EL OBJETIVO DE LA CATEDRA DE BIOLOGIA CELULAR
BIOLOGIA CELULAR.EL OBJETIVO DE LA CATEDRA DE BIOLOGIA
CELULAREsta materia que se estudia en el primer semestre de las
carreras biolgicas representa un esfuerzo para actualizar a los
alumnos en los conceptos bsicos de la vida. Se hace necesaria
porque los alumnos de nuevo ingreso necesitan de un respaldo bsico
de conocimientos biolgicos previos al estudio de las materias
bsicas que sern estudiadas en semestres posteriores. Esta materia
nos servir para responder muchas preguntas relacionadas con la
biologa y todo lo relacionado con los seres vivos. Respondiendo a
preguntas que explican muchos de los fenmenos que observamos
durante lo cotidiano de nuestras vidas, entre estas las
siguientes:Como es posible que los insectos puedan caminar sobre el
agua?Porque las lagartijas son lentas cuando hace fri, y rpidas
cuando hace calor?Porque flota el hielo en el agua?Como puede una
vaca producir 60 litros de leche?Como se absorbe una penicilina
cuando es tomada por va oral?Como producen su efecto antibacteriano
los antibiticos?Cmo o porqu mueren rpidamente los perritos que
sufren de parvovirus?Como es posible que un becerro aumente hasta
1,500 gramos de peso por da?Cual es la energa de mantenimiento y
cual es la energa de produccin en una vaca lechera?Porque se mueren
los enfermos de sida?
Finalmente podemos darnos cuenta que cualquiera que sea la
funcin en los seres vivos que deseemos estudiar esta representa una
funcin celular.
UNIDAD 1. EVOLUCIN DE LA CLULACONTENIDO:TEORIA CELULAR Y EL
CONCEPTO DE CLULAEl concepto de Biologa CelularEl concepto de
clulaLos postulados de la doctrina celularDE LAS MOLECULAS A LA
PRIMER CLULALas molculas biolgicas simples pueden formarse bajo
condiciones prebiticas y formar sistemas qumicos complejos.Los
requisitos mnimos de las formas de vida son:Poseer un lmite entre
el medio interno y externo Coordinar reacciones qumicas y
almacenamiento y flujo de informacin gnicaDE LOS PROCARIONTES A LOS
EUCARIONTESLas teoras sobre el origen de las clulas eucariontes:
internalizacin por invaginacin de membrana, hiptesis del origen
endosimbionte (Margulis) e hiptesis del origen
autgeno.Caractersticas semejanzas y diferencias entre las clulas
eucariontes y procariontes.Situacin de las clulas eucariontes y
procariontes dentro de la clasificacin taxonmica de los seres vivos
(segn Whittaker).DESARROLLO DE LA UNIDAD Algunos seres vivos solo
estn formados por una clula mientras que otros estn formados por
billones de clulas. Sin embargo, de todos es conocido que los
organismos mas complejos empiezan su existencia, como clulas
simples: todo se inicia con la fertilizacin del huevo (vulo). La
mayora de los organismos multicelulares, incluyendo al hombre y a
los animales domsticos, inician su existencia con una clula
fecundada, que se empieza a dividir para formar dos clulas, y cada
nueva clula se divide una y otra vez, para formar tejidos
complejos, rganos y sistemas que estructuran a los organismos
desarrollados. Al igual que los tabiques o ladrillos que forma la
estructura de un edificio, asimismo, las clulas podran considerarse
los tabiques que forman el organismo de los seres vivos. Entonces
la clula representa la unidad mas pequea de material vivo, y que
tiene la capacidad de realizar todas las actividades necesarias que
caracterizan a los seres vivos. Podemos afirmar que es la
estructura ms pequea y que tiene la capacidad de realizar un
metabolismo completo, debido a que posee todos los componentes
fsicos y qumicos necesarios para mantenerse y crecer. Cuando a este
elemento bsico de vida (la clula) se le provee con todos los
nutrientes esenciales y con el medio ambiente adecuado, entonces se
le puede mantener vivo en condiciones de laboratorio por mucho
tiempo, inclusive aos (muchos mas de los que un humano pueda
vivir). Ninguna de las partes que forman a la clula pueden
sobrevivir por si solas, esto es un privilegio de la clula
completa. Uno de los aspectos bsicos generales de la clula lo es la
teora celular. Histricamente los que la fundamentaron fueron dos
bilogos alemanes durante los aos 1838 y 1839: Matias Schleiden y
Teodoro Schwan, los cuales por primera vez propusieron que todas
las cosas vivas estn formadas por clulas y por productos de las
clulas, y que la clula era entonces la unidad bsica estructural de
los organismos vivos. Esta teora celular fue enriquecida en 1855
por Rudolf Virchow, porque fue el primero que afirm que las clulas
nuevas solo existan como el producto de la divisin de clulas
previamente existentes. Es decir que las clulas no pueden nacer o
generarse de manera espontnea. Y en 1880 August Weissman hizo
destacar que todas las clulas que al momento existen provienen de
clulas ancestrales. La contribucin histrica de los investigadores
que se mencionan y de muchos otros, estructuraron la lista de
conceptos que fundamentan a la teora celular moderna: 1. Las clulas
son las unidades bsicas de la vida en la tierra. Hasta la fecha no
se han encontrado formas de vida diferentes, es decir que no estn
formadas por clulas. 2. Todos los organismos vivos estn formados
por clulas. Toda forma de vida en la tierra est formada por una
clula o por agregados de clulas. 3. Tomando como excepcin al origen
de la vida misma, todas las clulas se originan en clulas que
existan previamente. Las clulas solo se originan a partir de la
divisin de las mismas clulas vivas, nunca provienen de agregados de
partes de clulas o de productos qumicos de clulas, es decir que: la
vida proviene de la vida misma.Investigaciones ms recientes
sugieren aadir dos atributos ms a la teora celular y que se puede
aplicar a los organismos mas adelantados y que no son atributos tan
generales como los primeros tres ya mencionados: 4. Las clulas de
los organismos multicelulares pueden estar interconectadas, de esta
manera se da lugar a poblaciones celulares que funcionan como
unidad. 5. Las clulas de los animales multicelulares deben
adherirse a superficies slidas, para dividirse, moverse y tomar
formas especializadas y asimismo realizar funciones esenciales o
necesarias. La clula como la unidad bsica estructural representa
una estructura biolgica de funcionamiento eficiente y maravilloso,
sin embargo el como se origin? representa una pregunta sin
respuesta. Pero se han propuesto muchas teoras para contestarla. Y
cada teora da su explicacin en funcin de su perspectiva particular,
algunas se basan en escrituras de orden religioso, otras en hechos
cientficos y asimismo otras buscan las respuestas en la
investigacin del mas all. Tambin se ha intentado reconstruir las
condiciones que se supone existieron hace muchos millones de aos en
la tierra y que dieron origen a la vida.LAS DIFERENTES TEORIAS QUE
EXPLICAN EL ORGEN DE LA VIDA La complejidad de las 200 diferentes
tipos de clulas altamente especializadas que forman el organismo de
los humanos y de los animales domsticos, obliga a preguntar De
donde se originaron? Los cientficos en sus diferentes tiempos han
generado muchas hiptesis, desde las ms fantasiosas (Von Daniken)
hasta las ms biolgicamente asentadas. Entre estas podemos mencionar
las siguientes: LA GENERACION ESPONTANEA Durante los siglos XVII y
XVIII, la Teora de la Generacin espontnea, era muy popular y
explicaba que la vida se generaba de manera espontnea a partir de
lo no vivo. Para esto haba muchas evidencias: Los escarabajos y las
avispas de repente salan del estircol de vaca. Los ratones en
Egipto parecan salir por arte de magia del lodo del Nilo. Existan
recetas para fabricar abejas, y que consistan en sacrificar y
enterrar parado a un toro joven, con el fin de que sus astas o
cornamenta protegieran de la tierra. Despus de un mes, un enjambre
de abejas debera de salir del cuerpo del toro. Incluso cientficos
de renombre de la poca, como Newton, Harvey y Descartes no ponan en
duda esta teora que afirmaba que la vida espontneamente se generaba
en cualquier cmulo de suciedad.Pero hubo algunos que dudaron, a
mediados del siglo XVII, Francesco Redi, mdico y poeta italiano
realiz un experimento sencillo y efectivo. En dos jarrones puso
trozos de carne, dejando uno abierto y el otro cubierto con un
simple pedazo de tela. Observando que las moscas entraban al jarrn
abierto, y poco despus aparecan las larvas y las nuevas moscas.
Mientras que en el jarrn cubierto con el pedazo de tela no haba
moscas. De esta manera demostr que las moscas nuevas provenan de
las moscas viejas, mas no se generaban espontneamente en la carne
en descomposicin, como hasta la fecha se pensaba. Poco despus un
naturalista ingles de nombre Jhon Needham, demostr que los
microorganismos florecan en varios caldos que se encontraban
expuestos libremente al aire. Y pocos aos despus Lazaro
Spallanzani, bilogo italiano, hirvi los caldos por una hora,
sellando las bocas de los frascos con calor. Y al observar el
contenido de los caldos varios das despus, ningn microbio se hizo
presente. Spallanzani concluy que los microorganismos de los caldos
provenan del aire. El postulado de que la vida da vida, es entonces
cuando empieza a tomar forma. En el siglo siguiente (XVIII) Pasteur
llev a cabo varios experimentos con sopa de hongos en diferentes
recipientes, desacreditando de esta manera una vez mas la teora de
la generacin espontnea. Se pueden mencionar aunque brevemente las
intervenciones posteriores de diferentes cientficos que colaboraron
en la fundamentacin del conocimiento actual de la estructura y
funcin de la clula.Jansen, H. (1590) Logra fabricar el primer
microscopio compuesto. Con dos lentes y un objetivo y un
ocular.Hooke, R. (1665) Estudia y describe las clulas del corcho,
que primero las consider como poros y despus les dio el nombre de
clulas, y continu sus estudios observando los jugos de las
clulas.Leewenhoock, (1675) que describe clulas de vida
independiente, y el ncleo de glbulos rojos en especies que los
tienen.Schleiden (1838) en plantas y Schwann (1839) en animales
proponen a la clula como una unidad funcional y estructural de los
seres vivos y que toda clula proviene de otra ya existente.Flemming
(1880) describe la mitosis.Waldeyer (1890) estudia la divisin de
los cromosomasHertwing (1875) estudia la meiosisNiescher (1871)
descubre el ADN o nuclenaMendel (1867) estudia las leyes
fundamentales de la herenciaWatson y Crick (1953) descubren el
modelo de la doble hlice del ADNPauling (1954) descubre la alfa
hlice.Experimentos de Urey-Miller, 1955. En un frasco con metano,
amoniaco, agua e hidrgeno; aplicando choques elctricos inducen la
formacin de aminocidos y azucares.Jacob-Monad (1965). Modelo del
opern, primer modelo de regulacin gentica, presentado en
bacterias.Halley-Marshall (1968). Cdigo gentico desarrollado en
protenas.Proyecto Gamont. Se establece con el objetivo de
determinar la composicin y metabolismo del metabolismo gentico en
humanos.La lista es enorme y sale de los objetivos que este texto
persigue. Pero es de inters conocer otras teoras que tratan de
darle una explicacin al origen de la vida. LA VIDA VINO DEL ESPACIO
(LEER: THE CHARIOTS OF THE GODS x VON DANIKEN) La teora de que la
vida lleg a la tierra del espacio ha dado tema a muchos cuentos de
ciencia y ficcin, incluyendo asimismo hiptesis cientficas e
inclusive el diseo de algunos experimentos cientficos. El
fundamento que le otorga cierto grado de seriedad a esta teora lo
es la llegada extraterrestre de algunos objetos como son los
asteroides, lo meteoritos, los cometas y el polvo interestelar con
presencia de compuestos de tipo orgnico parecidos a los de la vida
terrestre. Estos son los mismos compuestos qumicos que podran haber
dado lugar a las primeras formas de vida. Pero como puedo esto
suceder? Uno de los posibles escenarios que podran explicar el como
los compuestos qumicos provenientes del espacio extraterrestre
podran haber plantado la vida en este planeta, proponiendo que el
polvo proveniente de las nubes interestelares formaron compuestos
orgnicos complejos en los cometas. Adems de que el calor liberado
por la explosin de las estrellas y que podra haber derretido el
hielo presente en los cometas, aportando as el agua necesaria para
formar una sopa qumica que finalmente dara lugar a la vida. Y
cuando algunos pedazos de estos cometas se estrellaron en la
tierra, podran haber plantado la semilla de la vida en la tierra, o
inclusive algunas formas de vida.Sin embargo la presencia de
compuestos orgnicos en la materia extraterrestre no necesariamente
significa presencia de vida. El simple hecho de que estos
compuestos qumicos se han encontrado en muchas rocas de origen no
terrestre y que inclusive se han fabricado en el laboratorio,
simulando las condiciones del espacio exterior, sugiere que solo
representan el resultado de fenmenos qumicos comunes.ANCESTROS
COMUNES Regresando a nuestra tierra, podemos observar que el
parecido qumico que comparten muchos organismos diferentes es
sorprendente. Todas las formas de vida terrestre utilizan cidos
nucleicos como material gentico, e inclusive utilizan el mismo
cdigo gentico para traducir los cidos nucleicos en protenas, y
asimismo tambin utilizan las mismas molculas generadoras de energa.
Todos los organismos vivos utilizan los mismos 20 aminocidos para
fabricar protenas, a pesar de que qumicamente se pueden fabricar
muchas otras variedades de aminocidos. La plantilla qumica comn que
sirve de base a toda la vida presente en la tierra, se ha utilizado
como punto de partida por muchos cientficos para postular que todas
las formas de vida descienden de un ancestro comn. Si esto fuera as
entonces Que forma tendra el primer organismo que se form? Como se
origin a partir de las primeras molculas que se encontraban
presentes en la tierra? En que momento las sustancias qumicas que
se agregaron para formar vida lograron la capacidad de replicarse,
y diferenciarse de la materia inanimada? Estas preguntas se pueden
ampliar mas adelante al leer las Recetas para iniciar Vida. Las
misiones del Voyager hacia Jupiter y Saturno han transmitido
informacin sobre los ambientes fsicos y qumicos que prevalecen en
esos planetas gigantes y asimismo de sus lunas. Si todos los
planetas de nuestro sistema solar se formaron en el mismo momento,
entonces el conocimiento de las condiciones que prevalecen en otros
planetas nos pueden dar algunas pistas sobre las condiciones
prebiticas (anteriores a la existencia de vida) de la tierra. Los
qumicos, los matemticos y los cientficos de la computacin han
diseado esquemas con los cuales se trata de explicar la formacin de
las posibles reacciones qumicas que dieron lugar a la vida. Los
Paleontlogos (que estudian la vida anterior) junto con los gelogos
han puestos las races de estas posibilidades dentro de la realidad
con un cuadro del tiempo. Y adems se ha encontrado evidencia de
vida microscpica existente hace 3,500 millones de aos, es decir mil
millones de aos mas o menos despus de que se form el planeta
tierra.EVOLUCION QUIMICA Despus de la formacin de nuestro planeta
(big bang) cualquiera que hayan sido los eventos sucedidos durante
los primeros 1,000 millones de aos, esta pavimentaron la llegada
para el establecimiento de la gran diversidad de formas de vida
como la existente en la tierra a la fecha. Antes de que existiera
la vida (o inclusive molculas que sugirieran la presencia de vida)
debieron de sucederse algunos cambios qumicos. En la primera fase
de esta evolucin qumica prebitica, debe de haber existido cierta
forma de energa a la mano para provocar reacciones en pequeas
molculas dando como resultado pequeos monmeros orgnicos, como los
que forman los polmeros de los organismos vivos (coacervados).
Estas primeras molculas encaminadas a hacer vida pudieron haber
sido los gases de amoniaco (NH3), el Hidrgeno (H2), el metano
(CH4), el dixido de carbono (CO2) y el vapor de agua (H2O). La
energa necesaria para la reaccin pudo haber sido la luz del sol,
los relmpagos o los volcanes. En los experimentos de laboratorio
(Urey-Miller, 1955) se ha demostrado que es posible la formacin de
azucares por la conjugacin del formaldehdo y que asimismo se pueden
formar aminocidos con sales del cido cianhdrico. La segunda fase de
la evolucin qumica podra haber sido llamada el perodo de la
polimerizacin, en la cual los bloques qumicos necesarios para dar
lugar a la vida, se empezaron a unir formando cadenas largas. La
fase final y la menos entendida de este preludio qumico de la vida
lo fue la transicin de estos polmeros de cadenas de monmeros
formadas al azar, transformndose por abiognesis en molculas
poseedoras de informacin capaces de auto reproducirse
(protobiontes). Los candidatos considerables como primeros
precursores de vida son las protenas y los cidos nucleicos. Cual
fue el primer polmero? Los que proponen la teora de la primera
protena o teora Proteinoide hacer ver que, en condiciones del
laboratorio, ciertas combinaciones de aminocidos, con otras
molculas y con calor; da lugar a la formacin de pequesimas esferas
con algunas de las caractersticas de las clulas vivas. Los que
respaldan la teora de los primeros cidos nucleicos o hiptesis del
Gene Desnudo mencionan que el DNA es la nica molcula que se puede
replicar y que el DNA controla la sntesis de protenas, y no sucede
de otra manera. Tambin es posible que simultneamente se hayan
formado ambos tipos de polmeros, probablemente en el seno de los
barros hmedos, porque estos se encontraban ricos en bloques aptos
para su construccin. La estructura mineral de las tejas de barro
acomodada en orden pudo haber servido de molde para un modelo de
polmeros como las protenas y los cidos nucleicos. Aqu cabra
mencionar que tuvieron oportunidad de formarse las esferas
proteinoides, es decir molculas semejantes a las protenas, formadas
por agua, aminocidos y arcilla slice No se sabe con certeza como se
form la primera comunin entre las protenas y los cidos nucleicos,
ya sea que una esfera proteinode halla sido englobada o tragada por
una trama de cidos nucleicos, o que un gene desnudo halla sido
generoso y donara un cubierta proteica. Sin embargo lo que es
importante es que este matrimonio se llev a cabo (Teora
Endosimbitica) y de alguna manera esta protoclula desarroll una
manera de fabricar y conjugar sus propios aminocidos, y no seguir
dependiendo de reacciones qumicas al azar realizadas por molculas
prebiticas en el seno de su medio ambiente. Asimismo desarroll una
manera de producir energa. Todos estos pasos tan importantes en el
desarrollo de la vida, no se sucedieron de la noche a la maana.
Debieron de formarse una infinidad de combinaciones de protenas y
de cidos nucleicos de manera espontnea durante millones de aos. Y
en el transcurso de tantos experimentos realizados al azar dentro
de la naturaleza, haciendo inevitable la persistencia y
multiplicacin de una verdadera protoclula con capacidad de
replicacin. Y a medida que sus funciones qumicas se hacan ms
complejas llegara el momento en que se transformara en lo que ahora
conocemos como vida. En la teora endosimbitica propuesta por Lynn
Margulis (1967) y otros, se basa en el descubrimiento de fsiles con
una antigedad de 1,500 millones de aos y que dan evidencia clara de
presencia de clulas grandes con un ncleo rodeado por una membrana y
a las cuales se les llam clulas eucariticas. En esta teora se
menciona que es muy probable que el ncleo tenga su origen en una
clula procaritica relacionada con las clulas metangenas, que
carecan de una envoltura nuclear. Este antecesor de las clulas
eucariticas (Urcarionte) es probable que obtuviera su alimento por
fagocitosis, es decir, englobaba las partculas de alimento
guardndolas en bolsas presentes en su membrana plasmtica. Es
probable que estas invaginaciones de la membrana plasmtica
empezaran a rodear y a proteger el DNA desnudo de la clula husped.
Este mismo mecanismo probablemente tambin explicara el como las
clulas eucariticas obtuvieron sus mitocondrias, sus cloroplastos,
sus flagelos y sus ncleos. Estos elementos celulares se originaron
como clulas bacterianas de vida libre y que fueron engullidas por,
o se unieron a un tipo celular de tipo ancestral. En conjunto el
husped y los organismos que alberga formaron comunas celulares,
organismos solos en donde cada miembro se adaptaba al arreglo del
grupo y obtena beneficios del mismo. El trmino endosimbitico
significa beneficio mutuo dentro de si. Por ejemplo las
mitocondrias son muy similares en tamao y forma a las bacterias
aerbicas modernas y adems es importante hacer notar que estos
organelos generadores de ATP poseen su propio DNA, que se replica
de manera independiente del material gentico de la clula
eucaritica. Los cloroplastos tambin son similares en tamao y forma
con ciertos procariticos fotosintticos, y al igual que las
mitocondrias tambin poseen un DNA separado y auto replicante. La
inclusin de organelos fabricantes de energa fue metabolicamente
ventajoso para las clulas ancestrales que eran los suficientemente
grandes para albergarlos y asimismo ser tolerantes al oxgeno
(Figura 15.11).DE LOS PROCARIONTES A LOS EUCARIONTES Todas las
clulas, procariticas y eucariticas, contienen DNA. Todo el DNA
presente en una clula es conocido como el genoma. Y cada una de las
unidades que constituyen la herencia y que controlan la
caractersticas nicas de cada individuo son conocidos como genes.
Las que fueron consideradas como las primeras clulas verdaderas
debieron de ser muy simples, y para mantenerse vivos solo debieron
tener los aparatos biolgicos mnimos. Los diferentes tipos de
organismos vivos que existen en la actualidad es muy probable que
se parezcan a las primeras clulas, estas son las procariontes,
nombre que se deriv de la palabra griega Karyon que significa nuez
o bellota y que literalmente significa antes del ncleo. En los
procariontes se incluye a las bacterias y a las cianobacterias (A
las cianobacterias se les llam primero algas azul-verdes, y con el
nombre nuevo se hace ver que estn mas relacionadas con las
bacterias). Los procariontes son organismos de una clula, pero es
posible encontrarlas en grupos asociados formando colonias con
ciertas diferenciaciones en cuanto a sus funciones celulares.Los
eucariontes son organismos ms complejos y pueden ser multicelulares
o existir en forma unitaria. La palabra eucarionte significa ncleo
verdadero. Una de las caractersticas principales que distingue a
los eucariontes de los procariontes, es la presencia de un ncleo
bien definido, separado del resto de la clula por medio de una
membrana. Se han acumulado una gran masa de evidencias fsiles que
indican que los eucariontes evolucionaron de los procariontes hace
aproximadamente 1,500 millones de aos, 2,000 millones de aos despus
de que la vida apareciera por primera vez en la tierra. Entre
ejemplos de eucariontes de una clula se pueden mencionar a los
hongos y a los paramecios; haciendo notar que todos los organismos
multicelulares; incluyendo a los animales y a las plantas; son
eucariontes. Como era de esperarse, las clulas eucariticas son ms
complejas y es usual que sean ms grandes que las clulas
procariontes. El dimetro de una clula procaritica tpica es de
alrededor de 1 a 3 micrmetros, mientras que el dimetro de una clula
eucaritica tpica es de 10 a 100 micrmetros. La diferencia entre las
clulas eucariticas y procariticas es tan bsica, que en la
actualidad representa un punto clave para la clasificacin de los
organismos vivos, y es mucho ms importante que la diferencia que
existe entre las plantas y los animales. La diferencia ms
importante entre las clulas procariticas y las eucariticas es la
existencia de organelos, especialmente el ncleo, en los
eucariontes. Un organelo es una parte de la clula que realiza una
funcin especial., y que adems se encuentra rodeado por su propia
membrana. Mientras que las clulas procariticas presentan una
estructura muy simple, con organelos libres y sin membrana que los
delimite. Pero al igual que la clula eucaritica, la procaritica
tambin tiene una membrana celular, o membrana plasmtica, que la
asla del mundo exterior; y es la nica membrana que se puede
encontrar en una clula procaritica. En ambos las procariontes y los
eucariontes, la membrana celular est formada por una doble capa
(bicapa) de molculas de lpidos en donde se encuentran embebidas una
gran variedad de protenas. Esta membrana tiene una permeabilidad
selectiva que le permite a la clula recibir solo las sustancias que
le son tiles. Los organelos tienen funciones especficas. Las clulas
eucariticas tpicas poseen un ncleo con una membrana nuclear. Tambin
es comn encontrar dentro de las clulas eucariontes a las
mitocondrias (organelos respiratorios) y a un sistema interno de
membranas conocido como retculo endoplsmico. En las mitocondrias
eucariticas se realizan reacciones de oxidacin, mientras que en las
procariticas se realizan las mismas reacciones, pero a nivel de la
membrana plasmtica. Los ribosomas (partculas formadas por RNA y por
protenas) son fbricas de protenas presentes en todos los organismos
vivos, en las eucariontes se encuentran frecuentemente conjugadas
con el retculo endoplsmico. Los ribosomas en los procariontes se
encuentran libres en el citosol. En este momento se puede mencionar
que existen diferencias entre el citoplasma y citosol. Cuando nos
referimos al citoplasma este es la parte de la clula que se
encuentra por fuera del ncleo, y el citosol es la parte soluble de
la clula que se encuentra por fuera de los organelos limitados por
su membrana. Los cloroplastos son organelos fotosintticos presentes
en las clulas de las plantas y en los cuales toma lugar la
fotosntesis. En las procaiontes que tienen la capacidad de realizar
la fotosntesis, las reacciones toman lugar en las estructuras
laminares llamadas cromatforos y no se llevan a cabo en
cloroplastos.LAS CELULAS PROCARIOTICAS A pesar de que en las
procariticas no se puede observar un ncleo bien definido, el DNA de
la clula se encuentra concentrado en una regin a la cual se le
llama regin nuclear. Esta parte de la clula es la que dirige las
funciones de la clula, al igual que el ncleo eucaritico. El DNA de
los procariontes no est conjugado con protenas como el DNA de los
eucariontes. En general, las procariontes poseen solo una molcula
enrollada de DNA. Este rollo o rodete de DNA, que es el genoma, se
halla unido a la membrana celular. Antes de que la clula
procaritica se valla a dividir, el DNA se repica dando lugar a dos
rodetes de DNA conjugados a la membrana plasmtica. Despus la clula
se dividida, y cada una de las clulas hijas reciben un rodete de
DNA copia del original. El citosol de una clula procaritica (parte
de la clula que se encuentra por fuera de la regin nuclear) es comn
que tenga una apariencia ligeramente granular debido la presencia
de ribosomas. Estos estn formados por RNA y protena por lo que
tambin se les llama partculas de ribonucleoproteina y son el sitio
de la sntesis de protenas en todos los organismos. La presencia de
ribosomas es una caracterstica del citosol de los procariontes.
(Organelos conjugados a una membrana, caractersticos de los
eucariontes, no estn presentes en los procariontes). Cada clula se
encuentra separada del mundo exterior por una membrana celular,
tambin llamada membrana plasmtica, formada por molculas de lpidos y
de protenas. Adems de la membrana celular, y colocada por fuera de
esta la clula bacteriana procaritica posee una pared celular
formada en su mayor parte por un material polisacrido,
caracterstica que comparte con algunas clulas vegetales
eucariticas. La naturaleza qumica de las paredes celulares de las
clulas procariticas y eucariticas presentan ciertas diferencias,
pero algo que les es comn es que la polimerizacin de los azucares
produce una serie de polisacridos presentes en ambas. Debido a que
la pared celular est formada por un material rgido, es muy probable
que funcione como un sistema de proteccin para la clula. Las clulas
procariticas son muy importantes desde el punto de vista ecolgico
producen oxgeno y reciclan el carbono, el nitrgeno y otros
elementos. Asimismo descomponen grandes cantidades de animales,
hongos y plantas que mueren, y tambin participan en la
descomposicin de los desechos animales, de pesticidas y de
contaminantes que podran envenenar el ambiente. Desde el punto de
vista mdico las procariontes son muy importantes, tienen dos puntos
uno negativo y otro positivo. Por ejemplo: las bacterias producen
cientos de enfermedades, entre las que se incluyen las infecciones
por estafilococos y por estreptococos, el envenenamiento de la
sangre, las enfermedades venreas, el ttanos y muchas otras miles de
enfermedades de plantas y animales. Sin embargo algunas bacterias
son beneficiosas por ejemplo; la E. Coli y otras que habitan en el
tracto digestivo del hombre y de los animales domsticos producen
vitaminas K y B12, riboflavina, biotina y otros factores que se
absorben y se utilizan. Algunas de las bacterias residentes, como
la E. Coli que llega a tapizar tan intensamente la pared del
intestino, sirviendo de barreras contra bacterias patgenas evitando
que pasen a la sangre. Asimismo muchos animales herbvoros
(comedores de plantas) que incluyen al ganado bovino, a las ovejas
y a los conejos, seran incapaces de digerir los pastos y las hojas
de las plantas con las que se alimentan, sin la ayuda de las
bacterias que digieren la celulosa y que se encuentran presentes en
grandes cantidades en el intestino. En la industria se utilizan a
las procariontes para la produccin de alimentos incluyendo quesos,
yogures, salsa de soya y chocolate. Aunque tambin producen
reactivos qumicos como el butanol, la fructosa y la lisina. LAS
CELULAS EUCARIOTICAS Con el paso del tiempo se acumulan mas
evidencias de que las clulas eucariontes se derivaron de las
procariontes, estudios en fsiles muestran la evolucin de los
eucariontes a partir de las procariontes hace aproximadamente 1,
500 millones de aos (1.5 X 199), como 2,000 millones de aos despus
de que la vida apareciera por primera vez en el planeta. Entre los
ejemplos de las primeras clulas eucariontes se mencionan las
levaduras y los paramecios. Las clulas eucariontes son mas
complejas y por lo general mas grandes que las procariontes, el
dimetro de las eucariontes llega a medir 10 a 100 m y las
procariontes de 1 a 3 m (1 a 3 X 10-6). Ambos las plantas y
animales multicelulares son eucariticas, pero existen diferencias
obvias entre ellas. Estas diferencias se reflejan a nivel celular.
Las clulas de las plantas al igual que las bacterias, poseen
paredes celulares. La pared celular de las clulas vegetales est
formada por la celulosa, polisacrido que le da forma y estabilidad
mecnica. Tambin se observa la presencia de cloroplastos en las
clulas de las plantas verdes, y estos tienen una capacidad
fotosinttica. Las clulas de los animales no tienen paredes
celulares ni cloroplastos. En la figura ___ se pueden observar
algunas de las diferencias importantes observables entre las clulas
vegetales, animales y procariontes.ORGANELOS IMPORTANTES. El ncleo
que probablemente es el organelo mas importante en las clulas
eucariontes, en las que por lo general solo existe uno (en los
eritrocitos de mamferos no existe ncleo). Un ncleo tpico presenta
varias caractersticas estructurales importantes. Se encuentra
delimitado por una membrana nuclear doble. Una de sus
caractersticas ms prominentes lo es el nucleolo, rico en RNA. El
RNA de una clula (con excepcin de la pequea cantidad producida en
organelos como las mitocondrias y los cloroplastos) es sintetizado
en un molde de DNA en el nucleolo para luego exportarlo al
citoplasma por los poros de la membrana nuclear. Finalmente este
RNA es destinado a los ribosomas. En el ncleo tambin es posible
observar a la cromatina, esta se encuentra cerca de la membrana
nuclear y esta formada por un agregado de DNA y protena. El genoma
eucaritico (el DNA total celular) se duplica antes de que realice
la divisin celular, al igual que en los procariotes. Ambas copias
de DNA en los eucariontes, que se distribuyen en las dos clulas
hijas, se encuentran asociados con protenas. En el momento que una
clula se va a dividir. Las tiras laxamente organizadas de cromatina
se enrollan apretadamente y es entonces cuando los cromosomas son
observables con el microscopio electrnico o con el de luz. Los
genes, responsables de transmitir los rasgos hereditarios, son
parte del DNA presente en cada cromosoma. Un organelo eucaritico
que ocupa el segundo lugar en importancia, son las mitocondrias,
que al igual que el ncleo, tienen una doble membrana. La membrana
exterior presenta una superficie relativamente lisa, pero la
membrana interna presenta muchos pliegues llamados cristae. El
espacio presente en la membrana interna es llamado la matriz. Los
procesos oxidativas que se suceden en la mitocondria producen
energa para la clula. La mayora de las enzimas responsables de
estas reacciones importantes se localizan en la membrana interna de
la membrana mitocondrial. Otras enzimas que tambin se requieren
para las reacciones de oxidacin, as como un DNA diferente al del
ncleo, se localizan en la matriz mitocondrial interna. Las
mitocondrias tambin poseen ribosomas similares a los que se
encuentran en la bacteria. Las mitocondrias tienen un tamao
aproximado igual al de varias bacterias juntas, tpicamente las
mitocondrias miden 1 micrmetro de dimetro y 2 a 8 micrmetros de
longitud. Existe la teora de que se originaron a partir de
bacterias aerobias que fueron absorbidas por hospederos ms grandes.
El retculo endoplsmico (RE) es parte de un sistema membranoso
simple y continuo, membrana que se dobla de regreso dando la
apariencia de una membrana doble cuando se observa en el
microscopio electrnico. El RE se encuentra unido a la membrana
celular y a la membrana nuclear. Se le encuentra en dos formas:
rugoso y liso. El retculo endoplsmico rugoso se encuentra tapizado
con ribosomas conjugados a la membrana. Los ribosomas (que tambin
se pueden encontrar libres en el citosol) son los sitios de sntesis
proteica en todos los organismos. El retculo endoplsmico liso no
posee ribosomas unidos a su membrana. Los cloroplastos son
organelos importantes que solo se encuentran en las plantas verdes
Tienen membranas dobles y son relativamente grandes, miden hasta 2
micrmetros de dimetro y de 5 a 10 micrmetros de longitud. Su
aparato fotosinttico se encuentra en estructuras especializadas
llamados grana (granum en singular), son cuerpos membranosos
apilados dentro del cloroplasto. Los grana son fcilmente
observables con el microscopio electrnico. Los cloroplastos al
igual que las mitocondrias contienen un DNA caracterstico diferente
al que se encuentra en el ncleo. Los cloroplastos tambin contienen
ribosomas similares a los que se encuentran en las bacterias. Es
posible que en el inicio los cloroplastos fueran
endosimbiontes.OTROS ORGANELOS Y COMPONENTES CELULARES Las
membranas son estructuras importantes presentes en algunos
organelos que todava no estn bien estudiados. Entre estos se
encuentra el aparato de Golgi, que es un organelo rodeado por una
membrana simple y que est separado del retculo endoplsmico y que
con frecuencia se le encuentra cerca del retculo endoplsmico liso.
Es un arreglo de vesculas o sacos aplanados. El aparato de Golgi se
encuentra involucrado con la secrecin de protenas por la clula.
Pero tambin se le encuentra presente en clulas en las cuales su
funcin primaria no es la secrecin de protenas. Adems parece tambin
estar involucrado en el metabolismo de los azucares. En particular
es el sitio en la clula, en donde los azucares son conjugados con
otros componentes celulares, como las protenas. La funcin de este
organelo est por investigarse. Otros organelos de los eucariontes
que son similares al aparato de Golgi, porque estn rodeados por
membranas simples lisas y que muestras funciones especializadas.
Por ejemplo: los lisosomas que son sacos limitados por membranas
que contienen enzimas capaces de daar considerablemente a la clula,
si no estuvieran separadas de los lpidos, protenas o cidos
nucleicos que podran atacar. Dentro del lisosoma estas enzimas
desdoblan las molculas blanco, las cuales es usual que provengan de
fuentes externas, como uno de los pasos en el camino de la
fabricacin de nutrientes para la clula. Los peroxisomas son
similares a los lisosomas, su caracterstica principal es que
contienen enzimas que estn involucradas con el metabolismo del
perxido de hidrgeno (H2O2), producto txico. La enzima catalasa
presente en los peroxisomas catalizan la conversin del H2O2 a H2O y
O2. Los glioxisomas solo se encuentran en las clulas vegetales,
contienen enzimas que catalizan el ciclo glioxilato, va metabolica
que convierte a los lpidos a carbohidratos con el cido glioxilico
como intermediario. El citosol fue por mucho tiempo considerado
nada mas que un lquido viscoso, sin embargo estudios recientes con
microscopia electrnica han revelado que esta parte de la clula
presenta cierta organizacin interna; en este en solucin,
encontramos todo lo que es la composici bioquimica de las clulas
como carbohidratos, protenas iones (Na+, K+, Ca+), cidos nuclicos,
aminocidos y lpidos; en el citosol las protenas forman soluciones
coloidales y los demas componentes forman soluciones verdaderas.
Los organelos de la clula se pueden dividir en organelos
membranosos (que presentan una membrana) y organelos no
membranosos. Entre los membranosos se mencionan a las mitocondrias,
al aparato de Golgi, al Retculo endoplsmico, a los lisosomas y a
los peroxisomas. Entre los no membranosos se mencionan a los
ribosomas, a los centriolos y al citoesqueleto. Los organelos se
mantienen en su lugar por una trama de filamentos formados
aparentemente por protenas. Esta trama microtrabecular o
citoesqueleto se encuentra conectado con todos los organelos. Este
est formado por microtbulos, microfilamentos y filamentos
intermedios. Los microtbulos estn formados por una protena llamada
tubulina, presente en cilios, flagelos y centriolos. Es la que le
confiere el movimiento. Los microfilamentos estn formados por dos
protenas diferentes, estas son la actina y la miosina, se
encuentran presentes en las fibras musculares y le confieren la
funcin contrctil. Este citoesqueleto le dan forma y movimiento a la
clula, asimismo mantiene a los organelos celulares en su lugar, es
decir, los sostiene. El citoesqueleto no es una estructura inmovil,
presenta cambios continuos muy dinmicos.La membrana celular de los
eucariontes sirve para separar a la clula del mundo exterior. Esta
formada por una doble capa de lpidos, con varios tipos de protenas
embebidas en la matriz lpida. Algunas de las protenas transportan
sustancias especficas al travez de la barrera de la membrana. El
transporte puede tomar lugar en ambas direcciones con sustancias
llevadas al interior que pueden ser tiles a la clula y otras que
son exportadas al exterior de esta. Las clulas vegetales pero no
las clulas animales, presentan paredes celulares externas a la
membrana plasmtica. La celulosa que estructura las paredes
celulares de las clulas de las plantas es uno de los componentes
principales: la madera, el algodon, el lino y la mayor parte de los
diferentes papeles que conocemos son celulosa. La membrana
plasmtica presenta algunas modificaciones, que le permitan realizar
funciones especializadas. Puede tener vellosidades, digitiformes.
Asimismo puede presentar estereocilios, parecidos a las
microvellosidades pero mas largos y en ocasiones ramificados. Todas
las modificaciones de la membrana celular se observan en la parte
apical de la clula, y no presentan movimiento propio. Puede
presentarse otra estructura, los cilios, son de forma cilindrica y
en su interior presentan un aparato compuesto de protenas llamado
aparato microtubular que es el que le da movimiento al cilio.
Tambin pueden observarse los flagelos que son parecidos a los
cilios pero mucho mas grandes. En las clulasa eucariontes solo los
espermatozoides presentan flagelos. La forma de la membrana
representa su funcin, a nivel molecular la matriz de las membranas
biolgicas est formada por molculas de caractersticas nicas: los
lpidos. En un ambiente acuoso los lpidos de manera espontnea forman
espacios circulares cerrados para separar pequeos volmenes de
lquido del medio ambiente. Las propiedades fsicas de los lpidos
hace que las membranas sean impermeables a la mayora de las
molculas que se disuelven con facilidad en agua. Otro de los
componentes principales de las membranas biolgicas es la protena.
Las protenas de membrana poseen estructuras nicas que les permite
interactuar con los lpidos y con el ambiente acuoso. Las protenas
de membrana realizan muchas funciones. Una de estas es el
transporte de solutos al travez de la barrera lpida. Otra funcin lo
es la comunicacin entre clula y clula. Todos los mensajes que van o
que vienen de una clula y que no pueden atravezar la barrera lpida
deben ser transmitidos por medio de una protena especifca ya sea
esta un receptor o una protena de transporte. Otra de las funciones
de las protenas de membrana es la de darle forma a las membranas y
a los organelos de la clula. La forma de las clulas esta definida
por su membrana y las diferentes formas de las diferentes clulas y
organelos les permite realizar funciones especficas. Uno de los
temas mas comunes con este respecto es que en aquellas membranas
cuya funcin es la de transportar molculas de solutos, las membranas
forma pliegues repetidos con el fin de aumentar el area de la
membrana y as acomodar un mayor nmero de protenas de transporte. Es
posible asegurar que las membranas biolgicas son los guardianes de
la vida, porque forman lmites cerrados que rodean a las clulas,
creando un ambiente ordenado en el cual se lleva a cabo la mision
codificada en el DNA. Las membranas sirven de barrera para el
movimiento al azar de las molculas polares. En la membrana celular
se incluyen protenas especficas que intervienen en el transporte de
las molculas entre el citoplasma y el lquido extracelular en una
forma controlada. Este sistema de transporte permite que las clulas
mantengan un ambiente interno constante, asegurando las condiciones
ptimas para el mantenimiento de la vida. La membrana mantiene
grandes diferencias en cuanto a la concentracin de muchos
nutrientes y electrolitos. Todas las membranas estn formadas por
protenas y lpidos. La proporcin de protena/lpido vara tremendamente
entre las clulas de los diferentes tejidos Como ya se mencion
anteriormente, adems de la membrana celular, o membrana plasmtica,
tambin los organelos intracelulares se encuentran rodeados por
membranas individualizadas que poseen las mismas caractersticas
generales que la membrana plasmtica. A simple vista o inclusive
bajo el microscopio de luz, las membranas biolgicas se pueden
comparar con el viento; es decir; son invisibles pero sabemos que
se encuentran presentes debido a los efectos que ejercen a sus
alrededores. Las membranas le dan forma a las clulas y a los
organelos subcelulares, separando a los compartimientos celulares.
Bajo el microscopio electrnico las membranas celulares se revelan
como hojas densas de electrones, o como lineas que rodean a las
clulas y a los organelos intracelulares, visibles en ocasiones como
formados por tres capas por la simetria de sus planos.
En las clulas de las plantas tambin se encuentra presente
vacuolas centrales grandes, estos son sacos rodeados por membranas
simples. A pesar de que las vacuolas tambin aparecen en las clulas
animales, las de las plantas son mas grandes y mas prominentes.
Presentan una tendencia a aumentar en nmero y tamao a medida que la
planta envejece. Una funcin importante de las vacuolas es la de
aislar sustancias de desecho txicas para la planta y que la planta
no puede secretar hacia el exterior con la misma velocidad con que
las produce. Estos productos de desechos pueden ser no palatables e
inclusive venenosos con la finalidad de ahuyentar a los herbvoros
(organismos comederos de plantas) para que no las ingieran, es una
forma de proteccin para la planta.EL SISTEMA DE CLASIFICACION DE
LOS CINCO REINOS El esquema original de clasificacin biolgica
establecido en el silo XVIII, dividi a los organismos en dos
reinos: plantas y animales. En este esquema las plantas son
organismos que obtienen su alimento directamente del sol y los
animales son organismos que pueden movilizarse para buscar
alimento. Se descubri que algunos organismos sobre todo las
bacterias, no poseen una relacin obvia con estos dos reinos. Tambin
se hizo evidente que la divisin fundametal de los seres vivos no es
solo entre plantas y animales, pero tambin entre procariontes y
eucariontes. En el siglo XX se introdujeron sistemas de
clasificacin que dividieron a los organismos vivos en mas de dos
reinos tradicionales. El mas aceptado fue el propuesto por Whitaker
(1959). El sistema de los cinco reinos toma en cuenta las
diferencias entre los procariote y los eucariotes y tambin nos
provee una clasificacin para los eucariontes que no tienen
caractersticas de plantas ni tampoco de animales. Siguiendo la
clasificacin de Whitaker: el reino monera est formado solo por
organismos procariticos. La bacterias y las cianobacterias son
miembros de este reino. Los otros cuatro reinos estn formados por
organismos eucariticos. El reino protista incluye a los organismos
unicelulares como los hongos, Euglena, Volvo, amoeba y Paramecium.
Algunos protistas como los volvox, forman colonias. Existiendo
cierta discusion entre los bilogos preguntandose si algunos
organismos multicelulares podran incluirse en este reino. La mayora
de los bilogos no clasifican a los organismos multicelulares como
protistas, pero la discusion continuar. Los tres reinos que estn
formados en su mayor parte por eucariontes multicelulares (con
algunas eucariontes unicelulares) son los reinos fugi, plantae y
animalia. En los hongos se incluyen a los hongos y a las levaduras.
Los hongos las plantas y los animales deben de haber evolucionado a
partir de ancestros eucariontes simples, pero el cambio
evolucionario principal fue el desarrollo de los eucariontes a
partir de los procariontes.EXISTEN FORMAS DE VIDA DIFERENTES DE LOS
EUCARIONTES Y LOS PROCARIONTES? Existen grupos de organismos que se
pueden clasificar como bacteris en base a que carecende ncleos bien
definidos, pero difieren de los eucariontes y procariontes en
varias formas importantes. Estos organismos son llamados
Archaebacteria (primeras bacterias) para distinguirlas de las
Eubacterias (bacterias verdaderas) porque son organismos muy
primitivos. La mayor parte de las diferencias entre las
archaebacterias y otros organismos son algunos aspectos bioqumicos,
tales como las estructuras moleculares de las paredes celulares,
las membranas y algunos tipos de RNA. Algunos bilogos prefieren la
clasificacin de los tres dominios: Eubacteria, Archae
(Archaebacteria) y Eucharya (Eucariontes), prefierendo la anterior
sobre la clasificacin de los cinco reinos. Esta preferencia se basa
en la enfases que se hace sobre la bioqumica usada como base para
la clasificacin. Existen tres grupos de Archaebacteria: las
metangenas, las halfilas y las termacidfilas. Estas todas viven en
ambientes extremosos. Las metangenas son anaerobias estrictas que
producen metano (CH4) a partir del dixido de carbono (CO2) y del
hidrgeno (H2). La Halphilas necesitan para su crecimiento,
concentraciones de sales muy elevadas como las que se encuentran en
el mar muerto. Las Termacidfilas para su crecimiento necesitan de
temperaturas y acids elevadas, normal para ellas son 90C pH 2.
Estas necesidades de crecimiento pueden ser el resultado de
adaptaciones a condiciones adversas en la tierra primitiva.
Pensamientos tiles para tomarse en cuenta cuando se discute el
origen de la vida.BASES COMUNES A TODAS LAS CELULAS La complejidad
que se observa en las clulas eucariontes, da lugar a muchas
preguntas del como estas clulas se originaron de progenitores mas
simples. En las teoras mas conocidas, la simbiosis representa un
argumento de gran peso para la evolucin de las eucariontes. La
organizacin simbitica entre dos organismos, se considera como algo
que da lugar a un organismo nuevo que combina las caractersticas de
los dos primeros. La simbiosis conocida como mutualismo es una
relacin que beneficia las dos especies involucradas, esto en
oposicin a la simbiosis parasitaria donde una especie es
beneficiada mientras que otra sufre dao. Un ejemplo clsico de
mutualismo (aunque en ocasiones no se acepta) son los liquenes que
estn formados por hongos y algas. Los hongos proveen el agua y la
proteccin para las algas, mientras que las algas son fotosintticas
y proveen de alimentos para ambos. Otro ejemplo es el sistema
nodular de las races formado por una planta leguminosa, como la
alfalfa, el frijol y las bacterias anaerobias fijadoras del
nitrogeno. Las plantas obtienen compuestos tiles de nitrgeno,
mientras que las bacterias se protegen del oxgeno que las daa. Otro
ejemplo lo es la simbiosis mutualistica que es de gran inters
prctico, es la relacin que existe entre los humanos y las
bacterias, entre estas la Escherichia coli que vive normalmente en
el tracto intestinal. La bacteria recibe nutrientes y proteccin del
medio ambiente, y paga el favor ayudando a los procesos digestivos,
los cuales sin la presencia de las bacterias darian lugar a la
diarrea y a otros trastornos digestivos. Estas bacterias
intestinales tambin son fuente de vitaminas (complejo B) que
nuestos organismos no sintetizan. Existen simbiosis hereditarias,
en las cuales una clula hospedera grande contiene una cantidad
geneticamente determinada de organismos mas pequeos. Ejemplo de
estas es la protista Cyanophora paradoxa, hospedador eucaritico que
contiene un nmero geneticamente determinado de cianobacterias
(algas azul-verdes). Relacin que representa un ejemplo de
endosimbiosis, debido a que las cianobacerias se encuentran dentro
del organismo hospedador. Las cianobacterias son procariontes
aerbicos y son capacez de llevar a cabo la fotosntesis. La clula
hospedadora aprovecha los productos de la fotosntesis, a cambio las
cianobacterias son protegidas del ambiente, y por lo pequeo de la
clula hospedadora alcanzan a tener acceso al oxgeno y a la luz
necesarios para la fotosntesis. Este arreglo puede ser considerado
como un modelo para considerarlo como el origen de los
cloroplastos. En este modelo, con el paso de muchas generaciones es
posible que las cianobacterias pierdan su habilidad para existir de
maner independiente y podran transformarse en organelos dentro de
un tipo de clula nueva y mas compleja. Este proceso pudo haver dado
origen a los cloroplastos, que no son capaces de una vida
independiente. Su DNA autnomo y su aparato ribosomal sintetizador
de protenas ya no puede adapatarse a sus demandas, pero el hecho de
que estos organelos tengan su propio DNA y sean capaces de
sintetizar protenas sugiere que pudieron haber existido como
organismos independientes. Se puede proponer un modelo similar para
el origen de las mitocondrias. Imaginemos que una clula hospedadora
grande y anaerobia asimila cierto nmero de bacterias aerbicas mas
pequeas. La clula mas grande protege a las mas pequeas y les provee
de nutrientes. Al igual que el ejemplo utilizado para el desarrollo
de los cloroplastos, las clulas ms pequeas aun tienen acceso al
oxgeno. Y la clula mas grande no es capaz de realizar la oxidacin
aerbica de los nutrientes, pero algunos de sus productos finales de
sus oxidaciones anaerbicas pueden sujetarse a procesos de oxidacin
por el metabolismo aerbico mas eficiente de las clulas mas pequeas.
Esto da como resultado que la clula mas grande obtiene mas energa
de una cantidad dada de nutrientes de lo que podra obtener sin la
presencia de las bacterias. Con el tiempo los dos organismos
asociados evolucionan para formar un nuevo organismo aerbico, que
contien mitocondrias las cuales se derivaron de las bacterias
aerbics originales. El hecho de ambos las mitocondrias y los
cloroplastos poseen su propio DNA, diferente del DNA presente en el
ncleo de la clula, es una determinante importante que sirve como
evidencia bioqumica importante que le da respaldo a esta teora.
Adems de que ambos las mitocondrias y los cloroplastos poseen su
propio aparato para la sntesis de RNA y de protenas. El cdigo
gentico de las mitocondrias es diferente del que se encuentra en el
ncleo, respaldando la teora de un origen independiente. En
consecuencia la presencia vestigial de estos sistemas capaces de
sintetizar RNA y protenas reflejan la existencia previa de los
organelos en vida libre. Puede ser razonable concluir que los
organismos unicelulares mas grandes que asimilaron bacterias
aerbicas evolucionaron dando lugar a la transformacin de estas
bacterias en mitocondrias, y finalmente dieron lugar a los
animales. Otros tipos de organismos unicelulares asimilaron a
ambos, es decir, a las bacterias aerbicas y a las cianobacterias
evolucionando para dar lugar a las mitocondrias y a los
cloroplastos, para eventualmente dar lugar a las plantas verdes.
Estas interacciones entre eucariontes y procariontes no estn bien
fundamentadas y dejan muchas lagunas, sin embargo nos proveen de un
escenario interesante que se puede utilizar como referencia para
considerar las reacciones que toman lugar en el seno de las clulas
que conocemos.Duchesneau, F. Cmo naci la teora celular. Mundo
cientfico 12:29 - 37Pea, A. Como Funciona una Clula. Fisiologa
Celular, La Ciencia desde Mxico. Fondo de Cultura Econmica.
1995MOLECULAS DE LA MATERIA VIVALas principales molculas de la
materia vivaLos tipos de interaccin fisicoqumica entre los tomos y
las molculas: fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrgeno e
interacciones hidrofbicas.Los enlaces qumicos: enlace inico,
covalente simple y covalente coordinado.Los principales grupos
funcionales y sus derivados: alcohol, carbonilo (cetonas,
aldehidos, carboxilo) amina (amida), fosfato y tiol.CONCEPTOS
BASICOS DE QUIMICA Podramos resumir rpidamente que las molculas de
la materia viva son los lpidos, los glcidos y las protenas, pero
esto no puede ser tan simplista. Imaginemos que antes de entrar a
clases nos damos una vacacin en una playa amigable solitaria y
hermosa. Nos sentamos en la playa dejando que las olas del mar nos
acaricien los pies. Mirando los destellos de luz reflejados en el
agua, escuchando el sonido nico de las olas de tal manera que nos
sentimos solos en la playa y el mar. Pero de hecho no estamos
solos; porque adems de que cargamos con nuestros propios microbios
en la piel y en nuestro intestino, esta playa aparentemente
desierta se encuentra llena de vida. Existe un gran nmero de
animales pequeitos y de plantas microscpicas que viven en el agua y
entre los granos de arena. adems de que existen otros animales ms
grandes como los gusanos y los cangrejos que se encuentran tambin
enterrados en la arena. Los millares de componentes vivos y no
vivos de este ambiente tienen en comn dos cosas bsicas. Todos se
encuentran formados por sustancias qumicas y todos estas sustancias
se ajustan a una misma serie de reglas. Sin embargo, los seres
vivos y los no vivos se diferencian de dos maneras importantes: El
agua es un componente que puede coexistir o no con los seres no
vivos; el agua representa uno de los componentes ms importantes de
los seres vivos. Y de la misma manera nos podemos dar cuenta que el
carbono no es un componente comn en los objetos inanimados, en los
seres vivos se observa que los elementos qumicos bsicos que
utilizan para estructurar sus diferentes rganos y sistemas
contienen carbono. Si investigas la composicin qumica de los seres
vivos, y la comparas con la composicin qumica de la atmsfera, la
corteza del globo terraqueo y del agua de mar; notars una
diferencia en la distribucin obvia de los elementos qumicos que las
forman. Se hace necesario entonces estudiar las propiedades bsicas
de la materia, con especial nfasis en el estudio del agua. De lo
anterior se desprenden dos conceptos importantes:a) La Qumica de
las cosas vivas y las no vivas se ajustan a las mismas reglas.b) La
qumica de la vida tiene dos caractersticas importantes:1. Los seres
vivos estn formados en su mayor parte por agua2. Los elementos
qumicos grandes o macromolculas que caracterizan a los seres vivos,
tienen estructuras que se basan en el "esqueleto" de carbno.LOS
ELEMENTOS QUIMICOS Y LOS ATOMOS Los ELEMENTOS QUIMICOS son
sustancias que no se pueden desdoblar utilizando los procesos
qumicos comunes, para transformarlos en otras sustancias. Cada uno
de los 109 elementos conocidos posee un paquete nico de propiedades
qumicas, sin embargo los seres vivos solo utilizan aproximadamente
20 de estos elementos. Siendo notable mencionar que los elementos
bioqumicos usados en la estructura de los seres vivos por lo
general no se les encuentra presentes en la atmsfera o en la
tierra. Sin embargo en los seres vivos encontramos aquellos
elementos que pertenecen a la atmsfera y a la tierra porque son
compatibles con la vida terraquea. El carbono representa uno de los
elementos que se encuentran en la tierra y en la atmosfera y que es
compatible con la vida.Es muy probable que estemos familiarizados
con sustancias con un alto contenido de carbono: entre estos la
gasolina, el aceite, el hollin y el carbn. Pero el carbono "puro"
solo existe en dos formas: en la forma de diamante y de grafito. El
grafito es parte de la punta de los lapices, imaginemos que tomamos
un pedazo de grafito de un lapiz, y lo dividimos en pedazos cada
vez mas pequeos hasta que finalmente los separamos en sus tomos. Un
ATOMO representa la unidad mas pequea de un elemento y que retiene
todas las propiedades del elemento original. Utilizando un
acelerador nuclear capaz de generar fuerzas de una magnitud
incalculable, se pueden romper los tomos dando lugar a tres
partculas principales: los PROTONES, los NEUTRONES y los
ELECTRONES. Imaginemos que un tomo es del tamao de un campo de
futbol y que tiene una naranja colocada en el centro del campo. La
naranja representara el NUCLEO del tomo, en donde se agrupan los
protones con carga positiva y los neutrones sin carga . En donde
los pequeisimos electrones con carga elctrica negativa circulan
alrededor del ncleo a una velocidad cercana a la de la luz. Se
mueven tan rpido que parece que ocupan toda la superficie del campo
en el caso de que los pudieramos ver. Los electrones se mueven
siguiendo rbitas o espacios llamados cascos de electrones, y cada
casco de cada electrn solo puede sostener a cierto nmero de
electrones. Debido a que los electrones tienen cargas negativas,
son impulsados hacia los protones con carga positiva presentes en
el ncleo, y esta atraccin que sobre ellos se ejerce mantiene
cohesionado al tomo. Un tomo posee un nmero igual de electrones y
de protones, y en consecuencia su carga elctrica neta es igual a
cero. El nmero de protones en un tomo determina las caractersticas
del tomo y da lugar al nmero atmico del elemento. Si consultamos la
tabla peridica de los elementos, se percibe que los elementos se
encuentran acomodados de acuerdo a su nmero atmico. De tal manera
que el hidrgeno solo tiene un protn y su nmero atmico es 1.
Mientras que el carbono posee seis protones y su nmero atmico es 6.
La MASA ATOMICA de un elemento est dada por la suma del nmero de
protones y de neutrones. Los electrones son muy ligeros motivo por
el cual su masa no se toma en cuenta. Si tu fueras el ncleo de un
tomo, tus electrones se encontrarian a 65 kilometros de
distancia.RECAPITULANDO Los elementos qumicos estn compuestos por
tomos, estos son las unidades mas pequeas de un elemento y que
retiene todas las propiedades de los elementos. Un tomo est formado
por protones con carga positiva y neutrones sin carga y que en
conjunto forman al ncleo, que se encuentra rodeado por electrones
con carga negativa. El nmero atmico que se usa para acomodar los
elementos en la tabla peridica, es igual al nmero de protones. La
masa atmica es la suma del nmero de protones y de electrones.LAS
UNIONES ENTRE LOS ATOMOS El nmero de electrones que orbitan al
ncleo en un tomo influencian la facilidad con la cual puede
reaccionar con otros tomos. Cuando la rbita externa de un tomo
tiene un nmero estable de electrones, entonces su capacidad de
reaccionar con otros elementos es menor. Se observa que entre los
diferentes tomos; el nmero de rbitas de electrones es variable,
pero en cualquiera de los tomos la rbita ms cercana al ncleo, puede
sostener solo a dos electrones. Mientras que la siguiente rbita, es
decir, la segunda, solo puede sostener a un mximo de ocho
electrones. Las rbitas subsecuentes pueden sostener a mas de ocho
electrones, pero se mantienen estables con ocho. Un tomo estable o
quimicamente inerte no reacciona con otros elementos. Esto explica
el porque el gas helio se utiliza para inflar a los globos, es
decir, si se utilizara el hidrgeno, este es mas inestable y
explosivo. Ambos el helio y el hidrgeno poseen una rbita de
electrones, pero, en el helio son solo dos electrones los que la
orbitan, mientran que en el hidrgeno solo existe un electrn. Al
igual que muchos otros tomos que no tienen la cantidad suficiente
de electrones para estabilizar su rbita mas externa, el hidrgeno
puede tomar parte en las reacciones qumicas o CONJUGARSE con otro
tomo para lograr establecer una rbita externa ms estable. Por esto
es menester conocer los tres tipos importantes de uniones que se
producen entre los tomos dentro de la estructura de los seres
vivos. Estas son: las uniones covalentes, los puentes de hidrgeno y
las inicas.1. Las UNIONES COVALENTES representan la conjugacin
entre dos tomos que comparten un par de electrones, es decir, un
electrn de cada tomo. De esta manera cada uno de los tomos
reaccionantes logran establecer una rbita externa estable. por
ejemplo dos tomos de hidrgeno, con un electrn cada uno, pueden
compartir sus electrones, de esta manera cada tomo tiene su primera
rbita ocupada con dos electrones. Un par de tomos de hidrgeno forma
una molcula de gas hidrgeno usando una unin covalente. Una MOLCULA
es una unidad fabricada con dos o mas tomos conjugados por uniones
covalentes, logrando de esta manera orbitas externas con el nmero
de electrones necesario.
En una UNION DOBLE COVALENTE, cada uno de los tomos
reaccionantes contribuye con dos electrones, para dar lugar a dos
pares de electrones compartidos. Cada vez que nosotros respiramos
impulsamos molculas de oxgeno hacia el interior de los pulmones,
estas molculas estn formadas por dos tomos de oxgeno conjugados por
una unin doble covalente. Cada tomo de oxgeno utiliza a su compaero
con el fin de aportarle los electrones que le faltan. De esta
manera llenan sus rbitas externas con un total de ocho electrones,
logrando la estabilidad. Cuando dos tomos del mismo elemento se
conjugan de manera covalente, sus ncleos atraen de una manera igual
a los pares de electrones que comparten. De esta manera los
electrones compartidos utilizan mas o menos cantidades iguales de
tiempo orbitando a cada uno de los ncleos. Si los tomos son de
elementos diferentes, uno de ellos usualmente es mas
ELECTRONEGATIVO, esto quiere decir que su ncleo atrae electrones
con ms fuerza que el ncleo del otro elemento. De esta manera los
electrones que se comparten ms tiempo cerca de este tomo dandole
una carga parcialmente negativa. Y porque los electrones
compartidos se encuentran fuera de centro, entonces el otro tomo
tiene una carga parcialmente positiva. Esta unin covalente
electricamente ladeada se dice que es POLAR. El oxgeno y el
nitrgeno son ms electronegativos que el hidrgeno, de tal manera que
cuando el oxgeno o el nitrgeno se conjugan con el hidrgeno, la
union es polar. En el seno de la molcula conjugada, el oxgeno posee
una carga parcialmente negativa, mientras que el hidrgeno posee una
carga parcialmente positiva. Haciendo una comparacin observamos que
el carbono y el hidrgeno son mas o menos electronegativamente
iguales. Entonces la unin carbono con hidrgeno es considerada como
NO POLAR, en la cual la posicin promedio de los electrones
compartidos se encuentra a medio camino entre los dos ncleos
atmicos, sin observar una diferencia de cargas elctricas entre
ellos. Como es de suponerse las uniones covalentes polares y no
polares son de gran significado desde el punto de vista
bioqumico.2. LAS UNIONES IONICASLos iones representan partculas con
carga elctrica que se forman cuando un tomo, o una molcula, pierde
uno o mas de sus electrones ms externos donandolos a otro tomo. En
este proceso se forma una UNION IONICA (es decir una unin entre
cargas elctricas. Los tomos que pierden electrones con carga
negativa terminan siendo iones con cargas netamente positivas,
mientras que los receptores de electrones se transforman en iones
negativamente cargados. Como resultado de este dar y tomar entre
tomos, los iones que se forman terminan con rbitas externas de
electrones estables. Por ejemplo, un tomo de sodio que posee tres
rbitas de electrones con solo un electrn en su rbita mas externa,
da lugar a que, si este electrn se escapa. Entonces el ion de sodio
resultante tendr una rbita externa de ocho electrones estable. Este
ion de sodio tiene 11 protones y 10 electrones para lograr una
carga neta de +1. Por comparacin, vemos que un tomo de cloro posee
siete electrones en su rbita mas externa, y si toma del sodio un
electrn, entonces tendr una orbita externa estable de ocho. La
forma inica del cloro es llamada ion cloruro; tiene 18 electrones
pero solo 17 protones, dando lugar a una carga neta de -1. Los
iones con cargas opuestas como el sodio y el cloro, son atraidos el
uno hacia el otro formando cristales de cloruro de sodio, es decir
sal comn de mesa.3. UNIONES DE HIDRGENODebido a que el hidrgeno
tiene una carga parcial positiva, los tomos de hidrgeno que en
pares se encuentran unidos a un tomo de oxgeno en una molcula de
agua, se encuentran atrados a cualquier tercer tomo que posea una
carga parcialmente negativa. Esto da lugar a la UNIN DE HIDRGENO.
Esta unin se puede formar entre tomos de diferentes molculas, o
entre tomos en diferentes partes de una molcula grande. Es
especialmente importante en la estructura del agua pero tambin las
uniones de hidrgeno son importantes en situaciones biolgicamente
vitales como la estabilizacin de las estructuras tridimensionales
de molculas biolgicamente importantes como las de DNA , RNA y de
las protenas. Los dos listones de DNA se mantienen unidas por
uniones de hidrgeno. Aunque utilizamos el trmino unin para estas
tres formas de interaccin entre tomos, las uniones son diferentes
entre s en cuanto a su fuerza. Las uniones inicas son mucho ms
fuertes que las uniones covalentes, y cuando intervienen los
electrones entonces las unin es dos o ms veces ms fuerte que la
unin de hidrgeno. Sin embargo a pesar que las uniones de hidrgeno
son simples y dbiles, adems de fcilmente rompibles. La incalculable
cantidad de iones hidrgeno que existen en un organismo vivo en
conjunto ejercen una fuerza que hace posible mantener la vida. Los
tomos se combinan formando uniones qumicas. Un tomo es muy estable
y no puede combinarse cuando su rbita externa contiene un nmero
especfico de electrones. Los tomos que tienen su rbita externa
incompleta, se pueden conjugar con otros tomos por medio de una de
dos tipos de uniones qumicas. En la unin covalente, se realiza un
intercambio de electrones entre los tomos para lograr un nmero
estable de electrones en sus orbitas externas. Las uniones o
puentes de hidrgeno se producen por atracciones elctricas dbiles
entre cargas parcialmente negativas y positivas de las molculas, y
no involucran un intercambio y tampoco comparten electrones. Se
pueden mencionar las Fuerzas de Van der Waals y las fuerzas de
dispersion de London, que son interacciones de muy corto alcance
que se sucede entre los tomos y que ocurrren cuando los tomos se
encuentran acomodados muy apretadamente entre si.LAS MOLCULAS Y LOS
COMPUESTOSA pesar de que algunas molculas estn formadas por tomos
de un solo elemento, como sucede en los gases de hidrgeno y de
oxgeno, muchas molculas estn formadas por tomos de diferentes
elementos. Un COMPUESTO es una sustancia formada por tomos de dos o
ms elementos diferentes, en proporciones especficas y siguiendo un
patrn especfico de uniones. Una molcula de agua, formada por
hidrgeno y oxgeno representa entonces un compuesto. Las propiedades
de un compuesto son diferentes a las de los elementos que lo
componen. Una molcula de un compuesto es la unidad mas pequea que
mantiene todas las propiedades del compuesto. Podemos afirmar que
los compuestos con uniones inicas estn formadas por iones en lugar
de molculas.Una FORMULA MOLECULAR es una manera abreviada de
mostrar las clases y los nmeros de tomos presentes en una molcula
utilizando los smbolos de los elementos. La frmula del cloruro de
sodio, NaCl, nos dice que la sal de mesa esta formada por iones de
sodio y iones de cloro en una proporcin de 1:1. Y que cada molcula
tiene un tomo de sodio y un tomo de cloro. El agua con la frmula
H2O el 2 subscrito nos dice que una molcula de agua tiene dos tomos
de hidrgeno y un tomo de oxgeno. Una molcula de gas oxgeno, O2,
tambin llamado oxgeno molecular, tiene dos tomos de oxgeno.Las
FORMULAS ESTRUCTURALES toman ms espacio que las frmulas moleculares
pero nos muestran el acomodo de los tomos y de sus uniones.
Asimismo los nmeros y los tipos de tomos. Por ejemplo, la formula
estructural del agua H-O-H, nos muestra que cada tomo de hidrgeno
se encuentra unido en forma separada a un tomo de oxgeno, las lneas
entre los tomos nos dicen que la unin es de tipo covalente. En el
dixido de carbono, cada uno de los oxgenos se encuentra unido al
tomo de carbono por medio de una unin doble covalente, O=C=O.
Cuando dos compuestos diferentes tienen la misma frmula molecular,
solo la frmula estructural ser capaz de distinguirlas entre si. Un
compuesto est formado por tomos de dos mas elementos diferentes. La
molcula de un compuesto es la unidad mas pequea que retiene las
propiedades del compuesto. Las molculas pueden representarse por
frmulas moleculares que nos indican los tipos y las proporciones de
los diferentes tomos que forman la molcula; y tambin por frmulas
estructurales que nos muestran la localizacin de las uniones y los
tipos de tomos que forman la molcula.MOVIMIENTO DE LAS
MOLECULASTodas las molculas se encuentran moviendose constantemente
y al azar. Un GAS tiene ms espacio que un lquido o solido, y sus
molculas dispersas se mueven libremente y con rapidez;
ocasionalmente chocan unas con otras. En un LQUIDO las molculas se
deslizan unas junto a las otras cambiando de lugar, empujandose
entre ellas de manera constante. En un SOLIDO, las molculas ocupan
posiciones fijas, y cada una vibra en su lugar. Golpetean entre s
de manera constante, como si fueran pasajeros en un transporte
pblico repleto. En cualquier sustancia, algunas molculas se mueven
de manera mas rpida que otras. Mientras mas rpido se mueva una
partcula, mayor ser su ENERGIA CINTICA, es decir, su energa de
movimiento. De hecho la TEMPERATURA representa una medida de la
energa cintica promedio de las molculas; mientras mas rpido sea la
velocidad promedio, mayor ser la temperatura. Cuando calentamos una
sustancia aumentamos la energa de sus molculas, aumentando la
velocidad promedio y asimismo su temperatura. Si le damos calor a
una sustancia slida, como una barra de mantequilla, entonces las
molculas se empezarn a mover tan rapidamente que el slido se
convierte en lquido. Inclusive las molculas ms rpidas alcanzarn la
velocidad de escape y cambiarn al estado gaseoso, hacia el aire.
Cuando la mantequilla se gasifica es entonces que la podemos oler.
La velocidad a la cual las molculas se mueven y el tamao de los
espacios entre cada una de las molculas se encuentran relacionadas
con la temperatura. A temperaturas elevadas las molculas son muy
activas y se pueden escapar de los lquidos para formar gases. A
medida que la temperatura disminuye, las molculas se mueven con ms
lentitud y se juntan ms las unas con las otras, para que en un
momento dado cambiar de una forma lquida a una forma
slida.REACCIONES QUIMICAS Cuando las molculas chocan las unas con
las otras, es usual que se mantengan intactas, pero rebotan
siguiendo una nueva trayectoria. Sin embargo, si las molculas con
una gran energa interna, chocan de manera forzada en un ngulo
especfico, pueden sufrir un cambio. La energa del impacto
distorsiona las rbitas de electrones, colocando a las molculas en
un estado de transicin de alta energa inestables. Enseguida puede
suceder una de dos cosas: que las molculas se regresen a su estado
original; o que los electrones se reacomoden formando un juego de
uniones nuevas, dando como resultado sustancias nuevas. A esto se
le llama REACCION QUMICA. La energa que se necesita para colocar a
las molculas al estado de transicin es la ENERGA DE ACTIVACIN. A
las temperaturas normales de la tierra, la mayora de las molculas
no tienen la suficiente energa para llegar al estado de transicin,
de tal manera que las pocas colisiones que se producen dan lugar a
reacciones espontneas. Las reacciones se pueden escribir como si
fueran ecuaciones, ejemplo puede ser la combustin del metano:
CH4 + 2O2 ----------> CO2 + 2H2O
metano + oxgeno dixido de + agua carbono
REACCIONANTES DAN PRODUCTOS
Los REACCIONANTES, es decir los materiales con los que se inicia
la reaccin, se muestran a la izquierda de la flecha, y los
productos a la derecha. Esta ecuacin nos dice que dos molculas de
oxgeno se combinan con una de metano, y que por cada molcula de
dixido de carbono que se produce tambin se forman dos molculas de
agua. La flecha nos indica la direccin de la reaccin y se debe
interpretar como si dijera que "se produce". Observese que la
ecuacin se encuentra en equilibrio, es decir que los productos
contienen a todos los tomos de cada elemento de los reaccionantes,
reacomodados en molculas diferentes. El nmero de las molculas nos
dice las proporciones de los reaccionantes y de los productos. Las
flechas en una ecuacin qumica pueden apuntar en ambas
direcciones:
CO2 + H2O H2CO3
dixido de agua reversible cidocarbono carbnico
Esto significa que la reaccin es REVERSIBLE, es decir que puede
ir hacia la izquierda o hacia la derecha; hacia adelante o hacia
atras, dependiendo de las condiciones.
Las reacciones qumicas reacomodan a los tomos, formando molculas
nuevas. Estas reacciones suceden durante los choques entre las
molculas reaccionantes y que al mismo tiempo llegan a generar la
energa de activacin necesaria para formar un estado de transicin,
que puede o no dar lugar a la formacin de un producto nuevo.LOS
GRUPOS FUNCIONALES Estos son tomos o grupos de tomos que al formar
parte de una molcula o de un compuesto le confiere ciertas
propiedades. Se hace obvio que son mas activos que una molcula, una
gran cantidad de molculas orgnicas poseen uno o varios de los
grupos funcionales. Cuando una cadena hidrocarbonada tiene 2 o mas
grupos funcionales se dice que es polifuncional. En la cual cada
grupo funcional tiene sus caractersticas propias.
GRUPOS FUNCIONALES
ALCOHOL AMIDA O H R - OH RC-----N H
AMINO o AMINA que tiende a unirse a un protn TIOL R _ NH2 -H
R---SH R -----N----H -H ESTER OCETONA RCO----R O ETER
R-----C----R RO--R
ALDEHIDO FOSFATO O O R-----C-------C ROP--OACIDO O COOH ->
Carboxilo O RC CO -> Carbonilo OH
EL ESTEREOISOMERISMO EN LAS MOLCULAS Muchas biomolculas muestran
un tipo de isomerismo conocido como ESTEREOISOMERISMO, es decir que
al igual que los ismeros, los estereoisomeros tambin poseen los
mismos tomos unidos a los mismos tomos, pero se diferencian en la
manera en que estn orientados en el espacio. La estereoisomera esta
relacionada con la misma manera en que nuestras manos se relacionan
la una con la otra. Podemos hacernos la pregunta de si nuestras
manos son idnticas? Cada mano tiene los mismos componentes y los
mismos puntos de unin. Sin embargo, las manos son diferentes la una
de la otra. A esta disposicin le llamamos quiralidad, es decir son
objetos quirales, la palabra quiral viene del griego y significa
mano. Cuando un par de molculas no se pueden sobreponer la una
sobre la otra (enanciomero) a pesar de que tienen la misma frmula
qumica; se dice entonces que son objetos quirales. Son imagenes
reflejadas la una sobre la otra. Cada molcula en un par es el
enanciomero de la otra. Cuando los enanciomeros desvian la luz a la
derecha se dice que son dextrgiros y si la desvian a la izquierda
son levgiros. En las molculas de los compuestos tambin se pueden
observar centros quirales, que presentan las mismas caractersticas
aqu mencionadas.
NIVELES DE ORGANIZACION DE LOS SERES VIVOS
ELEMENTOS C, H, O, N, S, P
IONESK+, Na+, Cl-, Mg++, Ca++RESIDUOS Br, Mn, F, Al, I,
ZnPRECURSORES H2O, CO2, NH3INTERMEDIOS Son mas complejos, se
encuentra los precursores y los monmeros Piruvato, citrato, monato,
gluceraldehidoMONMEROS Monosacridos (Unidad estructural de los
carbohidratos)Aminocidos (monmeros de las protenas)Acidos
grasosGlicerolNucletido (monmeros de los cidos nuclicos)POLMEROS
(MACROMOLECULAS) Glcidos (glucgeno) (no informativo) Lpidos (no
informativo) protenas (informativas)Acidos nucleicos
(informativas)SUPRAMOLCULAS Ribosomas, Complejos multienzimticos
Membrana plasmtica (unin de varios polmeros)ORGANELOS COMPLEJOS
Aparato de Golgi, Retculo endoplsmico rugoso y liso,
etc.CELULASTEJIDOS ORGANOSSISTEMASORGANISMO
AGUALa distribucin del agua en los seres vivosLa estructura
molecular del agua (polaridad molecular, formacin de puentes de
H+)Las propiedades fisicoqumicas del agua de mayor importancia
biolgica (disolvente, capacidad calorfica, tension superficial y
viscosidad) y su relacin con algunos aspectos clnicos (timpanismo,
enfermedad de la membrana hialina y alteraciones del
hematocrito).El efecto disociador del agua sobre electrolitos
dbiles y fuertes.Concepto de pH.Escala de pH y mtodos de
medicin.Importancia de la regulacin del pH en el organismo.
LA DISTRIBUCION DEL AGUA EN LOS SERES VIVOS Un organismo vivo
tiene de 60% a 70% de agua, en los animales jovenes el porcentaje
de agua es mayor, hasta 80% y en prematuros hasta 83%. Los animales
obesos y los viejos o ambos presentan porcentajes de agua
inferiores. El agua presente en el interior de las clulas
corresponde al 40% hasta el 50%, mientras que en la parte
extracelular la cantidad de agua llega hasta un 20%. Dentro del
agua extracelular se pueden encontrar compartimientos, entre estos
se puede mencionar el intravascular, que contiene del 4% al 5%, a
esta tambin le denominamos plasmtica. El otro 15% restante se
reparte en los compartimientos siguientes:El intersticial, que
representa al agua que baa a las clulas, ocupa el espacio llamado
intersticio.El del Fondo Comn Transcelular en el cual se comprenden
algunos l.quidos orgnicos como el cefalorraquideo, el sinovial y el
intestinal.El tejido conjuntivo tambin posee agua, este tejido
tiene funciones de sostn; en el cual se mencionan a los huesos y a
los cartlagos. Una clula tiene agua en diferentes proporciones, en
donde el 70% de agua celular corresponde al peso total de la celula
. Un 23% corresponde al agua de las macromolculas. Un 3% al agua de
los carbohidratos o azucares. Un 2% a los lpidos y 1% a los iones
inorgnicos. Un 0,4% a los aminocidos. 0,4% a los nucletidos (ATP) y
0.2% a otras molculas presentes dentro de la clula.LA ESTRUCTURA
MOLECULAR DEL AGUA Las clulas vivas realizan una serie continua de
reacciones qumicas, la mayora de las cuales se realizan en
soluciones acuosas. Las caractersticas propias del agua la hacen un
ambiente adecuado para realizar estas reacciones. El agua tambin
nos provee de un ambiente externo que congenia en forma adecuada
con las clulas vivas. Los bilogos reconocen que la abundancia en
agua representa uno de los factores principales que hicieron
posible la vida en la tierra. Las propiedades nicas del agua
provienen de su estructura molecular en donde un tomo de oxgeno se
encuentra unido de manera covalente con dos tomos de hidrgeno. La
molcula del agua es polar y el oxgeno electronegativo atrae los
electrones que comparte con el hidrgeno, dndole al oxgeno una carga
negativa parcial y a cada uno de los hidrgenos una carga
parcialmente positiva. La polaridad del agua explica muchas de sus
propiedades. El oxgeno del agua con carga parcialmente negativa es
atrado hacia los hidrgenos parcialmente positivos de otras
molculas, incluyendo a otras molculas de agua, de tal manera que
las molculas se unen entre ellas mediante puentes de hidrgeno. Se
debe notar que cada molcula de agua solo puede formar un mximo de
cuatro uniones de hidrgeno, lo cual solo puede suceder cuando las
molculas son frenadas por medio de las bajas temperaturas hasta el
punto en que se forma el hielo. De otra manera estos puentes de
hidrgeno son dbiles, y se estn constantemente rompiendo y formando
de manera rpida cuando las molculas chocan entre s cuando se
encuentran en forma lquida, o sea agua. Esta habilidad del agua
para formar y deshacer los puentes de hidrgeno le concede al agua
varias propiedades (coligativas, unidas juntas) muy importantes
para la vida. De estas mencionaremos siete:1. EL AGUA ES COHESIVA Y
ADHESIVALa COHESION sucede cuando dos sustancias parecidas se
mantienen juntas, mientras que la ADHESION es la conjugacin de
varias sustancias. Por la cohesin se puede explicar el porqu se
puede llenar un vaso de agua hasta el borde sin derramarse; y
tambin explica el porqu algunos insectos acuticos, como el mosquito
patinador, pueden deslizarse sobre la superficie del agua en los
charcos y lagunas. Estas maromas son posibles porque el agua posee
una TENSION DE SUPERFICIE, que resulta de la cohesin de las
molculas de agua, que se atraen entre s con ms fuerza, siendo esta
atraccin ms fuerte que la del aire o que las patas del insecto. Las
fuerzas adhesivas y cohesivas explican la accin capilar del agua
cuando se eleva en tubos muy delgados, accin mu importante para
transportar el agua por los tallos de las plantas hacia las hojas.
Estas mismas propiedades podran definirse como viscosidad, puesto
que a mayor temperatura la adhesin y cohesin (viscosidad) disminuye
y viceversa. De hecho la tension seperficial puede definirse como
la resistencia de un lquido para ser penetrado, y esta resistencia
vara de acuerdo a los solutos introducidos en los lquidos. Estos
solutos pueden ser sustancias tenso activas (porque modifican la
tensin superficial), que pueden ser battonas o hipstonas. Las
battonas disminuyen la tensin superficial (jabn, petrleo,
gasolina); mientras que las hipstonas aumentan la tensin
superficial (iones)2. EL AGUA POSEE UN CALOR ESPECIFICO ELEVADOEsto
quiere decir que se necesita una gran cantidad de calor para
aumentar la temperatura del agua. Propiedad que le permite a un
volumen de agua calentarse y enfriarse con ms lentitud que el de su
medio ambiente. Para los seres acuticos esto significa que los
cambios de temperatura en su medio ambiente sean graduales. 3. EL
AGUA POSEE UNA ELEVADA CONDUCTIVIDAD TERMICACuando se aplica calor
en una parte de un volumen de agua, se disipa rpidamente por el
resto del agua. Los seres vivos se encuentran formados en su mayor
parte por agua, y la elevada conductividad trmica como propiedad
permite que el calor sea transportado de manera uniforme en el
organismo de un ser vivo previniendo la formacin destructiva de
focos calientes.4. EL AGUA POSEE UN PUNTO DE EBULLICION ALTOSe
necesita una gran cantidad de energa calorfica para romper todas
las uniones de hidrogeno que existen entre las molculas de agua y
de esta manera transformar el agua en gas, situacin en la cual las
molculas de agua estn separadas. Las temperaturas en la superficie
de la tierra pueden llegar hasta el punto de ebullicin del agua, es
decir 100C, en las chimeneas de los volcanes y en las aguas
termales, esto quiere decir que sera raro que los organismos vivos
sufran la ebullicin.5. EL AGUA ES UN EXCELENTE ENFRIADOR POR
EVAPORACINComo ya se mencion, se necesita de una gran cantidad de
calor para transformar las molculas de agua lquida en vapor de
agua. Aquellas que alcanzan la velocidad de escape y abandonan el
cuerpo del ser vivo, se llevan consigo el calor que absorbieron. La
sudoracin en los humanos y el jadeo en los perros acalorados o
febriles; son los medios que utilizan para enfriarse por
evaporacin. Se necesitan mas de 500 caloras para cambiar un gramo
de agua lquida en un gramo de vapor de agua. 6. EL AGUA TIENE UN
PUNTO DE CONGELACIN MUY ALTO Y ES MENOS DENSO CUANDO ES UN SLIDO
QUE CUANDO ES LQUIDOA medida que el agua caliente se enfra, se
contrae y se hace mas densa. Sin embargo a diferencia de muchas
sustancias el agua es muy especial, porque es mas densa y en
consecuencia ms pesada a una temperatura de 4C cuando todava se
encuentra en forma lquida. A medida que el agua se v enfriando de
4C hasta 0C, se empieza a hinchar otra vez, y se vuelve menos densa
a medida que las molculas de agua se van transformando en cristales
de hielo. El hielo representa un acomodo regular, y cada una de las
molculas se halla unida a otra molcula por puentes de hidrgeno con
otras cuatro molculas. Entonces es posible adivinar, que el hielo
es menos denso que el agua lquida porque sus molculas se encuentran
empacadas con menor densidad. Lo que quiere decir que un cristal de
hielo es ms grande que el volumen de agua que sustituye, por lo
cual el hielo flota en el agua. La baja densidad del hielo
representa una ventaja para los organismos acuticos: porque en el
invierno la capas de hielo forman una cobija aislante entre el agua
que se encuentra por debajo del hielo y el aire ms fro que se
encuentra por arriba. Esta cobija frena la formacin de ms hielo en
el resto del agua y permite a los organismos invernar sin llegar al
punto de congelacin. En la primavera el sol derrite directamente al
hielo hacindolo agua otra vez.. Debido a que el agua se expande
cuando se congela, si se forma hielo dentro de un organismo es muy
probable que destruya la delicada estructura interna que los forma
provocndoles la muerte. Algunos organismos presentan formas de
adaptacin que les permite evitar la congelacin, los peces tienen en
su sangre anticongelantes naturales como el glicerol. Otros seres
tiene tejidos muy resistentes que no sufren dao por la formacin de
cristales de hielo. Lo seres que tienen estos sistemas de
adaptacin, tienen que completar sus ciclos de vida durante las
estaciones templadas, de otra modo moriran por la helada, como el
jitomate y las ranas.7. EL AGUA ES UN SOLVENTE EXCELENTECuando una
sustancia se disuelve, sus molculas y sus iones de manera
individual se separan una de la otra y se mezclan con las molculas
del solvente, en este caso el agua. Las cargas elctricas parciales
de las molculas polares del agua se ven atradas hacia los iones
cargados y hacia las molculas polares con cargas parciales, de tal
manera que el agua rpidamente rodea y disuelve a estos solutos. Las
molculas no polares, como aquellas en que su mayor parte estn
hechas de carbono y de hidrgeno, no se disuelven en el agua porque
carecen de la carga elctrica necesaria para interactuar con las
molculas de agua. Mientras que el agua y sus solutos forman una
pandilla de molculas amistosas todas conectadas por muchas
atracciones elctricas, las molculas no polares, poco amigables son
rebotadas hacia un lado. Formando grupos, no porque se atraigan
mutuamente, ya que no siguen una ley definida. Se mantienen unidas
porque todas son expulsadas de la masa polar de agua. De tal manera
que en lugar de disolverse en el agua, las molculas no polares
forman INTERFASES con ella. Como la interfase que observamos en los
aderezos de las ensaladas