SINTESIS DE LA UNIDAD I: MATERIA VIVA DOCENTE: DR EDGAR FUENMAYOR P. La Unidad I trata de indagar acerca de los orígenes de los seres viviente. Partiendo de la idea que el universo se forma a raíz de una gran explosión llamada Big bang, numerosa cantidad de partículas pudieron disgregarse por toda la extensión del universo acumulándose parcialmente en ciertas zonas, de donde se piensa se originó la tierra producto de un grupo de estos acúmulos de material cósmico. De la misma manera, la tierra en un principio estaba recubierta de átomos que reaccionaban en nube de gases sobre grandes cantidades de otros elementos de la atmosfera primitiva, sobre todo el agua que cubría la tierra. Producto de estas interacciones eléctricas, el calor volcánico y la capacidad de unión de miles de átomos se originó la primera molécula. Existen numerosos elementos naturales de los cuales un grupo especial forma parte exclusiva en los seres vivientes. Entre esto átomos se encuentran el Carbono, el Hidrogeno, el Oxígeno, el Nitrógeno, el fosforo y el azufre. Esto átomos pudieron dar lugar a la formación de moléculas pequeñas que fueron uniéndose cada vez mas hasta formar moléculaS gigantes o MACROMOLECULAS, de la cuales cabe resaltar, proteínas primitivas en conjunción con Ácidos nucleicos primitivos tuvieron la posibilidad de alcanzar un grado tal de organización que formaron el primer núcleo de la primera célula al rodearse de una membrana lipídica. NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA VIVA: Partiendo de este principio específico antes citado, la gran reunión de átomos por medio de enlaces dieron origen a una serie de grados de organización. En el nivel más basal, el estrato subatómico es donde empieza la unión de elementos como partículas subatómicas (electrones, protones) para dar origen al átomo. En el segundo nivel mas complejo, contemplamos el nivel atómico cuando observamos la ya existencia de ATOMOS PROPIAMENTE IDENTIFICABLES llamado NIVEL ATOMICO. Seguidamente a la unión de varios átomos sigue la formación de Moléculas y de aquí viene el nivel molecular. La unión de varias moléculas dan origen a organelos celulares y membranosos los cuales a su vez pudieron organizarse conjuntamente formando quizá la primera célula (Nivel celular). Varias células son capaces de unirse y diferenciare de forma tal que, pueden originar organismos con múltiples células llamando a este nivel NIVEL PLURICELULAR. Varios organismos pluricelulares al reunirse dan origen a la población y estas al unirse dan lugar a comunidades enteras que culminan en la integración a un ECOSISTEMA el cual a su vez debe adaptarse a la BIOSFERA, parte de la atmosfera del planeta donde los elementos pueden conjugarse para permitir la supervivencia de los seres vivientes. ¿Qué ES EXACTAMENTE LA VIDA? La vida podría definirse como el conjunto de cualidades que permiten que una serie de estructuras organizadas puedan funcionar coordinadamente, generándose, creciendo, viviendo en constante cambio, con capacidad genética y de utilizar y cambiar elementos para generar energía o para transformarla cumpliendo un ciclo tras lo cual se extingue y se desintegra. Los seres vivos, son aquellos que permanecen en constante movimiento aun cuando este sea implicado a nivel molecular. Los objetos inertes o inanimados no pueden replicarse ni tampoco cambiar o reproducirse, tampoco transmitir sus características a su descendencia como tampoco depende su estado de su medio ambiente. Los seres vivos interactúan constantemente con su entorno, respondiendo hábilmente a los estímulos. ¿COMO PUDIERON LOS ATOMOS UNIRSE? Los átomos están formados por partículas negativas que giran alrededor de un núcleo central positivo (electrones y protones). Estas partículas con carga negativa, deben mantenerse girando sobre un eje para que este elemento mantenga su estabilidad en el espacio, de otra manera desaparecería. Existe un delicado equilibrio entre las cargas existentes a nivel nuclear positivas (protones) y neutra (neutrones) y las negativas que giran alrededor (electrones). Por medio de estas cargas negativas (Electronegatividad) un átomo puede atraer a otro y formar un ENLACE. Lo enlaces no son más que la unión de dos o más átomos. Existen diversos tipos de enlace; unos son fuertes y estables a los cuales llamaremos de ahora en adelante ENLACES COVALENTES. Otros tipos de enlace involucran enlaces débiles y fluctuantes entre los cuales están: ENLACES IONICOS PUENTES DE HIDROGENO FUERZAS DE VAN DER WAALS ENLACE HIDROFOBICO En la materia viva existen varios átomos implicados: C,H ,O , N , P , S. Cada uno de estos átomos es capaz de unirse a otro de ellos de los cuales constituye el CARBONO ; el elemento ideal de formación de moléculas en los tejido vivos. Toda aquella molécula formada por carbonos sera llamada de ahora en delante de naturaleza ORGANICA, e INORGANICO todo lo que no lo contenga. El carbono es un elemento especial que tiene como propiedad principal gozar de ESTEREOISOMERISMO. Esto consiste en la propiedad del carbono de poder rotar o mover sus enlaces alrededor de si adoptando gran diversidad de formas en las moléculas que conforma y además, por tener la capacidad de enlazar 4 ELEMENTOS, estos pueden girar alrededor suyo, tomando en cuenta que el carbono puede formar enlaces dobles y triples incluso. Esta propiedad de formar 4 enlaces alrededor de si hace que podamos decir que el carbono tenga una estructura tetraédrica de forma que puede formar cadena lineales e incluso ramificadas. Asi mismo, combinarse con gran cantidad de grupo funcionales dando lugar a una gran diversidad molecular. ENLACES COVALENTES: Cuando dos átomos comparten un par de electrones o una cantidad igual de electrones se forma un enlace fuerte, sólido muy estable. A este tipo de enlace lo llamamos enlace covalente. Estos enlaces son muy estables porque la energía requerida para romperlo es mucho mayor que la energía térmica disponible. Para romperlos por lo general, debemos aumentar extremadamente la temperatura del medio donde está la molécula. ENLACES IONICOS: En este caso, la atracción es entre dos cargas UN ANION (con carga negativa) y UN CATION (con carga positiva) lo que hace que se de el enlace. Así por ejemplo, un átomo de Sodio (Na+) con carga positiva puede verse atraído por un ANION como el Cloro (Cl-) el cual tiene carga negativa. Esta unión por lo general toma una gran energía térmica para darse pero fácilmente puede disolverse cuando agregamos agua a la molécula, ya que; el Hidrogeno que esta contiene puede romper esta unión polar entre ellos. La energía que estabiliza la molécula es una muy pequeña. ENLACES DE HIDROGENO: El hidrogeno, es un elemento que aun estando unido a otro átomo posee electrones que pueden interactuar al no estar apareados, con otro átomo o molécula formando puentes débiles. Una vez que se ha unido en forma COVALENTE pueden enlazarse a otro elemento. Estas uniones son fácilmente disolubles con calor y son por ende LAS MAS DEBILES. FUERZAS DE VAN DER WAALS: Cuando los núcleos de dos átomos se acercan demasiado, tienden a repelerse ya que ambos tienen cargas positivas. Si están demasiado lejos, no existirá atracción entre ellos. Sin embargo, existe una distancia limitada en la cual se produce una atracción mutua entre los dos núcleos atómicos y es a esta atracción la que llamamos FUERZAS DE VAN DER WAALS. Como ejemplo podríamos citar el hecho de que cuando acercamos dos imanes demasiado estos se repelen, si están demasiado lejos no se atraen pero al irlos acercando, habrá un momento que se atraigan en una forma equilibrada. ENLACE HIDROFOBICO: En este tipo de enlace las moléculas se enlazan a partir de su rechazo a otras moléculas. Cuando dos átomos tienen una misma naturaleza pero repelen una fuerza que los rodea, tienden a unirse en conjunto para estabilizarse en el medio donde están. Tal es el ejemplo, del aceite en el agua, el cual forma gotitas al estar suspendidos en ella, ya que los ácidos grasos por repeler el agua (hidrófobos) se unen en forma de gotas. Las grandes moléculas pueden estar formadas por enlaces covalentes. Sin embargo, varias macromoléculas pueden estar unidas por medio de múltiples enlaces débiles o uniones no covalentes y esto le confiere estabilidad. Varias uniones débiles pueden forman una integral que tenga fuerza para sostener dos moléculas unidas. ¿Qué ELEMENTOS FORMAN PARTE DE LA MATERIA VIVA? Existen diversos elementos que conforman los seres vivos. En primer lugar están las Macromoléculas, que son aquellas de gran tamaño que forman las principales estructuras celulares. Podemos dividir estos componentes en: componentes orgánicos, es decir; aquellos que contienen Carbono como elemento principal y entre estos están: las proteínas, carbohidratos, ácidos nucleicos y lípidos. Entre los inorgánicos, nombraremos aquellos que no contienen carbono como el agua y lo minerales. Así mismo los seres vivos están formados casi en su totalidad por agua, aproximadamente un 85% y sales inorgánicas en un 3%. En resumen pudiésemos decir que la BIOMOLECULAS o moléculas formadoras de vida pueden dividirsé en estos dos tipos. Cuando una molécula pequeña e forma, recibe el nombre de MONOMERO. Estos monómeros pueden enlazarse de la misma manera a través de sus átomos terminales y formar moléculas más grandes de unidades iguales repetidas y es a esto a lo que llamamos POLIMERO. Un ejemplo de esto es que las proteínas son polímeros de aminoácidos al igual que los polisacáridos son unidades repetidas de monosacáridos. EL AGUA: El agua es un elemento natural el cual se piensa fue la base para sostener numerosa cantidad de moléculas que reaccionaron con la atmosfera primitiva. Es un elemento inorgánico, formado por hidrogeno y oxígeno. La cantidad de agua esta íntimamente relacionada con la edad y la actividad metabólica celular, es decir del calor que genere la célula producto de su metabolismo. Mientras mayor sea éste, mayor será la cantidad de agua que requiera para sobrevivir. En esta forma, los organismos más pequeños y con menos tiempo de vida pero con mayor velocidad de crecimiento, por necesitar mas agua tendrán más de ésta que los que ya tienen más tiempo de vida y cuyo metabolismo es más lento. De manera que los embriones tienen más agua que los fetos y estos más que los recién nacidos. Así sucesivamente, se va perdiendo la cantidad de agua hasta que en la vejez esta cantidad es más escasa. Al acabarse el agua se termina por extinguir la vida. Una característica química del agua, es que se comporta como un dipolo, ya que tiene átomos negativos (el oxígeno) y positivos (el hidrogeno). Esto le permite al agua incluso participar en reacciones enzimáticas regulando la temperatura donde actúan las enzimas y aportando atomos de hidrogeno en las reacciones, tomando en cuenta que el punto de ebullición del agua es de 100°C y la normal de funcionamiento de la célula animal aproximadamente 37°C el agua permite que la células no varíe grandemente su temperatura en ciertas situaciones. Además , el agua interviene en la eliminación de sustancias y desechos tóxicos productos del metabolismo a través de la orina, el sudor y las heces. IONES Y MINERALES: Los iones (cationes y aniones) son átomos que tienen carga. Estos elementos como el Magnesio, El Calcio, el Zinc pueden trabajar en conjunto con numerosas enzimas como cofactores enzimáticos. La concentración de estos iones es muy variable tanto dentro como fuera de la células y cuando están solos (no unidos a otro átomo) mantienen su carga activa sea positiva o negativa. En los organismos vivientes los minerales cumplen una FUNCION ESTRUCTURAL, cuando se encuentran solidificando estructuras como los huesos o los dientes de manera que ayudan a conformar la estructura consistente de muchos tejidos. También poseen una función REGULADORA, pues pueden modular la actividad de numerosas enzimas. Como ejemplo de estos tenemos el CALCIO en la contracción muscular y la coagulación sanguínea. ENTONCES..¿QUE ES LA CELULA? La célula es la unidad elemental de todos los seres vivientes la cual posee ciertas características: 1.Poseen programación génica: Todas las células disponen de una maquinaria que les permite transmitir sus características a sus descendientes productos de sus habilidades reproductivas. 2.Pueden reproducirse 3.Todas las células pueden obtener y transformar la energía: En el caso de las células vegetales estas pueden utilizar la luz solar por medio de la fotosíntesis para general Oxigeno ambiental, las células animales por su parte; utilizan la glucosa para generar ATP y Dióxido de carbono o CO2. 4.Las células pueden ejecutar numerosas reacciones químicas 5.Algunas pueden moverse (ejm el espermatozoide, los glóbulos blancos de la sangre) 6.Las células responden al ser estimuladas 7.Y finalmente pueden regular sus propios procesos intrínsecos. Son Autónomas pero sometidas a su respuesta ante estimulos externos. TIPOS DE CELULAS: CELULAS PROCARIOTAS: Se refiere a las Bacterias, miembros del reino MONERA. CELULAS EUCARIOTAS: Aquellas que TIENEN NUCLEO ORGANIZADO. Entre estas están los PROTOZOARIOS, Los hongos, las plantas y los ANIMALES. Diferencias entre las células eucariotas y Procariotas: 1.Las células Procariotas carecen de sistemas de endomembranas, no poseen organelos y su citoplasma es rudimentario. Por su parte, las células EUCARIOTAS poseen un sistema de endomembranas organizado con Organelos celulares bien COMPARTIMENTALIZADOS. Cada organelo tiene un función diferente y trabajan todos coordinadamente. 2. LA CELULA PROCARIOTA; posee un ADN único, rudimentario y circular. Practicamente todo su GENOMA es codificable, se conoce para que sirven todos y cada uno de sus secuencias genéticas. La celula EUCARIOTA tiene un nucleo complejo, con poros donde esta encerrado un ADN de doble hélice bien empaquetado, del cual aun existen secuencias que se desconoce su función. 3.LA MEMBRANA CELULAR DE LA CELULA PROCARIOTA, no posee estructura reguladora del paso de sustancias, prácticamente todas las sustancias fluyen dentro y fuera de la celula por difusión. La celula EUCARIOTA, tiene una membrana con estructura compleja reguladora del paso de sustancias y PERMEABILIDAD SELECTIVA a ellas. 4. Los PROCARIOTAS, poseen fragmentos de ADN fuera del NUCLEOIDE, regados por el citoplasma y son llamados PLASMIDOS. La celula EUCARIOTA posee fragmentos de ADN extranuclear dentro de los compartimientos de los organelos. Tal es el caso de las mitocondrias que posee su propio ADN. 5. Las procariotas tienen CITOESQUELETO SIMPLE, sencillo, rudimentario. Las células EUCARIOTAS tienen un citoesqueleto COMPLEJO, firme que mantiene su turgencia. 6. Las CELULAS PROCARIOTAS se dividen por fisión binaria, no tiene guías durante su división NO POSEEN HUSO MITOTICO; cosa distinta a la EUCARIOTA la cual posee UN SISTEMA ORGANIZADO DE MICROTUBULOS QUE DIRIGEN LOS CROMOSOMAS DURANTE LA DIVISION. Las células pudieron diferenciarse en forma sucesiva a medida que fueron evolucionando logrando aparecer una gran cantidad de células que se organizaron en tejidos, estos en órganos, luego en sistemas. Aun cuando todas tienen características diferentes a nivel MORFOLOGICO, todas reúnen las características de una célula EUCARIOTA: Poseen núcleo, tienen endomembranas, potencial reproductivo, citoesqueleto complejo y Membrana celular selectiva. Existen un grupo especial de células, llamadas CELULAS PURIPOTENCIALES. Estas células son células inmaduras que tienen el potencial para convertirse en cualquier célula del cuerpo humano. El descubrimiento de estas células han permitido innovar en cuanto a la tecnología de transplantes. Cabe destacar que son obtenidas más fácilmente en los tejidos embrionarios que son los mas inmaduros y en constante crecimiento.
