su inducción parece estar causada por las proteínas producidas por los genes de respuesta temprana.

3. Genes que codifican proteínas que regulan negativamente el ciclo: También llamados genes supresores tumorales.

Las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclina (CDK), son sintetizadas a partir de protooncogenes y trabajan en cooperación para regular el ciclo positivamente. Fosforilan serinas y treoninas de proteínas diana para desencadenar procesos celulares.

Protooncogenes

Ciclinas

Expresión diferencial de ciclinas en las distintas fases del ciclo

Las ciclinas son un grupo heterogéneo de proteínas con una masa de 36 a 87 kDa. Se distinguen según el momento del ciclo en el que actúan.

Ciclinas G1: promueven el paso de G1 a S Ciclinas G1/S Ciclinas S: necesarias para iniciar la replicación del ADN Ciclinas M: promueven la mitosis

Las ciclinas son proteínas de vida muy corta y se destruyen luego de separarse de las CDK.

Quinasas dependientes de ciclina

Complejo Cdk-ciclina.

Las CDK son moléculas con una masa de 34 kDa. Forma dos lóbulos entre los cuales está el centro catalítico, donde se inserta el ATP. En la entrada del centro hay una treonina que debe estar fosforilada para que la quinasa actúe.

En el centro catalítico hay dos treoninas que, al ser fosforiladas, inhiben a la quinasa y una región de unión a la ciclina llamada PSTAIRE.

Hay otra región en la CDK, alejada del centro catalítico, a la que se une la proteína CKS. Ésta regula la CDK.

Vertebrados

Levaduras

Complejo Cdk/ciclina

CiclinaCdk asociada

CiclinaCdk asociada

Cdk-G1ciclina D

Cdk 4,6 Cln3 Cdk1

Cdk-G1/S ciclina E Cdk2 Cln1,2 Cdk1Cdk-S ciclina ACdk2 Clb5,6 Cdk1Cdk-M ciclina BCdk1 Clb1,2, Cdk1

3,4

Activación de los complejos ciclina/CDK

El complejo ciclina A/CDK2 activa la proteína CAK, quinasa activadora de CDK.

La proteína CAK fosforila a la CDK, activándola.

La fosfatasa PP2a desfosforila a la CDK, inactivándola.

Inhibición de los complejos ciclina/CDK

Existen complejos inhibidores CKI como la p27 y p21 que se unen a la ciclina y a la CDK al mismo tiempo bloqueando el sitio activo

Activación de los complejos ciclina/CDK

Las enzimas ligasas de ubiquitina catalizan la disociación de ciclina y CDK y la unión de la ciclina a la proteína ubiquitina, junto a la cual se dirigirá al proteasoma.

Una enzima ligasa de ubiquitina es el complejo SCF, que actúa sobre las ciclinas G1/S. Otro complejo denominado APC (del inglés anaphase promoting complex) actúa sobre ciclinas M.

Acción de las ciclinas G1 y G1/S

Durante G1,la proteína Rb (retinoblastoma) está unida a la proteína E2F, que a su vez está unida al ADN promotor de genes necesarios para la entrada en S.

Al acumularse ciclinas de G1, los complejos ciclina G1/CDK fosforilan a Rb, que se inactiva y deja de inactivar a E2F.

La actividad de E2F permite la transcripción de genes para la fase S. Se forman entonces complejos ciclina G1S/CDK y ciclina S/CDK, que inactivan más unidades de Rb, favoreciendo todavía más la actividad de E2F.

Acción de las ciclinas S

El complejo ciclina S/CDK promueve la actividad de la ADN polimerasa y de otras proteínas de la replicación.

El complejo multiproteico ORC (del inglés origin recognition complex) está asociado al origen de replicación del ADN. En G1 forma el complejo prerreplicativo al asociarse a la proteína CDC6 y al anillo proteico MCM. Las MCM actúan como helicasas promoviendo la replicación.

El complejo ciclina S/CDK también fosforila la CDC6, dejándola accesible para la ubiquitinación por SCF. Así evita una nueva replicación.

Acción de las ciclinas M

El complejo ciclina M/CDK activado por CAK está presente en todo el ciclo, pero está inhibido por la quinasa WEE1, que la fosforila.

Al final de G2 la fosfatasa CDC25 desfosforila la CDK y activa el complejo ciclina M/CDK.

El complejo ciclina M/CDK fosforila varias proteínas durante la mitosis:

proteína lámina nuclear al final de la profase para disolver la envoltura nuclear proteína condensina que condensa los cromosomas proteínas reguladoras del huso mitótico complejo APC que separa las cromátidas hermanas

El complejo CDC20/APC ubiquitina las ciclinas M para salir de la fase M.

Genes supresores de tumores

Los genes supresores de tumores regulan negativamente el ciclo. Se encargan de que la mitosis no continúe si se ha producido una alteración del proceso normal.

Entre estos genes, también llamados 'de verificación', se encuentran los que codifican:

productos que evitan mutaciones de genes reguladores del ciclo proteínas que inactivan las CDK por fosforilación/desfosforilación (ej. quinasa WEE1,

fosfatasa CDC25) proteínas CKI inhibidoras del ciclo (ej. p53, p21, p16) proteína Rb (retinoblastoma), cuya alteración génica recesiva causa el cáncer de

retina con ese nombre. proteínas que inducen la salida del ciclo hacia un estado celular diferenciado o hacia

apoptosis (ej. Bad, Bax, Bak, receptor de ligando de Fas)

La verificación se lleva a cabo en los puntos de control y asegura la fidelidad de la replicación y segregación del genoma. Algunos componentes, además de detectar fallos, pueden poner en marcha la reparación.

Puntos de control

Existen puntos de control en el ciclo que aseguran la progresión sin fallos de éste:

Punto de control de DNA no replicado, en la entrada de fase M. Actúa inhibiendo a Cdc25, el cual es un activador de la Ciclina A/B Cdk1.

Punto de control de ensamblaje del huso, antes de la telofase. Se activa una proteína Mad2 que impide la degradación de la segurina, lo que impide la segregación de las cromátidas hermanas.

Punto de control de la separación de cromosomas, al final de la mitosis. En el caso de que fuera incorrecto, se impediría la degradación de la ciclina B por APC.

Punto de control del daño del DNA, en G1, S o G2. El daño celular activa a p53, proteína que favorece la reparación el DNA, detiene el ciclo promoviendo la transcripción de p21, inhibidor de Cdk, y, en el caso de que todo falle, estimula la apoptosis.

Estas rutas de verificación presentan dos características:

Son transitorias, desaparecen una vez resuelto el problema que las puso en marcha. Pueden caducar si el problema no es resuelto al cabo de un tiempo.

Mitógenos, factores de crecimiento y factores de supervivencia

El proceso de síntesis y ensamblaje de ciclinas/CDK está regulado por tres tipos de factores:

Mitógenos: estimulan la división celular Factores de crecimiento (GF): producen un aumento de tamaño al estimular la

síntesis protéica Factores de supervivencia: suprimen la apoptosis

Otras señales que regulan el ciclo celular

Tamaño celular

Anclaje al sustrato

Las células en cultivo necesitan anclarse a un sustrato para dividirse. Cuando la matriz extracelular se une a las integrinas de la superficie celular, se activa la quinasa de adhesión focal FAK que promueve la supervivencia, crecimiento y división celular. Las células Los fibroblastos se dividen un número de veces que es inversamente proporcional a la edad del individuo.

Regulación de la mitosis

¿Cómo se replica el DNA una única vez?

Una pregunta interesante es cómo se mantiene la euploidía celular. Sucede que, en la fase G1, la Cdk(ciclina) promueve la adición a los complejo de reconocimiento del origen de replicación del DNA de unos reguladores llamados Cdc6, los cuales reclutan a Mcm, formando un complejo prerreplicativo del DNA, que recluta a la maquinaria de replicación genética. Una vez que se inicia la fase S, la Cdk-S produce la disociación de Cdc6 y su posterior proteólisis, así como la exportación al citosol de Mcm, con lo que el origen de replicación no puede, hasta el ciclo siguiente, reclutar un complejo prerreplicativo (las degradaciones proteolíticas siempren conllevan irreversibilidad, hasta que el ciclo gire). Durante G2 y M se mantiene la unicidad de la estructura de prerreplicación, hasta que, tras la mitosis, el nivel de actividad Cdk caiga y se permita la adición de Cdc6 y Mdm para el ciclo siguiente.

¿Cómo se entra en mitosis?

La ciclina B, típica en la Cdk-M, existe en todo el ciclo celular. Sucede que la Cdk(ciclina) está habitualmente inhibida por fosforilación mediante la proteína Wee, pero, a finales de G2, se activa una fosfatasa llamada Cdc25 que elimina el fosfato inhibidor y permite el

aumento de su actividad. Cdk-M inhibe a Wee y activa a Cdc25, lo que produce una retroalimentación positiva que permite la acumulación de Cdk-M.

¿Cómo se separan las cromátidas hermanas?

Ya en mitosis, tras la formación del huso acromático y superación del punto de restricción de unión a cinetocoros, las cromátidas han de eliminar su esqueleto de cohesinas, que las unen. Para ello, Cdk-M favorece la activación de APC, una ubiquitina ligasa, por unión a Cdc20. Esta APC ubiquitiniza y favorece la ulterior degradación en el proteasoma de la segurina, inhibidor del enzima separasa que debe escindir las cohesinas.

Metafase tardía: placa metafásica previa a la separación de las cromátidas

¿Cómo se sale de mitosis? [

Una vez que los niveles de Cdk-M son altos, parece difícil detener la dinámica de mitosis y entrar en citocinesis: pues bien, esto ocurre porque la APC activada por la Cdk-M, y tras un lapso temporal cuyo mecanismo de control es aún desconocido, ubiquitiniza a la ciclina B, produciendo el cese absoluto de actividad Cdk-M.

El reposo de G1

En la fase G1, la actividad Cdk está muy disminuida porque: APC-Hct1 (Cdc20 sólo actúa en mitosis) elimina toda ciclina B; se acumulan inhibidores de Cdk; la transcripción de ciclinas se ve disminuida.

Para escapar de este reposo, se deben acumular ciclinas de G1. Esto se controla mediante factores de proliferación celular, señales externas. Los mecanismos moleculares de activación de transcripción de genes de las fases S y G2 necesarios para proseguir el ciclo son apasionantes: éstos genes están regulados por la proteína reguladora E2F, la cual se une a promotores de ciclinas G1/S y S. E2F está controlada pro la rpoteína del retinoblastoma (Rb), la cual, en ausencia de factores tróficos, inhibe la actividad promotora de la transcripción de E2F. Cuando existen señales de proliferación, Cdk-G1 fosforila Rb, que pierde afinidad por E2F, se disocia de éste y permite que se expresen los genes de la fase S. Además, como E2F acelera la transcripción de su propio gen, las Cdk-S y G1/S fosforilan también a Rb y a Hct1 (activador de APC, que degradaría estas ciclinas), se produce una retroalimentación positiva.

Descubrimiento de la regulación del ciclo celular

En el año 2001, Leland H. Hartwell, R. Timothy Hunt, and Paul M. Nurse ganaron el premio Nobel de Medicina y Fisiología por descubrir las ciclinas y las quinasas dependientes de ciclina, las principales moléculas que regulan el ciclo celular, que son universales en todos los organismos eucariotas.

Ciclo celular y cáncer

Cuando las células normales se lesionan o envejecen, mueren por apoptosis, pero las células cancerosas la evitan.

Se cree que muchos tumores son el resultado de una multitud de pasos, de los que una alteración mutagénica no reparada del ADN podría ser el primer paso. Las alteraciones resultantes hacen que las células inicien un proceso de proliferación descontrolada e invadan tejidos normales.

El desarrollo de un tumor maligno requiere de muchas transformaciones genéticas. La alteración genética progresa, reduciendo cada vez más la capacidad de respuesta de las células al mecanismo normal regulador del ciclo.

Los genes que participan de la carcinogénesis resultan de la transformación de los genes normalmente implicados en el control del ciclo celular, la reparación de daños en el ADN y la adherencia entre células vecinas.

Para que la célula se transforme en neoplásica se requieren, al menos, 2 mutaciones: una en un gen supresor de tumores y otra en un protooncogén, que dé lugar, entonces, a un oncogén.