ESTUDIOS GENERALES BIOLOGÍA Organismos acelulares, teoría celular, procariotas y eucariotas Las moléculas grandes necesarias para la vida que se construyen a partir de moléculas orgánicas más pequeñas se denominan macromoléculas biológicas. Hay cuatro clases principales de macromoléculas biológicas (carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos), y cada una es un componente importante de la célula y realiza una amplia gama de funciones. Combinadas, estas moléculas constituyen la mayor parte de la masa seca de una célula. Las macromoléculas biológicas son orgánicas, lo que significa que contienen carbono. Además, pueden contener hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y elementos menores adicionales. Los componentes moleculares de la vida Hay 68 moléculas que contribuyen a la síntesis y estructuras primarias de los 4 componentes macromoleculares fundamentales de todas las células: ácidos nucleicos, proteínas, glucanos y lípidos. El ADN y el ARN se producen a partir de los 8 nucleósidos. Aunque la desoxirribosa (d) y la ribosa (r) son sacáridos, son una parte integral de los bloques de construcción de nucleósidos cargados energéticamente que se utilizan para sintetizar ADN y ARN. Hay 20 aminoácidos naturales que se utilizan en la síntesis de proteínas. Los glicanos derivan inicialmente de 32, y posiblemente más, sacáridos usados en el proceso enzimático de glicosilación y a menudo están unidos a proteínas y lípidos, aunque algunos existen como macromoléculas independientes. Los lípidos están representados por 8 categorías recientemente clasificadas y contienen un gran repertorio de moléculas hidrófobas y anfipáticas. El número de bloques de construcción moleculares no infiere directamente la complejidad estructural relativa del repertorio de cada componente. No se muestran las muchas modificaciones post-sintéticas diferentes de las moléculas dentro de estos componentes. Organismos acelulares Las células son las unidades estructurales y funcionales de la vida, tanto en los microorganismos como en los seres pluricelulares. Sin embargo, en la naturaleza existen otras entidades subcelulares que contribuyen activamente a la dinámica y evolución de los ecosistemas: los viroides y los virus. En ambos casos existe una interesante controversia científica acerca de si deben ser considerados o no como seres vivos, dado que ambos son capaces de replicarse y evolucionar (dos características fundamentales de la vida). Pero siempre a expensas de la maquinaria metabólica que proporciona la célula a la que parasitan: por tanto no son autónomos y, de hecho, cuando están fuera de su célula hospedadora se degradan rápidamente si no infectan una nueva diana. Entidades Sub celulares PRIONES Los priones son proteínas mal plegadas con la capacidad de transmitir su forma mal plegada a variantes normales de la misma proteína. Las proteínas priónicas (PrP) que se encuentran en nuestro cuerpo y las que causan enfermedades son estructuralmente diferentes. Algunos de ellos incluso son resistentes a las proteasas (enzimas que degradan las proteínas). Examinaremos ambas isoformas. PrP C : estas proteínas se encuentran en las membranas de las células. Se cree que juegan un papel importante en la señalización intracelular y la adhesión celular. Sin embargo, la investigación está en curso ya que los problemas relacionados con su función no se han resuelto. PrP Sc : este prión que causa enfermedades es resistente a las proteasas. Cambia la PrP C al afectar su conformación. ¡El cambio en la estructura cambia la forma en que interactúa e interconecta con las proteínas! Este prión también forma fibras amiloides muy estructuradas. El extremo de la fibra actúa como plantilla para que se adhieran otras proteínas libres. ¡Solo pueden unirse priones similares con aminoácidos similares! La unión entre especies es muy rara, pero es posible. Caracterizan varias enfermedades neurodegenerativas mortales y transmisibles en humanos y muchos otros animales. No se sabe qué causa que la proteína normal se pliegue incorrectamente, pero se sospecha que la estructura tridimensional anormal confiere propiedades infecciosas, colapsando moléculas de proteínas cercanas en la misma forma. La palabra prión deriva de "partícula infecciosa proteica". El papel hipotético de una proteína como agente infeccioso contrasta con todos los demás agentes infecciosos conocidos, comoviroides , virus , bacterias , hongos y parásitos , todos los cuales contienen ácidos nucleicos ( ADN , ARN o ambos). Entidades Sub celulares VIROIDES Los viroides son moléculas de ácido ribonucleico (ARN) que poseen entre 250 y 400 nucleótidos (nt) de longitud, y que a pesar de no codificar ninguna proteína ni estar recubiertas por una envoltura proteica son capaces de infectar numerosas especies de plantas y producir enfermedades en ellas. Los viroides son los agentes patógenos más pequeños descritos hasta ahora. Son moléculas de ARN circular monocatenario que varían en longitud de 246 a 463 nucleótidos y se encuentran solo en plantas. Toda la evidencia indica que los viroides no codifican ninguna proteína. En consecuencia, deben depender completamente de los procesos normales de la planta para su replicación y diseminación por toda la planta. A) Una hoja de vid infectada por los viroides GYSVd-1 y GYSVd-2 y que muestra síntomas de motas amarillas. (B) Una hoja de vid infectada por GYSVd-1, GYSVd-2 y GFLV y que muestra síntomas de bandas venosas. Diferencias entre viroides y priones Tema Viroides Priones Naturaleza Es una partícula de ARN infecciosa. Es una partícula de proteína infecciosa. Composición Está compuesto únicamente por un Solo está compuesto por proteínas. pequeño ARN circular monocatenario. Ácido nucleico Capa de proteína Regalo Ausente Ausente No conocida Inactivacion Los viroides se inactivan mediante la digestión con ribonucleasas. Los priones son inactivados por la digestión con proteinasa K y tripsina. Resistente a la digestión con proteinasa K y tripsina Los viroides son más pequeños que los virus El viroide infecta solo plantas superiores (excepción: el virus de la hepatitis D en humanos es similar al viroide) Resistente al tratamiento con ribonucleasas. Resistente Tamaño Hospedero Nombre de la enfermedad Las enfermedades comunes de las plantas incluyen la enfermedad del tubérculo del huso de la papa, la enfermedad del achaparramiento del crisantemo. Más pequeño que los viroides. Los priones infectan a los animales causando enfermedades neurológicas degenerativas Enfermedad de las vacas locas (encefalopatía espongiforme bovina) en las vacas y enfermedad de la tembladera en ovejas y cabras, enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (CJD), Kuru y síndrome de GerstmannStrausler-Sheinker en humanos. Entidades Sub celulares VIRUS Los virus son entidades replicativas compuestas por un genoma (de ARN o de ADN) protegido por una cobertura proteica denominada "cápside", y en algunas familias virales por una membrana lipídica exterior. Los virus son parásitos capaces de infectar a cualquiera de las especies celulares conocidas (de animales, plantas, hongos o microorganismos unicelulares) y se han encontrado en todos los entornos en los que se han buscado, incluyendo los más extremos de nuestro planeta. Su existencia ya fue sugerida a mediados del siglo XIX cuando uno de los padres de la microbiología, Louis Pasteur, fue incapaz de encontrar el microorganismo causante de una enfermedad entonces mortal: la rabia. Entidades Sub celulares VIRUS Los viriones, partículas de virus individuales, son muy pequeños, de unos 20 a 250 nanómetros de diámetro. Estas partículas de virus individuales son la forma infecciosa de un virus fuera de la célula huésped. A diferencia de las bacterias (que son unas 100 veces más grandes), no podemos ver los virus con un microscopio óptico, con la excepción de algunos viriones grandes de la familia de los POXVIRUS. No fue hasta el desarrollo del microscopio electrónico a fines de la década de 1930 que los científicos obtuvieron su primera buena visión de la estructura del virus del mosaico del tabaco (TMV) y otros virus. La estructura de la superficie de los viriones se puede observar mediante microscopía electrónica de barrido y transmisión, mientras que las estructuras internas del virus solo se pueden observar en imágenes de un microscopio electrónico de transmisión. A diferencia de casi todos los organismos vivos que usan ADN como material genético, los virus pueden usar ADN o ARN. El núcleo del virus contiene el genoma o el contenido genético total del virus. Los genomas virales tienden a ser pequeños y contienen solo aquellos genes que codifican proteínas que el virus no puede obtener de la célula huésped. Este material genético puede ser monocatenario o bicatenario. También puede ser lineal o circular. Si bien la mayoría de los virus contienen un solo ácido nucleico, otros tienen genomas que tienen varios, llamados segmentos. En los virus de ADN, el ADN viral dirige las proteínas de replicación de la célula huésped para sintetizar nuevas copias del genoma viral y transcribir y traducir ese genoma en proteínas virales. Los virus de ADN causan enfermedades humanas, como la varicela, la hepatitis B y algunas enfermedades venéreas, como el herpes y las verrugas genitales. Los virus de ARN contienen solo ARN como material genético. Para replicar sus genomas en la célula huésped, los virus de ARN codifican enzimas que pueden replicar el ARN en ADN, lo que no puede realizar la célula huésped. Estas enzimas ARN polimerasas tienen más probabilidades de cometer errores de copia que las ADN polimerasas y, por lo tanto, a menudo cometen errores durante la transcripción. Por esta razón, las mutaciones en los virus de ARN ocurren con más frecuencia que en los virus de ADN. Esto hace que cambien y se adapten más rápidamente a su anfitrión. Las enfermedades humanas causadas por virus de ARN incluyen hepatitis C, sarampión y rabia. Entre los viriones más complejos conocidos, el bacteriófago T4, que infecta a la bacteria Escherichia coli , tiene una estructura de cola que el virus utiliza para unirse a las células huésped y una estructura de cabeza que alberga su ADN. Ciclo lítico versus lisogénico : un bacteriófago templado tiene ciclos tanto lítico como lisogénico. En el ciclo lítico, el fago se replica y lisa la célula huésped. En el ciclo lisogénico, el ADN del fago se incorpora al genoma del huésped, donde se transmite a las generaciones posteriores. Los factores de estrés ambientales, como el hambre o la exposición a sustancias químicas tóxicas, pueden hacer que el profago se elimine y entre en el ciclo lítico. Entidades Sub celulares MORFOLOGÍA VIRAL Los virus son acelulares, lo que significa que son entidades biológicas que no tienen estructura celular. Por lo tanto, carecen de la mayoría de los componentes de las células, como los orgánulos, los ribosomas y la membrana plasmática. Un virión consta de un núcleo de ácido nucleico, un recubrimiento o cápside de proteína externa y, a veces, una envoltura externa hecha de membranas de proteínas y fosfolípidos derivadas de la célula huésped. La cápside está formada por subunidades de proteínas llamadas capsómeras. Los virus también pueden contener proteínas adicionales, como enzimas. Entidades Sub celulares Receptores virales Muchos virus usan algún tipo de glicoproteína para unirse a sus células huésped a través de moléculas en la célula llamadas receptores virales. Para estos virus, la unión es un requisito para la posterior penetración de la membrana celular, lo que les permite completar su replicación dentro de la célula. Los receptores que utilizan los virus son moléculas que normalmente se encuentran en la superficie celular y tienen sus propias funciones fisiológicas. Los virus simplemente han evolucionado para hacer uso de estas moléculas para su propia replicación. Replicación viral Fijación. El virus reconoce y se une a una célula hospedera a través de una molécula receptora situada en la superficie celular. Penetración. El virus o su material genético entra en la célula. Replicación genómica y expresión génica. El genoma viral se copia y sus genes se expresan para producir proteínas virales. Ensamblaje. Las nuevas partículas virales se ensamblan a partir de las copias del genoma y de las proteínas virales. Liberación. Las partículas virales terminadas salen de la célula y pueden infectar a otras células. La teoría celular La teoría celular Las partes generalmente aceptadas de la teoría celular moderna son las siguientes: 1. La célula es la unidad fundamental de estructura y función de los seres vivos. 2. Todos los organismos están formados por una o más células. 3. Las células surgen de otras células a través de la división celular. La versión ampliada de la teoría celular también puede incluir: • Las células transportan material genético que pasa a las células hijas durante la división celular. • Todas las células son esencialmente iguales en composición química. • El flujo de energía (metabolismo y bioquímica) ocurre dentro de las células. Teoría celular Componentes de las células procariotas Todas las células comparten cuatro componentes comunes: • Membrana plasmática: una cubierta exterior que separa el interior de la célula del entorno circundante. • Citoplasma: un citosol gelatinoso dentro de la célula en el que se encuentran otros componentes celulares • ADN: el material genético de la célula • ribosomas: donde se produce la síntesis de proteínas • Sin embargo, los procariotas se diferencian de las células eucariotas de varias formas. Componentes de las células eucariotas Como una célula procariota, una célula eucariota tiene una membrana plasmática, citoplasma y ribosomas. Sin embargo, a diferencia de las células procariotas, las células eucariotas tienen: un núcleo unido a una membrana numerosos orgánulos unidos a la membrana (incluido el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi, los cloroplastos y las mitocondrias) varios cromosomas en forma de varilla Debido a que el núcleo de una célula eucariota está rodeado por una membrana, a menudo se dice que tiene un “núcleo verdadero”. Los orgánulos (que significa "órgano pequeño") tienen funciones celulares especializadas, al igual que los órganos de su cuerpo tienen funciones especializadas. Permiten compartimentar diferentes funciones en diferentes áreas de la celda. Si bien todas las células eucariotas contienen los orgánulos y estructuras, existen algunas diferencias notables entre las células animales y vegetales. Las células animales tienen centrosoma y lisosomas, mientras que las células vegetales no. El centrosoma es un centro organizador de microtúbulos que se encuentra cerca de los núcleos de las células animales, mientras que los lisosomas se encargan del proceso digestivo de la célula. Las células vegetales tienen una pared celular, una gran vacuola central, cloroplastos y otros plástidos especializados, mientras que las células animales no. La pared celular protege la célula, proporciona soporte estructural y da forma a la célula, mientras que la vacuola central juega un papel clave en la regulación de la concentración de agua de la célula en condiciones ambientales cambiantes. Los cloroplastos son los orgánulos que realizan la fotosíntesis. DIFERENCIAS CELULARES. TRABAJO OFF-LINE 3. 1. Describe las características de una célula de hongos. 2. Investiga sobre entidades subcelulares que han atacado al hombre en los últimos 100 años.