HISTORIA DE LA BIOLOGÍA Cuando el hombre se dio cuenta de que en el medio en que vivía había organismos que se movían, comían y se reproducían, pensó para qué le servirían y los empezó a clasificar por su movimiento. También observó que había organismos que crecían, aunque no se movieran. A los primeros les llamó animales y a los otros vegetales. Después los agrupó en comestibles y no comestibles, además de cuáles le servían para abrigarse. El término fue introducido en Alemania y popularizado por el naturalista francés Jean Baptiste Lamarck en 1801, combinando las palabras griegas: BIOS = vida y LOGOS = tratado, con el fin de reunir en él un número creciente de disciplinas que se referían al estudio de las formas vivas estudió la evolución y propuso la teoría del uso y desuso. El impulso más importante para la unificación del concepto de biología se debe al zoólogo inglés Thomas Henry Huxley, que insistió en que la separación convencional de la zoología y de la botánica carecía de sentido, y que el estudio de todos los seres vivos debería constituir una única disciplina. Este planteamiento resulta hoy incluso más convincente, ya que en la actualidad los científicos son conscientes de que muchos organismos inferiores tienen características intermedias entre plantas y animales. LA BIOLOGÍA se ha desarrollado a lo largo del tiempo gracias a las aportaciones de notables investigadores que dedicaron su vida al estudio de la naturaleza. Entre los más destacados se encuentra el filósofo griego Aristóteles. Fue el más grande naturalista de la Antigüedad, estudió y describió más de 500 especies animales; estableció la primera clasificación de los organismos que no fue superada hasta el siglo XVIII por Carl Linné. Carl Linné Estableció una clasificación de las especies conocidas hasta entonces, basándose en el concepto de especie como un grupo de individuos semejantes, con antepasados comunes. Agrupó a las especies en géneros, a éstos en órdenes y, finalmente, en clases, considerando sus características. Estrechamente vinculado con el aspecto taxonómico, Linné propuso el manejo de la nomenclatura binominal, que consiste en asignar a cada organismo dos palabras en latín, un sustantivo para el género y un adjetivo para la especie, lo que forma el nombre científico que debe subrayarse o destacarse con otro tipo de letra en un texto. El nombre científico sirve para evitar confusiones en la identificación y registro de los organismos. Años después apareció Francisco Red, italiano que hizo experimentos para comprobar la generación espontánea de la vida y llegó a la conclusión de que la vida se genera a partir de la vida. Ya claro esto, la gente se preguntaba porque se enfermaban y Antonio Van Leewenhoeck inventó el microscopio, ayudado por Janssen, quienes descubrieron los microbios. Después Robert Hooke descubrió la célula. Otro científico que hizo una gran contribución a la biología fue Charles Darwin, autor del libro denominado El Origen de las Especies. En él expuso sus ideas sobre la evolución de las especies por medio de la selección natural. Esta teoría originó, junto con la teoría celular y la de la herencia biológica, la integración de la base científica de la biología actual. La herencia biológica fue estudiada por Gregor Mendel, quien hizo una serie de experimentos para estudiar cómo se heredan las características de padres a hijos, con lo que asentó las bases de la Genética. Uno de sus aciertos fue elegir chícharos para realizar sus experimentos, estos organismos son de fácil manejo ocupan poco espacio, se reproducen con rapidez, muestran características fáciles de identificar entre los padres e hijos y no son producto de una combinación previa. Por otra parte, Louis Pasteur demostró la falsedad de la hipótesis de la generación espontánea al comprobar que un ser vivo procede de otro. El suponía que la presencia de los microorganismos en el aire ocasionaba la descomposición de algunos alimentos y que usando calor sería posible exterminarlos, este método recibe actualmente el nombre de pasterización o pasteurización. Pasteur asentó las bases de la bacteriología, investigó acerca de la enfermedad del gusano de seda; el cólera de las gallinas y, desarrolló exitosamente la vacuna del ántrax para el ganado y la vacuna antirrábica. Alexander Ivánovich Oparin. En su libro El origen de la vida sobre la Tierra (1936) dio una explicación de cómo pudo la materia inorgánica transformarse en orgánica y cómo esta última originó la materia viva. James Watson y Francis Crick Elaboraron un modelo de la estructura del ácido desoxirribonucleico (ADN), molécula que controla todos los procesos celulares tales como la alimentación, la reproducción y la transmisión de caracteres de padres a hijos. La molécula de DNA consiste en dos bandas enrolladas en forma de doble hélice, esto es, parecidas a una escalera enrollada. Entre los investigadores que observaron el comportamiento animal destaca Konrad Lorenz quien estudió un tipo especial de aprendizaje conocido como impresión o impronta. Para verificar si la conducta de las aves de seguir a su madre es aprendida o innata, Lorenz graznó y caminó frente a unos patitos recién nacidos, mismos que lo persiguieron, aun cuando les brindó la oportunidad de seguir a su madre o a otras aves. Con esto Lorenz demostró que la conducta de seguir a su madre no es innata sino aprendida. OTROS HOMBRES DESTACADOS EN LA BIOLOGÍA, SON: Friedrich Meschner.- Descubrió el ADN. Ian Wilmut.- Presentó el clon de una oveja (Dolly). Edward O. Wilson.- Estudia la conducta social del hombre y del animal. Alfonso Herrera.- Científico mexicano que propuso la teoría de la plasmogenia. Enrique Beltrán.- Científico mexicano que ha estudiado los protozoarios. Arturo Gómez.- Mexicano especializado en la ecología de selvas. La invención del microscopio ayudó mucho a la biología. A todos los microbios, células y cosas microscópicas se les llama Biología Molecular. BIOLOGÍA DEFINICION Ciencia que estudia los seres vivos y todas sus transformaciones. SUBDIVISIONES DE LA BIOLOGÍA Siempre ha sido difícil determinar los límites de la biología, y al tiempo que el campo de acción de esta ciencia ha variado, sus áreas de estudio se han modificado y reorganizado. En la actualidad, se subdivide en materias jerarquizadas basadas en la molécula, la célula, el organismo y la población. LA BIOLOGÍA MOLECULAR, Que comprende la biofísica y la bioquímica, ha constituido una gran aportación a la biología moderna. Actualmente, los conocimientos sobre la estructura y función de los ácidos nucleicos y proteínas, moléculas claves de toda la materia viva, son amplios. El avance más importante para la ciencia moderna fue el descubrimiento de los mecanismos de la herencia. Otro gran progreso de la biología molecular ha sido el avance en las investigaciones acerca del metabolismo celular, es decir, de cómo las moléculas procesan la energía necesaria para la vida. LA BIOLOGÍA CELULAR: Está estrechamente ligada a la biología molecular. Para comprender las funciones de la célula, unidad estructural básica de la materia viva, los biólogos celulares estudian sus componentes a nivel molecular. En 1838, el botánico alemán Matthias Schleiden propuso que la célula constituía la unidad estructural común de los seres vivos. Un año más tarde, el también alemán Theodor Schwann hizo extensiva esta teoría celular a los animales, sentando las bases que marcarían el desarrollo de la citología y la histología. LA BIOLOGÍA DE LOS ORGANISMOS se relaciona con la biología celular, ya que las funciones vitales de los organismos multicelulares están gobernadas por las acciones e interacciones de sus componentes celulares. Su estudio abarca el crecimiento y desarrollo (biología del desarrollo) y su funcionamiento (fisiología). Las investigaciones sobre el cerebro y el sistema nervioso (neurofisiología) y sobre el comportamiento animal (etología) son especialmente importantes. LA BIOLOGÍA DE POBLACIONES se consolidó como la subdivisión principal de los estudios biológicos. En este campo, el eje central es el estudio de la evolución, en la que destacan las contribuciones de Charles Darwin. La genética, es decir, el estudio de las variaciones genéticas en las poblaciones, y la ecología, o estudio de poblaciones en sus hábitats naturales, se convirtieron en materias de estudio a partir de la década de 1930. En estrecha relación con estas ciencias se hallan las investigaciones sobre el comportamiento animal que se centran en la contribución de la genética a las relaciones sociales entre poblaciones animales (sociobiología). La biología también incluye el estudio de los humanos en el ámbito molecular, celular y de organismos. Si su objetivo es la aplicación de los conocimientos biológicos a la salud, el estudio se denomina biomedicina. Las poblaciones humanas no se consideran dentro del campo de estudio de la biología, sino que son el objetivo de la antropología y de otras ciencias sociales. Los límites y las subdivisiones de la biología son tan variables hoy en día como lo han sido siempre, y cabe esperar aún más modificaciones. CLASIFICACIÓN DE LA BIOLOGÍA BIOLOGÍA GENERAL.- Es una ciencia esencialmente inductiva, parte de las observaciones particulares, hechas en determinados seres vivos, para establecer los caracteres generales de los organismos, como también las leyes a que éstos obedecen. BIOLOGÍA ESPECIAL.- Se interesa por las diferencias que existen entre los distintos seres vivos y que permiten clasificación, primero en animales y plantas y luego cada uno de estos grupos en categoría de tipos, clases, órdenes, etc. BIOLOGÍA APLICADA.- Estudia la relación de los seres vivos con otras ciencias como la medicina, psicología, psicología, agricultura, etc. BIOLOGÍA DESCRIPTIVA.- Se limita a establecer los caracteres de los organismos vivos tal como se ve al observador. BIOLOGÍA ANALÍTICA.- Trata de describir y analizar las relaciones funcionales o de casualidad que existen entre los diferentes hechos establecidos. CLASIFICACIÓN DE LAS CIENCIAS BIOLÓGICAS Ciencias Biostáticas.- Estudian los organismos y sus partes en reposo, y comprenden: a) Morfología, que se refiere a la forma externa y estructura interna de los organismos, y ella a su vez se subdivide en: b) Organografía: o estudio de las estructuras macroscópicas (órganos). c) Histología: o estudio de las estructuras microscópicas (tejidos). d) Citología: o estudio de las estructuras microscópicas (células). Ciencias Biodinámicas.- Estudian las actividades de los seres vivos y sus partes, suele denominarse fisiología general. Ciencias Biofísicas y Químicas.- Estudian las leyes físicas, estructura química y los cambios que se producen en ellos. Ciencias Biogenéticas.- Estudia el origen de los seres vivos en el tiempo y en el espacio, y comprende: la embriología u ontogenia y la filogenia. Ciencias Biotáxicas.- Estudian el lugar que ocupan las especies entre sí, y su relación con el tiempo y el espacio, comprende: la taxonomía, la paleontología y la biogeografía. UBICACIÓN DE LA ESTRUCTURA MORFOFUNCIONAL DE LA BIOLOGÍA Y SU IMPORTANCIA EN LA PSICOLOGÍA. Las ciencias morfológicas se encuentran formado parte de las ciencias biológicas, que son las que se refieren especialmente al estado del ser y son: la citología, la histología y la anatomía. Puesto que el nombre es un ser Bio-Psico-Social, esto es, un producto de la naturaleza y de la sociedad, se infiere que en el estudio de los problemas, leyes y fenómenos científicos es conveniente que se vincule las ciencias biológicas con las psicológicas, las sociales y con la moral, que se halle aplicaciones a la vida no sólo biológica, sino también social, psicológica y moral. El saber será siempre un valor positivo y de alto aprecio, el error y el peligro están no en la enseñanza de las ciencias si no en uno acompañarla de una sólida formación moral, precisamente por esto defenderemos la enseñanza de las ciencias morfológicas en la formación del hombre como un instrumento de educación, de modo que podamos interpretar mejor el comportamiento humano, es decir, que a través de él entendamos y eng1lobemos todas las actividades de los individuos, como consecuencia de estímulos interiores o biológicos o bien de estímulos exteriores o ambientales; en conclusión, el conocimiento de las ciencias biológicas y en especial de la biología, anatomía, y luego de la fisiología de la actividad nerviosa es la base científico-natural de la psicología. ELEMENTOS INORGANICOS ELEMENTOS INORGÁNICOS Elementos presentes en la naturaleza, de diferente composición atómica que al unirse van a dar como resultado la formación de compuestos más complejos. Ej.: La presencia del carbono C en la estructura de estos compuestos da origen a la química orgánica (compuestos orgánicos). El agua y los minerales son los elementos de mayor presencia en nuestro planeta. La mayor parte de nuestro planeta se encuentra compuesta por elementos inorgánicos y más de la mitad de su superficie se encuentra cubierta por agua. Entonces sería ilógico el suponer que la mayor parte de nuestro cuerpo no este formada por agua, y que los elementos inorgánicos (minerales) se encuentren también presentes en su volumen. En la vida orgánica hay dos categorías de elementos inorgánicos que intervienen, y son: El agua Los minerales o sales. El agua es el principal elemento en el cuerpo humano, y por esta misma razón, el organismo es considerado como un cuerpo acuoso, ya que más de su 60% está formado por este vital elemento inorgánico. En las personas adultas, entre 60% y 65% de su composición corporal está formada por agua, porcentaje que aumenta en personas de menor edad. Un niño, puede alcanzar hasta un 80% de agua en su constitución corpórea. Dada la importancia que juega en el cuerpo, el organismo retiene al agua en un equilibrio riguroso. Este equilibrio, es posible gracias a los minerales y a las hormonas, y todo ello gracias a las leyes de la física y la química. (Casi todo se debe a ellas) En todos los organismos vivientes, el agua adquiere importancia preponderante dado que su pérdida o ausencia ocasiona problemas y/o trastornos muy serios. El agua esta presente en grandes cantidades en todos los alimentos. Por ello, la manera en que la incorporamos en forma permanente al cuerpo es a través de comidas y bebidas. Los minerales, presentes en el cuerpo en proporciones muy inferiores a las del agua, son elementos también indispensables para el metabolismo. Los minerales, como el agua, intervienen en todas las fases del funcionamiento del organismo. Estos se encuentran en la formación de la hemoglobina, los glóbulos rojos, participan en y para las actividades enzimáticas, la formación de ácidos grasos, la regulación nerviosa, la transmisión de impulsos nerviosos, el mantenimiento de la presión dentro y fuera de las células, la contracción y relajación de músculos, el de la estructura células y un sin número de actividades que hacen que estemos vivos. El agua es el compuesto químico más importante para la existencia de la vida en nuestro planeta. Es esencial en la nutrición de plantas y animales de todo tipo. Aproximadamente el 70% del cuerpo humano esta compuesto por agua, porcentaje que varía según la edad de la persona y el estado de salud en que se encuentre, a lo que igualmente cualquier persona podría vivir sin comer durante un periodo de días, pero no sin ingerir agua. El agua es parte constitutiva de todas las células de tejidos de animales y plantas, como así también de los cristales de muchos minerales. Dada su presencia en todos los tejidos, el agua tiene fundamental presencia en los alimentos que ingerimos. Es decir que no ingerimos agua solo cuando la bebemos, sino que también la incorporamos cuando comemos cualquier alimento. Nutricionalmente, el agua no aporta calorías al organismo al momento de ingerirla en cualquier cantidad, excepto que este acompañada de azucares u otros componentes. El compuesto se encuentra presente en forma muy abundante en el planeta y aparece como sólido, líquido y gas. Como sólido en hielos árticos y antárticos, y en la nieve; como líquido en su estado natural a temperatura ambiente de zonas habitables y como gas en la atmósfera del planeta. A pesar de esto el 90% del agua presente en el planeta como es encontrada no es apta para consumo humano, esto debido a la presencia de sales y minerales como por ejemplo en el agua de mar y hielos polares. Solo el otro 10% constituido por el agua presente en nieves, lagos y ríos es apto para un consumo casi directo. La nieve es considerada como la forma más pura en que el agua se puede presentar al hombre, siguiéndole la lluvia en consecuencia. Se considera a la nieve más pura por el hecho de que las lluvias, o el agua en forma líquida, arrastra las impurezas que pueda haber en la atmósfera al caer en forma de lluvia; cosa que en el caso de la nieve no ocurre por encontrarse sólida y recorrer menos distancia para tocar suelo de montañas o zonas de altura. Por esta última razón, el agua de deshielos de montañas nevadas es considerada libre de impurezas orgánicas, aunque al recorrer lechos de ríos suele arrastrar consigo sales (o minerales). Esta es conocida como agua mineral, o agua con minerales, dada su pureza y aporte de sales para el consumo. En los casos de zonas alejadas de poblaciones numerosas, este tipo de agua es utilizada para ser embotellada por considerarse pura y potable. Esto no ocurre en las zonas pobladas donde el agua de ríos y lagos puede encontrarse poluida por contaminantes químicos industriales, los que la hacen no apta o muy poco recomendable para el consumo humano. Un problema típico que presenta el agua, en zonas donde podría creerse apta para consumo humano, es su dureza. La dureza en el agua, viene dada principalmente por la presencia de calcio y magnesio como minerales más duros, aunque se podría extender a una lista de muchos. Aproximadamente el 75% de las reservas consideradas potables, cuentan con durezas no recomendables, que para ser combatidas son tratadas con sistemas de filtración de diversos tipos y características, y así potabilizarla. Químicamente el agua es un compuesto relativamente estable y es disociable en hidrogeno y oxígeno (sus átomos componentes) solo al extremo de alcanzar los 2000ºC bajo una atmósfera de presión. Es uno de los compuestos químicos mas usados como neutralizante o diluyente en soluciones. De aquí, dada su propiedad diluyente, además de la necesidad que el organismo presenta de esta, el agua es utilizada para rebajar o diluir las bebidas destiladas y/o las fermentadas, como para elaborar cualquier tipo de bebidas que el ser humano ingiera. MINERALES Los Minerales son elementos químicos imprescindibles para el normal funcionamiento metabólico. El agua circula entre los distintos compartimentos corporales llevando electrolitos, que son partículas minerales en solución. Tanto los cambios internos como el equilibrio acuoso dependen de su concentración y distribución. Los minerales se pueden dividir acorde a la necesidad que el organismo tiene de ellos: Los Macrominerales, también llamados minerales mayores, son necesarios en cantidades mayores de 100 mg por día. Entre ellos, los más importantes que podemos mencionar son: Sodio, Potasio, Calcio, Fósforo, Magnesio y Azufre. SODIO (Na+) La mayor parte del sodio del organismo se encuentra en la sangre y en el fluido que rodea las Células. Llega hasta nosotros a través de los alimentos y las bebidas, lo eliminamos con el sudor y la orina. Si se altera el equilibrio entre el consumo de sodio y su eliminación pueden surgir problemas ya que las alteraciones de este mineral están estrechamente ligadas a las del volumen de la sangre. De aquí proviene la conocida “retención de líquidos”: el volumen sanguíneo puede aumentar cuando hay un exceso de sodio. El líquido sobrante se acumula alrededor de las células pudiendo provocar un edema. Una clara señal es la tumefacción de los pies y piernas. Por el contrario, una pérdida global del sodio puede disminuir el volumen de la sangre, cayendo con ello la presión arterial lo que eleva la frecuencia cardiaca y puede producir mareos. Por lo tanto este macromaterial es esencial para: 1. 2. 3. 4. Regular el ritmo cardíaco. Conseguir el equilibrio ácido básico del cuerpo. Optimizar el funcionamiento del sistema nervioso y muscular. Regular el contenido de agua del organismo. El promedio normal de Sodio (Na) intercambiable en los adultos sanos es de 41 meq./kg, mientras que la cantidad total de sodio corporal es de 58 meq./kg. Por lo tanto, aproximadamente 17 meq./Kg. no están disponibles para intercambio. Por otro lado la gran mayoría de este sodio no intercambiable se encuentra en la malla cristalina de la hidroxiopatita de los huesos. La distribución del Na+ y K+ en el cuerpo se da a continuación y la misma es principalmente extracelular: Componente Cantidad (% del total) Na K Intracelular total 9.0 89.6 Extracelular total 91.0 10.4 Plasma 11.2 0.4 Liquido intestinal 29.0 1.0 Tejido conectivo denso y cartílagos 11.7 0.4 Huesos 36.5 7.6 Localizaciones transcelulares 2.6 1.0 Dado que el sodio es el principal catión del plasma, la presión osmótica del plasma se correlaciona con la concentración de Na+ en el mismo (plasma). La cantidad de sodio requerida por el organismo diariamente equivale a 400 mg/dia, donde el exceso del mineral se excreta por los riñones en la orina o con el sudor. El exceso de sodio tiene conocidas consecuencias que van desde la hipertensión, los problemas cardiovasculares, edemas (retención de líquidos e inflamaciones) hasta los cálculos. El motivo de restringir el uso de sodio en las dietas se basa en que el volumen del líquido extracelular depende en gran medida de su contenido sódico; y la reducción de dicho líquido se logra disminuyendo las reservas totales de Na ++ El plan de alimentación hiposódico tiene más de un uso. Se aplica en la dietoterapia de enfermedades hipertensivas y cardiovasculares; y para toda enfermedad que evolucione con edemas. Una dieta, se considera hiposódica cuando tiene menos de 5 gr. de sal/día algo equivalente a 2 gr de Na++ Tal como ocurre con la mayoría de los minerales, todos los alimentos cuentan con sodio en su composición química. Sin embargo hay alimentos que lo contienen en cantidades muy elevadas. Esos alimentos son los principales excluidos en las dietas hiposódicas. Los alimentos que mayor cantidad de sodio tienen, y por ende son los primeros en ser reemplazados al momento de aplicar una restricción al consumo de sodio son: Fiambres, embutidos, encurtidos, salazones, conservas, enlatados, quesos duros, productos de copetín (botana), mayonesas, mostazas, salsas, cubitos de sopa, sopas en polvo, manteca, margarinas, amasados de pastelería, pan, tapas de tarta, empanadas, tacos, harinas leudantes y polvos para preparación de biscochuelos, entre otros. La ingesta normal de alimentos cubre las necesidades diarias requeridas de sodio y en muchos casos hasta puede excederla. La sal adicional que uno utilice, normalmente hace que se excedan los requerimientos diarios del mineral. POTASIO Es el mineral que aparece en mayor cantidad en el cuerpo humano después del calcio, y del fósforo y que siempre aparece asociado con el sodio. Este macromineral mantiene la presión normal en el interior y el exterior de las células, regula el balance de agua en el organismo, disminuye los efectos negativos del exceso de sodio y participa en el mecanismo de contracción y relajación de los músculos (sobre todo en los pacientes cardíacos). El 97% del potasio se encuentra intracelularmente y el 3% restante en forma extracelular. El potasio se encuentra presente en: granos, carnes, vegetales, frutas y legumbres. Aproximadamente el 90% del potasio ingerido es absorbido en el intestino delgado y la forma en que el cuerpo lo elimina es a través de la orina. El consumo excesivo de café, té, alcohol y/o azúcar aumenta la pérdida de este mineral a través de la orina. El resultado de efectuar dietas estrictas en calorías, de los vómitos, diarreas, transpiración aumentada, pérdidas excesivas por uso de diuréticos y quemaduras originan la deficiencia del mineral en el organismo. Los síntomas que indican su ausencia son inmediatos, y se muestran como: debilidad muscular, nauseas, vómitos, irritabilidad y hasta irregularidad cardiaca. Contrariamente, la falla renal y la no ingestión de líquidos, genera excesos de presencia de este macromineral en la sangre. El requerimiento diario de potasio se acerca a los 3,5 g/día CALCIO Este macromineral es el cuarto componente del cuerpo después del agua, las proteínas y las grasas. El calcio corporal total, se aproxima a los 1150 gramos y se concentra casi un 90% en huesos y en dientes. El calcio, participa en la coagulación, en la correcta permeabilidad de las membranas y a su vez adquiere fundamental importancia como regulador nervioso y neuromuscular, modulando la contracción muscular (incluida la frecuencia cardiaca), la absorción y secreción intestinal y la liberación de hormonas. Se encuentra principalmente en los productos lácteos, frutos secos, sardinas y anchoas y en menor proporción en legumbres y vegetales verdes oscuros (espinaca, acelga, brócoli). La absorción del calcio se ve favorecida con la actividad física, con la Vitamina D y con la incorporación de azúcar ingiriendo calcio dentro de la leche. El calcio está también muy vinculado a la presencia de fósforo, ya que la falta o exceso de cualquiera de estos dos macrominerales puede afectar la absorción del otro. A su vez, la absorción del calcio se ve dificultada ante consumos de café, alcohol, falta de Vitamina D, falta de ácido clorhídrico en el estómago, falta de ejercicio y estrés. Un obvio indicador de carencia de calcio es la osteoporosis. Una de las grandes ventajas que presenta el calcio refiere a su invariabilidad en el tiempo desde el momento en que es envasado hasta el momento de consumo, podemos decir que el contenido de calcio de los alimentos no se altera en ninguna etapa. Necesidades Diarias Edad Bebes hasta 6 6 meses a 1 año Niñez y 1 a 10 adolescencia 10 a 21 años Adultez 21 en adelante Embarazadas y posmenopáusicas Cantidad (en mg.) meses 400 600 años 800 1200 800 a 1000 1200 Para alcanzar las necesidades diarias de calcio, basta con ingerir: FÓSFORO (P) Este macromineral está presente en todas las células y fluidos del organismo, y su presencia en el cuerpo ronda los 650 mg. Participa de la división de las células y por tanto del crecimiento, por tanto su presencia es fundamental. El fósforo interviene en la formación y el mantenimiento de los huesos, el desarrollo de los dientes, la secreción normal de la leche materna, la formación de los tejidos musculares y el metabolismo celular. Se puede incorporar al organismo a través del consumo de carnes, huevos, lácteos, frutas secas, granos integrales y legumbres. La forma natural de eliminación de este del organismo es la orina. El fósforo y el calcio se encuentran en equilibrio en el organismo, ya que la abundancia o la carencia de uno afectan la capacidad de absorber el otro. El exceso de fósforo, produce menor asimilación de calcio. Se ha comprobado que la ingestión frecuente de antiácidos genera una falta de este macromineral en el organismo. Los síntomas de ausencia de este son; decaimiento, debilidad, temblores y disartria, y en algunos casos anorexia y desordenes respiratorios. Las necesidades diarias recomendadas van de los 800 a 1200 mg, especialmente en menores los a 24 años. MAGNESIO El magnesio es un metal alcalinoterroso que representa el segundo catión más importante del sector intracelular después del potasio y es el quinto mineral por su abundancia en el organismo. Este macromineral es componente del sistema óseo, de la dentadura y de muchas enzimas. Participa en la transmisión de los impulsos nerviosos, en la contracción y relajación de músculos, en el transporte de oxígeno a nivel tisular y participa activamente en el metabolismo energético. El 60% de las necesidades diarias se depositan en los huesos, el 28% en órganos y músculos, y el 2% restante en los líquidos corporales. Las fuentes de magnesio son el cacao, las semillas y frutas secas, el germen de trigo, la levadura de cerveza, los cereales integrales, las legumbres y las verduras de hoja. También se encuentra, pero en menor cantidad, en carnes, lácteos y frutas. Su absorción se efectúa a nivel intestinal y los elementos de la dieta que compiten con su nivel de absorción son el calcio, el fósforo, el oxalato, las fibras y algunos ácidos grasos (lípidos). Normalmente el organismo no presenta carencias de este mineral, pero las deficiencias suelen darse en casos de alcohólicos crónicos, cirrosos hepáticos, personas con trastornos de mala absorción, vómitos severos, acidosis diabética y el abuso de los diuréticos. Su ausencia se refleja por la aparición de calambres, debilidad muscular, nauseas, convulsiones, fallas cardíacas y también la aparición de depósitos de calcio en los tejidos blandos. AZUFRE Este macromineral es un importante componente de tres aminoácidos que se ocupan de formar proteínas así como de la tiamina reconocida como Vitamina B1. Dado que el azufre se encuentra presente en la queratina, que es una sustancia proteica de la piel, uñas y pelo, participa en la síntesis del colágeno (elemento que mantiene unidas a las células). También interviene en el metabolismo de los lípidos y de los hidratos de carbono. El azufre absorbido por el sistema digestivo siendo separado de los aminoácidos que lo contienen, para luego ser transportado al torrente sanguíneo y a las células del cuerpo y pelo. Sus fuentes naturales son el queso, huevos, legumbres, carne, frutas secas, ajo y cebolla. Su exceso es eliminado por el organismo a través de la orina. La carencia de azufre en el organismo se ve reflejada en un retardo en el crecimiento debido a su relación con la síntesis de las proteínas. Los Microminerales, también llamados minerales pequeños, son necesarios en cantidades muy pequeñas, obviamente menores que los macrominerales. Los más importantes para tener en cuenta son: Cobre, Yodo, Hierro, Manganeso, Cromo, Cobalto, Zinc y Selenio. Los macro y microminerales no deben ser administrados sin razones que los justifiquen, dado que muchos de ellos son tóxicos pasando determinadas cantidades. El cumplimiento de una dieta alimenticia equilibrada contempla y aporta las cantidades requeridas de estos minerales. COBRE Este micromineral se encuentra presente en el organismo en 100 a 150 mg, y el 90% de esta cantidad se encuentra en músculos, huesos e hígado. Este participa en la formación de la hemoglobina, y es fundamental para el desarrollo y mantenimiento de huesos, tendones, tejido conectivo y el sistema vascular. El cobre esta presente en el hígado, riñón, mollejas y otras vísceras, en carnes, cereales integrales, frutas secas y legumbres. Es raro ver excesos de cobre, pero estos pueden producir hepatitis, mal funcionamiento de riñones y desórdenes neurológicos. Una dificultad metabólica determinada genéticamente que se caracteriza por aumentar los depósitos de cobre en hígado y cerebro es la enfermedad de Wilson. La carencia de cobre en el organismo es igualmente anormal en personas que llevan una alimentación normal. Sin embargo las formas en que se puede manifestar la ausencia de cobre en el organismo es por anemias moderadas a severas, edemas, desmineralización ósea, detención del crecimiento, anorexia y vulnerabilidad a infecciones. Las necesidades diarias son de aproximadamente de 2 mg. IODO Este micromineral interviene en el desarrollo mental y físico, el funcionamiento de tejidos nerviosos y musculares, el sistema circulatorio y el metabolismo de otros nutrientes. Las fuentes de este alimento se cubren con la alimentación, y puede encontrarse en la sal, algas, productos de mar y vegetales que crezcan en suelos ricos en este mineral. Este mineral se utiliza para el tratamiento del crecimiento anormal del tamaño de la glándula tiroidea ubicada en la base del cuello (dolencia generalmente de factor genético). Los excesos de iodo pueden interferir negativamente en la glándula tiroidea, ocasionando su mal funcionamiento y por tanto su administración externa a la comida es peligrosa. Las cantidades requeridas por el cuerpo no están estipuladas. HIERRO 1. El hierro es uno de los minerales que mas necesita nuestro cuerpo porque de él depende la distribución del oxigeno por todo el organismo. 2. Es un factor fundamental en una de las enzimas que intervienen en las reacciones químicas del cuerpo humano. Es el principal componente de los glóbulos rojos y de las células musculares. Sus principales propiedades son: 1. Mejorar el rendimiento físico y el sistema inmunológico. 2. Prevenir y curar la anemia ferropenica. 3. Reforzar la energía. 4. Favorecer el sueño descansado. Este micromineral u oligoelemento, interviene en la formación de la hemoglobina y de los glóbulos rojos, como así también en la actividad enzimática del organismo. Dado que participa en la formación de la hemoglobina de más esta decir que transporta el oxígeno en sangre y que es importante para el correcto funcionamiento de la cadena respiratoria. Las reservas de este mineral se encuentran en el hígado, el bazo y la médula ósea. Se clasifica en hierro hémico y no hémico. El hémico es de origen animal y se absorbe en un 20 a 30%. Su fuente son las carnes (especialmente las rojas). El no hémico, proviene del reino vegetal, es absorbido entre un 3% y un 8% y se encuentra en las legumbres, hortalizas de hojas verdes, salvado de trigo, los frutos secos, las vísceras y la yema del huevo. Para mejorar la absorción del hierro no hémico siempre es bueno consumir conjuntamente alimentos que contengan vitamina C. Los inhibidores de la absorción de hierro no hémico son: el té, café, la leche bovina, la clara del huevo, el salvado de trigo y los productos de soya. La falta de hierro en el organismo puede producir mala síntesis proteica, deficiencia inmunitaria, aumento del ácido láctico, aumento de noradrenalina, menor compensación de enfermedades cardiopulmonares y anemia. Las necesidades diarias de hierro son del orden de los 10 a 12 mg./día, requiriendo un 50% adicional las mujeres y los hombres deportistas y hasta doble las mujeres deportistas (20 a 25 mg./día) MANGANESO Se sabe que este micromineral es necesario para el crecimiento de los recién nacidos, esta relacionado con la formación de los huesos, el desarrollo de tejidos y la coagulación de la sangre, con las funciones de la insulina, la síntesis del colesterol y como activador de varias enzimas. El manganeso se encuentra en frutas secas, granos integrales, las semillas de girasol y de sésamo, la yema de huevo, legumbres y verduras de hojas verdes. La leche materna decrece la concentración de manganeso paulatinamente. La carencia de manganeso en el organismo puede generar lento crecimiento de uñas y cabellos, despigmentación del pelo, mala formación de huesos y puede disminuir la tolerancia a la glucosa o capacidad de eliminar excesos de azúcar en sangre. El exceso de manganeso por alimentación no ha demostrado tener efectos adversos, en cambio sí se producen problemas pulmonares cuando se respira polvo de manganeso, particularmente en los lugares de extracción. CROMO Este micromineral aparece en el cuerpo en cantidades muy pequeñas. Participa en el metabolismo del azúcar por tanto para la utilización normal de la glucosa y para el crecimiento. Su actividad se lleva a cabo conjuntamente con otras sustancias que controlan el metabolismo de la insulina y de varias enzimas, con la formación de ácidos grasos, colesterol y con el material genético de las células. El cromo se encuentra en carnes y vísceras, en la levadura de cerveza y en los cereales integrales. Su carencia produce menor tolerancia a la glucosa, neuropatía periférica, balance negativo de nitrógeno, menor cociente respiratorio y adelgazamiento. A su vez puede ocasionar diabetes en edades adultas, enfermedades coronarias y retardos de crecimiento. Las razones para la ausencia de este micromineral se basan en desnutrición calórico-proteica, ateroesclerosis y estrés. Es muy raro que aparezcan excesos de cromo debido a que su presencia en alimentos es muy reducida. COBALTO Es un componente fundamental de la Cobalamina o Vitamina B12, en un 4% de su formación y esta es su única función en el organismo. Con la finalidad de enunciarlas estas son la producción de glóbulos rojos y la formación de mielina. Este se encuentra en carnes, huevos y lácteos. Su carencia se atribuye a la ausencia de dicha vitamina, y se refleja en anemias, problemas neurológicos y falta de crecimiento. El grupo con más posibilidades de presentar problemas por ausencia de este micromineral es el de alimentación vegetariana, ya que este no es contenido por ningún vegetal ni fruta. ZINC En el organismo se encuentran presentes aproximadamente entre 2 y 3 gramos de este micromineral, que es participe en el funcionamiento de 70 enzimas entre las cuales podemos nombrar las del metabolismo de carbohidratos, proteínas y grasas, en la síntesis de la insulina, el ARN, el ADN, y algunas otras. Cumple también funciones aliviando alergias, aumenta la inmunidad natural contra infecciones bacterianas y destruye elementos tóxicos como el cadmio que ingresa al organismo a través del humo del cigarro. Su presencia se concentra en testículos, cabello, uñas, hueso y tejidos pigmentados del ojo. Su fuente principal esta en la carne, el pescado, los lácteos, la yema de huevo, las legumbres secas y los cereales integrales. SELENIO El selenio es un micromineral antioxidante que previene las reacciones excesivas de oxidación, y su acción se relaciona con la actividad de la Vitamina E. Este mineral protege contra enfermedades cardiovasculares y estimula el sistema inmunológico. Al decir que es un antioxidante demás esta decir que disminuye el proceso de envejecimiento celular, y también se lo asocia a la prevención del cáncer. El selenio se encuentra naturalmente en alimentos de origen animal, frutos de mar, carnes, hígado, riñón, vegetales y cereales integrales. Existen estudios que indican que en zonas donde hay carencia de este mineral en el suelo aparecen cardiopatías y algunos tipos de cáncer. Los requerimientos son del orden de los 50 a 75 microgramos por día. La ingesta de una dieta equilibrada, satisface las necesidades cotidianas de selenio. COMPUESTOS ORGANICOS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Hidratos de Carbono Proteínas Lípidos Ácidos Nucleicos Enzimas Vitaminas Hormonas 1. Hidratos De Carbono Químicamente, son biomoléculas formadas por átomos de carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O) en una relación general de 1:2:1. Biológicamente, se absorben en el intestino sin necesidad de digestión previa, por lo que son una fuente muy rápida de energía. Los azúcares más complejos (disacáridos y polisacáridos) deben ser transformados en azucares más sencillos (monosacáridos) para ser asimilados. Nutricionalmente, los glúcidos son considerados como macronutrientes por la cantidad neta del material aportado a la dieta. Además de aportar la glucosa necesaria por el organismo y fibra dietética, los glúcidos o carbohidratos también aportan esenciales micronutrientes como son las esenciales vitaminas y minerales. FUENTES DE GLÚCIDOS Las plantas sintetizan los glúcidos o carbohidratos gracias a la intervención del pigmento llamado clorofila que produce monosacáridos a partir de la energía solar y de su capacidad de captación osmótica de sus propios nutrientes. Por esta razón, los vegetales reciben el nombre de autótrofos puesto que son capaces de transformar materiales inorgánicos en recursos orgánicos. Por el contrario, los seres animales y algunos vegetales sin clorofila, como las algas y los hongos, son heterótrofos y no pueden sintetizar material orgánico a partir de materiales inorgánicos, por lo que es necesario de una alimentación orgánica para poder realizar su transformación vital. FUNCIONES DE LOS GLÚCIDOS Cumplen tres funciones básicas: 1. Aportan energía al organismo. De todos los nutrientes que potencialmente pueden aportar energía, son los glúcidos los que producen la combustión más limpia, que no presentan residuos tóxicos como el amoníaco, que resulta de quemar proteínas. 2. Una porción pequeña se emplea en construir moléculas más complejas, junto con grasas y las proteínas. 3. Otra porción se utiliza para conseguir quemar de una forma más limpia las proteínas y grasas que se usan como fuente de energía. La principal función de los glúcidos es aportar energía al organismo. De todos los nutrientes que se puedan emplear para obtener energía, los glúcidos son los que producen una combustión más limpia en nuestras células y dejan menos residuos en el organismo. De hecho, el cerebro y el sistema nervioso solamente utilizan glucosa para obtener energía. CLASIFICACION BASICA DE LOS GLUCIDOS En función a la complejidad de su estructura molecular, tres o cuatro categorías suele ser reconocidas: MONOSACARIDOS: Son los glúcidos más elementales, constituidos por una sola molécula. DISACARIDOS: Es la combinación de 2 azúcares simples o monosacáridos. OLIGOSACARIDOS: Cadena corta de azúcares. Contienen hasta 10 moléculas de monosacáridos. POLISACARIDOS: Cadena compleja de azúcares. Contienen más de 10 moléculas de monosacáridos y hasta miles. MONOSACARIDOS Son glúcidos simples, constituidos sólo por una cadena. Son azúcares simples que se aportan rápidamente al torrente sanguíneo. Conforme posean un cierto número de carbonos reciben denominaciones como monosacáridos: Triosas 3C Tetrosas 4 C Pentosas 5C Hexosas 6C Las triosas son abundantes en el interior de la célula ya que son metabolitos intermediarios de la degradación de la glucosa. Las pentosas Ribosa y Desoxirribosa forman parte de los ácidos nucleicos y la Ribulosa desempeña importante papel en la fotosíntesis. Las hexosas de interés biológico son la Glucosa, la Galactosa y , también de alto interés biológico se encuentra la Fructosa. GLUCOSA Función Aporte energético celular. La glucosa es el más común y abundante de los monosacáridos y constituye el más importante nutriente de las células del cuerpo humano. Es transportada por la sangre y constituye el principal azúcar utilizado como fuente de energía por los tejidos y las células. De hecho, el cerebro y el sistema nervioso solamente utilizan glucosa para obtener energía. Fuentes: No suele encontrarse en los alimentos en estado libre, salvo en la miel y en algunas frutas, especialmente uvas. FRUCTOSA Función Aporte energético celular. Glúcido disponible de rápida absorción como fuente de energía por el organismo. Formaciones: Es transformada rápidamente en glucosa en el hígado y en el intestino grueso para ser utilizada como fuente rápida de energía. Forma parte de la sacarosa, junto con la glucosa. Fuentes: Es encontrada en la mayoría de las frutas y también en la miel y algunos vegetales. El azúcar de caña es metabolizada en fructosa y glucosa. GALACTOSA Función Aporte energético celular. Formaciones: Es convertida en glucosa en el hígado y es sintetizada en las glándulas mamarias para producir la lactosa materna, conjuntamente con la glucosa. Fuentes: Leche. DISACARIDOS Son glúcidos constituidos por dos moléculas de monosacáridos o azúcares simples y comparten básicamente las mismas características con los monosacáridos. Entre los disacáridos destacan: la sacarosa, formada por una molécula de glucosa y otra de fructosa; la maltosa, formada por dos unidades de glucosa; y la lactosa, formada por una molécula de glucosa y otra de galactosa. SACAROSA (SUCROSA). Función: Aporte energético celular. Formaciones: Estos azúcares pueden ser metabolizados con la adición de moléculas de agua. La unión molecular de este disacárido se rompe mediante la acción de una enzima llamada sacarosa, liberándose la glucosa y la fructosa para su asimilación directa. Fuentes: Es el componente principal del azúcar de caña o de la remolacha azucarera. Piñas o anonas. MALTOSA. Función: Aporte energético celular. Formaciones: Estos azúcares pueden ser metabolizados con la adición de moléculas de agua. Es fácilmente separable en moléculas simples de glucosa para su rápida utilización por el cuerpo. La maltosa puede ser obtenida a partir de los almidones. Fuentes: Es obtenida por el organismo por la transformación de almidones o féculas contenidas en muchos cereales. Cerveza. LACTOSA Función: Aporte energético celular. Formaciones: Estos azúcares pueden ser metabolizados con la adición de moléculas de agua. Para separar la lactosa de la leche y ser asimilada se necesita la acción de una enzima llamada lactasa, que separa la lactosa en el intestino grueso en sus componentes más simples: la fructosa y la galactosa. Fuentes: Es el único azúcar de origen animal, el azúcar de la leche materna. POLISACARIDOS Son glúcidos constituidos por largas cadenas de monosacáridos. Pueden desempeñar dos tipos de funciones: 1. Función de reserva energética (glucógeno y almidones o féculas) 2. Función estructural (celulosa o fibras celulósicas y otras fibras). ALMIDONES O FÉCULAS. Función: Aporte energético celular. Es el polisacárido de reserva propio de los vegetales. Aporta un más consistente nivel de azúcar en la sangre que los azúcares simples. Formaciones: Están formados básicamente por 2 tipos de polímeros: la amilasa, polisacárido de cadena larga y la amilopectina, que es uno de los polisacáridos más comunes, La amilasa es fácilmente separada por el enzima amilasa. Fuentes: Papas, cereales: trigo, arroz, maíz, legumbres, raíces de vegetales. Plátanos. CELULOSA Y FIBRAS Función: Estos glúcidos no son digeribles, pero son necesarios para una buena digestión, motilidad intestinal y funciones excretorias terminales. Formaciones: La celulosa forma la pared celular de la célula vegetal. Esta pared, constituye un verdadero estuche en el que queda encerrada la célula y que persiste tras la muerte de ésta. Fuentes: Salvados de trigo, avena. Manzana, Frutas cítricas, verduras verdes y en general la piel y los envoltorios de las células de las plantas. Glucógeno Es un polisacárido propio de reserva de los animales, como el almidón es el polisacárido de reserva propio de los vegetales. Es una sustancia de reserva de energía que el cuerpo recurre en los períodos en que no hay glucosa disponible (caso: entre comidas). El glucógeno es formado en el hígado a partir de la glucosa y con el concurso del aminoácido alanina, y según se va necesitando es reconvertido en glucosa, que pasa a la sangre para ser servida en los diferentes tejidos. También el glucógeno se almacena en los músculos para producir energía en el propio músculo en caso de requerimientos emergentes. RESERVAS DE GLUCOSA Prácticamente la totalidad de los glúcidos que consumimos son transformados en glucosa y absorbidos por el intestino. Posteriormente pasan al hígado donde son transformados en glucógeno, que es una sustancia de reserva de energía para ser usada en los períodos en que no hay glucosa disponible (entre comidas). Según se va necesitando, el glucógeno se convierte en glucosa, que pasa a la sangre para ser utilizada en los diferentes tejidos. También se almacena glucógeno en los músculos, pero esta reserva de energía sólo se utiliza para producir energía en el propio músculo ante situaciones que requieran una rápida e intensa actividad muscular (situaciones de huida o defensa). PROTEÍNAS Cualquiera de los numerosos compuestos orgánicos constituidos por aminoácidos unidos por enlaces pépticos que intervienen en diversas funciones vitales, como el metabolismo, la contracción muscular o la respuesta inmunológica. El termino PROTEINA deriva del griego proteios, que significa primero, primario o fundamental. Las proteínas son biomoléculas formadas básicamente por Hidrógeno, Carbono, Oxigeno y Nitrógeno. Pueden además contener azufre y en algunos tipos de proteínas, fósforo, hierro, magnesio y cobre; entre otros elementos. PROPIEDADES Especificidad: Se refiere a que cada proteína lleva a cabo una determinada función y la realiza porque posee una estructura y una conformación espacial propia y si se da un cambio puede alterar la función de la misma. Desnaturalización: Consiste en la perdida de la estructura terciaria por romperse los puentes de carbono que la forman. Todas las proteínas desnaturalizadas tienen la misma conformación, abierta y con una interacción máxima con el disolvente, por lo que una proteína soluble en agua cuando se desnaturaliza se hace insoluble en la misma y se precipita. CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS Las proteínas son polímeros lineales de aminoácidos con amplia variabilidad estructural y funciones biológicas muy diversas. La variedad de proteínas es elevadísima, y para su clasificación se suele recurrir a: 1. 2. 3. 4. Criterios Físicos Criterios Químicos Criterios Estructurales Criterios Funcionales CRITERIO FÍSICO El criterio físico más utilizado es la solubilidad. Así se distinguen: 1. Albúminas: proteínas que son solubles en agua o en disoluciones salinas diluidas. 2. Globulinas: requieren concentraciones salinas más elevadas para permanecer en disolución. 3. Prolaminas: solubles en alcohol. 4. Glutelinas: sólo se disuelven en disoluciones ácidas o básicas. 5. Escleroproteínas: son insolubles en la gran mayoría de los disolventes. CRITERIO QUÍMICO Desde un punto de vista químico, existen dos grandes grupos de proteínas: 1. Proteínas simples -aminoácidos, como es el caso de la ubiquitina, una proteasa intracelular formada por 53 AA. 2. Proteínas conjugadas: que contienen además de la cadena polipeptídica un componente no aminoacídico llamado grupo prostético, que puede ser un azúcar, un lípido, un ácido nucleico o simplemente un ión inorgánico. CRITERIO DE FORMA En cuanto a su forma molecular, podemos distinguir: 1. Proteínas globulares: la cadena polipeptídica aparece enrollada sobre sí misma dando lugar a una estructura más o menos esférica y compacta. 2. Proteínas fibrosas: si hay una dimensión que predomina sobre las demás, se dice que la proteína es fibrosa. Las proteínas fibrosas, por lo general, tienen funciones estructurales CRITERIO FUNCIONAL Desde un punto de vista funcional se distinguen: 1. Proteínas monoméricas: constan de una sola cadena polipeptídica, como la mioglobina. 2. Proteínas oligoméricas: constan de varias cadenas polipeptídicas. Las distintas cadenas polipeptídicas que componen una proteína oligomérica se llaman subunidades, y pueden ser iguales o distintas entre sí. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS La función biológica de una proteína depende estrictamente de su estructura en su medio y suelen adoptar complicadas conformaciones. Las proteínas solubles en agua suelen ser "globulares", empaquetadas en forma compacta y el agua es excluida del interior. Estructura primaria Las proteínas tienen múltiple niveles de estructura. La básica es la estructura primaria, la cual es simplemente depende del orden de sus aminoácidos. Estructura secundaria La estructura secundaria de una proteína es la que adopta espacialmente existiendo ciertas estructuras repetitivas encontradas en las proteínas que permiten clasificarlas en dos tipos: hélice alfa y lámina beta. Estructura Terciaria La estructura terciaria es la estructura plegada y completa en tres dimensiones de cadena polipeptídica, la hexoquinasa es una estructura tridimensional completa. Así como los polisacáridos se reducen a ser sustancias de reserva o moléculas estructurales, las proteínas asumen funciones muy variadas gracias a su gran heterogeneidad estructural. Describir las funciones de las proteínas equivale a describir en términos moleculares todos los fenómenos biológicos. Podemos destacar las siguientes: 1. Función Enzimática 2. Función Hormonal 3. Función de Reconocimiento de Señales 4. Función de Transporte 5. Función Estructural 6. Función de Defensa 7. Función de Movimiento 8. Función de Reserva 9. Transducción de Señales 10. Función Reguladora Estructura cuaternaria Solo está presente si hay más de una cadena polipeptídica. Con varias cadenas polipeptídicas, la estructura cuaternaria representa su interconexión y organización. CLASIFICACIÓN DE PROTEÍNAS SEGÚN SU ESTRUCTURA Se clasifican en: 1. HOLOPROTEÍNAS Formadas solamente por aminoácidos 2. HETEROPROTEÍNAS Formadas por una fracción proteínica y por un grupo no proteínico, que se denomina "grupo prostético. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LAS PROTEÍNAS Muchas proteínas ejercen a la vez más de una de las funciones enumeradas: Las proteínas de membrana tienen tanto función estructural como enzimática; la ferritina es una proteína que transporta y, a la vez, almacena el hierro; la miosina interviene en la contracción muscular, pero también funciona como un enzima capaz de hidrolizar el ATP, y así se podrían poner muchos ejemplos más. Función Enzimática La gran mayoría de las reacciones metabólicas tienen lugar gracias a la presencia de un catalizador de naturaleza proteica específico para cada reacción. Estos biocatalizadores reciben el nombre de enzimas. La gran mayoría de las proteínas son enzimas. Función Hormonal Las hormonas son sustancias producidas por una célula y que una vez secretadas ejercen su acción sobre otras células dotadas de un receptor adecuado. Algunas hormonas son de naturaleza proteica, como la insulina y el glucagón (que regulan los niveles de glucosa en sangre) o las hormonas segregadas por la hipófisis como la hormona del crecimiento, o la calcitonina (que regula el metabolismo del calcio). RECONOCIMIENTO DE SEÑALES QUÍMICAS La superficie celular alberga un gran número de proteínas encargadas del reconocimiento de señales químicas de muy diverso tipo (figura de la izquierda). Existen receptores hormonales, de neurotransmisores, de anticuerpos, de virus, de bacterias, etc. En muchos casos, los ligandos que reconoce el receptor (hormonas y neurotransmisores) son, a su vez, de naturaleza proteica. FUNCIÓN DE TRANSPORTE En los seres vivos son esenciales los fenómenos de transporte, bien para llevar una molécula hidrofóbica a través de un medio acuoso (transporte de oxígeno o lípidos a través de la sangre) o bien para transportar moléculas polares a través de barreras hidrofóbicas (transporte a través de la membrana plasmática). Los transportadores biológicos son siempre proteínas. Para activar la animación del transporte a través de membranas, ejecutar el comando "recargar" apretando el botón derecho del ratón. FUNCIÓN ESTRUCTURAL Las células poseen un citoesqueleto de naturaleza proteica que constituye un armazón alrededor del cual se organizan todos sus componentes, y que dirige fenómenos tan importantes como el transporte las fibras de colágeno forman parte importante de la matriz extracelular (de color claro en la Figura) y son las encargadas de conferir resistencia mecánica tanto a la tracción como a la compresión intracelular o la división celular. En los tejidos de sostén (conjuntivo, óseo, cartilaginoso) de los vertebrados. FUNCIÓN DE DEFENSA La propiedad fundamental de los mecanismos de defensa es la de discriminar lo propio de lo extraño. En bacterias, una serie de proteínas llamadas endonucleasas de restricción se encargan de identificar y destruir aquellas moléculas de DNA que no identifica como propias (en color blanco en la figura de la derecha). En los vertebrados superiores, las inmunoglobulinas se encargan de reconocer moléculas u organismos extraños y se unen a ellos para facilitar su destrucción por las células del sistema inmunitario (Figuras inferiores). FUNCIÓN DE MOVIMIENTO Todas las funciones de motilidad de los seres vivos están relacionadas con las proteínas. Así, la contracción del músculo resulta de la interacción entre dos proteínas, la actina y la miosina. El movimiento de la célula mediante cilios (foto de la izquierda) y flagelos (figura de la derecha) está relacionado con las proteínas que forman los microtúbulos FUNCIÓN DE RESERVA La ovoalbúmina de la clara de huevo, la lactoalbúmina de la leche, la gliadina del grano de trigo y la hordeína de la cebada, constituyen una reserva de aminoácidos para el futuro desarrollo del embrión. 3. LÍPIDOS Son compuestos vitales para el organismo, formados por Carbono, Hidrogeno y Oxigeno, la mayoría de los lípidos no son solubles en agua, pero si en disuelven fácilmente en alcohol, cloroformo y éter. Una célula tiene de 2 a 3% de lípidos dispersos por toda ella, más aun en la membrana celular, nuclear y en las mitocondrias. Es la fuente más concentrada de energía para el cuerpo, aportan el doble de energía por unidad de peso más que los carbohidratos. Gran parte de las calorías de las grasas se desperdician y en consecuencia no están disponibles al uso. GRUPO DE LIPIDOS GRASAS NEUTRAS (TRIGLICÉRIDOS): consisten en 2 componentes básicos 1 molécula de glicerol (glicemia) y 3 moléculas de ácidos grasos los cuales se dan por deshidratación. Estas a su vez se dividen en: GRASAS SATURADAS: poseen algo de colesterol, presentes en los alimentos de origen animal (carnes de vaca y cerdo, mantequilla, leche, huevos y queso) y de origen vegetal (manteca de cacao, aceites de palma y coco). El hígado humano usa algunos productos de la catabólica de las grasas saturadas para la producción de colesterol. GRASAS INSATURADAS: son grasas que no afectan de modo significativo a las concentraciones de colesterol (aceites de olivo, cacahuate). GRASAS POLI INSATURADAS: se consideran útiles para disminuir las concentraciones sanguíneas de colesterol (aceite de may, Cartago, girasol, semilla de algodón, sésamo, soya). Prostaglandinas: Lípidos relacionados con la membrana celular compuestos por ácidos grasos. Sustancias que pueden influir en el funcionamiento de cualquier tipo de célula, su síntesis es que son degradadas rápidamente por enzimas catabólicas en la membrana y sus efectos son semejantes a las de las hormonas. 1. FOSFOLIPIDOS: se dividen en lecitina, cefalina y esfingomielina. 2. ESTERIODES: son colesterol, sales biliares, vitamina D, estrógeno progesterona. 3. LIPOIDES: prostaglandinas, carotenos y vitamina E_K. y TRIGLICÉRIDOS El cuerpo aprovecha los triglicéridos sobre todo para producir energía metabólica, dicho metabolismo energético depende casi tanto de los lípidos como de los carbohidratos. NUTRIMENTO: Sustancias químicas de los alimentos que aportan energía o facilitan el funcionamiento de diversos procesos del organismo. DEPOSITO DE LIPIDOS. Los lípidos, ácidos grasos, glicerol se asemejan a los carbohidratos en que puede tener una gran oxidación para producir ATP. Cada gramo de grasa genera 9 calorías. Si el cuerpo no tiene necesidad inmediata de utilizar las grasas, se almacena en el tejido adiposo (depósito de grasa) del cuerpo y el hígado que son los dos lugares más frecuente de: 1. Almacenamiento de grasas. 2. Depósito de Grasas: Almacenamiento de los triglicéridos hasta que se necesiten de alguna otra parte del cuerpo para producir energía. 3. Aunque también desempeña la función de aislamiento y protección del cuerpo contra las variaciones de temperatura. Metabolismo de los lípidos: los lípidos ocupan el 2 lugar como fuente de energía después de los carbohidratos. Los pasos bioquímicas de las grasas incluyen procesos de desintegración y síntesis de ácidos grasos. La mayoría de los ácidos grasos del cuerpo pueden sintetizarse en el hombre y en otros mamíferos en cantidad suficiente a partir de moléculas simples. El sitio principal del cuerpo donde se efectúa el metabolismo de las grasas, desdoblamiento de los componentes de los ácidos grasos es el hígado además hay otros tejidos pero en menor cantidad. Cuando la ingestión de calorías es menor que la energía que el cuerpo necesita se efectúa un descenso en el contenido de lípidos en el cuerpo. Bajo estas circunstancias, los reservorios de glicógeno (el almidón que se encuentra en los tejidos de los animales) del cuerpo, hígado y músculo esquelético se agotan totalmente debido a que las grasas se utilizan en mayor grado para proporcionar al organismo la energía necesaria. Las reservas de glicógeno en el hígado se consumen totalmente en las 12 a 24 horas sigas a la ausencia de fuentes energéticas en la dieta. 4. ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos son grandes moléculas formadas por la repetición de una molécula unidad que es el nucleótido. Pero a su vez, el nucleótido es una molécula compuesta por tres: 1) Una pentosa Ribosa Desoxirribosa 2) Ácido fosfórico 3) Una base nitrogenada, que puede ser una de estas cinco: Adenina Guanina Citosina Timina Uracilo Los ácidos nucleicos están formados por largas cadenas de nucleótidos, enlazados entre sí por el grupo fosfato. Pueden alcanzar tamaños gigantes, siendo las moléculas más grandes que se conocen, constituidas por millones de nucleótidos. Son las moléculas que tienen la información genética de los organismos y son las responsables de su transmisión hereditaria. Existen dos tipos de ácidos nucleicos, ADN y ARN, que se diferencian por el azúcar (pentosa) que llevan: desoxirribosa y ribosa, respectivamente. Además se diferencian por las bases nitrogenadas que contienen, adenina, guanina, citosina y timina, en el ADN; y adenina, guanina, citosina y uracilo en el ARN. Una última diferencia está en la estructura de las cadenas, en el ADN será una cadena doble y en el ARN es una cadena sencilla De acuerdo a la composición química, los ácidos nucleicos se clasifican en ácidos desoxiribonucleicos (ADN) que se encuentran residiendo en el núcleo celular y algunos organelos, y en ácidos ribonucleicos (ARN) que actúan en el citoplasma. Se conoce con considerable detalle la estructura y función de los dos tipos de ácidos. Estructura. El conocimiento de la estructura de los ácidos nucleicos permitió la elucidación del código genético, la determinación del mecanismo y control de la síntesis de las proteínas y el mecanismo de transmisión de la información genética de la célula madre a las células hijas. Los nucleótidos están formados por una base nitrogenada, un grupo fosfato y un azúcar; ribosa en caso de ARN y desoxirribosa en el caso de ADN. Las bases nitrogenadas son las que contienen la información genética y los azúcares y los fosfatos tienen una función estructural formando el esqueleto del polinucleótido. Las bases se unen al carbono 1' del azúcar y el fosfato en el carbón 5' para formar el nucleótido. El ADN está formado por dos cadenas muy largas de polinucleótidos unidas entre sí por puentes de hidrógeno específicos entre las bases de las dos cadenas. La base de una cadena que se une por los puentes de hidrógeno con la base de la otra cadena se dice que forman un par de bases. A se parea con T y G con C (Figura 1.1.1.G.). Las dos cadenas se encuentran arregladas en una estructura helicoidal alrededor de un eje común por lo que recibe el nombre de doble hélice. Las bases se encuentran acomodadas hacia el eje de la doble hélice, mientras que el azúcar y los fosfatos se encuentran orientados hacia el exterior de la molécula. En los cromosomas estas moléculas se arreglan en estructuras más compactas en las que la doble hélice se enrolla sobre sí misma. En el caso de las bacterias, la molécula de ADN de más de un milímetro de longitud se arregla dentro de la bacteria que sólo tiene una longitud de una micra (o sea es una longitud mil veces menor). El ARN es un filamento de una sola cadena, no forma doble hélice. La presencia de un oxígeno en la posición 2' de la ribosa impide que se forme la doble cadena de la manera en que se forma en el ADN. El filamento de ARN se puede enrollar sobre sí mismo mediante la formación de pares de bases en algunas secciones de la molécula. Existen varios tipos de ARN cada uno con función distinta. Los que forman parte de las subunidades de los ribosomas se les denomina ARN ribosomal (rARN), los ARN que tienen la función de transportar los aminoácidos activados, desde el citosol hasta el lugar de síntesis de proteínas en los ribosomas; se les conoce por ARN de transferencia (tARN) y los ARN que son portadores de la información genética y la transportan del genoma (molécula de ADN en el cromosoma) a los ribosomas son llamados ARN mensajero (mARN). El tamaño de las moléculas de ARN es mucho menor que las del ADN. En el caso de E. coli va de menos de 100 nucleótidos en los tARN hasta casi 4000 (4kb) en rARN. Información genética. La estructura de la doble hélice para el ADN fue originalmente propuesta por Watson y Crick (WyC) en 1953, postulando que la secuencia en la cual se encuentran las bases a lo largo de la molécula de ADN es lo que contiene la información genética. No existe ningún impedimento estérico que limite la secuencia de bases, cualquier base puede seguir a cualquier otra. Transmisión.- Con estas bases, WyC propusieron el mecanismo de duplicación del ADN por medio del cual, las dos células hijas provenientes de una división celular contienen copias idénticas del ADN presente en la célula que se dividió. A la duplicación del ADN se le conoce con el nombre de replicación. Durante la replicación, las dos cadenas se van separando y cada una de ellas sirve de patrón para la síntesis de su cadena complementaria. Las bases se van agregando una a una y la selección de cuál base entra en un sitio específico de la cadena en formación, queda determinada por la base en la cadena patrón con la que se va a aparear. Al ARN que se sintetiza en esta forma se le denomina ARN mensajero o mARN. La síntesis del ARN es catalizada por la ARN polimerasa, que al igual que la ADN polimerasa es una enzima patrón-dependiente. El mARN se une, en el citoplasma, a las dos subunidades ribosomales, constituyendo el ribosoma activo, que es la estructura celular responsable de la síntesis de proteínas. Es en este organelo donde el mARN especifica la secuencia en que deben de insertarse los aminoácidos en la síntesis de polipéptidos. Ésta es la forma en que la información contenida en los cromosomas se traduce en la especificación de la estructura primaria de las proteínas. Como ya se mencionó, la estructura primaria determina la estructura tridimensional de la proteína, la que a su vez determina su funcionalidad. Al proceso de copiado de la información genética contenida en el ADN cromosomal durante la síntesis del mARN se le llama transcripción. Al proceso de lectura, en el ribosoma, de la información transportada por mARN, durante la síntesis de proteína, se le conoce como traducción. La porción de ADN que contiene la información para codificar una proteína determinada se le da el nombre de gen y normalmente recibe el mismo nombre de la proteína que codifica, usando casi siempre, una abreviación de tres letras. A la porción de ADN que codifica un conjunto de proteínas que entran en un paso del metabolismo se le llama operón. Por ejemplo; al conjunto de genes que intervienen en la codificación de las proteínas que intervienen en la utilización de lactosa se les llama lac operón. El lenguaje utilizado para describir el proceso de dirección de la síntesis de proteínas por los genes del cromosoma refleja la interpretación de que se trata de un flujo de información. Modificaciones. Al estudio de las bases moleculares de la herencia se le conoce como genética molecular o biología molecular y a las modificaciones artificiales del ADN con el fin de cambiar el mensaje genético que contiene se le conoce como ingeniería genética. ASPECTOS GENERALES DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Los ácidos nucleicos fueron descubiertos por Freidrich Miescher (foto de la izquierda) en 1869. Hay 2 tipos de ácidos nucleicos (AN): el ácido desoxirribonucleico (DNA) y el ácido ribonucleico (RNA), y están presentes en todas las células. Su función biológica no quedó plenamente demostrada hasta que Avery y sus colaboradores demostraron en 1944 que el DNA era la molécula portadora de la información genética. El DNA y el RNA se diferencian porque: El peso molecular del DNA es generalmente mayor que el del RNA El azúcar del RNA es ribosa, y el del DNA es desoxirribosa El RNA contiene la base nitrogenada uracilo, mientras que el DNA presenta timina La configuración espacial del DNA es la de un doble helicoide, mientras que el RNA es un polinucleótido lineal, que ocasionalmente puede presentar apareamientos intracatenarios. ENZIMAS Los enzimas son catalizadores muy potentes y eficaces, químicamente son proteínas. Como catalizadores, los enzimas actúan en pequeña cantidad y se recuperan indefinidamente No llevan a cabo reacciones que sean energéticamente desfavorables, no modifican el sentido de los equilibrios químicos, sino que aceleran su consecución. CATALIZADOR Un catalizador es una sustancia que acelera una reacción química, hasta hacerla instantánea o casi instantánea. Un catalizador acelera la reacción al disminuir la energía de activación. CARACTERÍSTICA DE LAS ENZIMAS Entre las características de las enzimas tenemos las siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Son moléculas estrictamente proteicas Lo sintetizan tanto los seres autótrofos como los heterótrofos. Pueden actuar a nivel intracelular o extracelular. Actúan en el mismo lugar donde se segregan. Son solubles en agua y tienen gran di fusibilidad en los líquidos orgánicos. Según su composición molecular se distinguen en dos tipos. Son activos a concentraciones pequeñas. Son catalizadores orgánicos verdaderos. ACCION ENZIMÁTICA La característica más sobresaliente de los enzimas es su elevada especificidad. Esta es doble y explica que no se formen subproductos: a) Especificidad de sustrato b) Especificidad de acción. La acción enzimática se caracteriza por la formación de un complejo que representa el estado de transición. Algunas enzimas actúan con la ayuda de estructuras no proteicas. En función de su naturaleza se denominan: a) Cofactor. Cuando se trata de iones o moléculas inorgánicas. b) Coenzima. Cuando es una molécula orgánica. Aquí se puede señalar, que muchas vitaminas funcionan como coenzimas; y realmente las deficiencias producidas por la falta de vitaminas responde más bien a que no se puede sintetizar un determinado enzima en el que la vitamina es la coenzima. PROPIEDADES ENZIMATICAS 1. Son catalizadores típicos. 2. Son capaces de acelerar la velocidad de reacción sin ser consumidas en el proceso. 3. Algunas enzimas, como la pepsina y la tripsina que intervienen en la hidrólisis de muchos tipos de proteínas controlan muchas reacciones diferentes. 4. Mientras que otras como la ureasa son muy específicas y solo pueden acelerar una reacción. 5. Otras liberan energía para la concentración cardiaca y la expansión y contracción de los pulmones. 6. Muchas facilitan la conversión de azúcar y alimentos en distintas sustancias que el organismo precisa para la construcción de tejidos. 7. La reposición de células sanguíneas. 8. La liberación de energía química para mover los músculos. EFECTO DE LOS COFACTORES SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA A veces, un enzima requiere para su función la presencia de sustancias no proteicas que colaboran en la catálisis: los cofactores. Los cofactores pueden ser iones inorgánicos como el Fe++, Mg++, Mn++, Zn++ etc. Casi un tercio de los enzimas conocidos requieren cofactores. Cuando el cofactor es una molécula orgánica se llama coenzima. Muchas de estas coenzimas se sintetizan a partir de vitaminas. En la figura inferior podemos observar una molécula de hemoglobina (proteína que transporta oxígeno) y su coenzima (el grupo hemo). Cuando los cofactores y las coenzimas se encuentran unidos covalentemente al enzima se llaman grupos prostéticos. VITAMINAS Las vitaminas son substancias químicas no sintetizables por el organismo, presentes en pequeñas cantidades en los alimentos y que son indispensables para la vida, la salud y la actividad. Las vitaminas no producen energía, por tanto no producen calorías e intervienen como catalizador en las reacciones bioquímicas provocando la liberación de energía. Conociendo la relación entre el aporte de nutrientes y el aporte energético, para asegurar el estado vitamínico correcto, es siempre más seguro privilegiar los alimentos de fuerte densidad nutricional como legumbres, cereales y frutas por sobre los alimentos meramente calóricos. Las vitaminas se dividen en dos grandes grupos: Vitaminas Liposolubles Vitaminas Hidrosolubles Existe un número de actividades cotidianas que interfieren al buen estado nutricional y vitamínico, a los cuales se los debe considerar como contrarios a las vitaminas, y están comprendidas principalmente por el tabaco, el alcohol, el café y el té en exceso, ciertos medicamentos y los problemas de conservación y cocción de los alimentos. Algunas personas cuentan con carencias vitamínicas sistemáticas, y son candidatos a predisponerse a problemas por carencia de atención a falencias alimenticias. A este grupo de riesgo puede considerárselo frecuentemente como víctimas de este tipo de problemas. Existen otros componentes, específicamente ácidos considerados vitaminas que se consideraban pertenecientes al grupo B (hidrosolubles), que aportan nutrientes al organismo. Vitaminas Liposolubles En este grupo entran las vitaminas A, D, E y K. Las mismas son solubles en los cuerpos grasos, son poco alterables, y el organismo puede almacenarlas fácilmente; dado que el organismo puede almacenarlas como reserva y su carencia estaría basada en malos hábitos alimentarios. Vit. Función Fuente A Intervienen en el crecimiento, Hidratación de piel, mucosas pelo, uñas, dientes y huesos. Ayuda a la buena visión. Es un antioxidante natural. D Regula el metabolismo del calcio y también en el metabolismo del fósforo. Hígado, Yema de huevo, Lácteos, Zanahorias, Espinacas, Brócoli, Lechuga, Radiccio, Albaricoques, Damasco, Durazno, Melones, Mamón Hígado, Yema de huevo, Lácteos, Germen de trigo, Luz solar E Antioxidante natural. Estabilización de las membranas celulares. Protege los ácidos grasos. K Coagulación sanguínea. Aceites vegetales, Yema de huevo, Hígado, Panes integrales, Legumbres verdes, Cacahuate, Coco, Vegetales de hojas verdes Harinas de pescado, Hígado de cerdo, Coles, Espinacas Vitaminas Hidrosolubles Están conformadas por las vitaminas B, como también por la C. Dentro de este grupo de vitaminas, las reservas en el organismo no revisten importancia, por lo que la alimentación diaria debe aportar y cubrir diariamente las necesidades vitamínicas. Esto, se debe justamente a que al ser hidrosolubles su almacenamiento es mínimo. La necesidad de vitaminas hidrosolubles debe siempre tener en cuenta el nivel de actividad física del individuo, dado que el ejercicio activa numerosas reacciones metabólicas cuyas vitaminas son las coenzimas. Vitamina B1 B2 B3 B6 ácido fólico B12 C Función Fuente Participa en el funcionamiento del sistema nervioso. Interviene en el metabolismo de glúcidos y el crecimiento y mantenimiento de la piel. Carnes, yema de huevo, levaduras, legumbres secas, cereales integrales, frutas secas. Metabolismo de prótidos y glúcidos Efectúa una actividad oxigenadora y por ello interviene en la respiración celular, la integridad de la piel, mucosas y el sistema ocular por tanto la vista. Metabolismo de prótidos, glúcidos y lípidos Interviene en la circulación sanguínea, el crecimiento, la cadena respiratoria y el sistema nervioso. Metabolismo de proteínas y aminoácidos Formación de glóbulos rojos, células y hormonas. Ayuda al equilibrio del sodio y del potasio. Crecimiento y división celular. Formación de glóbulos rojos Carnes y lácteos, cereales, levaduras y vegetales verdes Carnes, hígado y riñón, lácteos, huevos, en cereales integrales, levadura y legumbres Yema de huevos, las carnes, el hígado, el riñón, los pescados, los lácteos, granos integrales, levaduras y frutas secas Carnes, hígado, verduras verdes oscuras y cereales integrales. Elaboración de células Síntesis de la hemoglobina Sistema nervioso Sintetizada por el organismo. No presente en vegetales. Si aparece en carnes y lácteos. Formación y mantenimiento del colágeno Antioxidante Ayuda a la absorción del hierro No hémico Vegetales verdes, frutas cítricas y papas Tipos de Vitaminas y sus funciones Vitamina A – Retinol Es un alcohol primario que deriva del caroteno. Afecta la formación y mantenimiento de membranas, de la piel, dientes, huesos, visión, y de funciones reproductivas. El cuerpo puede obtener vitamina A de dos maneras: fabricándola a base de caroteno (encontrado en vegetales como: zanahoria, brécol, calabaza, espinacas y col), o la otra alimentándose de animales que se alimenten de estos vegetales, y que ya hayan realizado la transformación. Vitamina B – Betacaroteno Este grupo de vitaminas se reconoce porque son sustancias frágiles solubles al agua. La mayoría de las vitaminas del grupo B son importantes para metabolizar hidratos de carbono. Vitamina B1 – Tiamina Sustancia incolora. Actúa como catalizador de los hidratos de carbono. Lo que hace en este proceso es metabolizar el ácido pirúvico, haciendo que el hidrato de carbono libere su energía. LA tiamina regula también algunas funciones en el sistema nervioso. La tiamina se encuentra, pero en cantidades bajas, en los riñones, hígado y corazón. Vitamina B2 – Riboflavina La riboflavina actúa como enzima. Se combina con proteínas para formar enzimas que participan en el metabolismo de hidratos de carbono, grasas y especialmente en el metabolismo de las proteínas que participan en el transporte de oxígeno. También mantiene las membranas mucosas. Vitamina B3 – Niacina Se conoce también con el nombre de vitamina PP. Funciona como co-enzima que permite liberar energía de los nutrientes. Esta vitamina afecta directamente el sistema nervioso y el estado de ánimo, por lo que se han utilizado sobredosis experimentales en esquizofrénicos (aunque no se ha demostrado eficacia). Una sobredosis es capaz también de reducir los niveles de colesterol. Pero prolongada sobredosis son perjudiciales para el hígado. Vitamina B5 – Acido pantoténico Constituye una enzima clave en el metabolismo basal. Favorece el crecimiento del cabello. Es fabricado por bacterias intestinales, y se encuentra en muchos alimentos. Vitamina B6 – Piridoxina La Piridoxina es necesaria en la absorción y en el metabolismo de aminoácidos. Actúa también en el consumo de grasas del cuerpo y en la producción de glóbulos rojos. La Piridoxina es proporcional a las proteínas consumidas en el cuerpo. Vitamina B8 – Biotina Participa en la formación de ácidos grasos y en la liberación de los hidratos de carbono. Es co-enzima del metabolismo de glúcidos y lípidos. Es sintetizada por bacterias intestinales y se encuentra en muchos alimentos. Vitamina B9 – Acido fólico Co-enzima necesaria para la formación de proteínas estructurales y hemoglobina. Se usa para el tratamiento de la anemia y la psilosis. A diferencia de otras vitaminas también hidrosolubles, la folacina se almacena en el hígado. Vitamina B12 – Cianocobalamina Es necesaria pero en pequeñas cantidades, para la formación de nucleoproteínas, proteína, y glóbulos rojos. La falta de esta vitamina se debe a la incapacidad del estómago para procesar Glucoproteínas (factor necesario para absorber la vitamina B12). Esta vitamina se obtiene sólo del hígado, riñones, carne, etc. por lo que a los vegetarianos se les aconseja tomar suplementos vitamínicos B12. Vitamina C – Acido ascórbico Esta vitamina es importante en la formación de colágeno ya que sostiene muchas estructuras corporales y tiene un papel muy importante en la formación de huesos y dientes; además de favorecer la absorción de hierro. La ausencia de Ácido ascórbico puede derivar en escorbuto, enfermedad que consiste en la caída de dientes, debilitamiento de huesos, y aparición de hemorragias. Todavía no está completamente probado que la vitamina C ayuda a prevenir resfríos; pero sí está probado que, aunque el exceso se elimina rápidamente por la orina, el excesivo consumo puede provocar cálculos a los riñones y la vejiga. Vitamina D – Calciferol Tiene una importante función en la formación y manutención de huesos y diente. Se puede obtener de alimentos como huevo, hígado, atún, leche; o puede ser fabricado por el cuerpo cuando los esteroides se desplazan a la piel y reciben luz solar. Su excesivo consumo puede ocasionar daños al riñón, y pérdida del apetito. Vitamina E – Alfatocoferol La vitamina E posee la función de ayudar a la formación de glóbulos rojos, músculos, y otros tejidos previniendo de la oxidación de la vitamina A y las grasas. Vitamina K – Fitomenadiona Es necesaria para la coagulación de la sangre. Es necesaria porque produce una enzima llamada protrombina; la que interfiere en la producción de fibrina; que es la que finalmente interfiere en la coagulación. Normalmente se obtiene de la alimentación y de la cantidad segregada por las bacterias intestinales. HORMONAS Las hormonas son sustancias químicas señalizadoras, sintetizadas por células especializadas en glándulas endocrinas, antes de ser liberadas al torrente sanguíneo y posteriormente la sangre las transporta hacia los órganos efectores donde ejercerán efectos biológicos y fisiológicos específicos. Cada hormona es el centro de un sistema de regulación hormonal muy complejo y se sintetizan a partir de precursores y, frecuentemente, se almacenan en células glandulares especializadas algunas son transportadas en asociación con proteínas plasmáticas o transportadores hormonales a las que se unen en forma reversible. SISTEMA DE REGULACIÓN HORMONAL En los tejidos blancos se encuentran las células efectoras que reciben la señal hormonal, estas células poseen receptores hormonales (macromoléculas capaces de unir sustancias biológicamente activas produciendo, como resultado de esta interacción, una respuesta fisiológica) que unirán las hormonas. La unión de la hormona pasa la información a la célula y desencadena una respuesta. Existen dos formas diferentes mediante las que un mensaje puede ser transmitido de una hormona a la célula efectora. Las hormonas lipófilicas entran a la célula y ejercen su efecto, en la mayoría de los casos, sobre el núcleo, mientras que las hormonas hidrofílicas actúan en la membrana celular. Las hormonas lipofílicas, que incluyen a los esteroides, tiroxina y retinoides, cruzan la membrana plasmática y se unen a receptores específicos dentro de la célula efectora. Las hormonas hidrofílicas, que involucran a hormonas derivadas de aminoácidos, peptídicas y proteohormonas, se unen a receptores específicos en el exterior de la membrana celular. Esto dispara la síntesis de los llamados segundos mensajeros dentro de la célula que son los que llevarán a cabo la respuesta celular a la acción hormonal. Además de las hormonas clásicas o a larga distancia, existen hormonas tisulares (parahormonas) que solo actúan en las inmediaciones de las células glandulares que las producen. Llegan a su célula efectora por difusión a través del espacio extracelular, antes que por transporte en la sangre. Estas hormonas son abundantes en el tracto digestivo, donde regulan procesos digestivos Las hormonas transfieren señales moviéndose de su sitio de síntesis a su sitio de acción, generalmente se transportan en la sangre, en este caso se dice que poseen un efecto endocrino, por ejemplo la insulina. Por el contrario, las hormonas tisulares, cuyas células efectoras están inmediatamente adyacentes a las células glandulares que las producen, poseen un efecto paracrino, por ejemplo las hormonas del tracto gastrointestinal. Cuando las moléculas señalizantes ejercen su efecto en la misma célula que las produjo, se dice que poseen un efecto autocrino, por ejemplo las prostaglandinas. La insulina, formada en las células B pancreáticas, posee tantos efectos endocrinos y paracrinos y muchas hormonas presentan efectos duales como estos. En la regulación del metabolismo de la glucosa y de los lípidos, la insulina actúa como una hormona endocrina, mientras que emplea un mecanismo paracrino para inhibir la formación y liberación de glucagón por las células A vecinas en los islotes pancreáticos. CLASIFICACIÓN DE LAS HORMONAS Existen muchas hormonas y sustancias similares a hormonas y desde el punto de vista de la bioquímica, estas hormonas se clasifican en lipofílicas e hidrofílicas, debido a que refleja las diferencias entre sus mecanismos de acción. Las hormonas lipofílicas son relativamente pequeñas se disuelven pobremente en medio acuoso y no se acumulan en las células glandulares, por el contrario, se liberan directamente luego de su biosíntesis (una excepción es la tiroxina). Durante su transporte en la sangre, están unidas a proteínas plasmáticas específicas o transportadores hormonales, todas las hormonas lipofílicas comparten un modo de acción común, se unen a receptores intracelulares y, por lo tanto, afectan la transcripción, siendo estas: progesterona, estradiol, testosterona, cortisol, aldosterona, calcitriol, iodotironinas. Las hormonas hidrofílicas y las sustancias similares derivan de aminoácidos, o son péptidos o proteínas compuestas por aminoácidos. Usualmente se acumulan en cantidades significantes en las células glandulares y se liberan de una manera controlada. La mayoría no requiere de transportadores en sangre (excepto oxitocina, vasopresina, somatomedinas y calcitonina). Las hormonas hidrofílicas ejercen sus efectos uniéndose a receptores en la membrana celular. LA CELULA ENUNCIADOS DE LA TEORÍA CELULAR a) Todo organismo vivo se compone de una o más células b) La célula es la unidad básica y funcional de todo organismo c) Todas las células nacen de células preexistentes. DESCUBRIMIENTOS DE LA HISTORIA DE LA BIOLOGIA Se les dio más importancia a Matías Scheleiden, Teodor Schwann, Rodolf Virchaw porque relacionaron todos lo descubrimientos anteriores y los ampliaron con sus propias observaciones en tejidos vegetales y animales, respectivamente, lo que llevó a elaborar la teoría celular. UNIDAD DE MEDIDAS DE LAS CÉLULAS Su tamaño varía y requieren de unidades muy pequeñas y estructuras internas. La unidad básica lineal en el sistema métrico es el metro. El milímetro (mm) es un milésimo 1/1000 de metro. La unidad mas conveniente es el micrómetro m que recibe el nombre no es estándar de micra. Este equivale 1/1000000 de metro o 1/1000 de milímetro que es imperaptible. El micrómetro con el milímetro es la misma que esta última con el m (1/1000). Por ello el micrómetro es demasiado grande para ciertas estructuras subcelulares. Por lo que se usa el manómetro (nm) que equivale 1/1000000000 de m o 1/1000 de micrómetro. Por lo tanto un milímetro es un milésimo de metro, un micrómetro es un milésimo de milímetro y un manómetro es un milésimo de micrómetro. FORMAS Y TAMAÑOS DE LAS CELULAS Las células varían notablemente en cuanto a su forma, la que de una manera se las distribuye en CÉLULA DE FORMA VARIABLE O REGULAR.- Son células que constantemente cambian de forma, según se cumplan sus diversos estados fisiológicos. Ejm. Los leucocitos en la sangre son esféricos y en los tejidos toman diversas formas. CÉLULAS DE FORMA ESTABLE, REGULAR O TÍPICA.- La forma estable que forman las células en los organismos multicelulares se debe a la forma en que se han adaptado para cumplir ciertas funciones en determinados tejidos u órganos. Son los siguientes: Isodiamétricas: Son las que tienen sus dimensiones casi iguales. Pueden ser: Esféricas: Como óvulos y los cocos (bacterias), glóbulos blancos Cubical: Como las células del hígado. Ovoide: Como el espermatozoide. Aplanadas: sus dimensiones son mayores que su grosor generalmente forman tejidos de revestimiento Discoidal: Como glóbulo rojo Poliédrica: Como células epiteliales Estrellados: Como las neuronas. Alargado: En las cuales un eje es mayor que los otros dos. Estas células forman parte de ciertas mucosas que tapizan el tubo digestivo. Prismáticas: Células glandulares Fusiformes: Células musculares lisas. Tubulares: Vasos liberianos Cilíndricas: Células del tejido Muscular: esquelético o estriado TAMAÑO DE LAS CELULAS El porque del diferente tamaño de las células, es un interrogante en el cual a repuesta radica en la necesidad que tienen las células de intercambiar nutrimentos y desechos con su entorno exterior a través de la membrana plasmática. Al aumentar el tamaño de una célula aproximadamente esférica, sus regiones más interiores se quedan cada vez más lejos de la membrana. La difusión es un proceso muy lento, por ejemplo en una célula de 20cm de diámetro las moléculas de oxígeno tardarían más de 200 días en difundirse hasta el centro de la célula. Además, conforme crece la célula, su volumen aumenta con mayor rapidez que su área superficie. Por ejemplo una célula cuyo radio aumenta al doble tiene un volumen 8 veces mayor pero un área superficie solo 4 veces mayor. RELACIÓN ENTRE SUPERFICIE Y VOLUMEN El volumen de núcleo es siempre muy reducido. Su relación con el del citoplasma varía en las diferentes células, pero, es constante en las células del mismo tejido que se encuentran en igual estado de equilibrio. En general varía entre 1/20 y 1/100 del volumen del citoplasma PARTES CONSTITUYENTES DE LA CÉLULA PROTOPLASMA: Es la fuente originaria de todas las manifestaciones del fenómeno de la vida y está constituido por: Citoplasma o citosoma.- Esta porción de protoplasma celular que rodea al núcleo en la que está sumergido. Diferenciaciones citoplasmáticas Son porciones diferenciadas del citoplasma destinadas al cumplimiento de una función determinadas son permanentes. Pueden existir en todas las células o sólo en las de determinados tejidos. Algunas diferenciaciones son internas o endoplasmitas. Otras aparecen en el exterior de la célula y se dicen externas o exoplásmicas ENDOPLÁSMICAS.- Utrículo primordial, centro celular, aparato reticular de Golgi, condriosoma, plásticos, mionemas, miofibrillas, neurofibrillas, vacuolas. EXOPLÁSMICAS.- Seudópodos, cílios, flagelos, blefaroplástos, membrana ondulante, orgánulos. CARIOPLASMA.- Se caracteriza por contener proteínas conjugada llamada cromatina, el carioplasma se encuentra a veces en suspensión en el citoplasma bajo forma de corpúsculo o gránulos irregulares. Pero en el caso mas general el carioplasma constituye un corpúsculo definido limitado y bien aparente al que se denomina núcleo. SECRECIONES PROTOPLÁSMICAS Son secreciones transitorias y constituidas por sustancias que proceden del extremo medio externo o son producto de elaboración de la célula y representan material de reserva o de eliminación. Constituido por: Inclusiones citoplasmáticas o Internas.- son granulaciones que se encuentran en el interior del citoplasma; pero por ser producto de metabolismo celular tiene un carácter transitorio. En general son sustancias de secreción, excreción o de reserva. Estas pueden ser: a) Paraplasma o Hialoplasma: es la porción más fluida del citoplasma celular comprendida entre las mallas de la red espongioplasma sustancia interfibrilla de Fleming o hialoplasma. b) Deutoplasma o vitelo: material nutricio de reserva en el óvulo c) Espongioplasma: red de fibrilla que forma el retículo celular en oposición al hialoplasma. Membrana celular: es la encargada de envolver a la célula CITOPLASMA Y CITOSOL El citoplasma es el contenido celular localizado entre la membrana y el núcleo, el citosol es la porción semifluida del citoplasma. Compuesto por nutrientes, iones, proteínas solubles y otras pequeñas moléculas que participan en las diferentes fases del metabolismo celular. También los orgánulos y las inclusiones están en suspensión en el citosol. Además existe la matriz citoplasmática. En la cual todos los organelos y sistemas de membrana están suspendidos, la matriz citoplasmática se encuentra en constante movimiento a lo que se conoce como ciclosis. MICROSOMAS CITOPLASMÁTICA En el agua de la célula que forma una fase coloide citoplasmático se encuentran suspendidas granulaciones llamadas microsomas cuyo tamaño oscila entre 0.05 y 0.2 , constituyendo la segunda fase del coloide. Están en consecuencia, activadas por los movimientos brownianos y constituyendo la matriz citoplasmática. Como son partículas hidrófilas pueden hacer variar al coloide de sol a gel y viceversa. Están compuestas de partículas de hidratos de carbono, especialmente de glucógeno, de grasas unidas a proteínas o proteínas solas. Tienen forma punteadas, alargadas o redondeadas. Los microsomas son de forma granular o filamentosa Zonas de Citoplasma Endoplasma y ectoplasma En el citoplasma se distinguen dos zonas que difieren en su aspecto: una delgada zona periférica hialina y aparentemente homogénea, el ectoplasma; y una zona central más o menos granulosa el endoplasma. Endoplásmica: retículo primordial, centro celular, aparato reticular de Golgi, condriosoma, plástico, mionemas, miofibrillas, neurofibrillas, vacuolas. Exoplásmica: seudópodos, cilios, flagelos, blifaroplastos, membrana ondulante, orgánulos PROPIEDADES DEL PROTOPLASMA: Propiedades Físicas: Aspecto: a simple vista se muestra homogéneo. Color: el citoplasma es generalmente incoloro. Puede presentar una coloración más o menos intensa, debido a la presencia de sustancias coloreadas disueltas en el o en suspensión Transparencia: es transparente, traslúcido y a veces más o menos opalescente. Refrigerencia: el citoplasma tiene una refrigerancia superior a la del agua; es menos refrigerente que los aceites. Densidad: el citoplasma tiene una densidad ligeramente superior a la del agua Difusibilidad: suspendido en agua, la absorbe aumentando su volumen, pero, a la manera de los coloides, se difunde en ella con gran lentitud. Coagulación: por acción del calor a más 60- 80º, coagula en una masa sólida de consistencia blanda. Elasticidad: el citoplasma puede absorber agua aumentando de volumen o perderla, sufriendo una contracción más o menos grandes. Consistencia y viscosidad: es más o menos viscoso. Su viscosidad depende no solamente de l cantidad d agua, sino también de la temperatura. Coherencia: como consecuencia de su viscosidad, el citoplasma revela una cohesión a veces considerable. Propiedades químicas: Irritabilidad: responde a un estímulo y desaparece con la muerte celular Conductibilidad: transmite una onda de excitación portada la célula, desde el punto en que es estimulada. Contractilidad: cambia de forma por lo general en sentido de acortamiento cuando esta es estimulada. Respiración: es el fenómeno por el que sustancias nutritivas y el oxígeno del interior de las células se oxida y produce energía, bióxido de carbono y agua Absorción: es la inhibición de ciertas sustancias disueltas, que serán asimiladas por las células y que posteriormente serán utilizadas. Secreción y excreción: es cuando la célula puede exteriorizar los diversos materiales. Si el material que la célula exterioriza es un producto útil como una enzima digestiva o una hormona, se denomina al fenómeno de secreción, pero se exterioriza se denominará excreción. Crecimiento y reproducción: las células tienen una dimensión de 550micras; si tiene lugar un crecimiento mayor de tejido, se necesita un incremento del número de células; ello lleva a la división celular. COMPONENTES DE LA CELULA Las células son estructuras altamente organizadas en su interior, constituidas por diferentes orgánulos implicados, cada uno de ellos en diferentes funciones. Sin embargo, todas las células eucariotas, que son las de todos los seres vivos con la excepción de las bacterias cuyas células son mucho más sencillas, comparten un plan general de organización: 1. Una membrana que determina su individualidad 2. Un núcleo que contiene el material genético y ejerce el control de la célula 3. Un citoplasma Lleno de orgánulos, dónde se ejecutan prácticamente todas las funciones. 1. MEMBRANA PLASMÁTICA La célula está rodeada por una membrana, denominada "membrana plasmática", ésta delimita el territorio de la célula y controla el contenido químico de la célula. La membrana plasmática representa el límite entre el medio extracelular y el intracelular. Es de gran importancia para los organismos, ya que a su través se transmiten mensajes que permiten a las células realizar numerosas funciones. Es tan fina que no se puede observar con el microscopio óptico, siendo sólo visible con el microscopio electrónico. Presenta las siguientes características: 1. Es una estructura continua que rodea a la célula. Por un lado está en contacto con el citoplasma (medio interno) y, por el otro, con el medio extracelular que representa el medio externo. 2. Contiene receptores específicos que permiten a la célula interaccionar con mensajeros químicos y emitir la respuesta adecuada. COMPOSICIÓN QUÍMICA En la composición química de la membrana entran a formar parte lípidos, proteínas y glúcidos en proporciones aproximadas de 40%, 50% y 10%, respectivamente. 1.- LÍPIDOS: En la membrana de la célula eucariota encontramos tres tipos de lípidos: fosfolípidos, glucolípidos y colesterol. Todos tienen carácter anfipático ; es decir que tienen un doble comportamiento, parte de la molécula es hidrófila y parte de la molécula es hidrófoba por lo que cuando se encuentran en un medio acuoso se orientan formando una bicapa lipídica La membrana plasmática no es una estructura estática, sus componentes tienen posibilidades de movimiento, lo que le proporciona una cierta fluidez. Los movimientos que pueden realizar los lípidos son: a) de rotación: es como si girara la molécula en torno a su eje. Es muy frecuente y el responsable en parte de los otros movimientos. b) de difusión lateral: las moléculas se difunden de manera lateral dentro de la misma capa. Es el movimiento más frecuente. flip-flop: es el movimiento de la molécula lipídica de una monocapa a la otra gracias a unas enzimas llamadas flipasas. Es el movimiento menos frecuente, por ser energéticamente más desfavorable. d) de flexión: son los movimientos producidos por las colas hidrófobas de los fosfolípidos. La fluidez es una de las características más importantes de las membranas. Depende de factores como: o La temperatura, la fluidez aumenta al aumentar la temperatura. o La naturaleza de los lípidos, la presencia de lípidos insaturados y de cadena corta favorecen el aumento de fluidez; la presencia de colesterol endurece las membranas, reduciendo su fluidez y permeabilidad. 2.- PROTEINAS Son los componentes de la membrana que desempeñan las funciones específicas (transporte, comunicación, etc). c) Al igual que en el caso de los lípidos , las proteínas pueden girar alrededor de s u eje y muchas de ellas pueden desplazarse lateralmente (difusión lateral) por la membrana. Las proteínas de membrana se clasifican en: Proteinas integrales: Están unidas a los lípidos íntimamente, suelen atravesar la bicapa lípidica una o varias veces, por esta razón se les llama proteinas de transmembrana. b) Proteinas periféricas: Se localizan a un lado u otro de la bicapa lipídica y están unidas débilmente a las cabezas polares de los lípidos de la membrana u a otras proteínas integrales por enlaces de hidrógeno. 3.-GLÚCIDOS Se sitúan en la superficie externa de las células eucariotas por lo que contribuyen a la asimetría de la membrana. Estos glúcidos son oligosacáridos unidos a los lípidos (glucolípidos), o a las proteínas (glucoproteinas). Esta cubierta de glúcidos representan el carne de identidad de las células, constituyen la cubierta celular o glucocálix, a la que se atribuyen funciones fundamentales: a) Protege la superficie de las células de posibles lesiones b) Confiere viscosidad a las superficies celulares, permitiendo el deslizamiento de células en movimiento, como , por ejemplo, las sanguíneas c) Presenta propiedades inmunitarias, por ejemplo los glúcidos del glucocálix de los glóbulos rojos representan los antígenos propios de los grupos sanguíneos del grupo sanguíneo ABO. d) Interviene en los fenómenos de reconocimiento celular, particularmente importantes durante el desarrollo embrionario. e) En los procesos de adhesión entre óvulo y espermatozoide. a) Estructura: Modelo del Mosaico Fluido Con los datos ofrecidos por la microscopía electrónica y los análisis bioquímicos se han elaborado varios modelos de membrana. En la actualidad el modelo más aceptado es el propuesto por Singer y Nicholson (1972), denominado modelo del mosaico fluido, que presenta las siguientes características: a) Considera que la membrana es como un mosaico fluido en el que la bicapa lipídica es la red cemetantey las proteínas embebidas en ella, interaccionando unas con otras y con los lípidos. Tanto las proteínas como los lípidos pueden desplazarse lateralmente. b) Los lípidos y las proteínas integrales se hallan dispuestos en mosaico. c) Las membranas son estructuras asimétricas en cuanto a la distribución fundamentalmente de los glúcidos, que sólo se encuentran en la cara externa. Las funciones de la membrana podrían resumirse en: 1. TRANSPORTE El intercambio de materia entre el interior de la célula y su ambiente externo. 2. RECONOCIMIENTO Y COMUNICACIÓN Gracias a moléculas situadas en la parte externa de la membrana, que actúan como receptoras de sustancias. ORGANELOS DE LA CÉLULA EUCARIÓTICA Organelos Citoplasmáticos: Son estructuras altamente organizadas de forma y función específica en el mantenimiento y reproducción de la célula. ORGANELOS MEMBRANOSOS: 1. Membrana celular 2. Mitocondria 3. R Retículo endoplasmático liso (R.E.L) 4. Retículo endoplasmatico rugoso (R.E.R) 5. Aparato de golgi 6. Vesículas Secretoras 7. Lisosomas 8. Vesículas Recubiertas 9. Endosomas 10. Perioxisomas 11. Vacuolas 12. Cloroplastos 13. Núcleo ORGANELOS NO MEMBRANOSOS: 1. 2. 3. 4. 5. Microtúbulos Centríolos Cilios y flagelos Filamento Citoesqueleto RETÍCULO ENDOPLÁSMICO El retículo endoplasmatico es un sistema de membranas internas que transportan y almacena materiales dentro de la célula y que divide al citoplasma en un compartimiento interconectado. Mide de una décima a cinco centésimas de micra. Retículo Endoplasmático Rugoso o Granular: También es llamado ergatoplasma o sustancia basófila. Ergatoplasma nombre dado por considerarse como asunto activo de transformaciones químicas, particularmente de síntesis de proteínas y sustancia basófila por ser fácil de teñir con sustancias básicas. Ultraestructura: Presenta una imagen de bolsas aplanadas (cisternas) y túbulos membranosos interconectados, sus membranas están cubiertas en su superficie externa pro ribosomas y polisomas. Tiene una estrecha relación con la envoltura nuclear y el Aparato de Golgi. Posee una finísima membrana proteica que constituye túbulos, es bastante semejante en composición química, ultraestructura y dimensiones a la membrana plasmática, pero presentan asociadas una gran cantidad de enzimas para sus funciones específicas LUMEN: luz de la red de cisternas de R.E.R, flujo luminosos; es un espacio que hay en el interior de la red membranosa o de la vesícula que corresponden al 10% del volumen Funciones: Se le asigna la función de sintetizar la membrana nuclear y posiblemente interviene en la formación de otras membranas: Síntesis de proteínas: esta función es llevada a cabo en ribosomas adosados a sus membranas. Las proteínas formadas entran a los sacos membranosos, y siguen circulando por el sistema vascular citoplasmático. Las proteínas que se produce en el R.E.R son: 1. Enzimas hidrolíticas: que van a formar parte de los lisosomas que más adelante serán armados en el Aparato de Golgi. 2. Proteínas transmembrana: que tienden a quedarse directamente en la propia membrana del R.E.R 3. Proteínas solubles en agua: que atraviesan la membrana y son vertidas en el lumen (luz de la red de cisternas del R.E.R) El R.E.R está muy desarrollado en aquellas células con gran actividad secretora de proteínas, como los plasmocitos que fabrican enzimas, las células hepáticas que producen células plasmáticas, etc. RIBOSOMAS: Cada ribosoma está constituido por 2 subunidades una mayor y la otra menor. El tamaño de las unidades se establece en general por la función de la velocidad con la cual se sedimenta en un campo centrífugo, la unidad que expresa esa velocidad es el Sverbderg, y depende en no solo del tamaño de la partícula sino también de su forma y densidad, del medio en el que esta suspendida. Tiene una forma elipsoide suavemente alargada, el número de ribosoma de cada célula es de 100 (cifra no estable). Recibe su nombre por su contenido de ácido ribonucleico: a) Ribosomas libres.- sintetizan proteínas que se encuentran dentro de la célula, ya que se encuentran dentro de la célula, ya que se encuentran flotando libremente en el citoplasma. b) Ribosomas fijos.- a membrana, sintetizan proteínas destinada a insertarse en la membrana plasmática o para exportación. Codificación de Ribosomas en las Células: Procariota: ribosoma 70S (50S y 30S) Eucariota: ribosoma 80S (60S y 40S) Retículo Endoplasmático liso o agranular: Ultraestructura: Se presenta como una serie de sacos o bolsas aplanadas y túbulos membranoso, cuya localización y extensión es variable y depende de la actividad metabólica particular de la célula. Al microscopio electrónico se observa que cada bolsa o túbulo está constituido por una unidad de membrana que limita una cavidad, esta puede ser prácticamente virtual o mostrarse ocupada por material que está circulando por el retículo. La membrana que constituye sacos y túbulos es bastante semejante en composición química, ultraestructura y dimensiones a la membrana plasmática, pero presenta asociadas una gran cantidad de enzimas para sus funciones específicas. Funciones: a) Circulación intracelular de sustancias que no se liberan al hialoplasma b) Síntesis de lípidos: esteroides, fosfolípidos, triglicéridos. c) Detoxificación de ciertas drogas, es decir, anulación de sus efectos farmacológicos por modificaciones en su estructura química. Por ejemplo, la administración de barbitúricos hace que se desarrolle el R.E.L de los hepatocitos encargados de desdoblar esos fármacos. d) En las células musculares estriadas recibe en nombre de retículo sarcoplásmico y presenta una disposición muy particular, ligada con la coordinación de la contra acción de fibras musculares e) Por ello suele ser escaso en la mayoría de las células pero muy abundante en aquellas muy especializadas. El metabolismo de lípidos y hepatocitos. Además en las células con gran capacidad contráctil (como en el músculo) en R.E.L en el almacenamiento y liberación de iones de calcio que actúan el metabolismo contráctil. APARATO DE GOLGI El aparto de Golgi clasifica, altera químicamente y empaca moléculas importantes en sacos membranosos que luego serán dirigidos a diferentes partes de la célula Fue descubierto por el científico italiano Camilo Golgi en 1898 en las células nerviosas, mediante la impregnación de plata en la lechuza. Ultraestructura: La unidad básica del organelo es el sáculo, que consiste en una vesícula o cisterna planada, cuando una serie de sáculos se apilan y forma un dictiosoma. Además pueden observarse toda una serie de vesículas más o menos esféricas a ambos lados entre los sáculos. El conjunto de todos los dictiosomas y vesículas constituye el Aparato de Golgi. El dictiosoma se encuentra en intima relación con el retículo endoplasmatico lo que permite diferenciar dos caras: a) Cara Cis: está estrechamente asociada en porción de transición del R.E.R. lo que hace que las proteínas penetren por esta parte del dictiosoma; con finas, parecidas al retículo endoplasmatico. Su significado viene del latín Cis “a un lado”. Es la cara de entrada. b) Cara Trans: Se encuentra en las células secretoras debidamente asociadas a la cara trans del dictiosoma y a la vesícula en la cara de última cisterna. Es de salida de las proteínas. Son gruesas parecidas a la membrana plasmática. c) Sáculo: O sacos membranosos, consiste en una vesícula o cisterna aplanada. Las cisternas del aparato de Golgi están muy próximas entre sí mientras que las del retículo endoplasmatico están separadas; las del aparato de Golgi ocupan un espacio discreto en el citoplasma y las del retículo endoplasmatico son más complejo en el citoplasma. Cuando una serie de sáculos se apilan forman un dictiosoma. El dictiosoma se encuentra en íntima relación con retículo endoplásmico. Por lo tanto el dictiosoma es la fragmentación de porciones aplanadas que se producen normalmente durante la mitosis, lo que contiene y a su reparto aproximadamente hay una distribución equitativa entre sus células hijas. Su forma y desarrollo varia considerablemente de una célula a otra y dentro de una misma célula con su estado funcional, cada dictiosoma está formado por cuatro a ocho sáculos excepto en algas que pueden contener hasta 20 sáculos. Vesículas: Las vesículas se funden en la cara Cis del aparato de Golgi, añadiéndole su membrana y vaciando su contenido en las bolsas de Golgi, las cuales se denominaran vesículas de transición. En el aparato de Golgi se distingue una clasificación, alteración química y empaquetamiento de moléculas importantes lo cual a formar las vesículas intermedias, estas vesículas se estrangulan y separan del aparato de Golgi en la cara Trans denominándose vesículas de secreción. -Lumen: Debido a que es una extensión del R.E.R su estructura es muy similar. Funciones del Aparato de Golgi Secretora: la principal función del aparato de Golgi es la secreción de proteínas producidas en los polisosomas del retículo endoplasmatico rugoso, las cuales se incorporan en la cara Cis procedentes de las vesículas de transición. A continuación migran a la cara Trans. Cara Cis su función es seleccionar y procesar las proteínas que llegan a esas cisternas procedentes del retículo endoplasmatico. Algunas enzimas que contienen enzimas hidrolíticas se transforman en lisosomas. Cara Trans.- Recibe las proteínas refinadas y las distribuye a través de las vesículas y sus sitios específicos por toda la célula. Formadora: Formación del acrosoma: Durante la maduración de las espermátidas a espermatozoides, varias vesículas del aparato de Golgi se fusionan dando una vesícula mayor, que se va extendiendo y formando un casquete alrededor del polo anterior del núcleo. Es Casquete se denomina acrosoma y contiene diversas enzimas hidrolíticas que facilitarán la aproximación al óvulo. Formación del fragmoplasto: En la división de células vegetales los dictiosomas se agrupan alrededor de microtúbulos en la zona ecuatorial de la célula y constituyen el fragmoplasto, este se transforma luego en la placa celular, la cual establece la división entre las dos células hijas. Transporte o circulación macromolecular en el interior de la célula Muchos tipos de células diferentes pasan a través de alguna porción del complejo de Golgi entre ellos glucoproteínas (conjugación entre proteínas e hidratos de carbonos) y proteoglucanos, glucolípidos, glucoproteínas de la membrana plasmática, proteínas de los lisosomas, material de la pared celular, maduración de proteínas provenientes del retículo; intervienen en los procesos de secreción, almacenamiento, transporte y transferencia de gluproteínas. LISOSOMAS Fue descubierto por De Duve en las células hepáticas de la rata en 1955. Son organelos esféricos u ovalados cuando no son activados. Se encuentran envueltos por una membrana mide de 0,2 a 0,5 – 0,8 m dependiendo donde se encuentra. Cuando se activa toma forma de vesícula su palabra viene de lisis rotura del soma o cuerpo. Contiene poderosas enzimas hidrolíticas, por lo tanto se las conoce como bolsas suicidas porque si se rompiera su membrana las enzimas encerradas en su interior terminarían por destruir a todas las células. Enzimas hidrolíticas: Actualmente se conocen unas cuarenta enzimas lisosómicas. Todos ellos son enzimas hidrolíticas, como proteasas, nucleasas, glucosidasas, lipasas, fosfolipasas, fosfatasas y sulfatasas. Además todas son hidrolasas ácidas con una actividad óptima cerca del pH cinco, el pH que se mantiene dentro de este orgánulo. Las más importantes de estas enzimas son las fosfatasas ácidas. Hidromazas lisosómicas: Son utilizadas para degradar cualquier exógeno o constituyentes pueden haber sido inmediato. Eliminar cualquier constituyente como macromoléculas u organelos que ya no sean útiles en las células. Los lisosomas mantienen su enzimas fuera del contacto del citosol cuyo pH es de 7,2 de esta forma se asegura su actividad, pero al mismo tiempo se protege al propio citosol en caso de que se produjera algún escape de enzimas hacia fuera. Lisosoma primario o Protolisosomas: Se desprenden del aparato de Golgi de la superficie trans o de la maduración de las vesículas. Los lisosomas primarios son organelos recién formados limitados por una sola membrana y que varían notablemente de tamaño, su apariencia es homogénea, pero el contenido de los lisosomas es muy variable básicamente. El lisosoma primario es una partícula virgen en la cual sus enzimas digestivas aún no han tomado parte en la hidrólisis. Lisosomas secundarios: En los lisosomas secundarios se distinguen dos grupos que son vacuolas heterofágicas o heterolisosomas o fagolisosomas y vacuolas autofágicas también denominadas autolisosomas. Las vacuolas heterofágicas se forman por la fusión de los lisosomas primarios con vacuolas citoplasmáticas que contienen sustancias extracelulares llevadas a la células por alguno de los varios procesos de la endocitosis después de la fusión de las hidrolasas del lisosoma primario son liberadas por la vacuola (llamado fagosomas) . Las vacuolas autofágicas contienen partículas aisladas del propio citoplasma de la célula incluyendo mitocondrias y fragmentos del R.E.R y R.E.L. La formación de vacuolas autofágicas y heterofágicas va seguida de la digestión enzimática de su contenido. Cuerpos residuales: Las sustancias endocitadas y partes de organelos autofagocitados que no son digeridos dentro de los lisosomas secundarios y son transferidos al citoplasma donde son retenidos por lo común temporalmente dentro de las vacuolas como residuo los lisosomas que contienen muchos residuos se conocen como cuerpos residuales (telolisosomas o cuerpos densos). Los residuos no digeridos suelen tomar la forma de verticilos de membrana, granos, masas amorfas, partículas semejantes a ferritinas o de figuras de mielina. Heterofágia: Los materiales extracelulares que entran a la célula por endocitosis son encerrados dentro de vacuolas llamadas fagosomas. Estos materiales pueden mas tarde ser expulsado de la célula sin sufrir alteración alguna por exocitosis o bien los fagosomas pueden fusionarse con uno o más lisosomas primarios que vacían sus hidrolasas digestivas en partículas recién formadas llamadas lisosomas secundarios. La digestión lisosomal del material endocitado se conoce como heterofágia. Funciones de los lisosomas: 1. Nutrición vía una función digestiva en protozoarios y muchas células de metazoarios. 2. Nutrición vía autofágica células durante condiciones ambientales desfavorables. 3. Lisis de organelos durante la diferenciación celular y metamorfosis. 4. Eliminación de partes celulares desgastadas y proteínas desnaturalizadas. 5. Defensa contra la invasión de bacterias y virus mediante los macrófagos de la circulación. 6. Destrucción de eritrocitos envejecidos y de células muertas. 7. Disolución de coágulos y trombos. 8. Queratinización de la piel. 9. Secreción de hidrolasas por los espermatozoides para la penetración de estos durante el proceso de fecundación. 10. Digestión del vitelo durante el desarrollo embrionario. 11. Reabsorción del hueso. 12. Reabsorción en el riñón y vejiga urinaria. MITOCONDRIA Las mitocondrias fueron observadas y aisladas por primera vez a partir de células hace casi 130 años cuando Kôllicker disgregó mecánicamente, estos organelos del tejido del músculo estriado de insectos y estudió su comportamiento osmótico en varias soluciones salinas. Kôllicker concluyó que esos gránulos eran estructuras independientes asociadas en forma directa a la estructura interior de la célula. En 1890 Altmann identificó grupos específicos de esos gránulos a los que llamó bioblastos este término fue después reemplazado cuando Benda introdujo el término mitocondria (del griego mito=filamento, chondrio=gránulo) debido a la apariencia filamentosa de estos gránulos. En conclusión fueron descritas por Altmann 1890, pero habían sido observadas por Flemming y Kôllicker. Las mitocondrias son los sitios de la respiración celular aeróbica, proceso que incluye casi todas las reacciones que convierte energía química de determinados alimentos en ATP. A las mitocondrias se las conocen también con el nombre de condrioma por ser un orgánulo múltiple formado por estructuras bacilares, condriocontos o granulares. Los elementos que forman el condrioma recibe el nombre general de condriosoma. Las mitocondrias son organelos de forma ovoidal que miden alrededor de unas dos micras de largo (más o menos del tamaño de una bacteria). Tanto la forma como el tamaño dependen del estado fisiológico de la célula, del pH del medio y de la presión osmótica. El número de mitocondrias por célula varía, algunas células por lo común organismos unicelulares contienen una sola mitocondria y los pluricelulares va desde 40 a 5000 mitocondrias. Ultraestructura: Presentan doble membrana mitocondrial y una membrana interna que mide o 80 A de grosor. El espacio que existe entre estas dos membranas se denomina espacio infraestructural que mide más o menos o 100 A Membrana Interna: aquí encontramos las siguientes enzimas: enzimas de la cadena respiratoria, enzimas sintetizadoras de ATP y succionato deshidrogenada. Espacio entre las membranas: aquí encontramos las enzimas: adenilatocinasa nucleosidasa difosfocinasa Membrana externa: encontramos las enzimas monoamino oxidasa y citocromo. Cresta Mitocondriales: Estas proyecciones, llamadas crestas, varían en número y forma. Con claras excepciones las crestas de las mitocondrias de la célula animal superiores casi logran extenderse hasta la matriz. En general son laminares y perpendiculares al eje mayor de la mitocondria. En algunos casos adaptan disposiciones por ejemplo las espermatogonias humanas son partículas de este mismo eje. También podemos encontrar diferente forma de esta crestas como: tubular, angular, corta, escasa, etc. Partículas Elementales de Green: La membrana se encuentra salpicada por estas partículas, que presentan forma de hongo, poliédrica o redonda. Es considerada como pequeñas partículas en las membranas que se fijan a la cámara exterior de la membrana interior y a la externa de la interior. Son las unidades elementales que realizan las actividades químicas de la mitocondria por lo que se considera la unidad subfuncional de la mitocondria, porque activa la generación de ATP, metabolismo de hidratos de carbono, pero especialmente debido a que en las crestas se encuentran los sitios complejos donde se realizan la respiración celular que es el proceso mediante el cual las sustancias nutritivas son transformadas con la participación del oxígeno en enlaces energéticos de ATP necesarios para realizar las diversas funciones celulares. Matriz mitocondrial: El espacio intracelular se encuentra ocupado por una sustancia que el material fijado con ácido ósmico, aparece en menor opacidad y aspecto homogéneo constituyendo la llamada matriz. Se ha descrito como disertado en ella algunos gránulos esféricos, escasos y no constantes, denominados gránulos mitocondriales. La matriz es un líquido semejante a un gel rodeado por la membrana interna y el espacio intermembranosos lleno de líquido entre las membranas internas y externas, contiene varias enzimas. La matriz contiene varias enzimas del ciclo de Krebs, así como también sales y agua, suspendidos en la matriz hay filamentos de DNA circular y ribosomas. ADN Mitocondrial ADNmt: El genoma mitocondrial contiene un total de 37 genes de los cuales: 1. 13 genes codifican para ARNs mensajero por lo tanto para 13 proteínas. 2. 22 genes codifican 22 ARNs de transferencia 3. 2 genes codifican para 2 ARNs ribosómico El ARNmt proporciona el código genético para el 10% aproximado de la proteína mitocondrial especialmente los polipéptidos hidrófobos de la membrana mitocondrial interna. La genética del ADNmt se diferencia del ADN nuclear por 4 aspectos: 1. Herencia Materna: las mitocondrias y por tanto el ADNmt, solo se transmite a través del óvulo, cuyo citoplasma es mucho mas grande que el del espermatozoide que no contribuye con mitocondrias en la fecundación por lo tanto es heredado exclusivamente de la madre. 2. Poliplasma: en cada célula hay ciento o miles de moléculas de ADNmt 3. Segregación mitótica: durante la división celular, las mitocondrias se distribuyen al azar entre las células hijas. 4. Alta velocidad de mutación: la tasa de mutación espontánea del ADNmt es 10 veces mayor que en el ADN nuclear. Investigaciones recientes de las mitocondrias: Una comparación reciente de muestras de ADNm humano sugiere que la humanidad desciende de una mujer que vivió en África hace entre 140.000 y 290.000 años. Muestras genéticas tomadas de grupos étnicos africanos, asiáticos, australianos, europeos y de Nueva Guinea han revelado un número específico de tipos de ADNm. La comparación de estos tipos ha permitido a los científicos construir un árbol genealógico que sugiere que los distintos grupos empezaron probablemente a evolucionar por separado. En este árbol, el ADNm africano ocupa la rama más larga y antigua y de ella brotan los demás grupos étnicos. Probablemente había muchas otras mujeres vivas en la época de la llamada Eva mitocondrial, pero sus líneas de herencia materna se han extinguido. Esto ocurre habitualmente cuando una generación de una familia no produce ninguna hija. Funciones de la mitocondria: Producción de energía: Las funciones celulares dependen de un aporte continuo de energía obtenido a partir de la degradación de moléculas orgánicas durante el proceso de respiración celular la energía liberada durante este proceso se almacena finalmente en forma de moléculas de ATP que constituye una reserva de energía rápidamente disponible para todas las funciones metabólicas celulares. Los principales sustratos para la respiración celular con los azúcares simples y los lípidos sobre todo la glucosa y ácidos grasos Glucólisis es la respiración celular de la glucosa que se inicia en le citosol donde es degradada hasta hormar ácido pirúvico produciendo una cantidad pequeña de ATP. (Respiración celular) luego el ácido pirúvico pasa al interior de la mitocondria donde tras su transformación en Acetil CoA se incorpora al ciclo de Krebs en un proceso que produce una gran cantidad de ATP. La glucólisis puede ocurrir en ausencia de oxígeno glucólisis anaeróbica, mientras que la respiración mitocondrial es dependiente de un aporte continuo de oxígeno y se denomina respiración aeróbica. En contraste los ácidos grasos pasan directamente al interior de las mitocondrias donde también se transforman en acetil CoA y se incorporan al ciclo de Krebs produciendo ATP. Producción de precursores para la síntesis de diversas sustancias: Síntesis de aminoácidos, ácidos grasos, glucosa, etc. Síntesis de proteínas en los ribosomas de las mitocondrias se sintetizan proteínas codificadas por el ADN mitocondrial, aunque representan solo el 5 – 10% de total de proteínas mitocondriales. PERIXOSOMAS El huso moderno del término microcuerpo data desde 1954 en los trabajos de J. Rhoden quien descubrió la estructura y propiedades de estos organelos en el tejido del riñón de ratón. En 1965 De Duve demostró que los microcuerpos del hígado de rata contenían un número de oxidasa que transfieren átomos de hidrógeno al oxígeno molecular formando por lo tanto peróxido de hidrógeno ( H 2O2 ). De Duve acuñó el término peroxisoma para estos organelos, aunque una actividad peroxidática verdadera solo se demuestra por lo general en vito, donde las condiciones favorece solo liberación del peróxido de hidrógeno por la catalasa y no por una peroxidasa. Sin embrago, debido a que el peróxido de Hidrógeno es un intermediario en la reacción el término peroxisoma puede ser apropiada. Los peroxisomas son organelos de estructura esférica u ovoide que tienen una membrana limitante, un diámetro de casi 0.5 a 1.5 m y una matriz granular amorfa en ocasiones con inclusiones cristaloides Varias enzimas están presenten en los peroxisomas: 1. Ácido úrico oxidasa 2. Acetil- CoA oxidasa 3. NADH- glioxilato reductasa 4. NADP- isocitrato deshidrogenada 5. Catalasa Cuando la enzima ácido úrico oxidasa está presente en grandes cantidades, suele tomar la forma de un nucloide paracristalino al centro del organelo Funciones: Se piensa que la catalasa de los peroxisoma participan en la degradación del H 2O2 , el cual es extremadamente tóxica; la fuente de este compuesto se encuentra en otras peroxisomales (ejemplo aquellas catalizadas por la flavín oxidasa). La enzima ácido úrico oxidasa es importante en la vía catabólica que degrada a las purinas. Los peroxisomas abundan en las células que participan en el metabolismo de lípidos. Los peroxisomas del hígado poseen un sistema importante para la beta oxidación de los ácidos grasos. Al microscopio eléctrico se observa una proximidad entre los peroxisomas y las mitocondrias. Los productos de la actividad de los peroxisomas pueden servir de sustrato para la actividad mitocondrial. GLIOXISOMA En 1967 R. W. Breidenbach y H. Beepers descubrieron que los microcuerpos de las células almacenadotas de grasa de semilla oleaginosas en proceso de germinación contenías enzimas del ciclo glioxilato, además de enzimas peroxisomales, utilizaron el término glioxisoma para referirse a esas partículas. Los Glioxisomas no se encuentran en todas las partes de las plantas Las células vegetales contienen 2 tipos principales de microcuerpos. Una variedad de peroxisoma se encuentra en las hojas e intervienen en la fotosíntesis y otros tipos de microcuerpos llamados glioxisomas. Este contiene enzimas y convierten los lípidos, almacenados en la semilla de las plantas, en azucares. Mismos que utilizan las plantas jóvenes como fuente de energía y como un componente para sintetizar otros compuestos. Las células animales carecen de glioxisomas y por tanto no pueden convertir lípidos en azucares 1. Fotosíntesis: conversión enzimática de la energía luminosa en energía química mediante la formación de carbohidratos y oxígeno a partir de CO2 y H 2 O en las células de las plantas verdes. 2. Fotorrespiración: consumo de Oxigeno y liberación de CO2 por células fotosintéticas o por plantas en presencia de luz. El término glioxisoma por lo común se reserva para los organelos del endospema almacenado de grasa o de cotiledones de semillas oleaginosas en procesos de germinación. CENTROSOMA O CITOCENTRO O CENTRÓSFERA También es llamado Aparato Centrosomal El Centrosoma es aquel que ayuda a la formación y organización de los microtúbulos del huso acromático y también a su autoduplicación antes de la división celular. Fue descubierto en 1887 por Fleman y Van Beredem. Características Generales: Mide 0.2 de diámetro y 0.5 de largo. El centrosoma se encuentra cerca de uno de los polos de la célula y dispuestos entres sí en ángulo recto. Cuando tiene una localización cercana al núcleo no está en división celular. También se puede encontrar en la periferia como por ejemplo en las células nerviosas. Se encuentra en función de lo que está realizando. No está limitado por membrana. La composición química del centrosoma está dada por agua, proteínas, glúcidos, lípidos, ADN y ARN. Entre las proteínas, la más importante es la tubulina. En el centrosoma también hay enzimas de la glucólisis de la fosforilización y ATP asa. Se encuentra en todas las células animales, pero no se han encontrado centrocentros en las células de numerosos vegetales, sin embargo en estas plantas si se han encontrados las estructuras que generalmente derivan de él (es decir aparto mitótico) que en ellos lo hacen a partir de un par de casquetes polares de citoplasma. Estructura: El citocentro se halla ubicado en el centro de la célula y está formado por un par de pequeños gránulos en forma de bastón a los que se le denomina centríolo, cuando se divide toma el nombre de diplonema, a su alrededor se observa una zona clara centrosoma que a su vez esta rodeada por una zona densa centrósfera de la que parten algunas estriaciones que reciben el nombre de asteres o astrófera esto se observa cuando a célula está en reposo. Ultraestructura: Microtúbulos de cilios y flagelos: el espacio central está formado por una sustancia granulosa densa, cada centríolo está formado por 2 cilindros de aproximadamente 150nm de longitud, cada uno de ellos está formado por nueve grupos de 2 o 3 microtúbulos adosados unos a otros en toda su longitud a lo largo de la generatriz. Cada uno de los túbulos tiene o 150 a 200 A de decímetro. Los 2 bastoncillos que forman el centríolo se encuentran orientados en el espacio cortándose según un esqueleto recto. CENTROSOMA CENTRIOLOS CENTRIOLO Funciones: Forma el huso acromático en el proceso de división celular Participa en la formación de cilios y flagelos y cuando participa en estos toma el nombre de cuerpo basal o cinetosomas, blefaroplastos o granulos basales. Origen de los centríolos: Los centríolos no son elementos autoduplicables. Los centríolos se forman en las proximidades de los centríolos preexistentes. Los nuevos centríolos (gránulos deprocentriolos) parecen en ángulo recto con respecto a los antiguos permanecen siempre separados por una distancia considerable (hasta 0.1 ). Ambas centríolos viejos y nuevos quedan mirándose por su extremo proximal. El mecanismo de formación de los tripletes microtubulares han sido estudiados en los cuerpos basales de células ciliadas inmaduras. CITOESQUELETO El citoesqueleto es una red tridimensional intrincada de filamentos proteínas que se encarga de conservar la morfología de celular y su capacidad para generar movimientos coordinados a través de organelos o vesículas dentro del citoplasma, es decir que actúa como bastidor para la organización de la célula y la fijación de orgánulos y enzimas, además de estas actividades ayuda en el proceso de división celular. El citoesqueleto no es una estructura permanente sino que se desambla y reconstruye sin cesar. El citoesqueleto es también llamado sistema microtrabecular. El citoesqueleto proporciona el soporte para las estructuras celulares móviles especializadas como cilios y flagelos responsables de la propiedad contráctil de las células. El citoesqueleto esta compuesto por: microfilamentos, filamentos intermedios, microtúbulos. Microfilamentos o filamentos de actina. Estructura: Son redes tridimensionales. Estos filamentos delgados o microfilamentos se integran con 2 cadenas de subunidades globulares, actina G, actina F Los microfilamentos son hebras de 7nm de grosor y poseen un extremo positivo de crecimiento más rápido que su extremo negativo Proteínas: La actina constituye alrededor del 15% del contenido total de proteínas de células no musculares solo una mitad de su actina total se encuentra en forma de filamentos ya que la Actina G está unida por proteínas pequeñas profelina y timosina Los microfilamentos delgados están compuestos de actina e interactua con la miosina para llevar a cabo el movimiento intracelular o celular Entre las demás proteínas que participan en los microfilamentos están la globulena y la troponiosina. Funciones: 1. Contracción muscular 2. Cambios en la forma celular, incluida la división citoplásmica en las células animales. 3. Interviene en el movimiento citoplasmático y en el movimiento de seudópodos Filamentos intermedios: Constan de 8 subunidades formadas por cadenas proteicas que semejan cuerdas. Miden de 8 – 12nm de diámetro y de 10 – 100mm de longitud Es el componente más estable Las proteínas varían según el tejido Cinco tipos filamentos: Filamento de Vimentina: se encuentra en células de embrión, células de origen mesenquimatoso, fibroblastos, leucocitos, células endoteliales. Su dunción es rodear la envoltura nuclear. Filamento de Queratina: se encuentra en células epiteliales, pelo y uñas lo cual ayuda al soporte de ensambles de células y proporciona fuerza de tensión al citoesqueleto, ayuda a la formación de desmosomas. Filamento de Desmina: se encuentra en todos los polos de células musculares. Su función es enlazar miofibrillas en músculo estriado. Neurofilamento: se halla en las neuronas es aquel que forma el citoesqueleto de axones y dendritas (sostén) Filamentos Gliales: se halla en los astrositos, sirve de soporte de la estructura de la célula glial SNC Funciones: 1. Mantenimiento de la forma de la célula 2. Sujeción a microfilamentos en células musculares 3. Soporte de extensiones de células nerviosas 4. Unión de células 5. Permite la división del citoplasma MICROTÚBULOS: Son estructuras rectas y ligeramente curvos de 25nm son tubos formados por subunidades proteicas espirales, son estructuras cilíndricas rectas, rígida y huecas. Cada microtúbulo consta de 13 protofilamentos de tubulina Funciones: 1. Permite el movimiento de cromosomas en la división celular 2. Permite el movimiento de organelos dentro del citoplasma 3. Permite el movimiento de cilios y flagelos 4. Forma el huso mitótico CILIOS Y FLAGELOS Tanto los cilios como los flagelos contienen microtúbulos dispuestos en un anillo de nueve pares fusionados que rodea a un par central no fusionado (ordenación 9 + 2). Los nueve pares externos tienen “brazos” de proteínas que interactuán con pares adyacentes y proporcionan la fuerza para la flexión. Los cilios y flagelos nacen de los cuerpos basales formados a partir de centríolos situados apenas debajo de la membrana plasmática. Los pares de microtúbulos nacen del cuerpo basal. Cilios Los cilios son también llamados pestañas vibrátiles, son aquellas prolongaciones de la membrana plasmática que miden entre 0.5 de diámetro y de 3 – 25 de largo. Estas extensiones tienen un movimiento rítmico coordinado, oblicuo, este movimiento está dado por un sistema de neurofibrillas que unen las hileras de los cuerpos basales situados en la raíz de los cilios, esto se semeja a un movimiento remado; esto puede ser un ritmo ciliar sincrónico cuando el movimiento de todos los cilios se efectúan al mismo tiempo, y metacrónico cuando el movimiento de los cilios se efectúa en diferentes tiempos. Ejemplos: En los animales multicelulares pequeños los cilios se utilizan para locomoción. Las células revisten estructuras tan diversa como las branquias de los ostiones (donde mueven agua rica en alimentos y oxígeno), los oviductos de mamíferos hembras (donde desplazan los huevos del ovario al útero) y las vías respiratorias en casi todos los vertebrados (despegando moco que lleva residuos y microorganismo de la traquea y los pulmones) El movimiento del flujo de la materia viva en la célula de las hojas vegetales se denomina ciclosis. Flagelos Los flagelos son extensiones mas largas que los cilios, miden 0.5 de diámetro y 100 – 200 de largo, normalmente son menos numerosos e imparten una fuerza perpendicular a la membrana plasmática como la hélice de una lavela de motor Ejemplos: Euglena tiene un flagelo Tridiomonas tiene cuatro flagelos Giardia Lambia tiene ocho flagelos. REPRODUCCIÓN “Todo individuo biológico desciende necesariamente de otro”, permitiendo la perpetuación de las especies, originando seres vivos con características de otros, por lo tanto la fecundación señala el origen de la reproducción. REPRODUCCIÓN SEXUAL ISOGÁMICA Los gametos son morfológicamente y físicamente iguales, pero sexualmente distintos solo se distinguen en la cópula. Se da en los organismos unicelulares (protozoarios). REPRODUCCIÓN SEXUAL HETEROGÁMICA También llamada anisogámica (óvulo más grande que el espermatozoide). Los gametos que intervienen pertenecen al sexo masculino o microgameto. Se llama heterogamia porque habla de la unión de gametas diferentes. El óvulo y espermatozoide son células haploides (tiene la mitad de los cromosomas de una diploide). El huevo o cigoto es una célula diploide (células somáticas en pares homólogos de doble juego). Nombre de las gónadas Nombre de las gametas Macrogameta o gameta femenina: OVULO OVARIOS animales y vegetales superiores animales y vegetales superiores Microgameta o gameta masculina: Oosfera Arquegonios u oogones vegetales inferiores vegetales inferiores ESPERMATOZOIDE TESTÍCULOS animales animales Anterozoide Anteridios vegetales vegetales FORMAS DE REPRODUCCIÓN Y DESARROLLO EN LOS ANIMALES Ovíparos: peces (fecundación externa) y aves (fecundación interna). Ovovíparos: peces y reptiles. Vivíparos: mamíferos, algunos peces y reptiles. FECUNDACION La concepción tiene lugar cuando se produce la unión del óvulo y el espermatozoide en una de las trompas de Falopio. De esta unión surge una célula fertilizada llamada cigoto, integrada por cuarenta y seis cromosomas, dos de los cuales son cromosomas sexuales (XY= varón, XX= mujer). El cigoto se fragmenta y forma el blastocisto, que se implanta en el útero. El desarrollo del embrión o del feto depende de la placenta, que porta las sustancias nutricias y filtra las pérdidas entre el cuerpo de la madre y el del niño en gestación. El embrión está protegido por dos membranas (el amnios y el corion) y el líquido amniótico. Durante el primer trimestre se perfilan los órganos principales y durante el segundo y tercer trimestre, estos órganos maduran y el feto experimenta un desarrollo considerable. En biología, fusión de los materiales de los núcleos de dos gametos que da lugar a la formación de un cigoto, o embrión. La conjugación es un tipo de fecundación que puede ocurrir en las bacterias, algas y otros organismos inferiores, que se produce por la transferencia o intercambio de material genético entre dos células, o por su fusión en una. En la mayoría de las formas superiores, la reproducción es el resultado de la unión de dos gametos distintos, o heterogametos, uno masculino y otro femenino, y por lo general, el término fecundación se limita a la descripción de este proceso. El gameto femenino, llamado huevo, óvulo, o célula germinal femenina, es relativamente grande, contiene una reserva de nutrientes (yema y en ocasiones clara), y por lo general, carece de movilidad. Los gametos masculinos, llamados espermatozoides, espermatozoos, o células germinales masculinas, contienen una reserva muy pequeña de alimento, tienen centrosomas, y son móviles. Los gametos tienen sólo una dotación de cromosomas y son, por tanto, haploide; el cigoto que resulta de su unión tiene una dotación cromosómica doble y es diploide. FECUNDACIÓN CRUZADA La mayoría de las plantas y animales se caracterizan porque los óvulos de un organismo son fecundados por el espermatozoide de otro. Esta clase de fecundación es muy importante, ya que permite que exista una gran variedad como consecuencia de la recombinación de genes. La autofecundación, es decir, la fecundación de un óvulo por un espermatozoide producido por el propio organismo, limita la variedad, ya que no se introducen caracteres hereditarios nuevos. La mayor parte de las especies de plantas y animales son dioicas es decir, los espermatozoides y los óvulos se desarrollan en organismos separados. En las especies monoicas, o hermafroditas, éstos son producidos por el mismo individuo. En dichas especies la autofecundación se evita debido a que el desarrollo de los óvulos y de los espermatozoides se produce en momentos distintos, o como en el caso de las lombrices de tierra, a causa de la localización de los órganos sexuales y de la forma de apareamiento. Para que la fecundación se lleve a cabo con éxito, la célula germinal femenina y la masculina deben haber alcanzado un estado de madurez adecuado. Cuando el espermatozoide o el óvulo maduro de especies iguales o estrechamente relacionadas entran en contacto, la célula espermática se introduce en el óvulo. Los óvulos de los mamíferos y de muchos otros animales, pueden ser penetrados en cualquier punto de su superficie. Los óvulos de algunos peces, moluscos, insectos y otros organismos están rodeados por una membrana firme y el espermatozoide sólo puede acceder a ellos a través de una apertura, llamada micrópilo, que se localiza sobre la superficie de esta membrana. Por lo general, sólo una célula espermática puede entrar en un óvulo. En la mayoría de las especies la polispermia, en la que más de un espermatozoide logra con éxito entrar en el huevo, es anormal. En tales casos, sólo uno de los espermatozoides participa en la fecundación del huevo. Al iniciarse la mitosis, o multiplicación celular del embrión, el espermatozoide y el núcleo del óvulo se disponen juntos hasta llegar a confundirse. En muchas especies las células germinales masculinas y femeninas son complementarias en muchos aspectos; el óvulo proporciona la mayor parte del citoplasma y nutrientes para el embrión; el espermatozoide aporta el centrosoma activo y el estímulo inicial para la mitosis. Aunque para dar origen a un embrión casi todos los óvulos necesitan ser fecundados por un espermatozoide, los óvulos de ciertos invertebrados se desarrollan sin que exista fecundación. Esta forma de reproducción se denomina partenogénesis. Los descendientes que proceden de progenitores de diferentes especies reciben el nombre de híbridos y por lo general son estériles, aunque con frecuencia son más grandes y fuertes que aquellos. FECUNDACION IN VITRO Tecnología de reproducción asistida en que se fecundan uno o varios óvulos fuera del organismo materno. Durante décadas se ha usado en embriología animal experimental, y desde 1978 se ha aplicado con éxito en la reproducción humana. Se estimula la maduración de muchos óvulos mediante inyección diaria de hormonas (se puede hacer con un solo óvulo). Los óvulos se extraen mediante técnicas ecográficas (lo más frecuente) o mediante laparoscopia (introducción de un sistema óptico y quirúrgico por una incisión de 1-2 cm en la pared abdominal). Los óvulos extraídos se mantienen en un medio líquido especial al que se añade semen lavado e incubado. Después de 18 horas se extraen los óvulos, se cultivan en un medio adecuado y se examinan 40 horas después. Los óvulos fecundados y con desarrollo embrionario normal se implantan en el útero materno. Por lo general, se transfieren múltiples embriones para incrementar la probabilidad de gestación. Si hay más de cuatro embriones normales se pueden congelar algunos para futuros intentos, y así se evita el riesgo de embarazos múltiples. Tras la implantación, se administran inyecciones de progesterona todos los días. La probabilidad de que una gestación llegue a término es del 20%. PROCESO DE FECUNDACIÓN NATURAL Definición Para un primer acercamiento al tema en cuestión, podemos decir que la fecundación in vitro es una técnica de reproducción artificial que consiste en lograr la fecundación del óvulo femenino en un tubo de vidrio, superando las dificultades que conlleva con anterioridad: la extracción y conservación de los gametos y finalmente las que supone el trasplante del óvulo fecundado (embrión) en el útero materno. FECUNDACIÓN HUMANA: Aspectos médicos: 1. Cuando nace una mujer, ésta trae en sus ovarios cerca de dos millones de ovocitos, que irán madurando uno en cada ciclo menstrual (esto es alrededor de 450 durante toda su vida fértil). 2. Mes a mes, por acción de la FSH (hormona folículo estimulante) que actúa sobre el ovario, se inicia el proceso de maduración de un nuevo ovocito, y por acción de la LH (hormona luteinizante) es expulsado del folículo cuando ha alcanzado su madurez, la trompa de Falopio lo captura, y en la parte que corresponde al tercio distal de esta es donde debe encontrarse con el espermatozoide para ser fecundado. 3. En respuesta a la FSH, en la primera parte del ciclo, el ovario produce una hormona, el estradiol, que puede ser valorado en la sangre y así saber el grado de madurez del folículo. 4. Los espermatozoides, son formados en los testículos del varón a partir de la pubertad por efecto de la FSH y de la LH. Esta última estimula la liberación de la testosterona que es la responsable de la maduración de los mismos. 5. Tanto el gameto femenino como el masculino tienen 44 cromosomas más 2 sexuales. En el óvulo estos dos cromosomas son XX¸ en el espermatozoide uno es X y el otro es Y. Durante el proceso de maduración pierden 23 cromosomas. Así los ovocitos tienen 23 cromosomas más uno X, mientras que los espermatozoides tienen éstos 23 más uno X ó uno Y. 6. Durante la relación sexual, el hombre deposita en el fondo de la vagina millones de espermatozoides algunos de los cuales en cinco minutos alcanzarán las trompas. Si en ese momento se encuentran con un óvulo tendrá lugar el proceso llamado fecundación. Para que ésta sea viable es necesaria la presencia de 300 millones de espermatozoides en el aparato genital femenino, en un promedio de 60 mil por milímetro cúbico de semen, con una cantidad aproximada de 5 cm cúbicos. De esos 300 millones, solamente uno, en ese período breve de 5 minutos, alcanzará, la fecundación. PROCEDIMIENTO DE FECUNDACIÓN 1. "El óvulo es protegido por una membrana como si tuviera pelos, membrana pelúcida y por una corona con rayos que es la corona radiante o corona radiata que le sirve de protección. 2. Al llegar el espermatozoide a la trompa el óvulo hace un proceso de denudación, es decir, que deja la corona radiata, o sea, se despoja de la vestidura exterior para permitir que el espermatozoide pueda entrar sin inconvenientes, de otro modo, no podría entrar. 3. Luego se produce el reconocimiento: la membrana del óvulo se acerca a la membrana de la cabeza del espermatozoide y se opera el reconocimiento, vale decir, las dos células se reconocen como de la misma especie. 4. El paso siguiente es el de la penetración: la cabeza del espermatozoide atraviesa esa membrana pelúcida y entra en el cuerpo del óvulo para luego producirse la fusión de las membranas: la que envolvía al óvulo y la que envolvía a la cabeza del espermatozoide. Estos procesos son continuos si se los deja progresar. Siempre generan un ser humano. Este proceso es irreversible 5. Luego, se produce el bloqueo de la polispermia, es decir, cuando el espermatozoide entró, se produce un mecanismo hormonal determinado, en virtud del cual ningún otro espermatozoide puede entrar. Podrá entrar excepcionalmente como en el caso de los mellizos, pero en rigor, los mellizos constituyen una patología de la procreación. 6. En este momento, se activan sustancias que van a permitir que los dos materiales genéticos (materno y paterno) que están compactados se estiren de manera que aumentan su tamaño y es lo que se conoce como pronúcleos. Al ovocito en este estado se lo llama ovocito pronuclear. 7. Han transcurrido horas de la penetración y entre otras cosas, ya está determinado el sexo del nuevo ser humano. 8. Enseguida, al cabo de dos horas, se realiza un proceso en el cual se duplica el ácido desoxirribonucleico (ADN) e inmediatamente se fusionan los dos pronúcleos, cada uno de los cuales, al perder las membranas que los envolvían, aportan 23 cromosomas, haciéndose una célula diploide con 46 cromosomas. 9. Esto es lo que se conoce como singamia y estamos ahora en presencia del huevo o cigoto. Lacadena Calero, ejemplifica con estos términos, "se pasa de la existencia dos realidades (los dos gametos) a una nueva realidad única, el cigoto", que tiene una potencialidad propia y una autonomía genética ya que, aunque dependa de la madre para subsistir, su desarrollo se va a realizar de acuerdo con su propio programa genético. 10. Inmediatamente después esta célula se divide en dos y tenemos lo que se conoce como embrión, en el cual una de ellas se dividirá también en dos. A medida que se siga dividiendo pierde su capacidad y se van diferenciando los distintos seguidos. 11. Al cabo de 48 hrs., se encuentra, ya, en el estado de mórula (16 a 20 células) y se desplaza por la trompa hasta 4 ó 6 días después de la fecundación; para caer luego en la cavidad uterina. 12. El embrión en estado de blastocito (16 ó 32 células) comienza a fijarse en las paredes del útero, tardando aproximadamente, otra semana, en producirse la implantación o anidación. Entonces se distinguen en él dos partes: una el embrión propiamente dicho, y la otra la placenta. Alrededor de 14 ó 15 días posteriores a la fecundación aparece la cresta neural, un rudimento del futuro sistema nervioso. 13. Desde la 6 u 8 semana después de la fecundación se lo comienza a llamar feto. 14. La Comisión Warnock, de Inglaterra, intentó utilizar la palabra pre-embrión (o también denominado embrión pre-implantorio) para designar al embrión antes de completar la anidación, es decir hasta 14 días después de la fecundación. MECANISMO DE LA FECUNDACIÓN FASE DE APROXIMACIÓN En primer lugar en la zona pelúcida del óvulo se ubican receptores específicos para la fijación de los espermatozoides. Los espermatozoides también tienen células específicas para fijarse al óvulo. Luego el óvulo va liberar una sustancia, la fertilicina junto con otras células complementarias de unas moléculas llamadas antifertilicinas (pared del espermatozoide) para atraer a los espermatozoides y provocar la aglutinación de los mismos. La cabeza del espermatozoide libera proteínas específicas para poder adherirse al óvulo que son hialouronidasa y protesa. Estas sustancias disuelven rápidamente a la sustancia intercelular que está uniendo a las células de la corona radiada y a las de la zona pelúcida. Todo esto sucede solamente en el sitio de contacto óvulo-espermatozoide, el resto queda intacto. FASE DE PENETRACIÓN El óvulo en este momento se va a sentir activado. En el instante en que el espermatozoide trata de separar las dos zonas va a formar un túbulo llamado acosómico que se va ha unir a las rugosidades de la membrana vitelina del óvulo, entonces formará un abultamiento que va ha englobar al espermatozoide y va a formar el llamado cono de recepción. Este acrosoma va ha penetrar a través de este cono en el interior del óvulo. La penetración del espermatozoide va a formar un gran número de pequeñas vacuolas citoplásmicas, llenas de enzimas y otras sustancias, entre la membrana plasmática y la membrana vitelina. Membrana plasmática = espermatozoide membrana vitelina = óvulo Estas vacuolas reciben el nombre de gránulos corticales. El contenido de los gránulos corticales va a hacer que se separen las membranas e impedir que penetre nuevos espermatozoide, al mismo tiempo que se destruyen los receptores de fertilicida. La membrana vitelina se va ha llamar membrana de fecundación que impide la llegada de nuevos espermatozoides. La cabeza del espermatozoide o acrosoma es la única que ingresa y la cola se desprende es decir solo entre el núcleo y el centríolo, este núcleo va a recibir el nombre de pronucleo y va a aumenta de tamaño a medida que se acerca al pronucleo del óvulo. FASE DE CONJUGACIÓN Unos tres minutos después de la penetración vamos a ver que el núcleo del espermatozoide, por un mecanismo de hidratación, se hincha, se agranda, aumenta de tamaño y aya está listo el pronucleo masculino. El núcleo del óvulo organiza sus cromosomas y ya está listo el pronucleo femenino. Los pronucleos formados se acercan, unen sus membranas nucleares las que se rompen dejando en libertad los contenidos nucleares que inmediatamente se unen, formándose de esta manera el cigoto o huevo fecundado con un solo núcleo, se manera que resulta una sola célula con 46 cromosomas propios de la especie humana. El huevo o cigoto entrará en mitosis, pero para que esto suceda, necesitamos descansar 24 horas para acumular energías. a) De los trescientos millones de espermatozoides o cuatrocientos millones eyaculados en al vagina, solamente unos pocos entran al oviducto, unas pocas decenas rodean al óvulo y uno solo tendrá el privilegio de fusionarse con el macrogameto. b) Los espermatozoides probablemente pueden vivir en el tracto femenino hasta 3 días, pero son fértiles generalmente de 12 24 horas. c) El espermatozoide tarda más o menos 5 min. para llegar al tercio superior de la trompa. d) Más o menos 15 seg. necesitan los espermatozoides para atravesar las capas ovulares. e) Se llama cariogamia a la unión de los núcleos de las células germinales. GAMETOGÉNESIS La gametogénesis es un proceso biológico por el cual se originan los gametos masculino y femenino, en el testículo y en el ovario respectivamente. El origen del espermatozoide se denomina espermatogénesis. El origen del óvulo se denomina ovogénesis. Las células primarias o germinativas de los gametos son células diploides que sufrirán meiosis transformándose en células haploides. OVOGÉNESIS U OVULOGÉNESIS Se relaciona con el origen del óvulo. Es un proceso biológico que se cumple en los ovarios, siguiendo cuatro periodos o fases: Fase de proliferación o multiplicación: las células germinativas, que están localizadas en la corteza periférica, se dividen por mitosis para dar origen a otras células de nombre ovogonios u oogonios, fenómeno que concluye al tercer mes de vida embrionaria y antes del nacimiento del nuevo ser ya no existen ovogonios porque se han transformado en ovocitos de primer orden u ovocitos primarios y en este estado permanecen hasta la edad de la pubertad. Fase de crecimiento: se lo encuentra en el desarrollo embrionario. Los ovogonios crecen y se transforman en ovocitos de primer orden o primarios. Estos ovocitos primarios comienzan a diferenciarse al quinto mes de vida fetal. Se rodean de células foliculares para dar origen a los folículos primordiales. Para el nacimiento la niña va a tener aproximadamente 400000 ovocitos primarios. Según avanza la edad de la niña los folículos van disminuyendo (atresia folicular). Es interesante anotar que los folículos primordiales detienen su actividad hasta la edad de la pubertad en donde suceden otros fenómenos. En otras palabras los folículos entran en reposo hasta la pubertad. Fase de maduración o fase meiótica: en esta fase los ovocitos de primer orden entran en meiosis. Esta meiosis pasa por dos divisiones mitóticas: Ecuacional o Normal (Meiosis I) y Reduccional (Meiosis II). En la primera división meiótica se originan las células llamadas ovocitos de segundo orden. Le recordamos que esto sucede en la edad de la pubertad. Algo muy especial: del ovocito de primer orden nace solamente un ovocito de segundo orden muy bien nutrido y en proceso de gran maduración. También del ovocito de primer orden sale una célula abortiva de carácter degenerativo y que se denomina primer corpúsculo polar (núcleo que se sitúa como una mota en el polo animal del óvulo). Existe una segunda división meiótica en al que el ovocito de segundo orden, si es que es fecundado, da lugar a una célula madura que es la ovátida y a otra célula que es el segundo corpúsculo polar, que se degenera y le permite al óvulo disminuir el número de cromosomas. Recordemos que la división meiótica permite la reducción a la mitad del número de cromosomas, lo que quiere decir que el óvulo es una célula haploide. Fase de diferenciación: como su nombre nos indica va a diferenciarse como célula única, con estructura única y con características específicas. En esta fase el citoplasma del óvulo se convierte en una bodega de sustancias de nutrición y es el vitelo. También en la periferia del citoplasma se encuentran unos pequeños gránulos llamados corticales que provienen del aparato de Golgi. Sigue diferenciándose la célula óvulo y se observa que alrededor de la membrana celular o plasmática hay una zona elástica o transparente que lleva el nombre de zona pelúcida. Esta zona pelúcida está rodeada por una capa de células foliculares que en conjunto forman la corona radiada. El núcleo no está en el centro del óvulo, sino que se localiza en un polo formando lo que se denomina la vesícula germinativa. Los núcleos que están en el interior del nucleolo toman el nombre de mancha germinativa. ESPERMATOGENESIS Se relaciona con el origen del espermatozoide, fenómeno que se realiza en los tubos seminíferos que se encuentran enrollados en el testículo y que reunidos darían una longitud de 250 m. Los espermatozoides solamente aparecen en la pubertad, mientras que las células germinativas están en el varón cuando este es embrión. El tiempo de formación de los espermatozoides es más o menos de 65 días. Fase de multiplicación o proliferación: los túbulos están formados por tejido epitelial glandular, por lo tato son células especializadas, que son las células germinativas primordiales diploides 2n, que se dividen por mitosis para dar lugar a otras células que serán la madre de futuros espermatozoides, estas células son denominadas espermatogonias, las que permanecen, estacionadas o en estado latente hasta llegar a la pubertad. Fase de crecimiento: las espermatogonias (2n) a partir de la pubertad crecen transformándose en espermatocitos de primer orden. Proliferación y crecimiento duran toda al vida fértil del varón y se observarán nuevas capas de espermatogonias, las que entrarán en fase de crecimiento. Fase meiótica: los espermatocitos de primer orden que son células diploides sufren dos divisiones meióticas. En la primera división se originan células 2n que son los espermatocitos de segundo orden dos por cada espermatocito de primer orden. En la segunda división meiótica cada uno de los espermatocitos de segundo orden originan dos células de nombre espermátidas, obteniéndose 4 espermátidas cada una de ellas con la mitad del contenido nuclear, es decir , 23 cromosomas, de los cuales 22 son autosomas y uno es cromosoma sexual sea X, o sea Y, de modo que un par de espermátidas tendrá cromosomas X y el otro par cromosomas Y, lo que equivale a decir que posteriormente el varón tendrá el 50% de los espermatozoides con cromosomas X, y el 50% con cromosoma Y. Fase de diferenciación celular: el citoplasma y el núcleo de la espermátida maduran, luego degenera el citoplasma y el núcleo se hace más grande parar constituir la cabeza del espermatozoide, en la que se observa una prominencia o dilatación que es el acrosoma, cuyas enzimas disolverán las membranas del óvulo en el momento de la fecundación. A continuación se observa que comienza a aparecer un flagelo, que va creciendo y desarrollándose; en este flagelo se encuentran muchas mitocondrias que darán gran energía de movimiento para el traslado del espermatozoide. Con la presencia de las partes anotadas la célula definitiva se ha diferenciado llevando el nombre de espermatozoide. Cada espermatozoide produce 4 espermatozoides que caen en la luz de los túbulos para posteriormente avanzar por las vías que ya estudiamos. ESPERMATOZOIDE El espermatozoide es la célula reproductora sexual masculina o gameto masculino encargada de fecundar al óvulo, aportando la información genética complementaria a la de la célula femenina. Su tamaño es unas 10.000 veces más pequeño que el óvulo. Estructura Al observar una pequeña gota de semen en el microscopio, podemos ver los espermatozoides en continuo movimiento y que en cada uno de ellos se puede distinguir tres elementos principales: LA CABEZA La cabeza, es la parte fecundadora, es la parte más importante del espermatozoide ya que contiene la carga genética (23 cromosomas, en el pronúcleo) que unidos a los 23 del óvulo dan lugar a la célula madre formando 46 cromosomas agrupados en pares. Por tanto, es la parte que se inserta en el óvulo en la fecundación. A esta parte de la cabeza se la conoce como el acrosoma. El acrosoma tiene enzimas, como la hialuronidasa y la acrosina que facilitan la penetración, debilitando mediante la degradación de las paredes del óvulo, concretamente, la zona pelúcida que rodea al ovocito. Esto facilita la fusión de la parte de la membrana del espermatozoide que contacta con la membrana del ovocito, de tal modo que se abre un canal al interior del óvulo. El espermatozoide entra desnudo de su membrana al interior del óvulo, dejando atrás la membrana ya vacía. Por tanto, todas las mitocondrias del cigoto son maternas. Tanto el pronúcleo como el acrosoma están envueltos en medio de una pequeña cantidad de citoplasma y revestidos por una membrana plasmática que une la cabeza al cuerpo del espermatozoide. En los seres humanos la medida de la cabeza del espermatozoide es de 5µm (micrómetro) de longitud. EL CUERPO El cuerpo del espermatozoide une la cabeza y la cola. En el encontramos el almacén de energia del espermatozoide gracias a la presencia de mitocondrías que son las encargadas de proporcionar energia para que puedan moverse y llegar a alcanzar el óvulo. Esta energia se obtiene mediante la producción de ATP (adenosina trifosfato). LA COLA O FLAGELO Es la parte final del espermatozoide y la encargada de proveerle movilidad. De este modo y mediante el movimiento de la cola o flagelo los espermatozoides son capaces de moverse y ascender a través del cuello uterino hacia las trompas de Falopio donde pueden encontrar el óvulo. Dentro de las trompas de Falopio los espermatozoides avanzan 1-2 cm, por hora aproximadamente. En los seres humanos, la cola de los espermatozoides es de 50 µm de longitud. FUNCIÓN Durante el acto sexual, el semen es depositado en la vagina de la mujer. Este líquido contiene alrededor de 300 a 500 millones de espermatozoides que, en la vagina, avanzan más o menos a 1cm. por hora, mediante movimientos originados por su cola o flagelo. Muchos espermatozoides van quedando en el camino ya que mueren; otros, se desorientan, y algunos se van a la trompa, donde no existe óvulo. Finalmente, los espermatozoides llegan hasta el óvulo, y solo uno de ellos logra fecundarlo. El encuentro de la célula sexual femenina y la célula sexual masculina se realiza en el primer tercio de las trompas de Falopio, que es la parte más cercana al ovario. El espermatozoide al llegar al óvulo es capaz de fecundarlo rompiendo la barrera exterior del óvulo, de forma que la fusión de ambos gametos (femenino y masculino) da lugar al cigoto, que mediante el proceso de multiplicación celular va desarrollándose en lo que conocemos como el proceso del embarazo. OVULO El óvulo es la célula sexual femenina más grande de la especie human, mide unas 200 y es hasta 90000 veces más grande que el espermatozoide. Se forma en los ovarios, dentro de una bolsa llamada folículo de Graaf. Es de forma redondeada, tiene un proceso especial que se llama ovulación, no tiene capacidad de movimiento de traslación, las contracciones del músculo liso de las trompas lo desplazan. Tiene membrana plasmática, citoplasma cargado de nutrientes (vitelo), más gránulos corticales, un núcleo excéntrico; nucleolos, una zona pelúcida alrededor de su membrana, la corona radiada. DIFERENTES TIPOS DE ÓVULOS Los huevos originados e los animales hembras tienen algunas diferencias. Si tomamos en cuanta la cantidad de nutrientes que se almacenan, es decir, tomando en cuenta el vitelo, existen tres clases o tipos de huevos. Alecito o Isolecito: Son pequeños, sin vitelo o poca cantidad de vitelo, que se distribuye equitativamente.(invertebrados y mamíferos) MIXOLECITOS: Tanto el deutoplasma como el citoplasma se encuentran mezclados. Tienen mayor cantidad de deutoplasma acumulado en un solo polo (polo vegetativo); mientras que en el polo animal se encuentra el núcleo rodeado de pequeña cantidad de citoplasma sin deutoplasma. (anfibios) HETEROLECITOS: Son grandes con vitelo en gran cantidad y se llaman telolecitos por la abundante cantidad de vitelo que se localiza en un polo del huevo. Alrededor del núcleo se forma una zona la mancha germinativa. CENTROLECITO: el vitelo se encuentra en la parte central del huevo. Se caracterizan porque el deutoplasma está entre dos capas de citoplasma. La parte central está rodeada de deutoplasma y luego una fina capa de citoplasma que se comunica mediante finos puentes citoplasmáticos a otra porción de citoplasma ubicado en la periferia del óvulo. (Artrópodos) ESTRUCTURA DEL ÓVULO En su estructura presenta una membrana plasmática, citoplasma cargado de nutrientes (vitelo) más gránulos corticales, un núcleo excéntrico (vesícula germinativa); nucleolos (mancha germinativa), una zona pelúcida alrededor de su membrana, la corona radiada o disco alrededor de la zona pelúcida y un espacio llamado perivitelino que está entre la zona pelúcida y la membrana nuclear. En el núcleo encontramos una red cromática de aspecto granuloso, jugo nuclear y el nucleolo. Los nucleolos son corpúsculos esferoides. La formación de los nucleolos en el núcleo da lugar a unas manchas que tienen el nombre de manchas germinativas. El jugo nuclear también toma el nombre de: Trofoplasma –es el vitelo de formación en la estructura del óvulo, llamado también citoplasma-. a) La célula femenina emitida por el ovario y dispuesta para la fecundación es el óvulo que se forma en los ovarios mediante un proceso especial llamado ovulación. b) El óvulo es un célula esférica de 200 que no posee movimiento de translación y tiene 24 horas de vida. c) Aunque el óvulo permanece 24 horas en las trompas de Falopio, la fecundación puede darse de 8 a 20 horas desde la ovulación. TIPOS DE SEGMENTACIÓN SEGMENTACIÓN TOTAL U HOLOBLASTICA Es holoblástica cuando todo el huevo se divide en sus blastómeros. Esta puede ser: Regular o igual y Desigual o irregular. Segmentación Irregular o Desigual: como el caso de los huevos mixolecitos, en donde los cuatro primeros blastómeros son desiguales, pero en la tercera división los que están en un polo son mas pequeños (microblastómeros) que los que se encuentran en el otro polo (macroblastómeros). En un tercer plano se forma la mórula. Los óvulos mixolecitos son propios de los anfibios (ranas, salamandras). SEGMENTACIÓN PARCIAL O HEROBLASTICA Es heroblástica cuando sólo lo hace el núcleo del huevo sin que este se divida. Este puede ser discoidal y periférica. Segmentación Discoidal: como el caso de los óvulos o huevos telolecitos, en los cuales el núcleo se divide en varias células que forman un conglomerado que se mantiene en un polo del huevo y ahí se origina el embrión. Cada una de las células que se dividieran se van a rodear de citoplasma y se van a seguir dividiendo hasta formar un casquete. Segmentación Periférica: como sucede con los huevos centrolecitos, en donde el núcleo se divide en dos núcleos ameboides que se dividen sucesivamente y desplazan hacia la membrana del huevo, por debajo de la cual forman una capa de células; de este modo queda formada directamente la blástula. DESARROLLO Y CRECIMIENTO DEL NUEVO SER ETAPAS DEL DESARROLLO EMBRIONARIO El cigoto fecundado se encuentra en la ampolla del tercio exterior o distal de la trompa de Falopio. Ha entrado en descanso de 24 horas. Pasadas estas 24 horas, el cigoto entra inmediatamente es desarrollo por medio de la división mitótica, fase que se denomina segmentación. SEGMENTACIÓN Holoblástica igual, regular o total La célula huevo o cigoto fecundado comienza un proceso de crecimiento, por medio de una división mitótica. La segmentación comienza con la división del huevo en dos células las que llevan el nombre de blastómeros. En este primer plano ya se observa la presencia de los pronucleos. En un segundo plano estos blastómeros se dividen originando cuatro células, estas vuelven a dividirse y dan ocho células, luego se originan dieciséis, ochenta y dos y así sucesivamente. Aquí se nota que las células resultantes no crecen en tamaño, contrariamente son cada vez más pequeñas y el embrión crece por el aumento del número de las células. Las sucesivas divisiones que se producen en esta fase, dan como resultado una masa esférica, compacta, maciza de células, conjunto celular que por parecerse a una mora se le DENOMINA MÓRULA, que en definitiva es el embrión. En la mórula se observan dos capas de células unas más claras y otras más oscuras. La capa externa o periférica con células pequeñas, zona denominada trofoblasto y la capa interna con células más grandes, zona que lleva el nombre de embrioblasto. BLÁSTULA A medida que la segmentación avanza se observa que las células de la zona central, interna o embrioblasto de la mórula son empujadas hacia la membrana vitelina gracias a la formación de un líquido proveniente del útero y forman una segunda membrana llamada Blastodermo. Entonces el espacio o cavidad que dejaron las células que se fueron hacia la membrana, va agrandándose más y más y toma el nombre de blastocele o vesícula blastodérmica o cavidad de segmentación. La capa externa o trofoblasto que dará origen a la placenta, más el embrioblasto que dará lugar a una forma embrionaria, que evoluciona a partir de una mórula que se denomina blastocisto. La implantación en el útero se realiza en esta etapa aproximadamente al octavo día de la fertilización. GASTRULACIÓN En esta etapa el blastodermo se invagina por la parte inferior, en ese momento el embrión toma la forma de una copa, dejando una abertura al exterior llamada Blastóporo (que eventualmente se convertirá en el recto), a la vez va a desaparecer el blastocele y se formará una nueva cavidad llamada cavidad del arquenterón (esta evolucionará a la cavidad del tracto digestivo), formando ya dos capas: endodermo y ectodermo. Finalmente se formará la tercera capa embrionaria o Mesodermo que lo hace a partir del endodermo, el cual da origen a una invaginación llamados pliegues mesodérmicos o bolsas celómicas que se intercalan entre el endodermo y el ectodermo, crecen y se fusionan formando una sola cavidad denominada celómica limitada por dos capas: una que toma contacto con el ectodermo, recibiendo el nombre de Somato-pleura, otra que toma contacto con el ectodermo y se llama Esplacno-pleura. De esta cavidad celómica quedan posteriormente restos que constituyen las cavidades pericardiaca, pleural y peritoneal. Las tres membranas embrionarias así formadas (ectodermo, mesodermo y endodermo) van a dar origen ulteriormente a todos los órganos, aparatos y sistemas del organismo humano. ORGANOGÉNESIS La organogénesis que etimológicamente significa el origen de los órganos, es un capítulo de la Embriología que estudia la formación y diferenciación de órganos y sistemas en el desarrollo embrionario. Para que esto suceda es necesario que haya cambios de las células embrionarias tanto en su estructura como en su función, originándose la diferenciación celular. Si las células se diferencian, es porque adquieren formas y estructuras específicas y funciones determinadas. Estas células del mismo origen, de la misma estructura y de la misma función se agrupan y forman un tejido. A medida que se forman los tejidos, estos se agrupan para constituir los órganos (organogénesis). Las hojas germinativas: ectodermo, endodermo y mesodermo, formadas por grupos de células diferenciadas son las destinadas a producir los diferentes órganos. EL ECTODERMO se derivarán la epidermis, pelos, uñas, glándulas mamarias, glándulas subcutáneas, mucosa nasal, mucosa bucal, mucosa anal, el sistema nervioso central y el periférico, la hipófisis, el oído interno, la retina, el esmalte de los dientes. DEL ENDODERMO se originará el revestimiento epitelial del tubo digestivo, revestimiento epitelial del tubo respiratorio y el de la vejiga y uretra. Se originan el hígado, el páncreas, las amígdalas, la tiroides, las paratiroides, el timo. DEL MESODERMO se derivan los tejidos de sostén del organismo, el tejido muscular, el tejido óseo, el tejido cartilaginoso, el tejido subcutáneo, corazón, vasos y células sanguíneas, riñones, gónadas y glándulas suprarrenales, dentina, cemento y pulpa del diente. CICLO CELULAR El ciclo celular es una sucesión de crecimiento y división celulares. Cuando las células alcanzan determinado tamaño, deben dejar de crecer o bien dividirse. En las células capaces de dividirse, el ciclo celular es el periodo que va desde el principio de una división hasta el inicio de la siguiente y se representa en diagramas circulares. El lapso que se requiere para completar un ciclo celular es el tiempo de generación. Este tiempo varía mucho, pero es de 8 a 20 horas en células vegetales y animales en crecimiento activo. EL CICLO CELULAR CONSTA DE DOS FASES PRINCIPALES: LA MITOSIS Y LA INTERFASE. La primera fase, la interfase, es el periodo entre las divisiones celulares, durante el cual la célula adquiere nutrimentos del medio, crece y duplica sus cromosomas, cumpliendo con los episodios G1, S y G2. La segunda fase, la mitosis (también llamada división celular), es un proceso complejo que asegura que ceda nuevo núcleo reciba el mismo número y los mismos tipos de cromosomas característicos del núcleo original. Esta fase comprende a la citocinesis, que suele comenzar antes de que se complete la mitosis, es la división del citoplasma celular para formar dos células. INTERFASE La interfase ha sido dividida por los biólogos celulares en tres subfases, llamadas G1, G2 y S. G1 Primer intervalo o periodo presíntesis de ADN El tiempo que transcurre entre la mitosis y el comienzo de la fase S es la fase G1 (G corresponde a “gap”, que significa intervalo en inglés, porque se trata de un lapso en el cual no ocurre síntesis de DNA). El crecimiento celular ocurre durante la fase G1, que suele tener una duración de 8 horas. Hacia el final de esta fase aumenta la actividad de las enzimas necesarias para la síntesis de DNA, estas enzimas junto con muchos otros factores, hacen posible que la célula entre en la fase S. S Periodo de síntesis de ADN Hay ciertos elementos que van a participar para que se realice la síntesis de ADN y la duplicación de los cromosomas. Encontramos: a) Unas unidades de construcción que son los desoxirribonucleótidos, la adenina, citosina, guanina y timina. b) Fuentes de energía que van a ser suministradas por los desoxirribonucleótidos-trifosfato (dATP, dGTP, dCTP, dTTP). c) Información: la molécula original de ADN va a servir de molde y se va a autoduplicar en dos moléculas idénticas a la original. d) Para que se lleve a cabo la autoduplicación este proceso va a ser catalizado por una enzima específica llamada: ADN polimeraza o ADV dependiente. e) El asiento celular en este proceso es el núcleo de al célula específicamente en la cromatina. G2 Segundo intervalo o periodo postsintesis de ADN Una vez que se completa la fase S, la célula entra en una segunda fase de intervalo, la fase G2. la célula ya está autorizada para efectuar la división celular antes de hacerlo en la fase G2. Durante la mayor parte de la G2 se sintetizan las mol´ñeculas necesarias de DNA para la división celular. El fin de la fase G2 es marcado por el comienzo de la mitosis. La fase G2 va a marcar el inicio de la mitosis aquí prácticamente los cromosomas están condensados. Aunque la designación de primer nexo en la síntesis de DNA hace suponer que la célula está descansando, no sucede así. La mayor parte del crecimiento y de la actividad de la célula ocurre durante la fase G1. la célula quiere nutrimentos de su medio, lleva a cabo sus funciones especializadas y creer. El proceso que alterna una fase mitótica y una fase de crecimiento o interfase se denomina ciclo celular. a) b) c) d) e) f) El ciclo celular dura 20 horas y así tenemos que: La mitosis dura una hora. El periodo G1 dura 8 horas. El periodo S dura 6 o 7 horas aproximadamente. El periodo G2 dura 4 y media horas. La célula pasa la mayor parte de su vida (el 90%) en interfase. El término interfase se aplica al intervalo que media entre fases consecutivas de la mitosis. LAS CÉLULAS TIENEN INTERFASES DE DIFERENTE DURACIÓN Como las células procarióticas son estructural y funcionalmente muy diferentes de la célula eucariótica sus ciclos celulares difieren en varios aspectos. Muchos tipos de células de mamíferos progresan lentamente durante la interfase, pasando cinco horas en la etapa G1, aproximadamente 7 duplicando su DNA durante la fase S y 3 en G2 preparándose para la división. Aunque la división celular generalmente dura en promedio una hora, algunos tipos celulares tienen ciclos celulares muy cortos, mientras que otros pueden durar semanas o toda su vida sin dividirse. Estas diferencias en la duración del ciclo celular en general se originan por diferencias en la duración de la fase G1. Por ejemplo, las divisiones celulares tempranas de un embrión animal ocurren en una sucesión rápida casi carente por completo de la fase G1, y por lo tanto, casi no hay crecimiento entre ambas divisiones. Por el contrario, las neuronas del cerebro de los mamíferos no se dividen y permanecen en la fase G1 durante toda su vida. LA MITOSIS La mitosis es un proceso continuo, pero clásicamente se la divide en 5 etapas par su mejor estudio. Es un tipo de división celular indirecta. En este proceso se va a establecer la cariocinesis (división del núcleo y los cromosomas) y la Citocinesis (división del citoplasma y todos sus organelos). PROFASE La primera etapa de la mitosis la profase comienza cuando los largos hilos de cromatina comienzan a condensarse y a formar los cromosomas mitóticos. Se observa que los dos centríolos se separan y migran hacia los polos opuestos en la célula, organizando entre ellos un sistema de microtúbulos que permitirán la migración ordenada de los cromosomas. Recibe el nombre de aparato mitótico el sistema de microtúbulos que se extienden a través de la célula, de un polo a otro, constituido por: a) Los centríolos, rodeados por una zona clara llamada centrosoma; a medida que migra, cada centríolo organiza un nuevo centríolo hijo, de modo que al llegar a los polos, se observan un par de centríolos en posición perpendicular. b) Los ásteres, un conjunto de microtúbulos más cortos que se extienden o irradian desde cada centríolo. c) El huso acromático o huso mitótico, de forma ovoide, formado por numerosos microtúbulos sin ramificaciones. Esta formado por: 1. Fibras fusiformes: que se extienden de un centríolo al otro centríolo. 2. Fibras Cromosómicas: que se dirigen desde el centríolo al centrómero del cromosoma. 3. Radiaciones Astrales: que irradian alrededor del centrosoma. Partes del centríolo. La envoltura nuclear se desorganiza y sus fragmentos pasan a ser indistinguibles del retículo endoplasmatico. También desaparece al nucleolo, al disgregarse los gránulos que lo constituyen. PROMETAFASE En esta etapa, los cromosomas condensados migran hacia la placa ecuatorial de la célula (o más específicamente, hacia la placa ecuatorial del huso acromático). Este movimiento de los cromosomas a la placa ecuatorial va a tener el nombre de Metakinesis. METAFASE Los cromosomas con las cromátidas hermanas completamente encendidas y en su grado de máxima condensación, se alinean en el plano central de la célula. Cada cromosoma de manera independiente del resto, está unido por su centrómero a una fibra del huso acromático, mientras sus brazos se hayan orientados en distintas direcciones. ANAFASE Es un periodo relativamente rápido, en el cual las dos cromátidas hermanas que componen cada cromosoma se separan por fisión del centrómero, y se dirigen hacia los polos opuestos de la célula, con una velocidad que puede alcanzar los 0,4. En cada polo llega a formarse los cromosomas hijos. Dentro del centrómero se encuentra un anillo proteico llamado cinetocoro en el cual se van a fijar los microtúbulos del huso acromático y permite también la migración de los cromosomas. TELOFASE Al terminar la migración de los dos grupos de cromosomas hijos, el huso mitótico y los asteres se desorganizan. Alrededor de cada grupo cromosómico se organiza una envoltura nuclear, a partir de fragmentos que parecen provenir del retículo endoplásmico y que pueden incluir restos de la envoltura original. Así quedan los dos núcleos hijos. Los cromosomas se dispersan y toman el aspecto de cromatina que tenían antes de iniciarse la división mitótica. Los nucleolos reaparecen en este momento, a partir de los organizadores nucleolares. En la telofase también desaparecen los microtúbulos del huso. TIEMPO DE DURACIÓN DE LAS FASES DE LA MITOSIS Profase : 50 – 60 min. Metafase : 20 min. Anafase : 18 min. Telofase : 30 – 35 min. CITOCINESIS EN LA CÉLULA ANIMAL Y VEGETAL CELULA ANIMAL La citocinesis de una célula animal comienza con la formación de un anillo de microfilamentos de actina perpendiculares al huso, alrededor de la región ecuatorial de la célula. El anillo se contrae hasta formar un surco que se profundiza de manera gradual y termina por separa el citoplasma en dos células hijas, cada una con un núcleo completo. CELULA VEGETAL En las células vegetales, al citocinesis ocurre a través de la formación de una placa celular, una división que se forma en la zona ecuatorial del huso y crece lateralmente a la pares celular. La placa celular se genera a partir de una línea de vesículas que se originan en el complejo de Golgi. Las vesículas contienen materiales para la construcción tanto de una pared celular primaria para cada célula hija cómo de una lámina media que cementará entre sí las paredes celulares primarias. Las membranas de las vesículas se fusionan para convertirse en la membrana plasmática de cada célula hija. MEIOSIS CONCEPTO DE MEIOSIS La meiosis es un tipo especial de división nuclear, restringida específicamente al tejido reproductor y se puede considerar como una modificación de la mitosis. Esta da origen a células que van transformándose por último en gametos masculinos y femeninos, cada uno conteniendo la mitad del número cromosómico que se encuentra en las otras células que del organismo. El hecho más significativo es que los cromosomas materno y paterno están separados uno del otro al azar y, distribuidos en los cuatro núcleos resultantes, los cuales tienen ahora la mitad de cromosomas de los que poseía la célula madre. MITOSIS REDUCCIONAL O MEIOSIS I Los 2 cromosomas de cada par se separan y se distribuyen entre las células formadas. MITOSIS ECUACIONAL O NORMAL O MEIOSIS II Los cromátides de cada cromosoma se separan y se distribuyen entre las células hijas y así se obtiene en definitiva cuatro células. MEIOSIS I PROFASE I La profase I es mucho más larga que la mitosis normal. Esta se subdivide en cinco subfases que van a experimentar los cromosomas homólogos: a) Leptotema = leptos = estrecho, delgado b) Zigotema = zygos = yugo c) Paquitema = pachys = grueso d) Diplotema= diploos = doble e) Diacinesis Al inicio de la profase I se observan como filamentos largos u finos, estos presentan unos gránulos llamados cromómeros. La forma que el cromosoma va tomando de filamento largo y delgado que presenta cromómeros y distribuido de manera anárquica es el Leptotema. Aquí los cromosomas se emparejan con sus homólogos y este apareamiento se realiza entre cromómero y cromómero. El pareo de homólogos en la profase I se va a llamar sinapsis o bivalente. Recordando que cada cromosoma se constituye se dos cromátidas, entonces al emparejarse con su homólogo las cuatro cromátidas formarán la tétrada o también llamada divalente. Al buscar pareja los cromosomas ya entran en estado Zigotema. Los cromosomas al mostrarse contraídos (espiralizados), tienen un aspecto grueso y corto han llegado al estado de Paquitema. Cuando se a dado el proceso de la sinapsis las cromátides se forman una alrededor de la otra y al ser observadas al microscopio unas estructuras llamadas quiasmas. Estas estructuras son en forma de x y nos van a indicar los puntos de cruce. Al doblarse una alrededor de otra se producen rupturas que dan lugar al intercambio de materiales de cromátide entre los cromosomas homólogos durante la meiosis denominando este entrecruzamiento o crossing-over. Entonces llegamos al estado de Diplotema. Por último encontramos a la Diacinesis que comprende la separación de los filamentos cromosómicos cruzados anteriormente resultado cromosomas con material intercambiado o cromosomas mixtos. METAFASE I Los cromosomas se ordenan por pares homólogos en la placa ecuatorial y unen sus centrómeros al huso acromático entonces tiene lugar un proceso de reorganización cromosómica o genómica, que es la fuente de la variabilidad, así como se dio también en el entrecruzamiento. ANAFASE I Los centrómeros se van a partir a y se dirigen hacia los polos de la célula y cada uno de ellos arrastra a los cromosomas homólogos. Aquí se separan cromosomas y no solo cromátidas; esta es la diferencia de la Anafase de la mitosis. TELOFASE I Cuando los cromosomas han llegado a los polos, se desorganizan el huso acromático y los ásteres, se reorganizan la envoltura nuclear y los nucleolos, y quedan constituidos los dos núcleos hijos. Los cromosomas pueden permanecer aún parcialmente condensados. Simultáneamente se produce la Citocinesis lo cual da como resultado dos células hijas con un número haploide de cromosomas. INTERCINESIS Se denomina así al período que tiene lugar entre la meiosis I y la meiosis II. En este periodo no se realiza la duplicación del ADN y las cromátides aún están unidas y los cromosomas no se han extendido por completo. MEIOSIS II Los procesos que se realizan durante esta división son completamente semejantes a los de una mitosis que ocurriera en la célula haploide. PROFASE II Es muy corta con n cromosomas cada una de las células hijas de la diada. Se produce la condensación de los cromosomas, desintegración de los nucleolos, migración de los centríolos a los polos; duplicación de los centríolos, formación del huso acromático y desorganización de la envoltura nuclear. El centro celular se divide en dos y migra, cada una, hacia el polo opuesto, para formar entre ellos el huso acromático. METAFASE II Los cromosomas se ubicaran en el plano ecuatorial por sus centrómeros en las fibras del huso, este es perpendicular al de la meiosis I. ANAFASE II Las dos cromátidas de cada cromosoma se separan y se dirigen cada uno a un polo de la célula, y posteriormente van a ser llamados cromosomas. TELOFASE II Se forman cuatro células hijas n cromátides cada una y esta es llamada tétrada por las cuatro; estas cromátidas mediante la duplicación del ADN pasan a ser cromosomas. Ocurre la llegada de los grupos cromosómicos a los polos, desorganización del huso acromático, reorganización de la envoltura nuclear, reorganización del nucleolo. CONSECUENCIA DE LA MEIOSIS a) Reducción del número de cromosomas a la mitad. b) Los cuatro gametos obtenidos son distintos entre sí y distintos entre sus progenitores como consecuencia del sobrecruzamiento y de la reorganización cromosómica en la metafase I. COMPARACIÓN ENTRE MITOSIS Y MEIOSIS MITOSIS MEIOSIS Ocurre en la mayoría de los tipos de Ocurre en la formación de gametos células eucarióticas en células eucarióticas. Los cromosomas homólogos se No hay apareamiento de homólogos. aparean en sinapsis y entonces puede ocurrir entrecruzamiento. Se mantiene el número de El número de cromosomas se cromosomas. reduce de diploide a monoploide. Una división Dos divisiones. Se producen dos células hijas. Se producen cuatro células hijas Las células hijas tienen las células hijas son idénticas entre combinaciones variadas de sí y a la célula madre. cromosomas y no son idénticas a la célula madre. GENETICA GREGOR JOHAM MENDEL n 1865, el monje agustino austriaco Gregor Joham Mendel, abad del monasterio de Brünn (Chequia), formuló las leyes hereditarias que llevan su nombre, fruto de sus estudios tras un descubrimiento ocurrido en su jardín con determinadas especies vegetales. Mendel trabajó sobre la transmisión de los caracteres de las plantas a través de sucesivas generaciones, en lo que hoy constituye el fundamento de la genética moderna. El interés por conocer esos principios partió de su experimentación con siete características diferentes de variedades de guisantes puras. Mendel observó que se obtenían híbridos, si cruzaba una variedad de tallo corto con otra de tallo largo; estos descendientes conservaban el parecido con los ascendientes de tallo alto. Los estudios de Mendel se basaron en cuatro aspectos: a) Estudiar la transmisión de caracteres aislados; b) Contar el número de descendientes de cada tipo; c) Cruzar cepas o razas puras; y d) Elegir una planta en la cual el origen de los gametos podía ser controlado. En primer lugar cruzaba dos individuos puros que diferían en la manifestación de uno de los caracteres. Los descendientes del primer cruzamiento eran híbridos. A continuación cruzaba estos híbridos entre sí. La primera generación era la llamada paterna P, o F0; la segunda, la primera generación filial o F1, la tercera, la segunda generación filial o F2. Sus principales experimentos, llevados a cabo sobre más de 27.000 plantas de distintas variedades del guisante oloroso, concluyeron y fueron resumidos en leyes, las de la dominancia y la segregación de caracteres. En 1865 presentó los resultados ante la Sociedad de Ciencias Naturales de Brünn, los cuales fueron publicados al año siguiente. Sus estudios no fueron valorados hasta 1900, al ser redescubiertos por Hugo de Vries, Karl Frich Correns y Erich Tschermack. PRIMERA LEY DE LA UNIFORMIDAD DE LA PRIMERA GENERACION Si se cruzan dos individuos (P) homocigóticos para un solo par de alelos, pero con distinta expresión, todos los descendientes de la primera generación, que se denominarán híbridos F1, son idénticos. Expresado de una forma más clara: cuando se realiza el cruzamiento entre individuos de la misma especie pertenecientes a razas puras, todos los híbridos de la primera generación filial son iguales. Estos híbridos manifiestan enteramente el carácter de uno de los progenitores (carácter dominante), mientras que el carácter del otro progenitor no se muestra, como si estuviera oculto o desaparecido (carácter recesivo), o bien los híbridos muestran un carácter intermedio entre los dos padres (codominancia). Mendel llamó "factores" a los responsables de la herencia biológica. Hoy día a estos "factores" se les denomina genes, los cuales se encuentran ubicados en lugares específicos de los cromosomas llamados locus. Los cromosomas homólogos tienen los mismos genes, de tal forma, que se corresponden exactamente punto por punto; por tanto, cada célula no tiene uno, sino dos genes para regir un carácter determinado. Así pues, cualquier carácter hereditario estará determinado por dos genes, uno procedente del padre y otro de la madre. A estos genes que rigen un carácter se les llama alelos. Si estos alelos son iguales, al individuo se le denomina homocigótico o puro, y si son distintos, heterocigótico o híbrido. Al conjunto de los genes de un individuo se le denomina genotipo, y al conjunto de características de dicho individuo fenotipo. Mendel trabajó con la arveja de jardín, una leguminosa que tiene muchas ventajas en los estudios genéticos, como producir varias generaciones, se autofecunda, es lo suficientemente simple y presenta rasgos claramente observables. En sus trabajos Mendel centró su atención en un solo rasgo, seleccionando de siete características de la planta de arveja que se distinguían fácilmente y que pasamos a detallar: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Color de la cubierta de la semilla (gris-blanca). Textura de la semilla (lisa-rugosa). Color de las semillas (amarillo-verde). Tamaño de la planta (alta-enana). Posición de las flores en el tallo (axilar-terminal). Color de la vaina (verde-amarilla). Forma de la vaina (inflado-constreñido). Otro aspecto importante que utilizó fue lo de líneas puras, obtuvo plantas de arveja con una característica que le interesaba estudiar. Luego cruzó dos variedades puras de arveja para la característica elegida, plantas de tallo alto con plantas de tallo enano, y analizó la descendencia. Las plantas obtenidas las denominó, primera generación final o F 1. Los cruzamientos dirigidos a obtener híbridos para una característica se denominan cruzamientos monohíbridos o simplemente monohíbridismo, y los individuos de la F1 se denominan híbridos mendelianos, porque son producto del cruzamiento de dos líneas puras. Figura 1. Resultados si el genotipo es homocigoto dominante. Durante los cruzamientos con variedades puras en la F1 los híbridos presentaban siempre una sola de las características de sus progenitores. Mendel llamó carácter dominante al rasgo expresado en todos los híbridos de la F1 y carácter recesivo al que no se manifiesta la F1. Luego permitió que las plantas de F1 se autofecundaran y analizó la descendencia de la segunda generación filial a F2 donde: 75% de los descendientes presentaron carácter dominante y un 25% el carácter recesivo, proporción fenotípica de 3:1 en relación a dominantes y recesivos. Mendel interpretó los resultados de la siguiente manera: si en los cruzamientos de dos líneas puras, en la F1, aparece sólo una de las dos características, se podría inferir que un progenitor transmitió un factor a la descendencia a través de los gametos. Esto explicaría por qué los híbridos se parecerían a un solo progenitor. Sin embargo, cuando se autofecundan los individuos de F1, aparecen la F2 las dos características en una proporción de 3:1, de lo que se puede deducir que el carácter recesivo también se transmite a la descendencia a través de los gametos, y que durante esta transmisión no hay mezclas. Estos resultados permitieron postular el principio de la segregación " al cruzarse entre sí los híbridos obtenidos en la primera generación, los caracteres antagónicos que poseen se separan y se reparten sin mezclarse entre los distintos gametos, apareciendo luego en la descendencia". Primera ley de Mendel Esta es La primera ley de Mendel vista en imágenes. Pl ant as heterocigóticas +Primera generación filial heterocigóticas Plantas Primera generación filial Mendel luego de haber cruzado una planta enana con una gigante y obtener los resultados mencionados en los dibujos anteriores, tomó dos plantas de la primera generación y las cruzó entre sí, obteniendo una segunda generación con las siguientes características: Segunda generación filial. PRIMERA LEY DE MENDEL Enunciado de la ley: A esta ley se le llama también Ley de la uniformidad de los híbridos de la primera generación (F1). , y dice que cuando se cruzan dos variedades individuos de raza pura ambos (homocigotos) para un determinado carácter, todos los híbridos de la primera generación son iguales. El experimento de Mendel.Mendel llegó a esta conclusión trabajando con una Figura 1 variedad pura de plantas de guisantes que producían las semillas amarillas y con una variedad que producía las semillas verdes. Al hacer un cruzamiento entre estas plantas, obtenía siempre plantas con semillas amarillas. Interpretación del experimento.El polen de la planta progenitora aporta a la descendencia un alelo para el color de la semilla, y el óvulo de la otra planta progenitora aporta el otro alelo para el color de la semilla; de los dos alelos, solamente se manifiesta aquél que es dominante (A), mientras que el recesivo (a) permanece oculto. Otros casos para la primera ley.La primera ley de Mendel se cumple también para el Figura 2 caso en que un determinado gen de lugar a una herencia intermedia y no dominante, como es el caso del color de las flores del "dondiego de noche" (Mirabilis jalapa). Al cruzar las plantas de la variedad de flor blanca con plantas de la variedad de flor roja, se obtienen plantas de flores rosas. La interpretación es la misma que en el caso anterior, solamente varía la manera de expresarse los distintos alelos. SEGUNDA LEY DE MENDEL O LEY DE LA DISYUNCION Al cruzar entre sí los híbridos de la generación F1 se obtienen en la F2 distintos tipos de descendientes, parte de los cuales son como los individuos de P. Los genes que han constituido pareja en los individuos de la F1, se separan al formarse las células reproductoras de éstos. Así, al cruzar los híbridos de la F1 entres sí, obtenemos el desarrollo mostrado en los gráficos, que corresponde exactamente a lo observado por Mendel. En la F2, las 3/4 partes de los individuos obtenidos presentaban semillas lisas, y el 1/4 restante, rugosas. Segunda ley de Mendel Enunciado de la ley se le llama de la separación o disyunción de los alelos. El experimento de Mendel. Mendel tomó plantas procedentes de Figura 3 las semillas de la primera generación (F1) del experimento anterior (figura 1) y las polinizó entre sí. Del cruce obtuvo semillas amarillas y verdes en la proporción que se indica en la figura 3. Así pues, aunque el alelo que determina la coloración verde de las semillas parecía haber desaparecido en la primera generación filial, vuelve a manifestarse en esta segunda generación. Descendencia en un monohibridismo intermedio 1-Razas puras, 2Híbrido intermedio Interpretación del experimento. Los dos alelos distintos para el color de la semilla presentes en los individuos de la primera generación filial, no se han mezclado ni han desaparecido , simplemente ocurría que se manifestaba sólo uno de los dos. Cuando el individuo de fenotipo amarillo y genotipo Aa, forme los gametos, se separan los alelos, de tal forma que en cada gameto sólo habrá uno de los alelos y así puede explicarse los resultados obtenidos. Otros casos para la segunda ley. En el caso de los genes que presentan herencia intermedia, también se cumple el enunciado de la segunda ley. Si tomamos dos plantas de flores rosas de la primera generación filial (F1) del cruce que se observa en la figura 2 y las cruzamos entre sí, se obtienen plantas con flores blancas, rosas y rojas, en la proporción que se indica en el esquema de la figura 4. También en este caso se manifiestan los alelos para el color rojo y blanco, que permanecieron ocultos en la primera generación filial. RETROCRUZAMIENTO En el caso de los genes que manifiestan herencia dominante, no existe ninguna diferencia aparente entre los individuos heterocigóticos (Aa) y los homocigóticos (AA), pues ambos individuos presentarían un fenotipo amarillo. La prueba del retrocruzamiento, o simplemente cruzamiento prueba, sirve para diferenciar el individuo homo del heterocigótico. Consiste en cruzar el fenotipo dominante con la variedad homocigoto recesiva (aa). Figura 5 Segundo experimento Si es El propósito del siguiente experimento fue homocigótico, la observar las variaciones que, para cada toda pareja de caracteres diferentes, aparecían descendencia será en la descendencia del híbrido y deducir igual, en este caso cumple la la ley según la cual se trasmitirían en las se primera Ley de generaciones sucesivas. Mendel.(figura 5). Aplicando el principio de continuidad, Mendel sembró las semillas obtenidas de Figura 6 la generación F1 y dejó que las flores de esta primera generación se reprodujeran es por autofecundación, de modo que los Si óvulos fueran fecundados sólo por polen heterocigótico, en descendencia de la misma flor. Las flores que obtuvo de la volverá a aparecer este modo, siguiendo con el ejemplo que antes hemos propuesto, eran, según sus el carácter recesivo datos originales, 705 violetas y 224 de en una proporción color blanco. Esto significaba que el del 50%. (figura 6). carácter supuestamente "desaparecido" volvía a encontrarse en la segunda generación, o F2, en una proporción de alrededor de un 25% de la descendencia. F2 obtenida por la autofecundación de la F1 F2 o segunda generación filial En todos los cruzamientos programados que realizó, con los siete caracteres estudiados, analizando un único rasgo cada vez, obtuvo resultados semejantes, como se indica en el siguiente cuadro. Los resultados no están referidos a tantos por ciento sino la proporción en relación a la unidad. Se averigua dividiendo el resultado mayor por el menor. TERCERA LEY DE MENDEL LEY DE LA INDEPENDENCIA DE LOS CARACTERES. Mendel efectuó también cruces con plantas que diferían en dos características (dihibridismo): por ejemplo, guisantes de semilla lisa y amarilla a un tiempo con otros de semilla verde y rugosa. De esta forma obtuvo la tercera ley, que dice: Si se cruzan razas que difieren en uno o más alelos, los alelos son independientes o ligados y siguen las dos primeras leyes de Mendel. Es decir, cada uno de los caracteres hereditarios se transmite a la progenie con total independencia de los restantes. La proporción obtenida por Mendel fue de 9 plantas de semilla amarilla y lisa; 3 plantas de semilla amarilla y rugosa; 3 plantas de semilla verde y lisa; y 1 planta de semilla verde y rugosa. Por tanto, 9:3:3:1. Las posibles combinaciones entre los gametos masculinos y femeninos se describen mediante los llamados tableros de Punnett TERCERA LEY DE MENDEL Enunciado de la ley independiente de caracteres, y hace referencia al caso de que se contemplen dos caracteres distintos. Cada uno de ellos se transmite siguiendo las leyes anteriores con independencia de la presencia del otro carácter. El experimento de Mendel. Figura 7 Mendel cruzó plantas de guisantes de semilla amarilla y lisa con plantas de semilla verde y rugosa ( Homocigóticas ambas para los dos caracteres). (Figura 7) Figura 8 Las semillas obtenidas en este cruzamiento eran todas amarillas y lisas, cumpliéndose así la primera ley para cada uno de los caracteres considerados, y revelándonos también que los alelos dominantes para esos caracteres son los que determinan el color amarillo y la forma lisa. Las plantas obtenidas y que constituyen la F1 son dihíbridas (AaBb).Estas plantas de la F1 se cruzan entre sí, teniendo en cuenta los gametos que formarán cada una de las plantas y que pueden verse en la figura 8. En el cuadro de la figura 9 se ven las semillas que aparecen y en las proporciones que se indica. Se puede apreciar que los alelos de los distintos genes se transmiten con independencia unos de otros, ya que en la segunda generación filial F2 aparecen guisantes amarillos y rugosos y otros que son verdes y lisos, combinaciones que no se habían dado ni en la generación parental (P), ni en la filial primera (F1). Figura 9 Asímismo, los resultados obtenidos para cada uno de los caracteres considerados por separado, responden a la segunda ley. Interpretación del experimento. Los resultados de los experimentos de la tercera ley refuerzan el concepto de que los genes son independientes entre sí, que no se mezclan ni desaparecen generación tras generación. Para esta interpretación fue providencial la elección de los caracteres, pues estos resultados no se cumplen siempre, sino solamente en el caso de que los dos caracteres a estudiar estén regulados por genes que se encuentran en distintos cromosomas. No se cumple cuando los dos genes considerados se encuentran en un mismo cromosoma, es el caso de los genes ligados. Tercer experimento Después de dilucidar el mecanismo de la herencia de un rasgo o carácter, Mendel se planteó cuáles serían los resultados si consideraba simultáneamente la herencia de dos caracteres, cruzamiento híbridobrido. Para averiguarlo, realizó los cruzamientos entre dos plantas "puras":unas cuyas semillas eran amarillas y de contorno liso, y otras cuyas semillas eran verdes y de contorno rugoso. Por los experimentos previos sabía que: A = factor dominante que determina semillas amarillas. a = factor recesivo que determina semillas verdes. Y a su vez: L= factor dominante que determina semillas de contorno liso. I= factor recesivo que determina semillas de contorno rugoso. De acuerdo con este hecho, si el comportamiento de los factores era semejante al del cruzamiento monohíbrido (considerando sólo un carácter), podía esperar que el 100% de la F1 resultante en este caso, tuviera un fenotipo dominante para los dos caracteres. Es decir, que fueran todas plantas de semillas amarillas y de contorno liso. Y ése fue precisamente el resultado que obtuvo. A continuación, plantó las semillas de esta F1 y dejó que se autofecundaran. Analizó los descendientes, que correspondían a la F2, y de las 556 semillas que obtuvo, si consideraba sólo el color de las mismas el resultado era: 416 semillas amarillas. 140 semillas verdes. lo cual, expresado en porcentajes, es: 74,8% semillas amarillas: 25,2% semillas verdes. Esto significaba que la F2 respondía aproximadamente a la proporción 3:1 predicha por la segunda ley. Si, en cambio, consideraba el contorno de las semillas, el recuento era de: 423 semillas lisas. 133 semillas rugosas. que, en porcentajes, era: 76,1% semillas lisas: 23,9% semillas rugosas. Nuevamente obtenía una proporción cercana a 3:1. Pero la pregunta importante por plantear era la siguiente: ¿El carácter "color de la semilla" se heredaba independientemente del carácter " contorno de la semilla"? ¿0 bien se mantenía un vínculo entre ambos, de tal modo que sólo aparecieran las combinaciones originales, es decir, color amarillo + contorno liso, o color verde + contorno rugoso? Cuando Mendel hizo el recuento, pero ahora considerando ambos caracteres a la vez, obtuvo los siguientes resultados: 315 semillas amarillas y lisas. 101 semillas amarillas y rugosas 108 semillas verdes y lisas 32 semillas verdes y rugosas ¿Qué le indicaban a Mendel estas parejas de caracteres, algunas iguales a las parentales y otras "nuevas" o recombinadas? Las combinaciones nuevas le daban la pauta para asegurar que los caracteres color y contorno no quedaban "ligados" según la combinación parental, sino que se separaban y recombinaban independientemente. La conclusión a la que llegó Mendel después de analizar el cruzamiento del dihíbrido se conoce como Tercera Ley de Mendel o ley de la distribución o transmisión independiente de los caracteres. En un individuo, los factores pertenecientes a un determinado carácter se separan durante la formación de los gametos independientemente de otros factores que determinan otros caracteres. En ellos se verifican las leyes matemáticas de la combinatoria. En concreto, esto significa que la probabilidad de que un individiio herede un determinado carácter es independiente de la probabilidad de que herede otro distinto. De esta forma, calculó qué probabilidad tiene una planta de poseer simultáneamente semillas amarillas y de contorno liso, multiplicando las probabilidades individuales de que aparezca cada rasgo. El mismo cálculo se puede hacer para averiguar la probabilidad de cualquier otra combinación. De acuerdo con lo que se acaba de exponer, tendríamos los resultados presentados en el siguiente cuadro: La posibilidad amarilla y lisa de que una semilla sea... amarilla rugosa ...es igual a la amarilla (3/4) probabilidad de que sea... amarilla (3/4) verde (1/4) verde (1/4) multiplicada lisa (3/4) por la posibilidad de que sea... rugosa (1/4) lisa (3/4) rugosa (3/4) Es decir y verde y lisa verde rugosa y 3/4 x 3/4 = 9/16 3/4 x 1/4 = 3/16 1/4 x 3/4 = 3/16 1/4 x 1/4 = 1/16 Expresado en 56.25% procentajes: 18.75% 18.75% 6.25% Los 315/556=56.6% 101/556=18.2% 108/556=19.4% 32/556=5.8% resultados de Mendel fueron: CROMOSOMAS Cada cromosoma está hecho de una larga y enrollada molécula de ADN, la famosa doble hélice. Nombre que recibe una diminuta estructura filiforme formada por ácidos nucleicos y proteínas presente en todas las células vegetales y animales. El cromosoma contiene el ácido nucleico, ADN, que se divide en pequeñas unidades llamadas genes. Éstos determinan las características hereditarias de la célula u organismo. Las células de los individuos de una especie determinada suelen tener un número fijo de cromosomas, que en las plantas y animales superiores se presentan por pares. El ser humano tiene 23 pares de cromosomas. En estos organismos, las células reproductoras tienen por lo general sólo la mitad de los cromosomas presentes en las corporales o somáticas. Durante la fecundación, el espermatozoide y el óvulo se unen y reconstruyen en el nuevo organismo la disposición por pares de los cromosomas; la mitad de estos cromosomas procede de un parental, y la otra mitad del otro. Cada 1,8 metros de longitud de la cadena de ADN humano contienen más de 3 billones de pares de bases químicas – esas son las letras digitales en el código de la vida. FORMA DE LOS CROMOSOMAS EL CARIOTIPO HUMANO El objetivo de esta práctica es aprender a reconocer los cromosomas humanos, elaborar un cariotipo a partir de una fotografía y saber determinar las anomalías cromosómicas más frecuentes. La célula con la que vamos a trabajar se ha obtenido a partir de un cultivo de sangre periférica, después se hizo un tratamiento con tripsina y posteriormente tinción con Giemsa para obtener un bandeo G. La microfotografía así obtenida pertenece a una persona que no tiene ninguna anomalía cromosómica. La dotación cromosómica normal de la especie humana es de 46,XX para las mujeres y de 46, XY para los varones. En el cariotipo humano los cromosomas se ordenan de mayor a menor. Hay cromosomas grandes, medianos y pequeños. Al ordenar los comosomas se constituyen 7 grupos atendiendo no sólo al tamaño sino también a la forma de las parejas cromosómicas, dentro del cariotipo humano podemos encontrar cromosomas metacéntricos (tienen los dos brazos aproximadamente iguales en longitud), submetacéntricos (con un brazo más pequeño que otro) y acrocéntricos (con un brazo corto muy pequeño). Concretamente en el cariotipo humano hay 7 grupos de cromosomas. Dentro de cada grupo vamos a ordenar y reconocer los cromosomas con la ayuda de un idiograma: Un idiograma es la representación esquemática del tamaño, forma y patrón de bandas de todo el complemento cromosómico, los cromosomas se sitúan alineados por el centrómero, y con el brazo largo siempre hacia abajo. Los grupos que comprende el cariotipo humano son los siguientes: CROMOSOMAS GRANDES 1. Grupo A, (cromosomas 1, 2 y 3), meta y submetacéntricos 2. Grupo B, (cromosomas 4 y 5), submetacéntricos CROMOSOMAS MEDIANOS 1. Grupo C, (cromosomas 7, 8, 9, 10, 11, 12 y además los cromosomas X), Submetacentricos 2. Grupo D, (cromosomas 13, 14 y 15) acrocéntricos CROMOSOMAS PEQUEÑOS 1. Grupo E, (cromosomas 16, 17 y 18) submetacéntricos 2. Grupo F, (cromosomas 19 y 20) metacéntricos 3. Grupo G, (cromosomas 21 y 22) acrocéntricos Por acuerdo los cromosomas sexuales X e Y se separan de sus grupos correspondientes y se ponen juntos aparte al final del cariotipo. GRUPO A El cromosoma 1 es el más grande del complemento. En el brazo corto, cerca del centrómero, suele presentar dos bandas y el resto del brazo aparece con una tinción más clara por ausencia de bandas. El cromosoma 2 es submetacéntrico y se distingue porque ambos brazos tienen muchas bandas, lo que le hace aparecer bastante teñido. El cromosoma 3 es el más pequeño del grupo, es el más metacéntrico y sus dos brazos son muy parecidos en bandeo. GRUPO B El cromosoma 4 se distingue porque el brazo largo presenta varias bandas y suele aparecer bastante teñido. El cromosoma 5 tiene una banda en el brazo corto, y en el brazo largo aproximadamente a la mitad presenta un bloque más teñidos debido a la unión de varias bandas A continuación vamos a resolver el grupo más difícil que es el C. Este grupo consta de 7 pares de cromosomas de tamaño mediano submetacéntricos, además en este grupo deberían incluirse los cromosomas X (uno o dos según el sexo). El cromosoma X es fácil de distinguir porque tiene un brazo corto relativamente grande con una banda en posición intermedia de ese brazo. Además en el brazo largo tiene una banda que es equidistante del centrómero de la banda del brazo corto, el resto del brazo largo suele aparecer menos teñido, aunque dependiendo del contraste de la tinción puede aparecer alguna banda tenue al final. Para acabar con el resto de cromosomas sexuales diremos que el Y suele presentarse bastante teñido, situarse en la periferia celular y suele tener las cromátidas paralelas. Con este criterio y antes de continuar con el grupo C, podemos aislar los cromosomas sexuales de nuestra fotografía : Una vez separados los cromosomas sexuales, continuemos con el grupo C. Si aislamos los 14 cromosomas que lo componen tendríamos: GRUPO C El cromosoma 6 se confunde a veces con los del grupo B. Tiene un brazo corto con una banda distal, entre el centrómero y esa banda hay una zona de tinción muy débil. En el brazo largo podemos observar varias bandas. El cromosoma 7 es parecido al anterior tiene una banda distal en el brazo corto pero se distingue del 6 en que en el brazo largo presenta dos bandas muy claras y definidas. El cromosoma 8 es de los más difíciles de distinguir, pues dependiendo de la tinción, más concretamente de su contraste, pueden aparecer bandas en el brazo largo o no, lo más sencillo es dejarlo para el final, cuando se han resuelto el resto de cromosomas del grupo. El cromosoma 9 se distingue muy bien pues tiene una banda intersticial bastante grande en el brazo corto y dos bandas muy nítidas en el largo. El cromosoma 10 es de los más sencillos de determinar, ya que es el único del grupo que posee 3 bandas muy claras en el brazo largo, siendo la más próxima al centrómero más intensa que las otras dos. Los pares 11 y 12 son difícilmente distinguibles si no se ponen los 4 cromosomas juntos. Su patrón de bandas es el mismo una banda intersticial en el brazo corto y un bloque muy teñido hacia la mitad del brazo largo. Teniendo los 4 cromosomas juntos, los dos que presenten mayor distancia entre el centrómero y el bloque del brazo largo son el 11 y los otros dos el 12. El Grupo D es el más fácil de distinguir de los veinte que quedan por colocar, ya que está formado por 6 cromosomas acrocéntricos, medianos y satelizados, es decir que si los aislamos de los que nos quedan serían los siguientes: GRUPO D El cromosoma 13 presenta una banda cerca del centrómero y luego dos bandas que a veces aparecen juntas en la zona más distal pero sin llegar a ser teloméricas. El cromosoma 14 tiene dos bandas en el brazo largo, una cerca del centrómero y otra más alejada del mismo pero si llegar a ser tan distal como las del cromosoma 13. El cromosoma 15 se distingue porque posee una banda hacia la mitad del brazo. Además la mitad proximal del brazo aparece más teñida que la mitad distal. El grupo E consta de 3 pares de cromosomas de tamaño pequeño que son submetacéntricos, por lo tanto para continuar con nuestro ejercicio vamos a aislar esos seis cromosomas que son los quedan: más grandes de los que nos GRUPO E El cromosoma 16 es el submetacéntrico más grande de los pequeños, suele aparecer bastante claro o presentando alguna banda en el brazo largo El par 17 es más submetacéntrico que el anterior y presenta una banda en el brazo largo. El cromosoma 18 es el que tiene el brazo corto más pequeño del grupo y presenta dos bandas en el brazo largo. Ya sólo nos quedan 4 parejas de cromosomas: Estos cromosomas conforman los grupos F y G siendo los del F meta o submetacéntricos y los del G acrocéntricos y satelizados GRUPO F El cromosoma 19 no presenta ninguna banda en ninguno de los brazos cromosómicos a esta resolución El cromosoma 20 tiene una banda en el brazo corto GRUPO G Este grupo es quizás el más famoso porque tiene los cromosomas más pequeños y por su presencia en las alteraciones más frecuentes de la especie humana. Para distinguir un par cromosómico de otro hay que fijarse en la distinta tinción de la zona pericentromérica. El cromosoma 21 presenta una banda oscura de aspecto arriñonado que no está presente en el 22. El cromosoma 22 a veces tiene una banda hacia la mitad del brazo largo. El cariotipo una vez completado sería el siguiente: ANORMALIDADES CROMOSOMICAS Este trabajo de investigación fue realizado con el fin de investigar y conocer los diferentes tipos de malformaciones genéticas que ocurren en los cromosomas humanos. Igualmente este análisis, además de servirnos para ampliar nuestros conocimientos acerca de la genética, es valido como examen semestral de biología. Los cromosomas son filamentos en espiral que contiene el DNA. Los humanos tenemos 23 pares de cromosomas. Algunos tipos de alteraciones cromosomicas afectan el numero de cromosomas, a todo un cromosoma o solo a un fragmento del mismo. Los errores que rara vez se producen durante la replica del DNA son los que causan las mutaciones que sufren los cromosomas. Estas mutaciones también pueden ser causadas por temperaturas altas, la radiación y varios compuestos químicos. La mayoría de las anormalidades cromosómicas perjudican el organismo que las porta. Estas mutaciones son transmitidas hereditariamente y por esta razón, el numero de personas portadoras de genes mutados tiende a aumentar debido a la reproducción de especies, pero también tiende a disminuir debido a que los individuos con mutaciones genéticas no sobreviven o se reproducen menos que sus semejantes. Los genes que causan mutaciones cromosómicas en su mayoría son genes dominantes. Una persona que tenga justo una copia del gen recesivo se determina como portador, ya que esta persona tiene el gen pero no es afectado por el. En la figura de arriba el verde representa el gen dominante y el azul al portador. Algunos tipos de mutaciones que causan anormalidades son el ganar o el perder por completo o parcialmente un nucleótido (molécula formada por una pentosa, una base nitrogenada y un fósforo inorgánico). Además, estas pueden causar modificaciones más obvias o graves alterando la propia forma y el numero de los cromosomas. Algunos tipos de mutaciones cromosómicas son: la monosomía, la disomía, la trisomía, la euploidía, la aneuploidía, la aberración cromosomica, el síndrome de down, el síndrome de klinnefelter, el síndrome de turner, la deficiencia cromosómica, la translocación y la inversión. Las anormalidades referidas tienden a producir incapacidades graves dependiendo que pareja de cromosomas afecta. Como un solo grupo, estos desordenes cromosómicos afectan a 7 de cada 1000 infantes. Algunas descripciones cortas de algunas anormalidades mencionadas son: Una deficiencia cromosomica es cuando a un cromosoma le hacen falta genes (cigotos). Una translación es cuando un parte de un cromosoma se pasa a otro creando 4 cromosomas distintos, causando que dos parejas de cromosomas no sean homologuitas. Una inversión es un cambio en el orden de los genes de un cromosoma. Una monosomía es cuando el numero de cromosomas es inferior al normal e impar (Ej. 45 cromosomas/ 21 pares + 1). Una disomía es cuando cada cromosoma se encuentra duplicado y una trisomía cuando hay más cromosomas de lo normal e impar (Ej. 47 cromosomas/ 23 pares +1). ALTERACIONES CROMOSÓMICAS Algunas alteraciones genéticas no afectan a genes concretos sino a todo el cromosoma o a un segmento cromosómico. Por ejemplo, la presencia de tres copias del cromosoma 21 produce el síndrome de Down, pese a que no existe ninguna alteración de los genes de los cromosomas. Otras alteraciones cromosómicas por duplicación son el síndrome de Edwards, en el que aparecen 3 copias del cromosoma 18, y el síndrome de Patau, que se caracteriza porque los individuos que lo padecen tienen 3 copias del cromosoma 13. Las alteraciones cromosómicas pueden consistir en duplicación (como en los síndromes descritos anteriormente), pérdida (como ocurre en el síndrome de Turner, en el que falta un cromosoma X y las personas que lo padecen tienen un fenotipo femenino), ruptura (como en el síndrome del maullido de gato que se origina por una deleción parcial del brazo corto del cromosoma 5) o reorganización del material cromosómico. En conjunto, las alteraciones cromosómicas afectan a 7 de cada 1.000 nacidos vivos y son responsables de cerca del 50% de los abortos espontáneos en los tres primeros meses de embarazo. Cromosoma 1 Melanoma maligno Cáncer de próstata, el tumor más frecuente en el hombre Cromosoma 2 Síndrome de Waardenburg que se caracteriza por sordera y alteraciones en los ojos Cáncer de colon Cromosoma 3 Cáncer de pulmón Demencia Cromosoma 4 Enfermedades de Hungtinton con deterioro intelectual progresivo Poliquistosis renal Cromosoma 5 Atrofia muscular espinal Cáncer de colon Cromosoma 6 Hemocromatosis que es una absorción normal de hierro Atrofia espinocerebelar que conduce a perdida de coordinación muscular Cromosoma 7 Fibrosis quísquica en la que hay segregación anormal de mucus Obesidad severa demostrada en ratones Cromosoma 8 Linfoma de Burkitt, cáncer que afecta a niños africanos Progeria que es manifiesta en el envejecimiento prematuro de los niños Cromosoma 9 Melanoma o cáncer de piel Mal de Bourneville caracterizado por crisis epilépticas y retraso mental Cromosoma 10 Neoplasia endocrina múltiple en la que se desarrollan tumores en glándulas Cataratas congénitas Cromosoma 11 Anemia de células falciformes por la que los glóbulos rojos se deforman Ataxia con degeneración del cerebelo Cromosoma 12 Fenilcetonuria por falta de una enzima que desencadena retraso mental Cromosoma 13 Tumor en la retina Cáncer de glándula mamaria y de ovario Cromosoma 14 Enfermedad de Alzheimer que causa pérdida de memoria y degeneración cerebral Cromosoma 15 Síndrome de Marfán caracterizado por presentar estatura alta, dedos largos y delgados y pies planos Epilepsia juvenil Cromosoma 16 Enfermedad poliquísquica renal caracterizada por engrandecimiento del riñón y fallo renal Cromosoma 17 Cáncer de glándula mamaria y ovario Diferentes tipos de tumores Cromosoma 18 Cáncer en el páncreas Psicosis maniaco depresiva Cromosoma 19 Distrofia miotónica con pronunciada debilidad muscular Endurecimiento de las arterias por acumulación de colesterol Cromosoma 20 Inmunodeficiencia severa por un defecto metabólico Cromosoma 21 Esclerosis lateral amiotrófica Síndrome de Down por 3 cromosomas 21 Cromosoma 22 Neurofibromatosis de tipo 2 con tumores auditivos y cutáneos Cromosoma X Distrofia muscular de Duchenne con progresiva debilidad muscular en los niños Hemofilia Daltonismo Cromosoma Y Disgenesia gonadal que impide el desarrollo de las glándulas masculinas. HISTOLOGIA TEJIDOS DEL CUERPO HUMANO TEJIDO EPITELIAL Características generales de los tejidos epiteliales En los tejidos epiteliales, las células están estrechamente unidas entre sí formando láminas. La matriz extracelular es escasa y se ubica por debajo de las de Figura 1 Figura 2 células epiteliales (Figura 1). Ella forma una delgada capa llamada lámina basal. Las células soportan las tensiones mecánicas, por medio de resistentes filamentos proteicos que se entrecruzan, en el citoplasma de cada célula epitelial, formando el citoesqueleto. Para transmitir la tensión mecánica de una célula a las siguientes, estos filamentos están unidos a proteínas transmembrana ubicadas en sitios especializados de la membrana celular. Estas proteínas se asocian, en el espacio intercelular, ya sea con proteínas similares de la membrana de las células adyacentes, o con proteínas propias de la lámina basal subyacente (Figura 2) Los tejidos epiteliales limitan tanto las cavidades internas como las superficies libres del cuerpo. La presencia de uniones especializadas entre sus células permite a los epitelios formar barreras para el movimiento de agua, solutos o células, desde un compartimiento corporal a otro. Como se ilustra en la figura 3, un epitelio separa el lumen intestinal de los tejidos Figura 3 subyacentes; y un epitelio separa a la pared intestinal de la cavidad abdominal. Estructura General de los Tejidos Epiteliales La estructura básica de los tejidos epiteliales corresponde a una lámina continua de células estrechamente asociadas entre sí, la que se adhiere a la matriz extracelular subyacente a ella. Existe, sin embargo, una variedad de formas de tejido epitelial, especializada cada una de ellas en una o más funciones específicas. Su función característica es formar barreras selectivas capaces de cubrir las superficies externas del organismo, y delimitar las diferentes superficies internas existentes en los distintos órganos. Son así capaces de modular la relación entre el tejido subyacente al epitelio y el medio que baña su superficie libre. A este gran grupo pertenecen los epitelios de revestimiento. Los epitelios pueden contener células especializadas en sintetizar moléculas específicas y secretarlas hacia la superficie que revisten Los epitelios también pueden organizarse en glándulas, las que corresponden a estructuras complejas cuyas células están destinadas fundamentalmente a la secreción. A este grupo pertenecen los epitelios glandulares La estructura del epitelio se mantiene estable gracias a una dinámica bien regulada entre los procesos de proliferación, diferenciación y descamación que enfrentan sus células. El caso más notable lo constituye la epidermis, epitelio plano pluriestratificado cornificado que sirve de protección ante los traumatismos mecánicos y forma una barrera impermeable al agua, capaz de proteger a los organismos terrestres de la desecación La superficie de los epitelios que realizan esta función está bañada por un líquido y en la cara luminal de las células presenta numerosos cilios El epitelio de revestimiento de la tráquea es un buen ejemplo, ya que tanto las partículas y como los microorganismos presentes en el aire inhalado son atrapados en el mucus que baña su superficie y el desplazamiento de ellos es realizado por el movimiento coordinado de sus cilios El batido de los cilios consiste en un desplazamiento hacia adelante, parecido al golpe de un látigo, que termina con el cilio completamente extendido, perpendicular a la superficie celular, y con su extremo en la capa de mucus (movimiento efectivo) Clasificación tradicional de los epitelios Considerando el número de capas celulares que forman los distintos tipos de epitelios que existen en el organismo, ellos se subdividen en: a) Epitelios simples o monoestratificados: láminas epiteliales formadas por sólo una capa de células b) Epitelios estratificados: formados por dos o más capas celulares c) Epitelios seudoestratificados: son aquellos que parecen estratificados pero todas sus células llegan a la membrana basal mientras que sólo las células más altas forman la superficie luminal TEJIDO CARTILAGINOSO Cartílago Está formado por una abundante matriz extracelular en la cuál los condrocitos se ubican en espacios llamados lagunas Los condrocitos sintetizan y secretan los componentes orgánicos de la matriz extracelular que son básicamente colágeno, ácido hialurónico. Proteoglicanos y glicoproteínas, y según las características de la matriz se distingue cartílago hialino y fibroso. Existe además el cartílago elástico en el cuál la elastina forma parte de la matriz extracelular. Los vasos sanguíneos no penetran a la matriz cartilaginosa y los condrocitos se nutren con material que difunde desde de los capilares sanguíneos del tejido conjuntivo adyacente. Cada placa o lámina de tejido cartilaginoso está rodeada por el pericondrio que corresponde a tejido conjuntivo denso en el cuál se distingue una capa externa fibrosa y una capa interna celular en la cual se ubican las células que pueden dar origen a los condroblastos (Fig.3), que corresponden a precursores de los condrocitos y que difieren de ellos solo en su edad y en su mayor actividad de la síntesis de componentes de la matriz intercelular cartilaginosa. Los condroblastos presentan un ergastoplasma y un aparato de Golgi muy desarrollados y presentan vesículas y granos de secreción, lo cuál guarda relación con su rol de sintetizar y Figura 4 Figura 5 secretar los distintos componentes de la matriz extracelular cartilaginosa (Fig. 4) que está formada principalmente por colágeno de tipo II, proteoglicanos de condroitin y keratansulfato, ácido hialurónico y glicoproteínas. Al disminuir su actividad de síntesis disminuye el desarrollo tanto del ergastoplasma como del aparato de Golgi, acumulan glicógeno y lípidos en su citoplasma y se les llama condrocitos (Fig. 5). HISTOGÉNESIS DEL CARTÍLAGO El tejido cartilaginoso se origina en el mesenquima, a partir de células mesenquimaticas que se redondean y agrupan en conglomerados con escaso material intercelular entre ellas. Este conjunto de células precartilaginosas se llama blastema. Las células del blastema son inducidas a sintetizar matriz cartilaginosa y a partir de ese momento se les llama condroblastos, ellas se separan progresivamente a medida que aumenta la cantidad de matriz sintetizada y pasan a llamarse condrocitos. El tejido mesenquimático que rodea a la masa condrogénica pasará a constituir el pericondrio. Crecimiento del cartílago Las placas de tejido cartilaginoso pueden aumentar su volumen mediante dos mecanismos: Crecimiento por aposición Ocurre desde el pericondrio, en cuya capa celular se localizan células indiferenciadas capaces de dividirse dando Figura 1 Figura 2 origen células que se diferenciaran a condroblastos y que producirán tejido cartilaginoso sobre la superficie del cartílago preexistente, quedando los condroblastos atrapados en la matriz que producen y pasando a ser condrocitos (Figs. 1 y 2). Crecimiento intersticial Ocurre porque los condrocitos son capaces de dividirse y la matriz cartilaginosa es distensible. Las células hijas ocupan inicialmente la misma laguna pero a medida que ellas secretan nueva matriz intercelular se van separando. Estas células hijas pueden volver a dividirse formándose los llamados grupos isógenos, que se encuentran frecuentemente en cartílagos en crecimiento CARTÍLAGO HIALINO El cartílago Hialino es el más abundante del cuerpo, tiene un aspecto azul vidrioso, se encuentra en el esqueleto nasal, la laringe, la tráquea, los bronquios, los arcos costales (costillas) y los extremos articulares de los huesos, es avascular, nutriéndose a partir del líquido sinovial. El colágeno corresponde a alrededor del 40% de los componentes orgánicos de la matriz cartilaginosa. Está organizado principalmente como fibrillas de colágeno II que se disponen como un red laxa en toda la matriz del cartílago hialino. Los principales glicosaminoglicanos corresponden a ácido hialurónico y a proteoglicanos de condroitin y queratán-sulfato. En la matriz cartilaginosa el ácido hialurónico se asocia a entre 80 a 200 unidades de proteoglicanos, por medio de proteínas de enlace CARTÍLAGO ELÁSTICO Su estructura es parecida a la del cartílago hialino, con una capa de pericondrio asociado y los condrocitos rodeados de la Figura 1 Figura 2 matriz intercelular, pero en su matriz existen además láminas o fibras elásticas (Fig. 1) las cuales se concentran en la matriz interterritorial (Fig. 2). Cartílago fibroso o fibrocartílago Contiene condrocitos, generalmente encapsulados en una matriz intercelular parecida a la del cartílago hialino, pero con manojos de fibrillas de colágeno I, orientados en diversas direcciones, ocupando la matriz intercelular (Fig. 1 Figura 1 TEJIDO CONJUNTIVO Definición y funciones de los tejidos conjuntivos Los tejidos conjuntivos, derivados del mesenquima, constituyen una familia de tejidos que se caracterizan porque sus células están inmersas en un abundante material intercelular, llamado la matriz extracelular. Existen 2 variedades de células conjuntivas: Células estables, las que se originan en el mismo tejido y que sintetizan los diversos componentes de la matriz extracelular que las rodea Población de células migratorias, originadas en otros territorios del organismo, las que llegan a habitar transitoriamente el tejido conjuntivo. La matriz extracelular es una red organizada, formada por el ensamblaje de una variedad de polisacáridos y de proteínas secretadas por las células estables, que determina las propiedades físicas de cada una de las variedades de tejido conjuntivo (Fig. 1) Existen varios tipos de tejidos conjuntivos. Localizados en diversos sitios del organismo, adaptados a funciones específicas tales como: 1. Mantener unidos entre sí a los otros tejidos del individuo, formando el estroma de diversos órganos 2. Contener a las células que participan en los procesos de defensa ante agente extraños: constituyendo el sitio donde se inicia la reacción inflamatoria 3. Constituir un medio tisular adecuado para alojar células en proceso de proliferación y diferenciación para formar los elementos figurados de la sangre correspondientes a glóbulos rojos y plaquetas, y a los distintos tipos de glóbulos blancos, los que migran luego a los tejidos conjuntivos, para realizar en ellos sus funciones específicas ya sea como células cebadas, macrófagos, células plasmáticas, linfocitos y granulocitos 4. Almacenar grasas, para su uso posterior como fuente de energía, ya sea por ellos mismos o para otros tejidos del organismo 5. Formar láminas con una gran resistencia a la tracción, tal como ocurre en la dermis de la piel, y en los tendones y ligamentos 6. Formar placas o láminas relativamente sólidas, caracterizadas por una gran resistencia a la compresión 7. Formar el principal tejido de soporte del organismo, caracterizado por su gran resistencia tanto a la tracción como a la compresión Células conjuntivas Las células que están presente, normalmente, en los tejidos conjuntivos corresponden a dos grupos distintos: Células propias Figura 1 Figura 2 de cada tipo de tejido conjuntivo, las que constituyen una población celular estable, responsable de la formación y mantención del tejido al que pertenecen, razón por la cuál se las llama células de sostén. Células conjuntivas libres, que han llegado a residir en los tejidos conjuntivos. Estas células se forman en los órganos hematopoyéticos, circulan Matriz extracelular El análisis de la composición molecular del espacio intercelular demuestra que las tres principales clases de macromoléculas extracelulares son: a) Cadenas de polisacáridos de la clase de los glicosaminoglicanos, que pueden unirse covalentemente a proteínas, formando macromoléculas más complejas llamadas proteoglicanos. b) Proteínas fibrosas que se organizan para formar estructuras bien definidas de la matriz extracelular como son las fibrillas colágenas, la lámina densa de las láminas basales y las fibras elásticas. c) Glicoproteínas de adhesión como fibronectina que asocian entre sí a células, fibras y proteoglicanos del tejido conjuntivo y como laminina que asocia la lámina basal a las células que están rodeadas por ella. Fibroblastos y fibrocitos Es la célula propia de los tejidos conjuntivos fibrosos, cuya principal función es sintetizar y mantener a la matriz extracelular propia del tejido. De acuerdo a su actividad biosintética se pueden distinguir morfológicamente: fibroblastos que corresponden a la célula en un estado de alta actividad (Fig.1) fibrocitos que son las células poco activas o en reposo. Los fibroblastos se distinguen estructuralmente por su aspecto fusiforme y su abundante citoplasma basófilo; los fibrocitos son más pequeños y su citoplasma es suavemente acidófilo La organización ultraestructural de los fibroblastos diferenciada refleja el compromiso de este tipo de células en la síntesis de moléculas que Figura 5 Figura 6 forman la matriz extracelular. Poseen un retículo endoplásmico desarrollado, un Golgi perfectamente definido y escasas vesículas de secreción, organelos que se relacionan con la síntesis de moléculas precursoras del colágeno, elastina, proteoglicanos y glicoproteínas de la MEC (Fig.5). Presentan un desarrollado citoesqueleto de microtúbulos y de microfilamentos de actina implicados en procesos de motilidad celular. Esta propiedad es importante en la cicatrización de heridas, ya que los fibroblastos tiene la capacidad de migrar hacia la zona lesionada, proliferar y producir los componentes de la matriz extracelular. En los tejidos conjuntivos fibrosos reticulares las células propias del tejido, responsable de la síntesis y mantención del estroma reticular reciben el nombre de células reticulares. Este nombre suele inducir a confusión ya que inicialmente se usó para denominar a las células asociadas al estroma reticular, actualmente se distingue la célula reticular propiamente tal de otras células que pueden asociarse al estroma como son por ejemplo los macrófagos fijos. La estructura de las células reticulares es similar a la de los fibroblastos (Fig.6). Tejido conjuntivo laxo Se caracteriza por la presencia de una población relativamente alta de células residentes, ya sea propias como fibroblastos y Figura 1 Figura 2 adipocitos o migratorias como macrófagos y células cebadas, separadas por la matriz extracelular formada por fibras colágenas y elásticas, laxamente dispuestas en una sustancia fundamental bastante fluida (Figs. 1 y 2) Las fibras colágenas que predominan están formadas por microfibrillas de colágeno I asociadas a cantidades Figura 3 Figura 4 variables de microfibrillas de colágeno III pero en menor cantidad. Estas fibras colágenas le confieren resistencia a la tracción (Fig.3). Las fibras elásticas, aunque menos abundantes que las de colágeno, cumplen un rol importante ya que le otorgan al tejido la capacidad de retomar su organización original luego de ser traccionado (Fig.4). La sustancia fundamental, que ocupa los espacios entre las fibras, tiene como principal componente a grandes moléculas de ácido Figura 5 Figura 6 hialurónico, el cual estabiliza una importante cantidad de agua, adoptando la estructura de un gel poco consistente, de modo que existen innumerables espacios intermoleculares que sirven de reservorio al líquido intersticial ("fluido tisular"). Este fluido facilita la difusión del oxígeno y nutrientes desde los capilares del conjuntivo hacia células de otros tejidos (epitelios, cartílago o músculo) y de los productos de desecho del metabolismo en sentido inverso. La capacidad de la sustancia fundamental de acumular líquido es la base del proceso llamado edema. (Fig. 5). Debido a la variedad de células que lo habitan y a la capacidad de acumular líquido proveniente del plasma sanguíneo, el conjuntivo laxo juega un rol muy importante en la iniciación del proceso de defensa orgánica a través de la generación de las respuestas inflamatoria e inmune TEJIDO CONJUNTIVO FIBROSO DENSO Presenta un contenido relativamente bajo de células, las que corresponden principalmente a fibroblastos. Su matriz extracelular es muy abundante, y su principal componente son gruesas fibras colágenas. La sustancia fundamental es relativamente escasa, predominando proteoglicanos de dermatan-sulfato. De acuerdo a la forma en que se disponen las fibras de colágeno, se distingue: Tejido conjuntivo denso desordenado. Las fibras colágenas forman una red Figura 1 Figura 2 tridimensional lo que le otorga resistencia en todas las direcciones. Asociada a esta red colágena existen fibras elásticas. Entre las fibras colágenas y elásticas se ubican las células, principalmente fibroblastos y se encuentra por ejemplo en la dermis y formando la cápsula de órganos como los ganglios linfático y el hígado. TEJIDO CONJUNTIVO ELÁSTICO Es una variedad de tejido fibroso denso en el cuál las fibras conjuntivas presentes corresponden a fibras o láminas elásticas dispuestas en forma paralela. Los espacios entre las fibras elásticas están ocupados por una fina red de microfibrillas colágenas con unos pocos fibroblastos. El tejido conjuntivo elástico forma capas en la pared de los órganos huecos sobre cuyas paredes actúan presiones desde adentro, como es el caso de los pulmones y de los vasos sanguíneos y forma algunos ligamentos como los ligamentos amarillos de la columna vertebral. Tejido conjuntivo reticular Figura 1 Figura 2 Es una variedad de tejido conjuntivo especializado que forma una malla tridimensional estable, que otorga un soporte Figura 3 Figura 4 estructural a las células migratorias de órganos relacionados directamente con los leucocitos de la sangre como son el bazo (Fig.1), los ganglios linfáticos (Figs. 2 y 3) y la médula ósea hematopoyética. Las células reticulares, que corresponden a fibroblastos especializados, que secretan las microfibrillas de colágeno III las que se asocian en manojos formando las fibras reticulares. Estas se disponen formando una malla fibrilar (Fig. 4) fina a lo largo de la cual se ubican las células reticulares, cuyos procesos envuelven las fibras reticulares (Fig. 5) y a la escasa sustancia fundamental. El sistema trabecular formado por la asociación de fibras y células genera matriz con características de esponja en la cual células y fluidos pueden desplazarse. TEJIDO ADIPOSO Es un tejido conjuntivo especializado en el que predominan las células conjuntivas llamadas adipocitos. Los lipoblastos, células Figura 1 Figura 2 precursoras de adipocitos producen cantidades importantes de colágeno I y III, pero los adipocitos adultos secretan muy bajas cantidades de colágeno y pierden la capacidad de dividirse (Figs.1 y 2). El tejido adiposo es uno de los tejidos más abundantes y representa alrededor del 15-20% del peso corporal del hombre y del 20-25% del peso corporal en mujeres. Los adipocitos almacenan energía en forma de triglicéridos. Debido a la baja densidad de estas moléculas y su alto valor calórico, el tejido adiposo es muy eficiente en la función de almacenaje de energía. TEJIDO MUSCULAR Este tejido, de origen mesenquimático, está constituido por: a) Células musculares (fibras musculares), capaces de generar movimientos al contraerse bajo estímulos adecuados y luego relajarse y b) Tejido conjuntivo estrechamente asociado a las células musculares. Este actúa como sistema de amarre y acopla la tracción de las células musculares para que puedan actuar en conjunto. Además, conduce los vasos sanguíneos y la inervación propia de las fibras musculares TIPOS DE TEJIDO MUSCULAR En los vertebrados, se distinguen 3 tipos de músculo: esquelético, estriado o voluntario, cardíaco, estriado involuntario, liso Cada tipo de músculo tiene células de estructura distinta, adaptadas a su función específica, pero en todos ellos la maquinaria intracelular contráctil está formada por filamentos que se orientan paralelos a la dirección del movimiento. Todas las variedades de células musculares aprovechan la energía química almacenada en el ATP y la transforman en energía mecánica. TEJIDO MUSCULAR ESQUELÉTICO Este tejido está formado por manojos de células cilíndricas (10-1muy largas (de hasta 30 cm), multinucleadas y estriadas transversalmente, llamadas también fibras musculares esqueléticas (Figs 1 y 2). Los núcleos de las fibras se ubican vecinos a la membrana plasmática (sarcolema), que aparece delimitada por una lámina basal (lámina externa). El tejido conjuntivo que rodea a las fibras musculares contiene numerosos vasos sanguíneos (Fig 3) y nervios y se dispone de manera de transferir, en la forma más efectiva posible, la contracción de las fibras musculares a los sitios de inserción del músculo. Cada fibra muscular recibe una terminación del axón de una neurona motora, formándose en la zona de unión una estructura denominada placa motora. El músculo esquelético se une a los huesos a través de los tendones y que son estructuras continuas con la envoltura conjuntiva llamada epimisio, que rodea externamente al músculo completo. El tejido conjuntivo penetra al interior del músculo formando el perimisio, que corresponde a delgados septos de tejido conjuntivo que envuelven a manojos o fascículos de fibras musculares. A partir del perimisio, se origina el endomisio formado por delgadas vainas de fibras reticulares que rodean cada una de las fibras musculares. Los vasos sanguíneos penetran al músculo a través de estos septos conjuntivos. La inervación del tejido muscular esquelético se relaciona directamente con la regulación de la contracción de cada fibra muscular y en consecuencia con el estado de tensión del músculo completo. Fibras nerviosas efectoras a) Fibras alfa: inervan las fibras musculares a través de la placa motora. Dan origen a la unidad motora b) Fibras g: inervan las fibras intrafusales Receptores sensoriales El tejido muscular esquelético contiene terminaciones nerviosas espirales, sensibles a la distensión y a la tensión. Estas se asocian a un tipo especial de fibras musculares, las fibras intrafusales, para formar un órgano sensitivo: el huso neuromuscular. MÚSCULO CARDÍACO El músculo cardíaco (Fig 1) está formado por células musculares ramificadas, que poseen 1 o 2 núcleos y que se unen entre sí a Figura 1 Figura 2 través de un tipo de unión propia del músculo cardíaco llamada disco intercalar (Fig 2). A diferencia del músculo esquelético, las fibras musculares cardíacas corresponden a un conjunto de células cardíacas unidas entre sí en disposición lineal. Las células musculares cardíacas, de unos 15 u os 100 um de largo, tienen el núcleo ubicado al centro del citoplasma (Fig 3) y presentan estriaciones transversales similares a las del músculo esquelético (Fig 4 y 5)). El retículo sarcoplásmico no es muy desarrollado y se distribuye irregularmente entre las miofibrillas, que no aparecen claramente separadas. Sin embargo, las mitocondrias, que son extremadamente numerosas, están distribuidas regularmente dividiendo a las células cardíacas en miofibrillas aparentes. En el sarcoplasma hay numerosas gotas de lípido y partículas de glicógeno. Con frecuencia las células musculares cardíacas presentan pigmentos de lipofuscina cerca de los polos nucleares. Las células están rodeadas por una lámina externa, comparable a la lámina basal de los epitelios. Existen ciertas diferencias estructurales entre el músculo de los ventrículos y de las aurículas. Las células musculares de las aurículas son mas pequeñas y vecinos al núcleo, en asociación con complejos de Golgi presentes en esa zona, se observan gránulos de unos 0.4 umm de diámetro que contienen el factor natriurético auricular, auriculina o atriopeptina. Estructuralmente, las miofibrillas del músculo cardíaco, son esencialmente iguales a la del las miofibrillas del músculo esquelético. Por otra parte, los túbulos T del músculo cardíaco son de mayor diámetro que los del músculo esquelético y se ubican a nivel del disco Z. Los túbulos se asocian generalmente con una sola expansión de las cisternas del retículo sarcoplásmico. De manera que lo característico del músculo cardíaco son las díadas, compuestas de un túbulo T y de una cisterna de retículo endoplásmico MUSCULO LISO El músculo liso está formado por fibras musculares lisas que corresponden a células uninucleadas, delgadas y aguzadas en los extremos, cuya longitud varía entre 20 y 500 um. Este tipo de músculo forma la porción contráctil de la pared de diversos órganos tales como tubo digestivo y vasos sanguíneos , que requieren de una contracción lenta y sostenida. Las células se organizan en grupos, formando haces, rodeados de tejido conjuntivo fibroso que contiene vasos sanguíneos. El núcleo de las fibras musculares lisas se ubica en el centro de la fibra y los organelos citoplasmáticos tales como mitocondrias, aparato de Golgi, retículo endoplásmico rugoso y ribosomas libres se localizan, mayoritariamente, en la vecindad de los polos nucleares. El resto del citoplasma está ocupado por abundantes miofilamentos finos de actina, una proporción menor de miofilamentos gruesos de miosina, y un citoesqueleto de filamentos intermedios formados por desmina. Existen, también, numerosos cuerpos densos, estructuras que anclan filamentos finos. Las fibras musculares lisas se disponen desplazadas una respecto de la otra, de manera que el extremo delgado de una fibra se ubica vecino a la parte ancha de la fibra vecina. Esta disposición de las fibras y la localización del núcleo en el centro, explica el aspecto del músculo liso en corte transversal. Las fibras musculares lisas están rodeadas por una lámina basal (lámina externa) comparable a la lámina basal de los epitelios. Por fuera de la lámina externa, se dispone una trama de fibras reticulares. En sitios discretos, las células adyacentes están asociadas por uniones de comunicación ("nexos"), de estructura y función similares a la explicada en tejidos epiteliales TEJIDO OSEO Estructura y características del tejido óseo El tejido óseo es una variedad de tejido conjuntivo que se caracteriza por su rigidez y su gran resistencia tanto a la tracción como a la compresión Está formado por la matriz ósea, que es un material intercelular calcificado y por células, que pueden corresponder a: Osteoblastos: encargados de sintetizar y secretar la parte orgánica de la matriz ósea durante su formación. Se ubican siempre en la superficie del tejido óseo ya que este sólo puede crecer por aposición) Osteocitos, responsables de la mantención de la matriz ósea, que se ubican en cavidades o lagunas rodeadas por el material intercelular calcificado. La nutrición de los osteocitos depende de canalículos que penetran la matriz ósea y conectan a los osteocitos vecinos entre sí y con canales vasculares que penetran al hueso o que se ubican en las membranas conjuntivas que revisten las superficies del hueso (periostio y endostio). De hecho Ningún osteocito se encuentra a más de una fracción de mm de un capilar sanguíneo. Osteoclastos, células responsables de la reabsorción del tejido óseo, que participan en los procesos de remodelación de los huesos y pueden encontrarse en depresiones superficiales de la matriz ósea llamadas lagunas de Howship. LA MATRIZ INTERCELULAR ÓSEA La matriz intercelular ósea está formada por: Matriz orgánica u osteoide que corresponde al 50% del peso seco del hueso Más del 90% de ella corresponde a fibrillas de colágeno organizadas en laminillas de unos 5 um de grosor. En cada laminilla ósea, las fibrillas colágenas están paralelas entre si, pero las laminillas sucesivas alternan ordenadamente la orientación de sus fibrillas en ángulos rectos. Esta disposición alternada de las fibrillas colágenas en laminillas sucesivas destaca particularmente al observar cortes de hueso con microscopía de luz polarizada. El resto de los componentes orgánicos son principalmente glicoproteínas como la osteonectina, proteínas ricas en ácido g-carboxiglutámico como la osteocalcina, y proteoglicanos de condroitín y queratán-sulfato. Son moléculas ricas en grupos ácidos con gran tendencia a asociarse entre sí, capaces de unirse a calcio y que juegan un rol importante en el proceso de mineralización de la matriz ósea. Sales minerales inorgánicas depositadas en el osteoide, que confieren al tejido su rigidez y dureza y actúan como una reserva de sales minerales, sensible a estímulos endocrinos. Las más abundantes son fosfato de calcio amorfo y cristales de hidróxidos de calcio y de fosfato llamados hidroxiapatita (Ca10 (PO4)6(OH)2). Los cristales de hidroxiapatita son aplanados (30nm por 3 nm) y se adosan a lo largo de las fibrillas colágenas, a intervalos de unos 67 nm. La superficie del cristal está hidratada y existe una vaina de agua e iones rodeándolo, lo que facilita el intercambio de iones entre el cristal y el líquido intersticial. CELULAS DEL TEJIDO OSEO Células osteoprogenitoras Células osteoprogenitoras: son células alargadas con citoplasma poco prominente, que proceden de las células mesenquimáticas primitivas y forman una población de células troncales capaces de dividirse y dar origen a células que se diferencian a osteoblastos OSTEOBLASTOS Los osteoblastos son células diferenciadas que sintetizan el colágeno y la sustancia fundamental ósea. Cuando están en plena actividad su forma es cuboide con un citoplasma basófilo, que refleja su ergastoplasma muy desarrollado, tienen además un prominente aparato de Golgi. Son células polarizadas que vacían sus productos de secreción por la zona del citoplasma en contacto con la matriz ósea ya formada, (matriz intercelular preósea o osteoide) Los osteoblastos son células poliédricas con largas y delgadas prolongaciones citoplasmáticas que son rodeadas por el osteoide producido y que se asocian mediante uniones de la comunicación con prolongaciones similares de los osteoblastos vecinos. Los osteoblastos tienen dos destinos posibles: ser rodeados por la matriz ósea que producen y pasan a ser osteocitos o permanecer en la superficie del tejido óseo recién formado, aplanándose y constituyendo las células de revestimiento óseo. OSTEOCITOS Son las células propias del tejido óseo formado. Su citoplasma presenta ergastoplasma, aparato de Golgi y puede presentar lisosomas. Son capaces de sintetizar y de reabsorber, en forma limitada, a componentes de la matriz ósea ("osteolisis osteocítica"), procesos que tienen importancia en la regulación de la calcemia. Cada osteocito, bañado por una delgada capa de líquido tisular, ocupa su laguna y proyecta sus prolongaciones citoplasmáticas por los canalículos, dentro de los cuales, toma contacto con prolongaciones de osteocitos vecinos mediante uniones de comunicación, o con células de revestimiento óseo bañadas por el líquido tisular del tejido conjuntivo que rodea a los capilares sanguíneos. Osteoclastos Son células móviles, gigantes y multinucleadas y se localizan adosadas a la superficie de tejido óseo que debe ser removido. Se originan por fusión de monocitos que han abandonado la sangre circulante y pertenecen de hecho al sistema de fagocitos mononucleares. Contienen numerosos lisosomas y en la superficie del osteoclasto que esta en contacto con la matriz a remover se distinguen dos zonas distintas: un anillo externo o zona clara que corresponde a una especialización de la superficie celular en que la membrana se asocia estrechamente al hueso que delimita el área que se va a reabsorber, y la región central o borde estriado que presenta profundos repliegues de la superficie celular bajo los cuales de concentran gran cantidad de lisosomas y mitocondrias, además de ergastoplasma y cisternas del Golgi. La membrana de los lisosomas primarios se fusiona con la membrana celular que reviste a los repliegues del borde festoneado, liberando las enzimas lisosomales hacia el exterior y produciendo una acidificación del microambiente que baña al tejido óseo a reabsorber. El borde festoneado contiene además gran cantidad de vesículas endocíticas y lisosomas secundarios, indicando que ocurre además un proceso de fagocitosis del material parcialmente solubilizado por el ambiente ácido y la acción lítica de las enzimas lisosomales. TEJIDO NERVIOSO Características y funciones básicas del tejido nervioso Se origina desde el ectodermo y sus principales componentes son las células, rodeadas de escaso material intercelular. Las células son de dos clases diferentes: neuronas o células nerviosas y neuroglia o células de sostén. Es el tejido propio del Sistema Nervioso el cuál, mediante la acción coordinada de redes de células nerviosas: a) Recoge información procedente desde receptores sensoriales b) Procesa esta información, proporcionando un sistema de memoria y c) Genera señales apropiadas hacia las células efectoras. Las células de sostén rodean a las neuronas y desempeñan funciones de soporte, defensa, nutrición y regulación de la composición del material intercelular El Sistema Nervioso Central (SNC), se origina desde el epitelio del tubo neural y su tejido nervioso contiene neuronas, células de neuroglia y capilares sanguíneos que forman la barrera hemato-encefálica. El Sistema Nervioso Periférico (SNP), que conecta los receptores sensoriales con SNC. y a este con las células efectoras, se desarrolla a partir de la cresta neural y sus células se asocian a otros tejidos del organismo. Sin embargo, es una extensión del tejido nervioso del SNC ya que zonas de las neuronas sensitivas y efectoras y todas las interneuronas se encuentran en el SNC, mientras que los ganglios nerviosos y los nervios periféricos corresponden al tejido nervioso propio del SNP. Neuronas Son las células funcionales del tejido nervioso. Ellas se interconectan formando redes de comunicación que transmiten señales por zonas definidas del sistema nervioso. Las funciones complejas del sistema nervioso son consecuencia de la interacción entre redes de neuronas, y no el resultado de las características específicas de cada neurona individual. La forma y estructura de cada neurona se relaciona con su función específica, la que puede: 1. Recibir señales desde receptores sensoriales 2. Conducir estas señales como impulsos nerviosos, que consisten en cambios en la polaridad eléctrica a nivel de su membrana celular 3. Transmitir las señales a otras neuronas o a células efectoras En cada neurona existen cuatro zonas diferentes 1. El pericarion que es la zona de la célula donde se ubica el núcleo, y desde el cuál nacen dos tipos de prolongaciones. 2. Las dendritas que son numerosas y aumentan el área de superficie celular disponible para recibir información desde los terminales axónicos de otras neuronas 3. El axón que nace único y conduce el impulso nervioso de esa neurona hacia otras células ramificándose en su porción terminal (telodendrón) 4. Uniones celulares especializadas llamadas sinapsis, ubicadas en sitios de vecindad estrecha entre los botones terminales de las ramificaciones del axón y la superficie de otras neuronas. 5. El tamaño de las células nerviosas es muy variable pero su cuerpo celular puede llegar a medir hasta 150 um y su axón más de 100 cm 6. Cada zona de las células nerviosas se localiza de preferencia en zonas especializadas del tejido nervioso. Los cuerpos celulares, la mayor parte de las dendritas y la arborización terminal de una alta proporción de los axones se ubican en la sustancia gris del SNC y en los ganglios del SNP. Los axones forman la parte funcional de las fibras nerviosas y se concentran en los haces de la sustancia blanca del SNC; y en los nervios del SNP Células de sostén En el tejido nervioso del SNC, por cada neurona hay entre 10 a 50 células de neuroglia, y que a diferencia de las neuronas retienen su capacidad de proliferar Existen 4 clases de células de neuroglia: 1) 2) 3) 4) Astrocitos (astroglia) Oligodendrocitos (oligodendroglia) Células ependimarias Microglia En el tejido nervioso del SNP, tanto las neuronas, en los ganglios, como los axones ubicados en las fibras nerviosas, están rodeadas por de células de sostén.