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Teorias: Lamarck. Darwin y sintetica

Lamarck

En 1809, Jean-Baptiste de Lamarck propuso en su Filosofía Zoológica que durante la vida, los individuos desarrollaban las características que más necesitaban y por tanto usaban, mientras que las poco usadas e innecesarias se atrofiaban paulatinamente. Los caracteres, modificados así en vida del individuo, serían heredados por su descendencia, lo cual constituiría la base de la evolución. El ejemplo clásico es el de la evolución del cuello de las jirafas: al tener la necesidad de alcanzar las hojas más altas de los árboles, el cuello se iría haciendo progresivamente más largo debido a este uso.Darwin

En 1859, Charles Darwin publicó su libroEl Origen de las Especies en el que expuso lo que serían las bases de la teoría de evolución por selección natural. Según ésta, los cambios en los seres vivos se producen al azar; si son perjudiciales (o deletéreos), se extinguirán de la población; si son beneficiosos, serán seleccionados porque los individuos portadores están mejor adaptados al medio - tendrán más probabilidad de sobrevivir y/o reproducirse que el resto.SinteticaEl neodarwinismo, o teoría sintética de la evolución, aúna las ideas de Darwin sobre selección natural, con las ideas de Mendel acerca de la herencia, y con los conocimientos modernos sobre la naturaleza del material hereditario (ADN) y la mutación, que se considera al azar. El neodarwinismo o teoría sintética es la visión más ampliamente aceptada, experimental y empíricamente avalada, en la actualidad acerca de los mecanismos por los que se produce la evolución.

La teoría sintética propone, además, que la evolución es gradual – es decir, los cambios que se producen son generalmente pequeños. Éstos se fijan o eliminan por selección natural, dando lugar a la evolución.

BIOQUIMICA

Carbohidratos

Los carbohidratos o hidratos de carbono son macronutrientes que representan alrededor del 50% del valor calórico de la dieta. A partir de ellos, las células obtienen la energía suficiente para un correcto funcionamiento orgánico.

Composición de los carbohidratos

Los hidratos de carbono están formados por moléculas de carbono, hidrogeno y oxígeno.

Estructura química de los carbohidratos

Si bien su fórmula general es (CH2O)n, la estructura química de los carbohidratos dependerá del tipo de azúcar de que se trate.

MonosacáridosPoseen 4, 5, 6 carbonos.Estos sacáridos se distinguen por la orientación de los grupos hidroxilos (-OH). Esto le brinda propiedades químicas y organolépticas especiales.Dentro de los monosacáridos pueden encontrarse los de forma lineal y los de forma anular. La fructosa es un ejemplo de ellos.DisacáridosDentro de este grupo encontramos la sacarosa, maltosa o lactosa. Estos se forman por la unión de diferentes monosacáridos, los cuales se encuentran unidos en carbonos específicos de cada molécula.PolisacáridosEstos representan la fuente de reserva de hidratos de carbono simples. Son estructuras más complejas formadas por varias uniones de diferentes sacáridos. Por ejemplo el almidón es una mezcla de amilasa y amilopectina, pero a su vez la amilasa posee entre 200 a 20.000 unidades de glucosa que se despliegan en forma de hélix.Dentro de este grupo también se puede mencionar a la celulosa, un polímero de cadenas largas sin ramificaciones de B-D-Glucosa, la cual presenta estructuras rígidasLas fórmulas de los hidratos de carbono se van convirtiendo en más complejas de acuerdo a la cantidad de sacáridos que contengan, y de esto dependerá su función específica.

Los monosacáridos y disacáridos son de fácil absorción y son rápidamente metabolizados por las células. En cambio los polisacáridos, en sus diferentes versiones, son más difíciles de digerir y por ende, de absorber, ya que son estructuras más complejas formadas por mucho azúcares simples.

La glucosa es el carbohidrato más abundante en la naturaleza. También se le conoce como azúcar sanguínea, azúcar de uva, o dextrosa. Los animales obtienen glucosa al comer plantas o al comer alimentos que la contienen. Las plantas verdes y algunas bacterias obtienen glucosa por un proceso llamado fotosíntesis a partir de dióxido de carbono, agua y luz solar. Una vez que la célula posee hidratos de carbono, puede romperlos para obtener energía química o utilizarlos como base para producir otras moléculas.Los mamíferos pueden transformar los azúcares y almidón en glucosa, la cual es oxidada para obtener energía, o se almacena como glucógeno por el proceso de glucogénesis que se acumula en el hígado y músculos y sirve de reserva energética o se transforma posteriormente en colesterol y hormonas esteroideas imprescindibles para numerosas funciones. Las plantas convierten el exceso de glucosa en un polímero llamado almidón (el equivalente al glucógeno), o celulosa, el principal polímero estructural.

METABOLISMOLas células cuentan con facultades de sintetizar grandes macromoléculas a moléculas más pequeñas. A este proceso se le denomina catabolismo. Al proceso inverso, anabolismo. Los distintos tipos de carbohidratos son degradados por el proceso de la digestión a su forma más simple: glucosa, fructosa, galactosa. La glucosa pasa directamente a la sangre para ser distribuida a todo el organismo. La fructosa deberá ser transportada por la vena porta al hígado, para ser convertida en glucógeno o en glucosa para luego pasar a la sangre. La galactosa es expulsada en las heces fecales ya que el cuerpo humano no tiene la capacidad de aprovecharla. De manera que todos los carbohidratos deberán ser transformados por la digestión y el metabolismo en glucosa para el organismo pueda obtener de ellos energía. A la glucosa dentro del organismo se le conoce como el azúcar sanguíneo y es difundida por el torrente para ser distribuida a todos los tejidos y al interior de las células por la hormona insulina, la cual también se encarga, de regular su volumen sanguineo para que esta permanezca en niveles lo más óptimos posibles. Un nivel alto de glucosa en sangre puede ser señal de diabetes mellitus que si no se controla, a largo plazo puede dañar los ojos, nervios, riñones y el corazón.Las células obtienen su energía en forma directa de una molécula denominada Adenosín Trifosfato (ATP). El ATP es construido utilizando la energía obtenida de la degradación de carbohidratos, ácidos grasos o aminoácidos a través de un proceso denominado ciclo de Krebs. Por intervenir en todas las transacciones de energía que se llevan a cabo en las células, el ATP es considerado la "moneda universal de energía”.Las moléculas de ATP una vez formadas se exportan a través de las membranas de las mitocondrias para que sean utilizadas en toda la célula.C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O ▬▬▬► 6 CO2 + 12 H2O + 38 ATP

Proteinas

Las proteínas son los materiales que desempeñan un mayor numero de funciones en las células de todos los seres vivos. Por un lado, forman parte de la estructura básica de los tejidos (músculos, tendones, piel, uñas, etc.) y, por otro, desempeñan funciones metabólicas y reguladoras (asimilación de nutrientes, transporte de oxígeno y de grasas en la sangre, inactivación de materiales tóxicos o peligrosos, etc.). También son los elementos que definen la identidad de cada ser vivo, ya que son la base de la estructura del código genético (ADN) y de los sistemas de reconocimiento de organismos extraños en el sistema inmunitario.

Son macromoléculas orgánicas, constituidas básicamente por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N); aunque pueden contener también azufre (S) y fósforo (P) y, en menor proporción, hierro (Fe), cobre (Cu), magnesio (Mg), yodo (I), etc...

Estos elementos químicos se agrupan para formar unidades estructurales llamados AMINOÁCIDOS, a los cuales podríamos considerar como los "ladrillos de los edificios moleculares proteicos".

Se clasifican, de forma general, en Holoproteinas y Heteroproteinas según estén formadas respectivamente sólo por aminoácidos o bien por aminoácidos más otras moléculas o elementos adicionales no aminoacídicos.

os aminoácidos son las unidades elementales constitutivas de las moléculas denominadas Proteínas. Son pues, y en un muy elemental símil, los "ladrillos" con los cuales el organismo reconstituye permanentemente sus proteínas específicas consumidas por la sola acción de vivir. Los alimentos que ingerimos nos proveen proteínas. Pero tales proteínas no se absorben normalmente en tal constitución sino que, luego de su desdoblamiento ("hidrólisis" o rotura), causado por el proceso de digestión, atraviesan la pared intestinal en forma de aminoácidos y cadenas cortas de péptidos. Esas sustancias se incorporan inicialmente al torrente sanguíneo y, desde allí, son distribuidas hacia los tejidos que las necesitan para formar las proteínas, consumidas durante el ciclo vital.

Se sabe que de los 20 aminoácidos proteicos conocidos, 8 resultan indispensables (o esenciales) para la vida humana y 2 resultan "semiindispensables". Son estos 10 aminoácidos los que requieren ser incorporados al organismo en su cotidiana alimentación y, con más razón, en los momentos en que el organismo más los necesita: en la disfunción o enfermedad. Los aminoácidos esenciales más problemáticos son el triptófano, la lisina y la metionina.

1.     L - Alanina: Función: Interviene en el metabolismo de la glucosa. La glucosa es un carbohidrato simple que el organismo utiliza como fuente de energía.

2.    L - Arginina: Función: Está implicada en la conservación del equilibrio de nitrógeno y de dióxido de carbono. También tiene una gran importancia en la producción de la Hormona del Crecimiento, directamente involucrada en el crecimiento de los tejidos y músculos y en el mantenimiento y reparación del sistema inmunológico.

3.    L - Asparagina: Función:  Interviene específicamente en los procesos metabólicos del Sistema Nervioso Central (SNC).

4.    Acido L- Aspártico: Función: Es muy importante para la desintoxicación del Hígado y   su   correcto   funcionamiento.   El   ácido   L-   Aspártico   se   combina   con   otros aminoácidos   formando   moléculas   capaces   de   absorber   toxinas   del   torrente sanguíneo.

5.    L - Citrulina: Función: Interviene específicamente en la eliminación del amoníaco.

6.    L - Cistina: Función: También interviene en la desintoxicación, en combinación con los aminoácidos anteriores. La L - Cistina es muy importante en la síntesis de la insulina y también en las reacciones de ciertas moléculas a la insulina.

7.    L -  Cisteina: Función: Junto con la L- cistina,  la L- Cisteina está  implicada en la desintoxicación, principalmente como antagonista de los radicales libres. También contribuye a mantener la salud de los cabellos por su elevado contenido de azufre.

8.    L   -   Glutamina: Función:   Nutriente   cerebral   e   interviene   específicamente   en   la utilización de la glucosa por el cerebro.

9.    Acido L - Glutamínico: Función: Tiene gran importancia en el funcionamiento del Sistema Nervioso Central y actúa como estimulante del sistema inmunológico.

10.          L -  Glicina: Función: En combinación con muchos otros aminoácidos,  es un componente de numerosos tejidos del organismo.

11.          L - Histidina: Función: En combinación con la hormona de crecimiento (HGH) y algunos  aminoácidos  asociados,   contribuyen  al   crecimiento  y   reparación  de   los tejidos con un papel específicamente relacionado con el sistema cardio-vascular.

12.          L - Serina: Función: Junto con algunos aminoácidos mencionados, interviene en   la   desintoxicación   del   organismo,   crecimiento   muscular,   y   metabolismo de grasas y ácidos grasos.

13.          L   -   Taurina: Función:   Estimula   la   Hormona   del   Crecimiento   (HGH)   en asociación con otros aminoácidos, esta  implicada en  la regulación de  la presión sanguínea, fortalece el músculo cardiaco y vigoriza el sistema nervioso.

14.          L - Tirosina: Función: Es un neurotransmisor directo y puede ser muy eficaz en el tratamiento de la depresión, en combinación con otros aminoácidos necesarios.

15.          L - Ornitina: Función: Es específico para la hormona del Crecimiento (HGH) en asociación con otros aminoácidos ya mencionados. Al combinarse con la L-Arginina y con carnitina (que se sintetiza en el organismo, la L-Ornitina tiene una importante función en el metabolismo del exceso de grasa corporal.

16.          L - Prolina: Función: Está involucrada también en la producción de colágeno y tiene gran importancia en la reparación y mantenimiento del músculo y huesos.

Los Ocho (8) Esenciales

17.          L - Isoleucina: Función: Junto con la L-Leucina y la Hormona del Crecimiento intervienen en la formación y reparación del tejido muscular.

18.          L - Leucina: Función: Junto con la L-Isoleucina y la Hormona del Crecimiento (HGH) interviene con la formación y reparación del tejido muscular.

19.          L - Lisina: Función: Es uno de los más importantes aminoácidos porque, en asociación   con   varios   aminoácidos   más,   interviene   en   diversas   funciones, incluyendo   el   crecimiento,   reparación   de   tejidos,   anticuerpos   del   sistema inmunológico y síntesis de hormonas.

20.          L -  Metionina: Función: Colabora en  la síntesis de proteínas y constituye el principal limitante en las proteínas de la dieta. El aminoácido limitante determina el porcentaje de alimento que va a utilizarse a nivel celular.

21.          L   -   Fenilalanina: Función:   Interviene   en   la   producción   del   Colágeno, fundamentalmente en la estructura de la piel y el tejido conectivo, y también en la formación de diversas neurohormonas.

22.          L - Triptófano: Función: Está implicado en el crecimiento y en la producción hormonal,   especialmente   en   la   función   de   las  glándulas   de   secreción  adrenal. También interviene en la síntesis de la serotonina, neurohormona involucrada en la relajación y el sueño.

23.          L - Treonina: Función: Junto con la con la L-Metionina y el ácido L- Aspártico ayuda al hígado en sus funciones generales de desintoxicación.

24.          L   -  Valina: Función:  Estimula  el   crecimiento   y   reparación  de   los   tejidos,   el mantenimiento de diversos sistemas y balance de nitrógeno.

LOS PÉPTIDOS Y EL ENLACE PEPTÍDICO.

Los péptidos están formados por la unión de aminoácidos mediante un enlace peptídico. Es un enlace covalente que se establece entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del siguiente, dando lugar al desprendimiento de una molécula de agua.

Así pues, para formar péptidos los aminoácidos se van enlazando entre sí formando cadenas de longitud y secuencia variable. Para denominar a estas cadenas se utilizan prefijos convencionales como: 

  Oligopéptidos.- si el n º de aminoácidos es menor de 10.

Dipéptidos.- si el n º de aminoácidos es 2.

Tripéptidos.- si el n º de aminoácidos es 3.

Tetrapéptidos.- si el n º de aminoácidos es 4.

etc...

    Polipéptidos o cadenas polipeptídicas.- si el n º de aminoácidos es mayor de 10.

Cada péptido o polipéptido se suele escribir, convencionalmente, de izquierda a derecha, empezando por el extremo N-terminal que posee un grupo amino libre y finalizando por el extremo C-terminal en el que se encuentra un grupo carboxilo libre, de tal manera que el eje o esqueleto del péptido, formado por una unidad de seis átomos (-NH-CH-CO-), es idéntico a todos ellos. Lo que varía de unos péptidos a otros, y por extensión, de unas proteínas a otras, es el número, la naturaleza y el orden o secuencia de sus aminoácidos.

Si la hidrólisis de una proteína produce únicamente aminoácidos, la proteína se denomina simple. Si, en cambio, produce otros compuestos orgánicos o inorgánicos, denominados grupo prostético, la proteína se llama conjugada.

ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS

La organización de una proteína viene definida por cuatro niveles estructurales denominados: estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y estructura cuaternaria. Cada una de estas estructuras informa de la disposición de la anterior en el espacio.

 Estructura primaria

La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos de la proteína. Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y el orden en que dichos aminoácidos se encuentran. La función de una proteína depende de su secuencia y de la forma que ésta adopte.  

 Estructura Secundaria.

La estructura secundaria es la disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio. Los aminoácidos, a medida que van siendo enlazados durante la síntesis de proteínas y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposición espacial estable, la estructura secundaria.

Existen dos tipos de estructura secundaria:

1. La a(alfa)-hélice2. La conformación beta

esta estructura se forma al enrollarse helicoidalmente sobre sí misma la estructura primaria. Se debe a la formación de enlaces de hidrógeno entre el -C=O de un aminoácido y el -NH- del cuarto aminoácido que le sigue

Estructura terciaria

La estructura terciaria informa sobre la disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma originando una conformación globular.

En definitiva, es la estructura primaria la que determina cuál será la secundaria y por tanto la terciaria..

Esta conformación globular facilita la solubilidad en agua y así realizar funciones de transporte , enzimáticas , hormonales, etc.  

Esta conformación globular se mantiene estable gracias a la existencia de enlaces entre los radicales R de los aminoácidos. Aparecen varios tipos de enlaces:

el puente disulfuro entre los radicales de aminoácidos que tiene azufre.

los puentes de hidrógeno.

los puentes eléctricos.

las interacciones hifrófobas.

Estructura Cuaternaria

Esta estructura informa de la unión , mediante enlaces débiles ( no covalentes) de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria, para formar un complejo proteico. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero.

PROPIEDADES DE PROTEÍNAS

Desnaturalización. Consiste en la pérdida de la estructura terciaria, por romperse los puentes que forman dicha estructura. Todas las proteínas desnaturalizadas tienen la misma conformación, muy abierta y con una interacción máxima con el disolvente, por lo que una proteína soluble en agua cuando se desnaturaliza se hace insoluble en agua y precipita.

La desnaturalización se puede producir por cambios de temperatura, ( huevo cocido o frito ), variaciones del pH. En algunos casos, si las condiciones se restablecen, una proteína desnaturalizada puede volver a su anterior plegamiento o conformación, proceso que se denomina renaturalización.

  VALOR BIOLÓGICO DE LAS PROTEÍNAS  

El conjunto de los aminoácidos esenciales sólo está presente en las proteínas de origen animal. En la mayoría de los vegetales siempre hay alguno que no está presente en cantidades suficientes. Se define el valor o calidad biológica de una determinada proteína por su capacidad de aportar todos los aminoácidos necesarios para los seres humanos. La calidad biológica de una proteína será mayor cuanto más similar sea su composición a la de las proteínas de nuestro cuerpo. De hecho, la leche materna es el patrón con el que se compara el valor biológico de las demás proteínas de la dieta.  

Por otro lado, no todas las proteínas que ingerimos se digieren y asimilan. La utilización neta de una determinada proteína, o aporte proteico neto, es la relación entre el nitrógeno que contiene y el que el organismo retiene. Hay proteínas de origen vegetal, como la de la soja, que a pesar de tener menor valor biológico que otras proteínas de origen animal, su aporte proteico neto es mayor por asimilarse mucho mejor en nuestro sistema digestivo.

 NECESIDADES DIARIAS DE PROTEÍNAS  

La cantidad de proteínas que se requieren cada día es un tema controvertido, puesto que depende de muchos factores. Depende de la edad, ya que en el período de crecimiento las necesidades son el doble o incluso el triple que para un adulto, y del estado de salud de nuestro intestino y nuestros riñones, que pueden hacer variar el grado de asimilación o las pérdidas de nitrógeno por las heces y la orina. También depende del valor biológico de las proteínas que se consuman, aunque en general, todas las recomendaciones siempre se refieren a proteínas de alto valor biológico. Si no lo son, las necesidades serán aún mayores.  

En general, se recomiendan unos 40 a 60 gr. de proteínas al día para un adulto sano. La Organización Mundial de la Salud y las RDA (Recommended Dietary Allowences publicadas en EE.UU. por la National Academic Science) recomiendan un valor de 0,8 gr. por kilogramo de peso y día. Por supuesto, durante el crecimiento, el embarazo o la lactancia estas necesidades aumentan.  

El máximo de proteínas que podemos ingerir sin afectar a nuestra salud, es un tema aún más delicado. Las proteínas consumidas en exceso, que el organismo no necesita para el crecimiento o para el recambio proteico, se queman en las células para producir energía. A pesar de que tienen un rendimiento energético igual al de los glúcidos, (unas 4 Kilocalorías por gramo) su combustión es más compleja y dejan residuos metabólicos, como el amoniaco, que son tóxicos para el organismo. El cuerpo humano dispone de eficientes sistemas de eliminación, pero todo exceso de proteínas supone cierto grado de intoxicación que provoca la destrucción de tejidos y, en última instancia, la enfermedad o el envejecimiento prematuro. Debemos evitar comer más proteínas de las estrictamente necesarias para cubrir nuestras necesidades.  

Por otro lado, investigaciones muy bien documentadas, llevadas a cabo en los últimos años por el doctor alemán Lothar Wendt, han demostrado que los aminoácidos se acumulan en las membranas basales de los capilares sanguíneos para ser utilizados rápidamente en caso de necesidad. Esto supone que cuando hay un exceso de proteínas en la dieta, los aminoácidos resultantes siguen acumulándose, llegando a dificultar el paso de nutrientes de la sangre a las células (microangiopatía). Estas investigaciones parecen abrir un amplio campo de posibilidades en el tratamiento a través de la alimentación de gran parte de las enfermedades cardiovasculares, que tan frecuentes se han vuelto en occidente desde que se generalizó el consumo indiscriminado de carne.

¿PROTEÍNAS DE ORIGEN VEGETAL O ANIMAL?    

Puesto que sólo asimilamos aminoácidos y no proteínas completas, el organismo no puede distinguir si estos aminoácidos provienen de proteínas de origen animal o vegetal. Comparando ambos tipos de proteínas podemos señalar:  

 Las proteínas de origen animal son moléculas mucho más grandes y complejas, por lo que contienen mayor cantidad y diversidad de aminoácidos. En general, su valor biológico es mayor que las de origen vegetal. Como contrapartida son más difíciles de digerir, puesto que hay mayor número de enlaces entre aminoácidos por romper. Combinando adecuadamente las proteínas vegetales (legumbres con cereales o lácteos con cereales) se puede obtener un conjunto de aminoácidos equilibrado. Por ejemplo, las proteínas del arroz contienen todos los aminoácidos esenciales, pero son escasas en lisina. Si las combinamos con lentejas o garbanzos, abundantes en lisina, la calidad biológica y aporte proteico resultante es mayor que el de la mayoría de los productos de origen animal.  

 Al tomar proteínas animales a partir de carnes, aves o pescados ingerimos también todos los desechos del metabolismo celular presentes en esos tejidos (amoniaco, ácido úrico, etc.), que el animal no pudo eliminar antes de ser sacrificado. Estos compuestos actúan como tóxicos en nuestro organismo. El  metabolismo de los vegetales es distinto y no están presentes estos derivados 

nitrogenados. Los tóxicos de la carne se pueden evitar consumiendo las proteínas de origen animal a partir de huevos, leche y sus derivados. En cualquier caso, siempre serán preferibles los huevos y los lácteos a las carnes, pescados y aves. En este sentido, también preferiremos los pescados a las aves, y las aves a las carnes rojas o de cerdo.  

 La proteína animal suele ir acompañada de grasas de origen animal, en su mayor parte saturadas. Se ha demostrado que un elevado aporte de ácidos grasos saturados aumenta el riesgo de padecerenfermedades cardiovasculares.  

En general, se recomienda que una tercera parte de las proteínas que comamos sean de origen animal, pero es perfectamente posible estar bien nutrido sólo con proteínas vegetales. Eso sí, teniendo la precaución de combinar estos alimentos en función de sus aminoácidos limitantes. El problema de las dietas vegetarianas en occidente suele estar más bien en el déficit de algunas vitaminas, como la B12, o deminerales, como el hierro.  

FUNCIONES

Las proteínas desempeñan distintas funciones en los seres vivos, como se observa en la tabla siguiente:

Tipos Ejemplos Localización o función

Enzimas Ácido-graso-sintetosa

Cataliza la síntesis de ácidos grasos.

Reserva Ovoalbúmina Clara de huevo.Transportadoras Hemoglobina Transporta el oxígeno en la sangre.Protectoras en la sangre Anticuerpos Bloquean a sustancias extrañas.

Hormonas Insulina Regula el metabolismo de la glucosa.

Estructurales Colágeno Tendones, cartílagos, pelos.

Contráctiles Miosina Constituyente de las fibras musculares

El mayor grupo lo constituyen las enzimas, que son los biocatalizadores de todos los procesos químicos que tienen lugar en los seres vivos. Las enzimas, en su gran mayoría, son específicas para cada reacción, de ahí su gran número. Como son catalizadores, actúan disminuyendo la energía de activación, combinándose con los reaccionantes para producir un estado intermedio con menor energía de activación que el estado de transición de la reacción no catalizada. Una vez formados los productos de la reacción, la enzima se recupera.

Nucleótidos y ácidos nucleicosLa información que dicta las estructuras de la enorme variedad de moléculas de proteínas que se encuentran en los organismos está codificada en moléculas conocidas como ácidos nucleicos.La información contenida en los ácidos nucleicos es transcripta y luego traducida a las proteínas. Son las proteínas las moléculas que finalmente ejecutarán las "instrucciones" codificadas en los ácidos nucleicos.los ácidos nucleicos están formados por cadenas largas de nucleótidos. Está formado por tres subunidades: un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos y una base nitrogenada ; esta última tiene las propiedades de una base y, además, contiene nitrógeno.La subunidad de azúcar de un nucleótido puede ser ribosa o bien desoxirribosa. Como puede verse, la diferencia estructural entre estos dos azúcares es leve.En la ribosa, el carbono 2 lleva un átomo de hidrógeno por encima del plano del anillo y un grupo hidroxilo por debajo del plano; en la desoxirribosa, el grupo hidroxilo del carbono 2 está reemplazado por un átomo de hidrógeno.

Tres subunidades

Estructura de un nucleótido.Los nucleótidos pueden unirse en cadenas largas por reacciones de condensación que involucran a los grupos hidroxilo de las subunidades de fosfato y de azúcar. En la figura se muestra una molécula de RNA que, como se observa, está formada por una sola cadena de nucleótidos. Las moléculas de DNA, en cambio, constan de dos cadenas de nucleótidos enrolladas sobre sí mismas, formando una doble hélice.La ribosa es el azúcar en los nucleótidos que forman ácido ribonucleico (RNA) y la desoxirribosa es el azúcar en los nucleótidos que forman ácido desoxirribonucleico (DNA). Hay cinco bases nitrogenadas diferentes en los nucleótidos, que son los sillares de construcción de los ácidos nucleicos. Dos de ellas, la adenina y la guanina, se conocen como purinas . Las otras tres, citosina, timina y uracilo se conocen como pirimidinas.

Las cinco bases nitrogenadas de los nucleótidos que constituyen los ácidos nucleicos.La adenina, la guanina y la citosina se encuentran tanto en el DNA como en el RNA, mientras que la timina se encuentra sólo en el DNA y el uracilo sólo en el RNA. Aunque sus componentes químicos son muy semejantes, el DNA y el RNA desempeñan papeles biológicos muy diferentes. El DNA es el constituyente primario de los cromosomas de las células y es el portador del mensaje genético. La función del RNA es transcribir el mensaje genético presente en el DNA y traducirlo a proteínas.Los nucleótidos, además de su papel en la formación de los ácidos nucleicos, tienen una función independiente y vital para la vida celular. Cuando un nucleótido se modifica por la unión de dos grupos fosfato, se convierte en un transportador de energía, necesario para que se produzcan numerosas reacciones químicas celulares. La energía en los nucleótidos modificados, esta disponible en cantidades convenientes y aceptado en forma generalizada.El principal portador de energía, en casi todos los procesos biológicos, es una molécula llamada adenosín trifosfato o ATP.

Esquema de una molécula de ATP (adenosín trifosfato).

La única diferencia entre el ATP y el AMP  (adenosín monofosfato) es la unión de dos grupos fosfato adicionales. Aunque esta diferencia en la fórmula puede parecer pequeña, es la clave del funcionamiento del ATP en los seres vivos.Los enlaces que unen los tres grupos fosfato son relativamente débiles, y pueden romperse con cierta facilidad por hidrólisis. Los productos de la reacción más común son el ADP  -adenosín di fosfato- un grupo fosfato y energía. Esta energía al desprenderse, puede ser utilizada para producir otras reacciones químicas.

La hidrólisis del ATP.Con la adición de una molécula de agua al ATP, un grupo fosfato se separa de la molécula. Los productos de la reacción son el ADP, un grupo fosfato libre y energía. Alrededor de unas 7 Kcalorías de energía se liberan por cada mol de ATP hidrolizado. La reacción puede ocurrir en sentido contrario si se aportan las 7 Kcalorías por mol necesarias.

CITOLOGIA

ESTRUCTURA DE LAS EUCARIOTASMEMBRANA PLASMATICA

Es el límite externo de la célula, que le da protección y actúa como una barrera selectiva entre el líquido del espacio extracelular y el citoplasma. La composición de la membrana plasmática incluye alrededor de un 40 % de lípidos y 50 % proteínas, junto a pequeñas cantidades de hidratos de carbono, cerca del 10 %, unidas a las dos anteriores. Los lípidos están representados por una doble capa de fosfolípidos y por otros lípidos como el colesterol, este último solo en eucariotas animales. La formación de la bicapa se debe a que los fosfolípidos son anfipáticos, es decir, cada molécula posee una región hidrofílica, soluble en agua, y una región hidrofóbica que repele el agua. Las cabezas hidrofílicas se orientan hacia el citoplasma y hacia el medio extracelular, mientras que las colas hidrófobas lo hacen hacia el interior de la membrana. Del total de lípidos que conforman la membrana plasmática, cerca del 75 % son fosfolípidos, mientras que el 20 % corresponden a moléculas de colesterol. Estos últimos brindan mayor fortaleza a la membrana y la hacen menos deformable. Además, el colesterol disminuye la permeabilidad de la bicapa a pequeñas moléculas hidrosolubles. El 5 % restante de los lípidos de membrana son los glucolípidos, elementos unidos a los lípidos con características anfipáticas que se orientan hacia el área extracelular. Los glucolípidos contribuyen a mantener la adhesión de células y tejidos.

Membrana plasmática

Dentro del 50 % de las proteínas que conforman la membrana plasmática hay diferentes tipos. Las denominadas proteínas integrales se unen fuertemente a los lípidos y atraviesan la doble capa. La mayor parte de las proteínas integrales son glucoproteínas, donde el monosacárido se orienta al medio extracelular. Las proteínas periféricas se asocian débilmente a los lípidos y se ubican a uno u otro lado de la membrana, sin atravesarla, en contacto con las

cabezas hidrófilas de los fosfolípidos.

Esquema de un sector de la membrana plasmática

Las proteínas de la membrana plasmática tienen funciones de comunicación, de unión a receptores moleculares, de transporte, de acción enzimática, de anclaje de filamentos del citoesqueleto y de identidad celular, entre otros. Es así que las proteínas de la membrana plasmática:- Establecen canales a manera de poros por donde entran y salen sustancias de la célula, siendo las proteínas integrales las encargadas de esa misión.- Reconocen y se unen a receptores de ciertas moléculas que sean importantes para la célula, como nutrientes, hormonas, neurotransmisores, etc. Esta función también la realizan las proteínas integrales.- Transportan sustancias a través de la membrana plasmática.- Poseen acción enzimática en la superficie de la membrana, catalizando reacciones bioquímicas. De esta función se encargan las proteínas integrales y periféricas- Fijan los filamentos del citoesqueleto celular, a cargo de ambos tipos de proteínas.- Regulan la identidad celular por medio de las glucoproteínas y glucolípidos, haciendo posible identificar a las células que provienen de otros organismos, como sucede en las transfusiones de sangre. Los glóbulos rojos, al presentar marcadores del tipo A, B, AB y O permiten identificar sangres compatibles. Es decir, la determinación del tipo de sangre en humanos se relaciona con la clase de glucolípidos existente en la superficie de los eritrocitos. Las porciones hidrocarbonadas de las glucoproteínas y los glucolípidos forman el glucocálix, que actúa como una capa protectora.Las membranas de los distintos organoides del citoplasma son las encargadas de mantener las diferentes concentraciones de sustancias que hay en el interior de las estructuras y en el citosol. El grosor aproximado de la membrana plasmática es de 70 - 80 Å (angstrom). Un ángstrom es igual a la diez millonésima parte de un milímetro (1 Å = 0,0000001 mm).La membrana plasmática se une a las membranas plasmáticas de las células vecinas mediante estructuras engrosadas llamadas desmosomas. De función mecánica, los desmosomas mantienen a las células bien ligadas entre sí, por medio de filamentos proteicos anclados al citoesqueleto. Estos parches son abundantes en el tejido epitelial y en el músculo cardíaco, áreas sujetas a una importante tensión mecánica.

CITOPLASMAEs la parte de la célula que se ubica entre la membrana plasmática y la membrana nuclear. Está constituido por 85 % de agua y un 15 % de proteínas, aminoácidos, sales y minerales. En el citoplasma se realizan la mayoría de las reacciones metabólicas de la célula.La porción del citoplasma sin estructura y que forma la parte fluida se denomina hialoplasma o citosol, lugar donde están las moléculas necesarias para el mantenimiento de la célula. Vale decir que el hialoplasma es el medio interno líquido de todas las estructuras celulares.El citoesqueleto es una serie de filamentos proteicos responsable de la forma celular y de facilitar el movimiento de los organoides. Actúa como una conexión entre las distintas partes de la célula. El citoesqueleto se destruye y se vuelve a reconstruir, por lo que no es una estructura permanente de la célula. Se forma a partir de tres componentes proteicos: microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios.- Microtúbulos: son los componentes más importantes del citoesqueleto, compuestos por una proteína denominada “tubulina”. De consistencia rígida, son los responsables de la formación de estructuras como los centríolos y órganos de locomoción, como los cilios y los flagelos. Los microtúbulos irradian desde el centrosoma.- Microfilamentos: se disponen cerca de la membrana plasmática y están asociados al movimiento de la célula. Están formados por dos tipos de proteínas, la “actina” y la “miosina”. Los microfilamentos están muy desarrollados en células musculares estriadas (músculos voluntarios). La superposición de microfilamentos de actina y miosina permiten la contracción muscular.- Filamentos intermedios: están formados por varios tipos de proteínas. Se extienden por todo el citoplasma y abundan en aquellas células que soportan mucha tensión, por lo que son resistentes y evitan la destrucción celular.

Dentro del citoplasma, existen organelas con distintas funciones, que están presentes tanto en eucariotas animales como vegetales y que se detallan a continuación.

MITOCONDRIASLas mitocondrias son organelas que presentan doble membrana, una externa en contacto con el citoplasma y otra interna, hacia la matriz mitocondrial. Dicha matriz está compuesta por agua y proteínas. Las mitocondrias, de forma oval y alargada, son consideradas como las “usinas eléctricas” de las células. Son las encargadas de producir y almacenar energía en forma de ATP a partir de la glucosa, lípidos y demás nutrientes. Mediante la respiración celular, proceso que consume oxígeno y libera dióxido de carbono, se produce energía que se acumula en el ATP. Toda vez que en algún lugar de la célula se necesita aporte energético, por ejemplo para transportar sustancias a través de la membrana plasmática, la división celular, reciclado de desechos, etc., el ATP se descompone y se libera.Las mitocondrias poseen ADN en su interior, un ARN propio y ribosomas. Las mitocondrias ocupan un lugar importante dentro del citoplasma. Algunas células del organismo con una actividad energética importante, como las hepáticas y las musculares, poseen gran cantidad de mitocondrias por cada célula.

RETICULO ENDOPLASMÁTICOEsta estructura es un sistema de membranas que se dispone formando una red de sacos aplanados, donde contiene túbulos que se conectan entre sí formando una lámina continua que da lugar a un lumen. Las membranas del retículo endoplásmico separan dicho lumen del citoplasma, y actúan en la transferencia selectiva de moléculas entre ambos compartimientos. Todas las membranas del retículo endoplasmático equivalen a la mitad de las membranas totales que hay en cada célula. Además, es el lugar donde se producen todas las proteínas y los lípidos que forman las membranas del propio retículo, del complejo de Golgi, de los lisosomas y de la membrana plasmática.El retículo endoplásmico adopta dos variedades: una forma granular o rugosa y otra agranular o lisa. El retículo endoplasmático granular está unido a la membrana nuclear externa, mientras que el retículo endoplasmático agranular es una prolongación del retículo endoplasmático rugoso.Son funciones del retículo la síntesis de proteínas, de lípidos, el transporte intracelular de sustancias y la detoxificación de la célula. Las sustancias sintetizadas son almacenadas y luego transportadas a su destino celular. La detoxificación de sustancias como fármacos, drogas y desechos celulares es de gran importancia en las células del hígado.

a) Retículo endoplasmático granular (REG)Presenta numerosas protuberancias, debido a una gran cantidad de ribosomas unidos a la membrana. Tiene por

función la detoxificación celular y la síntesis de proteínas que serán utilizadas por las membranas, por otras organelas o para ser enviadas fuera de la célula. Estas membranas forman un espacio interno (luz del retículo) que lo separan del citoplasma, condicionando la transferencia selectiva de moléculas entre ambos compartimientos.El REG tiene gran desarrollo en células del hígado y del páncreas, debido a una intensa labor detoxificante y de síntesis. También en los glóbulos blancos, ya que producen y secretan anticuerpos (proteínas) para ser exportadas a todo el organismo.

b) Retículo endoplasmático agranular (REA)Su apariencia “lisa” se debe a la carencia de ribosomas. Dentro del REA están las enzimas necesarias para la síntesis de lípidos (triglicéridos, fosfolípidos y esteroides) y enzimas necesarias para la detoxificación de alcoholes y otras sustancias. El REA es importante de células del testículo y del ovario para la síntesis de hormonas esteroides, como también en los hepatocitos para detoxificar sustancias nocivas.

COMPLEJO DE GOLGIEs un organoide con 5 a 10 sacos aplanados membranosos de forma discoide denominadosdictiosomas. Estos dictiosomas se conectan entre sí y contienen fluidos en su interior. Poseen una cara cóncava y otra convexa. La parte cóncava (cara cis o de formación), próxima al retículo endoplásmico, recibe de este último las proteínas sintetizadas en el área rugosa (granular). Esas proteínas son transportadas en vesículas de transición hasta la mencionada cara cis del complejo de Golgi. La parte convexa del dictiosoma (cara trans o de maduración) es la más cercana a la membrana plasmática y formadora de vesículas de secreción. En síntesis, las vesículas de transición que llegan del retículo endoplásmico penetran en la cara cis del complejo de Golgi, atraviesan todos los sáculos o dictiosomas y llegan al trans-Golgi. Aquí son empaquetadas para luego dirigirse a la membrana plasmática para vaciar su contenido fuera de la célula por exocitosis.El complejo de Golgi secreta sustancias tales como enzimas digestivas, hormonas y sustancias que se transforman en glucoproteínas para la formación de la pared celular. Algunas enzimas permanecen dentro de vesículas membranosas, los lisosomas, capaces de degradar moléculas complejas. El complejo de Golgi se encuentra en todas las células eucariotas, a excepción de las epidérmicas y de los glóbulos rojos.

En resumen, las funciones del complejo de Golgi son:-Síntesis de polisacáridos para la pared celular. -Formación de glucoproteínas y glucolípidos de secreción. (glicosilación de prótidos y lípidos). -Formación de lisosomas que permanecen en el citoplasma. -Empaquetamiento, dentro de vesículas, de sustancias de secreción como proteínas. - Transporte intracelular de sustancias.

Complejo de Golgi y su relación con el retículo endoplásmico

RIBOSOMASSon organelas muy pequeñas de alrededor de 20 nanómetros de diámetro, visibles al microscopio electrónico.  Un nanómetro es la millonésima parte del milímetro (1 nm = 0,000001 mm).Los ribosomas están formados por ácido ribonucleico ribosómico (ARNr) y proteínas. Existen varios millones de estas estructuras en cada célula. Los ribosomas se componen de dos subunidades: una mayor, que se encarga de formar las uniones de aminoácidos que darán lugar a las proteínas, y otra menor que reconoce a los ARN mensajeros (ARNm) y a los ARN de transferencia (ARNt) . En eucariotas, las dos subunidades mencionadas se sintetizan en el nucléolo. Las moléculas de ARN mensajero llevan la información que llega desde el ADN de cómo se distribuirán los aminoácidos para la elaboración de una determinada proteína. El ARN de transferencia transporta los aminoácidos apropiados hacia los ribosomas para que se incorporen a las proteínas. 

Hay ribosomas que permanecen libres en el citoplasma, fuera del retículo endoplásmico, cuya misión es sintetizar proteínas que permanecen dentro de las células. Los ribosomas de células procariotas y eucariotas tienen la misma forma y función. Se sintetizan dentro del núcleo celular, más precisamente en el nucléolo.

NUCLEOEsta la organela, que ocupa la parte central de la célula, actúa como centro de control de casi toda la actividad hereditaria. Está delimitado por dos membranas concéntricas, la carioteca o envoltura nuclear, donde se distinguen una membrana externa que contacta con el citoplasma y otra interna. Sobre esta última, hay una delgada capa de filamentos proteicos, la lámina nuclear, que actúa fijando a los cromosomas cuando la célula se divide.La carioteca, que se conecta de manera directa con el retículo endoplásmico, posee numerosos orificios o poros por donde salen hacia el citoplasma moléculas de ARN mensajero que serán leídas por los ribosomas, proteínas y ARN ribosómico, precursor de los ribosomas. Las sustancias que ingresan por los poros del citoplasma al núcleo son proteínas sintetizadas por los ribosomas citoplasmáticos. Los poros nucleares regulan en forma selectiva el pasaje de sustancias. Una de las funciones de la carioteca es proteger al ADN intranuclear de las distintas reacciones que se producen en el citoplasma.El jugo nuclear es una sustancia que llena todo el núcleo, formada por una solución coloidal que contiene agua, carbohidratos, enzimas y ATP, entre otros.Dentro del núcleo y en íntimo contacto con el jugo nuclear se encuentra la cromatina, que son filamentos muy largos y numerosos de ADN que seenrollan a moléculas de proteínas especiales llamadas “histonas”. Toda vez que una célula inicia su división, los filamentos de ADN se pliegan entre sí dando lugar a la formación de cromosomas. En un determinado lugar de los cromosomas se ubican los genes, que son subdivisiones o porciones de ADN. Es

decir, cada gen es una secuencia de ADN que almacena información que se transmite a la descendencia.Otra formación presente dentro del núcleo es elnucléolo, pequeña estructura de forma redondeada y sin membranas. Cuando las células comienzan a reproducirse (mitosis) el nucléolo desaparece, haciéndose nuevamente visible al final de la mitosis.El nucléolo contiene ADN ribosómico, fundamental para el proceso de fabricación de ARN (transcripción), que ha de sintetizar los ribosomas del citoplasma. Se ha comprobado que el nucléolo actúa como un regulador del ciclo celular.

Dentro de las importantes funciones que tiene el núcleo sobresale la de ejercer el control de todas las actividades de la célula. Además, interviene en la replicación y transcripción de los ácidos nucleicos y en la transferencia de la información genética a las células hijas durante la división celular.

I- ESTRUCTURAS DE EUCARIOTAS ANIMALESLas células eucariotas animales tienen estructuras exclusivas, como el centrosoma, los lisosomas y los cilios y flagelos. Además, se diferencian de las eucariotas vegetales por ser heterótrofas, por carecer de pared celular y de plástidos, estos últimos fundamentales para que los vegetales verdes puedan fotosintetizar.

LISOSOMASLos lisosomas se originan en los dictiosomas (sacos aplanados) del aparato de Golgi, y en ocasiones a partir de vesículas en algunas regiones del retículo endoplasmático granular. Son organelas pequeñas, esféricas y semejantes a vacuolas.

Limitadas por una sola membrana, contienen en su interior poderosas enzimas encargadas de digerir sustancias que ingresan a las células (lisosomas digestivos), con lo cual se comportan como un sistema digestivo celular. Por otra parte, los lisosomas pueden degradar desechos celulares, lípidos y proteínas (lisosomas autofágicos) que son liberados a través de la membrana plasmática.

Mecanismo de acción de los lisosomas

CENTROSOMAOcupa un área del citoplasma situada casi siempre muy cerca del núcleo. Regula los movimientos celulares de cilios y flagelos y tiene un rol fundamental en la división celular. El centrosoma está formado por el diplosoma, la centrosfera y el áster. En su interior está el diplosoma, que son dos cilindros huecos cuyas paredes están formadas por unidades de proteína (figura de la izquierda). Esos cilindros son los centríolos, que carecen de membranas y se ubican de manera perpendicular entre sí. Cada célula posee dos centríolos, cuya función es intervenir en la división celular y posibilitar la transferencia de material genético entre las células hijas. Por cada centríolo hay nueve grupos de tres microtúbulos cada uno, dispuestos en forma cilíndrica.Los centríolos se hacen visibles toda vez que la célula se divide para reproducirse. La centrosfera es una sustancia traslúcida donde se ubica el diplosoma. El áster es el conjunto de filamentos radiales que parten de la centrosfera, fundamentales en el proceso de la mitosis.

CILIOS Y FLAGELOSSon proyecciones del citoesqueleto limitadas por una membrana que es continuación de la membrana plasmática. Son estructuras similares y permanentes. Los flagelos se caracterizan por ser largos y escasos. Los cilios por ser cortos y numerosos. Dentro del citoplasma, ambos están formados por un anillo representado por nueve pares de microtúbulos que rodean a un par ubicado en el centro, todo cubierto por la membrana plasmática. Muchas eucariotas, igual que las procariotas bacterianas, utilizan estas estructuras para la locomoción. Son ejemplos el flagelo (cola) de los espermatozoides y los cilios del paramecio.

Los cilios (del latín “pestaña”) son prolongaciones muy finas de la membrana plasmática a modo de “dedo de guante”, con un contenido que es continuación del citoplasma. De diámetro uniforme en toda su longitud, rodean total o parcialmente el contorno de las células. Los cilios producen vibraciones sincronizadas que permiten el movimiento de la célula. El Paramecio es un ejemplo de microorganismo ciliado, con cerca de 200 cilios en cada individuo. Los cilios de las células del tracto respiratorio tienen la misión de capturar las partículas del aire.

Los flagelos son apéndices en forma de látigo presente en muchos organismos unicelulares, como el Trypanosoma sp. (foto de la izquierda) y en algunos pluricelulares, como los espermatozoides. El flagelo es utilizado para la movilidad celular en medios líquidos, igual que los cilios. También poseen un diámetro uniforme en toda su longitud, aunque algo mayor. Son más largos y menos numerosos que los cilios, ya que algunas células tienen tan solo uno o dos flagelos. El flagelo de las eucariotas se desplaza como si fuera un látigo, mientras que en las procariotas el movimiento es rotatorio a manera de sacacorcho.

Esquema de una célula eucariota animal

II- ESTRUCTURAS DE EUCARIOTAS VEGETALESA pesar que las eucariotas vegetales tienen casi los mismos elementos que las eucariotas animales, hay estructuras que son propias como la pared celular y los plástidos.

PARED CELULAREs una típica estructura de eucariotas vegetales y fúngicas. Se ubica en la parte externa de la membrana plasmática, en contacto con células adyacentes. Es de consistencia gruesa y rígida, formada principalmente por celulosa. Cumple una función similar al esqueleto de los animales superiores, ya que le da firmeza a la planta posibilitando que se mantenga erguida. Además, interviene en diversos procesos como la absorción, secreción, transpiración y defensa contra agentes patógenos. La pared está perforada por pequeños poros denominados plasmodesmas. Estos plasmodesmas atraviesan la membrana plasmática y establecen una comunicación directa entre el citoplasma de las células adyacentes.En la pared celular se diferencian tres estructuras, desde el exterior hacia la parte interna de la célula. Ellas son: una lámina media, una pared primaria y una pared secundaria, esta última en contacto con la membrana plasmática y subdividida en tres capas. La celulosa de las paredes celulares protege a las células adyacentes de la desecación. Gran parte de la corteza y de la madera de los árboles está formada de pared celular.

PLASTIDOSTal como las mitocondrias, los plástidos son organelas con doble membrana, responsables de los diferentes colores que tienen las plantas. Dentro de los plástidos, también llamados “plastos”, se distinguen los cloroplastos, los cromoplastos y los leucoplastos. Los cloroplastos contienen clorofila, que se encarga de captar la energía lumínica y transformarla en energía química. De esa forma, el vegetal realiza la fotosíntesis, reacción que tiene lugar en los tilacoides, sacos o vesículas aplanadas que están inmersos en una solución llamada estroma en el interior de los cloroplastos. En la membrana de los tilacoides se ubica la clorofila, carotenos y xantinas. Pilas de tilacoides forman el grana de los cloroplastos. Los cloroplastos producen grande cantidades de ATP (adenosintrifosfato). Contienen ADN, un ARN propio y ribosomas.Los cromoplastos fabrican y almacenan otros pigmentos que le dan color a los frutos, flores y hojas secas. Son ejemplos de esos pigmentos el caroteno (anaranjado) y la xantofila (amarillo). Los leucoplastos son plástidos de color blanquecino encargados de almacenar almidones (amiloplastos), lípidos y proteínas.

VACUOLAS

Son elementos en forma de saco que se originan a partir de provacuolas, pequeñas estructuras presentes en células jóvenes. A medida que la célula crece, estas diminutas estructuras absorben agua por ósmosis y se unen entre sí hasta formar una vacuola de gran tamaño que ocupa un considerable espacio del citoplasma. Las vacuolas tienen una membrana de permeabilidad selectiva que acumula agua, dando lugar al crecimiento de la célula y al mantenimiento de su turgencia. En su interior contiene sales, glúcidos, proteínas y demás nutrientes.Las vacuolas también actúan en la remoción de elementos innecesarios. Mediante el proceso de exocitosis (movimiento de sustancias hacia fuera de la célula) las vacuolas se acercan y se adhieren a la membrana plasmática para eliminar desechos al exterior. Además, por endocitosis (movimiento de sustancias hacia dentro de la célula) pueden transportar al citoplasma moléculas que no difunden por la membrana celular. En este caso, esas moléculas se adhieren a la membrana plasmática y se produce una invaginación, formándose una vacuola.

Diferencias entre eucariotas animales y vegetales

Esquema de una célula eucariota vegetal

FISIOLOGIA CELULAR

Transporte pasivo[editar]

El transporte pasivo permite el paso de moléculas a través de la membrana plasmática sin que la célula gaste energía, debido a que va a favor del gradiente de concentración o del gradiente de carga eléctrica. El transporte de las sustancias se realizan mediante la bicapa lipídica o los canales iónicos, e incluso por medio de proteínas integrales. Hay cuatro mecanismos de transporte pasivo:

:Ósmosis: consiste en el transporte de moléculas de agua a través de la membrana plasmática y a favor de su gradiente de concentración.

:Difusión simple: paso de sustancias a través de la membrana plasmática, como los gases respiratorios, el alcohol y otras moléculas no polares.

:Difusión facilitada: transporte celular donde es necesaria la presencia de un carrier o transportador (proteína integral) para que las sustancias atraviesen la membrana. Sucede porque las moléculas son más grandes o insolubles en lípidos y necesitan ser transportadas con ayuda de proteínas de la membrana

:Ultrafiltración ó Diálisis: En este proceso de transporte pasivo, el agua y algunos solutos pasan a través de una membrana por efecto de una presión hidrostática. El movimiento es siempre desde el área de mayor presión al de menos presión. La ultrafiltración tiene lugar en el cuerpo humano en los riñones y es debida a la presión arterial generada por el corazón. Esta presión hace que el agua y algunas moléculas pequeñas (como la urea, la creatinina, sales, etcétera) pasen a través de las membranas de los capilares microscópicos de los glomérulos para ser eliminadas en la orina. Las proteínas y grandes moléculas como hormonas, vitaminas, etc., no pasan a través de las membranas de los capilares y son retenidas en la sangre

Ósmosis

La ósmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual sólo las moléculas de agua son transportadas a través de la membrana. El movimiento de agua se realiza desde el punto en que hay mayor concentración de soluto al de menor concentración para igualar concentraciones en ambos extremos de la membrana bicapa fosfolipidica. De acuerdo al medio en que se encuentre una célula, la ósmosis varía. La función de la ósmosis es mantener hidratada a la membrana celular. Dicho proceso no requiere gasto de energía. En otras palabras, la ósmosis es un fenómeno consistente en el paso del solvente de una disolución desde una zona de baja concentración de soluto a una de alta concentración del soluto, separadas por una membrana semipermeable.

Transporte activo[editar]

El transporte activo es un mecanismo celular por medio del cual algunas moléculas atraviesan la membrana celular contra un gradiente de concentración, es decir, desde una zona de baja concentración a otra de alta concentración con el consecuente gasto de energía. Los ejemplos típicos son la bomba de sodio-potasio, la bomba de calcio o simplemente el transporte de glucosa.

En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H+ (potencial electro-químico de protones) previamente creado a ambos lados de la membrana, por

procesos de respiración y fotosíntesis; por hidrólisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana. El transporte activo varía la concentración intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmótico de re-balanceo por hidratación. Los sistemas de transporte activo son los más abundantes entre las bacterias, y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoría de los procariontes se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentración de nutrientes.

Los sistemas de transporte activo están basados en permeasas específicas e inducibles. El modo en que se acopla la energía metabólica con el transporte del soluto aún no está dilucidado, pero en general se maneja la hipótesis de que las permeasas, una vez captado el sustrato con gran afinidad, experimentan un cambio transformacional dependiente de energía que les hace perder dicha afinidad, lo que supone la liberación de la sustancia al interior celular.

El transporte activo de moléculas a través de la membrana celular se realiza en dirección ascendente o en contra de un gradiente de concentración (Gradiente químico) o en contra un gradiente eléctrico de presión (gradiente electro-químico), es decir, es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado. Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energía procedente del ATP. Las proteínas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa, que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberación de energía de los enlaces fosfato de alta energía. Comúnmente se observan tres tipos de transportadores:

Uniportadores: son proteínas que transportan una molécula en un solo sentido a través de la membrana.

Antiportadores: incluyen proteínas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultáneamente transportan otra en sentido opuesto.

Simportadores: son proteínas que transportan una sustancia junto con otra, frecuentemente un protón (H+).

Transporte activo primario: Bomba de sodio y potasio[editar]

Artículo principal: Bomba sodio-potasio

Se encuentra en todas las células del organismo, en cada ciclo consume una molécula de ATP y es la encargada de transportar 2 iones de potasio que logran ingresar a la célula, al mismo tiempo bombea 3 iones de sodio desde el interior hacia el exterior de la célula (exoplasma), ya que químicamente tanto el sodio como el potasio poseen cargas positivas. El resultado es ingreso de 2 iones de potasio (Ingreso de 2 cargas positivas) y regreso de 3 iones de sodio (Egreso de 3 cargas

positivas), esto da como resultado una perdida de la electropositividad interna de la célula, lo que convierte a su medio interno en un medio "electronegativo con respecto al medio extra celular". En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo-descanso. Participa activamente en el impulso nervioso, ya que a través de ella se vuelve al estado de reposo.

Transporte activo secundario o cotransporte[editar]

Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoácidos y la glucosa, cuya energía requerida para el transporte deriva del gradiente de concentración de los iones sodio de la membrana celular (como el gradiente producido por el sistema glucosa/sodio del intestino delgado).

Intercambiador calcio-sodio: Es una proteína de la membrana celular de todas las células eucariotas. Su función consiste en transportar calcio iónico (Ca2+) hacia el exterior de la célula empleando para ello el gradiente de sodio; su finalidad es mantener la baja concentración de Ca2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio externo. Por cada catión Ca2+ expulsado por el intercambiador al medio extracelular penetran tres cationes Na+ al interior celular.1 Se sabe que las variaciones en la concentración intracelular del Ca2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos estímulos y están involucradas en procesos como la contracción muscular, la expresión genética, la diferenciación celular, la secreción, y varias funciones de las neuronas. Dada la variedad de procesos metabólicos regulados por el Ca2+, un aumento de la concentración de Ca2+ en el citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos. Si el aumento de la concentración de Ca2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un décimo de la del medio externo, el trastorno metabólico producido conduce a la muerte celular. El calcio es el mineral más abundante del organismo, además de cumplir múltiples funciones.2

MitosisSe da en células de organismos eucariontes y siempre genera dos células con idéntica información genética que la original y la misma cantidad de cromosomas. Se da solo en células somáticas.

Interfase: se produce la réplica del ADN y las organelas.

Profase

a) La cromatina se condensa formando los cromosomas.

b) Desaparece el nucléolo, ya que la cromatina que la constituía está ahora compactándose.

c) La envoltura nuclear se desorganiza.

d) Los centríolos migran a los polos, esto no se dan en las células vegetales superiores ya que no poseen centríolos.

e) Se forma el huso acromático: se polimeriza la tubulina formando microtúbulos, que constituyen las fibras del huso.

Metafase:

a) Los cromosomas se enganchan a las fibras del huso, los cromosomas se ubican en la placa ecuatorial

b) Traccionados por las fibras del huso, los cromosomas se ubican en la placa ecuatorial.

c) Los cromosomas alcanzan el máximo grado de condensación.

Anafase:

a) Las cromátides hermanas segregan migrando hacia los polos de la célula traccionados por las fibras del huso

Telofase

a) Los cromosomas formados por una cromátida, ya llegaron a los polos y comienzan a descondensarse para formar la cromatina.

b) Reaparece el nucléolo.

c) Se desorganizan las fibras del huso.

d) Se reorganiza una envoltura nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas.

Estas fases corresponden a la cariocinesis, se ha dividido el material nuclear, para formar las células hijas se divide también el citoplasma: citocinesis.

La citocinesis en células animales es por estrangulamiento y en vegetales por tabicamiento.

Meiosis

Da lugar a la formación de células con diferente información genética para los mismos caracteres. Se da con reducción de la cantidad de cromosomas a la mitad, de tal manera que partiendo de una célula diploide obtenemos células haploides. Se da en células germinales que formarán gametas.

Interfase: se produce la réplica del ADN y las organelas.

Profase I:

a) La cromatina se condensa formando los cromosomas. Ocurre el apareamiento de los cromosomas homólogos, es decir, los homólogos se superponen tramo a tramo, unidos entre sí por un complejo proteico que funciona como cierre o cremallera: el complejo sinaptonémico. Cada par de homólogos apareados recibe el nombre de tétradas o bivalente. Tétradas alude a que en el par de cromosomas homólogos apareados hay involucradas cuatro cromátides; bivalente hace referencia al par de homólogos.

Este apareamiento permite que pueda ocurrir un intercambio de segmentos homólogos, o sea, de segmentos con el mismo tipo de información. Este proceso se conoce como crossing-over, se da por medio de la ruptura y reunión de los segmentos de ADN involucrados en el intercambio por la acción de enzimas.

b) Desaparece el nucléolo, ya que la cromatina que lo constituía está ahora compactándose.

c) La envoltura nuclear se desorganiza.

d) Los centríolos migran a los polos, esto no se da en células vegetales superiores ya que no poseen centríolos.

e) Se forma el huso acromático: se polimeriza la tubulina formando microtúbulos. Estos microtúbulos constituyen las fibras del huso, donde se enganchan los cromosomas.

Ahora los cromosomas tiene dos cromátides diferentes entre sí. Si bien las dos cromátides se originaron por compactación de dos moléculas idénticas al sufrir crossing-over con las del otro homólogo tenemos

formadas dos cromátides distintas. A estas cromátides se las llaman cromátides hermanas recombinantes.

Metafase I

a) Las tétradas o bivalentes se enganchan a las fibras del huso.

b) Traccionadoas por las fibras del huso, las tétradas se ubican en la placa ecuatorial.

c) Los cromosomas alcanzan el máximo grado de condensación.

Anafase I

a) Los cromosomas homólogos segregan migrando hacia los polos de la célula, traccionados por las fibras del huso.

Telofase I

a) Los cromosomas ya llegaron a los polos y comienzan a descondensarse para formar cromatina.

b) Reaparece el nucléolo.

c) Se desorganizan las fibras del huso.

d) Se reorganiza una envoltura nuclear alrededor de cada grupo de cromosomas.

Estas fases corresponden a la cariocinesis, luego acontece la citocinesis. El resultado de la Meiosis I es, dos células hijas diferentes y haploides con dos cromátides y un único cromosoma. La meiosis I es reduccinal ya que la cantidad de cromosomas se reduce a la mitad en cada célula resultante.

Meiosis II

Luego de una período breve denominado intercinesis (sin replicación de ADN) cada célula sufre Meiosis II.

En las fases de la meiosis II(ProfaseII y Metafase II) se dan sucesos semejantes a los de la mitosis.

Anafase II

a) Se separan las cromátides recombinantes: esto aporta mas variabilidad aún, ya que las cromátides recombinantes, todas diferentes, también segregan al azar independientemente unas de otras. Luego en general, simultáneamente con la Telofase II, ocurre la citocinesis, surgiendo células hijas diferentes.

Las cuatro células hijas son diferentes y haploides.Diferentes porque a la variabilidad aportada por el crossing-over y la segregación de homólogos es azar, se agrega la segregación de cromátides al azar en Anafase II.

Haploides porque las células resultantes de la meiosos I que ya eran haploides sufren sólo separación de cromátides. Entonces por no reducir la cantidad de cromosomas lameiosis II es ecuacional.

LEYES DE MENDEL

2.1. Primera Ley: “Principio de uniformidad”“Al cruzar dos razas puras, la descendencia será heterocigótica y dominante“

Para descubrir este principio, Mendel cruzó guisantes de color amarillo (color dominante) con una especie más escasa de guisantes verdes (recesivo). El resultado de este cruce, generó una descendencia

100% amarilla:

Figura 1. Primera ley de Mendel

Aunque observamos efectivamente que se ha producido una mezcla genética entre los progenitores (Aa), lageneración F1 ha salido amarilla. Esto es debido a la dominancia del alelo “A” (amarillo) respecto al alelo “a” (verde). Cuando ambos están juntos, solo se manifiesta el dominante.

2.2. Segunda Ley: “Principio de distribución independiente”“Al cruzar dos razas híbridas, la descendencia será homocigótica e híbrida al 50% “

Con una gran intuición científica, Mendel cogió los guisantes de la generación F1 (del experimento anterior) y los cruzo entre sí.

Figura 2. Segunda ley de MendelPara su sorpresa, el 25% de la descendencia de esos guisantes amarillos ¡fueron verdes! Por esta razón,

aunque dos miembros de una pareja tengan los ojos marrones, si ambos guardan un gen recesivo para el color azul, existe un 25% de posibilidades de que sus hijos hereden ojos azules (como los de sus abuelos). 

2.3. Tercera Ley: “Principio de la independencia de los caracteres”“Al cruzar varios caracteres, cada uno de ellos se transmite de manera independiente“

Para comprobar este principio Mendel cruzó guisantes amarillos y lisos (dominantes) con guisantes verdes y rugosos (recesivos):

Figura 3. Tercera ley de Mendel (I) 

Esa descendencia “AaRr” a su vez se autofecundó para dar lugar a la siguiente generación:

Figura 4. Tercera ley de Mendel (II)De esta manera, comprobó que las características de los guisantes no interfieren entre sí, y se distribuyen individualmente. De dos guisante amarillos y lisos crecieron:

9 guisantes amarillos y lisos 3 guisantes amarillos y rugosos 3 guisantes verdes y lisos 1 guisante liso y rugoso

Osmosis: movimiento de un solvente a través de una membrana semipermeable.

Transporte activo: moléculas atraviesan la membrana celular contra un gradiente de concentración.

Difusión simple: se produce un flujo neto de moléculas a través de una membrana permeable sin que exista un aporte externo de energía